A természettudományos oktatás komplex megújítása a Révai Miklós Gimnáziumban és Kollégiumban. Munkafüzet FIZIKA. 12. évfolyam

A természettudományos oktatás komplex megújítása a Révai Miklós Gimnáziumban és Kollégiumban”

Munkafüzet

FIZIKA

12. évfolyam

Juhász Zoltán

TÁMOP-3.1.3-11/2-2012-0031

TARTALOMJEGYZÉK

Bevezetés ........................................................................................ 3 A laboratórium munka és balesetvédelmi szabályzata ............................ 4 1. Ütközések ............................................................................... 6 2. Tehetetlenségi nyomaték......................................................... 12 3. Perdület ................................................................................ 16 4. Mechanikai energia ................................................................. 21 5. Gáztörvények......................................................................... 26 6. Felületi feszültség ................................................................... 31 7. Hőtan ................................................................................... 36 8. Csillapodó rezgőmozgás, Kényszerrezgés, Rezonancia ................. 40 9. Mechanikai hullámok ............................................................... 45 10. Van de Graaff – generátor ....................................................... 50 11. Potenciál ............................................................................... 54 12. Az ellenállás hőmérsékletfüggése ............................................. 59 13. Áramforrások ......................................................................... 65 14. Lorentz erő ............................................................................ 69 15. Váltakozó áram ...................................................................... 73 16. LED ...................................................................................... 78 17. Napelemek ............................................................................ 82 18. Az anyag hullámtermészete ..................................................... 87 19. Csillagászat ........................................................................... 91 20. Statisztikus fizika ................................................................... 96

Fogalomtár .................................................................................. 101 Források ...................................................................................... 104

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

BEVEZETÉS

Kedves Diákok! Régen született már olyan fizika könyv, amely kifejezetten a kísérleteket helyezi a középpontba, s azokon keresztül mutatja be a fizika csodálatos világát. A Révai Miklós Gimnázium laboratóriumában minden feltétel adott ahhoz, hogy ne csak tanuljuk, hanem átéljük, s igazán megszeressük azt. Így saját tapasztalataink révén nyerjünk új ismereteket, s ez által kialakuljon, ill. elmélyüljön a természettudományos gondolkodásmódunk. Ehhez nyújt segítséget a TÁMOP 3.1.3 pályázat keretében megjelent sorozat, amely a teljes általános és középiskolás fizika anyagot lefedi, a kezdetektől az érettségiig. A sorozat 12. évfolyamosoknak szóló része, már kifejezetten a faktos, érdeklődő diákoknak szól, néha különleges problémákat feszegetve, kedvcsinálandó a kutató munkához. Mindazonáltal egy-egy kísérlet elvégzése és megértése nem igényel több ismeretet, mint ami a középiskolában megszerezhető. A munkafüzet egy-egy fejezete egy-egy érdekesebb témát jár körbe, feleleveníti a kísérletekhez kapcsolódó elméleti ismereteket, és mérési gyakorlatokat tartalmaz. Jó munkát, kellemes időtöltést! A szerző

–3–


A LABORATÓRIUM MUNKA ÉS BALESETVÉDELMI SZABÁLYZATA 1. A laboratóriumban a tanuló csak tanári felügyelet mellett tartózkodhat és dolgozhat. Annak területére csak engedéllyel léphet be és azt csak engedéllyel hagyhatja el. 2. A kabátokat, táskákat és egyéb felszerelési tárgyakat a ruhatári részben (az előtérben) kell elhelyezni, a laboratóriumba csak a munkához szükséges eszközöket szabad bevinni. 3. A laboratóriumi munka során köpeny használata kötelező! Szükség esetén, ha a gyakorlat előírja, védőszemüveget és védőkesztyűt kell viselni. 4. A kísérletek megvalósítása előtt győződjünk meg róla, hogy az alkalmazott eszközök, demonstrációs anyagok nem sérültek, rongálódtake. Hiba esetén értesítsük a laboratórium személyzetét. 5. A kísérleti eszközöket, anyagokat, csak és kizárólag rendeltetésszerűen, kellő körültekintéssel használjuk! 6. A kísérlet megkezdése előtt, a foglalkozást vezető tanár, ismerteti a végrehajtandó feladatot, és a végrehajtás főbb mozzanatait. Továbbá külön felhívja a tanulók figyelmét az esetleges veszélyforrásokra! 7. A balesetek és az anyagi kár megelőzése érdekében a kísérleteket gondosan, a leírtaknak megfelelően hajtsuk végre. 8. Munkánk során a laboratóriumban tartózkodók testi épségét, illetve azok munkájának sikerét ne veszélyeztessük! A kísérleti munka elengedhetetlen feltétele a rend és fegyelem. 9. A sérülések, balesetek elkerülése érdekében a foglalkozást vezető tanár folyamatosan nyomon követi a kísérletek előkészítését és végrehajtásának menetét. Bármilyen gond, probléma esetén, azonnal jelezzünk neki! 10. Az érdemi munka befejeztével gondoskodjuk róla, hogy az eszközöket a kiindulási állapotnak megfelelően tisztán és rendben hagyjuk hátra. A szabálytalanul tárolt eszközök balesetet okozhatnak, illetve károsodhatnak. 11. A laboratóriumból történő távozást megelőzően győződjünk meg róla, hogy a helyiségben tűz-, balesetveszélyes helyzetet nem hagyunk hátra. A laboratórium működési rendjének megfelelően hajtsuk végre az áramtalanítást. 12. Baleset esetén a lehető leggyorsabban mérjük fel a sérülés, illetve sérülések mértékét, kezdjük meg a sérültek ellátását. Amennyiben úgy ítéljük meg, kérjük az iskola egészségügyi személyzetének segítségét, –4–


vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyértelmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók tevékenységét illetően, elkerülve ezzel a további balesetek bekövetkezését, illetve az esetleges anyagi károk gyarapodását. 13. A fizikai kísérletek leggyakoribb veszélyforrása az elektromos áram. Baleset esetén meg kell bizonyosodni arról, hogy a sérült nincs már feszültség alatt. A baleset helyén elsődleges feladat a kapcsolótáblán lévő főkapcsoló lekapcsolása! 14. Az elektromos balesetek elkerülhetők, ha betartjuk és betartatjuk az érintésvédelmi szabályokat! A hallgatói áramkörök minden esetben feszültségmentes állapotban kerüljenek összeállításra, azt követően csak ellenőrzés után, és engedéllyel kössék rá a tápfeszültséget. Üzemzavar esetén kérjük a labor dolgozóinak segítségét. 15. Tűz esetén, vagy tűzveszélyes helyzetben, azonnal értesítsük a labor személyzetét! Határozottan utasítsuk a tanulókat a labor elhagyására! A laboratóriumban elhelyezett tűzoltó készülékeket csak akkor kezdjük el használni, ha jártasnak érezzük magunkat a készülék működtetésében. Tűzoltó készülékkel embert oltani nem szabad! A laboratóriumi fizika eszközökön és berendezéseken található jelzések, ábrák jelentései: Vigyázz! Forró felület! Vigyázz! Alacsony hőmérséklet! Vigyázz! Tűzveszély! Vigyázz! Mérgező anyag! Vigyázz! Radioaktív sugárzás! Vigyázz! Áramütés veszélye! Vigyázz! Lézersugár!

–5–


ÜTKÖZÉSEK Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Mit értünk egy test impulzusán?



Mond ki a lendület-megmaradás tételét.



Mikor beszélünk tökéletesen rugalmas, ill. rugalmatlan ütközésről? Jellemezd az energiaviszonyokat e két ütközésfajtánál.

Ismétlő feladatok: 1. Egy 4 kg tömegű test 6m/s nagyságú sebességgel halad, vele szemben jön egy 10kg tömegű másik test. Tökéletesen rugalmasan ütköznek. a. Mekkora a második test kezdeti sebessége, ha az ütközés után állva marad? b. Mekkora lesz az első test sebessége az ütközés után?

–6–


2. Homokzsák lóg egy 2m hosszú kötélen, a zsák tömege 20kg. Belehajítunk egy 2kg tömegű dárdát 20m/s sebességgel. Mekkora szöggel térül ki a zsák kötele?

1. kísérlet – Rugalmatlan ütközés vizsgálata Eszközök: Légpárnás sín tartozékokkal (levegőbefújó, lovasok azaz „kiskocsik”, rugalmas ütközők, nehezékek, fémtüske stb.) Sorozatképet készítő fényképezőgép mérleg, számítógép, képfeldolgozó szoftver, nyomtató, gyurma

1. ábra

A kísérlet leírása: Vízszintezzük ki a légpárnás sínt. Helyezzünk a sínre két nem feltétlenül azonos, de ismert tömegű kiskocsit olyan ütközőkkel, hogy összeragadjanak ütközéskor, az egyiket középre a másikat az egyik szélére. Kapcsoljuk be a légfúvót és lökjük meg a szélső kiskocsit. E közben egyik társunk készítsen a fényképezőgéppel kis időközű sorozatképet. A kapott képeket számítógéppel helyezzük egymásra. Értékeljük ki a felvételeket. 

A fényképezőgép minél messzebb, a sínre merőlegesen helyezkedjen el.



A felvételi időközökből állapítsuk meg a kiskocsik ütközés előtti és ütközés utáni sebességét, lendületét.



Ismételjük meg a kísérletet, úgy hogy a másik kiskocsi áll.



Ismételjük meg a kísérletet más kiskocsi tömegekkel is. –7–




Nyomtassunk ki egy képet és illesszük be a munkafüzetbe. Jelöljük meg melyik.



Vonjuk le következtetéseinket.

A számolás menete általánosan:

Mérési jegyzőkönyv: A fényképezőgép zárnyitási időközei. ∆t= m 1= ∆s1

m 2= v1

p1

m1+m2=

∆s2

v2

p2

∆s

v

p

v

p

1. 2. A fényképezőgép zárnyitási időközei. ∆t= m 1= ∆s1

m 2= v1

p1

m1+m2=

∆s2

v2

1. 2.

A mozgás felvétele:

–8–

p2

∆s


Észrevételeink:



Miért nehézkes a mérést úgy végrehajtani, hogy mindkét kiskocsi mozog kezdetben?



Hogyan lehetett volna még a rendelkezésre álló eszközökkel igazolni a lendület-megmaradást?

