A természettudományos oktatás komplex megújítása a Révai Miklós Gimnáziumban és Kollégiumban. Munkafüzet FIZIKA. 11. évfolyam

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

Munkafüzet

FIZIKA

11. évfolyam

Horváth Petra

TÁMOP-3.1.3-11/2-2012-0031

TARTALOMJEGYZÉK

Előszó ............................................................................................. 3 A laboratórium munka és balesetvédelmi szabályzata ............................ 4 1. Kényszerrezgés, rezonancia ....................................................... 6 2. A fonálinga lengésidejének meghatározása .................................. 9 3. Vonal menti hullámok ............................................................. 11 4. Kísérletek hullámkáddal .......................................................... 14 5. Felületi hullámok interferenciája, elhajlása................................. 18 6. A hang tulajdonságai .............................................................. 20 7. Állóhullámok .......................................................................... 23 8. Hangsebesség mérése állóhullámokkal ...................................... 26 9. Doppler-effektus .................................................................... 29 10. Fénytörés vizsgálata Hartl-korongon ......................................... 32 11. Teljes visszaverődés ............................................................... 36 12. Gyűjtőlencse fókusztávolságának meghatározása ....................... 39 13. Összetett optikai rendszerek .................................................... 41 14. Színszóródás, színkeverés ....................................................... 45 15. Az elektromágneses hullámok tulajdonságai .............................. 48 16. Elektromos rezgőkör ............................................................... 52 17. Fényhullámok interferenciája, elhajlása ..................................... 54 18. Fénypolarizáció ...................................................................... 56 19. A fotoeffektus ........................................................................ 59 20. Láncreakció ........................................................................... 62

Fogalomtár .................................................................................... 66 Források ........................................................................................ 74

Munkafüzet – Fizika, 11. évfolyam

ELŐSZÓ Kedves Diákok! A kezetekben tartott munkafüzet az Öveges program keretében kiírt pályázat terméke. A természettudományok szerepe az utóbbi tíz évben felértékelődött, hiszen a rohamosan fejlődő technikai világban, de már szinte a mindennapokban sem tudnánk eligazodni természettudományos ismeretek nélkül. A fogyasztói társadalom bőségzavarában szükség van a józan ítélőképességre, a logikus gondolkodásra, az innovatív megoldásokra. Ehhez szeretnék nektek segítséget adni olyan egyszerű, tantermi körülmények között elvégezhető kísérletekkel, amelyek néha csak modelljei a valóságnak, mégis jól megérthető velük az adott természeti jelenség vagy fizikai fogalom. A munkafüzet ismétlő feladattal vagy bevezető kísérlettel kezdődik. Előbbi célja az, hogy ismereteiteket rendszerben foglalva, egy egység részeként tudjátok kezelni. Utóbbi pedig a motivációt, érdeklődés felkeltését szolgálja. A kísérletek többségét magatok önállóan, vagy egy csoport tagjaként diáktársaitokkal együtt végezhetitek el. A mellékelt kérdések az adott jelenség alaposabb megfigyelését, könnyebb megértését támogatják. A mérési feladatok során megtanulhatjátok a jegyzőkönyvkészítés lépéseit, a hibaszámítás alapjait. Az eszközlista és a kísérletek leírása segít benneteket azok összeállításában és az esetlegesen felmerülő problémák megoldásában. A leírások után hagyott helyek az általatok készített rajzok, ábrák helyei, ezzel szeretném segíteni az adott tananyag könnyebb és gyorsabb feldolgozását. Az évfolyamonkénti munkafüzetekben húsz foglalkozást találtok. Ezek nem fedik le a teljes éves anyagot, viszont igyekeztem minden témakört érinteni, és a fontosabb, illetve érdekesebb problémákat kiemelni. Közületek többen érettségizni is fognak fizikából, ezért a kétszintű vizsgarendszer követelményeinek megfelelő feladatokat is beillesztettem a munkafüzetbe. Az összetettebb, mérési feladatok többnyire emelt szintű példák. Örömteli, felfedező tanulást kívánok! 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–


KÉNYSZERREZGÉS, REZONANCIA 1. kísérlet – Csavarrugóra függesztett test kényszerrezgése Eszközök: Csavarrugó, súlysorozat

A kísérlet leírása: Tegyél egy súlyt a csavarrugóra! A rugó másik végét mozgasd fel-le adott frekvenciával! Változtasd a mozgatás frekvenciáját (ütemét)! Figyeld meg, hogyan változik a rugóra akasztott test mozgása!

Tapasztalat: 1. Mi történik az első másodpercekben?

2. Tartós kényszerrezgés kialakulásakor mekkora frekvenciával rezeg a rugóra akasztott test?

3. Hasonlítsd össze a kényszerítő hatás és a kényszerrezgést végző test amplitúdóját!

4. Hasonlítsd össze a kényszerítő hatás és a kényszerrezgést végző test fázisát!

–6–


2. kísérlet – Kényszerrezgés vizsgálata kiskocsival és ingával Eszközök: 1 m hosszú könnyű léc, nagy tömegű vasgolyó, kiskocsi, rugók, ütköző

A kísérlet leírása: A csavarrugóval a léchez és az ütközőhöz rögzített kiskocsi kényszerrezgést végez. A kiskocsi sajátrezgésszámát a kocsi tömege és a rugók rugóállandója határozza meg. A lécen lévő vasgolyó helyzetének változtatásával az inga lengésideje, vagyis a kényszerítő rezgés frekvenciája változtatható. Hozzuk lengésbe az ingát, figyeljük meg a kiskocsi kényszerrezgését különböző rezgésszámú kényszerítő hatások esetében!

Tapasztalat: 1. Mi történik az első másodpercekben?

2. Tartós kényszerrezgés kialakulásakor mekkora frekvenciával rezeg a kiskocsi?

3. Hasonlítsd össze a kényszerítő hatás és a kényszerrezgést végző test amplitúdóját!

4. Hasonlítsd össze a kényszerítő hatás és a kényszerrezgést végző test fázisát!

–7–


Készítsd el az amplitúdó-kényszerfrekvencia görbét!

Feladatok: 1. Az alábbi példákban mi a rendszer gerjesztő és gerjesztett része? (megoldás: gerjesztő/gerjesztett) Gyermekét hintáztató anyuka.

Motorok gyengén rögzített alkatészeinek berezgése.

Franciaországi Angers (anzsé) város hídja a katonák ütemes lépései miatt 1850-ben leszakadt.

Stradivari hegedűk utánozhatatlan hangja.

Rádión megfelelő állomás kiválasztása.

Amerikai Tacoma híd katasztrófája.

–8–


A FONÁLINGA LENGÉSIDEJÉNEK MEGHATÁROZÁSA Új tananyag bevezetése 1. A nagymama ingaórája vajon Los Angelesben is pontosan működne? Mitől függ az inga lengésideje?

1. ábra

1. kísérlet – Fonálinga lengésideje Eszközök: Tanulói csoportonként 1 db fonálinga + (Bunsen-állvány) 1 db stopper, milliméterpapír

A kísérlet leírása: Az L hosszúságú fonál végén lévő testet térítsd ki egyensúlyi helyzetéből és engedd el!(Figyelj arra, hogy a kötél feszes legyen)! A stopperórát az elengedés pillanatában indítsd el! Tíz teljes lengés idejét mérd meg, és hat mérést végezz! Az egyes méréseknél 20 cm-enként változtasd az inga hosszát! A mérések eredményeit a mellékelt táblázatban rögzítsd! A mérési eredményeket ábrázold az L fonálhossz, majd az L fonálhossz négyzetgyökének függvényében! 1. mérés

2. mérés

l(m) 10 T (s) T (s)

l

 m –9–

3. mérés

4. mérés

5. mérés


Kérdések, feladatok a kísérlethez: Milyen kapcsolat van az inga lengésideje és az inga hossza között? Mitől függ az inga lengésideje? Mitől nem függ az inga lengésideje? Milyen feltételek teljesülése esetén igaz ez?

Mérési jegyzőkönyv:

Feladatok: 1. Mennyi a lengésideje annak a fonálingának, amelynek 60 cm a hossza? 2. Mennyi a másodpercinga hossza? 3. Mennyi a Holdon az 1 m hosszú inga lengésideje? 4. Az Északi-sarkon vagy az Egyenlítőn késik az ingaóránk? Miért?

– 10 –


VONAL MENTI HULLÁMOK Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Egy 9 m hosszú rugalmas kötélen 1 Hz rezgésszámú hullámot keltettek. Mekkora a hullám terjedési sebessége, ha a kötélen három teljes hullám fér el? Készítsd el az y-x és az y-t grafikonokat!

