Elektronikus fekete doboz vizsgálata

Oktatási Hivatal Országos Közoktatási Értékelési és Vizsgaközpont

OKTV 2006/2007. Fizika II. kategória – döntő forduló Feladatlap

Elektronikus fekete doboz vizsgálata 1. Feladatok a) Munkahelyén egy elektronikus fekete dobozt talál, amely egy nem szabványos egyenáramú áramforrást, egy kondenzátort és egy ellenállást tartalmaz. • Méréssel állapítsa meg, hogyan kapcsolódnak ezek az áramköri elemek egymáshoz! • Készítsen kapcsolási rajzot! • Határozza meg a dobozban lévő áramköri elemek jellemző értékeit! • A kondenzátor kapacitásának mérését többféle folyamat megfigyelésével is végezze el! b) A feladat részét képezi: • a mérés részletes, áttekinthető leírása, a megfigyelt jelenségek magyarázata, a kapcsolási rajzok indoklása, • a mérés egyes fázisainak szemléltetése kapcsolási rajzzal, • a mérési eredmények rögzítése, • követhető, áttekinthető számítás.

2. Általános tudnivalók a) A kísérlet elvégzéséhez a következő eszközök állnak a rendelkezésére: • • • •

1 db fekete doboz 2 db digitális, csak feszültségmérésre használható multiméter 1 db digitális stopperóra 8 db mérőzsinór végükön banándugóval

b) Figyelmeztetés

A digitális multiméterek csak feszültségmérésre használhatók! Bármely más funkció felhasználása vagy a fekete doboz felnyitása a versenyből való kizárást vonja maga után!

c) A rendelkezésre álló idő: 120 perc.



Digitális multiméter fizikai jellemzői és használata: A műszer legfőbb adatai A feszültségmérő belső ellenállása egyenfeszültség mérésének bármely méréshatárában: Rb = 10 MΩ Ha a kijelzőn egyes (1) jelenik meg, és a többi karakter eltűnik, akkor a műszert magasabb méréshatárba kell kapcsolni! Ha a kijelző bal felső sarkában megjelenik egy telepet ábrázoló ikon, akkor a műszer energiaellátása nem megfelelő. Ezt azonnal jelezni kell a teremben lévő felügyelő tanárnak, aki a műszert kicseréli.

Kijelző Energiaellátás be/ki Méréshatárváltó kapcsoló egyenfeszültség mérésénél

Egyenfeszültség mérésekor használt mérőcsatlakozók

– 2/13 –



MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV A fekete doboz sorszáma: A mérés egyes fázisainak

• részletes, áttekinthető leírása, • megfigyelt jelenségek magyarázata, • kapcsolási rajzok.

– 3/13 –



Mérési eredmények

– 4/13 –



Számítások

– 5/13 –



Térfogatmérés állandó mennyiségű levegő állapotváltozásának vizsgálatával 1. Feladatok a) Állandó mennyiségű levegő különböző hőmérsékletű állapotainak megvalósításával határozza meg az üvegedény belső térfogatát! b) Hogyan használható ez a kísérlet az abszolút 0 fok meghatározására? c) A feladat további részét képezi: • a mérés elvének részletes leírása, • a mérés szempontjából lényeges kísérleti eszközök elrendezésének pontos rajza (több fázis ábrázolása), • a mérési eredmények jegyzőkönyvben való rögzítése, • számolás, • a mérés hibaforrásainak felsorolása.

2. Általános tudnivalók a) A kísérlet elvégzéséhez a következő eszközök állnak a rendelkezésére: • • • • • • • • • • • • • • • • • •

1 db elektromos vízforraló 3 db légmentesen zárható üvegedény 1 db zárókupak fémcsatlakozóval, műanyagcsővel 1 db lombik étolajjal töltve (az étolaj sűrűsége: 910 kg/m3). 1 db főzőpohár étolajjal töltve 1 db táramérleg súlysorozattal 1 db 2 dm3-es főzőpohár 2 db Bunsen-állvány 1 db lombikfogó 1 db Bunsen-dió 1 db bürettafogó 1 db tolómérő 1 db mérőszalag hosszabbító üvegbot víz jégkocka (hűtőtáskában) filctoll – 6/13 –



• • • • • • •

alkohol (filctolljelölés letörléséhez) papírtörlő tálca alátét (vízforraló alá) vödör milliméterpapír olló

