ÚTMUTATÓ ÉS JAVASLATOK A FELKÉSZÍTŐKNEK, A KÍSÉRLETEKET ELŐKÉSZÍTŐKNEK, ÖSSZEÁLLÍTÓKNAK, A VIZSGAKÖZPONTKÉNT SZEREPLŐ ISKOLÁKNAK
A következőkben a kísérletek, illetve az előkészítendő eszközök listájának összeállításához adunk javaslatokat. Az alábbiak elsősorban a vizsgaközpontként szereplő iskolák számára fontosak, de mindezek segítséget nyújthatnak a középszintű szóbeli érettségi vizsgára való felkészüléshez, felkészítéshez is, minden tanár és vizsgázó, felkészítő és felkészülő munkáját segíthetik. A kísérlet elvégzéséhez megadott eszközök listája természetesen bővebb, mint amennyi a kísérlet tényleges elvégzéséhez szükséges. Az eszközállomány azonban iskolánként változó, ezért az a javaslat, hogy iskolánként pontosítsák a szükséges eszközök listáját. A tálcára csak a tételben szereplő kísérlet elvégzéséhez szükséges eszközök kerüljenek. Ez jegyzékszerűen leírva szerepeljen is a tálcán, ezzel is segítve a vizsgázó munkáját. Ez egyben azt is jelenti, hogy a vizsgaközpontként szereplő iskolák felkért kollégáitól kérjük a kísérlet előzetes elvégzését, és a mérés eredményeinek rögzítését, majd a vizsgabizottság számára való átadását. Arra kérjük kollegáinkat, hogy – ahol ez értelmezhető – mérésüket több ponton végezzék, ne csak annyin, mint amit a tanulóknak előírtunk. A kísérleteket a kellő mértékben összeállítva bocsássuk a vizsgázó rendelkezésére. Vizsgacsoportonként szükségesek még az alábbiak: • 2-3 védőköpeny, • 2-3 zsebszámológép, • típusonként 6 függvénytábla, • bélyegzővel lepecsételt papír, • milliméter-papír, • íróeszköz, • vonalzó, szögmérő, radír, alkoholos filctoll, kréta, • papír törlőkendő vagy törlőruha, • tartalékok a törékeny eszközökből. A vizsgázók számára fontos információ, hogy a tétel egyes esetekben nem csupán a tételben szereplő kísérlet elméleti hátterével foglalkozik, hanem átvezető kérdésekkel a kísérlethez szorosan kapcsolódó, de esetleg a fizika más területeiről származó ismereteket is számon kér. Ilyen témakör például az atomfizika és a gravitáció. Erre a felkészülés során figyelni kell.
1
I. Mechanikai kísérletek 1. Az egyenes vonalú egyenletes mozgás vizsgálata Mikola-csővel A szükséges eszközök: Mikola-cső, Bunsen-állvány és -dió, lombik fogó, metronóm és (vagy) stopperóra, szögmérő (vagy függőónos szögmérő), mérőszalag, ragasztószalag (szigetelőszalag) a szögmérőhöz. A Mikola-cső egy kb. l m hosszú, egyik végén zárt, a másik végén ledugaszolt, folyadékkal töltött üvegcső, amelyben kb. 0,5 cm hosszúságú buborék mozoghat, akkor, ha a csövet megdöntjük. A cső olyan falapra van rögzítve, amelyen hosszúságmérésre alkalmas beosztás van. A függőónos szögmérőt úgy készíthetjük el, hogy egy 180º-os szögmérő középpontján varrótűvel cérnaszálat húzunk át és a cérnaszál végére kis nehezéket (pl. csavaranya) kötünk. A szögmérőt ragasztószalaggal a léchez erősítjük, így a cső hajlásszögének pótszögét olvashatjuk le a szögmérőről. Az állványra erősített Bunsen-dióba úgy fogjuk be a lombikfogót, hogy miközben az tartja a csövet, aközben a cső forgatható is legyen, így könnyen tudjuk újra meg újra "mozgásba hozni" a buborékot. Ehhez az kell, hogy a dió egyik csavarja kissé kúpos legyen
