Оборудование школьного физического кабинета

Пробку, в которой необходимо проделать отверстие, удерживают в одной руке. В другую берут сверло так, чтобы рукоятка уперлась в ладонь. Режущую кромку сверла устанавливают на пробке в положении, при котором продольные оси сверла и будущего отверстия совместились бы. После этого пробку и сверло начинают вращать относительно друг друга с некоторым нажимом. Для облегчения работы сверло смачивают водой или мыльным раствором. Если в пробке проделывают второе отверстие, то нужно следить за тем, чтобы при повторном сверлении перемычка между отверстиями не раскрошилась.

Для изготовления пробок большого диаметра, например для закупорки банок с широкой горловиной, можно использовать плотный пенопласт. Куски пенопласта могут быть использованы также для изготовления подставок под приборы, в качестве укладочных приспособлений. Его можно использовать и для оформления кабинета, в частности при изготовлении букв заголовка стенда.

Одна из основных операций по обработке этого материала состоит в изготовлении бруска необходимой формы. Резку пенопласта удобнее производить с помощью электрического лобзика. Лобзик собирают, закрепляя на коротком стержне от универсального штатива с помощью крестообразных муфт два стержня с изолирующими стойками. Между стойками натягивают нихромовую проволоку. Подойдет проволока от вышедшего из строя реостата или от спирали электроплитки. Общий вид лобзика показан на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Лобзик для резки пенопласта

На куске пенопласта перед обработкой наносят контуры разреза. Проволоку подключают к регулятору напряжения типа РНШ. Силу тока подбирают экспериментально, проводя пробные резки отбракованных кусков. Следить нужно за тем, чтобы проводник не доходил до покраснения. Если после того, как проволока выйдет из пенопласта, за ней возникнут тянучки из расплавленного материала, то силу тока нужно несколько увеличить. Если же ширина разреза оказывается больше толщины проволоки, его края неровные и в отдельных местах происходит обугливание, то ток необходимо уменьшить.

Другой термопластичный материал – полиэтилен – часто применяют при изготовлении карточек раздаточного материала. Вырезанную карточку укладывают между двумя чистыми, обезжиренными кусками прозрачного полиэтилена и оплавляют их по периметру карточки. В качестве нагревателя подойдет паяльник. Температуру жала подбирают опытным путем. Шов получится более ровным, если ребро жала паяльника с одного конца подточить напильником так, чтобы образовалась площадка шириной 1–2 мм. На край карточки накладывают линейку и вдоль нее проводят разогретым паяльником, наблюдая за тем, чтобы шов получался ровным и одинаково глубоким. После того как карточка окажется запаянной со всех сторон, лишний полиэтилен обрезают.

Среди электротехнических видов работ, выполняемых учителем физики, особо следует выделить изготовление и ремонт соединительных проводов, монтаж несложных электрических схем.

Наиболее часто провода выходят из строя в результате обрыва токоведущей жилы в том месте, где она заходит в хвостовую часть наконечника. Надежность соединительных проводов существенно возрастет, если конец провода, с которого удалена изоляция, перед закреплением в наконечнике изогнуть на 180°, после чего обмотать им провод, как это показано на рис. 6.6.

Выполнив эту операцию, конец провода вкладывают в хвостовую часть наконечника, которой предварительно придают П-образную форму. После этого провод зажимают в наконечнике.

При сборке приборов, содержащих электрические цепи, соединительные провода и отдельные элементы схем соединяют, как правило, с помощью пайки.

Качество этой операции зависит как от того, насколько хорошо были зачищены и облужены концы спаиваемых проводов, так и от состояния жала паяльника. Удобнее паять, если жало имеет форму двугранного угла, грани которого расходятся под 45°, а ребро наклонено к продольной оси на 70° (см. рис. 6.7).

Рис. 6.6. Обмотка провода

Рис. 6.7. Правильная заточка жала паяльника

В случае необходимости требуемую заточку можно выполнить напильником.

Заточенное жало облуживают. Для этого после разогрева паяльника одной гранью жала касаются кусочка канифоли, набирают на нее немного олова и быстро растирают о деревянную дощечку до тех пор, пока вся поверхность не покроется тонким слоем олова. После чего операцию повторяют с другой гранью.

Работая с паяльником, не следует допускать его перегрева. Оптимальной считается температура, при которой набранный припой не разбрызгивается, а стекает с жала в виде капли. Регулируют разогрев паяльника, меняя величину питающего напряжения. По этой причине паяльник лучше подключать не напрямую в сеть, а к регулятору напряжения типа РНШ или к пульту управления воздуходувкой ВД-2. При работе с паяльником мощностью 40 Вт напряжение питания выбирают в пределах 180–190 В.

Изготовление деталей из металла и древесины, при котором предполагается проведение грубых слесарных или столярных операций, например сверлильных или токарных, лучше проводить в школьной мастерской под руководством учителя по трудовому обучению. В пользу такого выбора говорит то, что в кабинете физики нет соответствующих станков, а также и то, что наличие современного электронного оборудования, в первую очередь электронно-вычислительной техники, не допускает повышенной вибрации и запыленности в помещении кабинета. Здесь можно считать допустимыми лишь отдельные виды работ с деталями из дерева и металла, такие как разметка, подгонка размеров, монтаж узлов из отдельных деталей, отделка корпуса прибора.