A kísérlet elvégzése során más eszköz nem használható! b) Megjegyzés

• A kupakon lévő fémcsatlakozó az állványra szerelt bürettafogó segítségével stabilan rögzíthető (így a kupakkal ellátott üveg is). • Az üvegedény hőálló, de hirtelen hőmérsékletváltozáskor elrepedhet. Anyaga, mérete lehetővé teszi, hogy a vízmelegítőbe belehelyezze. • A rendelkezésre álló eszközök és anyagok segítségével két jól definiált hőmérséklet állítható elő. • Az elektromos vízforralót csak a jelzésig töltse meg vízzel! • A vízforralót a hosszabbítón lévő kapcsoló segítségével hozhatja üzemképes állapotba. • Célszerű a vízforralót állványra helyezni. • A vízmentes étolaj visszatölthető a lombikba, illetve a főzőpohárba, és a kísérlet megismétléséhez felhasználható. • A kísérlet végén a felesleges vizet öntse a vödörbe! • Bizonyos kísérleti eszközök ismételt felhasználása hibás eredményhez vezethet. Ezért a mérést csak akkor kezdje el, ha jól átgondolta, hogy a kísérleti összeállítása alkalmas a feladat elvégzéséhez. A felsoroltakon kívül újabb eszközöket a kísérlet elvégzéséhez nem kaphat.

c) A megoldásra rendelkezésre álló idő: 120 perc.

– 7/13 –



MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV Mérés elvének leírása

– 8/13 –



Kísérlet egyes fázisainak rajza

– 9/13 –




– 10/13 –



Számítások

– 11/13 –



Miért és hogyan használható ez az elrendezés az abszolút 0 fok meghatározására?

– 12/13 –



Mérési eredmény pontosságát befolyásoló tényezők felsorolása indoklással

– 13/13 –


OKTV 2006/2007. Fizika II. kategória – döntő forduló Megoldások

A „fekete doboz” mérési feladat értékelése 1.

Megfigyelés a) Ha a fekete dobozhoz feszültségmérőt csatlakoztatunk, 20 V-os méréshatárral, akkor megfigyelhető, hogy a feszültség egy bizonyos értékig lassan csökken ( (U 1 ) .

U1=8,65V (1 pont Következtetés A kivezetések a kondenzátor fegyverzeteihez csatlakoznak. A kondenzátor kisülése miatt csökken a feszültség. 1 pont Ha a feszültségforráshoz csatlakoznának a kivezetések, akkor állandó feszültséget lehetne mérni. Ha az ellenálláshoz csatlakoznának a kivezetések, akkor a mért feszültség nulla lenne. A három áramköri elem sorba van kapcsolva. Ha párhuzamosan lennének kapcsolva, akkor állandó lenne a feszültség. 1 pont Kapcsolási rajz helyes és feltüntette a kivezetéseket is, vagy a szövegből kitűnt már. (Ha nem indokol, de a soros kapcsolás a kivezetésekkel megvan, akkor jár ez a pont.) 2 pont Ha két feszültségmérőt párhuzamosan kapcsolva csatlakoztatunk a fekete dobozhoz, akkor nagyobb mértékű feszültségcsökkenést tapasztalunk (U 2 ) . U2=7,93V 1 pont A dobozban lévő ellenállás és a telep üresjárási feszültségének kiszámítása: 2+2 pont (Összesen 10 pont jár erre a részre.)



A kondenzátor kapacitásának mérése Egy kisülési vagy töltődési folyamat elemzése: A megfelelő exponenciális függvény alkalmazása: Egy folyamat lefutásának mérése:

1 pont 1 pont

Időállandó mérése:

3 pont

Párhuzamos eredő ellenállás az időállandóhoz: A kapacitás kiszámítása:

2 pont 1 pont

Egy másik folyamat elemzése alapján is meghatározza a kapacitást:

– 2/3 –

2 pont



A hőtani feladat értékelése Olyan mérési elv leírása, amely alapján a rendelkezésre álló eszközök segítségével az üveg belső térfogata meghatározható.

7 pont

Kísérlet fázisainak ábrázolása

2 pont


2 pont

Számítás

4 pont

Hogyan és miért használható ez az elrendezés az abszolút nulla fok meghatározására?

2 pont

Grafikon

1 pont

Mérés pontatlansága

2 pont

– 3/3 –

Elektronikus fekete doboz vizsgálata

Recommend Documents