Шахмаев Н.М., Каменецкий С.Е. Демонстрационные опыты по электричеству

Шахмаев Н.М., Каменецкий С.Е. Демонстрационные опыты по электричеству. — М., 1963. — 331 с.
Необходимость того или иного учебного эксперимента определяется принятой методикой изложения. Новый учебный эксперимент, как правило, появляется в результате развития, новых методических идей и в этом отношении является производным от методики.
Однако экспериментальная база преподавания, наличие того или иного оборудования существенно влияют на детали изложения и этим в значительной мере в свою очередь определяют характер конкретной методики.
При постановке описанных в предлагаемой книге опытов авторы стремились к их предельной простоте. Однако авторов не пугала относительная сложность некоторых демонстраций, если только при этом достигалось более глубокое раскрытие изучаемых физических явлений.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие………………………………………………..3
ГЛАВА I. Оборудование для демонстрационных опытов по электричеству
§ 1. Универсальный выпрямитель …………………………..5
§ 2. Модели аналогии для объяснения сущности процессов, происходящих в электрической цепи …………………………..8
§ 3. Комплект приборов для изучения магнитного поля …………14
§ 4. Демонстрационный осциллограф ……………………….20
§ 5. Электронный переключатель к осциллографу ………………24
§ 6. Демонстрационные амперметр, вольтметр и ваттметр…………26
§ 7. Комплект приборов для изучения свойств электромагнитных волн…………..28
ГЛАВА II. Электрические заряды. Электрическое поле
§ 1. Условия, обеспечивающие успешное проведение электростатических опытов ……………………………………….39
§ 2. Электризация тел. Электрический заряд ………………….41
Опыт 1. Электризация тел …………………………….—
Опыт 2. Притяжение наэлектризованным телом не наэлектризованных тел …………………………….42
Опыт 3. Проводники и изоляторы ……………………..45
Опыт 4. Взаимодействие наэлектризованных тел …………..—
Опыт 5. Объяснение устройства и принципа действия электроскопа 46
Опыт 6. Делимость электричества ……………………..47
Опыт 7. Распределение зарядов на проводнике …………..—
Опыт 8. Полная передача заряда проводником …………..48
Опыт 9. Два рода электрических зарядов ………………..—
Опыт 10. Одновременная электризация двух соприкасающихся
тел ……………………………………….49
Опыт 11. Явление электростатической индукции …………..50
Опыт 12. Пьезоэлектричество …………………………51
Опыт 13. Распределение зарядов на поверхности проводника ……………52
Опыт 14. Заряды на остриях. Электрический ветер…………—
§ 3. Закон Кулона ……………………………………..53
Опыт 15. Проверка закона Кулона ……………………54
§ 4. Электрическое поле ………………………………….56
Опыт 16. Проявления электрического поля ………………—
Опыт 17. Напряженность электрического поля точечного заряда…………..59
Опыт 18. Напряженность электрического поля между двумя длинными пластинами …………………………..60
Опыт 19. Экранирующее действие проводников …………..61
Опыт 20. Поляризация диэлектрика …………………….—
Опыт 21. Энергия электростатического поля ………………62
Опыт 22. Измерение разности потенциалов ………………64
Опыт 23. Потенциал заряженного проводника………………65
§ 5. Электроемкость……………………………………….66
Опыт 24. Измерение электроемкости ……………………67
Опыт 25. Электроемкость плоского конденсатора …………69
Опыт 26. Устройство конденсатора постоянной емкости ………..
Опыт 27. Устройство конденсатора переменной емкости ………..71
Опыт 28. Параллельное соединение конденсаторов…….