2. kísérlet – Rugalmas ütközés vizsgálata Eszközök: Légpárnás sín tartozékokkal (levegőbefújó, lovasok azaz „kiskocsik”, rugalmas ütközők, nehezékek, fémtüske stb.) Sorozatképet készítő fényképezőgép mérleg, számítógép, képfeldolgozó szoftver, nyomtató, gyurma

2. ábra

A kísérlet leírása: Kapcsoljuk be a légfúvót és vízszintezzük ki a légpárnás sínt. Helyezzünk a sínre kezdetben két azonos, ismert tömegű kiskocsit rugalmas ütközőkkel, az egyiket középre a másikat az egyik szélére. Lökjük meg a szélső kiskocsit, e közben egyik társunk készítsen a fényképezőgéppel kis időközű sorozatképet. A kapott képeket számítógéppel helyezzük egymásra. Értékeljük ki a felvételeket. 

A fényképezőgép minél messzebb, a sínre merőlegesen helyezkedjen el.

–9–




A felvételi időközökből állapítsuk meg a kiskocsik ütközés előtti és ütközés utáni sebességét, lendületét.



Ismételjük meg a kísérletet más kiskocsi tömegekkel is úgy, hogy a nagyobb tömegűt lökjük neki az álló helyzetűnek.



Nyomtassunk ki egy képet és illesszük be a munkafüzetbe. Jelöljük meg melyik.





Mérési jegyzőkönyv: A fényképezőgép zárnyitási időközei. ∆t=

m 1= ∆s1

m 2= v1

p1

E1

∆s2

v2

p2

E2

v2

p2

E2

ü. előtt ü. után ütközés előtt:

pö=

Eö=

ütközés után:

pö’=

Eö’=

m 1= ∆s1

m 2= v1

p1

E1

∆s2

ü. előtt ü. után ütközés előtt:

pö=

Eö=

ütközés után:

pö’=

Eö’=

– 10 –


A mozgás felvétele:

Észrevételeink:



Miért a nagyobb tömegű testet célszerű nekilökni a kisebb tömegűnek?

Feladatok: 1. Egy 2 kg tömegű test 4m/s sebességgel halad kelet felé, egy másik szintén 2 kg tömegű test pedig észak felé halad 8m/s sebességgel. Teljesen rugalmatlanul összeütköznek. a. Mekkora lesz a közös sebességük? b. Milyen irányban haladnak tovább?

– 11 –


TEHETETLENSÉGI NYOMATÉK Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Mit értünk szöggyorsulás alatt?



Hogyan definiáljuk a tehetetlenségi nyomatékot?



Mit értünk tömegpont, ill. merev test impulzusmomentumán?



Mond ki a dinamika alaptörvényét rögzített tengely körül forgó merev testekre.



Hogyan számoljuk ki a forgómozgást végző test forgási energiáját?



Jellemezd néhány szóval, hogy a föld gravitációs terében eldobott kő hogyan fog mozogni.

– 12 –


Ismétlő feladatok: 1. Egy a forgástengelyénél a plafonra rögzített 2kg tömegű 10cm sugarú csigára tekert kötélre szintén 2kg tömegű testet akasztunk. a. A test mekkora gyorsulással kezd lefelé csévélődni? b. Mekkora a csigát a plafonhoz rögzítő erő?

1. kísérlet – Tehetetlenségi nyomaték meghatározása. Eszközök: Állítható hajlásszögű lejtő, mérőszalag. 1-1 azonos tömegű és sugarú korong, gyűrű és golyó Fénykapus időmérő, illetve annak hiányában stopper.

3. ábra

A kísérlet leírása: Rögzítsük és mérjük meg a lejtő hajlásszögét. Állítsuk be a kívánt értékre a fénykapuk távolságát úgy, hogy a próbatest elindulásának pillanatában induljon az idő mérése. Helyezzük fel az egyik testet és mérjük meg az időt amíg legurul a lejtőn. 

A kísérletet ismételjük meg többféle lejtőhajlásszög esetén is.



A mért értékeket jegyezzük fel a mérési jegyzőkönyvbe, és számoljuk ki az egyes esetekben a tehetetlenségi nyomatékot.



Ismételjük meg az eljárást a többi próbatestre is.

– 13 –




Egyszerű átlagolással adjuk meg a próbatestek tehetetlenségi nyomatékának értékét.



Vessük össze az eredményeinket az irodalmi értékekkel.


Mérési jegyzőkönyv: Az I. test típusa: ……………… α

s

t

a

θ

t

a

θ

1. 2. 3. 4. 5.

A II. test típusa: ……………… α

s

1. 2. 3. 4. 5.

– 14 –


A III. test típusa: ……………… α

s

t

a

θ

1. 2. 3. 4. 5.

A kapott értékeket hasonlítsuk össze az irodalmi értékekkel. Mit tapasztalunk?

Hasonlítsuk össze, az egyes testek lejtőn való legurulási idejét egy adott hajlásszög és ugyanazon távolság esetén. Mit tapasztalunk? Magyarázzuk meg.

Feladatok: 1. Vízszintes talajon 10cm sugarú 2kg tömegű korongot húzunk az ábrán látható módon 6N erővel. A korong tisztán gördül. Mekkora lesz a korong gyorsulása?

4. ábra

2. Ha az ismétlő feladatsor 1. példájában a lefelé induló test 2m-re van a talajtól, akkor mekkora sebességgel csapódik abba bele? a. Oldjuk meg a feladatot az energiaviszonyok vizsgálatával is. – 15 –


PERDÜLET Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Mit értünk rögzített tengely körül forgó tömegpont, ill. merev test impulzusmomentumán?



Mond ki a perdülettételt zárt rendszerre!



Fogalmazd meg a perdülettételt általánosan.



Hogyan számoljuk ki a forgatási teljesítményt?



Miért tudunk biciklizni?



Mi az a precesszió?

– 16 –


Ismétlő feladatok: 1. Egy5kg tömegű 10cm sugarú tömör korong rögzített tengely körül forog. Kerületi pontjainak a sebessége kezdetben 36km/h, ez a sebesség 10 másodperc alatt megduplázódik. a. Mekkora a kezdeti perdülete? b. Mekkora forgatónyomaték hat rá a gyorsító szakaszban, ha tudjuk, hogy a gyorsulás egyenletes volt. c. Mekkora átlagos teljesítményt fejtett ki a gyorsító motor a korongra?

1. kísérlet – Perdületmegmaradás I. Eszközök: Forgó zsámoly (szék), 2db súlyzó Markoló tengellyel és ólomnehezékkel ellátott „biciklikerék”.

A kísérlet leírása: Egyik társunkat kérjük meg, hogy üljön rá a forgózsámolyra, fogja kezébe a két súlyzót, tartsa ki oldalra. Hozzuk lassú forgásba a rendszert. 5. ábra



Kérjük meg, hogy húzza be a kezét. Ne túl gyorsan.



Ismételjük meg a kísérletet többször is.



Mit tapasztalunk?

Egyik társunkat kérjük meg, hogy üljön rá a forgózsámolyra. Adjuk a kezébe a „biciklikereket úgy, hogy tartsa vízszintesen. Hozzuk gyors forgásba a kereket, miközben, a zsámolyt rögzítjük. 6. ábra

– 17 –




Kérjük meg a társunkat, hogy szép lassan fordítsa meg a kereket forgás közben.



Ismételjük meg a kísérletet többször is.



Mit tapasztalunk?

Észrevételeink:

2. kísérlet – Perdületmegmaradás II. Eszközök: Markoló tengellyel és ólomnehezékkel ellátott „biciklikerék”. kötél.

A kísérlet leírása: Kössük rá a kötelet a biciklikerék tengelyére. A kerék tengelyét vízszintesen tartva hozzuk gyors forgásba azt. A kötet tartva, engedjük ránehezedni a biciklikereket és csak annál fogva tartsuk. 

Mit tapasztalunk?



Magyarázzuk meg a jelenséget!

Észrevételeink:

A jelenség magyarázata:

– 18 –


3. kísérlet – Perdületmegmaradás III. Eszközök: Asztal szélére szerelhető tűs csapágyazású forgó tengely. Alumínium keresztrúd és rajta könnyen mozgó egyforma tömegű súlypár. Mérleg, cérna, gyufa, stopper.

7. ábra

A kísérlet leírása: Mérjük meg a súlyok tömegét. A tengely és a keresztrúd tömegét tekintsük elhanyagolhatónak. Toljuk be a súlyokat teljesen és kössük össze őket cérnával. Mérjük meg a középpontjuk távolságát a forgástengelytől. Számoljuk ki a rendszer tehetetlenségi nyomatékát így, és úgy is, hogy a súlyok kint vannak teljesen a keresztrúd végén az ütközőnél. Hozzuk forgásba a rendszert, és mérjük meg stopperral, hogy mennyi idő alatt tesz meg tíz teljes fordulatot. 

Gyufával égessük el a madzagot.



Mit tapasztalunk?



Mérjük meg így is, hogy mennyi idő alatt tesz meg tíz teljes fordulatot a rendszer.



Számoljuk ki a perdületeket.



Ismételjük meg a kísérletet többször is, más kezdő tehetetlenségi nyomatéknál, és más kezdeti szögsebesség értéknél is.


Mérési jegyzőkönyv: m= z

t



előtte: utána:

– 19 –

r

θ

L


z

t



r

θ

L

z

t



r

θ

L

előtte: utána:

előtte: utána:

Észrevételeink:

Feladatok: 1. Egy lyukas, súrlódásmentes asztalon hosszú fonál van átfűzve. Mindkét végére 2kg tömegű testet kötve a felsőt 5m/s sebességgel elindítjuk az asztallapon a kötélre merőlegesen. A kötél hoszsza ekkor éppen 20cm. a. A lógó test ez után felemelkedik vagy lesüllyed? b. A válaszunkat számítással igazoljuk!

– 20 –


MECHANIKAI ENERGIA Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Mit nevezünk konzervatív erőtérnek és potenciális energiának?



Hogyan számoljuk ki a gravitációs tér potenciális energiáját homogén és inhomogén esetben?



Egy test kinetikus energiája alatt mit értünk?



Mit nevezünk mechanikai energiának?



Mond ki a mechanikai energia megmaradás tételét!



Mikor nevezünk egy testet kötött állapotúnak?

– 21 –




Mond ki a munkatételt!

Ismétlő feladatok: 1. Egy gödör 4m mély. Benne egy 0,2kg tömegű labdát 2m mélységben vízszintesen eldobunk 6m/s sebességgel. a. Kötött állapotú-e a labda? b. Mekkora lehet a labda maximális sebessége? c. Milyen magasra emelkedhet fel legfeljebb?