2. Az eredő erő meghatározása A szükséges eszközök: kb. 1 m m -es vékony tábla, amely falra akasztható, függőleges vagy vízszintes síkba állítható, 3 db rugós erőmérő (~3N-os), kis test, pl. csavaralátét, befőttesgumi, ceruza vagy kréta, vonalzó, 3 db szeg/kis szemes csavar/ajzszög, 2 db drótból hajtott kis S kampó vagy zsinegből készített hurok, esetleg rajzlap az erőmérők alá. A táblába egy kb. 30-40 cm sugarú köríven a célnak megfelelő helyeken lyukakat fúrunk, és belehelyezzük az erőmérők megtartására szolgáló szemes csavarokat (vagy egyszerűen szeget ütünk a fába). A csavaralátéten egymásba fűzött befőttesgumit húzunk át. (A befőttesgumi egybefűzésével a rugalmas szál hosszát növelhetjük a szükséges méretűre.) A csavaralátét lesz az a test, amelyre az erők hatnak. A befőttes gumi szabad végét – az ábra szerint – az alsó fémrúdra/szögre akasztjuk. A testhez erősített, zsinegből készített hurkokba (vagy S kampóba) egy-egy erőmérőt akasztunk, és azokat az előre kiválasztott helyen lévő szegre akasztva rögzítjük. Megmérjük a két erőt, és bejelöljük a test helyét, az erők hatásvonalának meghatározásához pedig az erőmérő tengelyének egy pontját. Majd egy erőmérővel meghatározzuk az eredőerő hatásvonalát és nagyságát.
2
3. A tapadási súrlódási együttható meghatározása állítható hajlásszögű lejtőn A szükséges eszközök: 50-70 cm hosszú deszkalap, egyik végén egymás mellett fúrt lyukon átfűzött zsinegből kötött akasztóval, Bunsen-állvány, -dió (állítható hajlásszögű lejtő), kisebb fém, fa, műanyag stb. hasáb alakú testek, függőónos szögmérő, ragasztószalag (szigetelőszalag) a szögmérőhöz, olló. A testet a lejtőre helyezve megkeressük azt a szöget, amelynél azt tapasztaljuk, hogy a lejtőre helyezett test „éppen” elindul.
4. A rugóra függesztett test rezgésének vizsgálata A szükséges eszközök: Bunsen-állvány, -dió, a dióba befogható, az egyik végén "peremezett" fémvagy farúd, tükörskála (befőttes gumival az állványhoz rögzítve) a parallaxishiba kiküszöbölésére, mutatóval ellátott rugó, szigetelőszalag a mutató elkészítéséhez, olló, esetleg gumiszál, egyenlő tömegű (10-50 g), a rugóra felakasztható testek, ismeretlen súlyú testek az erőmérő ellenőrzéséhez, rugós erőmérő az ellenőrzéshez. Rugót (ha nem áll rendelkezésünkre) erős, kb. 1 mm átmérőjű rugalmas acélhuzalból is "tekercseltethetünk", és azt 10-15 cm hosszú darabokra vágatjuk. A felakasztható testek tömegét a rugó keménysége határozza meg. Olyan rugót válasszunk vagy készíttessünk, amelyen legalább hét mérés végezhető különböző tömegű testek ráakasztásával úgy, hogy a rugó még jó közelítéssel ideális rugóként viselkedjen! A rugó legnagyobb megnyúlása kb.20 cm. A parallaxishiba elkerülése érdekében tükörskálát 3-4 cm széles, 20-25 cm hosszú tükörlapból készíthetünk úgy, hogy a tükör szélére, hosszában 1-1,5 cm széles milliméterpapírt ragasztunk. Rugó helyett használhatunk alkalmas gumiszálat is. A rugóra mutatót szigetelőszalag ráragasztásával és ék alakúra vágásával készíthetünk.
3
5. A lejtőn leguruló golyó energiáinak vizsgálata A szükséges eszközök: 100-150 cm hosszú, állítható hajlásszögű lejtő a közepén a golyót vezető sínnel, acélgolyó, mérőszalag, stopper. Az időmérés pontossága érdekében valamilyen segédeszközzel (ütköző, vonalzó) segíthetjük a golyó indulási-leérkezési időpontjának meghatározását. Értelemszerűen az indítás nemcsak a lejtő tetején történhet, két különböző magasságról indítva a golyót, számoljuk ki az eredményt.