1. kísérlet – Egyező irányban haladó vonal menti hullámok interferenciája Eszközök: 2 egyenlő hosszúságú gumizsinór, hosszú gumizsinór merev pálca (bot)

A kísérlet leírása: Az egyik végén rögzített igen hosszú gumiszál másik végéhez erősítjük, egyazon pontban, a két azonos hosszúságú gumiszálat, amelyek szabad végeit a bot két végéhez rögzítjük. A) Hozd vízszintes helyzetbe a botot, és mozgasd önmagával párhuzamosan fel-le! Figyeld meg a két gumizsinór találkozási pontjából kiinduló hullám jellemzőit! Terjedési sebessége: Frekvenciája: Fázisa: Amplitúdója: – 11 –


Rajzold le, milyen hullámok alakulnak ki a gumiszálakon.

B) Fogd meg a pálcát középen és a két végét ellentétes irányban billegtesd fel-le! Írd le a két gumizsinór találkozási pontjából kiinduló hullám jellemzőit! Terjedési sebessége: Frekvenciája: Fázisa: Amplitúdója: Rajzold le, milyen hullámok alakulnak ki a gumiszálakon.

– 12 –


C) Mit tapasztalsz, a hullámokat vizsgálva, ha a pálcát nem a közepénél fogva billegteted az előzőhöz hasonló módon? Terjedési sebessége: Frekvenciája: Fázisa: Amplitúdója:

Feladatok: 1. Két hullám hullámhossza megegyezik ( 1   2  4cm ), de amplitúdójuk különböző (A1=2 cm, A2=3 cm) és a második az elsőhöz viszonyítva

/2-vel késik.

a) Rajzold meg a két hullám látható képét és b) a két hullám interferenciája miatt létrejövő eredő hullám képét! 2. Két egy irányban haladó hullám fáziskülönbség nélkül találkozik. Rajzold meg a két találkozó hullám és az eredő hullám képét, ha A = 3 cm, A = 2 cm, 1  3,14cm  2  6,28cm ! 1

2

– 13 –


KÍSÉRLETEK HULLÁMKÁDDAL 1. kísérlet – Hullámok terjedése és visszaverődése hullámkádban Eszközök: Hullámkád, excenter, léc, fémlap

A kísérlet leírása: Az excenterhez csatlakoztatott rezgéskeltő léccel keltsünk folyamatosan egyenes hullámokat a hullámkádban! Helyezzünk a hullámkádba az egyenes hullámfrontokkal szöget bezáró függőleges fémlapot! Vizsgáljuk meg a kiinduló és a keletkező hullámképet! Készíts ábrát! Megjegyzés: Érdemes néhány hullámvonulatot kelteni, hogy az interferencia jelensége ne zavarja meg a visszaverődési törvény megfigyelhetőségét.

Észrevételek, tapasztalatok:

Visszaverődés törvénye:

– 14 –


2. kísérlet – Vízhullámok törése síkfelületen Eszközök: Hullámkád, excenter, üveglemez

A kísérlet leírása: Tegyünk a hullámkád aljára egy üveglemezt úgy, hogy kb. a kád aljának felét borítsa el! Az egyenes lemez rezgetésével keltsünk egyenes hullámokat az üveglemezzel nem fedett vízréteg felett! Ekkor a hullámok a mélyebb tartományból lépnek a sekélyebb fele. Készíts ábrát! Az ábrán jelöld a beesési merőlegest, a hullám terjedési irányát, a beesési és a törési szöget!

Észrevételek, tapasztalatok: Mit tapasztalunk merőleges beesés esetén?

Mit tapasztalunk ferde beesés esetén?

– 15 –


Ismételjük meg a kísérletet úgy, hogy a hullámkeltés az üveglemez feletti vízrétegben történjen. Ekkor a hullámok a sekélyebb tartományból lépnek a mélyebb fele. Készíts ábrát! Az ábrán jelöld a beesési merőlegest, a hullám terjedési irányát, a beesési és a törési szöget! A) Mit tapasztalunk merőleges beesés esetén?

B) Mit tapasztalunk ferde beesés esetén?

Ismételjük meg az előző kísérleteket változtatva a hullámforrás frekvenciáját! Mit tapasztalunk?

– 16 –


Tapasztalat:

Feladatok: 1. Egy mechanikai hullám terjedési sebessége levegőben 340 m/s, a vízben 1490 m/s. Mekkora a víz levegőhöz viszonyított törésmutatója? Mekkora a levegő vízhez viszonyított törésmutatója? 2. A hullámkádban lévő víz felületén egy lemezzel 8 Hz rezgésszámú egyenes hullámot keltünk. A kialakuló 1 cm hullámhosszúságú hullám 450-os beesési szöggel érkezik a sekélyebb víz egyenes határához. Az új közegben kialakuló hullám hullámhossza 0,7 cm. Mekkora sebességgel terjed a hullám a mélyebb és a sekélyebb vízben? Mekkora a törési szög?

– 17 –


FELÜLETI HULLÁMOK INTERFERENCIÁJA, ELHAJLÁSA 1. kísérlet – Hullámok interferenciája Eszközök: Hullámkád, változtatható fordulatszámú motorral működtetett excenter, különböző formájú hullámkeltők

A kísérlet leírása: Két azonos fázisban rezgő csúccsal (egymással mereven összekötött, így ugyanabban az ütemben rezgő) két körhullámot keltünk. A két hullám találkozása miatt jellegzetes mintázat alakul ki a vízfelszínen. Jellemezzük a kialakuló mintázatot! Jellemzés: 3. Vannak olyan helyek ahol - annak ellenére, hogy hullámok érik el – nem ……………………………………………………. 4. Ezek az úgynevezett …………………………………………………… helyek. 5. Vannak olyan helyek ahol sokkal …………………………………………………… rezgés alakul ki, mint a két találkozó hullám által (egyenként) keltett rezgések amplitúdóinak összege. Ezek az úgynevezett …………………………………………………… helyek. 6. A maximális erősítési és gyengítési helyek olyan ………………………… helyezkednek el, melyek fókuszpontjai a két találkozó körhullám forrásai. 7. A fázisok viszonyát a hullámok …………………………… határozza meg.

2. kísérlet – Hullámok elhajlása Eszközök: Hullámkád, változtatható fordulatszámú motorral működtetett excenter, különböző formájú hullámkeltők – 18 –


A kísérlet leírása: A) Keltsünk folyamatosan egyenes hullámokat a hullámkádban! Helyezzünk a hullámok útjába egy rést! Szűkítsük a rést! Milyen változást tapasztalunk?

Tapasztalat:

B) Ismételjük meg a kísérletet több, pontszerű réssel!

Tapasztalat: 1. Keskeny résen át a hullám nemcsak az egyenes vonalú terjedésnek megfelelő tartományban halad, hanem ………………………… ………………………………………………………………………………. 2. Ha a rés sokkal ………………………… a hullám hullámhosszánál, akkor az elhajlás ……………………………………………………………………………….

Feladatok: 1. Hullámkádban, két egymáshoz erősített tűvel, azonos fázisban induló körhullámokat keltünk f=16 Hz frekvenciával. A hullámok terjedési sebessége 0,8 m/s. Milyen hullámjelenség figyelhető meg a hullámtér azon pontjában, a) amelyik az egyik hullámforrástól 12 cm a másiktól 17 cm távolságra van b) amelyik az egyik hullámforrástól 14 cm a másiktól 21,5 cm távolságra van?

– 19 –


A HANG TULAJDONSÁGAI 1. kísérlet – Hangkeltés hangvillával Eszközök: Hangvilla, kormozott üveglap, meghajlított, hegyes fémlemez, dobozzal ellátott hangvilla, oszcilloszkóp, mikrofon, vezetékek

A kísérlet leírása: A) A hangvilla egyik szárához erősítsünk egy olyan fémlemezt, amelynek a másik vége hegyes. Hozzuk rezgésbe a hangvillánkat és egyenletesen húzzuk végig a hangvilla hegyes végét a kormozott üveglapon. Milyen görbét ír le a rezgő hangvillavég? Rajzold le! Tapasztalat:

B) Egy dobozzal ellátott hangvilla rezgéseit oszcilloszkóppal is láthatóvá tehetjük. Helyezzünk a hangvillát tartó doboz belsejébe egy mikrofont és csatlakoztassuk a mikrofont egy oszcilloszkóphoz! Pendítsük meg a hangvillát! Figyeljük az oszcilloszkóp képernyőjét! Mit ábrázol az adott görbe és minek a függvényében? Rajzold le! Tapasztalat:

2. kísérlet – A hang terjedése Eszközök: Légszivattyú, csengő

A kísérlet leírása: A légszivattyú üvegburája alá tegyük be a bekapcsolt csengőt! A szivattyút kapcsoljuk be! Mit tapasztalunk?

