12. FIZIKA munkafüzet. o s z t ály. A Siófoki Perczel Mór Gimnázium tanulói segédlete

A Siófoki Perczel Mór Gimnázium tanulói segédlete

FIZIKA munkafüzet

Tanulói kísérletgyűjtemény-munkafüzet az általános iskola 12. osztálya számára

12.

os

C S O DÁ L

O AT S

TE

RM

É S ZE T

z t ály

TARTALOM 1. Egyenes vonalú egyenletesen változó mozgás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2. A nehézségi gyorsulás értékének meghatározása . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3. Egyenletesen változó körmozgás. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4. Rugó direkciós állandójának meghatározása. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 5. Matematikai inga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 6. A fajhő . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 7. Galvánelemek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 8. Kapacitív ellenállás. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 9. Induktív ellenállás. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 10. Plánparalel lemez. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 11. Hajszál vastagságának meghatározása. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 12. Napelemcella teljesítményének vizsgálata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 13. Mérőműszerek méréshatárának kiterjesztése . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Szerző: Komáromy Mátyás Lektor: Dr. Dőry István Készült a TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0038 „A csodálatos természet” című pályázat keretében Felelős kiadó: Siófok Város Önkormányzata A tananyagot a felelős kiadó megbízása alapján a KEIOK Kft. és az INNOBOND Kft. fejlesztette Szakmai vezető: Vámosi László szakértő A fényképeket készítette és a kísérleteket elvégezte: Laczóné Tóth Anett és Máté-Márton Gergely Tördelő szerkesztő: Smohay Márton Kiadás éve: 2014. Példányszám: 38 db Nyomda: VUPE 2008 Szolgáltató és Kereskedelmi Kft. Kaposvár, Kanizsai u. 19.

3

Fizika – 12. évfolyam

A kísérlet leírása

1. Egyenes vonalú egyenletesen változó mozgás

Emlékeztető, gondolatébresztő

Az egyenes vonalú egyenletesen változó mozgás során megtett út, a s=v0t + t2 végsebesség pedig v=v0+at

Mit csinálj, mire figyelj?

1. Egyenes vonalú egyenletesen változó mozgás út-idő grafikonja Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Indítsd el a robot 12EVEVM1A programját! Szereld fel a robotra a távolságszenzort! A robot a nyomógomb megnyomására indul el! Rögzítsd az adatgyűjtő segítségével a robot által megtett utat! Ismételd meg a mérést, de most a robot 12EVEVM1B programját indítsd el! 2. A gyorsulás számértékének meghatározása Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet!

Lego robot

4

Az összefüggéseket igazolhatjuk az alábbi számítógépes mérésekkel.

Indítsd el a robot 12EVEVM1A programját! Szereld fel a robotra a gyorsulásszenzort! A robot a nyomógomb megnyomására indul el! Rögzítsd az adatgyűjtő segítségével a robot gyorsulását! Ismételd meg a mérést, de most a robot 12EVEVM1B programját indítsd el! Ha a 3. kísérletet is elvégzed, akkor a 12EVEVM3A és 12EVEVM3B programmal is végezd el a mérést! 3. Negatív gyorsulás: egyenletesen lassuló mozgás vizsgálata Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet!

Hozzávalók (eszközök, anyagok

• LEGO ro bot • távolságsz enzor • g yorsulá sszenzor • adatg y űjt ő • stopper • szigetelő sza lag • mérősza la g

Indítsd el a robot 12EVEVM3A programját! A robot a nyomógomb megnyomására indul el! Jelöld meg, hol tart a robot, amikor a hangjelzéseket adja! Mérd meg, milyen messze vannak a jelölések az első jeltől! Ismételd meg a mérést, de most a robot 12EVEVM3B programját indítsd el!

)

Készítette: Komáromy Mátyás


FELADATLAP

Mi történt? (tapasztalatok rögzítése)

1. Egyenes vonalú egyenletesen változó mozgás út-idő grafikonja Készíts út-idő grafikont a mért adatokból az adatgyűjtő segítségével (mindkét mérésre)! Az érintő meghatározására használd az adatgyűjtő megfelelő menüpontját! Töltsd ki a táblázatot az érintő meredekségéből megkapott sebességadatokkal! idő (s)

1

2

3

4

5

1. mérés sebesség (m/s) 2. mérés sebesség (m/s)

Határozd meg a gyorsulást a kapott értékekből mindkét esetre! idő (s) 1. mérés

1. és 2. s között




sebességváltozás (m/s) gyorsulás (m/s2)

2. mérés

sebességváltozás (m/s) gyorsulás (m/s2)

Határozd meg az átlagos gyorsulást mindkét mérésre! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (Az adatgyűjtő segítségével importálhatod a mért értékeket számítógépre is.) 2. A gyorsulás számértékének meghatározása Az adatgyűjtővel felvett értékeket ábrázold grafikonon mindegyik mérésre!

Legalább öt értéket használva számold ki az átlagos gyorsulást! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .......................................................................................................................

A gyorsulás átlagos értéke az 12EVEVM1A mérés során:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A gyorsulás átlagos értéke az 12EVEVM1B mérés során:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ha az 1. mérést is elvégezted, hasonlítsd össze a kapott értékeket az 1. pontban kapottakkal!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ha a 3. mérést is elvégzed, akkor a fenti lépéseket végezd el a 12EVEVM3A és 12EVEVM3B mérések során is!

A gyorsulás átlagos értéke az 12EVEVM3A mérés során:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A gyorsulás átlagos értéke az 12EVEVM3B mérés során: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Negatív gyorsulás: egyenletesen lassuló mozgás vizsgálata Mivel a hangjelzések egyenletesen követik egymást, így levezethető, hogy a gyorsulás az alábbi formulával határozható meg a távolság és időadatokból: a=

, ahol t a hangjelzések között eltelt idő, s1 az első jel

távolsága a kezdőjeltől, sn az n-edik jel távolsága a kezdőjeltől. Határozd meg a fenti összefüggés alapján a gyorsulást! Az összes mért távolságadattal végezd el a számítást, majd átlagold a kapott értékeket!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ha a 2. mérést is elvégezted, hasonlítsd össze a kapott értékeket a 2. pontban kapottakkal!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .................................................................. ....................................................

Felhasznált irodalom: saját ötlet alapján

5



2. A nehézségi gyorsulás értékének meghatározása


A nehézségi gyorsulás értékét igen sokféle méréssel meg lehet hatá-


1. Nehézségi gyorsulás értékének meghatározása függőleges hajítással Dobj fel egy krétadarabot majdnem függőlegesen úgy, hogy a kréta éppen a plafonig repüljön! Ügyelj arra, hogy a kréta minél jobban megközelítse, de ne érje el a plafont! Amelyik mérésnél ez nem sikerül, annak eredményeit ne vedd figyelembe a kiértékelésnél! Mérd meg, mennyi idő alatt emelkedik fel és esik vissza a kiindulási szintjére! Legalább öt

Krétás kísérlet

6

rozni. Kísérleteink ezek közül mutatnak be néhányat.

mérést végezz! Mérd meg, milyen magasan van a plafon a kiindulási helyhez képest! 2. A nehézségi gyorsulás értékének meghatározása detektor segítségével Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Alakíts ki a talajon puha ütköző felületet a detektor számára! Kapcsold össze a detektort az adatgyűjtővel a leghosszabb vezeték segítségével! Ejtsd le az

Hozzávalók (eszközök, anyagok)

• kréta • mérősza la g • stopper • g yorsulá sdetektor • adatg y űjt ő

adatgyűjtőt legfeljebb 1,5 méteres magasságból! Végezd el az ejtést az előzőnél kisebb magasságokból is! Összesen legalább három mérést végezz! Jegyezd fel minden esetben az ejtési magasságot is!