4
II. Hőtani kísérletek 1. A szilárd anyag fajlagos hőkapacitásának (fajhőjének) meghatározása A szükséges eszközök: kaloriméter (termosz), kétfuratú termosz-dugó, keverő, hőmérő, 3 db közepes főzőpohár, hideg és meleg víz, törlőruha, fémforgács (sörét, apró csavarok, alátétek) vagy műanyag granulátum, vegyszerkanál, hőmérő a szobahőmérséklet mérésére, törlőruha. Tömegmérési lehetőség: a) levélmérleg, b) előre kimért mennyiségek, c) digitális mérleg. A kísérlethez célszerű széles szájú, 1 literes ételtermoszt választani. A termosz dugójába két furatot készítünk: egyet a keverőnek, egyet a hőmérőnek. A keverőt lágyabb, formálható, vastagabb drótból hajthatjuk megfelelő alakúra. A kísérletet ismert tömegű meleg víz termoszba-öntésével kezdjük. A kaloriméter felmelegedése után leolvassuk a víz hőmérsékletét, majd a lemért tömegű, szobahőmérsékletű, száraz, szilárd anyagot tesszük óvatosan a kaloriméterbe. Kevergetés közben a hőmérséklet kiegyenlítődik. Leolvassuk a közös hőmérsékletet. A kísérlet kritikus pontja a hőmérsékletek mérése. Ezzel a berendezéssel nem lehet túl nagy mérési pontosságot elérni. A hiba akár 1-2 fok is lehet. A mért érték a valódi értéket jobban közelíti, ha hőmérőnk pontossága legalább 0,5 °C. A jobb eredmény elérése érdekében figyeljünk arra, hogy a víz tömege lehetőleg kisebb legyen a szilárd anyag tömegénél (pl.: 200 g vízhez 200-250 g szilárd anyag adható). A számításhoz a termosz hőkapacitásának ismerete szükséges, a víz fajhőjét táblázatból keressük meg.
2. A kaloriméter hőkapacitásának meghatározása A szükséges eszközök: termosz (kaloriméter), kétfuratú termosz-dugó, keverő, hőmérők, 3 db közepes főzőpohár, hideg és meleg víz, törlőruha. Tömegmérési lehetőség: a) levélmérleg, b) mérőhenger, c) előre kimért mennyiségek, d) digitális mérleg. A kísérlethez célszerű széles szájú, 1 literes ételtermoszt választani. A termosz dugójába két furatot készítünk: egyet a keverőnek, egyet a hőmérőnek. A keverőt lágyabb, formálható vastagabb drótból hajthatjuk megfelelő alakúra. Javasoljuk, hogy elegendően nagy vízmennyiséggel dolgozzon (például 200 g). A kísérletet azzal kezdjük, hogy a megmért hőmérsékletű és tömegű meleg vizet gyorsan a termoszba öntjük. A termoszt a dugóval lezárjuk, és a keverővel óvatosan kevergetve megvárjuk, míg beáll a hőmérsékleti egyensúly. Leolvassuk a beállt hőmérsékletet. Főzőpohárba közben kimérünk 200 g-nyi szobahőmérsékletű („hideg”) vizet, és a termoszba töltjük. Kevergetés után, amikor a hőmérő higanyszála már nem mozog, leolvassuk a kialakult egyensúlyi hőmérsékletet. Ha a kezdetben bemért víz elég meleg volt, s termoszunk elegendően nagy, újabb mérést végezhetünk további hideg víz betöltésével.
5
A kísérlet kritikus pontja a hőmérsékletek mérése. A mérés során nem lehet túl nagy mérési pontosságot elérni. A hiba akár 1-2 fok is lehet. A mért érték a valódi értéket jobban közelíti, ha hőmérőnk pontossága legalább 0,5 °C. A betöltött meleg víz tömegét úgy is meghatározhatjuk, hogy a mérés végén a hideg és a meleg víz együttes tömegét mérjük, meg és abból kivonjuk a szobahőmérsékletű („hideg”) víz tömegét. Ez jelentősen csökkenti a mérési hibát, mivel a meleg víz nem hűl számottevően a tömegmérés alatt.