1. kísérlet – Forgási energia Eszközök: Ismert tömegű és sugarú tömör csiga. Két különböző tömegű ismert nehezék. Mérőszalag, stopper, madzag.

A kísérlet leírása:

8. ábra

Állítsuk össze az ábrán látható elrendezést. Ügyeljünk ara, hogy a csigán átvetett madzag ne csússzon meg, a csiga tömege összemérhető legyen a nehezékekével. Mérjük meg a nehezebbik, felső test magasságát a talajtól úgy, hogy közben a kisebbik súly a talajon nyugszik. Engedjük el a rendszert, miközben elindítjuk a stoppert. 

Mérjük meg többször is, hogy a nagyobbik súly mennyi idő alatt ér le a talajra.



Töltsük ki a mérési jegyzőkönyvet. – 22 –




Számoljuk ki, hogy a csiga mekkora forgási energiára tesz szert.



Egybevág-e a mért érték az elméleti megfontolásokkal?


Mérési jegyzőkönyv: A kisebbik tömeg: A nagyobbik tömeg: A csiga tömege: A talajtól mért távolság: t

v

Eforgási

1. 2. 3.

Azaz: Eforgási= Másrészről, a tehetetlenségi nyomaték segítségével kiszámolva: Eforgási=

Tapasztalat:

– 23 –


2. kísérlet – Az energiaveszteség meghatározása Eszközök: Könnyű, asztalra rögzíthető csiga. Ismert tömegű fahasáb akasztóval és nehezék madzag, mérőszalag, stopper.


9. ábra

Állítsuk össze az ábrán látható elrendezést. Ügyeljünk ara, hogy a csiga tömege a két test tömegéhez képest elhanyagolható legyen. A rendszer rögzített helyzetében mérjük meg a lelógó test talajtól mért magasságát. Engedjük el a rendszert, miközben elindítjuk a stoppert. 

Mérjük meg többször is, hogy a lelógó súly mennyi idő alatt ér le a talajra.



Töltsük ki a mérési jegyzőkönyvet.



Számoljuk ki, a mechanikai energiaveszteséget.


Mérési jegyzőkönyv: Az asztalon lévő tömeg: A lelógó tömeg: A talajtól mért távolság: Az összes munkavégzés: Wö=

– 24 –


t

v

Wh

Ws

1. 2. 3. Azaz, az energiaveszteség: Wsúrlódási=

Milyen adatot tudunk még ebből meghatározni?

Feladatok: 1. A csillagászok észlelnek egy a Föld felé száguldó szikladarabot. A mérések szerint az elszabadult aszteorida 2000 tonnás és a sebessége 106km távolságban éppen 2km/s volt. A számítások szerint a Föld középpontjától 40000km-re fog elhaladni a bolygónk mellett. a. Vissza fog-e térni később? b. Mekkora lesz a sebessége, amikor elhalad a Föld mellett?

– 25 –


GÁZTÖRVÉNYEK Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Fogalmazd meg a Boyle – Mariotte és Gay – Lussac I.-II. törvényeket.



Mond ki az ideális gáztörvényt!



Mit tekintünk ideális gáznak?



Milyen kapcsolat van a Boltzmann állandó és az univerzális gázállandó között?



Rajzolj az ábrába izobár, izochor, és izoterm folyamatokat.

– 26 –


Ismétlő feladatok: 1. Meldecsőben a 10cm hosszú higanyoszlop 20cm magas levegőoszlopot zár be, ha a cső nyitott vége felfelé áll. A légköri nyomás 105Pa, a higany sűrűsége 13600kg/m3. Mekkora a bezárt levegőoszlop hossza, ha a cső a. vízszintes helyzetű? b. függőleges helyzetű és a nyitott vége lefelé fordul?

2. Egy autógumi hőmérséklete a reggeli órákban 150C, ekkor a kerék belsejében a túlnyomás 2bar. A tulajdonos kinn hagyja a járművet a tűző napon és ott a gumi 500C-ra melegszik. Mekkora lesz a kerék belsejében a nyomás?

– 27 –


1. kísérlet – Boyle - Mariotte törvény Eszközök: 2 db eltérő hosszúságú higanyoszlopot bezáró Melde-cső. (Egyik végén zárt üvegcső, középtájon bezárt higannyal.) Állvány, mérőszalag, szögmérő 10. ábra

A kísérlet leírása: Rögzítsük a Melde-csövet nyitott végével függőlegesen fölfelé. Mérjük meg a higanyoszlop hosszát. Mérjük meg a bezárt levegőoszlop hosszát. Számoljuk ki a pV szorzatot úgy, hogy a cső állandó keresztmetszetét meghagyjuk paraméterként. A higanyoszlop nyomását is mérhetjük Hgmm-ben. 

Forgassuk el a Melde-csövet 450-kal. Mérjük meg újra a bezárt levegőoszlop hosszát. A higanyoszlop magasságát számolással határozzuk meg.



Számoljuk ki e helyzetben is a PV szorzatot.



Ismételjük meg az eljárást mindaddig, amíg a cső szája függőlegesen lefelé nem néz.



Ismételjük meg a kísérletet a másik, eltérő hosszúságú higanyoszlopot bezáró Melde-csővel is.


Mérési jegyzőkönyv: hHg= α

hHg= l

p

pV

1. 2. 3. 4. 5.

– 28 –

α

l

p

pV


A pV szorzatokat megvizsgálva mit tapasztalunk a két esetben?

2. kísérlet – Gay-Lussac I. törvénye Eszközök: főzőpohár, vasháromláb, tűzfogó fémháló, állvány bunsen vagy borszesz égő ferde hosszú nyakú, ismert térfogatú lombik higanycseppel. filctoll, hőmérő

11. ábra

A kísérlet leírása: Helyezzük a főzőpoharat a vasháromlábra és rögzítsük állványon a lombikot úgy, hogy az belelógjon a főzőpohárba az ábrán látható módon. Töltsünk hideg vizet a főzőpohárba, hogy a lombikot ellepje. Helyezzük bele a főzőpohárba a hőmérőt is. Várjunk, amíg beáll a termikus egyensúly. Jelöljük meg a higanycsepp helyzetét, jegyezzük fel a víz hőmérsékletét és a bezárt gáz kezdeti V0 térfogatát. 

Kezdjük el melegíteni a vizet.



A higanycsepp néhány cm-es elmozdulásainál olvassuk le a hőmérőről a víz hőmérsékletét, jelöljük meg a lombikon filctollal a higanycsepp helyzetét mérjük meg az eredeti helyzetétől való elmozdulását és jegyezzük fel ezen értékeket a jegyzőkönyvbe.



6-8 mérés után számoljuk ki a V/T értékeket.


– 29 –


Mérési jegyzőkönyv: Kezdeti térfogat: V0= A hosszú cső keresztmetszete: A= T

∆s

V

V/T

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Észrevételeink:

Feladatok: 1. Egy tó alján, 3m mélyen egy kis béka megkotorja az iszapot és onnan elindul felfelé egy 2cm3-es 40C-os levegőbuborék. A víz felszínén ez sokáig megmarad, és a nap elkezdi melegíteni. a. Mekkora volt a térfogata a kipukkanás pillanatában, ha a nap ekkorra 200C-ra melegítette a benne lévő levegőt?

– 30 –


FELÜLETI FESZÜLTSÉG Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Folyadék egy részecskéjének, hol mélyebb az energiája, a folyadék felszínén vagy a belsejében, miért?



A súlytalanság állapotában kiöntött víz milyen alakot igyekszik felvenni, miért?



Mit jelent az, hogy nedvesítő folyadék? Írj példát és ellenpéldát!



Mi az a görbületi nyomás, hogyan számoljuk ki?



Mi az a kapilláris jelenség?

– 31 –


Ismétlő feladatok: 1. Az ábrán látható drótkeretre egy kicsi, könnyen csúszó, 2 gramm tömegű 5cm hosszú drót illeszkedik. A keretben kialakuló folyadékhártya éppen megtartja a drótot, és szintén 5cm magas. a. Mekkora a folyadék felületi feszültségének értéke? 12. ábra b. Mi történik, ha a keretet vízszintes helyzetbe fordítjuk? A folyamat alatt mennyi munkát végez a folyadékhártya?

1. kísérlet – Felületi feszültség Eszközök: U alakú drótkeret mozgó drótszállal, drótkarika cérnával, négyzet alakú drótkeret, kettős drótkarika, alumínium pénzérmék, tálca, főzőpohár, tiszta víz, mosogatószer, keverő


13. ábra

A főzőpohárban lévő tiszta víz felszínére óvatosan illesszünk rá egy pénzérmét, majd többet is, toljuk közel egymáshoz őket. Ez után készítsünk szappanbuborék fújáshoz használható mosogatószeres oldatot és ismételjük meg a kísérletet. Mártsuk bele a különböző drótkereteket a mosogatószeres vízbe és emeljük ki őket úgy, hogy a folyadékhártya megmaradjon rajtuk.

– 32 –




Cseppentsünk tiszta vizet, ill. mosogatószeres vizet a pénzérmékre és figyeljük meg a cseppek alakját!



Mit tapasztalunk a pénzérmékkel, elvégzett kísérlet esetében?



Az U alakú drótkereten húzzuk ki a drótszálat, majd engedjük el.



A cérnával ellátott drótkarika egyik oldalán pukkasszuk ki a folyadékhártyát.



A négyzet alakú drótkeret esetén próbáljunk meg többféle elrendeződést előidézni.



Rajzoljuk be az ábrába a kialakuló folyadékhártyákat!



Vonjuk le következtetéseinket, magyarázzuk meg néhány szóval a jelenségeket.

Mire következtethetünk a pénzérmés kísérletből?

Egészítsd ki az ábrát:

14. ábra

Észrevétel, magyarázat:

– 33 –


2. kísérlet – Görbületi nyomás Eszközök: Szorító gumival vagy csappal ellátott Y alakú fúvóka. tálca, főzőpohár, mosogatószeres víz.

15. ábra


Mártsuk bele a fúvóka mindkét végét a mosogatószeres vízbe és fújjunk különböző méretű szappanbuborékot, először az egyik, majd a másik ágon. Rögzítsük a csapokat, vagy szorítsuk el a gumicsatlakozókat. 

Figyeljük meg, mi történik, ha a csapokat kinyitjuk a két buborék között.



Vonjuk le következtetéseinket, magyarázzuk meg néhány szóval a jelenségeket.

Észrevétel, magyarázat:

3. kísérlet – A víz felületi feszültségének meghatározása Eszközök: petricsésze, víz, mérőszalag, állvány, tálca, rögzítő csipesz ismert belső átmérőjű kapilláris cső.