Tapasztalat:

– 20 –


3. kísérlet- Hangmagasság-frekvencia Eszközök: Lyuksziréna

A kísérlet leírása:

2. ábra

Forgassuk tengelye körül a lyukszirénát (különböző sugarú koncentrikus körök mentén egyenlő távolságra átfúrt korong) és egy szívószálon át fújjunk valamelyik lyuksorra! Folytassuk a kísérletet különböző sugarú körök mentén elhelyezett lyukak megfújásával! Mi tapasztalunk?

Tapasztalat:

4. kísérlet- Hangszín Eszközök: Monokord, madártoll

A kísérlet leírása: A) Pendítsük meg a húrt, majd egy madártollal érintsük meg a húr középpontját! Milyen hangot hallunk a madártoll előtt megpendített hanghoz képest?

Tapasztalat:

– 21 –


B) Ismételjük meg a kísérletet úgy, hogy a húr harmadában, majd a negyedében érintjük meg tollal a húrt! Az előző kísérletben hallott hanghoz képest milyen hangokat hallunk?

Tapasztalat:

5. kísérlet- Hangerő Eszközök: Mikrofon, oszcilloszkóp, vezetékek

A kísérlet leírása: Beszéljünk a mikrofonba először halk, majd egyre erősebb hangokat képezve! Figyeljük meg az oszcilloszkóp képernyőjén, hogy a megjelenő görbe melyik tulajdonsága változik? Olvassuk le az értékeket!

Tapasztalat:

Feladatok: 1. 96 fogat tartalmazó fogaskereket 1s alatt 3-szor forgatunk körbe. Milyen frekvenciájú hangot hallunk, ha egy fémlapot a fogakhoz szorítunk?

– 22 –


ÁLLÓHULLÁMOK 1. kísérlet – Rugalmas pontsoron kialakuló állóhullám Eszközök: Rugalmas kötél

A kísérlet leírása: A) A gumikötél egyik végét rögzítsd (társad fogja meg) a másik végéről pedig indíts hullámokat! Hasonlítsd össze a haladó és a visszavert hullám hullámjellemzőit! B) Folytasd a gumikötélen a hullámkeltést, megfelelő frekvenciánál sajátos jelenség jön létre. A gumikötél bizonyos pontjai nyugalomban maradtak, ezek az ún. csomópontok. A keletkező hullámot állóhullámnak nevezzük. Készítsd el az állóhullám pillanatképét! Jelöld be a rajzon a csomópontokat, duzzadó helyeket!

Észrevételek tapasztalatok: A) Frekvencia: Hullámhossz: Sebesség: Amplitúdó: B)

Következtetés: Egyik végén rögzített pontsoron akkor alakul ki állóhullám, ha a pontsor hossza az állóhullám hullámhosszának:

– 23 –


2. kísérlet – Kísérletek monokorddal Eszközök: Monokord, papírlovasok

A kísérlet leírása: A monokord kifeszített acéldróttal ellátott, kb. 10x10x80 cm méretű rezonátordoboz.

3. ábra

A) Középen támasszuk fel a húrt ékkel! A húr egyik felére, egyenlő közökben helyezzünk 2-3 papírlovast, és pendítsük meg a húr másik felét! Mit tapasztalunk? B) Helyezzük az éket az l hosszúságú húr egyik harmadoló pontjába. Tegyünk papírlovasokat a (2/3) l hosszúságú rész közepére, valamint a két negyedelő pontba, majd pendítsük meg az (1/3) l hosszú szabad húrrészt! Mit tapasztalunk?

Tapasztalatok: A)

B)

– 24 –


Következtetés: Mindkét végén rögzített pontsoron akkor alakul ki állóhullám,

Feladatok: 1. Egy mindkét végén rögzített 5 m hosszú húr 48 teljes rezgést végez 20 s alatt. Mekkora a húron kialakuló hullám frekvenciája, rezgésideje, hullámhossza és terjedési sebessége? 2. Mekkora a hullámhossza az egyik végén rögzített, másik végén megpendített 30 cm hosszúságú vonalzón kialakuló állóhullámnak?

– 25 –


HANGSEBESSÉG MÉRÉSE ÁLLÓHULLÁMOKKAL Bevezetés/Ismétlés 1. Rugalmas gumiszálon 1 s periódusidejű hullámokat keltünk, melyek terjedési sebessége 10 m/s. Milyen hosszú a gumiszál, ha rajta egy időben 4 teljes rezgést észlelünk?

1. kísérlet – Készíts szívószálból sípot! Eszközök: Szívószál, olló

A kísérlet leírása: Rágd meg kicsit a szívószál egyik végét, ezzel elvékonyítod a szívószál anyagát, így majd könnyebben rezgésbe tud jönni. A megrágott végeket V alakban vágd le és fújj bele erről az oldalról. Miközben levegőt fújsz a szívószálba, az ollóval fokozatosan vágj le a hosszából! Mit tapasztalsz?

Tapasztalat:

– 26 –


2. kísérlet – Hangsebesség mérése állóhullámokkal Eszközök: Üveg vagy műanyag henger, műanyag cső, ismert rezgésszámú hangvilla, víz tartóedényben, mérőszalag

A kísérlet leírása: A műanyag hengert ¾ részéig töltsd fel vízzel! Az oldalán skálával ellátott csövet merítsd a vízbe! A csőben lévő levegőoszlopot alulról a víz zárja le, ezért a levegőoszlop hossza a cső emelésével és sülylyesztésével változtatható. A cső szabad vége fölé tarts ismert frekvenciájú rezgő hangvillát, mozgasd lassan a csövet függőlegesen felfelé! A cső bizonyos helyzetében a hang felerősödik. Mérd le a maximális hangerősséghez tartozó levegőoszlop hosszát és számold ki a hang terjedési sebességét! Eredményeidet rögzítsd a táblázatban!

Mérési jegyzőkönyv: (m)

l(cm) 1. mérés 2. mérés 3. mérés v

v1  v 2  v 3  3

– 27 –

f (Hz)

v(m/s)


3.kísérlet –Milyen frekvenciájú hangon beszélek? Eszközök: Üveg vagy műanyaghenger, műanyag cső, víz tartóedényben, mérőszalag

A kísérlet leírása: A nők beszédhangja általában magasabb, mint a férfiaké. A te beszédhangod milyen frekvenciájú? Adj ki a szokásos társalgási beszéded hangmagasságán egy hangot a vízzel töltött mérőhengerben lévő cső szájához közel és figyeld meg az előző kísérlethez hasonlóan, hogy a cső milyen helyzetében tapasztalsz először erősödést! Az adatokat rögzítsd táblázatban, majd a négyjegyű függvénytáblázatból keresd ki, hogy a kapott frekvencia milyen zenei hangnak felelhet meg! A hang terjedési sebességét vegyük 340 m/s-nak!

Mérési jegyzőkönyv: (m)

l(cm)

v(m/s)

f (Hz)

1. mérés 2. mérés 3. mérés

f

f1  f 2  f 3  3

Beszédhangom:

Feladatok: 1. Milyen hosszú a 400 Hz frekvenciájú hangot adó nyílt síp, illetve zárt síp, ha a hang terjedési sebessége levegőben 340 m/s? 2. Mekkora a 25 cm hosszú pálca alapfrekvenciája, ha a hullám terjedési sebessége 950 m/s, és a pálcát a közepén fogták be? 3. A hullámtérben a legközelebbi ellentétes fázisban lévő pontok egymástól 40 cm távolságra vannak. A hanghullámok terjedési sebessége levegőben 340 m/s. Mekkora a hang frekvenciája? – 28 –


DOPPLER-EFFEKTUS Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Ultrahanggal mérték a tenger mélységét. Az ultrahang indítása és visszaérkezése között 0,5 s telt el. Milyen mély a tenger, ha a hang terjedési sebessége a tenger vízében közelítőleg 1400 m/s?

1. kísérlet- Doppler jelenség a hangtanban Eszközök: Aktív tábla/ projektor, számítógép http://nagysandor.eu/AsimovTeka/Harrison/DopplerEffect.html

A kísérlet leírása, észrevételek: Nézzük meg a webes szimulációt! Válaszolj a következő kérdésekre! Milyen a közeledő autó hangja?

Hogyan változik a hang frekvenciája a közeledő autó esetén?

Milyen a távolodó autó hangja?

Hogyan változik a hang frekvenciája a távolodó autó esetén?

– 29 –


2. kísérlet – Doppler jelenség a hangtanban Eszközök: Gumicső, síp

A kísérlet leírása: A gumicső egyik végébe erősítsünk egy sípot! A másik végén keresztül szólaltassuk meg a sípot és közben vízszintes síkban forgassuk gyorsan a gumicsövet! Mit tapasztalunk?