FELADATLAP


1. Nehézségi gyorsulás értékének meghatározása függőleges hajítással

Milyen magasra emelkedett a krétadarab?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A függőleges hajítás maximális magasságú pontjától kezdve a test mozgása szabadesés. Levezethető, de szimmetria okokból is következik, hogy az emelkedés és a visszaesés ideje megegyezik. A szabadesés ideje tehát a mért időértékek fele. Az emelkedési magasság pedig egyenlő a szabadesés során megtett úttal. Mivel szabadesés során a függőlegesen megtett út a alapján számolható, ebből így g értéke meghatározható. 1. mérés

2. mérés

3. mérés

4. mérés

5. mérés

Az emelkedés és visszaesés együttes ideje [s] szabadesés ideje [s] g értéke [m/s2]

A nehézségi gyorsulás értékének átlaga: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Megegyezik-e a kapott érték az irodalmi értékkel?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Miért érdemes növelni a mérések számát?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mi okozhatta a mérés hibáját? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. A nehézségi gyorsulás értékének meghatározása detektor segítségével Készítsd el az adatgyűjtő segítségével a szabadesés gyorsulás-idő grafikonját! Töltsd ki az alábbi táblázatot a mért, illetve az adatgyűjtő segítségével megállapított adatokkal! Rögzítsd a detektor által a szabadesés során mért gyorsulás értékét! Az ejtési idő úgy határozható meg a grafikonról, hogy megnézzük, a gyorsulás értéke mikor éri el az előbb meghatározott értéket, és azt is, hogy mikor kezdett el csökkeni erről az értékről. A két időpont különbsége a szabadesés ideje. ejtési magasság [m] esési idő [s]

nehézségi gyorsulás [m/s2]

1. mérés 2. mérés 3. mérés

Hasonlítsd össze az ejtési magasságból és az esési időből számított

értéket a detektor által mért gyorsulás

értékkel!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Igazolják-e a kapott eredmények az szabadesés során megtett út képletét, vagyis a összefüggést?

....................................................................................................................... Felhasznált irodalom: saját ötlet alapján

7



3. Egyenletesen változó körmozgás


Az egyenletesen változó körmozgás során a szögelfordulás (radiánban mérve) a, a gyorsulás pillanatnyi értéke pedig


1. Egyenesen változó körmozgás szögelfordulás–idő grafikonja Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Indítsd el a robot 12EVK1A programját! A robot a nyomógomb megnyomására indul el! A robot az indulás pillanatában, majd minden félkör megtétele után hangjelzést ad. Mérd meg az indulást jelentő „nulladik” jelzés után mennyi idő telik el az egyes jelzésekig! Ismételd meg a mérést, de most a robot 12EVK1B programját indítsd el! 2. Szögelfordulás–idő grafikon elkészítése számítógépes méréssel Lego robotok

8

az , ahol a szögsebesség kezdőértéke, a szöggyorsulás, r a sugár és t az idő. Ezeket az összefüggéseket igazol-

Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Ismét a robot 12EVK1A programot használd, de most szerelj távolságszenzort is a robotra! A robot a nyomógomb megnyomására indul el! Rögzítsd az adatgyűjtő segítségével a robot mozgását! Ismételd meg a mérést, de most a robot 12EVK1B programját indítsd el! 3. A gyorsulás számértékének mérése Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Indítsd el a robot 12EVK1A programját! Szereld fel a robotra a gyorsulásszenzort! A robot a nyomógomb megnyomására in-

hatjuk az alábbi számítógépes mérésekkel.


• LEGO ro bot • távolságsz enzor • g yorsulá sszenzor • adatg y űjt ő • stopper • mérősza la g

dul el! Rögzítsd az adatgyűjtő segítségével a robot gyorsulását! Mérd meg a körmozgás pályájának sugarát! Ismételd meg a mérést, de most a robot 12EVK1B programját indítsd el!

)



FELADATLAP


1. Egyenesen változó körmozgás szögelfordulás–idő grafikonja Töltsd ki a táblázatot a mért adatokkal! megtett félkörök száma

szögelfordulás [rad]

1. mérés szögelfordu2. mérés szögelfordulásláshoz szükséges idő [s] hoz szükséges idő [s]

1. hangjelzés 2. hangjelzés 3. hangjelzés 4. hangjelzés 5. hangjelzés 6. hangjelzés 7. hangjelzés

Ábrázold a szögelfordulást az idő függvényében!

Milyen grafikont kaptál? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mik okozhatták a mérés hibáit?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Szögelfordulás–idő grafikon elkészítése számítógépes méréssel Az adatgyűjtővel felvett értékeket ábrázold grafikonon mindegyik mérésre! A kapott grafikon segítségével határozd meg a robot tartózkodási helyének legkisebb és a legnagyobb értékét! ....................................................................................................................... Foglald táblázatba, milyen időpontokban tartózkodott a robot a legkisebb illetve a legnagyobb távolságú pontokban! 1. mérés

2. mérés

legkisebb távolság

legnagyobb távolság

legkisebb távolság

legnagyobb távolság

1. alkalom 2. alkalom 3. alkalom 4. alkalom

A legkisebb és legnagyobb távolságú pontok között a szögelfordulás éppen egy félkör (ugyanígy a legnagyobb és legkisebb között is). Ennek figyelembevételével töltsd ki a táblázatot! megtett félkörök száma

szögelfordulás [rad]

1. mérés szögelfordu2. mérés szögelforduláshoz szükséges idő [s] láshoz szükséges idő [s]


9



4. Rugó direkciós állandójának meghatározása


Hogyan határozhatjuk meg, miként fog viselkedni egy rugó? Elég erős lesz-e, esetleg nem lesz-e túl erős?

Feladatunk egy rugó direkciós állandójának meghatározása. A mérést többféle módszerrel is elvégezzük, így lehetőségünk nyílik


1. Rugó direkciós állandójának meghatározása a megnyúlás alapján Rögzítsd a rugót az állványra! Tegyél a rugóra ismert terhelést, és mérd le a megnyúlást! Alkalmazz eltérő terheléseket is, és mérd meg ekkor is a megnyúlásokat! Legalább öt különböző terhelést alkalmazz! Vigyázz, ne használj túl nagy terhelést, mert az a rugó károsodásához vezethet!