Опыт 29. Последовательное соединение конденсаторов …. 73
Опыт 30. Энергия заряженного конденсатора …………….74
ГЛАВА III. Электрический ток в металлах. Законы постоянного тока
§ 1. Особенности эксперимента по законам постоянного тока. ……………76
§ 2. Условия существования электрического тока в цепи. Электронная проводимость металлов……………………..78
Опыт 31. Движение электрических зарядов ………………79
Опыт 32. Условие, необходимое для существования постоянного
тока в проводнике …………………………..81
Опыт 33. Отличие электростатического поля от электрического
поля в проводнике при протекании постоянного тока …………..82
Опыт 34. Электронная проводимость металлов………………84
Опыт 35. Электрический ток в металлах ………….86
§ 3. Электрическая цепь. Энергетические преобразования в электрической цепи постоянного тока ……………………..—
Опыт 36. Электрическая цепь. Гидродинамическая аналогия электрической цепи …………………………….87
Опыт 37. Механическая модель для объяснения процессов, происходящих в электрической цепи постоянного тока ……………90
§ 4. Сопротивление проводников. Закон Ома для участка цепи ……………..92
Опыт 38. Зависимость сопротивления от материала, длины и сечения проводника …………………………..—
Опыт 39. Закон Ома для участка цепи ……………………94
Опыт 40. Зависимость сопротивления металлических проводников от температуры …………………..99
§ 5. Соединения проводников ……………..101
Опыт 41. Последовательное и параллельноесоединения проводников 102
Опыт 42. Мостик Уитстона …………….104
Опыт 43. Шунтирование амперметра …………107
Опыт 44. Добавочное сопротивление к вольтметру…….109
Опыт 45. Реостаты ………………..110
Опыт 46. Потенциометрическое включение реостата в цепь …………..112
§ 6. Закон Ома для полной цепи……………..113
Опыт 47. ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока 114
Опыт 48. Закон Ома для полной цепи …………115
Опыт 49. Различие между электродвижущей силой источника и
напряжением ………………118
Опыт 50. Соединение элементов в батареи ……….120
§ 7. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца …………..121
Опыт 51. Работа электрического тока …………..124
Опыт 52. Мощность электрического тока ………125
Опыт 53. Измерение мощности тока. Ваттметр …….126
Опыт 54. Закон Джоуля-Ленца ………….128
§ 8. Термоэлектричество ………………..130
Опыт 55. Термопара ………………………………..—-
Опыт 56. Термостолбик ………………131
ГЛАВА IV. Электронные явления в вакууме
§ 1. Некоторые методические замечания по теме «Электронные явления
в вакууме» …………………….133
§ 2. Описание опытов …………………134
Опыт 57. Явление термоэлектронной эмиссии …………….—
Опыт 58. «Механизм» термоэлектронной эмиссии …….136
Опыт 59. Односторонняя проводимость диода …………….—
Опыт 60. Ламповый выпрямитель ……………..138
Опыт 61. Кенотронный выпрямитель………….139
Опыт 62. Роль сетки в трехэлектродной лампе …………..142
Опыт 63. Характеристика триода ………….143
Опыт 64. Усилительные свойства электронной лампы………….145
Опыт 65. Применение трехэлектродных ламп в схемах усилителей…………..148
Опыт 66. Электронный прожектор в электронно-лучевой трубке…………..149
Опыт 67. Управление электронным пучком ……………151
Опыт 68. Применение электронно-лучевой трубки. Осциллограф…………..152
ГЛАВА V. Электрический ток в электролитах
§ 1. Ионная проводимость электролитов ………….154
Опыт 69. Отсутствие тока в цепи, когда электроды опущены в сосуд с дистиллированной водой ………..155
Опыт 70. Электропроводность раствора серной кислоты ……………156
Опыт 71. Движение ионов в электрическом поле …….157
Опыт 72. Электролиз медного купороса ………..158
