Оборудование школьного физического кабинета

Рис. 4.45. Набор приборов для демонстрации видов теплопередачи

Диаметр теплоприемника 100 мм, толщина 20 мм. Одна из поверхностей теплоприемника белая, вторая – черная (матовая).

В набор входят два теплоприемника.

Наборы тел равной массы и равного объема (рис. 4.46) предназначены для введения понятия плотности вещества и исследования зависимости массы от объема. Наборы состоят из тел, изготовленных из различных материалов.

Рис. 4.46. Набор тел равной массы и равного объема

Кроме перечисленных выше комплектов и наборов, в состав блока входят независимые друг от друга приборы, позволяющие демонстрировать: адиабатное нагревание при быстром сжатии (огниво воздушное, рис. 4.47); молекулярное взаимодействие твердых веществ (цилиндры свинцовые, рис. 4.48); структуры и формы кристаллических решеток различных веществ (модели кристаллических решеток, рис. 4.49).

Рис. 4.47. Огниво воздушное

Рис. 4.48. Цилиндры свинцовые

Рис. 4.49. Модели кристаллических решеток

Блок «Демонстрационное оборудование по электродинамике» позволяет проводить демонстрации по основным явлениям и законам электродинамики, изучаемым в основной и средней (полной) общеобразовательной школе, и включает в себя: набор приборов для проведения демонстраций по электростатике; набор приборов для изучения законов постоянного тока; набор приборов для изучения электрического тока в полупроводниках; набор приборов для исследования токов в электролитах; набор приборов для изучения магнитных полей; набор для изучения явлений электромагнитной индукции и электромагнитных колебаний; набор приборов для демонстрации свойств электромагнитных волн; набор для изучения принципов радиоприема и радиопередачи; набор по передаче электрической энергии.

Набор приборов для проведения демонстраций по электростатике (рис. 4.50) включает: электрометры с принадлежностями (2 шт.) (рис. 4.50а), демонстрационный конденсатор переменной емкости (рис. 4.50б), демонстрационный разборный конденсатор (рис. 4.50в), султаны электростатические (пара) (рис. 4.50 г), электроскоп, палочки из стекла и эбонита, наборы для демонстрации электростатических полей (рис. 4.50д), маятники электростатические (пара) (рис. 4.50е).

а) электрометры с принадлежностями

Рис. 4.50. Набор приборов для демонстраций по электростатике

б) конденсатор переменной емкости

в) конденсатор разборный

Рис. 4.50. Набор приборов для демонстраций по электростатике (продолжение)

г) султаны электростатические

д) набор для демонстрации силовых линий электростатических полей

Рис. 4.50. Набор приборов для демонстраций по электростатике (продолжение)

е) маятники электростатические

Рис. 4.50. Набор приборов для демонстраций по электростатике (окончание)

Набор позволяет демонстрировать:

• обнаружение электрических зарядов;

• распределение зарядов на поверхности проводника;

• делимость электрического заряда;

• измерение разности потенциалов;

• электростатическую индукцию;

• электроемкость плоского конденсатора;

• устройство и действие конденсатора переменной емкости;

• явление электростатической индукции;

• однородное электростатическое поле и его моделирование;

• зависимость емкости плоского конденсатора от расстояния между пластинами;

• площади перекрытия пластин и наличие диэлектрика;

• обнаружение заряда электростатическими маятниками;

• два рода зарядов и их взаимодействие;

• электрические спектры одного точечного заряда;

• разноименные и одноименные заряды;

• электризацию различных тел;

• явление электростатической индукции;

• деление заряда;

• свойства силовых линий электростатического поля;

• электрическое поле заряженного проводника;

• электрическое поле двух заряженных проводников;

• однородное и неоднородное электрическое поле;

• эквипотенциальные поверхности электрического поля.