3. Folyadékhőmérő készítése, víz hőmérsékletének meghatározása A szükséges eszközök: kis térfogatú, talpas lombik egyfuratú dugóval, benne vékony, 40-50 cm hosszú üvegcső, színezett alkohol (denaturált szesz), mérőszalag, milliméterpapír, befőttes gumi (cérna), alkoholos filctoll, nagyobb edények, melybe a lombik belefér (térfogatuk legyen a lombik térfogatának többszöröse), megfelelő mennyiségű hideg és meleg víz, jég, szobahőmérő, keverő, törlőruha. A lombikot színültig töltjük (például káliumpermanganáttal) színezett alkohollal. A gumidugóba akkora lyukat fúrunk, hogy az üvegcsövet szorosan beilleszthessük. (Az üvegcsövet beszappanozva segíthetjük a törés nélküli beillesztést.) Lezáráskor ügyeljünk arra, hogy a dugó alatt ne maradjon levegő. A folyadékkal teli lombik lezárásakor az alkohol benyomul a csőbe. Akkor jó az eszközünk, ha az alkohol olyan magasra emelkedik a csőben, hogy 0 0C-on is látható. A hőmérő lineáris skálájának elkészítéséhez két hőmérsékleten kell megmérnünk a folyadékoszlop relatív magasságát. A folyadék felszínének (meniszkusz) megjelölése az üvegcsövön például befőttes gumi (cérna) rákötésével, vagy filctollal történhet. Helyezzük a lombikot a víz és jég keveréket tartalmazó edénybe, ahol az egyensúly beállta után, jelöljük a folyadék felszínét. (Keveréssel csökkenthető az egyensúly beállásához szükséges idő.) Ezután tegyük át a szobahőmérsékletű vizet tartalmazó edénybe, ahol a művelet megismétlendő. A szoba hőmérsékletét a rendelkezésére álló hőmérőről leolvashatjuk. Ezután mérjük meg hány centimétert változott a hőmérsékletváltozás hatására a csőben a folyadék felszíne, és milliméterpapíron készítsük el hőmérőnk skáláját, mely a lombik üvegcsövére illeszthető. Az elkészült „hőmérővel” meleg víz hőmérsékletét kell meghatározni. A hőmérőnek kialakított lombikot a melegvizes edénybe helyezzük. Az egyensúly kialakulása után, a meniszkusz helyzetét meghatározzuk, a víz hőmérsékletének értékét a skáláról leolvassuk. A mérendő víz hőmérséklete ne legyen a szoba hőfokánál lényegesen magasabb!
6
4. A légnyomás mérése Melde-csővel A szükséges eszközök: Melde-cső, keskeny modellező léc, milliméter-papír, ragasztó, Bunsen-állvány és -dió, lombikfogó, üveghenger, tálca, függőónos vagy papír szögmérő, szigetelőszalag, befőttesgumi. A Melde-cső 30-40 cm hosszú, 2-3 mm belső átmérőjű üvegcső, amelyben néhány centiméter hosszúságú higanyoszlop által bezárt levegő van. A csövet higannyal úgy tölthetjük meg, hogy nyitott végével lefelé, ferdén gázláng fölé tartjuk, és rövid idő múlva, (mikor a benne lévő levegő a melegítés hatására már kitágult), az üvegcső száját higanyba nyomjuk. Ekkor a csőbe a külső, nagyobb légnyomás higanyt nyom fel. A csövet kiemelve a higanyból, óvatosan megrázzuk, annyi higanyt rázunk ki belőle, hogy a nyitott végénél a csőben csak annyi higany maradjon, amennyivel a későbbiekben biztonságosan dolgozhatunk, ne kelljen félni attól, hogy kisebb rázkódásra a higany egy része kirázódhat a csőből. Megtölthetjük a csövet higannyal úgy is, hogy tálcára helyezett magas edénybe állítjuk. Addig a mélységig, ahol azt akarjuk, hogy a levegő oszlop vége legyen, vékony drótszálat vezetünk. A kiöntő edényből a drótszál mellett higanyt öntünk a csőbe. Ilyenkor a drótszál melletti résen a felesleges levegő eltávozik. A tálca és az üveghenger azért szükséges, hogy elkerüljük a higanycseppek szétszóródását. Ha a bezárt levegőoszlop nem elég hosszú, akkor a csövet függőlegesen tartva, vékony dróttal szúrjuk át a higanyoszlopot, ennek hatására a drótszál mellett levegő áramlik a csőbe. Vékony, 1,5-2 cm széles, a csőnél hosszabb modellező lécre milliméterpapír-csíkot ragasztunk, így a gázoszlop és a higanyoszlop hosszúságát könnyen és jó pontossággal mérhetjük. A Melde-csövet a lécre erősítjük két befőttes gumi segítségével. A lécre függőónos (papír) szögmérőt ragasztunk. A lécet a Bunsen-állványra erősített dióba fogott lombikfogóval rögzítjük. A lombikfogót a dió kúposan kiképezett csavarjával úgy fogjuk be, hogy a lombikfogó a dióban forgatható legyen.
