Top Banner
A természettudományos oktatás komp- lex megújítása a Révai Miklós Gimnázi- umban és Kollégiumban” Munkafüzet FIZIKA 12. évfolyam Juhász Zoltán TÁMOP-3.1.3-11/2-2012-0031
104

Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Mar 04, 2020

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

A természettudományos oktatás komp-

lex megújítása a Révai Miklós Gimnázi-

umban és Kollégiumban”

Munkafüzet

FIZIKA

12. évfolyam

Juhász Zoltán

TÁMOP-3.1.3-11/2-2012-0031

Page 2: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

TARTALOMJEGYZÉK

Bevezetés ........................................................................................ 3

A laboratórium munka és balesetvédelmi szabályzata ............................ 4

1. Ütközések ............................................................................... 6

2. Tehetetlenségi nyomaték ......................................................... 12

3. Perdület ................................................................................ 16

4. Mechanikai energia ................................................................. 21

5. Gáztörvények ......................................................................... 26

6. Felületi feszültség ................................................................... 31

7. Hőtan ................................................................................... 36

8. Csillapodó rezgőmozgás, Kényszerrezgés, Rezonancia ................. 40

9. Mechanikai hullámok ............................................................... 45

10. Van de Graaff – generátor ....................................................... 50

11. Potenciál ............................................................................... 54

12. Az ellenállás hőmérsékletfüggése ............................................. 59

13. Áramforrások ......................................................................... 65

14. Lorentz erő ............................................................................ 69

15. Váltakozó áram ...................................................................... 73

16. LED ...................................................................................... 78

17. Napelemek ............................................................................ 82

18. Az anyag hullámtermészete ..................................................... 87

19. Csillagászat ........................................................................... 91

20. Statisztikus fizika ................................................................... 96

Fogalomtár .................................................................................. 101

Források ...................................................................................... 104

Page 3: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 3 –

BEVEZETÉS

Kedves Diákok!

Régen született már olyan fizika könyv, amely kifejezetten a kísérleteket

helyezi a középpontba, s azokon keresztül mutatja be a fizika csodálatos

világát. A Révai Miklós Gimnázium laboratóriumában minden feltétel adott

ahhoz, hogy ne csak tanuljuk, hanem átéljük, s igazán megszeressük azt.

Így saját tapasztalataink révén nyerjünk új ismereteket, s ez által kiala-

kuljon, ill. elmélyüljön a természettudományos gondolkodásmódunk. Eh-

hez nyújt segítséget a TÁMOP 3.1.3 pályázat keretében megjelent sorozat,

amely a teljes általános és középiskolás fizika anyagot lefedi, a kezdetek-

től az érettségiig.

A sorozat 12. évfolyamosoknak szóló része, már kifejezetten a faktos, ér-

deklődő diákoknak szól, néha különleges problémákat feszegetve, kedv-

csinálandó a kutató munkához. Mindazonáltal egy-egy kísérlet elvégzése

és megértése nem igényel több ismeretet, mint ami a középiskolában

megszerezhető.

A munkafüzet egy-egy fejezete egy-egy érdekesebb témát jár körbe, fele-

leveníti a kísérletekhez kapcsolódó elméleti ismereteket, és mérési gya-

korlatokat tartalmaz.

Jó munkát, kellemes időtöltést!

A szerző

Page 4: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 4 –

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 rész-

ben (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 alkal-

mazott eszközök, demonstrációs anyagok nem sérültek, rongálódtak-

e. Hiba esetén értesítsük a laboratórium személyzetét.

5. A kísérleti eszközöket, anyagokat, csak és kizárólag rendeltetésszerű-

en, 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 elen-

gedhetetlen feltétele a rend és fegyelem.

9. A sérülések, balesetek elkerülése érdekében a foglalkozást vezető ta-

nár folyamatosan nyomon követi a kísérletek előkészítését és végre-

hajtásának menetét. Bármilyen gond, probléma esetén, azonnal jelez-

zünk 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 károsod-

hatnak.

11. A laboratóriumból történő távozást megelőzően győződjünk meg róla,

hogy a helyiségben tűz-, balesetveszélyes helyzetet nem hagyunk hát-

ra. A laboratórium működési rendjének megfelelően hajtsuk végre az

áramtalanítást.

12. Baleset esetén a lehető leggyorsabban mérjük fel a sérülés, illetve sé-

rülések mértékét, kezdjük meg a sérültek ellátását. Amennyiben úgy

ítéljük meg, kérjük az iskola egészségügyi személyzetének segítségét,

Page 5: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 5 –

vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-

telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók tevékenységét illető-

en, elkerülve ezzel a további balesetek bekövetkezését, illetve az eset-

leges 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 fe-

szültségmentes állapotban kerüljenek összeállításra, azt követően csak

ellenőrzés után, és engedéllyel kössék rá a tápfeszültséget. Üzemza-

var 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 működtetésé-

ben. 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!

Page 6: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 6 –

ÜTKÖZÉSEK

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Mit értünk egy test impulzusán?

Mond ki a lendület-megmaradás tételét.

Mikor beszélünk tökéletesen rugalmas, ill. rugalmatlan ütközés-

ről? Jellemezd az energiaviszonyokat e két ütközésfajtánál.

Ismétlő feladatok:

1. Egy 4 kg tömegű test 6m/s nagyságú sebességgel halad, vele

szemben jön egy 10kg tömegű másik test. Tökéletesen rugalma-

san ütköznek.

a. Mekkora a második test kezdeti sebessége, ha az ütközés után

állva marad?

b. Mekkora lesz az első test sebessége az ütközés után?

Page 7: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 7 –

2. Homokzsák lóg egy 2m hosszú kötélen, a zsák tömege 20kg. Be-

lehajítunk egy 2kg tömegű dárdát 20m/s sebességgel. Mekkora

szöggel térül ki a zsák kötele?

1. kísérlet – Rugalmatlan ütközés vizsgálata

Eszközök:

Légpárnás sín tartozékokkal (levegőbefújó, lovasok azaz „kiskocsik”,

rugalmas ütközők, nehezékek, fémtüske stb.)

Sorozatképet készítő fényképezőgép

mérleg, számítógép, képfeldolgozó szoftver, nyomtató, gyurma

1. ábra

A kísérlet leírása:

Vízszintezzük ki a légpárnás sínt. Helyezzünk a sínre két nem feltét-

lenül azonos, de ismert tömegű kiskocsit olyan ütközőkkel, hogy

összeragadjanak ütközéskor, az egyiket középre a másikat az egyik

szélére. Kapcsoljuk be a légfúvót és lökjük meg a szélső kiskocsit. E

közben egyik társunk készítsen a fényképezőgéppel kis időközű so-

rozatképet. A kapott képeket számítógéppel helyezzük egymásra.

Értékeljük ki a felvételeket.

A fényképezőgép minél messzebb, a sínre merőlegesen helyez-

kedjen el.

A felvételi időközökből állapítsuk meg a kiskocsik ütközés előtti és

ütközés utáni sebességét, lendületét.

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

Ismételjük meg a kísérletet más kiskocsi tömegekkel is.

Page 8: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 8 –

Nyomtassunk ki egy képet és illesszük be a munkafüzetbe. Jelöl-

jük meg melyik.

Vonjuk le következtetéseinket.

A számolás menete általánosan:

Mérési jegyzőkönyv:

A fényképezőgép zárnyitási időközei. ∆t=

m1= m2= m1+m2=

∆s1 v1 p1 ∆s2 v2 p2 ∆s v p

1.

2.

A fényképezőgép zárnyitási időközei. ∆t=

m1= m2= m1+m2=

∆s1 v1 p1 ∆s2 v2 p2 ∆s v p

1.

2.

A mozgás felvétele:

Page 9: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 9 –

Észrevételeink:

Miért nehézkes a mérést úgy végrehajtani, hogy mindkét kiskocsi

mozog kezdetben?

Hogyan lehetett volna még a rendelkezésre álló eszközökkel iga-

zolni a lendület-megmaradást?

2. kísérlet – Rugalmas ütközés vizsgálata

Eszközök:

Légpárnás sín tartozékokkal (levegőbefújó, lovasok azaz „kiskocsik”,

rugalmas ütközők, nehezékek, fémtüske stb.)

Sorozatképet készítő fényképezőgép

mérleg, számítógép, képfeldolgozó szoftver, nyomtató, gyurma

2. ábra

A kísérlet leírása:

Kapcsoljuk be a légfúvót és vízszintezzük ki a légpárnás sínt. He-

lyezzünk a sínre kezdetben két azonos, ismert tömegű kiskocsit ru-

galmas ütközőkkel, az egyiket középre a másikat az egyik szélére.

Lökjük meg a szélső kiskocsit, e közben egyik társunk készítsen a

fényképezőgéppel kis időközű sorozatképet. A kapott képeket szá-

mítógéppel helyezzük egymásra. Értékeljük ki a felvételeket.

A fényképezőgép minél messzebb, a sínre merőlegesen helyez-

kedjen el.

Page 10: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 10 –

A felvételi időközökből állapítsuk meg a kiskocsik ütközés előtti és

ütközés utáni sebességét, lendületét.

Ismételjük meg a kísérletet más kiskocsi tömegekkel is úgy, hogy

a nagyobb tömegűt lökjük neki az álló helyzetűnek.

Nyomtassunk ki egy képet és illesszük be a munkafüzetbe. Jelöl-

jük meg melyik.

Vonjuk le következtetéseinket.

A számolás menete általánosan:

Mérési jegyzőkönyv:

A fényképezőgép zárnyitási időközei. ∆t=

m1= m2=

∆s1 v1 p1 E1 ∆s2 v2 p2 E2

ü. előtt

ü. után

ütközés előtt: pö= Eö=

ütközés után: pö’= Eö’=

m1= m2=

∆s1 v1 p1 E1 ∆s2 v2 p2 E2

ü. előtt

ü. után

ütközés előtt: pö= Eö=

ütközés után: pö’= Eö’=

Page 11: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 11 –

A mozgás felvétele:

Észrevételeink:

Miért a nagyobb tömegű testet célszerű nekilökni a kisebb töme-

gűnek?

Feladatok:

1. Egy 2 kg tömegű test 4m/s sebességgel halad kelet felé, egy má-

sik szintén 2 kg tömegű test pedig észak felé halad 8m/s sebes-

séggel. Teljesen rugalmatlanul összeütköznek.

a. Mekkora lesz a közös sebességük?

b. Milyen irányban haladnak tovább?

Page 12: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 12 –

TEHETETLENSÉGI NYOMATÉK

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Mit értünk szöggyorsulás alatt?

Hogyan definiáljuk a tehetetlenségi nyomatékot?