16. ábra

Rögzítsük függőlegesen a kapilláris csövet úgy, hogy az alsó vége belelógjon a petricsészébe. Töltsünk a petricsészébe vizet úgy, hogy a kapilláris cső felszippanthassa egy részét. – 34 –




Mérjük meg a folyadékoszlop magasságát a kapilláriscsőben.



Számoljuk ki a víz felületi feszültségének az értékét!


A víz felületi feszültsége: h= α=

Hogyan lehetne pontosabbá tenni a kapott eredményt?

Mi történik, ha a higany felületi feszültségértékét akarjuk így meghatározni?

Feladatok: 1. Levegőben szállingózó szappanbuborék átmérője 1cm, a buborék falát alkotó folyadék felületi feszültsége 0,2N/m. a. Mekkora a túlnyomás a buborék belsejében? b. Amikor a buborék el kezd melegedni, nagyon könnyen kipukkan, miért?

– 35 –


HŐTAN Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Írd le a hőtan első főtételét! Mi mit jelent benne?



Mit értünk adiabata folyamat alatt?



Hogyan számoljuk ki a gáz munkavégzését állandó nyomáson?



Adott anyagi minőségű és mennyiségű gáz belsőenergia változása mitől függ?



Mi az a szabadsági fok, mi köze a hőkapacitáshoz?



Milyen összefüggés írható fel az állandó nyomáson, ill. állandó térfogaton mérhető hőkapacitás között?

– 36 –


Ismétlő feladatok: 1. 80g normál állapotú héliumgáz hőmérsékletét állandó nyomáson 20%-kal megnöveljük. a. Mennyi munkát végzett a gáz a folyamat során? b. Mekkora a gáz belsőenergia változása? c. Mennyi hőt kellett közölni a gázzal?

2. 1,5m3, 105Pa nyomású, kezdetben 140C hőmérsékletű oxigéngázt melegítünk állandó nyomáson. a. Mekkora a végső hőmérséklet, ha a gáz által a tágulás közben végzett munka 20000 joule? b. Mekkora a gáz belsőenergia változása a folyamat során? c. Mekkora hőt kellett e közben a gázzal közölni?

– 37 –


1. kísérlet – Adiabata folyamat I. Eszközök: CO2 patron, szódás szifon, csapvíz.

17. ábra

A kísérlet leírása: Készítsünk szódavizet! 

A szódavíz elkészítése során figyeljük meg, mi történik a CO2 patronnal!



Jegyezzük le tapasztalatainkat.

Észrevételeink:

2. kísérlet – Adiabata folyamat II. Eszközök: Pneumatikus gyújtó. Gyufafej reszelék, papír

A kísérlet leírása: A gyújtó aljára helyezzünk könnyen lángra lobbanó papírt vagy gyufa fejének reszelékét. Hirtelen nyomjuk össze a dugattyút! 

Figyeljük meg mi történik a gyutaccsal.






A mindennapi életben hol hasznosítjuk a jelenséget?

Észrevételeink:

– 38 –

18. ábra


3. kísérlet – A gáz munkavégzése Könnyen mozgó dugattyújú fecskendő. Hideg-meleg csapvíz.

A kísérlet leírása: 19. ábra Kihúzott dugattyújú, melegben tartott, pl. radiátoron lévő fecskendő kiömlőnyílását fogjuk be, és tartsuk a csapból kifolyó hidegvíz alá. Figyeljük, meg mi történik.

Ismételjük meg a kísérletet úgy, hogy a dugattyú középállásban van és a fecskendőt behűtöttük, majd a csapból kifolyó meleg víz alá rakjuk, miközben a kiömlőnyílást befogjuk. 

Jegyezzük fel a tapasztalatainkat.



Magyarázzuk meg a jelenséget.



Becsüljük meg mennyi munkát végzett a gáz a folyamat során!

Észrevételeink, tapasztalataink:


A gáz által végzett munka:

Feladatok: 1. Mekkora munkát végez az oxigén gáz az ábrán látható körfolyamatban, ha a kezdeti A jelzésű állapotban a hőmérséklete 00C, a nyomása 105Pa? a. Mekkora a körfolyamat során a gáz belsőenergia változása? b. Mekkora a folyamat során felvett hő?

– 39 –

20. ábra


CSILLAPODÓ REZGŐMOZGÁS, KÉNYSZERREZGÉS, REZONANCIA Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Milyen erőhatás következtében jöhet létre harmonikus rezgőmozgás?



Írjuk le a harmonikus rezgőmozgást végző test helyzetét sebességét és gyorsulását az idő függvényében!



Csillapodó rezgés esetén mit mondhatunk a rezgés periódusidejéről és az egymás utáni kitérésmaximumokról?



Hogyan állíthatunk elő a gyakorlatban valódi harmonikus rezgőmozgást?



Mikor beszélünk rezonanciáról, mi az a rezonanciakatasztrófa?

– 40 –


Ismétlő feladatok: 1. Két teljesen egyforma rugót egymás alá akasztunk, és rá egy 2kg tömegű testet függesztünk, majd az így kapott rendszert rezgésbe hozzuk, azt tapasztaljuk, hogy a kialakuló rezgés körfrekvenciája 10Hz. Ha ugyanezeket a rugókat egymás mellé akasztjuk és az ezekre felakasztott 2kg tömegű testet hozzuk rezgésbe, akkor 20Hz nagyságú körfrekvenciát észlelünk. Mekkora a rugók rugóállandója?

2. Az ábrán látható grafikonok, ugyanazon sajátfrekvenciájú rezgő rendszerekről készültek. a. Mit tudunk mondani a csillapítási tényezőkről? b. Milyen összefüggést veszünk észre a csillapítási tényező és a maximális amplitúdók frekvenciafüggései között? 21. ábra

– 41 –


1. kísérlet – Csillapodó rezgőmozgás Eszközök: CE ESV érintőképernyős adatbegyűjtő ultrahangos mozgásérzékelő 2 db állvány, többféle rugó és nehezék Számítógép 22. ábra

A kísérlet leírása: Akasszuk fel az egyik rugót az állványra és illesszünk rá egy nehezéket. Csatlakoztassuk az adatbegyűjtőhöz az ultrahangos mozgásérzékelőt a műszaki leírásnak megfelelően. Állítsuk be a mérendő mennyiségeket és az érzékelőt irányítsuk rá a rugóra akasztott nehezékre. Indítsuk el az adatbegyűjtést és hozzuk rezgésbe a rugót. Várjuk meg, amíg a mozgás lecsillapodik. 

Ismételjük meg a kísérletet többféle rugó-nehezék összeállításnál is.



A mért adatokat jelenítsük meg grafikonon.



Írjuk le észrevételeinket.

A rezgés időfüggése:

Észrevételeink:

– 42 –


2. kísérlet – Kényszerrezgés, rezonancia Eszközök: Változtatható egyenáramú áramforrás (012V) Változtatható fordulatszámú elektromotor Motorra erősíthető kis korong, rögzítő csipesszel. madzag, állvány, drótkarika, rugó, alkalmas nehezék

23. ábra

A kísérlet leírása: Állítsuk össze az ábrának megfelelően a kísérletet. Erősítsük fel a motort az állvány tetejére, illesszük rá a forgó korongot. A csipeszhez rögzítsük a karikán átvezetett madzagot, a másik végére erősítsük rá a rugót, arra a nehezéket. Kapcsoljuk be a motort és fokozatosan növeljük a fordulatszámát. 

Használjunk nagy tömegű nehezéket.



Figyeljük meg a test rezgését a motor frekvenciájának függvényében!

Tapasztalataink, észrevételeink:

A motor frekvenciáját beállíthatjuk-e úgy, hogy a test szinte ne is rezegjen?

Mikor a legnagyobb a rezgés amplitúdója?

– 43 –


Milyen hátrányai vannak a kísérleti összeállításnak?

Tacoma hídkatasztrófa: http://www.youtube.com/watch?v=3mclp9QmCGs

Mi táplált energiát a híd rendszerébe?

Hogyan lehet elkerülni a hasonló jellegű katasztrófákat?

Feladatok: 1. Az ábrán látható nehezék tömege 2kg, minkét oldalról egy 200N/m rugóállandójú rugóhoz kapcsolódik. Amikor a test középen van, akkor a rugók éppen nyújtatlanok. A testet 10cm-rel balra kimozdítjuk, és ott elengedjük. A csúszási súrlódási együttható értéke 0,2. a. A test milyen mozgást fog végezni? b. Mekkora lesz a test sebessége, amikor áthalad az egyensúlyi helyzeten? c. A túloldalra lendülve mekkora lesz a maximális kitérése a testnek?

24. ábra

– 44 –


MECHANIKAI HULLÁMOK Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Mi az a csatolt rezgés és mikor beszélünk mechanikai hullámról?



Mi az, ami a mechanikai hullámokban tovább terjed?



Mit értünk a mechanikai hullám egy részecskéjének és magának a mechanikai hullámnak a periódusideje, ill. frekvenciája alatt?



Mit jelent a hullámhossz és a terjedési sebesség?



Mikor beszélhetünk interferenciáról, mi a feltétele?



Interferencia esetén mi határozza meg, hogy hol alakul ki tartós erősítési ill. gyengítési hely?

– 45 –


Ismétlő feladatok: 1. Levegőben a hang terjedési sebessége 340m/s, vízben 1440m/s. Egy tóban lubickoló gyerek egy hajó kürtjelzését hallja a víz alatt. Gyorsan kiemeli a fejét a vízből és 3s múlva újra hallja a kürtjelzést. Milyen messze van a gyerektől a hajó?

2. Egy kisfiú a strandon a víz alatt lubickol. Az anyukája hiába kiabál neki, a fiú nem hallja. a. Magyarázd meg a jelenséget. b. Legalább mekkora szögben kell érkeznie a hanghullámoknak a víz felszínére, hogy ez a jelenség bekövetkezzen? c. Hol hasznosítható ez a jelenség?

– 46 –


1. kísérlet – Hang terjedése Eszközök: vákuumharang és tartozékai Elektromos csengő, egyenáramú áramforrás vákuumszivatyú

A kísérlet leírása: Helyezzük a csengőt a vákuumharang alá és kapcsoljuk be. Kezdjük el kiszivattyúzni a harang alól a levegőt. 

Figyeljük a csengő hangját.



Ismételjük meg többször is a kísérletet.



Mit tapasztalunk.