2. Rugó direkciós állandójának meghatározása rezgésidő alapján Rögzítsd a rugót az állványra! Helyezz a rugóra ismert súlyt, majd térítsd ki függőlegesen nyugalmi helyzetéből! Ügyelj rá, hogy a rezgések közben a rugó ne lengjen ki oldalra, mert az pontatlanná teheti a mérést! Mérd le legalább 20 rezgés rezgésidejét! Alkalmazz az előbbitől különböző

Rugó direkciós állandójának meghatározása

10

a kapott adatokat összehasonlítani, és megállapítani, hogyan lehet nagyobb pontossággal elvégezni a mérést.


• kréta • mérősza la g • stopper • g yorsulá sdetektor • adatg y űjt ő

terheléseket és ismételd meg a mérést! Legalább öt különböző esetet mérj meg!



FELADATLAP


1. Rugó direkciós állandójának meghatározása a megnyúlás alapján A mért adatokat rögzítsd táblázatba! Terhelés [N]

megnyúlás [m]

Ábrázold a terhelést a megnyúlás függvényében!

Milyen függvényt kaptál? A kapott függvény milyen jellemzője adja meg a rugó direkciós erejét?. . . . . . . . . . . . . . .

Határozd meg az értékét! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mik okozhatták a mérés hibáit? Hogyan lehetne becsülni a hiba mértékét?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Rugó direkciós állandójának meghatározása rezgésidő alapján Rögzítsd táblázatba a mért eredményeket! Határozd meg a rezgésidőket! terhelő tömeg [kg]

A rugóra akasztott test rezgésideje

20 rezgés ideje [s]

,ahol m a test tömege, T a rezgésidő, D a rugó direkciós állan-

dója. Utóbbi meghatározásához számítsd ki minden mért értékre a terhelő tömeg [kg]

Rezgésidő [s]

értéket is!

Rezgésidő [s]

Ábrázold grafikonon a kapott értékek függvényében a terhelő tömegeket!

Milyen függvényt kaptál? A kapott függvény milyen jellemzője adja meg a rugó direkciós erejét? . . . . . . . . . . . . . .

Határozd meg az értékét!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mik okozhatták a mérés hibáit? Hogyan lehetne becsülni a hiba mértékét?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hasonlítsd össze a mérés eredményeit az 1. feladat eredményeivel!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Melyik mérés tűnik pontosabbnak?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hogyan lehetne a méréseket még pontosabban elvégezni?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


11



5. MATEMATIKAI INGA


Matematikai ingának nevezzük azt az ingát, amikor a fonál súlya elhanyagolható a ráakasztott súlyhoz képest. Ahhoz, hogy a kö-

szorítkozunk. Ilyenkor a mozgás jó közelítéssel megegyezik a harmonikus rezgőmozgással. Ennek igazolását célozzák méréseink.


1. Matematikai inga kitérés–idő függvénye Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Rögzíts hosszú fonálra súlyt, rögzítsd rá a távolságdetektort! Kis kitéréssel térítsd ki a függőlegestől (α<5°)! Legalább 5 teljes lengést mérj! Mérd meg a súly és a detektor közös tömegközéppontjának a forgástengelytől mért távolságát! Mérd meg a súly és a detektor tömegét is! Méréssel igazold, hogy a fonál súlya elhanyagolható ezekhez képest! 2. Matematikai inga sebesség– idő függvénye

Inga

12

zépiskolai módszerekkel is megoldható problémaként vizsgálhassuk az inga mozgását, csak a kis hajlásszögű kitérések mérésére

Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Ismételd meg az 1. feladat mérését, de legalább kettő, az elsőtől eltérő fonalhosszúságot használj! (Fonalhosszon a detektor és súly közös tömegközéppontjának forgástengelytől mért távolságát értjük!) Ügyelj rá, hogy a kitérés hajlásszöge ezekben az estekben se haladja meg az 5°-ot. Legalább 5 teljes lengést mérj! 3. Matematikai inga gyorsulás– idő függvénye Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Ismételd meg az 1. feladat mé-


• Bunsen-á llvá ny dióva l • foná l • súly • g yorsulá sdetektor • távolságd etektor • adatg y űjt ő

rését, de a távolságdetektort cseréld ki a gyorsulásdetektorra! Mérd le a detektor tömegét! Az előzőekkel megegyező fonalhosszúságokat használj! Most is ügyelj a kitérés hajlásszögére! Legalább 5 teljes lengést mérj!

)



FELADATLAP


1. Matematikai inga kitérés–idő függvénye

Elhanyagolható volt-e a fonal tömege a ráakasztott terheléshez képest?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rajzoltasd ki az adatgyűjtőn a kitérést az idő függvényében! Milyen függvény kaptál?

Olvasd le a periódusidőt a grafikonról! Olvasd le az amplitúdót! A mért adatokkal ellenőrizd, hogy teljesül-e a összefüggés, ahol l a fonalhossz, g a nehézségi gyorsulás! Teljesül-e a mért adatok alapján az összefüggés, ahol α a kitérés hajlásszöge? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Igazolták-e a mérések az összefüggést? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mik okozhatták a mérés hibáit?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Matematikai inga sebesség–idő függvénye A pillanatnyi sebesség meghatározására használd az adatgyűjtő érintő menüpontját!

Határozd meg a pillanatnyi sebességeket (legalább egy periódusnyi intervallumon)! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ábrázold a kapott értékeket az idő függvényében! Milyen függvényt kaptál?

Mekkora lett a maximális sebesség? A mért értékeket írd a táblázatba! fonalhossz [m]

amplitúdó [m]

Teljesült-e a mérések alapján a

Igazolták-e a mérések a

periódusidő [s]

maximális sebesség [m/s]

összefüggés, ahol A az amplitúdó, T a periódusidő?. . . . . . . . . . . . . . . . . összefüggést?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mik okozhatták a mérés hibáit?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Matematikai inga gyorsulás–idő függvénye

Elhanyagolható volt-e a fonal tömege a ráakasztott terheléshez képest? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Rajzoltasd ki az adatgyűjtőn a gyorsulást az idő függvényében! Milyen függvény kaptál? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Olvasd le a periódusidőt a grafikonról! Olvasd le a maximális gyorsulás értékét! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Teljesült-e a mérések alapján az

Igazolták-e a mérések az összefüggést?

összefüggés, ahol A az amplitúdó, T a periódusidő?. . . . . . . . . . . ..............................................

Mik okozhatták a mérés hibáit?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Felhasznált irodalom: saját ötlet alapján

13



6. A fajhő


Kaloriméterrel különböző halmazállapotú anyagok fajhőjét ha-

vas fajhőjét mérjük ki.