Mit értünk tömegpont, ill. merev test impulzusmomentumán?

Mond ki a dinamika alaptörvényét rögzített tengely körül forgó

merev testekre.

Hogyan számoljuk ki a forgómozgást végző test forgási energiá-

ját?

Jellemezd néhány szóval, hogy a föld gravitációs terében eldobott

kő hogyan fog mozogni.

Page 13: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 13 –

Ismétlő feladatok:

1. Egy a forgástengelyénél a plafonra rögzített 2kg tömegű 10cm

sugarú csigára tekert kötélre szintén 2kg tömegű testet akasz-

tunk.

a. A test mekkora gyorsulással kezd lefelé csévélődni?

b. Mekkora a csigát a plafonhoz rögzítő erő?

1. kísérlet – Tehetetlenségi nyomaték meghatározása.

Eszközök:

Állítható hajlásszögű lejtő, mérőszalag.

1-1 azonos tömegű és sugarú korong, gyűrű és golyó

Fénykapus időmérő, illetve annak hiányában stopper.

3. ábra

A kísérlet leírása:

Rögzítsük és mérjük meg a lejtő hajlásszögét. Állítsuk be a kívánt

értékre a fénykapuk távolságát úgy, hogy a próbatest elindulásának

pillanatában induljon az idő mérése. Helyezzük fel az egyik testet és

mérjük meg az időt amíg legurul a lejtőn.

A kísérletet ismételjük meg többféle lejtőhajlásszög esetén is.

A mért értékeket jegyezzük fel a mérési jegyzőkönyvbe, és szá-

moljuk ki az egyes esetekben a tehetetlenségi nyomatékot.

Ismételjük meg az eljárást a többi próbatestre is.

Page 14: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 14 –

Egyszerű átlagolással adjuk meg a próbatestek tehetetlenségi

nyomatékának értékét.

Vessük össze az eredményeinket az irodalmi értékekkel.

A számolás menete általánosan:

Mérési jegyzőkönyv:

Az I. test típusa: ………………

α s t a θ

1.

2.

3.

4.

5.

A II. test típusa: ………………

α s t a θ

1.

2.

3.

4.

5.

Page 15: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 15 –

A III. test típusa: ………………

α s t a θ

1.

2.

3.

4.

5.

A kapott értékeket hasonlítsuk össze az irodalmi értékekkel. Mit

tapasztalunk?

Hasonlítsuk össze, az egyes testek lejtőn való legurulási idejét

egy adott hajlásszög és ugyanazon távolság esetén. Mit tapasz-

talunk? Magyarázzuk meg.

Feladatok:

1. Vízszintes talajon 10cm sugarú 2kg tömegű korongot húzunk az

ábrán látható módon 6N erővel. A korong tisztán gördül. Mekkora

lesz a korong gyorsulása?

4. ábra

2. Ha az ismétlő feladatsor 1. példájában a lefelé induló test 2m-re

van a talajtól, akkor mekkora sebességgel csapódik abba bele?

a. Oldjuk meg a feladatot az energiaviszonyok vizsgálatával is.

Page 16: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 16 –

PERDÜLET

Elméleti áttekintés, ismétlés:

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

impulzusmomentumán?

Mond ki a perdülettételt zárt rendszerre!

Fogalmazd meg a perdülettételt általánosan.

Hogyan számoljuk ki a forgatási teljesítményt?

Miért tudunk biciklizni?

Mi az a precesszió?

Page 17: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 17 –

Ismétlő feladatok:

1. Egy5kg tömegű 10cm sugarú tömör korong rögzített tengely kö-

rül forog. Kerületi pontjainak a sebessége kezdetben 36km/h, ez

a sebesség 10 másodperc alatt megduplázódik.

a. Mekkora a kezdeti perdülete?

b. Mekkora forgatónyomaték hat rá a gyorsító szakaszban, ha

tudjuk, hogy a gyorsulás egyenletes volt.

c. Mekkora átlagos teljesítményt fejtett ki a gyorsító motor a ko-

rongra?

1. kísérlet – Perdületmegmaradás I.

Eszközök:

Forgó zsámoly (szék), 2db súlyzó

Markoló tengellyel és ólomnehezékkel ellátott „biciklikerék”.

A kísérlet leírása:

Egyik társunkat kérjük meg, hogy üljön rá a for-

gózsámolyra, fogja kezébe a két súlyzót, tartsa

ki oldalra. Hozzuk lassú forgásba a rendszert.

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

Ismételjük meg a kísérletet többször is.

Mit tapasztalunk?

Egyik társunkat kérjük meg, hogy üljön rá a forgó-

zsámolyra. Adjuk a kezébe a „biciklikereket úgy,

hogy tartsa vízszintesen. Hozzuk gyors forgásba a

kereket, miközben, a zsámolyt rögzítjük.

5. ábra

6. ábra

Page 18: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 18 –

Kérjük meg a társunkat, hogy szép lassan fordítsa meg a kereket

forgás közben.

Ismételjük meg a kísérletet többször is.

Mit tapasztalunk?

Észrevételeink:

2. kísérlet – Perdületmegmaradás II.

Eszközök:

Markoló tengellyel és ólomnehezékkel ellátott „biciklikerék”.

kötél.

A kísérlet leírása:

Kössük rá a kötelet a biciklikerék tengelyére. A kerék tengelyét víz-

szintesen tartva hozzuk gyors forgásba azt. A kötet tartva, engedjük

ránehezedni a biciklikereket és csak annál fogva tartsuk.

Mit tapasztalunk?

Magyarázzuk meg a jelenséget!

Észrevételeink:

A jelenség magyarázata:

Page 19: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 19 –

3. kísérlet – Perdületmegmaradás III.

Eszközök:

Asztal szélére szerelhető tűs csapágya-

zású forgó tengely.

Alumínium keresztrúd és rajta könnyen

mozgó egyforma tömegű súlypár.

Mérleg, cérna, gyufa, stopper.

A kísérlet leírása:

Mérjük meg a súlyok tömegét. A tengely és a keresztrúd tömegét

tekintsük elhanyagolhatónak. Toljuk be a súlyokat teljesen és kös-

sük össze őket cérnával. Mérjük meg a középpontjuk távolságát a

forgástengelytől.

Számoljuk ki a rendszer tehetetlenségi nyomatékát így, és úgy is,

hogy a súlyok kint vannak teljesen a keresztrúd végén az ütközőnél.

Hozzuk forgásba a rendszert, és mérjük meg stopperral, hogy

mennyi idő alatt tesz meg tíz teljes fordulatot.

Gyufával égessük el a madzagot.

Mit tapasztalunk?

Mérjük meg így is, hogy mennyi idő alatt tesz meg tíz teljes for-

dulatot a rendszer.

Számoljuk ki a perdületeket.

Ismételjük meg a kísérletet többször is, más kezdő tehetetlenségi

nyomatéknál, és más kezdeti szögsebesség értéknél is.

A számolás menete általánosan:

Mérési jegyzőkönyv:

m=

z t r θ L

előtte:

utána:

7. ábra

Page 20: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 20 –

z t r θ L

előtte:

utána:

z t r θ L

előtte:

utána:

Észrevételeink:

Feladatok:

1. Egy lyukas, súrlódásmentes asztalon hosszú fonál van átfűzve.

Mindkét végére 2kg tömegű testet kötve a felsőt 5m/s sebesség-

gel elindítjuk az asztallapon a kötélre merőlegesen. A kötél hosz-

sza ekkor éppen 20cm.

a. A lógó test ez után felemelkedik vagy lesüllyed?

b. A válaszunkat számítással igazoljuk!

Page 21: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 21 –

MECHANIKAI ENERGIA

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Mit nevezünk konzervatív erőtérnek és potenciális energiának?

Hogyan számoljuk ki a gravitációs tér potenciális energiáját ho-

mogén és inhomogén esetben?

Egy test kinetikus energiája alatt mit értünk?

Mit nevezünk mechanikai energiának?

Mond ki a mechanikai energia megmaradás tételét!

Mikor nevezünk egy testet kötött állapotúnak?

Page 22: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 22 –

Mond ki a munkatételt!

Ismétlő feladatok:

1. Egy gödör 4m mély. Benne egy 0,2kg tömegű labdát 2m mély-

ségben vízszintesen eldobunk 6m/s sebességgel.

a. Kötött állapotú-e a labda?

b. Mekkora lehet a labda maximális sebessége?

c. Milyen magasra emelkedhet fel legfeljebb?

1. kísérlet – Forgási energia

Eszközök:

Ismert tömegű és sugarú tömör csiga.

Két különböző tömegű ismert nehezék.

Mérőszalag, stopper, madzag.

A kísérlet leírása:

Állítsuk össze az ábrán látható elrendezést. Ügyeljünk ara, hogy a

csigán átvetett madzag ne csússzon meg, a csiga tömege össze-

mérhető legyen a nehezékekével. Mérjük meg a nehezebbik, felső

test magasságát a talajtól úgy, hogy közben a kisebbik súly a tala-

jon nyugszik. Engedjük el a rendszert, miközben elindítjuk a stop-

pert.

Mérjük meg többször is, hogy a nagyobbik súly mennyi idő alatt

ér le a talajra.

Töltsük ki a mérési jegyzőkönyvet.

8. ábra

Page 23: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 23 –

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

Egybevág-e a mért érték az elméleti megfontolásokkal?

A számolás menete általánosan:

Mérési jegyzőkönyv:

A kisebbik tömeg:

A nagyobbik tömeg:

A csiga tömege:

A talajtól mért távolság:

t v Eforgási

1.

2.

3.

Azaz:

Eforgási=

Másrészről, a tehetetlenségi nyomaték segítségével kiszámolva:

Eforgási=

Tapasztalat:

Page 24: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 24 –

2. kísérlet – Az energiaveszteség meghatározása

Eszközök:

Könnyű, asztalra rögzíthető csiga.

Ismert tömegű fahasáb akasztóval és nehe-

zék

madzag, mérőszalag, stopper.

A kísérlet leírása:

Állítsuk össze az ábrán látható elrendezést. Ügyeljünk ara, hogy a

csiga tömege a két test tömegéhez képest elhanyagolható legyen. A

rendszer rögzített helyzetében mérjük meg a lelógó test talajtól

mért magasságát. Engedjük el a rendszert, miközben elindítjuk a

stoppert.

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

a talajra.

Töltsük ki a mérési jegyzőkönyvet.

Számoljuk ki, a mechanikai energiaveszteséget.

A számolás menete általánosan:

Mérési jegyzőkönyv:

Az asztalon lévő tömeg:

A lelógó tömeg:

A talajtól mért távolság:

Az összes munkavégzés: Wö=

9. ábra

Page 25: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 25 –

t v Wh Ws

1.

