Выставка детских игрушек по физике
материал по физике по теме

                Выставка детских игрушек по физике.

                 Для учащихся 4- 6  классов.

Такую выставку можно использовать при проведении недели физики в школе.

Выставку готовят учащиеся 10 классов для учеников  4-6 классов.

Проводя экскурсию, экскурсоводы рассказывают о взаимосвязи законов физики и физических явлений с принципом действия представляемых игрушек.

Примерные тексты экскурсий с указанием использованных игрушек и возможные опыты.

Звуковые игрушки

- Мы живем в мире звуков. Где бы мы ни находились, нас сопровождают разные звуки. Вот, например, еще совсем маленький ребенок, а уже гремит погремушкой. Это его первая игрушка, и  она звуковая.

    Посмотрите эту птичку ( показывает игрушку). Если закрыть канал с одной стороны пальцем, а с другой стороны в него подуть, то звука не будет слышно. Если открыть отверстие, то раздаются веселые трели. Вы хотите узнать, почему поет птичка? Поведем такой опыт.

Опыт 1. Если по камертону ударить молоточком, то камертон зазвучит. Поднесем к звучащему камертону маленький шарик, подвешенный на нити. Ветви камертона будут  его периодически отталкивать. Это показывает, что ветви звучащего камертона колеблются. Как только прекращаются колебания камертона – исчезает звук. Следовательно, источником звука являются колеблющиеся тела.

В канале птички колеблется воздух, а в самой игрушке ( демонстрируем «водяного» соловья) будет колебаться вода.

Опыт 2. Звуки бывают разной высоты ( показываем свирель, свистим в нее). Высота тона зависит от частоты колебаний ( демонстрируем сирены). Чем о большее количество зубьев в единицу ударяется пластинка, тем  выше звук.

Теперь посмотрите другую игрушку – « Кот в сапогах». Когда мы нажимаем на нее, воздух выходит из подушки, находящейся внутри игрушки, а когда мы ее отпускаем – устремляется внутрь подушки, она постепенно распрямляется, и воздух внутри нее колеблется, издавая звук.

«Говорящие» куклы умеют произносить: «Мама». Причина звука – колебания воздуха внутри кожаной коробочки с отверстиями, которую помещают внутрь игрушки. При наклоне куклы грузик, находящийся в коробочке, падает, заставляя воздух в ней сжиматься и выходить в отверстия. Колебания воздуха при этом сопровождаются звуком.

Причиной музыкальных звуков, издаваемых шарманкой ( показываем), тоже являются колебания воздуха внутри нее. Чтобы звук был громче, ящик шарманки делают большим и полым.

Опыт 3. Вот посмотрите, как тихо звучит камертон, снятый с резонаторного ящика. Если же поставить камертон на ящик, то его колебания через стенки ящика передаются воздуху в нем. Вследствие этого воздух тоже начнет колебаться и издавать звук. Если частоты колебаний камертона и воздушного столба одинаковы, то происходит усиление звука – резонанс. Теперь нам понятно, для чего у шарманки, гитары, пианино делают резонаторные ящики. ( Показываем их).

-Мы познакомились толь с некоторыми звуковыми игрушками. Думаю, что теперь вы сумеете объяснить принцип действия любых звуковых игрушек.

Заводные игрушки

- Очень давно, еще маленькими, мы  полюбили эти игрушки: заводного мишку, зайку, курочку. А как лихо мчится этот паровозик (демонстрируем). Почему движутся игрушки? Разберемся в этом, ознакомившись с устройством игрушки «Курочка Ряба».

Механизм, при помощи которого происходит движение курочки, состоит из основного вала и двух ведомых, пружины и зубчатого колеса ( показываем). Сжатая пружина обладает потенциальной энергией. За счет потенциальной энергии тело может совершать работу.

Опыт 1. Поместим пружину на металлический стержень от подъемного столика. Сожмем пружину и свяжем ее ниткой. Подожжем нитку – пружина взлетает высоко вверх. Пружина приобрела скорость, так как ее потенциальная энергия перешла в кинетическую.

Опыт 2. С наклонной плоскости пустим цилиндр, на пути которого находится шарик. Шарик тоже приходит в движение. (Объясняем явление).

Опыт 3. Демонстрируем и объясняем действие маятника Максвелла.

- Вернемся к нашей игрушке. Потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию механизма, ножки курочки приходят в движение.

Демонстрируем различные заводные игрушки.

Инерционные игрушки

- Вы, ребята, смотрели сейчас заводные игрушки. А мои игрушки не требуют завода, но тоже движутся ( показывает машину). Это физика помогла создать такие игрушки.

  Принцип действия инерционной машины заключается в следующем: на задней и передней оси находится ряд шестеренок, которые в свою очередь соединяются с маховиком. Мы толкаем автомобиль, шестеренки передают движение маховику. Маховик же обладает  большой массой, а, следовательно, будет долго сохранять состояние движения, которое ему сообщили.

Явление инерции можно наблюдать на опытах.

Опыт 1. Установим наклонно на столе доску. Внизу у доски положим  брусок. Переместим на наклонную доску грузовик с находящейся на ней куклой и предоставим ему возможность скатываться вниз. В конце доски грузовик остановиться, а кукла, продолжая двигаться, упадет. Следовательно, движение тел происходит до тех пор, пока они не встретят на своем пути препятствие.

Опыт 2. Подвесим массивный груз на такой нитке, которая может выдержать нагрузку, намного большую силы тяжести груза. Если за нижнюю нитку дернуть рывком, то она оборвется, если же медленно тянуть за нее, постепенно увеличивая усилие, оборвется верхняя нитка.( Объясняем опыт).