Mit csinálj, mire figyelj? (Megfigyelési szempontok, végrehajtás)

1. Víz fajhőjének meghatározása Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Töltsd fel a kaloriméter edényét 1,5 dl vízzel! Helyezd rá a fedelét, és a fűtőszálat csatlakoztasd egyenáramú feszültségforráshoz! A feszültség körülbelül 10 V legyen! Köss az áramkörbe egy feszültségés egy árammérőt is! Helyezd be a hőmérsékletszenzort az edénybe, csatlakoztasd az összes szenzort az adatgyűjtőre és mérd meg a kezdeti hőmérsékletet! Kapcsold be a feszültségforrást, és figyeld, hogyan változik a hőmérséklet! Legalább öt percen keresztül folytasd az adatgyűjtést! Kaloriméter

14

tározhatjuk meg. A következő kísérletekben a víz, az alkohol és a

2. Vas fajhőjének meghatározása Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Töltsd fel a kaloriméter edényét 1,5 dl vízzel, és melegítsd a fűtőszál segítségével a vizet kb. 60°C-ig! Mérd meg hőmérsékletszenzorral, mekkora a pontos hőmérséklet! Mérd meg a szobahőmérsékletet is! Mérd meg egy szobahőmérsékletű vasgolyó tömegét, és helyezd a meleg vízbe - miután kikapcsoltad a melegítést! Várj, amíg beáll a közös hőmérséklet, azaz a hőmérsékletszenzor által mutatott érték nem változik! Jegyezd fel ezt a hőmérsékletet!


• ka lorimét er • feszültsé g forrás • stopper • adatg y űjt ő • hőmérsé k letmérő sz enzor • feszültsé g mérő szen zo r • á ra merő sség-mérő sz enzor • vasgolyó • mérleg • vezetékek



FELADATLAP


1. Víz fajhőjének meghatározása A víz sűrűségét (1 g/cm3) felhasználva a 1,5 dl víz tömege . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A mért feszültség érték: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A mért áramerősség érték: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A hőmennyiség a A fajhő

összefüggéssel számolható, ahol U a feszültség, I az áramerősség és t az eltelt idő. képlettel számolható ki.

Foglald táblázatba a mért eredményeket! Számold ki a hőmennyiséget és a fajhőt! idő [s]

0

60

120

180

240

300

hőmérséklet [°C] hőmérsékletváltozás hőmennyiség fajhő A számított fajhők átlaga:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mi okozhatta a mérés hibáját? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Vas fajhőjének meghatározása A víz kezdeti hőmérséklete: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A vasgolyó kezdeti hőmérséklete: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A közös hőmérséklet: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . A víz hőmérséklet-változása: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A vasgolyó hőmérséklet-változása: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A vasgolyó tömege: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A víz tömege (lásd 1. pont): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A közös hőmérséklet kialakulásakor a víz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , a vasgolyó . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A hőleadás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . a hőfelvétellel, azaz Amiből

.

képlettel számolható a vas fajhője.

A kiszámolt fajhő . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Az irodalmi érték . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mi okozhatta a mérés hibáját?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .......................................................................................................................


15



7. Galvánelemek


Hogyan készíthetünk házilag elemet? Megfelelő anyagú elektródák


1. Galvánelem létrehozása Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Töltsd feléig az elektrolizáló kádat hígított kénsav oldattal! Helyezz el benne réz- és cinkelektródákat! Kösd össze az elektródákat multiméterrel, és vizsgáld meg, mekkora feszültséget hoz létre az elem! A méréshatárt állítsd 2V-ra! Figyeld a feszültség értékét néhány percen keresztül! Figyeld meg a kísérlet közben az elektródák felszínét! Keverőpálcával távolítsd el az elektródákon keletkező buborékokat! Növeld a kissé a kénsavoldat mennyiségét, körülbelül Elektrolízis burgonyával

16

elektrolitba merítésével áramforrás, úgynevezett galvánelem készíthető. Egyszerű galvánelemek

a kád háromnegyedéig, és mérd meg így is a létrejött feszültség értékét! Változtasd meg az elektródák távolságát, és ismét mérd meg a feszültséget! 2. Galvánelem készítése gyümölcsök felhasználásával Szúrj félbevágott citrom közepébe vasszeget, és tőle néhány cm-re rézdrótot! Kapcsolj a kivezetésekre feszültségmérőt! Folytasd a mérést néhány percig! A citrom másik felével készíts még egy „citromelemet”, és kösd össze sorosan az elemeket! Mérd

készítését mutatják be kísérleteink.


• elektroli zá ló kád • híg ított k énsav • rézlemez • cink leme z • multimét er • citrom • burgonya • vasszeg • rézdrót • vezetékek

meg az így kialakuló feszültség nagyságát! Készíts elemet hasonló módszerrel burgonyából is!

Réz-szulfát oldat elektrolízise



FELADATLAP


1. Galvánelem létrehozása A mérési eredményeket tüntesd fel a táblázatban! mérési elrendezés

mért feszültség [V]

közeli elektródák félig töltött kádban közeli elektródák háromnegyedig töltött kádban távolabbi elektródák háromnegyedig töltött kádban

Hosszabb üzemeltetés esetén hogyan változott a feszültség értéke?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mi az elemek működésének magyarázata? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hogyan nevezik az ilyen elrendezésű elemeket?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mi okozhatta a feszültségcsökkenést? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nézz utána, hogyan küszöbölik ki a problémát az elem fejlettebb változatában a Daniell-elemben?

.......................................................................................................................

Mi határozza meg az elem feszültségét? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mi a különbség az elemek és az akkumulátorok működése között? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Milyen környezeti veszélyt jelentenek a galvánelemek? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mennyiben jelentenek erre a problémára megoldást az akkumulátorok? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Galvánelem készítése gyümölcsök felhasználásával A mérési eredményeket tüntesd fel a táblázatban! mérési elrendezés

mért feszültség [V]

citromelem sorosan kötött citromelemek burgonyaelem

Alkalmas-e egy ilyen elem valamely eszköz hosszabb távú áramellátására?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hogyan növelhető a galvánelemekkel létrehozható feszültség? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

......................................................................................................................

Szedj szét egy 4,5 V-os (lemerült) zsebtelepet, és figyeld meg, hogyan alkalmazzák az általunk is megfigyelt lehetőséget!


17



8. Kapacitív ellenállás


Egyenfeszültségre kapcsolt áramkörökben a kondenzátor (a feltöltődés idejétől eltekintve) megszakításként tekinthető. Váltakozó


1. A kondenzátorra jutó feszültség és a kondenzátoron átfolyó áram erőssége Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Kapcsold sorosan a 2. kondenzátorhoz az áramerősség-mérő detektort, kapcsold a kondenzátor kivezetéseire a feszültségmérő detektort! A detektorokat csatlakoztasd az adatgyűjtőhöz! Kapcsolj váltakozó feszültséget az áramkörre! A feszültség értékét jegyezd fel! Indítsd el az adatgyűjtést, a mé-

Kondenzátor

18

áramú körben viszont a töltő és kisütő áramok tartós áramot eredményeznek. Ezért a kondenzátor egyenáramú körben végtelen, vál-

rés időtartamát állítsd 100 ms-ra! Vedd fel az adatgyűjtő segítségével a feszültség-idő és az áramerősség-idő függvényeket! Végezd el a mérést legalább három különböző feszültségértékkel! 2. K apacitív ellenállás és a kapacitás kapcsolata Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Végezd el az 1. kísérlet méréseit a készlet 1. kondenzátorával! Vedd fel az adatgyűjtő segítségével a feszültség-idő és az áramerősség-

tóáramú körben viszont véges ellenállású. Ezt a véges ellenállást vizsgáljuk.