2.

3.

Azaz, az energiaveszteség:

Wsúrlódási=

Milyen adatot tudunk még ebből meghatározni?

Feladatok:

1. A csillagászok észlelnek egy a Föld felé száguldó szikladarabot. A

mérések szerint az elszabadult aszteorida 2000 tonnás és a se-

bessége 106km távolságban éppen 2km/s volt. A számítások sze-

rint a Föld középpontjától 40000km-re fog elhaladni a bolygónk

mellett.

a. Vissza fog-e térni később?

b. Mekkora lesz a sebessége, amikor elhalad a Föld mellett?

Page 26: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 26 –

GÁZTÖRVÉNYEK

Elméleti áttekintés, ismétlés:

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

nyeket.

Mond ki az ideális gáztörvényt!

Mit tekintünk ideális gáznak?

Milyen kapcsolat van a Boltzmann állandó és az univerzális gázál-

landó között?

Rajzolj az ábrába izobár, izochor, és izoterm folyamatokat.

Page 27: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 27 –

Ismétlő feladatok:

1. Meldecsőben a 10cm hosszú higanyoszlop 20cm magas levegő-

oszlopot zár be, ha a cső nyitott vége felfelé áll. A légköri nyomás

105Pa, a higany sűrűsége 13600kg/m3. Mekkora a bezárt levegő-

oszlop hossza, ha a cső

a. vízszintes helyzetű?

b. függőleges helyzetű és a nyitott vége lefelé fordul?

2. Egy autógumi hőmérséklete a reggeli órákban 150C, ekkor a ke-

rék belsejében a túlnyomás 2bar. A tulajdonos kinn hagyja a

járművet a tűző napon és ott a gumi 500C-ra melegszik. Mekkora

lesz a kerék belsejében a nyomás?

Page 28: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 28 –

1. kísérlet – Boyle - Mariotte törvény

Eszközök:

2 db eltérő hosszúságú higanyoszlopot be-

záró Melde-cső. (Egyik végén zárt üveg-

cső, középtájon bezárt higannyal.)

Állvány, mérőszalag, szögmérő

A kísérlet leírása:

Rögzítsük a Melde-csövet nyitott végével függőlegesen fölfelé. Mér-

jük meg a higanyoszlop hosszát. Mérjük meg a bezárt levegőoszlop

hosszát. Számoljuk ki a pV szorzatot úgy, hogy a cső állandó ke-

resztmetszetét meghagyjuk paraméterként. A higanyoszlop nyomá-

sát is mérhetjük Hgmm-ben.

Forgassuk el a Melde-csövet 450-kal. Mérjük meg újra a bezárt

levegőoszlop hosszát. A higanyoszlop magasságát számolással

határozzuk meg.

Számoljuk ki e helyzetben is a PV szorzatot.

Ismételjük meg az eljárást mindaddig, amíg a cső szája függőle-

gesen lefelé nem néz.

Ismételjük meg a kísérletet a másik, eltérő hosszúságú higany-

oszlopot bezáró Melde-csővel is.

A számolás menete általánosan:

Mérési jegyzőkönyv:

hHg= hHg=

α l p pV α l p pV

1.

2.

3.

4.

5.

10. ábra

Page 29: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 29 –

A pV szorzatokat megvizsgálva mit tapasztalunk a két esetben?

2. kísérlet – Gay-Lussac I. törvénye

Eszközök:

főzőpohár, vasháromláb, tűzfogó fémháló, állvány

bunsen vagy borszesz égő

ferde hosszú nyakú, ismert térfogatú lombik hi-

ganycseppel.

filctoll, hőmérő

A kísérlet leírása:

Helyezzük a főzőpoharat a vasháromlábra és rögzítsük állványon a

lombikot úgy, hogy az belelógjon a főzőpohárba az ábrán látható

módon. Töltsünk hideg vizet a főzőpohárba, hogy a lombikot ellepje.

Helyezzük bele a főzőpohárba a hőmérőt is. Várjunk, amíg beáll a

termikus egyensúly.

Jelöljük meg a higanycsepp helyzetét, jegyezzük fel a víz hőmérsék-

letét és a bezárt gáz kezdeti V0 térfogatát.

Kezdjük el melegíteni a vizet.

A higanycsepp néhány cm-es elmozdulásainál olvassuk le a hő-

mérőről a víz hőmérsékletét, jelöljük meg a lombikon filctollal a

higanycsepp helyzetét mérjük meg az eredeti helyzetétől való

elmozdulását és jegyezzük fel ezen értékeket a jegyzőkönyvbe.

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

A számolás menete általánosan:

11. ábra

Page 30: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 30 –

Mérési jegyzőkönyv:

Kezdeti térfogat: V0=

A hosszú cső keresztmetszete: A=

T ∆s V V/T

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

Észrevételeink:

Feladatok:

1. Egy tó alján, 3m mélyen egy kis béka megkotorja az iszapot és

onnan elindul felfelé egy 2cm3-es 40C-os levegőbuborék. A víz

felszínén ez sokáig megmarad, és a nap elkezdi melegíteni.

a. Mekkora volt a térfogata a kipukkanás pillanatában, ha a nap

ekkorra 200C-ra melegítette a benne lévő levegőt?

Page 31: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 31 –

FELÜLETI FESZÜLTSÉG

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Folyadék egy részecskéjének, hol mélyebb az energiája, a folya-

dék felszínén vagy a belsejében, miért?

A súlytalanság állapotában kiöntött víz milyen alakot igyekszik

felvenni, miért?

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

Mi az a görbületi nyomás, hogyan számoljuk ki?

Mi az a kapilláris jelenség?

Page 32: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 32 –

Ismétlő feladatok:

1. Az ábrán látható drótkeretre egy kicsi, könnyen csú-

szó, 2 gramm tömegű 5cm hosszú drót illeszkedik. A

keretben kialakuló folyadékhártya éppen megtartja a

drótot, és szintén 5cm magas.

a. Mekkora a folyadék felületi feszültségének érté-

ke?

b. Mi történik, ha a keretet vízszintes helyzetbe for-

dítjuk? A folyamat alatt mennyi munkát végez a folyadékhár-

tya?

1. kísérlet – Felületi feszültség

Eszközök:

U alakú drótkeret mozgó drótszállal, drót-

karika cérnával, négyzet alakú drótkeret,

kettős drótkarika,

alumínium pénzérmék,

tálca, főzőpohár, tiszta víz, mosogatószer,

keverő

A kísérlet leírása:

A főzőpohárban lévő tiszta víz felszínére óvatosan illesszünk rá egy

pénzérmét, majd többet is, toljuk közel egymáshoz őket. Ez után

készítsünk szappanbuborék fújáshoz használható mosogatószeres

oldatot és ismételjük meg a kísérletet.

Mártsuk bele a különböző drótkereteket a mosogatószeres vízbe és

emeljük ki őket úgy, hogy a folyadékhártya megmaradjon rajtuk.

12. ábra

13. ábra

Page 33: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 33 –

Cseppentsünk tiszta vizet, ill. mosogatószeres vizet a pénzérmék-

re és figyeljük meg a cseppek alakját!

Mit tapasztalunk a pénzérmékkel, elvégzett kísérlet esetében?

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

A cérnával ellátott drótkarika egyik oldalán pukkasszuk ki a fo-

lyadékhártyát.

A négyzet alakú drótkeret esetén próbáljunk meg többféle elren-

deződést előidézni.

Rajzoljuk be az ábrába a kialakuló folyadékhártyákat!

Vonjuk le következtetéseinket, magyarázzuk meg néhány szóval

a jelenségeket.

Mire következtethetünk a pénzérmés kísérletből?

Egészítsd ki az ábrát:

14. ábra

Észrevétel, magyarázat:

Page 34: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 34 –

2. kísérlet – Görbületi nyomás

Eszközök:

Szorító gumival vagy csappal ellátott

Y alakú fúvóka.

tálca, főzőpohár, mosogatószeres

víz.

A kísérlet leírása:

Mártsuk bele a fúvóka mindkét végét a mosogatószeres vízbe és fúj-

junk különböző méretű szappanbuborékot, először az egyik, majd a

másik ágon. Rögzítsük a csapokat, vagy szorítsuk el a gumicsatlako-

zókat.

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

között.

Vonjuk le következtetéseinket, magyarázzuk meg néhány szóval

a jelenségeket.

Észrevétel, magyarázat:

3. kísérlet – A víz felületi feszültségének meghatározása

Eszközök:

petricsésze, víz, mérőszalag, állvány, tálca, rögzítő csi-

pesz

ismert belső átmérőjű kapilláris cső.

A kísérlet leírása:

Rögzítsük függőlegesen a kapilláris csövet úgy, hogy az alsó vége

belelógjon a petricsészébe. Töltsünk a petricsészébe vizet úgy, hogy

a kapilláris cső felszippanthassa egy részét.

15. ábra

16. ábra

Page 35: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 35 –

Mérjük meg a folyadékoszlop magasságát a kapilláriscsőben.

Számoljuk ki a víz felületi feszültségének az értékét!

A számolás menete általánosan:

A víz felületi feszültsége:

h=

α=

Hogyan lehetne pontosabbá tenni a kapott eredményt?

Mi történik, ha a higany felületi feszültségértékét akarjuk így

meghatározni?

Feladatok:

1. Levegőben szállingózó szappanbuborék átmérője 1cm, a buborék

falát alkotó folyadék felületi feszültsége 0,2N/m.

a. Mekkora a túlnyomás a buborék belsejében?

b. Amikor a buborék el kezd melegedni, nagyon könnyen kipuk-

kan, miért?

Page 36: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 36 –

HŐTAN

Elméleti áttekintés, ismétlés:

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

Mit értünk adiabata folyamat alatt?

Hogyan számoljuk ki a gáz munkavégzését állandó nyomáson?

Adott anyagi minőségű és mennyiségű gáz belsőenergia változá-

sa mitől függ?

Mi az a szabadsági fok, mi köze a hőkapacitáshoz?

Milyen összefüggés írható fel az állandó nyomáson, ill. állandó

térfogaton mérhető hőkapacitás között?

Page 37: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 37 –

Ismétlő feladatok:

1. 80g normál állapotú héliumgáz hőmérsékletét állandó nyomáson

20%-kal megnöveljük.

a. Mennyi munkát végzett a gáz a folyamat során?

b. Mekkora a gáz belsőenergia változása?

c. Mennyi hőt kellett közölni a gázzal?