25. ábra

Észrevételeink:


2. kísérlet – Hullámok elhajlása, visszaverődése, interferenciája. Hullámkád és tartozékai (pl. különböző hullámforrások, akadályok) Frekvenciagenerátor, rezgéskeltő (vibrátor), LED stroboszkóp

26. ábra

– 47 –


A kísérlet leírása: A műszaki leírásnak megfelelően üzemeljük be a hullámkádat. Pontszerű hullámforrás esetén figyeljük meg a kialakuló hullámvonulatokat. 

Használjunk síkhullám keltő lapot, figyeljük meg a hullámvonulatokat.



Helyezzünk a hullámvonulat útjába széles kb. vele 450-ot bezáró sík partfalat, majd e helyett, a hullámvonulat újába helyezzünk széles, majd keskeny rést, két keskeny rést, ill. nem túl széles sík akadályt.



Használjunk pontszerű iker hullámforrást.



Jegyezzük le tapasztalatainkat, szükség szerint rajzoljunk ábrát.



Hogyan magyarázhatók a tapasztalt jelenségek?

Tapasztalataink, ábrák:

– 48 –


A jelenségek magyarázata:

3. kísérlet – Rezonanciaedény Eszközök: Rezonanciaedény, víz

27. ábra


Helyezzük az edényt síkfelületre, töltsünk bele vizet a jelzésig. Ez után kezdjük el dörzsölni az edény fülét. 

Nem kell nagyon sietni, inkább a megfelelő ütemet találjuk el.



Mit tapasztalunk.




Megfigyelés, észrevétel:

Feladatok: 1. Két azonos 544Hz frekvenciájú hangvilla egymástól 1m-re található. Mindkettőt egyszerre szólaltattuk meg. Az ábrán jelölt helyen milyen 28. ábra

messze kell rakni a mikrofont, hogy az ne észlelje a hangvillák hangját?

– 49 –


VAN DE GRAAFF – GENERÁTOR Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Hogyan számoljuk ki a ponttöltés elektromos terét?



Hogyan viselkedik a vezető elektromos térben? Mire jó a földelés?



Hogyan működik, a Van de Graaff generátor? Magyarázd el az ábra alapján!

29. ábra



Hogyan értelmezzük az elektromos tér fluxusát?



Mit jelent a felületi töltéssűrűség?

– 50 –




Mi az a csúcshatás? Hol hasznosítjuk ezt a jelenséget? Írj példát!

Ismétlő feladatok: 1. Mekkora az elektromost tér forráserőssége egy 10-8C nagyságú ponttöltéstől 10cm távolságra lévő zárt gömbfelületen? Mekkora lesz a forráserősség, ha még 2db ugyanekkora pozitív és 2db ugyanekkora negatív töltést juttatunk a gömb belsejébe?

1. kísérlet – Segner-kerék Eszközök: Segner-kerék, Van de Graaff generátor lengő vezetékek 30. ábra


Csatlakoztassuk a Segner-kereket a Van de Graaff generátor fémgömbjéhez és hajtsuk meg a generátor szalagját. 

Mit tapasztalunk?



Magyarázzuk meg a jelenséget!

Tapasztalatok és magyarázat:

– 51 –


2. kísérlet – Elektromos szél Eszközök: Van de Graaff generátor gyertya, állvány, fém tüske, gyufa 31. ábra

A kísérlet leírása: A generátor fémgömbjére erősítsük fel a fémtüskét. A tüskétől néhány centiméterre állítsuk oda a gyertyát, gyújtsuk meg, majd hajtsuk meg a generátor szalagját. 

Mit tapasztalunk?

Észrevételek:

3. kísérlet – Szikrakisülések Eszközök: Van de Graaff generátor vezetékek, kisütő gömb

32. ábra

A kísérlet leírása: Helyezzük el a generátor kisütő gömbjét néhány centiméterre a generátor gömbkondenzátorától az ábrán látható módon. Hajtsuk meg a generátor szalagját. 

Mit tapasztalunk?



Üzem közben egy szigetelő bottal toljuk messzebb a kisütő gömböt.



A levegő átütési feszültségének ismeretében becsüljük meg, a Van de Graaff generátor gömbjénk potenciálját!

– 52 –


Észrevételek:

4. kísérlet – A térerősség vonalak szemléltetése Eszközök: Van de Graaff generátor Szigetelő zsámoly, szalagos ernyő Bátor önként jelentkező tanuló friss, hosszú hajjal.

A kísérlet leírása: Kössük rá a szalagos ernyőt a generátor gömbjére. Hajtsuk meg a generátor szalagját. Egy jelentkező, akinek hosszú friss haja van, álljon rá a szigetelő zsámolyra és mindkét kezével fogja meg a generátor gömbjét. Fontos figyelmeztetés! A jelentkezés önkéntes. Kizáró ok, ha valaki beépített szívritmus szabályzóval vagy más élettanilag fontos orvosi elektromos beültetéssel él! A fém ékszereket, órát vegyük le. Hajtsuk meg a generátor szalagját. Figyeljük meg, mi történik a hajával. A kísérlet végén az önként jelentkező legyen türelmes, a generátor leállítása után még egy kis ideig maradjon egy helyben és ne nyúljon semmihez.

Tapasztalataink:

Feladatok: 1. Szabályos, 4cm élhosszúságú tetraéder három csúcspontjában egyenként q=10-8C töltés található. A negyedik csúcspontban mekkora és milyen irányú a térerősség?

– 53 –


POTENCIÁL Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Hogyan számoljuk ki a ponttöltés elektromos térerősségét és potenciálját?



Mit nevezünk konzervatív erőtérnek?



Hogyan számoljuk ki centrális elektrosztatikus tér terében a potenciális energiát?



Hogyan értelmezzük az elektrosztatikus tér potenciálját?



Mit értünk elektromos feszültség alatt?



Jellemezd a feltöltött síkkondenzátor fegyverzetei között kialakuló elektromos teret.

– 54 –


Ismétlő feladatok: 1. Egy Q=10-6C nagyságú ponttöltéstől 8m távolságra egy q=10-8C nagyságú részecske található. a. Mekkora a Q töltés elektromos potenciálja a megadott pontban? b. Mekkora munka árán vihető a q töltés 4m távolságra a Q töltéstől? c. Mekkora a feszültség a vizsgált két pont között?

2. Az ábrán látható kondenzátor lemezei egymástól 4cm-re találhatók, a közöttük kialakuló térerősség 400N/C. A berajzolt szaggatott vonalak párhuzamosak és egymástól azonos távolságra lévő síkokat szimbolizálnak. a. Rajzold be az elektromos térerősség irányát. b. Hogyan nevezzük a szaggatottal jelölt felületeket? 33. ábra

c. Mekkora a feszültség az A-B, A-D, C-E, E-B pontok között? d. Mekkora munkát végez az elektromos tér, amíg a 10-6C nagyságú töltés bejárja az B-C-D-E-B útvonalat?

– 55 –


1. kísérlet – Centrális elektromos tér vizsgálata. Eszközök: Egyenáramú feszültségforrás, kb. 10V feszültségmérő, kapcsoló, vezetékek, fémtüske kör alakúra hajtott fémdrót lapos üvegkád, kb. 20x20 cm2 alapterületű Ismert sugarú koncentrikus körökkel ellátott fehér papír. rögzítő eszköz (pl. gyurma) 34. ábra

A kísérlet leírása: Helyezzük a körökkel ellátott papírlapot az üvegkád alá. Helyezzük el a drótkarikát és a fémtüskét az üvegkádban úgy, hogy a karika középpontjában legyen a fémtüske és az a papírra rajzolt körök középpontjába mutasson, rögzítsük őket. Kössük be őket az ábrán látható áramkörbe. Töltsünk 1-2 centiméternyi vizet az üvegkádba, hogy a drótkarika és a fémtüske is beleérjen. 

Ellenőrizzük le a kapcsolást, majd kapcsoljuk be az áramkört.



A feszültségmérő mozgatható elektródjának segítségével mérjük meg egy koncentrikus kör mentén, több helyen is a feszültséget. Jegyezzük fel a kapott értéket a mérési jegyzőkönyvbe.



Ismételjük meg az eljárást a többi kör mentén is.



Írjuk le tapasztalatainkat.

Mérési jegyzőkönyv: távolság: 1. 2. 3. 4. 5.

Észrevételeink:

– 56 –


1. kísérlet – Ekvipotenciális felületek Eszközök: Egyenáramú feszültségforrás, kb. 10V feszültségmérő, kapcsoló, vezetékek, fémtüske, fémlap lapos üvegkád, kb. 20x20 cm2 alapterületű 2db milliméterpapír rögzítő eszköz (pl. gyurma) 35. ábra


Helyezzük az egyik milliméterpapírt az üvegkád alá. Helyezzük el a tüskét a kád egyik szélére, a fémlapot a kád másik szélére, rögzítsük őket. Kössük be őket az ábrán látható áramkörbe. Töltsünk 1-2 centiméternyi vizet az üvegkádba, hogy a fémtüske és a fémlap is beleérjen. A másik milliméterpapírra jelöljük be a fémlap és a tüske helyzetét. 

Ellenőrizzük le a kapcsolást, majd kapcsoljuk be az áramkört.



A feszültségmérő mozgatható elektródjának segítségével keressünk azonos potenciálú pontokat. Jelöljük be az így talált helyeket a másik milliméterpapíron. Jegyezzük fel a potenciál értékét is.



Ismételjük meg az eljárást több más feszültség értéknél is.



Az azonos potenciálú pontokat kössük össze.



Rajzoljuk be a térerősség vonalakat is!



A kapott ábrát ragasszuk be a következő oldalra.

Feladatok: 1. Az ábrán látható áramforrás 10V feszültségű. Mekkora feszültséget mérhetünk az A és B pontok között, ha az ellenállások a jelölés sorrendjében 1, 2, 3, ill. 4 ohm nagyságúak? 36. ábra

– 57 –


Ábra:

– 58 –


AZ ELLENÁLLÁS HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Mi az a fajlagos ellenállás?



Hogyan függ a fajlagos ellenállás a hőmérsékletváltozástól?



Hogyan értelmezhető ez a jelenség? Készítsünk ábrát.



Mi az a szupravezetés?

– 59 –


Ismétlő feladatok: 1. Egy rézvezeték ellenállása 00C hőmérsékleten 10 ohm. a. Mekkora az ellenállása 500C-on? b. Mekkora az ellenállása -200Con?

2. Egy fémdarab ellenállását 100C hőmérsékleten 4 ohmnak mérjük, 400C hőmérsékleten pedig 4,444 ohmnak mérjük. a. Mekkora az ellenállás hőmérsékleti tényezője? b. Milyen anyag lehet ez?