• kondenzá tor készlet • feszültsé gdetektor • á ra merő sség-detekto r • adatg y űjt ő • feszültsé g forrás • vezetékek

idő függvényeket! Legalább három különböző feszültéggel végezd el a kísérletet! Ismételd meg a mérést a készlet a 4. majd az 5. kondenzátorával!

)



FELADATLAP


1. Kondenzátorra jutó feszültség és kondenzátoron átfolyó áram erőssége. Ábrázold az adatgyűjtővel a kondenzátorra jutó feszültséget és a kondenzátoron átfolyó áram erősségét az idő függvényében, közös grafikonon! Elég maximum két periódust ábrázolni! Olvasd le a feszültség és az áramerősség maximális értékét! Határozd meg a feszültség periódusidejét! Határozd meg az áramerősség periódusidejét! Határozd meg a feszültség és az áramerősség közötti fáziskülönbséget! A kapott eredményeket írd be a táblázatba! Az áramkörre kapcsolt feszültség [V]

umax [V]

imax [A]

fáziskülönbség

periódusidő [s]

Befolyásolta-e a fáziskülönbséget az áramkörre kapcsolt feszültség értéke? Mekkora ennek a kondenzátornak a kapacitív ellenállása?

2. Kapacitív ellenállás és a kapacitás kapcsolata A mért és számolt értékeket írd a táblázatba! 1. kondenzátor Az áramkörre kapcsolt feszültség [V]

4. kondenzátor Az áramkörre kapcsolt feszültség [V]

5. kondenzátor Az áramkörre kapcsolt feszültség [V]

umax [V]

imax [A]

umax [V]

imax [A]

umax [V]

imax [A]

(A kondenzátorok kapacitását mérd meg multiméterrel vagy kérdezd meg!) kondenzátor sorszáma

kapacitása [μF]

kapacitív ellenállása (Xc) []

1 4 5

Igazolják-e a mérések, hogy a kapacitív ellenállás és a kondenzátor kapacitása fordítottan arányos? . . . . . . . . . . . .......................................................................................................................

Igazolják-e a kapott eredmények az

Mi okozhatta a mérés hibáját?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.......................................................................................................................


összefüggést? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19



9. Induktív ellenállás


Egyenfeszültségre kapcsolt áramkörökben a tekercs ellenállása megegyezik a vezeték ohmos ellenállásával. Váltakozó áramú körben


1. Tekercsre jutó feszültség és tekercsen átfolyó áram áramerőssége Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Mérd meg a tekercs ohmos ellenállását, hosszát, keresztmetszetét - jegyezd fel a mért értékeket a tekercs menetszámával együtt! Kapcsold sorosan a zárt vasmagú tekercshez az áramerősség-mérő detektort, kapcsold a tekercs kivezetéseire a feszültségmérő detektort! A detektorokat csatlakoztasd az adatgyűjtőhöz! Kapcsolj váltakozó feszültséget az áramkörre! A feszültség értékét jegyezd fel! Indítsd el az adatgyűjtést, a mérés időtartamát állítsd 100 Vasmag és tekercsek

20

viszont a tekercs ellenállása nagyobb. Ezt a növekedést a tekercs induktív ellenállása okozza. Ezt az ellenállást, illetve az induktív és

ms-ra! Vedd fel az adatgyűjtő segítségével a feszültség-idő és az áramerősség-idő függvényeket! Végezd el a mérést legalább három különböző feszültségértékkel! 2. Induktív ellenállást befolyásoló mennyiségek (menetszám) Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Végezd el az 1. kísérlet méréseit, de a tekercs menetszámát felezd meg! Mérd meg az ohmos ellenállását! Vedd fel az adatgyűjtő segítségével a feszültség-idő és az áramerősség-idő függvényeket! Legalább három különböző feszültéggel végezd el a kísérletet!

ohmos ellenállás együttes értékét vizsgáljuk.


• tekercsek zá rható vasm agga l • feszültségd etektor • á ra merőss ég-detektor • adatg y űjtő • feszültség forrás • vezetékek

3. Induktív ellenállást befolyásoló mennyiségek (zárt vasmag) Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Végezd el az 1. kísérlet méréseit, de a zárt vasmagot szakítsd meg! Mérd meg az ohmos ellenállását! Vedd fel az adatgyűjtő segítségével a feszültség-idő és az áramerősség-idő függvényeket! Legalább három különböző feszültéggel végezd el a kísérletet!

)



FELADATLAP


1. Tekercsre jutó feszültség és tekercsen átfolyó áram áramerőssége. Ábrázold az adatgyűjtővel a tekercsre jutó feszültséget és a tekercsen átfolyó áram áramerősségét az idő függvényében, közös grafikonon! Elég maximum két periódust ábrázolni! Olvasd le a feszültség és az áramerősség maximális értékét! Határozd meg a feszültség periódusidejét! Határozd meg az áramerősség periódusidejét! Határozd meg a feszültség és az áramerősség közötti fáziskülönbséget! A kapott eredményeket írd be a táblázatba! Az áramkörre kapcsolt feszültség [V]

umax [V]

imax [A]

fáziskülönbség

periódusidő [s]

Befolyásolta-e a fáziskülönbséget az áramkörre kapcsolt feszültség értéke? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mekkora a tekercs impedanciája? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Befolyásolta-e ennek értékét az áramkörre kapcsolt feszültség értéke? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Felhasználva, hogy határozd meg a tekercs induktív ellenállását! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (Fakultatív feladat: Felhasználva, hogy határozd meg μr értékét!)

2. Induktív ellenállást befolyásoló mennyiségek (menetszám) A mért és számolt értékeket írd a táblázatba! Az áramkörre kapcsolt feszültség [V]

umax [V]

imax [A]

Mekkora a tekercs impedanciája?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mekkora a tekercs induktív ellenállása? Hasonlítsd össze ennek értékét az 1. feladat eredményével! Hogyan befolyásolja a menetszám az induktív ellenállást?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Induktív ellenállást befolyásoló mennyiségek (zárt vasmag) A mért és számolt értékeket írd a táblázatba! Az áramkörre kapcsolt feszültség [V]

umax [V]

imax [A]

Mekkora a tekercs impedanciája?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mekkora a tekercs induktív ellenállása? Hasonlítsd össze ennek értékét az 1. feladat eredményével!. . . . . . . . . . .

.......................................................................................................................

Befolyásolja-e a tekercs induktív ellenállását az, hogy a vasmag nyitott vagy zárt?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.......................................................................................................................


