JAVASLATOK, INSTRUKCIÓK A FELKÉSZÍTŐKNEK, A KÍSÉRLETEKET ELŐKÉSZÍTŐKNEK, ÖSSZEÁLLÍTÓKNAK, A VIZSGAKÖZPONTKÉNT SZEREPLŐ ISKOLÁKNAK A következőkben a kísérletek összeállításához, az előkészítendő eszközök listájának pontosításához adunk javaslatokat. Az alábbiak elsősorban a vizsgaközpontként szereplő iskolák számára fontosak, de mindezek segítséget nyújthatnak a középszintű szóbeli érettségi vizsgára való felkészüléshez, felkészítéshez is, minden tanár és vizsgázó, felkészítő és felkészülő munkáját segíthetik. A kísérlet elvégzéséhez megadott eszközök listája természetesen bővebb, mint amennyi a kísérlet tényleges elvégzéséhez szükséges. Az eszközállomány azonban iskolánként változó, ezért az a javaslat, hogy iskolánként pontosítsák a szükséges eszközök listáját. A tálcára csak a tételben szereplő kísérlet elvégzéséhez szükséges eszközök kerüljenek. Ez jegyzékszerűen leírva szerepeljen is a tálcán, ezzel is segítve a vizsgázó munkáját. Ez egyben azt is jelenti, hogy a vizsgaközpontként szereplő iskolák felkért kollégáitól kérjük a kísérlet előzetes elvégzését, és a mérés eredményeinek rögzítését, majd a vizsgabizottság számára való átadását. A kísérleteket a kellő mértékben összeállítva bocsássuk a vizsgázó rendelkezésére. Hasznos, ha a vizsgaközpontként szereplő iskolák a vizsga előtt kijelölnek egy-két időpontot, amikor a vizsgázó felkeresheti az iskolát, hogy az ottani mérőműszerekkel megismerkedjen. Vizsgacsoportonként szükségesek még az alábbiak: 2-3 védőköpeny, 2-3 zsebszámológép, típusonként 6 függvénytábla, bélyegzővel lepecsételt papír, mm-papír, íróeszköz, vonalzó, szögmérő, radír, alkoholos filctoll, kréta, papír törlőkendő, vagy törlőruha, tartalékok a törékeny eszközökből. A vizsgázók számára fontos információ, hogy a tétel egyes esetekben nem csupán a tételben szereplő kísérlet elméleti hátterével foglalkozik, hanem átvezető kérdésekkel a kísérlethez szorosan kapcsolódó, de esetleg a fizika más területeiről származó ismereteket is számon kér. Ilyen témakör például az atomfizika és a gravitáció. Erre a felkészülés során figyelni kell. 1
3./ Javaslatok, instrukciók a felkészítőknek, a kísérleteket előkészítőknek, összeállítóknak, a vizsgaközpontoknak Mechanikai kísérletek 1.) Az egyenes vonalú egyenletes mozgás vizsgálata Mikola-csővel A szükséges eszközök: Mikola-cső, Bunsen-állvány és dió, lombik fogó, metronóm és (vagy) stopperóra, szögmérő (vagy függőónos szögmérő, mérőszalag, ragasztószalag (szigetelőszalag) a szögmérőhöz. A Mikola-cső egy kb. l m hosszú, egyik végén zárt, a másik végén ledugaszolt, folyadékkal töltött üvegcső, amelyben kb. 0,5 cm hosszúságú buborék mozoghat, akkor, ha a csövet megdöntjük. A cső olyan falapra van rögzítve, amelyen hosszúságmérésre alkalmas beosztás van. A függőónos szögmérőt úgy készíthetjük el, hogy egy 180 0 -os szögmérő középpontján varrótűvel cérnaszálat húzunk át és a cérnaszál végére kis nehezéket ( pl. csavaranya ) kötünk. A szögmérőt ragasztószalaggal a léchez erősítjük, így a cső hajlásszögének pótszögét olvashatjuk le a szögmérőről. Az állványra erősített Bunsen-dióba úgy fogjuk be a lombikfogót, hogy miközben az tartja a csövet, aközben a cső forgatható is legyen, így könnyen tudjuk újra meg újra "mozgásba hozni" a buborékot. Ehhez az kell, hogy a dió egyik csavarja kissé kúpos legyen 2.) Az eredő erő meghatározása A szükséges eszközök: kb. 1 m x 1 m -es vékony tábla, amely falra