Tapasztalatok:

3. kísérlet – Doppler effektus hullámkádban Eszközök: Hullámkád, változtatható fordulatszámú motorral működtetett excenter, pontszerű hullámkeltő

A kísérlet leírása: A pontszerű hullámkeltőt rögzítsük az excenterhez és állítsuk a vízfelszínre. Elindítva a motort koncentrikus körhullámok jelennek meg a hullámkádban. Mozgassuk a hullámkeltőt egyenletesen, a vízfelszínhez képest állandó sebességgel. Hogyan változik a hullámkép? Rajzold le!

Tapasztalatok:

– 30 –

4. ábra


Feladatok: 1. Egy 30 m/s sebességű vonat, 500 Hz magasságú hangot bocsát ki. Milyen magasnak hallja ezt a hangot a pálya mellett álló bakter, ha a vonat: a) közeledik, b) távolodik? 2. Két vonat halad egymással szemben 30 m/s ill. 10 m/s sebességgel. Az egyik vonat 500 Hz magasságú hangot bocsát ki. Milyen magasnak hallják ezt a hangot a másik vonaton a találkozás előtt, illetve a találkozás után?

– 31 –


FÉNYTÖRÉS VIZSGÁLATA HARTL-KORONGON Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Magyarázd meg a fotón látható érdekes törési jelenséget!

5. ábra

2. Definiáld a következő fogalmakat! beesési merőleges:

beesési szög:

törési szög:

– 32 –


1. kísérlet – Hogyan változik a törési szög, ha változtatjuk a beesési szöget? Eszközök: Csoportonként 1 db lézer, 1db Hartl-korong, 1db üveg félhenger

A kísérlet leírása: Az üveg félhengert rögzítsd a Hartl-korongra! Világítsd meg a félhengert úgy, hogy a fénysugár a félhenger sík oldalára merőlegesen érkezzen! Mit tapasztalsz? Ebből a helyzetből forgasd el a korongot! Olvasd le a különböző beesési szögekhez (  ) tartozó törési szögeket (  )!

 1=

 1=

 2=

 2=

Észrevételek tapasztalatok, törvényszerűségek!

2. kísérlet – Határozd meg az üveg félhenger abszolút törésmutatóját! Eszközök: Csoportonként 1 db lézer, 1 db Hartl-korong, 1 db üveg félhenger

A kísérlet leírása: Az optikai korongon rögzített üveg félhengert világítsd meg úgy, hogy a nulla fokbeosztásra eső fénysugár merőleges legyen a félhenger síklapjára! Mozgasd a korongot úgy, hogy a fénysugár beesési pontja mindig a korong közepén legyen! Olvass le négy különböző beesési szöget (  ) és a hozzájuk tartozó törési szögeket (  )! A mért értékek alapján töltsd ki a táblázatot!

– 33 –


Mérési jegyzőkönyv, tapasztalatok: 1. mérés

2. mérés

3. mérés

4. mérés

fok  (fok) sin 

sin 

n=

sin  sin 

3. kísérlet –Teljes visszaverődés jelensége Eszközök: Csoportonként 1 db lézer, 1db Hartl-korong, 1db üveg félhenger

A kísérlet leírása: Világítsd meg az üveg félhenger domború oldalát! Mit tapasztalsz, ha a felületre merőlegesen érkezik a fénysugár? Mit tapasztalsz, ha változtatod a beesési szöget? Készíts ábrát!

Tapasztalatok:

– 34 –


Feladatok: 1. Víz alatt függőleges oszlop áll, árnyéka 1 m, amikor a napsugarak 450-os beesési szöggel érkeznek a víz felszínére. Milyen magas az oszlop, ha a víz törésmutatója 4/3? 2. Hova célozzon a szigonnyal vadászó halász, hogy eltalálja az előtte úszó halat? Készíts ábrát! Hova célozzon, ha lézerpisztolya van? Készíts ábrát! 3. Gyűjts olyan eszközöket, amelyek működése a teljes visszaverődés jelenségén alapul!

– 35 –


TELJES VISSZAVERŐDÉS Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Írd le a Snellius-Descartes féle törési törvényt!

1. kísérlet – Kémcsőkísérlet Eszközök: Kémcső, üvegpohár, kavics, víz

A kísérlet leírása: A) Egy kémcsövet helyezzünk el ferdén egy üvegpohárba! Tegyük a kémcsőbe a kis kavicsot! Ha felülről nézünk a kémcsőre, akkor jól látjuk a kavicsot. Öntsünk lassan vizet a pohárba és nézzük ismét felülről a kémcsőben lévő kavicsot! Mit tapasztalunk? Magyarázd meg a jelenséget! B) Miközben felülről nézünk a pohárba helyezett kémcsőre, öntsünk lassan vizet a kémcsőbe is! Mit tapasztalunk?

Tapasztalatok következtetések:

– 36 –


2. kísérlet – Teljes visszaverődés vizes kádban Eszközök: Üvegkád, festett víz, cigaretta, üveglemez, gyufa, tükrök, lézer

A kísérlet leírása: Az üvegkádat töltsük meg félig fluoreszceinnel festett vízzel, a víz fölé fújjunk cigarettafüstöt, és a kádat takarjuk le üveglemezzel! A kádba helyezzünk el egy hosszú, az akváriumból kiálló pálcával forgatható síktükröt! A kád felett elhelyezett másik tükörrel - a víz felületére merőlegesen – vetítsük a lézersugarat a vízben lévő forgatható tükörre! A tükör forgatásával változtassuk a levegő-víz határfelület felé visszatükrözött sugár beesési szögét! Ha a beesési szög a határszöget meghaladja, a fénynyaláb teljes visszaverődést szenved! Rajzold le a sugármenetet!

Tapasztalati ábra:

3. kísérlet – Teljes visszaverődés Hartl-korongon Eszközök: Félkorong alakú, plexi- vagy üvegtest, Hartl-korong, lézer

A kísérlet leírása: A félkorong alakú üvegtestet rögzítsük úgy a Hartl-korongra, hogy a beeső fénysugár az üvegtest hengerpalástját érje! A fénytörés nélkül lép be az üvegbe, kilépéskor azonban megtörik. Olvasd le a beesési és a törési szöget, határozd meg az üvegtest törésmutatóját!

– 37 –


Tapasztalatok:

Mozgassuk úgy a korongot, hogy az üvegtestbe bejutó fény ne lépjen ki az üvegből, benne teljes visszaverődést szenvedjen! Olvassuk le ehhez a helyzethez tartozó beesési szöget!

Feladatok: 1. Az 5 m mély tóba víz alatti jelzőrakétát dobnak, ami a tófenéken gömbszimmetrikusan bocsátja ki a fényét. Hány méter átmérőjű az a körlap, amelyen keresztül a rakéta fénye kijuthat a vízből? (A víz levegőre vonatkoztatott törésmutatója 4/3).

– 38 –


GYŰJTŐLENCSE FÓKUSZTÁVOLSÁGÁNAK MEGHATÁROZÁSA Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Találd meg a párját és kösd össze! 1. tárgy egyszeres fókuszon belül, látszólagos kép 2. tárgy egyszeres és kétszeres fókusz között, valódi kép

a) Fényképezőgép b) Vetítőgép c) Kézi nagyító (lupe)

3. tárgy kétszeres fókuszon kívül, valódi, kicsinyített kép

2. A 15 cm fókusztávolságú gyűjtőlencsétől milyen távol helyezzük el a gyertyát, hogy a tárggyal azonos méretű valódi kép keletkezzen? Készíts ábrát is (nevezetes sugármenetekkel)!

– 39 –


1. kísérlet – Határozd meg a kiadott gyűjtőlencse fókusztávolságát a leképezési törvény segítségével! Eszközök: Optikai pad mozgatható lovasokkal, gyűjtőlencse, fehér papírernyő, gyertya

A kísérlet leírása: Az optikai lovasok segítségével helyezd el a gyertyát az optikai sínre! Öt különböző helyzetben mérd meg a gyertya távolságát a lencsétől (tárgytávolság). A beállítást az ernyő mozgatásával végezd, mindegyik helyzetben a gyertya éles képe látszódjon az ernyőn. Olvasd le az ernyő lencsétől mért távolságát (képtávolság)! Az összetartozó tárgy-és képtávolságokat foglald táblázatba, majd a leképezési törvény segítségével határozd meg a lencse fókusztávolságát!

Mérési jegyzőkönyv: t (cm)

k (cm)

1. mérés 2. mérés 3. mérés 4. mérés 5. mérés ̅

– 40 –

f (cm)


ÖSSZETETT OPTIKAI RENDSZEREK Bevezető/Ismétlő feladatok: 1. Egy optikai lencsétől 6 cm-re megvilágított diafilmet helyezünk el. A filmről a lencsétől 30 cm-re lévő ernyőn éles kép keletkezik. a) Milyen lencsét használtunk? b) Készítsd el a képalkotás vázlatos rajzát! c) Hány dioptriás a lencse?