– 60 –


1. kísérlet – Hőmérsékleti tényező meghatározása Eszközök: Egyenáramú áramforrás, vezetékek Feszültség és áramerősség mérő műszerek (multiméterek) 1 db ellenállás, kontakthőmérő Elektromos fűtőpad 37. ábra


Állítsuk össze az ábrán látható áramkört. Helyezzük az ellenállást a fűtőpadra. Kapcsoljuk be az áramforrást és állítsuk be úgy a tápegység által biztosított feszültséget, hogy az ellenálláson mért érték egy fix, jól meghatározott számérték legyen, pl. 5V. Illesszük a kontakthőmérőt az ellenálláshoz és mérjük meg a hőmérsékletét, közben olvassuk le a rajta átfolyó áramerősséget is. 

Kapcsoljuk be a fűtést, kezdetben alacsony hőmérsékletre. Mérjük meg az ellenállás hőmérsékletét és olvassuk le a feszültség és áramerősség értékeket is.



Az ellenállás hőmérsékletét fokozatosan emelve több mérést végezzünk el.



Figyeljünk arra, hogy ne melegedjen túl az ellenállás, a vezetékek ne sérüljenek!



A mérési jegyzőkönyv kitöltése után állapítsuk meg az ellenállás anyagának hőmérsékleti tényezőjét. Miből készülhetett az ellenállás?


Mérési jegyzőkönyv: Kezdeti jellemzők:

– 61 –


U

i

R

T

∆T

α

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Ezek alapján: α= Az ellenállás anyaga:

2. kísérlet – Ellenállás alacsony hőmérsékleten Demonstrációs kísérlet!

Eszközök: Egyenáramú áramforrás, vezetékek Feszültség és áramerősség mérő műszerek (multiméterek) 1 db ellenállás, kontakthőmérő üvegtál, folyékony nitrogén

38. ábra

A kísérlet leírása: Állítsuk össze az ábrán látható áramkört. Helyezzük az ellenállást az üvegtálba. Kapcsoljuk be az áramforrást és állítsuk be úgy a tápegység által biztosított feszültséget, hogy az ellenálláson mért érték egy fix, jól meghatározott számérték legyen, pl. 5V. Illesszük a kontakthőmérőt az ellenálláshoz és mérjük meg a hőmérsékletét, közben olvassuk le a rajta átfolyó áramerősséget is.

– 62 –




Számoljuk ki az ellenállás nagyságát.



Öntsünk folyékony nitrogént az üvegtálba.



Olvassuk le az ellenállás hőmérsékletét, illetve a feszültség és áramerősség értékeket is.



Számoljuk ki az ellenállás értékét alacsony hőmérsékleten. Vessük össze a szobahőmérsékleten mért értékkel.




Az ellenállás értéke szobahőmérsékleten és alacsony hőmérsékleten:

Észrevételeink:

3. kísérlet – Szupravezetés Demonstrációs kísérlet!

Eszközök: üvegtál, folyékony nitrogén magas hőmérsékletű szupravezető, kis méretű erős mágnes

39. ábra

– 63 –


A kísérlet leírása: Szobahőmérsékleten vizsgáljuk meg a mágnes és a szupravezető kölcsönhatását. Tegyük a szupravezető anyagot az üvegtálba, majd öntsünk rá folyékony nitrogént. Kis idő múlva rakjuk fölé a mágnest és engedjük el. Kis magasságból rá is ejthetjük. 

Mozgassuk meg a mágnest.



Emeljük ki csipesszel a mágnest a tálkából.






Keressünk magyarázatot a jelenségre.

Észrevételeink:

A jelenségek magyarázata:

Feladatok: 1. 50 méter hosszú 0,4mm2 keresztmetszetű rézvezetéknek menynyivel változik meg az ellenállása, ha a hőmérséklete a napsugárzás hatására 300C-kal emelkedik?

– 64 –


ÁRAMFORRÁSOK Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Mit értünk elektromotoros erőn és mit jelent az üresjárási feszültség?



Írd le Ohm törvényét teljes áramkörre. Mi mit jelent benne?



Értelmezd a következő ábrát!

40. ábra



Mond ki a Kirchoff I. és II. törvényét!

– 65 –


Ismétlő feladatok: 1. Az ábrán látható áramkörben U1=1,5V, illetve U2=3V. Mekkora az R=9Ω ellenálláson átfolyó áram erőssége?

41. ábra

2. Mekkora annak az áramforrásnak a belső ellenállása és elektromotoros ereje, amelynek a körében 5ohm-os fogyasztóval terhelve 1A, míg 7ohm-os fogyasztóval terhelve 0,8A erősségű áram folyik?

1. kísérlet – Belső ellenállás Eszközök: 2 db zsebtelep, 3 db különböző nagyságú ellenállás. lengő vezetékek, feszültség és áramerősség mérők (multiméterek)

42. ábra

A kísérlet leírása: Először mérjük meg a telepek üresjárási feszültségét. Majd állítsuk össze az ábrán látható áramkört a rendelkezésre álló eszközökből. Mérkjük meg az áramerősség és feszültségértékeket, jegyezzük fel őket a mérési jegyzőkönyvbe. – 66 –




Ismételjük meg a mérést a többi ellenállás alkalmazásával.



Az eredményeket jegyezzük fel.



Ismételjük meg az eljárást a másik telepre is.



Határozzuk meg a telepek belső ellenállását.


Mérési jegyzőkönyv: Az első telep:

U01= i

Uk

Ub

Rb

Uk

Ub

Rb

R1 R2 R3

Ezek alapján: Rb1= A második telep: U02= i R1 R2 R3

Ezek alapján: Rb2=

– 67 –


2. kísérlet – Áramforrások kapcsolása Eszközök: 2 db az előzőekben megismert zsebtelep, 1 db ismert nagyságú ellenállás. lengő vezetékek, feszültség és áramerősség mérők (multiméterek)

43. ábra

A kísérlet leírása: Kössük a telepeket először sorba majd egymással párhuzamosan. Az így nyert áramforrás sarkaira kössük az ismert ellenállást külső ellenállásként. Vizsgáljuk meg az egyes áramköri elemek feszültségeit. 

Az áramkör vizsgálata során mit tapasztalunk?



Mi történik, ha az egyik áramforrást fordítva kötjük be?

Észrevételek tapasztalatok:

Feladatok: 1. Az ábrán látható áramkörben minden ellenállás 5Ω nagyságú. Mekkora a középső, *-gal jelölt ellenálláson átfolyó áram nagysága és iránya? a. Mekkora és milyen irányú áram folyik a másik két ellenálláson? 44. ábra

– 68 –


LORENTZ ERŐ Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Mit értünk két vektor vektori szorzatán? Rajzolj ábrát!



Hogyan számoljuk ki a mozgó, töltött részecskére ható erőt mágneses térben? Merre térül el az indukció-vonalakra merőlegesen belépő elektron?

45. ábra



Milyen pályát ír le a töltött részecske, ha sebessége a mágneses indukció-vonalakkal φ szöget zár be?



Mágneses térben, áramjárta hosszú egyenes vezetőre ható erő?

– 69 –


Ismétlő feladatok: 1. Két párhuzamosan futó hosszú lengővezeték egymástól 2cm-re van, és 20cm-es távolságokban rögzítették őket. a. Mekkora erő hat a rögzítési pontokra, ha mindkét vezetékben 2A áram folyik? b. Milyen irányú a fellépő erőhatás, ha az áram iránya a vezetékekben azonos?

1. kísérlet – Lorentz erő párhuzamos vezetőpárban Eszközök: Változtatható feszültségű egyenáramú áramforrás. Párhuzamos vezetőpár, állvány, távtartó. 46. ábra

A kísérlet leírása: Rögzítsük a távtartóval az állványra a párhuzamos vezetőpárt, majd kössük az áramforrásra párhuzamosan, az ábrának megfelelően. 

Kapcsoljuk be rövid ideig az áramkört és figyeljük meg a vezetőpár alakját.



Ha nem észlelhető változás, ismételjük meg a kísérletet nagyobb feszültséggel.



A vezetőpárt kapcsoljuk sorosan is az áramforrásra.



Kapcsoljuk be újra rövid ideig az áramkört és figyeljük meg a vezetőpár alakját.




– 70 –


Észrevételeink:

2. kísérlet – Az elektron fajlagos töltésének meghatározása Demonstrációs kísérlet!

Eszközök: nagyfeszültségű áramforrás, lengővezetékek, 2 db multiméter tekercspár, elektron elhajlási cső elektronágyúval

47. ábra

A kísérlet leírása: Állítsuk össze az ábrán látható áramkört a műszaki leírásnak megfelelően. Az áramkör ellenőrzése után kapcsoljuk be az elektronágyú fűtőkörét, és a tekercspárt. Sötétítsük be a helyiséget. Kapcsoljunk feszültséget a gyorsító áramkörre, fokozatosan növelve azt. 

Figyeljünk arra, hogy a feltüntetett maximum értékeket soha ne lépjük túl!



Változtassuk óvatosan a tekercsre adott feszültség, ezzel az áram nagyságát.



Mit tapasztalunk?



Állítsuk be úgy a gyorsító feszültséget és a tekercs áramát úgy, hogy a rácsos tárgylemezen a nyaláb néhány jól látható rácsponton haladjon keresztül.



A tárgylemez rácsozása cm skálázású.



A mért értékekből határozzuk meg az elektron fajlagos töltését!

– 71 –


Észrevételeink:

A mérés és számolás:

Feladatok: 1. Egy elektronágyú gyorsító feszültsége 10000V. A kilépő elektronok egy négyzetes kondenzátor lemezei között haladnak át, amelyek távolsága egymástól 5cm, és a felületük 100cm2 –es. A kondenzátor fegyverzetei között az ábrán látható módon 10 -4T nagyságú mágneses indukciós mező található. a. Mekkora feszültséget kapcsoljunk a kondenzátorra, hogy a fegyverzetek között áthaladó elektronnyaláb ne térüljön el? b. Ha nem kapcsolunk feszültséget a kondenzátorra, akkor a fegyverzetek szélétől 30cm-re lévő ernyőn hol csapódik be az elektronnyaláb?

48. ábra

– 72 –


VÁLTAKOZÓ ÁRAM Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Mikor beszélünk váltakozó, illetve szinuszos váltakozó áramról?



Mit értünk a váltóáram effektív értékén, hogyan számoljuk ki?



Mi az az induktív és kapacitív ellenállás?