akasztható, függőleges vagy vízszintes síkba állítható, 3 db rugós erőmérő (~3N-os), kis test, pl. csavaralátét, befőttesgumi, ceruza vagy kréta, vonalzó, 3 db szeg vagy kis szemes csavar vagy rajzszög, 2 db drótból hajtott kis S kampó, vagy zsinegből készített hurok, esetleg rajzlap az erőmérők alá. A táblába egy kb. 30-40 cm sugarú köríven a célnak megfelelő helyeken lyukakat fúrunk, és belehelyezzük az erőmérők megtartására szolgáló szemes csavarokat (vagy egyszerűen szeget ütünk a fába). A csavaralátéten egymásba fűzött befőttesgumit húzunk át. (A befőttesgumi egybefűzésével a rugalmas szál hosszát növelhetjük a szükséges méretűre.) A csavaralátét lesz az a test, amelyre az erők hatnak. A befőttes gumi szabad végét - az ábra szerint - az alsó fémrúdra /szögre/ akasztjuk. A testhez erősített, zsinegből készített hurkokba (vagy S kampóba) egy-egy erőmérőt akasztunk, és azokat az előre kiválasztott helyen lévő szegre akasztva rögzítjük. Megmérjük a két erőt, és bejelöljük a test helyét, az erők hatásvonalának meghatározásához pedig az erőmérő tengelyének egy pontját. Majd egy erőmérővel meghatározzuk az eredőerő hatásvonalát és nagyságát. 2
3.) A csúszási súrlódás vizsgálata A szükséges eszközök: kb. 250 g tömegű fahasáb, rugós erőmérő, a fahasábra helyezhető, kb. 50-100 g tömegű testek, 80-100 cm hosszú, 20 cm széles, érdességükben eltérő felületű lapok, ragasztószalag a lapok és a fémkorongok rögzítéséhez, S kampó, U szög. A fahasábba ütött kis U szögbe akasztjuk az S kampót, ehhez pedig, esetleg fonál közbeiktatásával akasztjuk az erőmérőt. Az S kampót lágyabb fémhuzalból gömbölyű fogóval hajthatjuk. A fahasábot a vízszintes felületre helyezve, a rugós erőmérő közbeiktatásával húzzuk, indításnál esetleg kissé megtoljuk. 4.) A rugóra függesztett test rezgésidő tömeg függése A szükséges eszközök: állvány, dió, a dióba befogható, az egyik végén "peremezett" fém- vagy farúd, tükörskála (befőttes gumival az állványhoz rögzítve) a parallaxis hiba kiküszöbölésére, mutatóval ellátott rugó, szigetelőszalag a mutató elkészítéséhez, olló, esetleg gumiszál, egyenlő tömegű (10-50 g) a rugóra felakasztható testek, ismeretlen súlyú testek az erőmérő ellenőrzéséhez, rugós erőmérő az ellenőrzéshez. Rugót (ha nem áll rendelkezésünkre) erős, kb. 1 mm átmérőjű rugalmas acélhuzalból is "tekercseltethetünk", és azt 10-15 cm hosszú darabokra vágatjuk. A felakasztható testek tömegét a rugó keménysége határozza meg. Olyan rugót válasszunk vagy készíttessünk, amelyen legalább hét mérés végezhető különböző tömegű testek ráakasztásával úgy, hogy a rugó még éppen a linearitáson belül marad. A rugó legnagyobb megnyúlása kb.20 cm. A parallaxis hiba elkerülése érdekében tükörskálát 3-4 cm széles, 20-25 cm hosszú tükörlapból készíthetünk úgy, hogy a tükör szélére, hosszában 1-1,5 cm széles milliméterpapírt ragasztunk. Rugó helyett használhatunk alkalmas gumiszálat is. A rugóra mutatót szigetelőszalag ráragasztásával és ék alakúra vágásával készíthetünk. 3