7
III. Elektromosságtani kísérletek 1. Ekvipotenciális vonalak kimérése elektromos térben A szükséges eszközök: feszültségforrás (10 V egyenfeszültség), kétállású kapcsoló, feszültségmérő, milliméterpapír, átlátszó fenekű műanyag vagy üveg edény, víz, 2 db azonos méretű fémlap, fémlapokat a tálhoz rögzítő eszközök, vezetékek, krokodilcsipesz. A követelményrendszer a homogén elektromos tér szerkezetének ismeretét kéri. Nem a tér ettől eltérő, széleken mérhető inhomogenitását kell a vizsgázónak megmutatnia. Az elkészített eszköz ennek a célnak feleljen meg! Szerencsés, ha az elektródaként alkalmazott fémlapokat könnyen méretre vágható anyagból készítjük (réz, alumínium). Az edény megfelelő szemközti oldallapjait teljes egészében beboríthatják a fémlapok. A víz magassága a fémlapok méretének és az edény mélységének függvényében 1-2 cm lehet. A potenciál kimérésekor használt szigetelt vezeték rövid, nem szigetelt végét helyezzük pontosan a kívánt rácspontra, és tartsuk függőlegesen! Feszültségforrásként alkalmazhatunk két darab sorba kötött laposelemet! A feszültségmérő megfelelően nagy ellenállású és pontosságú eszköz legyen! Mintegy 15-25 ponton mérjünk, az adatok alapján az ekvipotenciális vonalak megrajzolandók. 2. Az ellenállások soros és párhuzamos kapcsolásának vizsgálata A szükséges eszközök: 2-3 db ellenállás vagy Holtz-állványokba fogható ellenálláshuzalok, laposelem tartóval, feszültségmérő, árammérő, röpzsinórok, krokodilcsipeszek, kétállású kapcsoló (Morsekapcsoló). Az ellenállások lehetnek: a) Két Holtz-állvány közé kifeszített ellenálláshuzalok. b) Célszerűen készülhetnek az ellenállások banánhüvelyekkel ellátott dobozba bekötött, kereskedelmi forgalomban kapható ellenállások felhasználásával. c) Taneszközgyártó által készített készlet részei.
A laposelemet célszerű alkalmas tartó eszközbe helyezni. Ez lehet egy laposelemmel működő zseblámpa doboza, ahol az elem csatlakozási helyeit banánhüvellyel, dugaszoló hellyel látjuk el, de készülhet a tartó egy falapból is, amelyre könnyen hajtható fémlemezzel (bilinccsel) és csavarokkal fogjuk fel az elemet. Az elem kivezetéseit fémesen, a falapra erősített banánhüvelyekre hajtjuk, kihasználva a laposelem kivezetéseinek rugalmasságát.
Sorba kapcsolt ellenállásokból áramkört állítunk össze. A feszültségmérővel megmérjük az egyes ellenállások kapcsain a feszültségeket, majd megmérjük a sorba kapcsolt ellenállásrendszer kapcsain az együttes feszültséget, és megvizsgáljuk az ellenállásokon folyó áram erősségét is.
8
Ezután az ellenállásokat párhuzamosan kapcsolva állítunk össze áramkört. Az árammérővel megmérjük az egyes ellenállásokon átfolyó áram erősségét, majd a főágban folyó áramot, megmérjük a kapocsfeszültséget is.
