Kiskunhalasi Református Kollégium. Szilády Áron Gimnázium. Fizika középszintű érettségi kísérletek

Átírás

1 Kiskunhalasi Református Kollégium Szilády Áron Gimnázium Fizika középszintű érettségi kísérletek 2017

2 1. Feladat (OH): A Mikola-csőben lévő buborék mozgását tanulmányozva igazolja az egyenes vonalú egyenletes mozgásra vonatkozó összefüggést! Szükséges eszközök: Mikola-cső; állvány keresztrúddal (a cső feltámasztásához); kréta, stopperóra. A kísérlet leírása: Jelöljön ki krétával a Mikola-cső tartólécén lévő beosztáson egyenlő távolságokat (pl. 20 cm). Rögzítse a keresztrudat az állványon úgy, hogy az arra támasztott Mikola-cső dőlésszöge kb legyen! A stopperóra részidő funkciója segítségével mérje meg, hogy mennyi idő alatt teszi meg a buborék ezeket a távolságokat. Ismételje meg a mérést még kétszer, és minden alkalommal jegyezze fel az eredményt! Utána növelje meg a Mikola-cső dőlésének szögét, és az új elrendezésben is végezzen három mérést. Javaslat a kísérlet értelmezésére: A mérési adatokat foglalja táblázatba Számításokkal igazolja, milyen kapcsolat van a megtett utak és az utak megtételéhez szükséges idők között. Adja meg a buborék mozgásának sebességét mindkét esetre.

3 2. Feladat (OH): Különböző tömegű súlyok felhasználásával vizsgálja meg egy rugóra rögzített, rezgőmozgást végző test periódusidejének függését a test tömegétől! Szükséges eszközök: Bunsen-állványra rögzített rugó; ismert tömegű súlysorozat; stopperóra; milliméterpapír. A kísérlet leírása, javaslatok az értelmezéshez: Rögzítse az egyik súlyt az állványról lelógó rugóra, majd függőleges irányban kissé kitérítve óvatosan hozza rezgésbe! (Ügyeljen arra, hogy a test a mozgás során ne ütközzön az asztalhoz, illetve hogy a rugó ne lazuljon el teljesen!) A rezgőmozgást végző test egyik szélső helyzetét alapul véve határozza meg a mozgás tíz teljes periódusának idejét, és ennek segítségével határozza meg a periódusidőt! A mérés eredményét jegyezze le, majd ismételje meg a kísérletet a többi súllyal is! A mérési eredményeket, valamint a kiszámított periódusidőket rögzítse táblázatban, majd ábrázolja a milliméterpapíron egy periódusidő-tömeg grafikonon! Tegyen kvalitatív megállapítást a rezgésidő tömegfüggésére!

4 3. Feladat: Vizsgálja meg a lemezjátszó korongjára helyezett test (radír) mozgását befolyásoló tényezőket! Szükséges eszközök: lemezjátszó, állítható fordulatszámmal (33, 45 illetve 78 fordulat percenként); vonalzó, radír, stopperóra. Javaslat a kísérlet elvégzésére, értelmezési szempontok: Tegye a radírt a korong szélére, mérje meg a (középpontjának) távolságát a forgástengelytől. Indítsa el a lemezjátszót a legkisebb fordulatszámon. Mérje meg a periódusidőt (célszerűen 5 fordulat idejét egybe), ezekből számolja ki a körmozgást végző test (centripetális) gyorsulását. Növelje meg a fordulatszámot, és újra indítsa el a lemezjátszót. Mérés nélkül, az ismert összefüggések felhasználásával döntse el, hogyan változott a test sebessége és gyorsulása! Milyen erő tartja körpályán a testet? Mi történik, ha tovább növeli a fordulatszámot? Miért?