При окончательной отделке прибора, покраске корпуса, изготовлении шкал, нанесении меток и надписей рекомендуется придерживаться требований технической эстетики. В частности, при окраске корпуса прибора необходимо, чтобы его цвет был согласован с фоном, на котором прибор предполагается демонстрировать. Вспомогательные принадлежности, не являющиеся объектами изучения, окрашивают не ярко, чтобы они не привлекали внимание учеников.

Поверхность шкалы выполняется матовой, однотонной, желательно белой. При выборе расстояния между стрелкой и шкалой принимают во внимание допустимую величину ошибки, обусловленной параллаксом. Числа отсчета принято проставлять против основных делений шкалы. Ширина меток на шкалах демонстрационных приборов должна быть около 2,5–3,5 мм, длина меток не более 10 мм. Высота цифр при этом выбирается в пределах 14–24 мм.

Для выполнения рассмотренных выше видов работ в лаборантской необходимо выделить и оснастить рабочее место. Обычно останавливают выбор на прочном однотумбовом столе с усиленной верхней крышкой. Над столом вешают полку и панель для хранения инструментов. В перечень инструментов должны войти наиболее необходимые, такие как молоток, набор напильников, плоскогубцы, отвертки, настольные тиски, ручная дрель с набором сверл, паяльник с подставкой и др. Инструмент, который используется наиболее часто, целесообразно располагать на панели, остальной убрать в ящик стола. В столе и на полке хранятся необходимые реактивы, материалы, мелкие детали (винты, гайки, предохранители, наконечники и т. п.).

В некоторых случаях в школьных условиях не представляется возможным изготовить какую-то деталь. За помощью приходится обращаться в другие организации, на шефские предприятия. Чтобы донести до исполнителя идею конструкции и устройства прибора, следует подготовить комплект документов, включающий техническое требование и наглядное изображение детали.

Техническое требование должно дать общее представление об изделии.

В нем указывают назначение, приводят краткое описание, технические характеристики и требования к изготовлению изделия. Причем указывают лишь те требования, выполнение которых имеет принципиальное значение. Если же какой-то параметр или технологическая операция не имеют существенного значения, их лучше не затрагивать. Такой подход не будет сковывать инициативу исполнителя и позволит ему, исходя из своих возможностей, избрать наиболее оптимальный способ выполнения задания, что в конечном итоге отразится на быстроте и качестве изготовления всего изделия в целом.

Наглядное изображение – это изображение, на котором предмет показывают с трех сторон. Линии, параллельные на предмете, должны оставаться параллельными между собой и на наглядном изображении. Если такое изображение дополнить размерами, то по нему можно изготовить несложный предмет.

Наглядное изображение, выполненное от руки, на глаз, без точного соблюдения размеров предмета, называют техническим рисунком. Эскизом называют изображение предмета, выполненное по правилам прямоугольного проецирования, но от руки, с соблюдением на глаз пропорций между частями изображаемого предмета. Линии на эскизе должны быть ровными и четкими, надписи выполняют чертежным шрифтом, по тем же правилам, что и на чертежах. Рисовать его удобнее на клетчатой бумаге.

Содержание технических требований и эскизов поясним на примере комплекта документов для изготовления устройства «маятник-самописец». Этот маятник используют совместно с графопроектором для наблюдения за получением развертки колеблющегося тела. Схема экспериментальной установки показана на рис. 6.8.

Маятник, представляющий собой цилиндрическое тело с закрепленной в нем трубкой, подвешивают над пленкой графопроектора на высоте около 5 мм. В трубку вставляют фломастер. После настройки графопроектора на резкость, качнув маятник, начинают вращать приемный ролик так, чтобы обеспечить равномерное движение пленки на экране, и наблюдают колебания проекции маятника и образование временной развертки его колебаний.

Рис. 6.8. Схема экспериментальной установки с маятником-самописцем

Чтобы изготовить подобный маятник на предприятии, необходимо составить техническое требование, эскиз общего вида и каждой детали.

Техническое требование содержит название изделия, краткое его описание, основные технические характеристики и требования к обработке. Ниже представлен образец этого документа.

Техническое требование на изготовление изделия «маятник-самописец»

Устройство «маятник-самописец» предназначается для демонстрации получения временной развертки механических колебаний. Изделие состоит из металлического цилиндра с закрепленной в нем трубкой. В цилиндре имеется 4 отверстия для закрепления нитей подвеса. Масса изделия должна быть в пределах 0,5–1 кг. Ориентировочные габаритные размеры изделия 170 ? 60 мм. Внешнюю поверхность цилиндра и трубки необходимо покрасить.

Как видно из приведенного текста, заказчик на усмотрение исполнителя оставил способ соединения цилиндра с трубкой и цвет окраски, а также не указан материал, из которого должен быть изготовлен маятник, сказано лишь, что он должен быть металлическим.