9
3. Az áramforrás belső ellenállásának meghatározása méréssel A szükséges eszközök: laposelem, kb. 15 cm x 10 cm x 5 cm méretű karton- vagy műanyag doboz, 2 db banánhüvely, feszültségmérő, árammérő, legalább 2 db eltérő értékű, 100 Ω nagyságrendű ellenállás, kb. 50-70 Ω ellenállás az elem belső ellenállásának növeléséhez, kétállású kapcsoló, röpzsinórok, krokodilcsipesz, esetleg tolóellenállás. A méréshez igen nagy belső ellenállású feszültségmérőt és elhanyagolható belső ellenállású árammérőt használunk, hogy ezek ellenállását a számításkor ne kelljen tekintetbe venni. Célszerűen alkalmazhatók a taneszköz gyártó által készített demonstrációs műszerek. A kísérlethez lehetőleg új laposelemet használjunk! . R
RB
U0
I
K
U
Különböző terhelő ellenállások mellett megmérjük a telep kapocsfeszültségét és a rajta átfolyó áram erősségét. Mivel a 4,5 V-os laposelem belső ellenállása igen kicsi, a mérést csak az áramforrás nagy terhelése mellett végezhetnénk úgy, hogy jól megkülönböztethető értékeket kapjuk, ekkor azonban a belső ellenállás a mérés közben számottevően változna. Ezt a problémát elkerülendő, „alkalmas” áramforrást kell készítenünk, hogy a „belső ellenállás” nagyobb legyen. (Megnövelt belső ellenállású áramforrást készítünk.) Egy kartondoboz fedelén két lyukat ütünk, ezekbe egy-egy banánhüvelyt rögzítünk. A dobozban elhelyezzük a laposelemet és vele sorba kötve az ellenállások közül a legkisebb ellenállásút, és a két kivezetést egy-egy banánhüvelyhez kötjük. A dobozt lezárva, azt mint áramforrást használjuk.
Az előző kísérleti összeállításban külső ellenállásként tolóellenállást használva a mérést igényesebben végezhetjük el, ha felvesszük a kapocsfeszültség−áramerősség diagramot. Ekkor úgy járunk el, hogy a terhelő ellenállásként használt tolóellenállás értékét a csúszó érintkező eltolásával változtatjuk. Ügyelni kell arra, hogy a terhelő ellenállás változtatásának intervallumait jól válasszuk meg, ugyanis nagy terhelés esetén a kapocsfeszültség olyan kicsit változhat, hogy diagramunk értékelhető legyen.
10
Végezhetjük a mérést úgy is, hogy a két „külső” ellenállás értékét megadjuk, azaz ismert külső ellenállásokkal dolgozunk. R I
UO
K
UK
4. Indukált feszültség vizsgálata A szükséges eszközök: 2 darab 1200 menetes egyenes vasmagos tekercs, 50 Hz-es törpefeszültségű feszültségforrás, váltóáramú feszültségmérő, tolómérő (vagy más alkalmas távolságmérő eszköz), vezetékek. A tanulók munkáját könnyíti, ha egy megfelelő nagyságú „vályúban” helyezzük el a két egyforma tekercset, vagy legalább a tekercsek egyik oldalát egy rögzített, függőleges laphoz támaszthatják. A mérés során így biztosítható a tekercsek szimmetriatengelyeinek egybeesése. Lehetőség nyílik ily módon egy mérőszalag felragasztására a tekercsek mellé, ami nagyon megkönnyíti a kritikus távolságmérést. Induláskor célszerű megmérni a tanulónak a tápegység beállított feszültségének értékét. Ezután a mérést x = 0 pontnál, érintkező vasmagokkal kezdhetik. Elegendő számú (8-12) távolságban mérjünk, hogy a függvény menete jól kirajzolódjon. 5. A domború lencse képalkotása és fókusztávolságának meghatározása A szükséges eszközök: nagyobb átmérőjű domború lencse, óraüvegre rögzített gyertya, gyufa, vagy izzólámpa, optikai pad vagy 2 db állvány dióval és fogóval, ernyő, mérőszalag. A domború lencse elé a kétszeres fókusztávolságon kívül elhelyezett gyertyáról a fókusz és a kétszeres fókusztávolság között figyelhetünk meg képet. A tárgyat a lencséhez közelítve, a kép nagysága változik. A kísérletet optikai padon finomabban állíthatjuk be. Megmérve a tárgy és a kép távolságát, kiszámítható a fókusztávolság.