Набор для изучения законов постоянного тока (рис. 4.51) состоит из унифицированных модулей-платформ, на верхней поверхности которых закреплены отдельные элементы электрических цепей и установлены клеммы для подключения соединительных проводов. В основаниях платформ запрессованы магниты, что позволяет размещать их на вертикальной доске или стенде с металлическим покрытием. В набор входят следующие элементы: проволочный резистор 1 Ом, проволочный резистор 2 Ом и проволочный резистор 3 Ом, переменный резистор 0–6 Ом, выключатель, лампа 12 В/21 Вт, платформа с зажимами, платформа с клеммами для подключения источника питания. Размеры платформы 110 × 110 × 20 мм. Сопротивление проволочных резисторов отличается от номинала не более чем на 1 %.

Рис. 4.51. Набор приборов для изучения законов постоянного тока

Набор позволяет демонстрировать:

• составление электрической цепи;

• измерение силы тока амперметром;

• измерение напряжения вольтметром;

• зависимость силы тока от напряжения;

• зависимость силы тока от сопротивления;

• измерение сопротивлений;

• устройство реостата;

• последовательное соединение проводников;

• параллельное соединение проводников;

• нагревание проводника электрическим током;

• определение мощности электрического тока;

• действие плавкого предохранителя.

Набор для изучения электрического тока в полупроводниках (рис. 4.52) состоит из унифицированных платформ, на верхней поверхности которых обозначены элементы электрических цепей и установлены клеммы для подключения соединительных проводов.

Рис. 4.52. Набор для изучения электрического тока в полупроводниках

В основаниях платформ запрессованы магниты, что позволяет размещать их на вертикальной доске или стенде с металлическим покрытием. В набор входят платформы, на которых установлены: полупроводниковый диод, транзистор, светодиод, фоторезистор, терморезистор, фотоэлемент, резистор 360 Ом, переменный резистор 0–470 Ом, лампа накаливания 3,5 В/0,25 А. Размеры платформы 110 × 110 × 20 мм. Набор позволяет демонстрировать:

• зависимость сопротивления полупроводника от температуры;

• зависимость сопротивления полупроводника от освещенности;

• одностороннюю проводимость полупроводникового диода;

• изучение светодиода;

• устройство транзистора;

• ключевой режим работы транзистора;

• усиление электрического сигнала транзистором;

• действие фотореле;

• действие термореле;

• источник тока на основе полупроводникового фотоэлемента.

Набор для исследования токов в электролитах (рис. 4.53) состоит из стакана, держателя для электродов и электродов (медный, угольный и цинковый).

Рис. 4.53. Набор для исследования токов в электролитах

Набор позволяет изучать:

• ток в электролитах;

• электролиз;

• законы Фарадея для электролиза.

Набор приборов для изучения магнитных полей (рис. 4.54) включает: комплект для моделирования магнитных полей (модели проводников разной формы) (рис. 4.54а), прибор для определения горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли (рис. 4.54б), стрелки магнитные на штативах (2 шт.) (рис. 4.54в), магниты дугообразные и прямые (2 шт.) (рис. 4.54 г).

а) набор для моделирования магнитных полей

б) прибор для определения горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли

Рис. 4.54. Набор приборов для изучения магнитных полей

в) стрелки магнитные на штативах

г) магниты дугообразные и прямые

Рис. 4.54. Набор приборов для изучения магнитных полей (окончание)

Набор позволяет демонстрировать:

• взаимодействие полюсов магнитов;

• ориентацию магнитных стрелок в магнитном поле;

• определение направления магнитного меридиана;

• определение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли;

• модели магнитных полей, создаваемых токами, протекающими по проводникам различной формы.