21



10. Plánparalel lemez


Megfigyelhető, hogy vastag üvegen átnézve, a tárgyakat nem ott látjuk, ahol a valóságban vannak (hanem kicsit arrébb és közelebb). Hogyan lehet meghatározni az eltolódás

mértékét? Két párhuzamos síkkal határolt lemezt plánparalel lemeznek nevezzük. Az ezen áthaladó fénysugár kétszer törik meg, majd az erede-


1. Eltolódás mértékének mérése Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Mérd meg a lemez vastagságát! Tedd a szögmérőt a táblára helyezd rá a lemezt, és világíts rá lézerrel (elég egy sugár)! Figyeld meg, mi történik merőleges beesés esetén! Végezd el a kísérletet nem merőlegesen beeső fénysugárral is! Jegyezd fel a beesési szöget! Jelöld

a beeső fénysugarat, és a kétszer megtört lemezből kilépett fénysugarat is! Mérd meg mekkora a távolság a két fénysugár egyenese között! Végezd el a kísérletet, még legalább három különböző beesési szöggel! Jegyezd fel a beesési szöget, és az eltérülés mértékét mindegyik esetben! (Mivel az eltolódás mértékét a törésmutató befolyásolja, ezért a

tivel párhuzamosan, de eltolódva halad tovább (a merőleges beesést kivéve). Az eltolódás mértékére vonatkozó összefüggést szeretnénk igazolni kísérlettel.


• plá npa ra lel lemez • lézer • mág nest ábla • szög mérő • tábla fi lc • tolómérő

mérés kiértékelése előtt ezt érdemes meghatározni.)

Eltolódás mértékének mérése

22



FELADATLAP


1. Eltolódás mértékének mérése Készíts ábrát a mérésről!

A lemez vastagsága: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A mérés kiértékeléséhez felhasználjuk a plánparalel lemez levegőre vonatkozó törésmutatóját.

Ennek értéke (korábbi mérésből vagy táblázatból): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Írd be a táblázatba a mért beesési szögeket, és a hozzájuk tartozó eltolódási adatokat! beesési szög [°]

eltolódás mértéke mérés alapján [m]

0

Levezethető, hogy a lemezen való áthaladás során az eltolódás mértéke, ha n>1 (ez ebben az esetben teljesül) az alapján határozható meg, ahol d a lemez vastagsága α a beesési szög, β pedig a törési szög. Mivel a törési szöget a kísérlet során nem mértük, ezért felhasználjuk, egyrészt a törési törvényt, másrészt a könnyen belátható

Így az eltolódás mértéke az

Határozd meg a képlettel az eltolódás mértékét! beesési szög [°]

összefüggést. alapján számolható. eltolódás mértéke számítással [m]

0

Hasonlítsd össze a mért és számolt eredményeket!

Mi okozhatta a mérés hibáját?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.......................................................................................................................

Hogyan lehetne meghatározni a látszólagos távolságrövidülés értékét ezekből az összefüggésekből?

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................

.......................................................................................................................


23



11. Hajszál vastagságának meghatározása


Hogyan lehet megmérni egy hajszál vastagságát? A probléma megoldásához elő-

lási képéből - az előző eredmény felhasználásával - meg tudjuk határozni a keresett vastagságot.


1. Lézer hullámhosszának meghatározása Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Helyezd el az ismert rácsállandójú optikai rácsot néhány méteres távolságra az ernyőtől! Jegyezd fel az ernyő és a rács távolságát, és a rácsállandó értékét is! Világíts a lézerrel a rácsra, és nézd meg az elhajlási képet! Számold meg, összesen hány erősítési helyet találsz! Mérd meg, az egyes erősítési helyek milyen messze helyezkednek el a nulladrendű erősítési helytől!

Hajszál vastagsága

24

ször meghatározzuk a kísérletben használt lézer hullámhosszát. A lézer hajszálon keletkezett elhaj-

2. Hajszál vastagságának meghatározása Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Helyezd el a megmérni kívánt hajszálat néhány méteres távolságra az ernyőtől! Jegyezd fel az ernyő és a rács távolságát! Világíts a lézerrel a hajszálra úgy, hogy jól érzékelhető legyen az elhajlási kép! Számold meg, ös�szesen hány kioltási helyet találsz! Mérd meg, az azonos rendű kioltási helyek milyen messze helyezkednek egymástól!

Optikai pad


• lézer fény forrás • optika i rá cs • mérősza la g • hajszá l (ker etbe fog va)

)



FELADATLAP


1. 1. Lézer hullámhosszának meghatározása

Az ernyő és a rács távolsága (s): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A rácsállandó értéke: . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A mért értékeket írd a táblázatba! Számold ki az eltérülés mértékének (x) és az ernyő távolságának (s) hányadosát (x/s) Számold ki az adott rendű erősítési helyhez tartozó eltérülési szöget a összefüggés alapján! erősítés rendje

távolság a 0-ad rendű erősítéstől (x) [m]

eltérülés szöge [°]

1 2 3 4 5

Optikai rács esetén az erősítések helye a összefüggés alapján számolható, ahol k az erősítés rendje, d a rácsállandó, λ a fény hullámhossza. Ezt átrendezve kapjuk a formulát, amiből λ számítható! Írd a táblázatba a kapott hullámhosszokat! erősítés rendje

eltérülés szöge [°]

hullámhossz [m]

1 2 3 4 5

A kapott hullámhosszak átlaga: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hasonlítsd össze a kapott értéket az irodalmi értékkel (szín alapján)!

Mi okozhatta a mérés hibáját?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Hajszál vastagságának meghatározása

A kioltási helyek távolságai alapján töltsd ki a táblázatot! A szimmetria miatt a középponttól való távolság a mért érték fele! Számold ki a minimumhely középponttól mért távolságának (x) és az ernyő távolságának (s) hányadosát! Számold ki az adott rendű minimum helyhez tartozó szöget a összefüggés alapján! minimumhely rendje

középponttól való távolság (x) [m]

a minimumhelyhez tartozó szög [°]

1 2 3 4 5

Az 1. feladatban mért hullámhossz felhasználásával határozd meg a hajszál vastagságát! A minimumhelyek a összefüggésből kapott irányokban találhatóak, ahol k a minimumhely rendje, λ a lézer hullámhossza, d a hajszál vastagsága. Innen alapján számolható. Határozd meg a kapott szögekből a hajszál vastagságát! erősítés rendje

a minimumhelyhez tartozó szög [°]

hajszál vastagsága [m]

1 2 3 4 5

A kapott hajszál-vastagságok átlaga: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


25



12. Napelemcella teljesítményének vizsgálata


A mindennapokban egyre gyakrabban találkozhatunk napelemekkel. Egyre inkább lehetőség nyílik, hogy saját elképzeléseink szerint használjuk őket feszültség-

Ehhez felvesszük a cella feszültség–áramerősség függvényét, majd ennek felhasználásával a teljesítmény–terhelő ellenállás függvényt.


1. A napelemcella feszültség– áramerősség függvénye Csak tanári felügyelettel végezhető kísérlet! Kapcsolj a napelemcellára változtatható ellenállást, és helyezd el az áramkört olyan helyen, ahol a napelem megfelelően megvilágított. Ügyelj rá, hogy a megvilágítás mértéke ne változzon a kísérlet során! (Célszerű mesterséges megvilágítást alkalnapelem cella

cella mérése

26

forrásként. A napelemek megfelelő használatához érdemes meghatározni az ideális terhelésének értékét, vagyis milyen terhelésnél adja le a legnagyobb teljesítményt.

mazni.) Kapcsolj az áramkörbe árammérőt, és kapcsolj az ellenállásra feszültségmérőt! Az ellenállást a maximális értékről csökkentsd kis lépésekben a minimális értékre! Legalább 8 mérési pontod legyen! Vedd fel az adott ellenálláshoz tartozó feszültség és áramerősség értékeket! Végezd el a mérést erősebb megvilágítás esetén is!