Jellemezd a soros RLC kör feszültség és áramerősség viszonyait, mi az a fázisszög?



Mit értünk hatásos és meddő teljesítmény alatt? Miért égnek néha az utcán a lámpák fényes nappal?

– 73 –


Ismétlő feladatok: 1. Mekkora a 230V-os, 50Hz-es hálózati áramforrásra kapcsolt 1000W teljesítményfelvételű vízmelegítőn átfolyó áram effektív és maximális értéke?

2. Milyen kapcsolat van a háromfázisú ún. ipari áram és a háztartásokban használt 230V-os 50Hz-es váltakozó áram között?

3. Ha egy tekercsre 32V egyenfeszültséget kapcsolunk, akkor rajta 4A áram folyik keresztül. Míg ha 32V effektív értékű szinuszos váltóáramot, akkor 1,6A a rajta átfolyó áram. a. Mekkora a tekercs önindukciós együtthatója? b. Váltóáram esetén mekkora a fázisszög?

– 74 –


1. kísérlet – Váltakozó áram vizsgálata oszcilloszkóppal I. Eszközök: Változtatható váltóáramú áramforrás. ellenállás, nagy induktivitású tekercs, nagy kapacitású kondenzátor, lengővezetékek Kétcsatornás oszcilloszkóp és tartozékai.

49. ábra

A kísérlet leírása: Állítsuk össze az ábrán látható áramkört, az oszcilloszkóp műszaki leírását figyelembe véve. Az áramkör ellenőrzése után kapcsoljuk be az oszcilloszkópot. Fokozatosan adjuk rá a feszültséget az áramkörre. Figyeljük az oszcilloszkóp kijelzőjét, finoman hangoljuk a műszert. 

Ismételjük meg a kísérletet kondenzátorral és ellenállással.



Ismételjük meg a kísérletet tekerccsel és kondenzátorral.




Észrevételeink:

– 75 –


2. kísérlet – Váltakozó áram vizsgálata oszcilloszkóppal II. Eszközök: Változtatható váltóáramú áramforrás. ellenállás, nagy induktivitású tekercs, nagy kapacitású kondenzátor, lengővezetékek Kétcsatornás oszcilloszkóp és tartozékai.

A kísérlet leírása: Az előző kísérletet alapul véve változtassuk meg az összeállítást úgy, hogy az ellenállásról érkező jelet az X, a tekercsről érkező jelet az Y bemenetre kapcsoljuk. Az áramkör ellenőrzése után kapcsoljuk be az oszcilloszkópot. Fokozatosan adjuk rá a feszültséget az áramkörre. Figyeljük az oszcilloszkóp kijelzőjét, finoman hangoljuk a műszert. 

Ismételjük meg a kísérletet kondenzátorral és ellenállással.



Ismételjük meg a kísérletet tekerccsel és kondenzátorral.




Észrevételeink:

Hogyan nevezzük az így kapott görbéket?

Mire lehet pl. felhasználni, ezt a mérési módot?

– 76 –


Feladatok: 1. Az ábrán látható áramkört hálózati 230V-os áramforrásra kapcsoljuk. a. Hogyan válasszuk meg a tekercset, azaz mekkora legyen az önindukciós együtthatója, ha az áramkörben rezonanciát akarunk kelteni? b. Mekkora ebben az esetben a fázisszög? c. Számít e az ohmos ellenállás nagysága?

– 77 –

50. ábra


LED Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Mit nevezünk félvezetőnek, mi az a lyukvezetés?



Mi az a p ill. n típusú félvezető? Írj rá példát!



Hogyan működik a dióda? Egészítsd ki az ábrát! Melyik a nyitó, ill. záró irányú kapcsolás?

51. ábra

………………..



………………..

Mit jelent a LED kifejezés? Hogyan működik?

– 78 –

………………..


Ismétlő feladatok: 1. Az ábrán egy egyutas egyenirányító végletekig leegyszerűsített kapcsolási rajza található. a. A bemenő feszültség ismeretében rajzoljuk be a kimenő feszültséget az ábrába. b. Hogyan javíthatunk az áramkörön? c. Milyen lesz a javítás után a kimenő feszültség?

53. ábra

52. ábra

1. kísérlet – LED színe Eszközök: 4-5 db különböző színű LED folyékony nitrogén egyenáramú áramforrás, vezetékek

54. ábra

A kísérlet leírása: Kapcsoljuk nyitóirányban hosszan lógó vezetékre az egyik LED-et. Figyeljük meg a kibocsátott fény színét. Majd működés közben mártsuk folyékony nitrogénbe. – 79 –




Ismételjük meg az eljárást a többi LED-del is.



Mit tapasztalunk?



Keressünk magyarázatot a jelenségre.

Észrevételeink:


2. kísérlet – LED nyitókarakterisztikája 2 db LED, kb. 400-600 ohmos ellenállás 0-6V finoman változtatható egyenfeszültségű áramforrás. feszültség és áramerőség mérő műszerek (multiméterek)


55. ábra

Állítsuk össze az ábrán látható áramkört az egyik dióda felhasználásával. Ügyeljünk a dióda nyitó irányú kapcsolására. Ellenőrizzük le az áramkört. A feszültség fokozatos növelése közben figyeljük a diódán átfolyó áramerősséget. A nyitófeszültség elérésekor az áram hirtelen megnő, itt finomhangolás szükséges. 

Az diódán átfolyó áram ne haladja meg a 10mA-t!



Jegyezzük fel a mérési jegyzőkönyvbe a diódán mért feszültség és áramerősség értékeket.



Ábrázoljuk grafikonon a mért értékeket.



Ismételjük meg az eljárást a másik diódára is.



Mekkora a diódák nyitófeszültsége?

– 80 –


Mérési jegyzőkönyv: A LED jelzése: U[V] i[mA] Uny=

A LED jelzése: U[V] i[mA] Uny=

A diódák nyitókarakterisztikái:

Feladatok: 1. Tervezz kétutas egyenirányítót!

– 81 –


NAPELEMEK Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Mi a különbség a napelem és a napkollektor között?



Hogyan működik a napelem? Egészítsd ki az ábrát!

56. ábra



Mi az a mono- ill. polikristályos napelem?

57. ábra



58. ábra

A ma használatos napelemek kb. mekkora hatásfokkal alakítják át a napenergiát elektromos energiává?

– 82 –


Ismétlő feladatok: 1. A hidrogén alapállapotú elektronját mekkora hullámhosszú fény juttatja a harmadik energiaszintre?

1. kísérlet – Napelem teljesítményének hőmérsékletfüggése. Eszközök: Előre behűtött monokristályos napelemcella. Kontakthőmérő, fényforrás lengő vezetékek, ismert kb. 100 ohm -os ellenállás áram és feszültségmérő műszerek (digitális multiméterek)

59. ábra

A kísérlet leírása: Állítsuk össze az ábrán látható áramkört. A kontakthőmérőt illesszük a napelem hátoldalához. Világítsuk meg közelről a napelemet, hogy a hőhatás is érvényesüljön, de ne túl közelről! Figyeljük a hőmérőt, a feszültség és áramerőség mérőt. Jegyezzük fel az értékeket a mérési jegyzőkönyvbe. 

Az egyes mért értékeknél számoljuk ki, a napelem leadott teljesítményét.

– 83 –




Ábrázoljuk a teljesítményt a hőmérséklet függvényében.



Mit tapasztalunk?

Mérési jegyzőkönyv: Napelem jelzése: R= T= U= i= P=

Grafikon:

Észrevételeink:

– 84 –


2. kísérlet – Ismeretlen napelem hatásfokának meghatározása. A napelemek hatásfokának meghatározása meglehetősen körülményes és sokrétű feladat, így csak egy összehasonlító mérést végzünk.

Eszközök: 1db ismert hatásfokú és 1 db ismeretlen hatásfokú napelem. fényforrás, lengő vezetékek, ismert kb. 100 ohm -os ellenállás áram és feszültségmérő műszerek (digitális multiméterek) mérőszalag

60. ábra

A kísérlet leírása: Állítsuk össze az ábrán látható áramkört az ismert hatásfokú napelem segítségével. A fényforrást bekapcsolva, jegyezzük fel a feszültség és áramerősséget, számoljuk ki a leadott teljesítményt. 

Cseréljük ki a napelemet az ismeretlen hatásfokúra és ismételjük meg az eljárást.



Határozzuk meg a napelemek felületét.



Számoljuk ki az ismeretlen napelem energiaátalakítási hatásfokát!


– 85 –


Mérési jegyzőkönyv: Az ismert napelem hatásfoka: = U

i

P

x

y

x’

y’

Az ismeretlen napelem jellemzői: U’

i’

P’

A’

Az ismeretlen napelem hatásfoka: =

Feladatok: 1. Hol érdemes napelemekkel megoldani az elektromos áramellátást? 2. Ha a házadban napelemekkel akarod megoldani az elektromos áram ellátását, miket kell beszerezned hozzá?

– 86 –


AZ ANYAG HULLÁMTERMÉSZETE Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Ki volt az a tudós, aki az anyag kettős természetével elsőként foglalkozott érdemben?



Hogyan számoljuk ki egy részecske hullámhosszát?



Mi az a tulajdonság, amivel igazolható a részecskék hullámtermészete?



Miért nem kezelhető egyszerű hullámként egy részecske?



Mi az a hullámcsomag?

– 87 –


Ismétlő feladatok: 1. Mekkora a hullámhossza annak a protonnak, amelyiket 10000V gyorsító feszültség gyorsított fel?

2. Egy 0,5 kg tömegű labdát 50m/s sebességgel dobunk el. a. Mekkora a hullámhossza? b. Miért nem észlelhetjük soha a makroszkopikus testek hullámtulajdonságait?

3. Egy elektronágyú gyorsító feszültsége 5000V. Mekkora rácsállandójú kristályon halad át az elektronnyaláb, ha a rácstól 20cm re lévő ernyőn az első erősítési helyek 10cm-re vannak egymástól?

– 88 –


1. kísérlet – Elektroninterferencia Eszközök: Elektrondiffrakciós készülék és tartozékai. Nagyfeszültségű egyenáramú áramforrás Lengő vezetékek

61. ábra

A kísérlet leírása: A műszaki leírásnak megfelelően állítsuk össze az ábrán látható áramkört. Kapcsoljuk be a fűtőkört, majd várjunk néhány percet. Közben sötétítsük be a helyiséget. Fokozatosan adjuk rá a készülékre a gyorsító feszültséget. 

Figyeljünk arra, hogy a feltüntetett maximum értékeket soha ne lépjük túl!