2. 1,5m3, 105Pa nyomású, kezdetben 140C hőmérsékletű oxigéngázt

melegítünk állandó nyomáson.

a. Mekkora a végső hőmérséklet, ha a gáz által a tágulás közben

végzett munka 20000 joule?

b. Mekkora a gáz belsőenergia változása a folyamat során?

c. Mekkora hőt kellett e közben a gázzal közölni?

Page 38: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 38 –

1. kísérlet – Adiabata folyamat I.

Eszközök:

CO2 patron, szódás szifon, csapvíz.

A kísérlet leírása:

Készítsünk szódavizet!

A szódavíz elkészítése során figyeljük meg, mi történik a CO2 pat-

ronnal!

Jegyezzük le tapasztalatainkat.

Észrevételeink:

2. kísérlet – Adiabata folyamat II.

Eszközök:

Pneumatikus gyújtó.

Gyufafej reszelék, papír

A kísérlet leírása:

A gyújtó aljára helyezzünk könnyen lángra lobbanó papírt

vagy gyufa fejének reszelékét. Hirtelen nyomjuk össze a du-

gattyút!

Figyeljük meg mi történik a gyutaccsal.

Jegyezzük le tapasztalatainkat.

A mindennapi életben hol hasznosítjuk a jelenséget?

Észrevételeink:

18. ábra

17. ábra

Page 39: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 39 –

3. kísérlet – A gáz munkavégzése

Könnyen mozgó dugattyújú fecskendő.

Hideg-meleg csapvíz.

A kísérlet leírása:

Kihúzott dugattyújú, melegben tartott, pl. radiátoron

lévő fecskendő kiömlőnyílását fogjuk be, és tartsuk a csapból kifolyó

hidegvíz alá. Figyeljük, meg mi történik.

Ismételjük meg a kísérletet úgy, hogy a dugattyú középállásban van

és a fecskendőt behűtöttük, majd a csapból kifolyó meleg víz alá

rakjuk, miközben a kiömlőnyílást befogjuk.

Jegyezzük fel a tapasztalatainkat.

Magyarázzuk meg a jelenséget.

Becsüljük meg mennyi munkát végzett a gáz a folyamat során!

Észrevételeink, tapasztalataink:

A jelenség magyarázata:

A gáz által végzett munka:

Feladatok:

1. Mekkora munkát végez az oxigén

gáz az ábrán látható körfolyamat-

ban, ha a kezdeti A jelzésű álla-

potban a hőmérséklete 00C, a

nyomása 105Pa?

a. Mekkora a körfolyamat során a

gáz belsőenergia változása?

b. Mekkora a folyamat során fel-

vett hő?

19. ábra

20. ábra

Page 40: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 40 –

CSILLAPODÓ REZGŐMOZGÁS, KÉNYSZERREZGÉS,

REZONANCIA

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Milyen erőhatás következtében jöhet létre harmonikus rezgőmoz-

gás?

Írjuk le a harmonikus rezgőmozgást végző test helyzetét sebes-

ségét és gyorsulását az idő függvényében!

Csillapodó rezgés esetén mit mondhatunk a rezgés periódusidejé-

ről és az egymás utáni kitérésmaximumokról?

Hogyan állíthatunk elő a gyakorlatban valódi harmonikus rezgő-

mozgást?

Mikor beszélünk rezonanciáról, mi az a rezonanciakatasztrófa?

Page 41: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 41 –

Ismétlő feladatok:

1. Két teljesen egyforma rugót egymás alá akasztunk, és rá egy 2kg

tömegű testet függesztünk, majd az így kapott rendszert rezgés-

be hozzuk, azt tapasztaljuk, hogy a kialakuló rezgés körfrekven-

ciája 10Hz. Ha ugyanezeket a rugókat egymás mellé akasztjuk és

az ezekre felakasztott 2kg tömegű testet hozzuk rezgésbe, akkor

20Hz nagyságú körfrekvenciát észlelünk. Mekkora a rugók rugó-

állandója?

2. Az ábrán látható grafikonok, ugyanazon sajátfrekvenciájú rezgő

rendszerekről készültek.

a. Mit tudunk mondani a csil-

lapítási tényezőkről?

b. Milyen összefüggést ve-

szünk észre a csillapítási

tényező és a maximális

amplitúdók frekvenciafüg-

gései között?

21. ábra

Page 42: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 42 –

1. kísérlet – Csillapodó rezgőmozgás

Eszközök:

CE ESV érintőképernyős adatbegyűjtő

ultrahangos mozgásérzékelő

2 db állvány, többféle rugó és nehezék

Számítógép

A kísérlet leírása:

Akasszuk fel az egyik rugót az állványra és illesszünk rá egy nehe-

zéket. Csatlakoztassuk az adatbegyűjtőhöz az ultrahangos mozgás-

érzékelőt a műszaki leírásnak megfelelően. Állítsuk be a mérendő

mennyiségeket és az érzékelőt irányítsuk rá a rugóra akasztott ne-

hezékre. Indítsuk el az adatbegyűjtést és hozzuk rezgésbe a rugót.

Várjuk meg, amíg a mozgás lecsillapodik.

Ismételjük meg a kísérletet többféle rugó-nehezék összeállításnál

is.

A mért adatokat jelenítsük meg grafikonon.

Írjuk le észrevételeinket.

A rezgés időfüggése:

Észrevételeink:

22. ábra

Page 43: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 43 –

2. kísérlet – Kényszerrezgés, rezonan-

cia

Eszközök:

Változtatható egyenáramú áramforrás (0-

12V)

Változtatható fordulatszámú elektromotor

Motorra erősíthető kis korong, rögzítő csi-

pesszel.

madzag, állvány, drótkarika, rugó, alkalmas

nehezék

A kísérlet leírása:

Állítsuk össze az ábrának megfelelően a kísérletet. Erősítsük fel a

motort az állvány tetejére, illesszük rá a forgó korongot. A csipesz-

hez rögzítsük a karikán átvezetett madzagot, a másik végére erősít-

sük rá a rugót, arra a nehezéket. Kapcsoljuk be a motort és fokoza-

tosan növeljük a fordulatszámát.

Használjunk nagy tömegű nehezéket.

Figyeljük meg a test rezgését a motor frekvenciájának függvé-

nyében!

Tapasztalataink, észrevételeink:

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

is rezegjen?

Mikor a legnagyobb a rezgés amplitúdója?

23. ábra

Page 44: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 44 –

Milyen hátrányai vannak a kísérleti összeállításnak?

Tacoma hídkatasztrófa:

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

Mi táplált energiát a híd rendszerébe?

Hogyan lehet elkerülni a hasonló jellegű katasztrófákat?

Feladatok:

1. Az ábrán látható nehezék tömege 2kg, minkét oldalról egy

200N/m rugóállandójú rugóhoz kapcsolódik. Amikor a test közé-

pen van, akkor a rugók éppen nyújtatlanok. A testet 10cm-rel

balra kimozdítjuk, és ott elengedjük. A csúszási súrlódási együtt-

ható értéke 0,2.

a. A test milyen mozgást fog végezni?

b. Mekkora lesz a test sebessége, amikor áthalad az egyensúlyi

helyzeten?

c. A túloldalra lendülve mekkora lesz a maximális kitérése a

testnek?

24. ábra

Page 45: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 45 –

MECHANIKAI HULLÁMOK

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Mi az a csatolt rezgés és mikor beszélünk mechanikai hullámról?

Mi az, ami a mechanikai hullámokban tovább terjed?

Mit értünk a mechanikai hullám egy részecskéjének és magának

a mechanikai hullámnak a periódusideje, ill. frekvenciája alatt?

Mit jelent a hullámhossz és a terjedési sebesség?

Mikor beszélhetünk interferenciáról, mi a feltétele?

Interferencia esetén mi határozza meg, hogy hol alakul ki tartós

erősítési ill. gyengítési hely?

Page 46: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 46 –

Ismétlő feladatok:

1. Levegőben a hang terjedési sebessége 340m/s, vízben 1440m/s.

Egy tóban lubickoló gyerek egy hajó kürtjelzését hallja a víz alatt.

Gyorsan kiemeli a fejét a vízből és 3s múlva újra hallja a kürtjel-

zést. Milyen messze van a gyerektől a hajó?

2. Egy kisfiú a strandon a víz alatt lubickol. Az anyukája hiába kia-

bál neki, a fiú nem hallja.

a. Magyarázd meg a jelenséget.

b. Legalább mekkora szögben kell érkeznie a hanghullámoknak a

víz felszínére, hogy ez a jelenség bekövetkezzen?

c. Hol hasznosítható ez a jelenség?

Page 47: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 47 –

1. kísérlet – Hang terjedése

Eszközök:

vákuumharang és tartozékai

Elektromos csengő, egyenáramú áramforrás

vákuumszivatyú

A kísérlet leírása:

Helyezzük a csengőt a vákuumharang alá és kap-

csoljuk be. Kezdjük el kiszivattyúzni a harang alól a

levegőt.

Figyeljük a csengő hangját.

Ismételjük meg többször is a kísérletet.

Mit tapasztalunk.

Magyarázzuk meg a jelenséget.

Észrevételeink:

A jelenség magyarázata:

2. kísérlet – Hullámok elhajlása, visszaverődése, interfe-

renciája.

Hullámkád és tartozékai (pl. különböző hullámforrások, akadályok)

Frekvenciagenerátor, rezgéskeltő (vibrátor), LED stroboszkóp

26. ábra

25. ábra

Page 48: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 48 –

A kísérlet leírása:

A műszaki leírásnak megfelelően üzemeljük be a hullámkádat. Pont-

szerű hullámforrás esetén figyeljük meg a kialakuló hullámvonulato-

kat.

Használjunk síkhullám keltő lapot, figyeljük meg a hullámvonula-

tokat.

Helyezzünk a hullámvonulat útjába széles kb. vele 450-ot bezáró

sík partfalat, majd e helyett, a hullámvonulat újába helyezzünk

széles, majd keskeny rést, két keskeny rést, ill. nem túl széles

sík akadályt.

Használjunk pontszerű iker hullámforrást.

Jegyezzük le tapasztalatainkat, szükség szerint rajzoljunk ábrát.

Hogyan magyarázhatók a tapasztalt jelenségek?

Tapasztalataink, ábrák:

Page 49: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 49 –

A jelenségek magyarázata:

3. kísérlet – Rezonanciaedény

Eszközök:

Rezonanciaedény, víz

A kísérlet leírása:

Helyezzük az edényt síkfelületre, töltsünk bele vizet a jelzésig. Ez

után kezdjük el dörzsölni az edény fülét.

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

Mit tapasztalunk.

Magyarázzuk meg a jelenséget.

Megfigyelés, észrevétel:

Feladatok:

1. Két azonos 544Hz frekvenciájú hang-

villa egymástól 1m-re található.