– 41 –


1. kísérlet – Mikroszkópmodell Eszközök: 2 db 10 cm fókusztávolságú gyűjtőlencse, optikai sín, diakeretbe foglalt szitaszövetet (szúnyogháló) kondenzor, izzólámpa, fehér papírlap

6. ábra

A kísérlet leírása: A mikroszkóp kettő gyűjtőlencséből álló lencserendszer. A két lencsét rögzítsd egymás után az optikai sínre úgy, hogy távolságuk a fókusztávolságaik összegénél valamivel nagyobb legyen! A vizsgálandó tárgy a diakeretbe foglalt szitaszövet (szúnyogháló) legyen. A hálót átmenő fénnyel világítsd meg! A szita és a fényforrás közé tedd be a fehér papírlapot, azért, hogy a lap csökkentse a kép fényességét! Ha beállítottad a két lencse távolságát, akkor a tárgy mozgatásával állítsd élesre a keletkezett képet! Készítsd el a képalkotás vázlatos rajzát! Jellemezd a keletkezett képet!

Észrevételek, megoldás:

– 42 –


2. kísérlet – Kepler-féle (csillagászati) távcső modell Eszközök: 20 cm fókusztávolságú és 5 cm fókusztávolságú gyűjtőlencsék, optikai pad

A kísérlet leírása: A két gyűjtőlencsét úgy rögzítsd az optikai padra, hogy távolságuk a két fókusztávolság összege legyen! A nagyobb fókusztávolságú gyűjtőlencsét (objektív) irányítsd egy távoli tárgy felé, a kisebb fókusztávolságú lencsén (okulár) keresztül figyeld meg a tárgy képét! Az okulár mozgatásával állítsd élesre a képet! Készítsd el a képalkotás vázlatos rajzát! Jellemezd a keletkezett képet!


– 43 –


3. kísérlet- Galilei-féle (földi) távcső modell Eszközök: 20 cm fókusztávolságú gyűjtőlencse, -5 cm fókusztávolságú szórólencse, optikai pad

A kísérlet leírása: A két gyűjtőlencsét úgy rögzítsd az optikai padra, hogy távolságuk a két fókusztávolság abszolút értékének különbsége legyen! Irányítsd a távcső gyűjtőlencséjét egy távoli tárgy felé, és nézd a szórólencsén keresztül! A lencsék távolságának változtatásával állítsd élesre a képet! Készítsd el a képalkotás vázlatos rajzát! Jellemezd a keletkezett képet!


– 44 –


SZÍNSZÓRÓDÁS, SZÍNKEVERÉS 1. kísérlet – Fehér fény komponenseire bontása Eszközök: Izzólámpa, kör alakú nyílás, ernyő, üvegprizma

A kísérlet leírása: A) Az izzólámpa fényét ejtsük kis kör alakú nyíláson át ernyőre! Milyen képet kapunk? B) Ismételjük meg a kísérletet úgy, hogy a fénynyaláb útjába üvegprizmát helyezünk. Mit látunk az ernyőn? Rajzold le!


Magyarázat:

– 45 –


2. kísérlet – Színkép egyesítése gyűjtőlencsével Eszközök: Izzólámpa, kör alakú nyílás, ernyő, üvegprizma, gyűjtőlencse

A kísérlet leírása: Végezzük el az 1/B kísérletet úgy, hogy a prizmából kilépő fény útjába egy gyűjtőlencsét helyezünk! Vizsgáljuk az ernyőn megjelenő képet!

Tapasztalat:

3. kísérlet- Színkép egyesítése Newton-féle színtárcsával Eszközök: Newton-féle színtárcsa, Milton-kapocs

A kísérlet leírása: A korongot gyors forgásba hozva figyeljük meg milyen színűnek látjuk a korongot! 7. ábra

Tapasztalat:

4. kísérlet – Kiegészítő színpárok létrehozása prizmával (szubtraktív színkeverés) Eszközök: Izzólámpa, kör alakú nyílás, ernyő, üvegprizmák, gyűjtőlencse

A kísérlet leírása: A) Végezzük el a 2-es kísérletet úgy hogy a vörös fénysugarak útjába tegyünk egy prizmát! Figyeljük meg az ernyőn kialakuló képet! B) Milyen színű foltot kapunk az ernyőn, ha a sárga fényt takarjuk ki?

– 46 –



Feladatok: 1. Sorolj fel a hétköznapi életből vett példákat olyan jelenségekre, eszközökre, amelyek az additív, illetve amelyek a szubtraktív színkeverés elvén működnek!

– 47 –


AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK TULAJDONSÁGAI Bevezető feladatok: 1. Ismertesd az elektromos rezgőkör felépítését és működését! Készíts ábrát!

1. kísérlet – Elektromágneses hullámok bemutatása Eszközök: Mikrohullámú-generátor, adóantenna, vevőantenna, oszcilloszkóp

A kísérlet leírása: Kapcsoljuk be a mikrohullámú generátort! Helyezzünk az adóantennával egy vonalba egy vevőantennát! Figyeljük az oszcilloszkópon megjelenő jelet! Magyarázzuk meg a jelenséget! – 48 –



2. kísérlet – Visszaverődés Eszközök: Mikrohullámú-generátor, adóantenna vevőantenna, oszcilloszkóp, fémlemez

A kísérlet leírása: Kapcsoljuk be a generátort! Helyezzünk a generátor elé egy fémlemezt! A generátor mellett elhelyezett vevőantenna jelet detektál (a csatlakoztatott oszcilloszkópon jól látható). Hogyan lehetséges ez, ha tapasztaltuk, hogy az elektromágneses hullám homogén közegben egyenes vonalban terjed? Magyarázd meg a jelenséget!

Tapasztalat:

3. kísérlet- Hullámtörés Eszközök: Mikrohullámú-generátor, adóantenna, vevőantenna, oszcilloszkóp, paraffin-prizma

A kísérlet leírása: Kapcsoljuk be a generátort! Helyezzük a generátor elé a paraffinprizmát! A prizma után elhelyezett vevőantenna jelet detektál (a csatlakoztatott oszcilloszkópon jól látható). Magyarázd meg a jelenséget!

– 49 –


Tapasztalat:

4. kísérlet - Interferencia, állóhullám Eszközök: Mikrohullámú-generátor, fémlemez

adóantenna,vevőantenna,

oszcilloszkóp,

A kísérlet leírása: Kapcsoljuk be a generátort! Helyezzük a vevőantennát a generátor elé, egy fémlemezt pedig a vevőantenna után! (A vevőantenna a generátor és a fémlemez között legyen)! Az adó és a fémlap megfelelő távolsága mellett a generátorból induló és a visszavert hullámok elektromágneses állóhullámot hoznak létre. A vevőantennával „kitapinthatók” a duzzadóhelyek és a csomópontok. Határozzuk meg a kialakuló hullám hullámhosszát! Mérjük meg két duzzadóhely távolságát, a mért értékekből számoljunk hullámhosszat!

Mérési jegyzőkönyv: x (m) 1. mérés 2. mérés 3. mérés Átlag:

– 50 –

(m)


5. kísérlet – Polarizáció Eszközök: Mikrohullámú-generátor, adóantenna, vevőantenna, oszcilloszkóp, rács

A kísérlet leírása: Kapcsoljuk be a generátort! Az adó és a vevőantenna közé helyezzünk egy rácsot! Vizsgáljuk meg az oszcilloszkópon kialakuló jelet a rács két különböző állása esetén! Magyarázzuk meg a látottakat!


– 51 –


ELEKTROMOS REZGŐKÖR 1. kísérlet – Elektromos rezgőkör vizsgálata Eszközök: Kondenzátor, tekercs, digitális oszcilloszkóp, tápegység

A kísérlet leírása: Állítsuk össze a következő áramkört!

8. ábra

A kapcsolásban a vasmagos tekercs menetszám legalább tízezer, a kondenzátor kapacitása 200 F -1000 F legyen. A kapcsoló (1)-es állása estén feltöltjük a kondenzátort, majd a feltöltött kondenzátort a (2)-es kapcsolóállásban a tekercsen keresztül kisütjük. Figyeljük meg az oszcilloszkópon kirajzolódó jelet! Értelmezzük a jelenséget!


Készíts folyamatábrát a rezgőkörben végbemenő energiaátalakulásról!

– 52 –


2. kísérlet – Elektromos rezgőkör rezgésideje. Thomsonformula. Eszközök: Kondenzátor, tekercs, digitális oszcilloszkóp, tápegység

A kísérlet leírása: Ismételjük meg az előző kísérletet úgy, hogy a) kicseréljük a kondenzátort egy nagyobb kapacitású kondenzátorra! b) növeljük a tekercs induktivitását! Hogyan változik az oszcilloszkóp képernyőjén a rezgés grafikonja az egyes esetekben?