Опыт 73. Изменение сопротивления электролитов при нагревании…………..160
Опыт 74. Проводимость стекла при размягчении …………..—
§ 2. Химические источники электрического тока. Технические применения электролиза……………….161
Опыт 75. Различные элементы …………..162
Опыт 76. Принцип действия аккумулятора ………164
Опыт 77. Применение электролиза в технике ……..165
ГЛАВА VI. Электрический ток в газах
§ 1. Природа электрического тока в газах …………166
Опыт 78. Разряд электроскопа под действием внешнего ионизатора …………………—
Опыт 79. Несамостоятельный и самостоятельный разряды в газах…………..168
Опыт 80. Зависимость тока в газовом промежутке от напряжения…………..170
§ 2. Различные виды электрических разрядов в газе при атмосферном давлении …………………172
Опыт 81. Коронный разряд ……………в —
Опыт 82. Электрофильтр ……………..173
Опыт 83. Искровой разряд …………….175
Опыт 84. Электроискровая обработка металлов …………..—
Опыт 85. Дуговой разряд …………..177
Опыт 86. Электросварка ………………178
§ 3. Электрический разряд в газах при пониженном давлении………..179
Опыт 87. Прохождение электрического тока через воздух при постепенном его разрежении. Тлеющий разряд ….179
Опыт 88. Шкала пустот ………………181
Опыт 89. Неоновая лампа и газосветные трубки……..182
Опыт 90. Прямолинейное распространение пучка электронов …………183
Опыт 91. Отклонение пучка электронов в магнитном и электрическом полях ………………185
Опыт 92. Энергия пучка электронов …………186
Опыт 93. Люминесцентная лампа ………….187
ГЛАВА VII. Основные свойства полупроводников
§ 1. Сопротивление полупроводников……………189
Опыт 94. Зависимость сопротивления полупроводника от температуры ………………..190
Опыт 95. Термосопротивления…………………—
Опыт 96. Применение термосопротивлений………..192
Опыт 97. Изменение сопротивления полупроводника при его освещении …………………194
Опыт 98. Устройство фотосопротивлений ………………….—
Опыт 99. Использование фотосопротивлений в технике .. .195
Опыт 100. Электронное фотореле …………. —
§ 2. Механизм электропроводности полупроводников…….196
Опыт 101. Демонстрация кинофрагмента «Собственная проводимость полупроводников» ……………………….199
Опыт 102. Демонстрация кинофрагмента «Примесная проводимость полупроводников» ……………………..200
§ 3. Полупроводниковые выпрямители…………………………..—
Опыт 103. Демонстрация кинофрагмента «Механизм образования запорного слоя» ……………..201
Опыт 104. Устройство полупроводниковых вентилей ……….—
Опыт 105. Однополуйериодный выпрямитель ……..202
Опыт 106. Двухполупериодный выпрямитель …….203
Опыт 107. Мостовая схема выпрямителя ………..204
Опыт 108. Сглаживающий фильтр …………..205
§ 4. Полупроводниковые усилйтелй …………..205
Опыт 109. Демонстрация кинофрагмента «Полупроводниковый
триод»…………………………………………210
Опыт 110. Принцип работы транзистора ………………….—
Опыт 111. Простейший полупроводниковый усилитель ………..211
Опыт 112. Усилитель с общим эмиттером………..212
Опыт 113. Усилитель к детекторному приемнику …………..—
Опыт 114. Двухкаскадный усилитель …………213
§ 5. Полупроводниковый термоэлемент……………214
Опыт 115. Простейший термогенератор ………………….—
Опыт 116. Принцип работы полупроводникового холодильника ………..215
ГЛАВА VIII. Магнитное поле
§ 1. Связь электрических и магнитных явлений ……….217
§ 2. Вводные опыты ……………….219
Опыт 117. Одновременное существование электрического и магнитного полей постоянного тока …………….—
Опыт 118. Магнитное поле постоянного тока ………220
Опыт 119. Магнитное поле постоянных магнитов ……221
Опыт 120. Магнитное поле конвекционных токов ……222