5.) A lejtőn lévő testre ható erők vizsgálata A szükséges eszközök: kb. 50-60 cm hosszú, egyik végén két helyen átfúrt deszkalap, a furaton átvezetett zsinegből készült akasztóval, Bunsen-állvány és dió, (állítható hajlásszögű lejtő) 1 db erőmérő (3N-os), kb. 250 g tömegű, henger (esetleg hasáb) alakú test, a hossztengelyében két szeg vagy csap, melyre könnyen mozgó, drótból hajtott akasztó tehető, drótból hajtott akasztó horog (közepénél tompaszögbe hajtott S kampó), kb. 15-20 cm hosszú zsineg, mindkét végén hurokkal, 2 db S kampó, derékszögű vonalzó, szögmérő, vagy függőónos szögmérő. A deszkalapot a zsinegnél fogva a Bunsen-állványba fogott dióra akasztjuk, ezáltal változtatható hajlásszögű lejtőt kapunk. A deszkalap síkjába igazítva, az akasztó horog egyik végét a dióra akasztjuk. A zsineg egyik végét az akasztó horogra, a másik végét az S kampó segítségével a henger alakú test kampójára erősítjük. Az akasztó horgot úgy állítjuk be, hogy a zsineg (vagy az erőmérő) párhuzamos legyen a lejtő lapjával. Az erőmérőt a másik S kampó segítségével a test másik akasztójára tesszük. A derékszögű vonalzót a lejtőre állítva, a vonalzó mellett, a lejtőre merőlegesen a testet a zsinegnél fogva elemeljük a lejtőtől. Amikor a zsineg a lejtő lapjára éppen merőlegesen áll, leolvassuk a lejtő lapjával párhuzamos erő nagyságát és a lejtő hajlásszögét. A zsineget és az erőmérőt felcserélve, az előzővel egyező beállítást létrehozva, megmérhetjük a lejtőn lévő testre ható nyomóerőt is. A lejtőhöz erősített szögmérő segítségével meghatározzuk a lejtő hajlásszögét. (A szögmérő a hajlásszög pótszögét mutatja.) 4
Hőtani kísérletek 1) A szilárd anyag fajlagos hőkapacitásának (fajhőjének) meghatározása A szükséges eszközök: kaloriméter (termosz), kétfuratú termosz-dugó, keverő, hőmérő, 3 db közepes főzőpohár, hideg és meleg víz, törlőruha, fémforgács, (sörét, apró csavarok, alátétek) vagy műanyag granulátum, vegyszerkanál, hőmérő a szobahőmérséklet mérésére, törlőruha, tömegmérési lehetőség: a.) levélmérleg, b.) előre kimért mennyiségek, c.) digitális mérleg. A kísérlethez célszerű széles szájú, 1 literes ételtermoszt választani. A termosz dugójába két furatot készítünk: egyet a keverőnek, egyet a hőmérőnek. A keverőt lágyabb, formálható, vastagabb drótból hajthatjuk megfelelő alakúra. A kísérletet ismert tömegű meleg víz termoszba-öntésével kezdjük. A kaloriméter felmelegedése után leolvassuk a víz hőmérsékletét, majd a lemért tömegű, szobahőmérsékletű, száraz, szilárd anyagot tesszük óvatosan a kaloriméterbe. Kevergetés közben a hőmérséklet kiegyenlítődik. Leolvassuk a közös hőmérsékletet. A kísérlet kritikus pontja a hőmérsékletek mérése. Nem meglepő az igen nagy hiba sem, ha itt 1-2 fokot tévedünk. A mért érték a valódi értéket jobban közelíti, ha hőmérőnk pontossága legalább 0,5 o C. A jobb eredmény elérése érdekében figyeljünk arra, hogy a víz tömege lehetőleg kisebb legyen a szilárd anyag tömegénél (pl.: 200g vízhez 200-250g szilárd anyag adható). A számításhoz a termosz hőkapacitásának ismerete szükséges, a víz fajhőjét táblázatból keressük meg. 2) A kaloriméter hőkapacitásának meghatározása A szükséges eszközök: termosz (kaloriméter), kétfuratú termosz-dugó, keverő, hőmérők, 3 db közepes főzőpohár, hideg és meleg víz, törlőruha, tömegmérési lehetőség: a.) levélmérleg, b.) mérőhenger, c.) előre kimért mennyiségek, d.) digitális mérleg. A kísérlethez célszerű széles szájú, 1 literes ételtermoszt választani. A termosz dugójába két furatot készítünk: egyet a keverőnek, egyet a hőmérőnek. A keverőt lágyabb, formálható vastagabb drótból hajthatjuk megfelelő alakúra. Javasoljuk, hogy elegendően nagy vízmennyiséggel dolgozzon (például 200 g). A kísérletet azzal kezdjük, hogy a megmért hőmérsékletű és tömegű meleg vizet gyorsan a öntjük. A termoszt a dugóval lezárjuk, és a keverővel óvatosan kevergetve