Feladatok: 1. Számítsd ki a kísérleti összeállításban kialakuló elektromágneses rezgés rezgésidejét és frekvenciáját! 2. Milyen induktivitású tekercset kell választanunk egy 470 nF-os kondenzátorhoz, ha rezgőkörrel szeretnénk előállítani az 50 Hz frekvenciájú váltakozó feszültséget?

– 53 –


FÉNYHULLÁMOK INTERFERENCIÁJA, ELHAJLÁSA 1. kísérlet –Vékonyréteg interferencia Eszközök: Vízzel töltött lapos tányér, fogvájó, olaj/petróleum

A kísérlet leírása: A) Lapos tányérba önts vizet!. Egy fogvájó hegyét mártsd olajba vagy petróleumba! Az olajba mártott végét érintsd a víz felszínéhez! Nézz oldalról a víz felszínére! Mit tapasztalsz? B) Mártsd újra olajba a fogvájó hegyét és olajos végével érintsd meg az előbbi színes folt közepét! Oldalról nézd a víz felszínét! Mit tapasztalsz? Rajzold le!

Tapasztalatok, észrevételek:

2. kísérlet – Lézerfény hullámhosszának mérése optikai ráccsal Eszközök: Lézer, mm-beosztású mérőléc vagy mérőszalag, ismert rácsállandójú optikai rács, ernyő

A kísérlet leírása: Világítsuk meg az optikai rácsot a lézerrel! A fényelhajlás következtében az ernyőn interferenciakép alakul ki. Mérjük le az ernyő és a – 54 –


lézer távolságát, illetve az ernyőn megjelenő szomszédos képpontok távolságát (a rácsra merőlegesen mindkét irányba több fényfolt jelenik meg az ernyőn, ezek közül a fény eredeti irányában (középen) kapjuk az úgynevezett nulladrendű erősítést, tőle jobbra és balra az elsőrendű erősítési helyeket)!

9. ábra

d: rácsállandó h: a nulladrendű és az elsőrendű erősítési hely távolsága l: optikai rács és az ernyő távolsága

Kérdések, észrevételek: 1. Optikai rácsot megvilágítva mikor tapasztalunk elhajlási képet?

2. Mi az erősítés feltétele?

h (cm)

l (cm)

1. mérés

– 55 –

d (m)



(m)


FÉNYPOLARIZÁCIÓ 1. kísérlet - Különböző állású polárszűrők vizsgálata Eszközök: 2 db polárszűrő

A kísérlet leírása: Tartsd a két polárszűrőt a fény felé és az egyiket kezd el forgatni! Mit tapasztalsz különböző állású polárszűrők esetén?

10. ábra

Tapasztalat:

Magyarázat:

2. kísérlet - Optikailag aktív anyagok mechanikai feszültség kimutatása Eszközök: Műanyag vonalzó, 2 db polárszűrő

A kísérlet leírása: Helyezz két, egymásra merőleges polárszűrő közé műanyag vonalzót! Mit tapasztalsz?

– 56 –


Tapasztalat:

Magyarázat:

3. kísérlet - Optikailag aktív anyagok cukoroldat vizsgálata Eszközök: 2 db polárszűrő, cukoroldat, üvegkád, fényforrás (fehér fény)

A kísérlet leírása: A) Világíts át a cukoroldaton úgy, hogy a kád a két polárszűrő között legyen! Keresztezett állású polárszűrők esetén mit tapasztalsz? B) Forgasd az egyik polárszűrőt! Mit tapasztalsz? Mit tapasztalnánk mesterségesen előállított cukor oldatának vizsgálatakor?

Tapasztalatok, észrevételek:

4. kísérlet - Kettőstörés-kalcit kristály Eszközök: Mellékelt ábra

A kísérlet leírása: Magyarázd meg az ábrán látható jelenséget! – 57 –


11. ábra

Tapasztalatok:

Feladatok: 1. Lehet-e polarizálni longitudinális hullámokat? Válaszod indokold! 2. Polarizált fény legtöbbször visszaverődés során jön létre. A tapasztalat szerint a visszavert fény akkor lesz teljesen poláros, amikor a visszavert és a közegbe hatoló megtört fénysugár egymásra merőleges. Ezt a törvényt Brewster törvénynek nevezzük. A Brewster törvény segítségével határozzuk azt az

B

beesési

szöget, amely esetén az n=1,54 törésmutatójú üveglapról visszavert fény teljesen poláros lesz! – 58 –


A FOTOEFFEKTUS 1. kísérlet – Fényelektromos alapjelenség (fotoeffektus) kvalitatív vizsgálata Eszközök: Cinklemez szigetelt tartón, elektroszkóp, ebonit rúd, szőrme, üvegrúd, foncsorozott bőr, röpzsinór, ultraibolya fényforrás

A kísérlet leírása: A) Csatlakoztasd a szigetelt tartón lévő cinklemezt az elektroszkóphoz röpzsinór segítségével! A szőrmével megdörzsölt ebonit rúddal töltsd fel negatív töltésűre a cinklemezt, majd világítsd meg ultraibolya fénnyel! B) Végezd el ugyanezt a kísérletet úgy is, hogy a cinklemezt az üvegrúddal pozitívra töltöd! Írd le a tapasztalataidat! Készíts ábrát!

Észrevételek, magyarázat:

– 59 –


2. kísérlet – Fényelektromos alapjelenség (fotoeffektus) kvantitatív vizsgálata Eszközök: Aktív tábla/ projektor, számítógép http://phet.colorado.edu/hu/simulation/photoelectric

12. ábra

A kísérlet leírása: Az alábbi szimulációban egy fotocella paramétereit változtathatod. 1. A katód anyaga legyen nátrium. A gyorsító feszültség legyen +3 V. Változtasd a fény intenzitását! Mit tapasztalsz?

2. A katód anyaga és a gyorsító feszültség ne változzon. Növeld, illetve csökkentsd a katódot megvilágító fény hullámhosszát (frekvenciáját)! Mit tapasztalsz?

– 60 –


3. A katód anyaga ne változzon, a feszültség értékét módosítsd -3 V-ra! Milyen változást idézett elő a gyorsító feszültség előjelváltása?

4. Változtasd meg a katód anyagát és végezd el az előbbi két kísérletet! Tapasztalataidat jegyezd le!

Feladatok: 1. Fejezd be a mondatokat! a) Ha a fény frekvenciáját csökkentjük (hullámhosszát növeljük),

b) Különböző fémeknek ……………………………………………………………… c) A kilépő elektronok energiája csak a ………………………………… …………………………………………………… függ. d) A fényerősség növelése a kilépő elektronok ………………………… növeli meg. 2. Egy bárium-oxid fotokatódot (amelynek kilépési munkája 0,16 aJ) világítunk meg 632 nm-es lézerfénnyel. a) b) c) d)

Mekkora a lézerfény egy fotonjának energiája? Mekkora lesz a kilépő elektronok maximális energiája? Mekkora lehet a kilépő elektronok maximális sebessége? Legfeljebb mekkora feszültségű ellentéren tud keresztülhaladni az elektron?

– 61 –


LÁNCREAKCIÓ 1. kísérlet – Láncreakció szemléltetése Eszközök: 2 db A5-ös méretű fémlap egyenlő távolságú furatokkal, gyufaszál

A kísérlet leírása: A fémlap furataiba korábban rögzítettük a gyufaszálakat. Az egyik gyufát gyújtsuk meg és közelítsük egymáshoz a két lapot! Várjunk pár másodpercet! Mit tapasztalunk?

Tapasztalat:

2. kísérlet – Szabályozott és a szabályozatlan láncreakció Eszközök: Aktív tábla/ projektor, számítógép http://nagysandor.eu/AsimovTeka/ChainReaction_PA/index.html

A kísérlet leírása: A) Indítsuk el először a szabályozatlan láncreakciót szimuláló programot!

Kérdések és válaszok: 1. A hasadási folyamat során átlagosan mennyi neutron keletkezik?

2. Mi történik a keletkező neutronokkal?

3. Hogyan változik a hasadások száma generációnként?

– 62 –


4. Miért szabályozatlan a láncreakció?

A kísérlet leírása: B) Indítsuk el a szabályozott láncreakciót szimuláló programot!

Kérdések és válaszok: 1. Mi a szerepük a szabályozó rudaknak?

2. Milyen anyagból készülnek a szabályozó rudak, miért?

3. kísérlet- Építsünk atomerőművet! Eszközök: Aktív tábla/projektor, számítógép

13. ábra

A kísérlet leírása: Indítsuk el a szimulációt! Az egyes részeknél álljunk meg és válaszoljuk meg az alábbi kérdéseket!

– 63 –


Kérdések és válaszok: 1. Az urán melyik izotópját használják üzemanyagként? Miért?