5 4. Feladat: Különböző anyagi minőségű oldalakkal rendelkező fahasáb és rugós erőmérő segítségével mutassa be a munkafajtákat és a munkát befolyásoló tényezőket! Szükséges eszközök: fahasáb, egyik oldalán posztóval bevonva, rugós erőmérő, mérőszalag vagy colostok. Javaslat a kísérlet elvégzésére: Vízszintes felületen jelöljön ki 1 m távolságot! A rugós erőmérő segítségével húzza egyenletesen a hasábot az egyik ponttól a másikig, közben figyelje, mekkora erőt mutat az erőmérő. Számítsa ki, mennyi munkát végzett eközben! Végezze el ugyanezt a kísérletet úgy is, hogy a hasábot a posztós oldalára fekteti. Mit tapasztal? Miért? A colostok segítségével függőlegesen is jelöljön ki egy adott távolságot, majd a rugós erőmérő segítségével egyenletesen emelje a testet ebbe a magasságba. A leolvasott erőérték segítségével számítsa ki a végzett munkát! Milyen erők végeztek munkát a mozgás közben? Egyik kézzel nyújtsa meg az erőmérő rugóját a 0 N állástól a 2 N állásig, és számítsa ki, mekkora munkát végzett eközben! (Milyen adatra van szüksége még ehhez?)

6 5. Feladat (OH): Erőmérővel kiegyensúlyozott karos mérleg segítségével tanulmányozza a merev testre ható forgatónyomatékokat és az egyszerű emelők működési elvét! Szükséges eszközök: Karos mérleg; erőmérő; akasztható súlysorozat (10 g); mérőszalag vagy vonalzó. Javaslat a kísérlet elvégézésére: Egy egyensúlyban lévő karos mérleg egyik oldalára akasszon fel az ismert súlyú nehezékekből néhányat, és jegyezze fel a távolságot a rögzítési pont és a kar forgástengelye között! Rögzítse az erőmérőt a mérleg másik karján, a forgástengelytől ugyanekkora távolságra! Egyensúlyozza ki a mérleget függőleges irányú erővel, és a mért erőértéket jegyezze le! Változtassa meg az erőmérő rögzítési helyét (pl. a forgástengelytől fele- vagy harmadakkora távolságra, mint az első esetben), és ismét egyensúlyozza ki! Teremtsen úgy is egyensúlyt, hogy a nehezékek és az erőmérő ugyanazon az oldalon vannak! A mért erőértéket és a forgástengelytől való távolságot ismét jegyezze fel! Hozzon létre a nehezékek segítségével egyensúlyt az emelőn úgy, hogy mindkét oldalon csak nehezékeket használ. Készítsen értelmező rajzot, amely az elvégzett mérések esetében a mért erőértékek arányait és irányait magyarázza!

7 6. Feladat (OH): Az arkhimédészi hengerpár segítségével mérje meg a vízbe merülő testre ható felhajtóerő nagyságát! Szükséges eszközök: ún. arkhimédészi hengerpár (egy rugós erőmérőre akasztható üres henger, valamint egy abba szorosan illeszkedő, az üres henger aljára akasztható tömör henger); érzékeny rugós erőmérő; egy kisebb és egy nagyobb főzőpohár. Bunsen-állvány, szorítóval, keresztrúddal. A kísérlet leírása: Mérje meg az üres henger és az aljára akasztott tömör henger súlyát a levegőben rugós erőmérővel! Ismételje meg a mérést úgy, hogy a tömör henger teljes egészében vízbe lóg! Ezek után töltsön vizet az üres hengerbe úgy, hogy az csordultig megteljen, s ismételje meg a mérést így is! Jegyezze fel a mért értékeket! Magyarázza el, hogyan igazolja a kísérlet Arkhimédész törvényét?

8 7. Feladat (OH): Vizsgálja meg különböző halmazállapotú anyagok hőtágulását! Szükséges eszközök: Bimetall-szalag; iskolai alkoholos bothőmérő; üres gömblombik, üvegcsővel átfúrt gumidugóval lezárva; főzőpohár, vízzel; borszeszégő vagy Bunsen-égő; gyufa. A kísérlet leírása: a) Gyújtsa meg a borszeszégőt, és melegítse a bimetall-szalagot a lemez egyik oldalán! Figyelje meg, hogy miként változik a bimetall-szalag alakja a melegítés hatására! Hagyja lehűlni a szalagot és közben figyelje az alakját! b) Fogja ujjai közé az alkoholos hőmérő folyadéktartályát, esetleg enyhén dörzsölje! Hogyan változik a hőmérő által mutatott hőmérsékletérték? c) Fordítsa az üres lombikot a kivezetőcsővel lefelé, és merítse a kivezetőcsövet víz alá! Melegítse a kezével a lombik hasát! Mit tapasztal?