Набор для изучения явлений электромагнитной индукции и электромагнитных колебаний (рис. 4.55) состоит из унифицированных модулей-платформ, на верхней поверхности которых имеются обозначения элементов электрических цепей и установлены клеммы для подключения соединительных проводов. В основаниях платформ запрессованы магниты, что позволяет размещать их на вертикальной доске или стенде с металлическим покрытием. В состав набора входят: конденсатор 4,7 мкФ; конденсатор 18,8 мкФ; конденсатор 2200 мкФ; конденсатор 4700 мкФ; катушка дроссельная с ферритовым сердечником; модуль для подключения дроссельной катушки; катушка-моток 2 шт.; переключатель. Размеры платформ 110 × 110 × 20 мм.

Рис. 4.55. Набор для изучения явлений электромагнитной индукции и электромагнитных колебаний

Набор позволяет демонстрировать следующие эксперименты:

• зарядка конденсатора;

• разрядка конденсатора;

• энергия заряженного конденсатора;

• электромагнитная индукция;

• явление самоиндукции;

• конденсатор в цепи переменного тока;

• катушка индуктивности в цепи переменного тока;

• последовательная цепь переменного тока;

• резонанс в последовательном колебательном контуре;

• зависимость резонансной частоты от параметров контура;

• принцип действия трансформатора.

Набор приборов для демонстрации свойств электромагнитных волн трехсантиметрового диапазона (рис. 4.56) включает: генератор с рупорной антенной, приемник с рупорной антенной, приемник с дипольной антенной, зеркало металлическое большое, зеркало металлическое малое, лист из диэлектрика, диск металлический в сборе, решетку поляризационную, призму прямоугольную, призму треугольную, линзу диэлектрическую, держатель, стержень, подставку в сборе. Набор имеет следующие технические характеристики: несущая частота генератора 10 ГГц ± 60 МГц; средняя мощность излучения 10 мВт; модулирующие сигналы от 1 до 2 кГц; скважность сигнала от 2 до 4; амплитуда сигнала на выходе приемника не меньше 15 мВ при его расстоянии до передатчика 3 м; напряжение питания 42 В.

Набор позволяет демонстрировать: излучение и прием электромагнитных волн; направленное излучение и прием рупорных антенн; прохождение электромагнитных волн через диэлектрики; отражение электромагнитных волн от границы между двумя диэлектриками; отражение электромагнитных волн от границы между диэлектриком и проводником; подтверждение закона отражения электромагнитных волн; преломление электромагнитных волн; фокусирующее действие плоско-выпуклой диэлектрической линзы; стоячие электромагнитные волны; интерференцию электромагнитных волн; дифракцию электромагнитных волн; прохождение электромагнитных волн через пластину с параллельными гранями и через призму; поляризацию электромагнитных волн; принцип радиотелефона, радиотелеграфа и радиолокации.

Рис. 4.56. Набор приборов для демонстрации свойств электромагнитных волн

Набор для изучения принципов радиоприема и радиопередачи (рис. 4.57) включает: мультивибратор, передатчик, приемник, две антенны и соединительные провода.

Набор имеет следующие технические характеристики:

• передатчик работает на частоте 3,5 МГц ± 10 %;

• частота мультивибратора – 500 Гц;

• дальность – 10 м;

• мощность передатчика 15 Вт;

• напряжение питания 9–12 В, стабилизированное. Набор позволяет демонстрировать:

• совместную работу радиопередатчика и радиоприемника в процессе передачи и приема однотональных звуковых колебаний, телеграфной информации, а также музыки и речи;

• работу генератора высокочастотных электромагнитных колебаний и зависимость амплитуды колебаний от напряжения питания;

• осциллограммы амплитудно-модулированных колебаний:

а) модуляцию тональным сигналом;

б) модуляцию импульсами напряжения прямоугольной формы;

• наблюдение действия передающей и приемной антенн;

• передачу информации при разных несущих частотах;

• использование явления резонанса при радиопередаче и радиоприеме;

• осциллограммы сигналов после детектирования.

Рис. 4.57. Набор приборов для изучения принципов радиоприема и радиопередачи

Набор по передаче электрической энергии (рис. 4.58) состоит из двух одинаковых трансформаторов, установленных на панелях с двумя парами штепсельных гнезд, к которым подведены концы обмоток. Катушка каждого трансформатора рассчитана на 42В и 4 В. Набор демонстрирует применение трансформатора для передачи электрической энергии на большие расстояния.