Более подробное представление об изделии исполнитель получит из эскизов общего вида и отдельных деталей. На эскизе общего вида целесообразно, изобразив изделие в сборе, с помощью выносных линий обозначить его основные части и указать их название. Эскиз общего вида дает представление о взаимном расположении отдельных частей. Здесь же указывают габаритные размеры и, если необходимо, способ соединения отдельных деталей.

На эскизах составных частей изделия указывают конструкцию каждой детали, все размеры, необходимые для ее изготовления, если нужно, указывают материал, из которого деталь должна быть изготовлена. Сложные по конструкции детали рисуют на одном эскизе в нескольких видах.

Поскольку в рассматриваемом примере изделие состоит только из двух деталей, то комплект эскизов будет состоять всего из трех: эскиза общего вида изделия (рис. 6.9), эскиза цилиндра (рис. 6.10) и эскиза трубки (рис. 6.11).

Рис. 6.9. Эскиз общего вида маятника-самописца

Рис. 6.10. Эскиз цилиндра

Рис. 6.11. Эскиз трубки

Успех работы по изготовлению самодельного оборудования во многом предопределяется ее четким планированием и организацией. Как правило, это планирование проводится учителем в конце учебного года, что позволяет заблаговременно решить вопросы, связанные с приобретением необходимых материалов, деталей, инструментов, заключить договоры с шефствующими предприятиями. В плане отражают сроки изготовления отдельных пособий, намечают исполнителей и отражают перечень подлежащего изготовлению в предстоящем учебном году оборудования. При этом в первую очередь следует позаботиться об изготовлении оборудования для постановки учебных экспериментов, предусмотренных школьной программой. Оставшееся время и средства направляют на изготовление оборудования для внеурочных мероприятий.

6.3. Ремонт учебного оборудования

При подготовке и проведении школьных опытов учитель нередко сталкивается с необходимостью настройки и устранения отдельных неисправностей, возникших в той или иной части учебной установки. К основным причинам выхода из строя учебного оборудования следует отнести плохое качество и несогласованность технических характеристик отдельных учебных приборов, недостаточный уровень сформированности практических умений, необходимых для работы с оборудованием, у учителя и школьников, небрежное обращение и плохо организованное хранение приборов.

Наиболее часто встречающиеся неисправности связаны с механическим повреждением корпусов, ручек управления, соединительных гнезд и других деталей, к которым прикасаются при проведении опыта. Сюда же следует отнести потерю герметичности емкостей, электрического контакта в соединительных проводах, порчу отклоняющих систем электроизмерительных приборов, перегорание отдельных элементов электрических цепей.

Обобщая те приемы, которыми обычно пользуются для определения места поломки, можно выделить следующие методы диагностики неисправностей в учебных приборах: визуальный осмотр, поэлементная проверка, метод гипотез, метод сравнения, метод «вольтметра» и метод «омметра».

При визуальном осмотре неработающей экспериментальной установки или прибора определяют соответствие смонтированной схемы установки с принципиальной. Внешними признаками неправильной сборки является отсутствие тока в цепи, зашкаливание стрелок измерительных приборов. Так находят ошибки, приведшие к отсутствию нужных соединений, появлению лишних соединений, неправильной полярности подключения источника электропитания или измерительных приборов.

Внешним осмотром можно выявить механические повреждения, из-за которых прибор плохо работает. Например, излишне большое трение в осях тележки, чрезмерно растянутую пружину динамометра, нарушение соосности элементов оптической схемы, ненадежное соединение деталей прибора.

Суть метода поэлементной проверки отдельных частей заключена в его названии. Проиллюстрируем применение этого метода примером.

Предположим, что при проведении опыта оказалось, что прибор для демонстрации газовых законов не «держит» давление. Прибор состоит из гофрированного металлического сильфона и мановакуумметра, соединенных шлангом из вакуумной резины. Неисправный узел будет обнаружен, если последовательно проверить на герметичность сильфон, места соединений резинового шланга, краны мановакуумметра, сам мановакуумметр.

Метод гипотез состоит в том, что при появлении неисправности предполагают виновной в ней какую-то деталь, например соединительный провод. Заменяют провод, вызвавший сомнение, на заведомо исправный. Если это не помогает, заменяют следующую деталь и так до тех пор, пока не получат положительного результата. Метод отличается своей простотой, однако его эффективность высока лишь при ремонте уже работавших приборов при условии, что они содержат небольшое количество деталей.

Другие методы из названных выше используют, как правило, для обнаружения неисправностей в приборах, содержащих в своей конструкции электрические или электронные схемы. Поиск поломок в таких приборах затруднен, поскольку процессы, протекающие в электрических цепях, непосредственно на органы чувств человека не действуют. Экспериментатор не видит, где произошел обрыв токоведущей жилы внутри изолированного провода, не видит, движутся ли в данном проводнике электрические заряды или нет, не может без приборов оценить значение напряжения на участке цепи. О причинах неисправностей в рассмотренных случаях судят по последствиям, к которым они приводят, например, по отсутствию показаний измерительных приборов при обрыве провода, по появлению запаха горелой изоляции при пробоях в обмотках трансформатора, перегреву корпуса детали схемы.