9 8. Feladat (OH): Elzárt gázt összenyomva tanulmányozza a gáz térfogata és nyomása közti összefüggést állandó hőmérsékleten! Szükséges eszközök: Boyle-Mariotte készülék (henger alakú gáztartály, dugattyúval, elzáró szeleppel, manométerrel.) Javaslat a kísérlet elvégzésére: A dugattyút (nyitott szelep mellett) állítsa a 2-es jelzésre, majd zárja el a szelepet. Olvassa le a nyomás értékét, és jegyezze fel. Nyomja befelé a dugattyút, és figyelje, hogyan változik közben a nyomás? Mennyit mutat a nyomásmérő, amikor a dugattyú eléri az 1-es jelzést? Jegyezze fel ezt az értéket is! Állítsa vissza a dugattyút a 2-es jelzésre (közben figyelje meg, hogyan változik a nyomás). Húzza kifelé a dugattyút, figyelje a nyomás változását közben, majd jegyezze fel a nyomást a 4-es beosztásnál is. Milyen kapcsolat van a bezárt levegő térfogata és nyomása között?

10 Feladat: Jellemezze a testek különböző halmazállapotát a mellékelt ábra alapján. 9.

11 10. Feladat (OH): Különböző anyagok segítségével tanulmányozza a sztatikus elektromos töltés és a töltésmegosztás jelenségét! Szükséges eszközök: Két elektroszkóp; 2 ebonit- vagy műanyag rúd; ezek dörzsölésére szőrme vagy műszálas textil; üvegrúd; ennek dörzsölésére szövet, bőr vagy száraz újságpapír. Javaslat a kísérlet elvégzésére: Dörzsölje meg a textillel az egyik ebonit rudat, és helyezze a forgó tartóba, vízszintes helyzetbe. Dörzsölje meg a másik ebonitrudat is a textillel, és közelítse őket egymáshoz. Mit tapasztal? Dörzsölje meg a szövettel az üvegrudat, és közelítse a fekvő rudhoz. Mit tapasztal most? Töltse fel a cérnaszálon lógó testeket a feltöltött ebonitrúddal. Mit tapasztal? Közelítse az egyik elektroszkóphoz az ebonitrúdat, de ne érjen hozzá. Mit tapasztal? Kösse össze a két elektroszkópot miközben az ebonitrúd még a közelben van. Magyarázza meg a tapasztalatokat!

12 11. Feladat (OH): Kapcsoljon sorosan vagy párhuzamosan egy ismeretlen ellenállású és egy ismert ellenállású fogyasztót! Határozza meg az ismeretlen ellenállást úgy, hogy a két fogyasztón mért feszültségeket vagy áramerősségeket hasonlítja össze! Szükséges eszközök: változtatható feszültségű tápegység, egy ismert és egy ismeretlen ellenállású ellenállás, 2 db digitális multiméter, vezetékek. Javaslat a kísérlet értelmezésére: Döntse le, hogy soros vagy párhuzamos kapcsolással dolgozik. Állítsa össze a döntésének megfelelő áramkört a rendelkezésre álló eszközökből. Állítson be a tápegység feszültségszabályzó gombja segítségével különböző (pl. 5V, 10V, 15V) feszültség-értékeket, és mindegyik esetben mérje meg az ellenállásokra eső feszültséget (ill. az azokon átfolyó áramokat). Ügyeljen a méréshatárokra és a mérőműszerek helyes bekötésére! A mért értékeket foglalja táblázatba, majd azok alapján igazolja az áramköri alaptörvények teljesülését. A mért értékekből számítsa ki, mekkora lehet az ismeretlen ellenállás!