2. Mit jelent az izotópdúsítás?

3. Milyen anyagból készült szabályozó rudakat használ a paksi atomerőmű?

4. Mi a szerepe a reaktortartályban lévő víznek?

5. Milyen közeg alkalmas a neutronok lassítására? Hogy hívják ezt a közeget?

6. Hogyan szabadul fel a hő az aktív zónában?

7. Miért alkalmaznak nagynyomású vizet a primer körben?

– 64 –


8. A szekunder körben kisebb vagy nagyobb a keringetett víz nyomása a primer köri vízhez képest? Miért?

9. Miért nem érintkezik egymással a különböző körökben keringő víz?

10. Jellemezd az atomerőműben lejátszódó energiaátalakulási folyamatot!

Feladatok: 1. Soroljatok fel érveket és ellenérveket az atomerőművel kapcsolatban!

– 65 –


FOGALOMTÁR Abszolút törésmutató: A vákuumra vonatkoztatott relatív törésmutató. Additív színkeverés: Ha a vetítővászon, a képernyő vagy a szemünk egy pontjára egyszerre többféle frekvenciájú fényt vetítünk, akkor összeadó más néven additív színkeverésről beszélünk. Állóhullám: Olyan hullám, amelyben a csomópontok és a duzzadó helyek térbeli helyzete időben állandó. Antenna: Egy nyitott rezgőkör, amely az adni vagy venni kívánt jel vivőfrekvenciájára van hangolva. Beesési merőleges: A beesési pontban levő és a határfelületre merőleges egyenes a beesési merőleges. Csomópont: Állóhullám esetén a nyugalomban lévő pontokat csomópontoknak nevezzük. Dioptria: A fókusztávolság méterben mért reciproka. Jele: D, mértékegysége: 1 . m Doppler-jelenség: Ha a hullámforrás vagy a megfigyelő a közvetítő közeghez képest mozog, akkor más frekvenciájú hullámot észlel, mint a közeghez képest álló hullámforrás és álló megfigyelő esetén. Ezt a jelenséget Doppler-jelenségnek nevezzük. Duzzadó hely: Állóhullám esetén a maximális amplitúdóval rezgő pontokat duzzadó helyeknek nevezzük. Elektromágneses hullám: Az olyan időben változó elektromágneses mezőt, amely a forrásról leválik és a térben fénysebességgel továbbterjed, elektromágneses hullámnak nevezzük. – 66 –


Elektromágneses rezgés: Az elektromos rezgőkörben folyó váltakozó áramot elektromágneses rezgésnek nevezzük. Elektromos rezgőkör: A kondenzátort és önindukciós tekercset tartalmazó zárt áramkört rezgőkörnek nevezzük. Elhajlás: Ha egy hullám akadályba ütközik vagy olyan résen halad át, amelynek mérete a hullámhossz tartományába esik, akkor a hullám megváltoztatja a terjedési irányát és az akadály, illetve a rés mögötti árnyéktérbe is behatol. Ezt a jelenséget nevezzük elhajlásnak, vagy más néven diffrakciónak. Felhang (felharmonikus): Az olyan rezgést, amelynek frekvenciája egy másik rezgés (alaprezgés/alaphang) frekvenciájának egész számú többszöröse, felhangnak nevezzük. Felhang (felharmonikus): Az olyan rezgést, amelynek frekvenciája egy másik rezgés (alaprezgés/alaphang) frekvenciájának egész számú többszöröse, felhangnak nevezzük. Fényelektromos egyenlet: Kimondja, hogy a fém felületéről kilépő elektron mozgási energiája (Em) a beeső foton energiájának (hf) és az elektron fémfelületről történő kiszakításához szükséges kilépési munkának (Wki) a különbsége: Em=hf-Wki. Fotocella: Olyan katódsugárcső, amelyben a katódról nem melegítés, hanem megvilágítás hatására lépnek ki elektronok. Fotoeffektus: Azt a jelenséget, amikor fény hatására fémből vagy félvezető anyagból elektronok lépnek ki fényelektromos jelenségnek, fotoeffektusnak nevezzük. Gyűjtőlencse (domború lencse): Az olyan optikai lencsét, amely a rá párhuzamosan eső fénysugarakat egy pontban gyűjti össze gyűjtő lencsének nevezzük.

– 67 –


Gyűjtőlencse: Olyan optikai lencse, amely a rá párhuzamosan eső fénysugarakat egy pontba gyűjti össze. Hangerősség: A hang egyik jellemzője. Az egységnyi felületen átáramló hangteljesítménnyel mérhető. Egyenesen arányos a hangrezgés amplitúdójának négyzetével. Hangerősség: A hang egyik jellemzője. Az egységnyi felületen átáramló hangteljesítménnyel mérhető. Egyenesen arányos a hangrezgés amplitúdójának négyzetével. Hangmagasság: A hang egyik jellemzője, a hanghullám rezgésszámával jellemezhető, minél nagyobb a hang frekvenciája, annál magasabb hangot hallunk. Hangmagasság: A hang egyik jellemzője, a hanghullám rezgésszámával jellemezhető, minél nagyobb a hang frekvenciája, annál magasabb hangot hallunk. Hullám polarizáció: Ha egy mechanikai transzverzális hullám keskeny résen halad keresztül, akkor a rés után a hullámnak csak a résirányú összetevője marad meg. A jelenséget hullámpolarizációnak, a keletkezett hullámot polarizált hullámnak nevezzük. Hullámtörés: A különböző közegek közös határfelületére ferdén érkező és azon áthaladó hullám terjedési iránya megváltozik. Ez a jelenség a hullámtörés. Interferencia: A koherens hullámok találkozásakor észlelhető, tartósan megmaradó mintázatú hullám-szuperpozíciót interferenciának nevezzük. Interferencia: A koherens hullámok találkozásakor észlelhető, tartósan megmaradó mintázatú hullám-szuperpozíciót interferenciának nevezzük.

– 68 –


Kényszerrezgés: Ha egy rezgő rendszerre a visszatérítő és a csillapító erőn kívül még egy további periodikus erő is hat, akkor a kialakuló rezgést kényszerrezgésnek nevezzük. Kettőstörés: Vannak olyan kristályos anyagok, amelyek molekuláris szerkezete erősen aszimmetrikus. A ráeső fénynek kétfajta törésmutatója van a polarizációs iránytól függően. A polarizálatlan fénysugár a kettősen törő anyagban két, egymásra merőleges polarizációjú sugárra bomlik. Kilépési munka: Az a legkisebb munkavégzés, amellyel egy elektron a fémből eltávolítható. Koherens hullámok: Az időben állandó fáziskülönbséggel találkozó hullámokat koherens hullámoknak nevezzük. Koherens hullámok: Az időben állandó fáziskülönbséggel találkozó hullámokat koherens hullámoknak nevezzük. Kritikus tömeg: A hasadó anyagnak azt a mennyiségét, amelyben önfenntartó láncreakció jöhet létre, kritikus tömegnek nevezzük. A kritikus tömeg értéke 100%-os tisztaságú 235-ös tömegszámú urán esetén 15 kg (11 cm átmérőjű gömb). Küszöbfrekvencia: Küszöbfrekvenciának nevezzük azt a legkisebb frekvencia értéket, amelynél mé tapasztalható fényelektromos jelenség. Látszólagos kép (virtuális kép): Ha a tárgy egyes pontjairól kiinduló fénysugarak az optikai leképező eszközt elhagyva széttartó válnak, úgy mintha a tér egy pontjából indultak volna. A látszólagos kép nem fogható fel ernyőn. Leképezési törvény: A leképezési törvény kimondja, hogy gömbtükrök és vékony optikai lencsék esetén a tárgytávolság (t) reciprokának és a képtávolság (k) reciprokának összege egyenlő a fókusztávolság (f) reciprokával: 1 1 1   f t k

– 69 –


Lencse fókusztávolsága: A fókuszpont és az optikai középpont távolsága. Lengésidő: Egy teljes lengés megtételéhez szükséges idő. Magfizikai láncreakció: Olyan maghasadás, amit neutronok hoznak létre és a hasadáskor újabb neutronok keletkeznek. Önfenntartó láncreakció akkor alakul ki, ha a keletkező neutronokból legalább egy újabb hasadást hoz létre. Matematikai inga: Egy nyújthatatlan, elhanyagolható tömegű fonálra függesztett pontszerű test. Moderátor: Olyan anyag, amely az atomreaktorban a gyors neutronból sorozatos ütközések folyamán lassú neutront hoz létre. Moderátor anyag lehet a víz, nehézvíz, a berillium és a grafit. Optikai rács: Nagyszámú, egyenlő szélességű, egymást egyenlő távolságra követő, párhuzamos rések összessége. Optikailag aktív anyagok: Az optikailag aktív anyagok a rajtuk áthaladó poláros fény polarizációs irányát elforgatják. Polarizált fény: A polarizált fényben az elektromos térerősség egy egyenes mentén, egy kitűntetett irányban rezeg. A fény polarizálhatósága azt bizonyítja, hogy a fény transzverzális hullám. Polárszűrő: A polárszűrő párhuzamosan elhelyezkedő hosszú láncmolekulákból áll. A ráeső fény rezgéseinek a láncmolekulákkal párhuzamos komponensei elnyelődnek, a láncmolekulákra eső merőleges polarizációjú fényhullám csaknem gyengítetlenül áthalad a szűrőn. Rácsállandó: Optikai rács esetén egy rés és egy barázda együttes szélességét rácsállandónak nevezzük.