megvárjuk, míg beáll a hőmérsékleti egyensúly. Leolvassuk a beállt hőmérsékletet. Főzőpohárba közben kimérünk 200 g-nyi szobahőmérsékletű ( hideg ) vizet, és a termoszba töltjük. Kevergetés után, amikor a hőmérő higanyszála már nem mozog, leolvassuk a kialakult egyensúlyi hőmérsékletet. Ha a kezdetben bemért víz elég meleg volt, s termoszunk elegendően nagy, újabb mérést végezhetünk további hideg víz betöltésével. A kísérlet kritikus pontja a hőmérsékletek pontos mérése. (Hőmérsékletkülönbségekkel kell számolnunk!) Nem meglepő a nagyobb mérési hiba, ha itt 1 fokot tévedünk. Célszerű 1 fokosnál pontosabb hőmérők használata. 5
A betöltött meleg víz tömegét úgy is meghatározhatjuk, hogy a mérés végén a hideg és a meleg víz együttes tömegét mérjük, meg és abból kivonjuk a szobahőmérsékletű ( hideg ) víz tömegét. Ez jelentősen csökkenti a mérési hibát, mivel a meleg víz nem hűl számottevően a tömegmérés alatt. 3) A hőtágulás a.) Bimetall lemez viselkedésének bemutatása A szükséges eszközök: kb. 25 cm hosszú, 2 cm széles, 1-2 mm vastag vas- és alumíniumlemez vagy kereskedelmi forgalomban kapható ikerfém, szegecsek, borszeszégő, lombikfogó, gyufa. A két fémlemezt erősen összeszegecseljük. Az így kapott ikerfémet borszeszégő lángjába tartjuk. b.) Hőtágulás bemutatása a Gravesande-féle karikával A szükséges eszközök: taneszközgyártó által készített eszköz, borszeszégő, gyufa. Az eszközzel bemutathatjuk és értelmezhetjük a vonalas, a felületi és a térfogati hőtágulás jelenségét. c.) Gázok hőtágulásának bemutatása egyszerűen A szükséges eszközök: kb. 500 cm 3 térfogatú, keskeny szájú lombik, egyfuratú dugó mindkét végén nyitott üvegcsővel, nagyobb főzőpohár vízzel, borszeszégő. A lombikot - szájával lefelé fordítva - vizet tartalmazó üvegedénybe fordítjuk. A lombikot kissé megmelegítjük. Azt tapasztalhatjuk, hogy eleinte lassan, majd gyorsabban légbuborékok szállnak fel a vízben. A melegítést abbahagyva, víz nyomul fel a lombikba. d.) Folyadék hőtágulásának bemutatása A szükséges eszközök: kb. 1 literes talpas lombik, egyfuratú gumidugó, keskeny, kb. 40 cm hosszú üvegcső, melegvizes fazék, amelybe a talpas lombik beleállítható, víz, fluoreszcein vagy vízfesték, esetleg káliumpermanganát, zsineg vagy befőttes gumi, bothőmérő. A lombikot színültig megtöltjük vízzel. A jobb láthatóság kedvéért a vízbe színező anyagot is tehetünk. A gumidugóba akkora lyukat fúrunk, hogy a vékony üvegcsövet szorosan beleilleszthessük. (Az összeillesztés megkönnyítése céljából az üvegcsövet kissé beszappanozzuk.). A lombikot az egyfuratú gumidugóval úgy zárjuk le, hogy a dugó alatt ne maradjon levegő. Az üvegcsövön megjelöljük a meniszkuszt. (pl. zsineget vagy befőttes gumi-szálat kötünk rá). Ezután a lombikot a melegvizes fazékba állítjuk. Azt tapasztalhatjuk, hogy az üvegcsőben lévő vízszint számottevően emelkedik, jelezvén, hogy a folyadék térfogata megnövekszik. A lombik, mint szilárd test és a folyadék hőtágulása megfigyelhető akkor is, ha a melegítést a kezünk melegével végezzük úgy, hogy a lombikot egy ideig tenyerünkkel betakarjuk. 6