Опыт 121. Действие магнитного поля на электрические заряды………..223
Опыт 122. Действие магнитного поля на железо……..224
Опыт 123. Картины магнитных полей …………225
§ 3. Взаимодействие параллельных токов …………
Опыт 124. Установка для изучения взаимодействия параллельных токов ……………….226
§ 4. Индукция и напряженность магнитного поля………229
Опыт 125. Введение понятия о магнитной индукции ……231
Опыт 126. Магнитное поле прямого тока ………………..—
Опыт 127. Магнитное поле катушки ………….233
Опыт 128. Введение понятия о напряженности магнитного поля…………..235
Опыт 129. Соотношение между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля ……………………..—
§ 5. Магнитные свойства веществ………………236
Опыт 130. ^Ферромагнетизм………………………………—
Опыт 131. Парамагнетизм………………………………237
Опыт 132. Диамагнетизм……………….238
Опыт 133. Зависимость ферромагнитных свойств от температуры…………..—
Опыт 134. Нагревание ферромагнетика при циклическом перемагничивании ………………….239
Опыт 135. Демонстрация петли гистерезиса …………….240
Опыт 136. Эффект Боркгаузена…………….241
Опыт 137. Процесс намагничивания ферромагнетика …………242
Опыт 138. Магнитная цепь …………….244
Опыт 139. Магнитная экранировка…………..245
Опыт 140. Демонстрация учебного кинофильма «Электромагниты и их применение» …………….246
§ 6. Движение заряженных частиц в магнитном поле …………..—
Опыт 141. Движение электронов в магнитном поле ………….247
Опыт 142. Движение ионов в магнитном поле …………….—
Опыт 143. Магнитная линза …………….248
Опыт 144. Электронно-лучевая трубка с магнитным управлением луча ……………………..—
Опыт 145. Демонстрация фрагмента из учебного кинофильма «Электронно-лучевая трубка» ………..249
ГЛАВА IX. Явление электромагнитной индукции.
§ 1. Понятие об индуктированном электрическом поле…………..250
§ 2. Вводные опыты …………………..251
Опыт 146. Получение индукционного тока при движении постоянного магнита относительно контура …………..—
Опыт 147. Получение индукционного тока при изменении магнитной индукции …………………………….—
Опыт 148. Получение индукционного тока при изменении площади
контура, находящегося в постоянном магнитном поле…………..252
§ 3. Величина э. д. с. индуктированного электрического поля ………..253
Опыт 149. Величина э. д. с. индуктированного поля……….—
§ 4. Закон Ленца …………………….254
Опыт 150. Демонстрации справедливости закона Ленца с помощью
прибора Петроевского ……………………..—
Опыт 151. Демонстрация справедливости закона Ленца с помощью
алюминиевого кольца и электромагнита …..255
Опыт 152. Демонстрация справедливости закона Ленца с помощью
магнита, катушки и гальванометра ……..256
§ 5. Явление самоиндукции ……………….257
Опыт 153. Самоиндукция при замыкании цепи …………….—
Опыт 154. Осциллограмма нарастания тока в цепи с катушкой…………..258
Опыт 155. Самоиндукция при размыкании цепи……..260
Опыт 156. Осциллограмма э. д. с. самоиндукции при размыкании цепи ………………………………..—
Опыт 157. Явление самоиндукции при изменении тока в цепи ……………261
Опыт 158. Величина э. д. с. самоиндукции……….262
Опыт 159. Энергия магнитного поля катушки ……..263
Опыт 160. Искрогасящие устройства …………265
§ 6. Вихревой характер индуктированного электрического поля ……..266
Опыт 161. Индукционные токи в массивных проводниках ………..—
Опыт 162. Модель магнитного тахометра………..267
Опыт 163. Вихревой характер индуктированного электрического поля ………………….268
Опыт 164. Возникновение переменного магнитного поля при изменении электрического поля ……..269
Глава X. Переменный ток
§ 1. Общие замечания ……………………………………271