Mindkettőt egyszerre szólaltattuk

meg. Az ábrán jelölt helyen milyen

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

hangját?

27. ábra

28. ábra

Page 50: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 50 –

VAN DE GRAAFF – GENERÁTOR

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Hogyan számoljuk ki a ponttöltés elektromos terét?

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

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

ábra alapján!

29. ábra

Hogyan értelmezzük az elektromos tér fluxusát?

Mit jelent a felületi töltéssűrűség?

Page 51: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 51 –

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

Ismétlő feladatok:

1. Mekkora az elektromost tér forráserőssége egy 10-8C nagyságú

ponttöltéstől 10cm távolságra lévő zárt gömbfelületen? Mekkora

lesz a forráserősség, ha még 2db ugyanekkora pozitív és 2db

ugyanekkora negatív töltést juttatunk a gömb belsejébe?

1. kísérlet – Segner-kerék

Eszközök:

Segner-kerék, Van de Graaff generátor

lengő vezetékek

A kísérlet leírása:

Csatlakoztassuk a Segner-kereket a Van de Graaff generátor fém-

gömbjéhez és hajtsuk meg a generátor szalagját.

Mit tapasztalunk?

Magyarázzuk meg a jelenséget!

Tapasztalatok és magyarázat:

30. ábra

Page 52: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 52 –

2. kísérlet – Elektromos szél

Eszközök:

Van de Graaff generátor

gyertya, állvány, fém tüske, gyufa

A kísérlet leírása:

A generátor fémgömbjére erősítsük fel a fémtüskét. A tüskétől né-

hány centiméterre állítsuk oda a gyertyát, gyújtsuk meg, majd hajt-

suk meg a generátor szalagját.

Mit tapasztalunk?

Észrevételek:

3. kísérlet – Szikrakisülések

Eszközök:

Van de Graaff generátor

vezetékek, kisütő gömb

A kísérlet leírása:

Helyezzük el a generátor kisütő gömbjét néhány centiméterre a ge-

nerátor gömbkondenzátorától az ábrán látható módon. Hajtsuk meg

a generátor szalagját.

Mit tapasztalunk?

Üzem közben egy szigetelő bottal toljuk messzebb a kisütő göm-

böt.

A levegő átütési feszültségének ismeretében becsüljük meg, a

Van de Graaff generátor gömbjénk potenciálját!

31. ábra

32. ábra

Page 53: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 53 –

Észrevételek:

4. kísérlet – A térerősség vonalak szemléltetése

Eszközök:

Van de Graaff generátor

Szigetelő zsámoly, szalagos ernyő

Bátor önként jelentkező tanuló friss, hosszú hajjal.

A kísérlet leírása:

Kössük rá a szalagos ernyőt a generátor gömbjére. Hajtsuk meg a

generátor szalagját.

Egy jelentkező, akinek hosszú friss haja van, álljon rá a szigetelő

zsámolyra és mindkét kezével fogja meg a generátor gömbjét.

Fontos figyelmeztetés! A jelentkezés önkéntes. Kizáró ok, ha valaki

beépített szívritmus szabályzóval vagy más élettanilag fontos orvosi

elektromos beültetéssel él! A fém ékszereket, órát vegyük le.

Hajtsuk meg a generátor szalagját. Figyeljük meg, mi történik a ha-

jával.

A kísérlet végén az önként jelentkező legyen türelmes, a generátor

leállítása után még egy kis ideig maradjon egy helyben és ne nyúl-

jon semmihez.

Tapasztalataink:

Feladatok:

1. Szabályos, 4cm élhosszúságú tetraéder három csúcspontjában

egyenként q=10-8C töltés található. A negyedik csúcspontban

mekkora és milyen irányú a térerősség?

Page 54: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 54 –

POTENCIÁL

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Hogyan számoljuk ki a ponttöltés elektromos térerősségét és po-

tenciálját?

Mit nevezünk konzervatív erőtérnek?

Hogyan számoljuk ki centrális elektrosztatikus tér terében a po-

tenciális energiát?

Hogyan értelmezzük az elektrosztatikus tér potenciálját?

Mit értünk elektromos feszültség alatt?

Jellemezd a feltöltött síkkondenzátor fegyverzetei között kialakuló

elektromos teret.

Page 55: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 55 –

Ismétlő feladatok:

1. Egy Q=10-6C nagyságú ponttöltéstől 8m távolságra egy q=10-8C

nagyságú részecske található.

a. Mekkora a Q töltés elektromos potenciálja a megadott pont-

ban?

b. Mekkora munka árán vihető a q töltés 4m távolságra a Q töl-

téstől?

c. Mekkora a feszültség a vizsgált két pont között?

2. Az ábrán látható kondenzátor lemezei egymás-

tól 4cm-re találhatók, a közöttük kialakuló tér-

erősség 400N/C. A berajzolt szaggatott vonalak

párhuzamosak és egymástól azonos távolságra

lévő síkokat szimbolizálnak.

a. Rajzold be az elektromos térerősség irányát.

b. Hogyan nevezzük a szaggatottal jelölt felüle-

teket?

c. Mekkora a feszültség az A-B, A-D, C-E, E-B pontok között?

d. Mekkora munkát végez az elektromos tér, amíg a 10-6C nagy-

ságú töltés bejárja az B-C-D-E-B útvonalat?

33. ábra

Page 56: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 56 –

1. kísérlet – Centrális elektromos tér vizsgálata.

Eszközök:

Egyenáramú feszültségforrás, kb. 10V

feszültségmérő, kapcsoló, vezetékek, fémtüske

kör alakúra hajtott fémdrót

lapos üvegkád, kb. 20x20 cm2 alapterületű

Ismert sugarú koncentrikus körökkel ellátott fe-

hér papír.

rögzítő eszköz (pl. gyurma)

A kísérlet leírása:

Helyezzük a körökkel ellátott papírlapot az üvegkád alá. Helyezzük

el a drótkarikát és a fémtüskét az üvegkádban úgy, hogy a karika

középpontjában legyen a fémtüske és az a papírra rajzolt körök kö-

zéppontjába mutasson, rögzítsük őket. Kössük be őket az ábrán lát-

ható áramkörbe. Töltsünk 1-2 centiméternyi vizet az üvegkádba,

hogy a drótkarika és a fémtüske is beleérjen.

Ellenőrizzük le a kapcsolást, majd kapcsoljuk be az áramkört.

A feszültségmérő mozgatható elektródjának segítségével mérjük

meg egy koncentrikus kör mentén, több helyen is a feszültséget.

Jegyezzük fel a kapott értéket a mérési jegyzőkönyvbe.

Ismételjük meg az eljárást a többi kör mentén is.

Írjuk le tapasztalatainkat.

Mérési jegyzőkönyv:

távolság:

1.

2.

3.

4.

5.

Észrevételeink:

34. ábra

Page 57: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 57 –

1. kísérlet – Ekvipotenciális felületek

Eszközök:

Egyenáramú feszültségforrás, kb. 10V

feszültségmérő, kapcsoló, vezetékek, fémtüske,

fémlap

lapos üvegkád, kb. 20x20 cm2 alapterületű

2db milliméterpapír

rögzítő eszköz (pl. gyurma)

A kísérlet leírása:

Helyezzük az egyik milliméterpapírt az üvegkád alá. Helyezzük el a

tüskét a kád egyik szélére, a fémlapot a kád másik szélére, rögzít-

sük őket. Kössük be őket az ábrán látható áramkörbe. Töltsünk 1-2

centiméternyi vizet az üvegkádba, hogy a fémtüske és a fémlap is

beleérjen. A másik milliméterpapírra jelöljük be a fémlap és a tüske

helyzetét.

Ellenőrizzük le a kapcsolást, majd kapcsoljuk be az áramkört.

A feszültségmérő mozgatható elektródjának segítségével keres-

sünk azonos potenciálú pontokat. Jelöljük be az így talált helye-

ket a másik milliméterpapíron. Jegyezzük fel a potenciál értékét

is.

Ismételjük meg az eljárást több más feszültség értéknél is.

Az azonos potenciálú pontokat kössük össze.

Rajzoljuk be a térerősség vonalakat is!

A kapott ábrát ragasszuk be a következő oldalra.

Feladatok:

1. Az ábrán látható áramforrás 10V fe-

szültségű. Mekkora feszültséget mér-

hetünk az A és B pontok között, ha az

ellenállások a jelölés sorrendjében 1,

2, 3, ill. 4 ohm nagyságúak?

35. ábra

36. ábra

Page 58: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 58 –

Ábra:

Page 59: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 59 –

AZ ELLENÁLLÁS HŐMÉRSÉKLETFÜGGÉSE

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Mi az a fajlagos ellenállás?

Hogyan függ a fajlagos ellenállás a hőmérsékletváltozástól?

Hogyan értelmezhető ez a jelenség? Készítsünk ábrát.

Mi az a szupravezetés?

Page 60: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 60 –

Ismétlő feladatok:

1. Egy rézvezeték ellenállása 00C hőmérsékleten 10 ohm.

a. Mekkora az ellenállása 500C-on?

b. Mekkora az ellenállása -200Con?

2. Egy fémdarab ellenállását 100C hőmérsékleten 4 ohmnak mérjük,

400C hőmérsékleten pedig 4,444 ohmnak mérjük.

a. Mekkora az ellenállás hőmérsékleti tényezője?

b. Milyen anyag lehet ez?

Page 61: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 61 –

1. kísérlet – Hőmérsékleti tényező meghatározása

Eszközök:

Egyenáramú áramforrás, vezetékek

Feszültség és áramerősség mérő műsze-

rek (multiméterek)

1 db ellenállás, kontakthőmérő

Elektromos fűtőpad

A kísérlet leírása:

Állítsuk össze az ábrán látható áramkört. Helyezzük az ellenállást a

fűtőpadra. Kapcsoljuk be az áramforrást és állítsuk be úgy a tápegy-

ség által biztosított feszültséget, hogy az ellenálláson mért érték egy

fix, jól meghatározott számérték legyen, pl. 5V. Illesszük a kontakt-

hőmérőt az ellenálláshoz és mérjük meg a hőmérsékletét, közben

olvassuk le a rajta átfolyó áramerősséget is.

Kapcsoljuk be a fűtést, kezdetben alacsony hőmérsékletre. Mér-

jük meg az ellenállás hőmérsékletét és olvassuk le a feszültség és

áramerősség értékeket is.

Az ellenállás hőmérsékletét fokozatosan emelve több mérést vé-

gezzünk el.

Figyeljünk arra, hogy ne melegedjen túl az ellenállás, a vezeté-

kek ne sérüljenek!