– 70 –


Rezgőkör: A kondenzátort és önindukciós tekercset tartalmazó zárt áramkört rezgőkörnek nevezzük. Rezonancia: Ha egy kényszerrezgést végző rendszerben a gerjesztő frekvencia a sajátfrekvencia közelébe esik, akkor az amplitúdó ugrásszerűen megnő. Ezt a jelenséget rezonanciának nevezzük. Rezonanciafrekvencia: Azt a frekvenciaértéket, ahol a rezonanciajelenség bekövetkezik, rezonanciafrekvenciának nevezzük. Rezonanciagörbe: Azt a görbét, amely egy adott kényszerrezgés esetén a kialakuló rezgés amplitúdóját írja le a gerjesztő frekvencia függvényében rezonanciagörbénk nevezzük. Sajátfrekvencia: Egy szabad rezgést végző rendszer rezgési frekvenciáját a rezgő rendszer adatai egyértelműen meghatározzák, ezért ez a frekvencia jellemező a rendszerre. Szabad rezgés (sajátrezgés): Ha egy rezgőképes rendszert egy lökéssel elindítunk, majd magára hagyjuk, akkor a létrejövő rezgést szabad rezgésnek vagy más néven sajátrezgésnek nevezzük. Szabályozó rudak: Jó neutronelnyelő anyagok. A neutronok számát szabályozzák. Kadmiumból vagy bórkarbidból készítik. Színszóródás: Egy közeg törésmutatója általában függ a fény frekvenciájától, illetve hullámhosszától, ezért a prizmán áthaladó fehér fényt a prizma a színkép színeire bontja. Szórólencse: Olyan optikai lencse, amely a rá párhuzamosan eső fénysugarakat szétszórja. Szubtraktív színkeverés: Ha a beeső összetett fényből színszűrő segítségével kivonunk bizonyos színt vagy színeket, majd a maradékot ismét egyesítjük, akkor kivonó, más néven szubtraktív színkeverést hajtottunk végre.

– 71 –


Szuperpozíció-elv: Hullámtalálkozásnál az eredő kitérés az egyedül jelen levőnek képzelt egyik, illetve másik hullám kitérésnek vektori összege. Teljes lengés: Az ingamozgás azon szakasza, mely során a test kétszer fut végig a fonálinga által bejárt köríven. Teljes visszaverődés (totálreflexió): Ha egy fénysugár az optikailag sűrűbb közeg felől egy optikailag ritkább közeg felé halad és a beesési szög meghaladja a teljes visszaverődés határszögét, akkor a fény a visszaverődési törvénynek megfelelően az első közegben halad tovább. Teljes visszaverődés (totálreflexió): Ha egy fénysugár az optikailag sűrűbb közeg felől egy optikailag ritkább közeg felé halad és a beesési szög meghaladja a teljes visszaverődés határszögét, akkor a fény a visszaverődési törvénynek megfelelően az első közegben halad tovább. Teljes visszaverődés határszöge: Az a beesési szög, amelyhez 900-os törési szög tartozik. Teljes visszaverődés határszöge: Az a beesési szög, amelyhez 900-os törési szög tartozik. Thomson-formula: Az elektromos rezgőkör rezgésidejére vonatkozó összefüggést írja le: T  2 L  C . Törési szög: A megtört fénysugár és a beesési merőleges által bezárt szög. Törési szög: A megtört hullám normálisa és a beesési merőleges által bezárt szög. Törésmutató: Két anyag együttes hullámtörő képességére jellemző mennyiség, amely a terjedési sebességek hányadosaként adható meg. Törésmutató: A fény törésekor használt fizikai mennyiség, a fény első és második közegben mért terjedési sebességének (c1,c2) a hányadosa. Jele n2,1. SI mértékegysége nincs, dimenzió nélküli arányszám

– 72 –


Transzverzális hullám: Olyan hullám, amelyben a rezgés iránya merőleges a hullám terjedésének irányára, transzverzális hullámnak nevezzük. Valódi kép: Ha a tárgy egyes pontjairól kiinduló fénysugarak az optikai leképező eszközt elhagyva a kép egy-egy pontjában gyűlnek össze. A valódi képernyőn felfogható.

– 73 –


FORRÁSOK Felhasznált irodalom Markovits Tibor (2012): Fizikai fogalomtár középiskolásoknak. Budapest: Nemzeti Tankönyvkiadó. Dr. Jurisits József - Dr. Szűcs József (2005) : Fizika 11. Rezgések és hullámok. Modern fizika. Szeged: Mozaik Kiadó. Dégen Csaba – Elblinger Ferenc – Simon Péter (2012): Fizika 11. Emelt szintű kiegészítésekkel. Budapest: Nemzeti Tankönyvkiadó. Dr. Mező Tamás – Dr. Molnár Miklós – Dr. Nagy Anett (2000): Fizika 11. Hullámtan. Elektromágneses jelenségek. Modern fizika. Szeged: Maxim Könyvkiadó. Moór Ágnes (1999): Középiskolai fizikapéldatár. Budapest: Cser Kiadó. Gulyás-Honyek-Markovits-Szalóki-Tomcsáni-Varga (2000): III. Középiskolák számára. Budapest: Műszaki Kiadó.

Fizika

Öveges József (2000): Kísérletek könyve. Hogyan tanuljunk fizikát? 500 egyszerű fizikai kísérlet. Budapest: Anno Kiadó, Medgyes Sándorné – Tasnádi Péter (2003): Egységes érettségi feladatgyűjtemény. Gyakorlófeladatok. Fizika I. Budapest: Nemzeti Tankönyvkiadó.

          

http://nagysandor.eu/AsimovTeka/ http://metal.elte.hu/~phexp/st_kgy.htm http://mail.mechatronika.hu/public_html/fizika/fizikalecok/hullwe b/hullindex.htm http://tudasbazis.sulinet.hu/hu/termeszettudomanyok/fizika/fizik a-11-evfolyam/a-fenyelhajlas/feny-elhajlasa-optikai-racson http://www.puskas.hu/diak_erettsegi/anyagok/fiz_kiserletek/kis/ 12.html http://complex.elte.hu/~cserti/okt/Optika_kepek/ http://phet.colorado.edu/hu/simulation/photoelectric http://www.szechenyiszolnok.sulinet.hu/labor/kis_hangsebesseg.htm http://titan.physx.uszeged.hu/~julio/Dokumentum_MechHullOptKis.html http://www.jos.hu/down/9011/06_Fiz.pdf http://www.oktatas.hu/pub_bin/dload/kozoktatas/erettsegi/vizsg akovetelmenyek2012/fizika_vk.pdf – 74 –


A képek, ábrák forrásai: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

9. 10. 11.

12. 13.

http://www.jungoras.hu/elado_orak.html http://metal.elte.hu/~phexp/doc/rhh/f4s1s2.htm http://metal.elte.hu/~phexp/doc/rhh/f4s3s6s4.htm http://metal.elte.hu/~phexp/doc/rhh/f3s1.htm http://tudasbazis.sulinet.hu/hu/termeszettudomanyok/fizika/fizi ka-8-evfolyam/fenytan/a-fenytores-torvenye http://metal.elte.hu/~phexp/doc/geo/h6s2s8.htm http://www.taneszkozforgalmazokft.hu/?page=termek_lista&ter mek=103&menu=subkategoria&kategoria=0 https://www.mozaweb.hu/LeckeFizikaFizika_11_1224_Elektromagneses_rezgesek_es_hullamok -99902 http://tudasbazis.sulinet.hu/hu/termeszettudomanyok/fizika/fizi ka-11-evfolyam/a-fenyelhajlas/feny-elhajlasa-optikai-racson http://www.pdb.hu/?mod=webshop_product&cla=webshop_pro duct&fun=showactionProducts http://www.origo.hu/tudomany/20110202-napko-polarizalokristaly-legkor-egboltfeny-polarizalt-napfennyel-navigaltak-avikingek.html http://phet.colorado.edu/hu/simulation/photoelectric http://www.berzsenyi.hu/~dcsonka/fizika/fiztan/atomfizika/ato meromuvek.htm

– 75 –

A természettudományos oktatás komplex megújítása a Révai Miklós Gimnáziumban és Kollégiumban. Munkafüzet FIZIKA. 11. évfolyam

Recommend Documents