§ 2. Основные свойства переменного тока…………..272
Опыт 165. Индукционный генератор……………………..—-
§ 3. Цепь переменного тока с активным сопротивлением ……273
Опыт 166. Введение понятия об активном сопротивлении ……….—
Опыт 167. Ознакомление с принципом работы электронного переключателя ……………..274
Опыт 168. Фазовые соотношения в цепи с активным сопротивлением 275
§ 4. Цепь переменного тока с емкостью ……….. .276
Опыт 169. Емкостное сопротивление ……………………—
Опыт 170. Фазовые соотношения в цепи с емкостью…..278
Опыт 171. Закон Ома для цепи с емкостью……….279
§ 5. Цепь переменного тока с индуктивностью ………………..—
Опыт 172. Индуктивное сопротивление ………………….—
Опыт 173. Фазовые соотношения в цепи с индуктивностью . …….281
Опыт 174. Закон Ома для цепи с индуктивностью …………—
§ 6. Цепь переменного тока со смешанным сопротивлением…..282
Опыт 175. Сопротивление цепи переменного тока со смешанной
нагрузкой ………………………………..—
Опыт 176. Фазовые соотношения в цепи переменного тока со смешанной нагрузкой…………….283
Опыт 177. Резонанс в последовательной цепи переменного тока …….—
Опыт 178. Резонанс в параллельной цепи переменного тока …….285
Опыт 179. Закон Ома для цепи переменного тока со смешанным сопротивлением ………………………………286
§ 7. Мощность переменного тока …………..287
Опыт 180. Мощность переменного тока ………………….—
§ 8. Использование переменного тока …………..289
Опыт 181. Однофазный трансформатор ………………….—
Опыт 182. Вращающееся магнитное поле однофазного тока …….290
Опыт 183. Вращающееся магнитное поле трехфазного тока …….—
Опыт 184. Асинхронный двигатель ………….291
Опыт 185. Повышение коэффициента мощности…………….—
ГЛАВА XI. Электромагнитные колебания и волны
§ 1. О новом эксперименте в теме «Электромагнитные колебания и волны»…….293
§ 2. Электромагнитные колебания …………….- 294
Опыт 186. Получение свободных электромагнитных колебаний …………..—
Опыт 187. Частота свободных электромагнитных колебаний ……………295
Опыт 188. Ламповый генератор…………….296
§ 3. Некоторые свойства токов высокой частоты……….297
Опыт 189. Поверхностный эффект ……………………..—
Опыт 190. Высокочастотная сушка ………….298
Опыт 191. Свечение безэлектродных газонаполненных трубок в
электромагнитном поле высокой частоты …..299
§ 4. Электромагнитные волны в проводах……………….—
Опыт 192. Короткая линия переменного тока………………—
Опыт 193. Длинная линия переменного тока ………300
§ 5. Свободные электромагнитные волны ………….302
Опыт 194. Открытый колебательный контур. Излучающая и приемные антенны …………………………….—
Опыт 195. Скорость распространения электромагнитного поля в дистиллированной воде …………304
Опыт 196. Принцип радиотелеграфной передачи ………….—
Опыт 197. Принцип радиоуправления ……………………—
Опыт 198. Принцип амплитудной модуляции …….305
Опыт 199. Принцип передачи модулированных сигналов …. 307
Опыт 200. Генератор сантиметровых волн ……….308
Опыт 201. Экранирующее действие проводников …….310
Опыт 202. Отражение электромагнитных волн …………..—
Опыт 203. Законы отражения электромагнитных волн…..311
Опыт 204. Собирающее действие вогнутого зеркала …..312
Опыт 205. Преломление электромагнитных волн …………—
Опыт 206. Линзы для электромагнитных волн ……..313
Опыт 207. Прохождение электромагнитных волн через призму ……..314
Опыт 208. Интерференция электромагнитных волн………….. —
Опыт 209. Стоячие электромагнитные волны………………….315
Опыт 210. Поляризация электромагнитных волн………………316
Опыт 211. Дифракция электромагнитных волн ………………317
Литература………………………………………………319