11
IV. Atomfizika, magfizika témakörére vezető kísérletek 1. A hang sebességének mérése állóhullámokkal A szükséges eszközök: legalább 500 cm3-es mérőhenger, mindkét végén nyitott, a hengerbe illeszthető üvegcső, ismert rezgésszámú hangvillák, kalapács, víz, szigetelő szalagcsík vagy filctoll, mérőszalag, Bunsen-állvány, -dió, fogó. Az üvegcső javasolt hossza mintegy 40-50 cm, legyen elegendően hosszú ahhoz, hogy a hangvillák frekvenciájára rezonálhasson. A mérőhengert megtöltjük vízzel, beleállítjuk a csövet. A csövet úgy fogjuk állványba, hogy könnyen emelhető, süllyeszthető legyen! A cső végéhez tartott, megütött hangvilla rezgése akkor erősödik fel (válik hangossá), amikor a cső vízből kiálló hossza lehetővé teszi, hogy benne állóhullám alakuljon ki. (Hosszabb csövek esetén kialakulhat nemcsak az alaphang, melyet mérni szándékozunk, hanem az első felharmonikus is). A hangvillát is rögzíthetjük az állványhoz. Figyeljünk arra, hogy a hangvilla villa része a cső tengelyére merőleges (vagy azzal megegyező) síkba kerüljön! A hangvilla vége (a nagy amplitúdójú rezgés) kerüljön a cső szája fölé. Rezonancia esetén megjelöljük, meddig merül a henger a vízbe, majd a henger mellé mérőszalagot illesztve, lemérjük a cső vízből kiálló részének hosszát, és a megfelelő összefüggésekből kiszámítjuk a hang terjedésének sebességét. 2. A csúszási súrlódási együttható mérése vízszintes talajon A szükséges eszközök: kb. 250 g tömegű fahasáb, rugós erőmérő, a fahasábra helyezhető, kb. 50-100 g tömegű testek, 80-100 cm hosszú, 20 cm széles, érdességükben eltérő felületű lapok, ragasztószalag a lapok és a fémkorongok rögzítéséhez, S-kampó, U-szög. A fahasábba ütött kis U-szögbe akasztjuk az S-kampót, ehhez pedig, esetleg fonál közbeiktatásával akasztjuk az erőmérőt. Az S-kampót lágyabb fémhuzalból gömbölyű fogóval hajthatjuk. A fahasábot a vízszintes felületre helyezve, a rugós erőmérő közbeiktatásával húzzuk, indításnál esetleg kissé megtoljuk.
3. Izzólámpa ellenállásának vizsgálata Szükséges eszközök: 4,5 voltos (esetleg 1,5 voltos) izzólámpa foglalatban, 0–4,5 V határok között változtatható feszültségforrás (tápegység, vagy feszültségosztóval megvalósított kompakt áramkör), feszültségmérő, árammérő, kapcsoló, vezetékek. A mérés az izzó ellenállásának hőmérsékletfüggését mutatja. A cél a jelenség kimutatása, a kapott adatok ábrázolása. Az összeállított áramkörben a mérést az izzó üzemi feszültségén (kérjük, hogy ezt az adatot adják meg a mérést végző tanulóknak!) és szokás szerint, maximális méréshatárú árammérő mellett kezdjük. A méréshatárt fokozatosan változtatva keressük meg a körben folyó áram erősségét.
12
A méréshez megfelelően érzékeny mérőeszközök szükségesek. Mérés közben, a szükséges méréshatár-váltáskor, ellenőrizzük, hogy műszerünk ugyanazt az értéket mutatja-e! 4. Fényelhajlás optikai rácson, a fény hullámhosszának meghatározása A szükséges eszközök: a) optikai pad lovasokkal, kereskedelmi forgalomban kapható izzólámpa (egyenesszálú), kb. 6 V, 5 W-os, milliméter-beosztású mérőléc, ismert rácsállandójú optikai rács, rés, színszűrő. vagy: b) lézer (elegendő az előadásokon használt, úgynevezett fénymutató lézer), optikai rács, ernyő, mérőszalag, a rácsot illetve az ernyőt tartó állvány vagy optikai pad lovasokkal. a) A lámpa elé közel helyezzük el egy tartóban a rést és a mérőlécet úgy, hogy az izzószál a skála 0 beosztásával essék egy vonalba! A színszűrőt az optikai rács és a mérőléc közötti távolságon helyezzük el! Az optikai rács az izzótól 40-60 cm-re kerülhet. Keresztülnézve a rácson a lámpa felé, leolvassuk a mérőlécen az első világos csík és a középső világos csík egymástól való távolságát, valamint lemérjük a rács távolságát a skálától. A rácsállandó ismeretében a hullámhossz kiszámítható. (A méréshez szükséges elrendezést régen a Tanért optikai pad készletének kiegészítéseként árult, 50 cm-es optikai paddal lehetett beszerezni). A mérés megismételhető különböző rács−skála távolsággal. A mérőléc kb. 2 cm széles, 40-50 cm hosszú, vékony fém- vagy keményebb kartonlap, amelyen fehér alapon fekete milliméter-beosztás van. b) Rögzítsük a lézert, elé fixen helyezzük el az optikai rácsot, tőlük távolabb az ernyőt! Mérjük meg az első maximum távolságát és a rács−ernyő távolságot! A mérést többféle rács−ernyő távolságnál lehet elvégezni. Ügyelni kell arra, hogy a fényforrásba ne nézzünk bele!