13 12. Feladat (OH): Vizsgálja meg az áramjárta vezető mágneses terét egy iránytű segítségével. Szükséges eszközök: Változtatható feszültségű (0-24 V DC) tápegység, 1200 menetes tekercs vasmaggal, és közép-leágazással ( menet), iránytű, vezetékek. Javaslat a kísérlet elvégzéséhez, megfigyelési szempontok: Kösse össze a tekercs 1200 menetes kivezetéseit a tápegység egyenfeszültségű (DC) kivezetéseivel. A feszültségszabályzót állítsa pl. 3 V-ra, majd az áramkört a kapcsoló segítségével szakítsa meg. Helyezze az iránytűt az asztalra, várja meg, amíg az felveszi az É-D irányt. A tekercset helyezze K-Ny irányban az iránytűtől néhány cm-re. Zárja az áramkört, és figyelje az iránytű viselkedését. Ismételje meg a kísérletet 6 V tápfeszültséggel is, valamint fordított áramirány esetére is, és figyelje a tapasztalatokat. Vizsgálja meg azt is, milyen szerepe van a vasmagnak! Mit tapasztal, ha a tekercs 600 menetes kivezetéseit használja? A kísérlet során végig ügyeljen arra, hogy a a tápegységen lévő feszültség-szabályzó gomb ne lépje túl a 7 V értéket!

14 13. Feladat (OH): Légmagos tekercs és mágnesek segítségével tanulmányozza az elektromágneses indukció jelenségét! Szükséges eszközök: Középállású demonstrációs áramerősség-mérő; különböző menetszámú, vasmag nélküli tekercsek (300 és 600 menetes); rúdmágnes; vezetékek. Javaslatok a kísérlet elvégzéséhez: Csatlakoztassa a tekercs két kivezetését az árammérőhöz! Dugjon be egy mágnest a tekercs hossztengelye mentén a tekercsbe! Hagyja mozdulatlanul a mágnest a tekercsben, majd húzza ki a mágnest körülbelül ugyanakkora sebességgel, mint amekkorával bedugta! Figyelje közben a mérőműszer kitérését! Ismételje meg a kísérletet fordított polaritású mágnessel is! Ismételje meg a kísérletet úgy, hogy gyorsabban (vagy lassabban) mozgatja a mágnest! Ezután fogja össze a két mágnest és a kettőt együtt mozgatva ismételje meg a kísérleteket! Ismételje meg a kísérletet kisebb és nagyobb menetszámú tekerccsel is! Röviden foglalja össze tapasztalatait!

15 14. Feladat (OH): Mérje meg a kiadott üveglencse fókusztávolságát és határozza meg dioptriaértékét! Szükséges eszközök: Ismeretlen fókusztávolságú üveglencse; ernyőnek; gyertya; mérőszalag; optikai pad (vagy más, az eszközök rögzítésére alkalmas rúd és rögzítők). Javaslatok a kísérlet elvégzéséhez: Helyezze a gyertyát az optikai pad tartójára, és gyújtsa meg! Helyezze el az optikai padon az ernyőt, az ernyő és a gyertya közé pedig a lencsét! Mozgassa addig a lencsét és az ernyőt, amíg a lángnak éles képe jelenik meg az ernyőn! Mérje le ekkor a kép- és tárgytávolságot, és jegyezze fel az értékeket egy táblázatba! A leképezési törvény segítségével határozza meg a lencse fókusztávolságát! Végezze el még két helyzetben ugyanezt! A mérés eredményét felhasználva határozza meg a kiadott üveglencse dioptriaértékét!

16 15. Feladat (OH): Az írásvetítőre helyezett polárszűrőkkel tanulmányozza a fénypolarizáció jelenségét! Állapítsa meg az ismeretlen polárszűrőre jellemző polarizációs irányt! Szükséges eszközök: Két polárszűrő, melyek közül az egyik keretén meg van jelölve a polarizációs irány, a másiknál nincsen; írásvetítő vagy egyéb fényforrás; alkoholos filctoll vagy ceruza. Javaslat a kísérlet elvégzésére: Állítsa az ismert polarizációs irányú polárszűrő szögmérőjét 0 fokra, és helyezze a szűrőket az optikai sín tartóiba, egymáshoz lehető legközelebb! A másik szűrőt a kis kar segítségével lassan körbeforgatva figyelje meg, hogyan változik a két szűrőn átjutó fény intenzitása! Ennek segítségével állapítsa meg a másik polárszűrőre jellemző, ismeretlen polarizációs irányt! A szűrő keretén tüntesse fel ezt az irányt!