Mit észlelünk?



Különböző gyorsító-feszültségek esetén jegyezzük fel a legjobban látható interferenciagyűrűk sugarát, és természetesen azt is, hogy ez hányadik. Töltsük ki a mérési jegyzőkönyvet.



Határozzuk meg az alkalmazott rács rácsállandóját.

Észrevételek:


– 89 –


Mérési jegyzőkönyv: A rács távolsága a fluoreszkáló ernyőtől: L= U

λ

k

r

d

1. 2. 3. 4. 5. 6.

Ezek alapján a rács rácsállandója: d= Milyen kristályos anyag lehet ez?

Feladatok: 1. Hogyan győződhetünk meg arról, hogy az elhajlási kép a kísérletben valóban az elektronoktól származik és nem a kristályrácson keltett röntgensugárzástól?

– 90 –


CSILLAGÁSZAT Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Sorold fel a naprendszer bolygóit és a jelentősebb holdakat!



Mit jelent a csillagnap, illetve a valódi nap kifejezés?



A naprendszer tömegének, illetve perdületének hány százaléka jut a napra?



Milyen távolságegységeket használnak a bolygókutatásban illetve a csillagászatban?



Mi az a vöröseltolódás, mire következtetünk belőle?

– 91 –




Mit jelent a kettőscsillag kifejezés?



Az üstökösök csóvája milyen helyzetű a naphoz viszonyítva? Miért?



Sorold fel a Kepler törvényeket!

Ismétlő feladatok: 1. Számoljuk ki az első és második szökési sebességet! Mit értünk harmadik szökési sebesség alatt? A föld tömege: 5,97·1024kg, sugara: 6373km.

– 92 –


1. kísérlet – Bolygó megfigyelés Eszközök: Tiszta égbolt ragyogó csillagokkal. Csillagászati távcső (SkyWatcher BD 200/1000 Newton) A magyar csillagászati egyesület honlapja, észlelési ajánlat. 62. ábra

A kísérlet leírása: Állítsuk fel a távcsövet egy kevéssé fényszennyezett helyen. A magyar csillagászati egyesület honlapján szereplő aktuális bolygóadatoknak megfelelően pozícionáljuk a távcsövet. 

Keressük meg a látható bolygókat és holdjaikat.



Állítsuk távcsövünket a holdra.



Írjuk le észleléseinket!

Észleléseink:



A bolygók és csillagok áthaladnak a távcső látómezején. Valóban ilyen „gyorsan” mozognak? Magyarázd meg a jelenséget. Mit tehetünk ellene?

– 93 –


2. kísérlet – Messier objektumok Eszközök: Tiszta égbolt ragyogó csillagokkal. Csillagászati távcső (SkyWatcher BD 200/1000 Newton) Messier-album, vagy Internet

63. ábra

M104 – Sombrero galaxis (NGC4594)

A kísérlet leírása: Állítsuk fel a távcsövet egy kevéssé fényszennyezett helyen. Válaszszuk ki az évszaknak és napszaknak megfelelő Messier objektumokat, és pozícionáljuk rá a távcsövet. 

Írjuk le észleléseinket!

Észleléseink:

– 94 –


Feladatok: 1. Egy műholdat geostacionárius pályára akarnak állítani. Milyen magasan fog a föld felszíne felett keringeni? 2. Egy 1,5 tonna tömegű műhold a föld középpontjától 15000 km távolságban körpályán kering. a. Mekkora lesz a sebessége, ha a pályasugarat 20000 km –re emelik? b. Mennyi energiára van ehhez szükség, ha az üzemanyag égetésből adódó tömegveszteségtől eltekintünk? 3. Mit ábrázol a kép? Jelöld be a nap helyét!

64. ábra

– 95 –


STATISZTIKUS FIZIKA Elméleti áttekintés, ismétlés: 

Hogyan származtatjuk a gáz nyomását?



Mi az a szabadsági fok? Mennyi a szabadsági foka a He, az O 2 ill. a CH4 részecskéknek?



Mi az az ekvipartíció tétele?



Mit mondhatunk egyetlen részecske, ill. a sokaság részecskéinek energia eloszlásáról?

– 96 –




Hogyan értelmezhetjük a párolgás jelenségét?

Ismétlő feladatok: 1. Átlagosan mekkora sebességgel mozognak a levegőben lévő oxigéngáz részecskék, ha a hőmérséklet 270C?

– 97 –


1. kísérlet – Részecskék eloszlása I. Eszközök: papír, ceruza, dobókocka 6 db számozott apró tárgy. 65. ábra

A kísérlet leírása: Modellezzük a gázrészecskéket a 6 számozott tárggyal, a véletlen mozgást pedig a dobókocka szabályozza. Rajzoljunk a papírra egy kétosztatú edényt, az ábrának megfelelő módon. Helyezzük el a 6 részecskét az egyik oldalon, majd kezdjük el dobálni a dobókockát. Amelyik részecske sorszámát kidobjuk, az átkerül a másik oldalra. 

Minden egyes dobás után húzzunk egy vonalat a mérési jegyzőkönyv megfelelő rubrikájába.



A kísérletet legalább 50 dobókocka dobásig folytassuk!



Számoljuk össze, hogy az egyes eloszlásokhoz mekkora érték tartozik, az eredményt ábrázoljuk oszlopdiagramon.




Mérési jegyzőkönyv: eloszlás

gyakoriság

0–6 1–5 2–4 3–3 4–2 5–1 6–0

Észrevételeink:

– 98 –


Gyakorisági hisztogram:

2. kísérlet – Részecskék eloszlása II. Eszközök: Számítógép, eloszlas.exe nevű számítógép program.

A kísérlet leírása: A számítógépes program lényegében az előző kísérlet kibővített és felgyorsított változata. Indítsuk el a programot és járjunk el a program használati útmutatója szerint. 

Figyeljük meg 6 db részecske viselkedését.



Több lépésben növeljük meg a részecskék számát és figyeljük közben az eloszlásgörbe viselkedését!



Mi történik, ha a két oldalon két különböző típusú gázt tárolunk, és a szelepet kinyitjuk?



Írjuk le tapasztalatainkat és vonjuk le következtetéseinket.

Tapasztalatok következtetések:

– 99 –


Feladatok: 1. Az ábrán látható hőszigetelő falú tartály két egyforma egyenként 10dm3 térfogatú része egy csappal elválasztható. A tartály bal oldalán 1 mol 300C-os hélium a másik oldalán szintén 1 mol 00C-os hidrogén gáz található. A csapot kinyitva a gázok összekeverednek. c. Mekkora lesz a kialakuló közös hőmérséklet? 66. ábra d. Mekkora lesz a tartályban a nyomás?

– 100 –


FOGALOMTÁR Végezetül álljon itt egy tárgymutató, ahol is az egyes fogalmak, tételek mellett a rájuk jellemző lecke sorszáma van feltüntetve. adiabata folyamat

7

belsőenergia változás

7

Boyle - Mariotte törvény

5

Broglie hullámhossz

18

csatolt rezgés

9

csillagászati egység (cse)

19

csillagnap

19

csúcshatás

10

dinamika alaptörvénye forgó testekre

2

dióda

16

disszipatív munkavégzés

4

effektív érték

15

ekvipartíció tétele

20

elektromotoros erő

13

ellenállás és hőmérsékletfüggése

12

fajlagos ellenállás

12

felületi feszültség

6

felületi töltéssűrűség

10

félvezető

16

feszültség

11

fluxus (elektromos)

10

forgási energia

2

frekvencia

9

Gay - Lussac I. és II. törvénye

5

gáz munkavégzése

7

görbületi nyomás

6

harmonikus rezgőmozgás állapotjellzői

8

hatásos teljesítmény

15

Hertzsprung - Russell diagramm

19

hőkapacitás

7

– 101 –


hőtan I. főtétele

7

hullámcsomag

18

hullámhossz

9

Huygens - Fresnel elv

9

ideális gáz

5

ideális gáztörvény

5

impulzusmomentum, perdület

2, 3

induktív ellenállás

15

interferencia

9

kapacitív ellenállás

15

kapilláris jelenség

6

Kepler törvényei

19

kettőscsillag

19

kinetikus azaz mozgási energia

4

Kirchoff I. és II. törvénye

13

konzervatív erőtér

4, 11

kötött állapot

4

LED

16

lendület, impulzus

1

lendületmegmaradás, impulzusmegmaradás 1 Lissaojues-görbe

15

Lorentz erő

14

lyukvezetés

16

mechanikai energia

4

mechanikai hullám

9

meddő teljesítmény

15

minimál felület

6

monokristályos napelem

17

munkatétel

4

n típusú félvezető

16

napelem

17

napkollektor

17

nedvesítő folyadék

6

ohm törvénye teljes áramkörre

13

p típusú félvezető

16

– 102 –


parsec (pc)

19

perdülettétel

3

periódusidő

9

polikristályos napelem

17

potenciál

11

potenciális energia

4, 11

rezonancia feltétel

8

rugalmas és rugalmatlan ütközés

1

szabadsági fok

7, 20

szöggyorsulás

2

szupravezetés

12

tehetetlenségi nyomaték

2

teljesítmény forgó mozgás esetén

3

teljesítménytényező

15

terjedési sebesség

9

üresjárási feszültség

13

valódi nap

19

váltakozó áram

15

Van de Graaff generátor

10

vektori szorzat

14

vöröseltolódás

19

– 103 –


FORRÁSOK Felhasznált irodalom: Búdó Ágoston: (1997) Kísérleti fizika I. - III. Budapest, Nemzeti Tankönyvkiadó. Holics László: (1994) Fizika I-II. Budapest, Műszaki Könyvkiadó. ekh.kvk.uni-obuda.hu fizipedia.bme.hu

A képek forrásai: Búdó Ágoston: Kísérleti fizika I.-III.

12, 13, 14, 15

Holics László: Fizika I.-II.

11, 40

Leybold Didactic GMBH

47, 61

3bscientific.hu

1, 2, 6, 25, 26, 27

atlasoftheuniverse.com

64

ekh.kvk.uni-obuda.hu

57, 58

electronic.hu

49

makszutov.hu

62

metal.elte.hu

7

puskas.hu

30, 31

vatera.hu

17

wikipedia.hu

29, 32, 39, 54, 63

A többi képet rajzolta, fényképezte, ill. szerkesztette: Juhász Zoltán

– 104 –

A természettudományos oktatás komplex megújítása a Révai Miklós Gimnáziumban és Kollégiumban. Munkafüzet FIZIKA. 12. évfolyam

Recommend Documents