13
Gravitáció, csillagászat témakörére vezető kísérletek 1. Az üveg törésmutatójának mérése Hartl-korong segítségével A szükséges eszközök: Hartl-korong, üveg félkorong, Reuter-lámpa (vagy ennek megfelelő fényforrás, (esetleg lézer), áramforrás a lámpához, A4-es papírlap, milliméter-beosztású vonalzó, körző, ceruza, radír. a) Ha a korongon van szögbeosztás: A Hartl-korongra rögzítjük az üveg félkorongot úgy, hogy a 0°-nál beeső fénysugár a félkorong középpontján haladjon át és a félkorongból irányváltozás nélkül lépjen ki. Fokozatosan elforgatva a Hartl-korongot, a kerületén lévő szögbeosztás segítségével leolvashatjuk a beesési és a törési szögeket. b) Ha a korongon nincs szögbeosztás: A papírra a félkorongnál nagyobb sugarú kört rajzolunk, meghúzzuk az egymásra merőleges két átmérőt. A korongra helyezzük a papírlapot úgy, hogy a beeső fénysugár az egyik meghúzott átmérő vonalában haladjon. Majd az üveg félkorongot is rögzítjük úgy, hogy középpontja a papíron lévő kör középpontjába essen. Úgy állítjuk be, hogy a középpontba beeső fénysugár változatlan irányban haladjon tovább. A Hartl-korongot fokozatosan elforgatva mindig bejelöljük a kör kerületén a beeső és a megtört fénysugár haladási irányának a helyét. Levéve a papírt a korongról, berajzoljuk a fény-utakat. Lemérve a megfelelő távolságokat, meghatározzuk a törésmutató értékét. 2. A nehézségi gyorsulás értékének meghatározása fonálingával A szükséges eszközök: kb. 3 cm hosszú és 1 cm átmérőjű hengerre csavart kb. 1,5 m hosszú, könnyű fonál, a fonálon függő kis fémtest (esetleg ingatest) vagy ingatartóba fogott fonálinga, vagy lombikfogóba befogható, kis hengerre csavart zsinegen függő ingatest, Bunsen-állvány és -dió, lombikfogó, mérőszalag, stopperóra, egyenes vonalzó. Az ingatartó azért szükséges, hogy a fonál hosszát jó pontossággal mérhessük. Az ingatartó elkészítésének több módja lehet: 1. Ha a fonalat hengerre csavarjuk, a fonál hosszát a fonál függőleges helyzetében, a hengernél lévő érintési ponttól mérjük. 2. Készíthetünk egyszerű ingatartót két darab néhány milliméter vastag, kb. 1 x 3 cm méretű lécből is úgy, hogy a fonalat az egyik fadarabra csavarjuk, majd a két lécet összefogva lombikfogóban rögzítjük. 3. Bunsen-dióba fogható vastagságú nyélre egymáshoz simuló két fémlemezt erősítünk, és a lemezeket rajtuk átmenő menetes csavarral szorítjuk össze, miután a megfelelő hosszúságnál a fonalat a két lemez közé helyeztük. 4. Ingatartóként használhatunk fogóba rögzített ruhacsipeszt is. A Bunsen-állványt – amelyre a dió és a lombikfogó segítségével a fonalat tartó hengert erősítettük – az asztal szélén úgy helyezzük el, hogy a fonál teljes hosszát ki tudjuk használni. Az ingát az egyenes vonalzó segítségével hozzuk lengésbe.
14
A legalább 1,2-1,5 m hosszú fonálingát kis kitérésű (α < 5°) lengésbe hozzuk. Több mérést úgy végezhetünk, hogy változtatunk a fonál hosszán (legalább 10-15 cm-t). Megmérjük az inga hosszát, és több lengésszám méréséből meghatározzuk a lengésidőt.
15
