Інформація для викладачів
Опис
Експериментальна установка
Вода, як і всі інші тіла на Землі, постійно прискорюється до центру Землі і тому природньо рухається з найнижчої доступної точки. Для цього вона перетворює потенційну енергію на кінетичну і прискорюється.
Коли потік води наштовхується на предмет, він створює силу в напрямку потоку і прискорює його. Це дозволяє людям використовувати кінетичну енергію для приведення в рух водяних коліс і турбін.
Додаткова інформація для викладачів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні бути знайомі з основними поняттями перетворення енергії.
Принцип
У цьому експерименті генератор приводиться в дію кінетичною енергією потоку води, і учні спостерігають, як її можна використати для отримання електроенергії.
Додаткова інформація для викладачів (2/3)
Мета навчання
Учні дізнаються, як перетворити кінетичну енергію водних потоків на електричну енергію.
Завдання
У цьому експерименті процес накачування води за допомогою електричної напруги потрібно змінити на протилежний, намагаючись згенерувати напругу, коли вода рухається.
Додаткова інформація для викладачів (3/3)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
У цьому експерименті використовується проточний насос. Його перевага полягає в тому, що він також може використовуватися як генератор, оскільки в проточних насосах вода може протікати через насос в обох напрямках. Однак існує ймовірність того, що в насосі збирається повітря, яке потім значно зменшує потужність насоса, і тому його потрібно попередньо видалити.
Бажано використовувати дистильовану воду, щоб уникнути блокування крильчатки або інших проблем, спричинених залишками вапняного нальоту.
Примітка:Цей експеримент можна також наочно продемонструвати, використовуючи силіконову трубку замість шприца для підключення насоса до водопровідного крана.
Застереження: При підключенні насоса до водопровідного крана необхідно переконатися, що напруга не піднімається вище 2,5 В, інакше насос буде пошкоджений.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Рейнський водоспад Шаффгаузен у Швейцарії
Природні водні потоки бувають різних форм: від невеликих струмків до бурхливих річок. Ці потоки створюються гравітаційним полем Землі і течуть з різною швидкістю, залежно від рельєфу місцевості та початкової енергії.
З давніх-давен водяні колеса могли використовувати кінетичну енергію цих вод, а в наш час гідроелектростанції та турбіни додали ще більше способів отримувати корисну для людини енергію з руху води.
Завдання
Експериментальна установка
У цьому експерименті процес накачування води за допомогою електричної напруги потрібно змінити на протилежний, намагаючись згенерувати напругу, коли вода рухається.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Двигун, 5 В, модуль SB | 05660-00 | 1 |
| 2 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 2 |
| 3 | Мензурка, низька, 400 мл | 46055-00 | 1 |
| 4 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 5 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 6 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 7 | Ванночка, 150 мм x 150 мм x 65 мм, пластик | 33928-00 | 1 |
| 8 | Водяний насос/водяна турбіна/генератор | 05753-00 | 1 |
| 9 | Тримач, D = 16 мм, з ручкою | 05764-00 | 1 |
| 10 | Шприц, 20 мл, 100 штук | 02591-10 | 1 |
| 11 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 |
| 12 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 |
| 13 | Цифровий мультиметр, 3 1/2 розрядний дисплей з NiCr-Ni термопарою | 07122-00 | 1 |
Підготовка (1/2)
Рисунок 2
Рисунок 3
1.Вставте штативний стрижень в одну половину основи штатива (мал. 1).
2.Прикріпіть затискач до штативного стрижня за допомогою подвійної муфти та встановіть ванночку під затискач (рис. 2).
3.Закріпіть насос у тримачі затискача і перемістіть подвійну муфту вниз так, щоб насос знаходився на дні ванночки (рис. 3).
Рисунок 1
Підготовка (2/2)
4.Підключіть вольтметр паралельно до насоса і поставте склянку, наповнену водою, та шприц (рис. 4).
5.Зберіть двигун і два лінійні модулі з роз'ємом для підключення, як показано на рис. 5.
6. Підключіть насос до двигуна відповідно до полярності. Червоний штекер відповідає позитивному полюсу, а синій - негативному (рис. 6).
7.Увімкніть вольтметр паралельно двигуну і поставте склянку з водою на стіл, а шприц розмістіть поруч з ванночкою (рис. 7).
Рисунок 4
Рисунок 6
Рисунок 5
Рисунок 7
Виконання роботи (1/2)
Рисунок 8
1.Встановіть вольтметр на діапазон вимірювання 2 В-. Перевірте, чи можна переміщати крильчатку на нижній стороні насоса.
Експеримент 1
2. Наповніть шприц водою зі склянки і вставте його якомога глибше в отвір для трубки на насосі (рис. 8).
3.Швидко та рівномірно витисніть воду зі шприца в насос.
Повторіть експеримент кілька разів і запишіть у протоколі експерименту, що можна спостерігати на вольтметрі під час різних циклів і які значення він показує.
Виконання роботи (2/2)
Експеримент 2
1. Проведіть експеримент так само, як і в експерименті 1, і запишіть, що Ви спостерігаєте в двигуні.
2. Зверніть увагу, чи відрізняються значення напруги від значень в експерименті 1.
Підказка:
- Переконайтеся, що шприц працює правильно.
- Тиск води не повинен бути надто високим, але й не надто низьким. Спробуйте знайти відповідний середній тиск для досягнення ідеальних результатів.
- Кут введення також важливий для результату. Для досягнення найкращих результатів шприц повинен бути злегка нахилений, тобто не повністю паралельний стрижню штатива.
Протокол
Завдання 1
Вставте слова в тексті у відповідні пропуски Гідроенергетичні турбіни функціонують подібно до ____, але з більш щільним ____. Проте загальна ____ води зазвичай менша, ніж повітря, оскільки вода ____ і тому зазвичай не досягає таких високих швидкостей потоку, як вітер. Однак у випадку з потоками води ____ течії набагато легше розпізнати і він набагато стабільніший, оскільки ____ течії змінюється дуже повільно впродовж тисячоліть.
Завдання 2
Яка формула описує кінетичну енергію ?
Завдання на схемі: розташуйте підписи по місцях. Підписи: E_{кін}; =; m; t; g; Q; h; V; v; 1/2; · \large (; ·; \large )^2. Місця на схемі: Енергія; Час.
= висота, = маса, = об'єм, = прискорення вільного падіння
=швидкість, = заряд, = час
Завдання 3
Питання