A mérési jegyzőkönyv kitöltése után állapítsuk meg az ellenállás

anyagának hőmérsékleti tényezőjét. Miből készülhetett az ellenál-

lás?

A számolás menete általánosan:

Mérési jegyzőkönyv:

Kezdeti jellemzők:

37. ábra

Page 62: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 62 –

U i R T ∆T α

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Ezek alapján:

α=

Az ellenállás anyaga:

2. kísérlet – Ellenállás alacsony hőmérsékleten

Demonstrációs kísérlet!

Eszközök:

Egyenáramú áramforrás, vezetékek

Feszültség és áramerősség mérő műszerek (multiméterek)

1 db ellenállás, kontakthőmérő

üvegtál, folyékony nitrogén

38. ábra

A kísérlet leírása:

Állítsuk össze az ábrán látható áramkört. Helyezzük az ellenállást az

üvegtálba. Kapcsoljuk be az áramforrást és állítsuk be úgy a tápegy-

ség által biztosított feszültséget, hogy az ellenálláson mért érték egy

fix, jól meghatározott számérték legyen, pl. 5V. Illesszük a kontakt-

hőmérőt az ellenálláshoz és mérjük meg a hőmérsékletét, közben

olvassuk le a rajta átfolyó áramerősséget is.

Page 63: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 63 –

Számoljuk ki az ellenállás nagyságát.

Öntsünk folyékony nitrogént az üvegtálba.

Olvassuk le az ellenállás hőmérsékletét, illetve a feszültség és

áramerősség értékeket is.

Számoljuk ki az ellenállás értékét alacsony hőmérsékleten. Ves-

sük össze a szobahőmérsékleten mért értékkel.

Írjuk le tapasztalatainkat.

Az ellenállás értéke szobahőmérsékleten és alacsony hőmérsék-

leten:

Észrevételeink:

3. kísérlet – Szupravezetés

Demonstrációs kísérlet!

Eszközök:

üvegtál, folyékony nitrogén

magas hőmérsékletű szupravezető, kis méretű erős mágnes

39. ábra

Page 64: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 64 –

A kísérlet leírása:

Szobahőmérsékleten vizsgáljuk meg a mágnes és a szupravezető

kölcsönhatását.

Tegyük a szupravezető anyagot az üvegtálba, majd öntsünk rá fo-

lyékony nitrogént. Kis idő múlva rakjuk fölé a mágnest és engedjük

el. Kis magasságból rá is ejthetjük.

Mozgassuk meg a mágnest.

Emeljük ki csipesszel a mágnest a tálkából.

Írjuk le tapasztalatainkat.

Keressünk magyarázatot a jelenségre.

Észrevételeink:

A jelenségek magyarázata:

Feladatok:

1. 50 méter hosszú 0,4mm2 keresztmetszetű rézvezetéknek meny-

nyivel változik meg az ellenállása, ha a hőmérséklete a napsu-

gárzás hatására 300C-kal emelkedik?

Page 65: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 65 –

ÁRAMFORRÁSOK

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Mit értünk elektromotoros erőn és mit jelent az üresjárási feszült-

ség?

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

Értelmezd a következő ábrát!

40. ábra

Mond ki a Kirchoff I. és II. törvényét!

Page 66: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 66 –

Ismétlő feladatok:

1. Az ábrán látható áramkörben U1=1,5V, illetve

U2=3V. Mekkora az R=9Ω ellenálláson átfolyó

áram erőssége?

2. Mekkora annak az áramforrásnak a belső ellenállása és elektro-

motoros ereje, amelynek a körében 5ohm-os fogyasztóval terhel-

ve 1A, míg 7ohm-os fogyasztóval terhelve 0,8A erősségű áram

folyik?

1. kísérlet – Belső ellenállás

Eszközök:

2 db zsebtelep, 3 db különböző nagyságú ellenállás.

lengő vezetékek, feszültség és áramerősség mérők

(multiméterek)

A kísérlet leírása:

Először mérjük meg a telepek üresjárási feszültségét. Majd állítsuk

össze az ábrán látható áramkört a rendelkezésre álló eszközökből.

Mérkjük meg az áramerősség és feszültségértékeket, jegyezzük fel

őket a mérési jegyzőkönyvbe.

41. ábra

42. ábra

Page 67: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 67 –

Ismételjük meg a mérést a többi ellenállás alkalmazásával.

Az eredményeket jegyezzük fel.

Ismételjük meg az eljárást a másik telepre is.

Határozzuk meg a telepek belső ellenállását.

A számolás menete általánosan:

Mérési jegyzőkönyv:

Az első telep: U01=

i Uk Ub Rb

R1

R2

R3

Ezek alapján:

Rb1=

A második telep: U02=

i Uk Ub Rb

R1

R2

R3

Ezek alapján:

Rb2=

Page 68: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 68 –

2. kísérlet – Áramforrások kapcsolása

Eszközök:

2 db az előzőekben megismert zsebtelep, 1 db ismert nagyságú el-

lenállás.

lengő vezetékek, feszültség és áramerősség mérők (multiméterek)

43. ábra

A kísérlet leírása:

Kössük a telepeket először sorba majd egymással párhuzamosan. Az

így nyert áramforrás sarkaira kössük az ismert ellenállást külső el-

lenállásként. Vizsgáljuk meg az egyes áramköri elemek feszültsége-

it.

Az áramkör vizsgálata során mit tapasztalunk?

Mi történik, ha az egyik áramforrást fordítva kötjük be?

Észrevételek tapasztalatok:

Feladatok:

1. Az ábrán látható áramkörben minden ellen-

állás 5Ω nagyságú. Mekkora a középső,

*-gal jelölt ellenálláson átfolyó áram nagy-

sága és iránya?

a. Mekkora és milyen irányú áram folyik a

másik két ellenálláson?

44. ábra

Page 69: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 69 –

LORENTZ ERŐ

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Mit értünk két vektor vektori szorzatán? Rajzolj ábrát!

Hogyan számoljuk ki a mozgó, töltött ré-

szecskére ható erőt mágneses térben? Merre

térül el az indukció-vonalakra merőlegesen

belépő elektron?

Milyen pályát ír le a töltött részecske, ha sebessége a mágneses

indukció-vonalakkal φ szöget zár be?

Mágneses térben, áramjárta hosszú egyenes vezetőre ható erő?

45. ábra

Page 70: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 70 –

Ismétlő feladatok:

1. Két párhuzamosan futó hosszú lengővezeték egymástól 2cm-re

van, és 20cm-es távolságokban rögzítették őket.

a. Mekkora erő hat a rögzítési pontokra, ha mindkét vezetékben

2A áram folyik?

b. Milyen irányú a fellépő erőhatás, ha az áram iránya a vezeté-

kekben azonos?

1. kísérlet – Lorentz erő párhuzamos vezető-

párban

Eszközök:

Változtatható feszültségű egyenáramú áramforrás.

Párhuzamos vezetőpár, állvány, távtartó.

A kísérlet leírása:

Rögzítsük a távtartóval az állványra a párhuzamos vezetőpárt, majd

kössük az áramforrásra párhuzamosan, az ábrának megfelelően.

Kapcsoljuk be rövid ideig az áramkört és figyeljük meg a vezető-

pár alakját.

Ha nem észlelhető változás, ismételjük meg a kísérletet nagyobb

feszültséggel.

A vezetőpárt kapcsoljuk sorosan is az áramforrásra.

Kapcsoljuk be újra rövid ideig az áramkört és figyeljük meg a ve-

zetőpár alakját.

Jegyezzük le tapasztalatainkat.

46. ábra

Page 71: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 71 –

Észrevételeink:

2. kísérlet – Az elektron fajlagos töltésének meghatáro-

zása

Demonstrációs kísérlet!

Eszközök:

nagyfeszültségű áramforrás, lengővezetékek, 2 db multiméter

tekercspár, elektron elhajlási cső elektronágyúval

47. ábra

A kísérlet leírása:

Állítsuk össze az ábrán látható áramkört a műszaki leírásnak megfe-

lelően. Az áramkör ellenőrzése után kapcsoljuk be az elektronágyú

fűtőkörét, és a tekercspárt. Sötétítsük be a helyiséget. Kapcsoljunk

feszültséget a gyorsító áramkörre, fokozatosan növelve azt.

Figyeljünk arra, hogy a feltüntetett maximum értékeket soha ne

lépjük túl!

Változtassuk óvatosan a tekercsre adott feszültség, ezzel az áram

nagyságát.

Mit tapasztalunk?

Állítsuk be úgy a gyorsító feszültséget és a tekercs áramát úgy,

hogy a rácsos tárgylemezen a nyaláb néhány jól látható rácspon-

ton haladjon keresztül.

A tárgylemez rácsozása cm skálázású.

A mért értékekből határozzuk meg az elektron fajlagos töltését!

Page 72: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 72 –

Észrevételeink:

A mérés és számolás:

Feladatok:

1. Egy elektronágyú gyorsító feszültsége 10000V. A kilépő elektro-

nok egy négyzetes kondenzátor lemezei között haladnak át, ame-

lyek távolsága egymástól 5cm, és a felületük 100cm2 –es. A kon-

denzátor fegyverzetei között az ábrán látható módon 10-4T nagy-

ságú mágneses indukciós mező található.

a. Mekkora feszültséget kapcsoljunk a kondenzátorra, hogy a

fegyverzetek között áthaladó elektronnyaláb ne térüljön el?

b. Ha nem kapcsolunk feszültséget a kondenzátorra, akkor a

fegyverzetek szélétől 30cm-re lévő ernyőn hol csapódik be az

elektronnyaláb?

48. ábra

Page 73: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 73 –

VÁLTAKOZÓ ÁRAM

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Mikor beszélünk váltakozó, illetve szinuszos váltakozó áramról?

Mit értünk a váltóáram effektív értékén, hogyan számoljuk ki?

Mi az az induktív és kapacitív ellenállás?

Jellemezd a soros RLC kör feszültség és áramerősség viszonyait,

mi az a fázisszög?

Mit értünk hatásos és meddő teljesítmény alatt? Miért égnek né-

ha az utcán a lámpák fényes nappal?

Page 74: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 74 –

Ismétlő feladatok:

1. Mekkora a 230V-os, 50Hz-es hálózati áramforrásra kapcsolt

1000W teljesítményfelvételű vízmelegítőn átfolyó áram effektív

és maximális értéke?

2. Milyen kapcsolat van a háromfázisú ún. ipari áram és a háztartá-

sokban használt 230V-os 50Hz-es váltakozó áram között?

3. Ha egy tekercsre 32V egyenfeszültséget kapcsolunk, akkor rajta

4A áram folyik keresztül. Míg ha 32V effektív értékű szinuszos

váltóáramot, akkor 1,6A a rajta átfolyó áram.

a. Mekkora a tekercs önindukciós együtthatója?

b. Váltóáram esetén mekkora a fázisszög?