17 16. Feladat: A mellékelt GeoGebra-szimuláció ( ) segítségével vizsgálja meg a katódsugárzás egyes tulajdonságait. Szükséges eszközök: számítógép, internethozzáféréssel. Javaslatok a kísérlet elvégzéséhez, szempontok az elemzéshez: A csúszkák segítségével vizsgálja meg, milyen hatással van az eltérítő lemezek közé kapcsolt U feszültség a sugárnyalábra. Milyen erő téríti el és mire utal az eltérítés iránya? Ugyanezt végezze el a mágneses indukció ( B) erősségének változtatásával is. Milyen erő téríti el és mire utal az eltérítés iránya? Állítson be olyan U és B értékeket, melyekre a katódsugárzás nem térül el. Mi a feltétele annak, hogy ne térüljön el a nyaláb?

18 17. Feladat (OH): Az ábra alapján mutassa be Bohr atommodelljének legfontosabb jellemzőit a hidrogénatom esetében! Értelmezze a hidrogén vonalas színképét a Bohr-modell alapján!

19 18. Feladat (OH): Elemezze és értelmezze a mellékelt ábrán feltüntetett bomlási sort! Javaslatok, szempontok az elemzéshez: Mit jelölnek a számok a grafikon vízszintes, illetve függőleges tengelyén? Mi a kiinduló elem és mi a végső (stabil) bomlástermék? Milyen bomlásnak felelnek meg a különböző irányú nyilak, hogyan változnak a jellemző adatok ezen bomlások során? Hány bomlás történik az egyik és hány a másik fajtából?

20 19. Feladat (OH): Fonálinga lengésidejének mérésével határozza meg a gravitációs gyorsulás értékét! Szükséges eszközök: Fonálinga: legalább cm hosszú fonálon kisméretű nehezék, állványon; stopperóra; mérőszalag. Javaslat a kísérlet elvégzésére és értelmezésére: A fonálingát rögzítse az állványra, majd mérje meg a zsinór hosszát és jegyezze le! Kis kitérítéssel (max. 10 fok) hozza az ingát lengésbe! Tíz lengés idejét stopperrel lemérve határozza meg az inga periódusidejét! Mérését ismételje meg még legalább kétszer! A mérést végezze el úgy is, hogy az inga hosszát megváltoztatja az új hosszakkal történő méréseket is legalább háromszor végezze el! A mérési adatokat foglalja táblázatba A mérési adatok alapján a fonálinga lengésidejére vonatkozó összefüggés segítségével számolja ki a gravitációs gyorsulás értékét. A számított értékek átlagát is számítsa ki, majd hasonlítsa össze az ismert értékkel.

21 20. Feladat (OH): Az alábbi táblázatban szereplő adatok segítségével elemezze a Merkúr és a Vénusz közötti különbségeket, illetve hasonlóságokat! Merkúr Vénusz 1. Közepes naptávolság 57,9 millió km 108,2 millió km 2. Tömeg 0,055 földtömeg 0,815 földtömeg 3. Egyenlítői átmérő km km 4. Sűrűség 5,427 g /cm³ 5,204 g /cm³ 5. Felszíni gravitációs gyorsulás 3,701 m/s² 8,87 m/s² 6. Szökési sebesség 4,25 km/s 10,36 km/s 7. Legmagasabb hőmérséklet 430 C 470 C 8. Legalacsonyabb hőmérséklet 170 C 420 C 9. Légköri nyomás a felszínen ~ 0 Pa ~ Pa A Vénusz A Merkúr felszíne Javaslat a kísérlet értelmezésére, elemzési szempontok: Tanulmányozza a Merkúrra és a Vénuszra vonatkozó adatokat! Mit jelentenek a táblázatban megadott fogalmak? Hasonlítsa össze az adatokat a két bolygó esetében, és értelmezze az eltérések okát a táblázatban található adatok felhasználásával! Mire utal az, hogy a két bolygó sűrűsége közel ugyanakkora? A felszíni gravitációs gyorsulás értékét a bolygó mely paraméterei határozzák meg? Mi befolyásolja a felszíni hőmérsékletet? Mivel magyarázható a nagy eltérés a minimális hőmérsékletek között? Milyen lehet a bolygók légköre?