• napelemc ella • vá ltoztath ató ellená ll ás • multimét erek (2 db) • vezeték • krokodilc sipesz

napelem készítése házilag

)



FELADATLAP


1. A napelemcella feszültség–áramerősség függvénye

Írd a táblázatba a mért értékeket! Terhelő ellenállás []

Áramerősség [A]

Feszültség [V]

A kapott értékek alapján készítsd el a napelemcella feszültség–áramerősség grafikonját!

Határozd meg a kapott értékekből az adott terhelő ellenálláshoz tartozó teljesítményt, az eredményt írd a táblázatba! Terhelő ellenállás []

Teljesítmény [W]

Készítsd el a teljesítmény–terhelő ellenállás függvényt!

Milyen terhelő ellenállásnál maximális a napelem teljesítménye? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . .

Az eltérő megvilágítás esetén kapott adatokat írd a táblázatba! Terhelő ellenállás [Ω]

Áramerősség [A]

Feszültség [V]

Teljesítmény [W]

Készítsd el az eltérő megvilágítás esetén is a feszültség–áramerősség, illetve a teljesítmény–terhelő ellenállás grafikonokat!

Hogyan befolyásolta maximális teljesítményhez tartozó terhelő ellenállás értékét a megvilágítás erőssége?

Hogyan lehet értelmezni, számítással alátámasztani a kapott eredményeket?

Ötlet emelt szintű érettségi alapján

27



13. Mérőműszerek méréshatárának kiterjesztése


Sokszor kerülhetünk olyan helyzetbe, hogy van ugyan mérőműszerünk, de annak korlátozott mérő-

Ezekre nézünk néhány példát.


1. Erőmérő méréshatárának kiterjesztése Próbáld megmérni az ismeretlen test súlyát! Támaszd alá a rudat a közepénél, akaszd az ismeretlen tömegű testet úgy a rúdra, hogy kicsi legyen az erőkarja! Mérd meg, mekkora erővel lehet egyensúlyban tartani a rudat (használj nagyobb erőkart, mint a másik oldalon)! Mérd meg mind a két oldalon az erőkarokat! A pontosabb mérés érdekében vegyél fel különböző erőkarokhoz tartozó adatokat! Változtasd meg az ismeretlen tömegű test erőkarját is, és végezz újabb méréseket! Méréshatár kiterjesztése

28

határa nem teszi lehetővé a mérést. Milyen módszerekkel tudjuk kiterjeszteni a mérési tartományokat?

2. Mérleg méréshatárának kiterjesztése Próbáld megmérni az ismeretlen test tömegét! A rúd egyik végét támaszd alá, a másik végét tedd a mérlegre úgy, hogy a rúd vízszintes legyen! Olvasd le, mit mutat a mérleg! Mérd meg, milyen messze van a mérleggel érintkező pontja a túlsó alátámasztási ponttól! Akaszd az ismeretlen tömegű testet a rúdra úgy, hogy az alátámasztáshoz legyen közelebb! Olvasd le, mit mutat a mérleg (ha még most sem sikerül, vidd távolabb a mérlegtől)! Mérd meg, milyen messze van a test az alátá-


• ismeretle n tömeg ű te st • mérleg • erőmérő (2N-os) • mérősza la g • rúd • fona l • tá masz

masztási ponttól! Különböző helyzetekben jegyezd fel az alátámasztási ponttól való távolságot és a mérlegen látott értéket!

)



FELADATLAP


1. Erőmérő méréshatárának kiterjesztése Mérhető volt-e a test súlya az erőmérővel?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Töltsd ki a mérés eredményeivel a táblázatot! Erőmérőn leolvasott érték [N]

erőmérő erőkarja [N]

Erőmérő forgatónyomatéka [Nm]

A rúd egyensúlyát felhasználva töltsd ki az ismeretlen test forgatónyomatékát, a mért erőkarokat, és számold ki a test súlyát! ismeretlen test súlya [N]

ismeretlen test erőkarja [N]

A test forgatónyomatéka [Nm]

Számítsd ki a kapott eredmények átlagát!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mik okozhatták a mérés hibáit?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Mérleg méréshatárának kiterjesztése

Mérhető volt-e a test tömege a mérleggel?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A terheletlen rúd esetén a mérlegen leolvasott érték: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A két alátámasztási pont távolsága, vagyis az erőkar: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A rúd forgatónyomatéka: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A terheléses adatokat írd a táblázatba, majd számold ki a rúd forgatónyomatékát kivonva az ismeretlen test forgatónyomatékát! A mérlegről leolvasott tömeg [kg]

A rúd és az ismeretlen test forgatónyomatéka [Nm]

ismeretlen test forgatónyomatéka [Nm]

A kapott értékeket felhasználva számold ki az ismeretlen test súlyát! ismeretlen test súlya [N]

ismeretlen test erőkara [N]

A test forgatónyomatéka [Nm]

Számítsd ki a kapott eredmények átlagát! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Mik okozhatták a mérés hibáit? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Hasonlítsd össze az eredményeket az 1. feladat eredményeivel! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .

Ötlet: emelt szintű érettségi alapján

29

JEGYZETEK

MŰKÖDÉSI SZABÁLYZAT A laboratóriumi munka rendje 1. A laboratóriumi helyiségben a gyakorlatok alatt csak a gyakorlat-vezető tanár, a laboráns, illetve a gyakorlaton résztvevő tanulók tartózkodhatnak. 2. A teremben tartózkodó valamennyi személy köteles betartani a tűzvédelmi és munkavédelmi előírásokat. 3. A gyakorlat végeztével a tanulók rendbe teszik a munkaterü-letüket, majd a gyakorlatvezető tanár átadja a laboránsnak a helyiséget. A csoport ezek után hagyhatja el a termet. 4. A laboratóriumot elhagyni csak bejelentés után lehet. 5. A gyakorlaton részt vevők az általuk okozott kárért anyagi felelősséget viselnek. 6. Táskák, kabátok tárolása a laboratórium előterének tanulószekrényeiben megengedett. A terembe legfeljebb a laborgyakorlathoz szükséges taneszköz hozható be. 7. A laboratóriumi foglalkozás során felmerülő problémákat (meghibásodás, baleset, rongálás, stb.) a gyakorlatvezető tanár a laborvezetőnek jelenti és szükség szerint közreműködik annak elhárításában és a jegyzőkönyv felvételében. Munkavédelmi és tűzvédelmi előírások a laboratóriumban Az alábbi előírások minden személyre vonatkoznak, akik a laboratóriumban és az előkészítő helyiségben tartózkodnak. A szabályok tudomásulvételét aláírásukkal igazolják, az azok megszegéséből eredő balesetekért az illető személyt terheli a felelősség. 1. Valamennyi tanulónak kötelező ismerni a következő eszközök helyét és működését: - Gázcsapok, vízcsapok, elektromos kapcsolók - Porraloltó készülék, vészzuhany - Elsősegélynyújtó felszerelés - Elszívó berendezések - Vegyszerek és segédanyagok 2. A gyakorlatokon kötelező egy begombolható laborköpeny viselése, melyeket a tanulók helyben vehetnek igénybe. Köpeny nélkül a munka nem kezdhető el. 3. A hosszú hajat a baleset elkerülése végett össze kell fogni. 4. A laboratóriumban étkezni tilos. 5. A tanárnak jelenteni kell, ha bármiféle rendkívüli esemény következik be (sérülés, károsodás). Bármilyen, számunkra jelentéktelen eseményt (karmolás, preparálás közben történt sérülés stb.), toxikus anyagokkal való érintkezést, balesetet, veszélyforrást (pl. meglazult foglalat, kilógó vezeték) szintén jelezni kell a tanárnak. 6. A nagyobb értékű műszerek ki/be kapcsolásához kérjük a laboráns segítségét. Ezek felsorolása a mellékletben található. 7. A maró anyagok és tömény savak/lúgok kezelése kizárólag gumikesztyűben, védőszemüvegben történhet. Ha maró anyagok kerülnek a bőrünkre, azonnal törüljük le puha ruhával, majd mossuk le bő csapvízzel. 8. Mérgező, maró folyadékok pipettázása csak dugattyús pipettával vagy pipettázó labdával történhet. 9. A kísérleti hulladékokat csak megfelelő módon és az arra kijelölt helyen szabad elhelyezni. A veszélyes hulladékokat (savakat, lúgokat, szerves oldószereket stb.) gyűjtőedényben gyűjtsük. Vegyszermaradványt ne tegyünk vissza a tárolóedénybe. 10. A gyakorlati órák alkalmával elkerülhetetlen a nyílt lánggal, melegítéssel való munka. - A gázégő begyújtásának a menete: 1; tűzveszélyes anyagok eltávolítása, 2; a kivételi hely gázcsapjának elzárása, 3; a fő gázcsap kinyitása, 4; az égő levegősze-

lepének szűkítése, 5; a gyufa meggyújtása, 6; a kivételi hely gázcsapjának kinyitása és a gáz meggyújtása . - A kémcsöveket szakaszosan melegítjük, az edény száját soha ne irányítsuk személyek felé. - Tűzveszélyes anyagokat ne tartsunk nyílt láng közelében. Az ilyen anyagokat tartalmazó üvegeket tartsuk lezárva, és egyszerre csak kis mennyiséget töltsünk ki. - Ne torlaszoljuk el a kijárati ajtót, és az asztalok közötti teret. - Az elektromos, 230 V-ról működő berendezéseket csak a tanár előzetes útmutatása alapján szabad használni. Ne nyúljunk elektromos berendezésekhez nedves kézzel, a felület, melyen elektromos tárgyakkal kísérletezünk, legyen mindig száraz. - Tilos bármely elektromos készülék belsejébe nyúlni, burkolatát megbontani. - A meghibásodást jelentsük a gyakorlatvezető tanárnak, a készüléket pedig a hálózati csatlakozó kihúzásával áramtalanítsuk. - Esetleges tűzkeletkezés esetén a laboratóriumot a tanulók a tanár vezetésével a kijelölt menekülési útvonalon hagyhatják el. 11. Munkahelyünkön tartsunk rendet. Ha bármilyen rendellenességet tapasztalunk, azt jelentsük a gyakorlatot vezető tanárnak. Rövid emlékeztető az elsősegélynyújtási teendőkről Vegyszerek használata mindig csak a vegyszer biztonsági adatlapja szerint történhet. Az elsősegélynyújtási eljárásokat a gyakorlatvezető tanár végzi. Tűz vagy égési sérülés esetén - Az égő tárgyat azonnal eloltjuk alkalmas segédeszközökkel (víz, homok, porraloltó, pokróc, stb.). Elektromos tüzet vízzel nem szabad oltani. - Vízzel nem elegyedő szerves oldószerek tüzét tilos vízzel oltani! - Az égési sebet ne mossuk, ne érintsük, ne kenjük be, hanem csak száraz gézlappal fedjük be. Kisebb sérülésnél (zárt bőrfelületnél) használhatók az Irix vagy Naksol szerek. Mérgezés esetén - Ha bőrre került: száraz ruhával felitatjuk, majd bő vízzel lemossuk. - A bőrre, illetve testbe kerülő koncentrált kénsavat nem szabad vízzel lemosni, vagy hígítani, mert felforrósodik és égési sérüléseket okoz - Ha szembe jutott: bő vízzel kimossuk (szemzuhany), majd 2%-os bórsav oldattal (ha lúg került a szembe) vagy NaHCO3 oldattal (ha sav került a szembe) öblítünk és a szemöblögető készletet használjuk. - Ha belélegezték: friss levegőre visszük a sérültet. - Ha szájüregbe jutott: a vegyszert kiköpjük, és bő vízzel öblögetünk. Sebesülés esetén - A sebet nem mossuk vízzel, hanem enyhén kivéreztetjük. - A sebet körül fertőtlenítjük a baleseti szekrényből vett alkoholos jódoldattal, majd tiszta és laza gézkötést helyezünk rá. Kisebb sérüléseknél sebtapaszt alkalmazunk. Áramütés esetén - Feszültség mentesítünk, a balesetest lefektetjük, pihentetjük és a sebeit laza gézkötéssel látjuk el. Amen�nyiben az áramütés a szívet is leállítaná, azonnali újraélesztésre van szükség. Értesítjük az iskolaorvost.

Kedves Diákok! A természettudományos laboratóriumi órák keretében a TÁMOP 3.1.3.-11/22012-0038 számú, „Csodálatos természet” Természettudományi Labor fejlesztése a Siófoki Perczel Mór Gimnáziumban című pályázat programjában vesztek részt. A fejlesztés a pályázó Siófok Város Önkormányzata és a KLIK Siófoki tankerületének konzorciuma, valamint a Siófoki Perczel Mór Gimnázium összefogásával, s nem utolsó sorban az Európai Unió támogatásával valósult meg. Fő célunk a természettudományos tantárgyak, így a kémia, fizika, biológia és földrajz érdekes jelenségeinek bemutatása, s általuk a világ és a természet törvényeinek, működésének a megismertetése. A kísérletgyűjteményt tanáraitok állították össze számotokra, és ők is fognak bevezetni benneteket a laboratóriumi munkába, a világszínvonalú kísérleti eszközök helyes használatába. Bízunk benne, hogy az itt megtanultak és megtapasztaltak sok élményt nyújtanak számotokra és továbbgondolásra, továbbtanulásra ösztönöznek majd benneteket. A gyakorlatokhoz jó munkát kívánunk!

A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

12. FIZIKA munkafüzet. o s z t ály. A Siófoki Perczel Mór Gimnázium tanulói segédlete

Recommend Documents