Page 75: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 75 –

1. kísérlet – Váltakozó áram vizsgálata oszcilloszkóppal

I.

Eszközök:

Változtatható váltóáramú áramforrás.

ellenállás, nagy induktivitású tekercs, nagy kapacitású kondenzátor,

lengővezetékek

Kétcsatornás oszcilloszkóp és tartozékai.

49. ábra

A kísérlet leírása:

Állítsuk össze az ábrán látható áramkört, az oszcilloszkóp műszaki

leírását figyelembe véve. Az áramkör ellenőrzése után kapcsoljuk be

az oszcilloszkópot. Fokozatosan adjuk rá a feszültséget az áramkör-

re. Figyeljük az oszcilloszkóp kijelzőjét, finoman hangoljuk a mű-

szert.

Ismételjük meg a kísérletet kondenzátorral és ellenállással.

Ismételjük meg a kísérletet tekerccsel és kondenzátorral.

Írjuk le tapasztalatainkat.

Észrevételeink:

Page 76: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 76 –

2. kísérlet – Váltakozó áram vizsgálata oszcilloszkóppal

II.

Eszközök:

Változtatható váltóáramú áramforrás.

ellenállás, nagy induktivitású tekercs, nagy kapacitású kondenzátor,

lengővezetékek

Kétcsatornás oszcilloszkóp és tartozékai.

A kísérlet leírása:

Az előző kísérletet alapul véve változtassuk meg az összeállítást

úgy, hogy az ellenállásról érkező jelet az X, a tekercsről érkező jelet

az Y bemenetre kapcsoljuk. Az áramkör ellenőrzése után kapcsoljuk

be az oszcilloszkópot. Fokozatosan adjuk rá a feszültséget az áram-

körre. Figyeljük az oszcilloszkóp kijelzőjét, finoman hangoljuk a mű-

szert.

Ismételjük meg a kísérletet kondenzátorral és ellenállással.

Ismételjük meg a kísérletet tekerccsel és kondenzátorral.

Írjuk le tapasztalatainkat.

Észrevételeink:

Hogyan nevezzük az így kapott görbéket?

Mire lehet pl. felhasználni, ezt a mérési módot?

Page 77: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 77 –

Feladatok:

1. Az ábrán látható áramkört hálózati 230V-os áram-

forrásra kapcsoljuk.

a. Hogyan válasszuk meg a tekercset, azaz mekko-

ra legyen az önindukciós együtthatója, ha az

áramkörben rezonanciát akarunk kelteni?

b. Mekkora ebben az esetben a fázisszög?

c. Számít e az ohmos ellenállás nagysága?

50. ábra

Page 78: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 78 –

LED

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Mit nevezünk félvezetőnek, mi az a lyukvezetés?

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

Hogyan működik a dióda? Egészítsd ki az ábrát! Melyik a nyitó,

ill. záró irányú kapcsolás?

51. ábra

……………….. ……………….. ………………..

Mit jelent a LED kifejezés? Hogyan működik?

Page 79: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 79 –

52. ábra

Ismétlő feladatok:

1. Az ábrán egy egyutas egyenirányító végletekig leegyszerűsített

kapcsolási rajza található.

a. A bemenő feszültség ismeretében rajzoljuk be a kimenő fe-

szültséget az ábrába.

b. Hogyan javíthatunk az áramkörön?

c. Milyen lesz a javítás után a kimenő feszültség?

53. ábra

1. kísérlet – LED színe

Eszközök:

4-5 db különböző színű LED

folyékony nitrogén

egyenáramú áramforrás, vezetékek

54. ábra

A kísérlet leírása:

Kapcsoljuk nyitóirányban hosszan lógó vezetékre az egyik LED-et.

Figyeljük meg a kibocsátott fény színét. Majd működés közben

mártsuk folyékony nitrogénbe.

Page 80: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 80 –

Ismételjük meg az eljárást a többi LED-del is.

Mit tapasztalunk?

Keressünk magyarázatot a jelenségre.

Észrevételeink:

A jelenség magyarázata:

2. kísérlet – LED nyitókarakterisz-

tikája

2 db LED, kb. 400-600 ohmos ellenállás

0-6V finoman változtatható egyenfe-

szültségű áramforrás.

feszültség és áramerőség mérő műsze-

rek (multiméterek)

A kísérlet leírása:

Állítsuk össze az ábrán látható áramkört az egyik dióda felhasználá-

sával. Ügyeljünk a dióda nyitó irányú kapcsolására. Ellenőrizzük le

az áramkört. A feszültség fokozatos növelése közben figyeljük a dió-

dán átfolyó áramerősséget. A nyitófeszültség elérésekor az áram

hirtelen megnő, itt finomhangolás szükséges.

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

Jegyezzük fel a mérési jegyzőkönyvbe a diódán mért feszültség

és áramerősség értékeket.

Ábrázoljuk grafikonon a mért értékeket.

Ismételjük meg az eljárást a másik diódára is.

Mekkora a diódák nyitófeszültsége?

55. ábra

Page 81: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 81 –

Mérési jegyzőkönyv:

A LED jelzése:

U[V]

i[mA]

Uny=

A LED jelzése:

U[V]

i[mA]

Uny=

A diódák nyitókarakterisztikái:

Feladatok:

1. Tervezz kétutas egyenirányítót!

Page 82: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 82 –

NAPELEMEK

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Mi a különbség a napelem és a napkollektor között?

Hogyan működik a napelem? Egészítsd ki az ábrát!

56. ábra

Mi az a mono- ill. polikristályos napelem?

57. ábra 58. ábra

A ma használatos napelemek kb. mekkora hatásfokkal alakítják

át a napenergiát elektromos energiává?

Page 83: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 83 –

Ismétlő feladatok:

1. A hidrogén alapállapotú elektronját mekkora hullámhosszú fény

juttatja a harmadik energiaszintre?

1. kísérlet – Napelem teljesítményének hőmérsékletfüg-

gése.

Eszközök:

Előre behűtött monokristályos napelemcella.

Kontakthőmérő, fényforrás

lengő vezetékek, ismert kb. 100 ohm -os ellenállás

áram és feszültségmérő műszerek (digitális multiméterek)

59. ábra

A kísérlet leírása:

Állítsuk össze az ábrán látható áramkört. A kontakthőmérőt illesszük

a napelem hátoldalához. Világítsuk meg közelről a napelemet, hogy

a hőhatás is érvényesüljön, de ne túl közelről! Figyeljük a hőmérőt,

a feszültség és áramerőség mérőt. Jegyezzük fel az értékeket a mé-

rési jegyzőkönyvbe.

Az egyes mért értékeknél számoljuk ki, a napelem leadott telje-

sítményét.

Page 84: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 84 –

Ábrázoljuk a teljesítményt a hőmérséklet függvényében.

Mit tapasztalunk?

Mérési jegyzőkönyv:

Napelem jelzése:

R=

T=

U=

i=

P=

Grafikon:

Észrevételeink:

Page 85: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 85 –

2. kísérlet – Ismeretlen napelem hatásfokának meghatá-

rozása.

A napelemek hatásfokának meghatározása meglehetősen körülmé-

nyes és sokrétű feladat, így csak egy összehasonlító mérést vég-

zünk.

Eszközök:

1db ismert hatásfokú és 1 db ismeretlen hatásfokú napelem.

fényforrás, lengő vezetékek, ismert kb. 100 ohm -os ellenállás

áram és feszültségmérő műszerek (digitális multiméterek)

mérőszalag

60. ábra

A kísérlet leírása:

Állítsuk össze az ábrán látható áramkört az ismert hatásfokú nap-

elem segítségével. A fényforrást bekapcsolva, jegyezzük fel a fe-

szültség és áramerősséget, számoljuk ki a leadott teljesítményt.

Cseréljük ki a napelemet az ismeretlen hatásfokúra és ismételjük

meg az eljárást.

Határozzuk meg a napelemek felületét.

Számoljuk ki az ismeretlen napelem energiaátalakítási hatásfo-

kát!

A számolás menete általánosan:

Page 86: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 86 –

Mérési jegyzőkönyv:

Az ismert napelem hatásfoka: =

U i P x y

Az ismeretlen napelem jellemzői:

U’ i’ P’ x’ y’ A’

Az ismeretlen napelem hatásfoka:

=

Feladatok:

1. Hol érdemes napelemekkel megoldani az elektromos áramellá-

tást?

2. Ha a házadban napelemekkel akarod megoldani az elektromos

áram ellátását, miket kell beszerezned hozzá?

Page 87: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 87 –

AZ ANYAG HULLÁMTERMÉSZETE

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Ki volt az a tudós, aki az anyag kettős természetével elsőként

foglalkozott érdemben?

Hogyan számoljuk ki egy részecske hullámhosszát?

Mi az a tulajdonság, amivel igazolható a részecskék hullámtermé-

szete?

Miért nem kezelhető egyszerű hullámként egy részecske?

Mi az a hullámcsomag?

Page 88: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 88 –

Ismétlő feladatok:

1. Mekkora a hullámhossza annak a protonnak, amelyiket 10000V

gyorsító feszültség gyorsított fel?

2. Egy 0,5 kg tömegű labdát 50m/s sebességgel dobunk el.

a. Mekkora a hullámhossza?

b. Miért nem észlelhetjük soha a makroszkopikus testek hullám-

tulajdonságait?

3. Egy elektronágyú gyorsító feszültsége 5000V. Mekkora rácsállan-

dójú kristályon halad át az elektronnyaláb, ha a rácstól 20cm re

lévő ernyőn az első erősítési helyek 10cm-re vannak egymástól?

Page 89: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 89 –

1. kísérlet – Elektroninterferencia

Eszközök:

Elektrondiffrakciós készülék és tartozékai.

Nagyfeszültségű egyenáramú áramforrás

Lengő vezetékek

61. ábra

A kísérlet leírása:

A műszaki leírásnak megfelelően állítsuk össze az ábrán látható

áramkört. Kapcsoljuk be a fűtőkört, majd várjunk néhány percet.

Közben sötétítsük be a helyiséget. Fokozatosan adjuk rá a készülék-

re a gyorsító feszültséget.

Figyeljünk arra, hogy a feltüntetett maximum értékeket soha ne

lépjük túl!

Mit észlelünk?

Különböző gyorsító-feszültségek esetén jegyezzük fel a legjobban

látható interferenciagyűrűk sugarát, és természetesen azt is,

hogy ez hányadik. Töltsük ki a mérési jegyzőkönyvet.

Határozzuk meg az alkalmazott rács rácsállandóját.