Кроме перечисленных выше комплектов и наборов, в состав блока входят независимые друг от друга приборы, позволяющие демонстрировать: взаимодействие параллельных токов (проводники, рис. 4.59) и рамки с током (рис. 4.60), устройство электромагнита (разборный электромагнит, рис. 4.61), преобразование энергии постоянного тока в автоколебательный процесс (генератор автоколебаний и электрический звонок, рис. 4.62), зависимость направления индукционного тока от характера изменения магнитного потока (правило Ленца, рис. 4.63), устройство и действие трансформатора (трансформатор разборный, рис. 4.64), принцип действия электродвигателя и индукционного генератора (магнитоэлектрическая машина, рис. 4.65).

Рис. 4.58. Набор по передаче электрической энергии

Рис. 4.59. Прибор для демонстрации взаимодействия параллельных токов

Рис. 4.60. Прибор для демонстрации вращения рамки с током в магнитном поле

Рис. 4.61. Электромагнит разборный

Рис. 4.62. Электрический звонок

Рис. 4.63. Прибор для изучения правила Ленца

Рис. 4.64. Трансформатор разборный

Рис. 4.65. Магнитоэлектрическая машина

Блок «Демонстрационное оборудование по оптике и квантовой механике» включает: набор по геометрической оптике, набор по волновой оптике, набор приборов по квантовой механике.

В набор по геометрической оптике (рис. 4.66) входят: осветители с диафрагмами – 3 шт., соединительная колодка, плоскопараллельная пластина, полуцилиндрическая пластина, треугольная призма, собирающие линзы (3 шт.), рассеивающая линза, кювета, набор цветных светофильтров, зеркало, световод, лимб, модель глаза, магнитные полоски. Элементы набора имеют магниты и закрепляются на металлической доске.

Рис. 4.66. Набор по геометрической оптике

Набор позволяет демонстрировать:

• законы геометрической оптики;

• закономерности явлений отражения и преломления света;

• полное внутреннее отражение;

• зависимость фокусного расстояния линзы от внешней среды;

• дефекты зрения;

• ход лучей в различных оптических приборах.

В набор по волновой оптике (рис. 4.67) входят: полупроводниковый лазер с блоком питания от сети 220 В; линза собирающая f = 5 см, D = 1,5 см; линза собирающая f = 12 см, D = 5 см; бипризма Френеля; пластина с двумя щелями; дифракционная решетка 50 штр./мм; дифракционная решетка 150 штр./мм; двумерная дифракционная структура; зеркало плоское; стеклянная пластина; поляроиды – 2 шт.; призма из стекла «Флинт»; красный светофильтр; рамка для наблюдения интерференции в мыльной пленке; набор объектов для наблюдения дифракции: а) оправка со щелью – 2 шт., б) оправка с нитью, в) оправка с отверстием; комплект оснастки для закрепления оптических элементов: а) оправка для поляроида – 2 шт., б) оправка для малых оптических элементов, в) подставка угловая – 3 шт.; кювета; оптический столик для графического проектора, рабочее поле 20 × 30 см с креплениями; штатив (основание, стойка, зажим – 3 шт.).