4) A légnyomás mérése Melde csővel a.) Légnyomás mérése Melde-csővel A szükséges eszközök: Melde-cső, keskeny modellező léc, mm-papír, ragasztó, Bunsen állvány és dió, lombikfogó, üveghenger, tálca, függőónos vagy papír szögmérő, szigetelőszalag, befőttesgumi. A Melde-cső 30-40 cm hosszú, 2-3-mm belső átmérőjű üvegcső, amelyben néhány centiméter hosszúságú higanyoszlop által bezárt levegő van. A csövet higannyal úgy tölthetjük meg, hogy nyitott végével lefelé, ferdén, gázláng fölé tartjuk, és rövid idő múlva, (mikor a benne lévő levegő a melegítés hatására már kitágult), az üvegcső száját higanyba nyomjuk. Ekkor a csőbe a külső, nagyobb légnyomás higanyt nyom fel. A csövet kiemelve a higanyból, óvatosan megrázzuk, annyi higanyt rázunk ki belőle, hogy a nyitott végénél a csőben csak annyi higany maradjon, amennyivel a későbbiekben biztonságosan dolgozhatunk, ne kelljen félni attól, hogy kisebb rázkódásra a higany egy része kirázódhat a csőből. Megtölthetjük a csövet higannyal úgy is, hogy tálcára helyezett magas edénybe állítjuk. Addig a mélységig, ahol azt akarjuk, hogy a levegő oszlop vége legyen, vékony drótszálat vezetünk. A kiöntő edényből a drótszál mellett higanyt öntünk a csőbe. Ilyenkor a drótszál melletti résen a felesleges levegő eltávozik. A tálca és az üveghenger azért szükséges, hogy elkerüljük a higanycseppek szétszóródását. Ha a bezárt levegőoszlop nem elég hosszú, akkor a csövet függőlegesen tartva, vékony dróttal szúrjuk át a higanyoszlopot, ennek hatására a drótszál mellett levegő áramlik a csőbe. Vékony, 1,5-2 cm széles, a csőnél hosszabb modellező lécre mm-papír csíkot ragasztunk, így a gázoszlop és a higanyoszlop hosszúságát könnyen és jó pontossággal mérhetjük. A Melde-csövet a lécre erősítjük két befőttes gumi segítségével. A lécre függőónos (papír) szögmérőt ragasztunk. A lécet a Bunsen - állványra erősített dióba fogott lombikfogóval rögzítjük. A lombikfogót a dió kúposan kiképezett csavarjával úgy fogjuk be, hogy a lombikfogó a dióban forgatható legyen. b.) Boyle-Mariotte-törvény ellenőrzése Melde-csővel A szükséges eszközök: Melde-cső, keskeny modellező léc, mm-papír, ragasztó, Bunsen - állvány és dió, lombikfogó, üveghenger, tálca, függőónos / papír szögmérő, szigetelőszalag, befőttes gumi, barométer. Méréskor célszerű a vízszintes helyzetből indulni, és kb.10 -onként addig mérni, míg a cső a nyitott végével felfelé függőleges helyzetbe nem kerül, majd ugyancsak a vízszintes helyzettől számítva 10 - onként mérni, míg a cső nyitott vége alulra nem kerül. A légnyomás értékét barométerről olvassuk le. A csőben lévő higanyoszlop nyomását a p = ρ g h sin α összefüggésből határozhatjuk meg, ahol h a Hg - oszlop hossza, ρ a Hg sűrűsége, α pedig a csőnek a vízszintessel bezárt szöge, vagy felhasználjuk, hogy az 1 mm magas higanyoszlop nyomása: 136 Pa. 7
Elektromosságtani kísérletek 1.)A potenciálesés mérése homogén, állandó keresztmetszetű vezetőn A szükséges eszközök: kb. 1,05 m hosszú csupasz ellenálláshuzal, legalább 1,1 m hosszú, kb. 10 cm széles vékony deszkalap, mm papír vagy mm beosztású mérőszalag, ragasztó, csavarhúzó, esetleg csavarok, esetleg keskeny és vékony fémlemez bilincs készítéséhez, 2 db banánhüvely, 4 db röpzsinór, banándugóra húzható csúszó érintkező, laposelem, elemtartó banánhüvelyekkel ellátva, kétállású kapcsoló, feszültségmérő. A deszkalapra mm beosztású mérőszalagot ragasztunk. A lap két végére egy-egy banánhüvelyt erősítünk. Az ellenálláshuzal végeit fémesen a banánhüvelyhez kötjük. Ha a huzalt pontosan 1 m hosszúra mérjük a két banánhüvely között, méréskor a leolvasás könnyebb lesz. A csúszó érintkezőt vékony fémlemezből készíthetjük úgy, hogy a lemezt gömbölyű fogóval a banándugó méretére hajtjuk. A laposelemet célszerű alkalmas tartó