Észrevételek:

A számolás menete általánosan:

Page 90: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 90 –

Mérési jegyzőkönyv:

A rács távolsága a fluoreszkáló ernyőtől:

L=

U λ k r d

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Ezek alapján a rács rácsállandója:

d=

Milyen kristályos anyag lehet ez?

Feladatok:

1. Hogyan győződhetünk meg arról, hogy az elhajlási kép a kísér-

letben valóban az elektronoktól származik és nem a kristályrá-

cson keltett röntgensugárzástól?

Page 91: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 91 –

CSILLAGÁSZAT

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Sorold fel a naprendszer bolygóit és a jelentősebb holdakat!

Mit jelent a csillagnap, illetve a valódi nap kifejezés?

A naprendszer tömegének, illetve perdületének hány százaléka

jut a napra?

Milyen távolságegységeket használnak a bolygókutatásban illetve

a csillagászatban?

Mi az a vöröseltolódás, mire következtetünk belőle?

Page 92: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 92 –

Mit jelent a kettőscsillag kifejezés?

Az üstökösök csóvája milyen helyzetű a naphoz viszonyítva? Mi-

ért?

Sorold fel a Kepler törvényeket!

Ismétlő feladatok:

1. Számoljuk ki az első és második szökési sebességet! Mit értünk

harmadik szökési sebesség alatt? A föld tömege: 5,97·1024kg,

sugara: 6373km.

Page 93: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 93 –

1. kísérlet – Bolygó megfigyelés

Eszközök:

Tiszta égbolt ragyogó csillagokkal.

Csillagászati távcső (SkyWatcher BD 200/1000 New-

ton)

A magyar csillagászati egyesület honlapja, észlelési

ajánlat.

A kísérlet leírása:

Állítsuk fel a távcsövet egy kevéssé fényszennyezett helyen. A ma-

gyar csillagászati egyesület honlapján szereplő aktuális bolygóada-

toknak megfelelően pozícionáljuk a távcsövet.

Keressük meg a látható bolygókat és holdjaikat.

Állítsuk távcsövünket a holdra.

Írjuk le észleléseinket!

Észleléseink:

A bolygók és csillagok áthaladnak a távcső látómezején. Valóban

ilyen „gyorsan” mozognak? Magyarázd meg a jelenséget. Mit te-

hetünk ellene?

62. ábra

Page 94: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 94 –

2. kísérlet – Messier objektumok

Eszközök:

Tiszta égbolt ragyogó csillagokkal.

Csillagászati távcső (SkyWatcher BD 200/1000 Newton)

Messier-album, vagy Internet

63. ábra

M104 – Sombrero galaxis (NGC4594)

A kísérlet leírása:

Állítsuk fel a távcsövet egy kevéssé fényszennyezett helyen. Válasz-

szuk ki az évszaknak és napszaknak megfelelő Messier objektumo-

kat, és pozícionáljuk rá a távcsövet.

Írjuk le észleléseinket!

Észleléseink:

Page 95: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 95 –

Feladatok:

1. Egy műholdat geostacionárius pályára akarnak állítani. Milyen

magasan fog a föld felszíne felett keringeni?

2. Egy 1,5 tonna tömegű műhold a föld középpontjától 15000 km

távolságban körpályán kering.

a. Mekkora lesz a sebessége, ha a pályasugarat 20000 km –re

emelik?

b. Mennyi energiára van ehhez szükség, ha az üzemanyag ége-

tésből adódó tömegveszteségtől eltekintünk?

3. Mit ábrázol a kép? Jelöld be a nap helyét!

64. ábra

Page 96: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 96 –

STATISZTIKUS FIZIKA

Elméleti áttekintés, ismétlés:

Hogyan származtatjuk a gáz nyomását?

Mi az a szabadsági fok? Mennyi a szabadsági foka a He, az O2 ill.

a CH4 részecskéknek?

Mi az az ekvipartíció tétele?

Mit mondhatunk egyetlen részecske, ill. a sokaság részecskéinek

energia eloszlásáról?

Page 97: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 97 –

Hogyan értelmezhetjük a párolgás jelenségét?

Ismétlő feladatok:

1. Átlagosan mekkora sebességgel mozognak a levegőben lévő oxi-

géngáz részecskék, ha a hőmérséklet 270C?

Page 98: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 98 –

1. kísérlet – Részecskék eloszlása I.

Eszközök:

papír, ceruza, dobókocka

6 db számozott apró tárgy.

A kísérlet leírása:

Modellezzük a gázrészecskéket a 6 számozott tárggyal, a véletlen

mozgást pedig a dobókocka szabályozza. Rajzoljunk a papírra egy

kétosztatú edényt, az ábrának megfelelő módon. Helyezzük el a 6

részecskét az egyik oldalon, majd kezdjük el dobálni a dobókockát.

Amelyik részecske sorszámát kidobjuk, az átkerül a másik oldalra.

Minden egyes dobás után húzzunk egy vonalat a mérési jegyző-

könyv megfelelő rubrikájába.

A kísérletet legalább 50 dobókocka dobásig folytassuk!

Számoljuk össze, hogy az egyes eloszlásokhoz mekkora érték

tartozik, az eredményt ábrázoljuk oszlopdiagramon.

Vonjuk le következtetéseinket.

Mérési jegyzőkönyv:

eloszlás gyakoriság

0 – 6

1 – 5

2 – 4

3 – 3

4 – 2

5 – 1

6 – 0

Észrevételeink:

65. ábra

Page 99: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 99 –

Gyakorisági hisztogram:

2. kísérlet – Részecskék eloszlása II.

Eszközök:

Számítógép, eloszlas.exe nevű számítógép program.

A kísérlet leírása:

A számítógépes program lényegében az előző kísérlet kibővített és

felgyorsított változata. Indítsuk el a programot és járjunk el a prog-

ram használati útmutatója szerint.

Figyeljük meg 6 db részecske viselkedését.

Több lépésben növeljük meg a részecskék számát és figyeljük

közben az eloszlásgörbe viselkedését!

Mi történik, ha a két oldalon két különböző típusú gázt tárolunk,

és a szelepet kinyitjuk?

Írjuk le tapasztalatainkat és vonjuk le következtetéseinket.

Tapasztalatok következtetések:

Page 100: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 100 –

Feladatok:

1. Az ábrán látható hőszigetelő falú tartály két egyforma egyenként

10dm3 térfogatú része egy csappal elválasztható. A tartály bal ol-

dalán 1 mol 300C-os hélium a másik oldalán szintén 1 mol 00C-os

hidrogén gáz található. A csapot kinyitva a

gázok összekeverednek.

c. Mekkora lesz a kialakuló közös hőmér-

séklet?

d. Mekkora lesz a tartályban a nyomás?

66. ábra

Page 101: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 101 –

FOGALOMTÁR

Végezetül álljon itt egy tárgymutató, ahol is az egyes fogalmak, tételek

mellett a rájuk jellemző lecke sorszáma van feltüntetve.

adiabata folyamat 7

belsőenergia változás 7

Boyle - Mariotte törvény 5

Broglie hullámhossz 18

csatolt rezgés 9

csillagászati egység (cse) 19

csillagnap 19

csúcshatás 10

dinamika alaptörvénye forgó testekre 2

dióda 16

disszipatív munkavégzés 4

effektív érték 15

ekvipartíció tétele 20

elektromotoros erő 13

ellenállás és hőmérsékletfüggése 12

fajlagos ellenállás 12

felületi feszültség 6

felületi töltéssűrűség 10

félvezető 16

feszültség 11

fluxus (elektromos) 10

forgási energia 2

frekvencia 9

Gay - Lussac I. és II. törvénye 5

gáz munkavégzése 7

görbületi nyomás 6

harmonikus rezgőmozgás állapotjellzői 8

hatásos teljesítmény 15

Hertzsprung - Russell diagramm 19

hőkapacitás 7

Page 102: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 102 –

hőtan I. főtétele 7

hullámcsomag 18

hullámhossz 9

Huygens - Fresnel elv 9

ideális gáz 5

ideális gáztörvény 5

impulzusmomentum, perdület 2, 3

induktív ellenállás 15

interferencia 9

kapacitív ellenállás 15

kapilláris jelenség 6

Kepler törvényei 19

kettőscsillag 19

kinetikus azaz mozgási energia 4

Kirchoff I. és II. törvénye 13

konzervatív erőtér 4, 11

kötött állapot 4

LED 16

lendület, impulzus 1

lendületmegmaradás, impulzusmegmaradás 1

Lissaojues-görbe 15

Lorentz erő 14

lyukvezetés 16

mechanikai energia 4

mechanikai hullám 9

meddő teljesítmény 15

minimál felület 6

monokristályos napelem 17

munkatétel 4

n típusú félvezető 16

napelem 17

napkollektor 17

nedvesítő folyadék 6

ohm törvénye teljes áramkörre 13

p típusú félvezető 16

Page 103: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 103 –

parsec (pc) 19

perdülettétel 3

periódusidő 9

polikristályos napelem 17

potenciál 11

potenciális energia 4, 11

rezonancia feltétel 8

rugalmas és rugalmatlan ütközés 1

szabadsági fok 7, 20

szöggyorsulás 2

szupravezetés 12

tehetetlenségi nyomaték 2

teljesítmény forgó mozgás esetén 3

teljesítménytényező 15

terjedési sebesség 9

üresjárási feszültség 13

valódi nap 19

váltakozó áram 15

Van de Graaff generátor 10

vektori szorzat 14

vöröseltolódás 19

Page 104: Munkafüzet...Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam – 5 – vagy ha a helyzet megkívánja, haladéktalanul hívjunk mentőt. Egyér-telmű utasításokkal szabjunk feladatot a tanulók

Munkafüzet – Fizika, 12. évfolyam

– 104 –

FORRÁSOK

Felhasznált irodalom:

Búdó Ágoston: (1997) Kísérleti fizika I. - III. Budapest, Nemzeti

Tankönyvkiadó.

Holics László: (1994) Fizika I-II. Budapest, Műszaki Könyvkiadó.

ekh.kvk.uni-obuda.hu

fizipedia.bme.hu

A képek forrásai:

Búdó Ágoston: Kísérleti fizika I.-III. 12, 13, 14, 15

Holics László: Fizika I.-II. 11, 40

Leybold Didactic GMBH 47, 61

3bscientific.hu 1, 2, 6, 25, 26, 27

atlasoftheuniverse.com 64

ekh.kvk.uni-obuda.hu 57, 58

electronic.hu 49

makszutov.hu 62

metal.elte.hu 7

puskas.hu 30, 31

vatera.hu 17

wikipedia.hu 29, 32, 39, 54, 63

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