Навигация
1. Цепь постоянного тока.
При введении понятия об электрическом токе полезна аналогия с течением воды в турбине. Аналогия становится особенно образной, если к этому времени введено понятие об электроне, тогда электрический ток представляется как упорядоченное движение электронов в проводнике. Весьма полезна гидродинамическая аналогия и при знакомстве с источникоми тока. На полюсах источника тока создается напряжение. Заряды (электроны, ионы), которые перемещаются в проводниках (металлах, электролитах), имеются в самих проводниках. Они движутся хаотически, но если проводник присоединить к полюсам источника тока, то заряды придут в упорядоченное движение, то есть появится ток.
Поэтому здесь целесообразна аналогия источника тока с насосом. В гидродинамической системе (рис.1) насос не создает воду, а лишь вызывает ее перемещение.
рис.1
Аналогично насосу и действие источника тока в электрической цепи. Насос создает разность давлений (напор), что может быть аналогом напряжения. Турбина аналогична потребителю, насос - источнику тока, трубки с водой – соединительным проводам, а кран – выключателю.
Приведем схему установки и ее работу, предложенную С. Е. Каненецким и Н.Н. Солодухиным.
Установка для демонстрации гидродинамической аналогии электрической цепи состоит из центробежного насоса с электродвигателем 1, водяной турбины 2, манометра 3, расходомера 4, соединительных резиновых трубок 5 и кранов 6 и 7 (рис.2).
рис.2.
В начале установку собирают без расходомера и манометра. Число оборотов двигателя регулируют реостатом, в результате центробежный насос создает разный напор воды.
Водяная турбина состоит из плексигласа (рис.3).
рис.3.
Вода в нее поступает через сопло 1 вверху турбины, приводит в движение ротор 2 и выходит через отверстие 3. Ось ротора установлена в подшипниках и вращается с малым трением. При увеличении числа оборотов двигателя увеличивается напор воды и ротор турбины вращается быстрее. К турбине присоединяют манометр через специальные трубки 4, имеется кран 5. Сбоку турбины укреплен металлический стержень 6, с помощью которого ее устанавливают на лабораторном штативе. Для герметичности турбины между корпусом и крышкой поставлена резиновая прокладка.
В расходомере (изготовленном из плексигласа) имеется канал, по которому протекает вода, приведенная в движение насосом. В канале перпендикулярно дв
ижущемуся потоку расположена площадка, соединенная со стрелкой расходомера. Укрепляют расходомер на специальном штативе с помощью вертикального стержня. С другими приборами он соединен резиновыми трубками. Вверху расходомера имеется отверстие, закрепленное винтом, необходимым для выпуска воздуха при заполнении системы водой.
Демонстрации с установкой сводятся к следующему. Когда установка состоит из насоса и трубки (рис.4) демонстрируют циркуляцию воды, аналогичную движению зарядов в электрической цепи.
рис.4.
Поочередно закрывая краны, показывают, что краны можно установить в любом месте. Аналогично этому в электрической цепи можно установить где угодно выключатель.
Когда установка собрана с расходомером (рис.5) изменяют число оборотов двигателя (меняют напор воды) и стрелка расходомера сильно отклоняется. Сжимая в любом месте резиновую трубку, показывают изменение потока воды при одном и том же напоре.
рис.5.
Когда установка собрана целиком (см. рис. 2), обращают внимание на показания манометра, который аналогичен вольтметру в электрической цепи. Одновременно демонстрируют величины, аналогичные электродвижущей силе и напряжению. Действительно, если открыть кран 6, а кран 7 закрыть, то циркуляции воды не будет, и манометр покажет максимальную разность давлений при таком числе оборотов. Это показание манометра аналогично электродвижущей силе. Если же кран 7 открыть, то вследствие движения воды турбина приходит в движение и показания манометра уменьшаются. (Показания манометра аналогичны напряжению, а показания расходомера — току.)
Изменяя сопротивление трубок (набор трубок различного поперечного сечения и длины) движению воды, показывают зависимость между напором и сопротивлением движению воды, которая аналогична закону Ома для полной цепи.
Познакомив учащихся с отдельными элементами электрической цепи, надо собрать простейшую электрическую цепь (потребитель — лампа накаливания, источник тока - батарея элементов, соединительные провода и выключатель),
а рядом с ней расположить соответствующую установку для демонстрации гидродинамической аналогии (рис.2). Видно, что при работе насоса создается разность давлений (напор), под действием которого вода перемещается по трубкам и приводит в движение турбину. Вода в системе циркулирует. Аналогично происходит направленное перемещение зарядов в электрической цепи. Разрыв цепи (в любом месте) нарушает это движение. Последнее дает возможность исключить часто встречающуюся ошибку: учащиеся полагают, что ключ в цепи ставят не в любом месте, а обязательно между положительным полюсом источника тока и потребителем. Одновременно с этим объясняют, что в системе происходят определенные превращения энергии и что основным потребителем энергии является турбина.
Затем рассматривают явления в цепях переменного тока с емкостью и индуктивностью, а также сдвиг фаз между током и напряжением.
Похожие работы
... и статистические. По способу реализации и средствам моделирования существует довольно много классификаций, рассмотрим классификацию представленную в книге Каменецкого и Солодухина "Модели и аналогии в курсе физики средней школы". Модели делятся на: материальные (предметные) и идеальные (мысленные). В свою очередь материальные модели делятся на: физически подобные, пространственно-подобные и ...
... и тем и другим) В данной работе мы будем рассматривать теоретические методы познания. Целью работы является - выявить сущность теоретических методов познания и рассмотреть примеры их использования в школьном курсе физики. Методы: анализ философской, психолого-педагогической и методической литературы; учебников физики для общеобразовательной школы. §1. Методы научного познания. Теоретические ...
... с использованием вновь изученного материала. 1.2 Развитие познавательного интереса к физике при использовании компьютерных технологий Глава 2 Компьютерное моделирование электромагнитных колебаний 2.1 Возможности применения графических пакетов при изучении электромагнитных колебаний в курсе физики средней школы На сегодняшний день разработано множество графических пакетов и оболочек (Соrel, ...
... . Как мы уже отметили выше, формирование научного мировоззрения является важнейшей целью физического образования в школе. В связи с этим мы попробовали разработать экспериментальную систему формирования мировоззренческой устойчивости. 2.1. Об оценке сформированности мировоззренческих знаний учащихся на разных этапах обучения. Так как мировоззрение определяют вполне конкретные знания и ...
0 комментариев