Внеклассное мероприятие по физике Фокус или физический эксперимент

Приборы и материалы: длинная линейка; спичечный коробок; стеклянный стакан; широкая емкость с водой, над которой можно выполнять эксперименты; бумажное кольцо, монета; невысокая бутылка, через горлышко которой свободно проходит монета; листочки бумаги формата 11см на 16см, в центре некоторых из них вырезана дырка диаметром менее 8 мм, ситцевая салфетка или плотная марля размером около 25см на 25см; эмалированный или алюминиевый стакан со снегом; деревянная подставка.

Учащиеся 10 или11 классов готовят ряд экспериментов и показывают их ученикам 7 класса. По мере возможности эксперименты объясняются. Дается возможность, повторить некоторые эксперименты ученикам 7 класса.

- Мы покажем вам фокусы, которые можно объяснить, зная физику, а значит и назвать их физическими экспериментами.

-Можно ли носить воду в решете?

-Да, если она в виде льда.

-Оказывается, что вода в жидком состоянии может удерживаться «решетом».

(Проводится демонстрация сохранения воды в стакане, обтянутом марлей.)

-Если марлю приходится держать плотно к краям стакана или приклеивать, то листок бумаги удерживается сам.

(Проводится демонстрация действия атмосферного давления.)

-А теперь проведем тот же эксперимент, взяв листок с дыркой.

(Проводится демонстрация действия атмосферного давления с использованием листка с дыркой.)

-А теперь попытаемся освободить спичечный коробок, не дотрагиваясь до стакана с водой.

(Проводится демонстрация выбивания спичечного коробка из-под стакана с водой.)

• Я тоже могу показать похожий фокус.

(Проводится демонстрация падения монеты в бутылку.)

(Проводится демонстрация выбивания открытки из-под монеты.)

• А я могу с помощью стакана поднять дощечку, причем стакан будет сверху.

(Проводится демонстрация примораживания кружки к деревянной подставке.)

• Вы, ребята, можете стать немного фокусниками. Но чтобы фокусы получались, надо знать, на чем они основываются. Если хорошо учить физику, то можно стать великим иллюзионистом.

Вопросы.

• Почему при демонстрации действия атмосферного давления при переворачивании стакана небольшая часть воды вытекает?

• Почему для демонстрации выбивания спичечного коробка из-под стакана берут не пустой стакан, а с водой?

• Почему эксперименты с выбиванием спичечного коробка или падением монеты в бутылку получились не у всех?

• Почему для демонстрации примораживания кружки к подставке взяли не стеклянный стакан, а эмалированный или алюминиевый?

Выбивание спичечного коробка из-под стакана с водой.

На самую большую грань спичечного коробка, находящегося на столе, ставится наполненный на две трети стакан с водой. По спичечному коробку ребром линейки (линейка должна скользить по столу) наносится резкий удар, спичечный коробок вылетает из-под стакана. Стакан же опускается на стол и не опрокидывается.

За короткий промежуток времени взаимодействия линейки и спичечного коробка стакан в связи с большой массой не успевает изменить сколько-нибудь значительно свой импульс. В этом случае импульса силы взаимодействия между стаканом и спичечным коробком (силы трения) недостаточно для изменения импульса стакана.

Опыт иллюстрирует проявление второго закона И.Ньютона в виде:

F t = m v - m v₀,

где F - сила трения, действующая между коробком и стаканом; t - время взаимодействия между стаканом и спичечным коробком; mv и mv₀ - конечный и начальный импульсы стакана.

Падение монеты в бутылку.

Для опыта нужны всего три предмета: бутылка, желательно невысокая (например, из-под кетчупа); кольцо из бумаги диаметром 7-10 см и шириной 15-20 мм, так чтобы его можно было поставить вертикально на горлышко бутылки; монета, которая должна свободно проходить в горлышко бутылки.

Поставим кольцо на бутылку, а монету положим на кольцо. Если теперь ловко и правильно выбить кольцо из-под монеты, то она со звоном упадет в бутылку.

Эта незамысловатая игрушка очень наглядно иллюстрирует тот факт, что за время удара импульс горизонтальной силы трения, действующей на монету, не успевает сообщить ей сколько-нибудь заметный импульс в горизонтальном направлении - монета падает практически вертикально…

Примечание: известен аналогичный опыт, в котором вместо кольца и палочки используются квадратный листок плотной бумаги и монета, свободно проходящая через горлышко бутылки. Листком бумаги накрывается горлышко бутылки, а монета кладется на лист точно напротив отверстия в бутылке. Лист бумаги щелчком выбивается со своего места, а монета летит в бутылку.

Действие атмосферного давления.

Это один из "древних" и известных опытов. Стакан наполовину заполняется водой и прикрывается листком бумаги. Придерживая лист ладонью, стакан переворачивают. Если теперь ладонь убрать, то можно увидеть, что вода из стакана не выливается и лист бумаги не отлетает от стакана. Объясняется это действием атмосферного давления на лист

бумаги снизу. Расчеты показывают, например, что сила атмосферного давления, действующая на лист бумаги снизу, почти в 400 раз больше силы тяжести, действующей на воду в стакане. На воду в стакане сверху действует также сила давления со стороны оставшегося там воздуха.

Опыт повторяют с использованием листка бумаги, в котором вырезается дырка диаметром меньше 8 мм. Придерживая лист ладонью, стакан переворачивают. Если теперь ладонь убрать, то можно увидеть, что вода из стакана не выливается и лист бумаги не отлетает от стакана. Объясняется это действием атмосферного давления на лист бумаги снизу и наличием сил поверхностного натяжения у воды.

Демонстрация сохранения воды в перевернутом стакане, обтянутом марлей.

Для опыта подготавливается несложный реквизит. Стакан сверху обтягивается марлей, которая закрепляется на стакане с помощью липкой ленты - скотча. Через марлю стакан на 1/3 заполняется водой, прикрывается ладонью и переворачивается. Все это делается над раковиной. Затем ладонь убирается, что часть воды (совсем немного) выливается. Основная же масса воды остается в стакане. Оказывается, что при определенных условиях и в решете можно унести воду.

Причин того, что вода не выливается из стакана, обтянутого марлей, несколько. Первая- это, конечно же, существование атмосферного давления. Вторая - наличие поверхностного натяжения у воды. Третья причина достаточно сложна и ее специфика нигде в школьном курсе физики не рассматривается. Дело в том, что на нижней поверхности жидкости возникают волны. При определенных условиях амплитуда колебаний частиц таких волн может неограниченно увеличиваться. "Атмосферное давление может удержать воду в перевернутом сосуде только в том случае, если колебания нижней поверхности перевернутой жидкости с течением времени прекращаются, т.е. если возникающие волны являются затухающими". Критический радиус, начиная с которого на нижней поверхности воды могут образовываться неустойчивые волны, примерно равен 8 мм. Если размеры отверстия меньше этого значения, то вода не выливается. У марли в нашем случае отверстия в диаметре меньше 8мм.

Примораживание эмалированной кружки к деревянной подставке

На небольшую деревянную подставку наливается немного воды и на нее ставится эмалированная кружка со снегом. В снег подсыпается поваренная соль и размешивается до тех пор, пока кружка не примерзнет к опоре.

При помещении поваренной соли в снег происходит два процесса: активное таяние снега (кристалликов льда) и растворение соли. Эти процессы сопровождаются интенсивным поглощением энергии от стенок кружки и воды, налитой под дно кружки. Вода превращается в лед, примораживая кружку к опоре.