Опыт 3. Линейкой будем выбивать пятаки из столбика. Столбик не разваливается, так как монеты по инерции сохраняют состояние покоя.

 Все эти опыты помогают объяснить действие инерционных игрушек.

- А теперь я покажу вам интересную игрушку, которая « опровергает» важнейший физический закон о невозможности сделать вечный двигатель. Посмотрите, у меня на столе стоит « настоящий вечный двигатель» . «Птичка» наклоняется и пьет, поднимается и снова наклоняется.

  «Птичка Хоттабыча» представляет собой стеклянную наглухо запаянную фигурную ампулу. Ампула наполнена легко испаряющейся жидкостью. После смачивания водой ватного чехла на голове «птички»начинается испарение, которое охлаждает верхний шарик ампулы ( голову «птички».

Электрические и магнитные игрушки

- Знакома ли вам кукла Наташа?

( Показываем вырезанную из картона «магнитную» куклу, на которую можно надевать разные платья).

Вот Наташа пошла в школу, а вот она играет. Мы любим Наташу за то что ее можно быстро переодевать. А как устроена эта игрушка?

 - На груди у куклы  закреплен магнит, а на  все ее платья приклеены металлические пластинки. Мы знаем свойство магнита притягивать металлические тела ( демонстрируем опыт) . Это свойство применимо и в игре «Рыбная ловля». Крючок – магнит притягивает рыбок, к которым прикреплены металлические пластинки (показываем действие игры) «Магнитная мозаика» и др.)

Теперь познакомимся с другими  интересными явлениями. Пропустим через проводник, помещенный в магнитное поле, электрический ток. Проводник отклонится ( опыт). Это свойство проводников с током двигаться  в магнитном поле используется и в электродвигателях.

    Показываем работу модели электромотора и рассказываем о его устройстве.

- Электрический двигатель является главной частью электрических игрушек. На выставке представлены такие машины, как «Планетоход», «Нива» и др. В них электродвигатели питаются от батарейки. В «Железной дороге» электродвигатель находится в корпусе электровоза, а ток идет от сети по рельсам ( демонстрируем действия игрушек).

Игрушки, действие которых основано на существовании архимедовой силы

- Если вы умеете плавать, вам  на помощь придут надувные резиновые игрушки

 ( показываем). Эти игрушки обладают большой подъемной силой, потому что их вес  намного меньше действующей на них со стороны воды выталкивающей силы.

   В существовании выталкивающей силы легко убедиться на опыте. Для этого прикрепим небольшой груз к резиновой тесьме. Измерим длину растянувшейся при этом резинки. Держа резинку за верхний конец, опустим груз в сосуд с водой. Объясним причину укорачивания резиновой тесьмы ( дается объяснение).

Величина выталкивающей силы зависит от плотности жидкости.

Опустим в банку с водой яйцо – оно тонет. Будем подсыпать в воду соль. По мере увеличения солености воды яйцо всплывает (опыт).

Законы плавания тел использованы в устройстве детской игрушки «водолаз». Вес «водолаза» подобран таким образом, что при заполнении полости игрушки водой ее вес становится больше выталкивающей силы, и «водолаз» погружается на дно, а при заполнении полости воздухом выталкивающая сила становиться больше веса игрушки, и «водолаз» всплывает.

Можно игрушечного «водолаза» применять и по –другому, устроив « картезианского водолаза».

  Для опыта обычно используют плавание перевернутой пробирки внутри цилиндра с водой, затянутого пленкой. Целесообразно вместо пробирки взять яркую фигурку игрушки- водолаза. Предварительно залепив верхнее отверстие игрушки пластилином.

  Если нажать пальцем на перепонку, воздух в сосуде сжимается и сильнее давит на воду, вследствие чего некоторое количество воды входит в нижнее отверстие игрушки. «Водолаз» становится тяжелее и опускается на дно (опыт).

  Можно самим сделать интересную игрушку- «плавающий  подсвечник». Воткнем снизу посередине свечи кнопку или небольшой гвоздик, для того чтобы свеча, плавая у поверхности воды, сохраняла вертикальное положение и не опрокидывалась. Если плавающую свечу зажечь,  ее вес будет постепенно уменьшаться, но и объем погруженной части свечи также будет становиться все меньше и меньше. Равновесие между весом свечи и выталкивающей силой не будет нарушаться.

  Обратите внимание на наш бассейн. Вы видите  здесь много  корабликов, лодочек…

Представьте себе, что  вот этот катер – большой корабль. Его только что построили и должны узнать предельный вес груза, который может принять этот корабль. Но не могут же нагружать корабль до тех пор, пока он утонет, и таким образом узнать предельный вес  груза.

Демонстрация плавания железной коробки.

Опыт с плавающей железной коробкой показывает, что коробка вытесняет своей подводной частью количество воды, равное ее весу. В этом отношении все суда похожи на нашу коробку.

  Глубину, на которую судно погружается в воду, называют осадкой. Наибольшую допустимую осадку судна отмечают на корпусе красной линией, называемой ватерлинией ( показываем на игрушках). Вес вытесняемой судном воды при погружении до ватерлинии, равный силе тяжести судна с грузом, называется водоизмещением судна.

  Из толстой сосновой коры вырежем кораблик. Его дно снабдим килем из железной пластинки и, погружая кораблик в воду, проведем на нем ватерлинию.

  Итак, законы плавания тел всегда учитываются при изготовлении игрушек, поэтому они и сами плавают на воде, и нам помогают плавать.