Рис. 4.67. Набор по волновой оптике

Набор позволяет демонстрировать:

• дисперсию света;

• сложение спектральных цветов;

• неразложимость в спектр монохроматического света;

• Поглощение света в веществе;

• поляризацию света;

• распределения напряжений в прозрачном пластике;

• вращение плоскости поляризации в растворе сахара;

• поляризацию света при его отражении от диэлектрика;

• интерференцию света в схеме с бипризмой Френеля;

• интерференцию света в схеме с зеркалом Ллойда;

• интерференцию света в схеме Юнга;

• кольца Ньютона в естественном свете;

• кольца Ньютона в монохроматическом свете;

• интерференцию света в мыльной пленке;

• дифракцию параллельного пучка света на щели;

• дифракцию расходящегося пучка света на щели;

• дифракцию параллельного пучка света на нити;

• дифракцию расходящегося пучка света на нити;

• дифракцию параллельного пучка света на круглом отверстии;

• дифракцию расходящегося пучка света на круглом отверстии;

• разложение естественного света в спектр с помощью дифракционной решетки;

• дифракцию монохроматического света на одномерной решетке;

• дифракцию монохроматического света на двумерной структуре.

Набор приборов по квантовой механике (рис. 4.68) включает: осветитель ультрафиолетовый (мощность 6 Вт) (рис. 4.68а), приборы для изучения законов фотоэффекта (рис. 4.68б), прибор для определения постоянной Планка, газоразрядный счетчик (рис. 4.68в).

а) осветитель ультрафиолетовый

Рис. 4.68. Приборы из набора по квантовой механике

б) комплект по фотоэффекту

в) газоразрядный счетчик

Рис. 4.68. Приборы из набора по квантовой механике (окончание)

Набор приборов по квантовой механике позволяет демонстрировать:

• обнаружение ультрафиолетового излучения;

• фотоэлектрический эффект;

• законы фотоэлектрического эффекта;

• обнаружение естественного радиационного фона;

• обнаружение и сравнение радиоактивного излучения различных материалов;

• экспериментально определить постоянную Планка.

4.4. Лабораторное оборудование

Лабораторный эксперимент, выполняемый учащимися общеобразовательной школы, классифицируется по методическому характеру как исследовательский, эвристический или проверочный.

Исследовательским методом изучения называется такой метод, при котором обучаемый получает вопрос или тему для изучения, а затем ему предоставляется возможность самостоятельного выбора путей решения и поиска ответа. При таком способе учащийся идет путем исследователя. Достоинство этого метода – наибольшее развитие самостоятельности обучаемого, напряжение до высшей степени его воли, умственных способностей, усвоение навыков, необходимых для работы, и приобретение, по мере достижения успеха, уверенности в своих силах, что является стимулом к дальнейшей самостоятельной работе. Недостаток этого метода – неизбежная затрата значительного времени для отыскания уже найденного другими пути и неизбежное применение ряда нерациональных приемов вместо выработанного ранее рационального приема. Исследовательский метод выполнения лабораторных работ при ведении процесса обучения в общеобразовательной школе по жесткому расписанию занятий практически не может быть применен. Он более удобен для самостоятельного домашнего эксперимента.

Эвристический (или частично-поисковый) метод – это метод, при котором учитель организует участие обучаемых в выполнении отдельных шагов поиска решения проблемы. Роль учителя состоит в конструировании задания, разделении его на отдельные этапы, которые выполняет обучаемый самостоятельно, то есть учитель тем или иным способом организует самостоятельную познавательную деятельность обучаемого. Во-первых, обучаемого учат видеть проблемы, во-вторых, искать экспериментальные доказательства, в-третьих, делать выводы из полученных экспериментальных фактов, в-четвертых, предсказывать гипотезы, в-пятых, составлять план экспериментальной проверки высказанного предположения. Иначе говоря, организуется поэлементное усвоение опыта экспериментальной творческой деятельности, овладение отдельными этапами решения проблемных задач.

Лабораторные работы, выполняемые эвристическим методом, как правило, предшествуют словесным объяснениям физических явлений и демонстрациям. Эвристически учащиеся могут вывести законы трения, законы равновесия жидкостей в сообщающихся сосудах, условия плавания тел, газовые законы, установить тепловые коэффициенты расширения, вывести закон Ома для участка цепи и многие другие.

Эвристический метод очень удобен для выполнения лабораторных работ в общеобразовательной школе, но он уступает по экономии времени проверочному методу.