Інформація про для вчителів
Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Цей експеримент ілюструє, наскільки сильно точне вирівнювання пробірки і параболічного жолоба впливає на нагрівання води в пробірці. Навіть невелике відхилення від фокусної точки призводить до значно слабшого нагрівання.
Точне вирівнювання є важливим у великих системах для досягнення максимально можливої ефективності нагріву.
Цей принцип також використовується в сонячних плитах для приготування їжі. У цьому випадку каструля повинна знаходитися у фокальній точці дзеркала, щоб досягти швидкого нагрівання і високої ефективності.
Додаткова інформація для вчителів (1/3)
Попередні знання
Учні повинні бути знайомі з основними поняттями перетворення енергії.
Принцип
У цьому експерименті воду нагрівають за допомогою параболічного жолоба і спостерігають, чи є фізична різниця між розміщенням води у фокальній точці та поза нею.
Додаткова інформація для вчителів (2/3)
Мета навчання
Учні дізнаються, як оптимально використовувати параболічний жолоб у якості відновлюваного джерела енергії.
Завдання
Ці експерименти демонструють переваги точного позиціонування поглинача в параболічному жолобі.
Створюються дві серії вимірювань кривої температури і порівнюються між собою.
Додаткова інформація для вчителів (3/3)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
Експеримент складається з двох частин (нагрівання води у фокусі параболічного жолоба та поза фокусом), які також можуть бути виконані групами учнів індивідуально. Для цього можна поділити клас на кілька груп, кожна з яких виконуватиме лише одну частину експерименту.
Шлях променів падаючого світла можна простежити, наприклад, за допомогою білого аркуша паперу. Це дає змогу відносно точно визначити фокусну точку.
Різниця в показниках температури між двома частинами експерименту стає ще більш очевидною, якщо нагрівання відбувається не від лампи, а від сонця.
Важливо також переконатися, що пробірка не знаходиться занадто близько від лампи, тому що в іншому випадку освітлення буде дуже неоднорідним, особливо без параболічного жолоба. Отже, в якості відстані обрано 10 см.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Фокусна точка скляної кулі
Всім відомий такий експеримент: на аркуш паперу під лупою світить сонячне світло, і якщо знайти правильну відстань між лупою і папером, то аркуш починає горіти.
Це один з можливих способів продемонструвати силу сфокусованих світлових променів і фокусної точки.
Цей фізичний принцип може бути використаний для визначення найбільш ефективного розташування параболічного жолоба як регенеративного (відновлюваного) джерела енергії.
Завдання
Експериментальна установка
Ці експерименти демонструють переваги точного позиціонування поглинача в параболічному жолобі.
Створюються дві серії вимірювань кривої температури і порівнюються між собою.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Галогенна лампа з рефлектором, 12 В / 20 Вт | 05780-00 | 1 |
| 2 | Тримач для галогенних ламп із рефлектором | 05781-00 | 1 |
| 3 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
| 4 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 1 |
| 5 | Лабораторний термометр, -10..+110°C | 38056-00 | 1 |
| 6 | Секундомір, цифровий, 24 години, 1/ 100 с та 1 с | 24025-00 | 1 |
| 7 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 2 |
| 8 | Мензурка, низька, 100 мл, пластмаса | 36011-01 | 1 |
| 9 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 10 | Параболічний жолоб, модель | 05765-00 | 1 |
| 11 | Тримач, D = 16 мм, з ручкою | 05764-00 | 1 |
| 12 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 |
| 13 | Шприц, 20 мл, 100 штук | 02591-10 | 1 |
| 14 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 |
| 15 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Підготовка (1/5)
1.Зберіть установку з двох регульованних частин основи штатива та двох штативних стрижнів (рис. 1 і рис. 2).
2.Встановіть лампу в ліву частину основи штатива і підключіть її до вимкненого джерела живлення (12 В~) (рис. 3).
3.Встановіть короткий штативний стрижень в праву частину основи штатива. Потім прикріпіть до стрижня подвійну муфту і вставте тримач затискача в подвійну муфту (рис. 4).
Рисунок 1
Рисунок 3
Рисунок 2
Рисунок 4
Підготовка (2/5)
Рисунок 5
Рисунок 6
4.Перемістіть праву частину основи штатива так, щоб вона знаходилася на відстані приблизно 19 см від лівої частини основи штатива (рис. 5). Пробірка, яка буде вставлена пізніше, буде знаходитися на відстані приблизно 10 см від лампи.
5.Помістіть ковзну опору для оптичної лави безпосередньо перед правою частиною основи штатива на двох штативних стрижнях. Ковзна опора знаходиться безпосередньо біля правої частини основи штатива (мал. 6).
Підготовка (3/5)
Рисунок 7
6.Наповніть пробірку приблизно 15 мл води так, щоб вода була приблизно на 2 мм вище края чорної фарби (рис. 7). Кількість води можна легко виміряти за допомогою шприца.
7.Вставте термометр в отвір кришки пробірки. Просувайте термометр крізь кришку до тих пір, допоки не буде видно лише температуру вище 15 °C, і закрутіть кришку з термометром на пробірці (рис. 8).
Рисунок 8
Підготовка (4/5)
Рисунок 9
8.Тепер прикріпіть пробірку до стрижня за допомогою затискача (рис. 9). Переконайтеся, що чорна частина пробірки однаково виступає з обох боків порівняно з лампою.
Експеримент 1
1.Помістіть параболічний жолоб на ковзну опору таким чином, щоб затискач параболічного жолоба знаходився внизу, а передній край затискача був на відстані близько 5 мм від пробірки (рис. 10).
Рисунок 10
Підготовка (5/5)
Рисунок 11
Експеримент 2
1.Помістіть параболічний жолоб на ковзну опору і прикріпіть його безпосередньо до пробірки за допомогою затискача (рис. 11).
Виконання роботи
Експеримент 1
1. Запишіть у протокол експерименту початкову температуру води на початку експерименту при t = 0 хв.
2. Тепер увімкніть лампу (блок живлення) і одночасно запустіть секундомір.
Записуйте температуру води кожні дві хвилини протягом усього експерименту (12 хвилин).
Експеримент 2
1.Знову налийте в пробірку холодну воду і відрегулюйте розташування пробірки за допомогою дзеркала.
2. Повторіть процедуру проведення першого експерименту і занотуйте спостереження.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Вставте слова у тексті Фокусна точка дифракційного об'єкта, яку також називають ____, - це точка, в якій перетинаються всі паралельні падаючі ____. Як наслідок, ____ в цій точці значно більша порівняно з іншими точками. Якщо сфокусувати світлові промені на ____, енергія променів може бути використана набагато ефективніше у ____.