eszközbe helyezni. Ez lehet egy laposelemmel működő zseblámpa doboza, ahol az elem csatlakozási helyeit banánhüvellyel, dugaszoló hellyel látjuk el, de készülhet a tartó egy falapból is, amelyre könnyen hajtható fémlemezzel (bilinccsel) és csavarokkal fogjuk fel az elemet. Az elem kivezetéseit fémesen, a falapra erősített banánhüvelyekre hajtjuk, kihasználva a laposelem kivezetéseinek rugalmasságát. Az áramforrásból, az ellenálláshuzalból és a kapcsolóból áramkört állítunk össze. A feszültségmérő egyik kivezetését a huzal egyik végén lévő banándugóhoz kapcsoljuk esetleg krokodil csipesz segítségével. A feszültségmérő másik kapcsáról kivezető röpzsinórra csúszkát erősítünk. U 8
2.) Az ellenállások soros kapcsolásának vizsgálata A szükséges eszközök: 2-3 db ellenállás, vagy Holtz-állványokba fogható ellenálláshuzalok, laposelem tartóval, feszültségmérő, árammérő, röpzsinórok, krokodilcsipeszek, kétállású kapcsoló (Morse-kapcsoló) Az ellenállások lehetnek: a.) Két Holtz-állvány közé kifeszített ellenálláshuzalok. b.) Célszerűen készülhetnek az ellenállások banánhüvelyekkel ellátott dobozba bekötött, kereskedelmi forgalomban kapható ellenállások felhasználásával. c.) Taneszközgyártó által készített készlet részei. A feszültségmérővel megmérjük az egyes ellenállások kapcsain a feszültségeket, majd megmérjük a sorba kapcsolt ellenállás - rendszer kapcsain az együttes feszültséget (az áramforrás kapocsfeszültségét). Megvizsgáljuk az egyes ellenállásokon folyó áramerősségeket is. u u 1 u 2 u 3 r r r u k 3.) Az áramforrás belső ellenállásának meghatározása méréssel A szükséges eszközök: laposelem, kb. 15 cmx10 cmx5 cm méretű karton- vagy műanyagdoboz, 2 db banánhüvely, feszültségmérő, árammérő, legalább 2 db eltérő értékű, 100 Ω nagyságrendű ellenállás, kb. 50-70 Ω ellenállás az elem belső ellenállásának növeléséhez, kétállású kapcsoló, röpzsinórok, krokodilcsipesz, esetleg tolóellenállás. A méréshez igen nagy belső ellenállású feszültségmérőt, és elhanyagolható belső ellenállású árammérőt használunk, hogy ezek ellenállását a számításkor ne kelljen tekintetbe venni. Célszerűen alkalmazhatók a taneszköz gyártó által készített demonstrációs műszerek. A kísérlethez lehetőleg új laposelemet használjunk.. R I R B U 0 K U Különböző terhelő ellenállások mellett megmérjük a telep kapocsfeszültségét és a rajta átfolyó áram erősségét. 9
Mivel a 4,5 V-os laposelem belső ellenállása igen kicsi, a mérést csak az áramforrás nagy terhelése mellett végezhetnénk úgy, hogy jól megkülönböztethető értékeket kapjuk, ekkor azonban a belső ellenállás a mérés közben számottevően változna. Ezt a problémát elkerülendő, alkalmas áramforrást kell készítenünk, hogy a belső ellenállás nagyobb legyen. (Megnövelt belső ellenállású áramforrást készítünk.) Egy kartondoboz fedelén két lyukat ütünk, ezekbe egy-egy banánhüvelyt rögzítünk. A dobozban elhelyezzük a laposelemet és vele sorba kötve az ellenállások közül a legkisebb ellenállásút, és a két kivezetést egy- egy banánhüvelyhez kötjük. A dobozt lezárva, azt, mint áramforrást használjuk. Az előző kísérleti összeállításban külső ellenállásként tolóellenállást használva a mérést igényesebben végezhetjük el, ha felvesszük a kapocsfeszültség-áramerősség diagramot. Ekkor úgy járunk el, hogy a terhelő ellenállásként használt tolóellenállás értékét a csúszó érintkező eltolásával változtatjuk. Ügyelni kell arra, hogy a terhelő ellenállás változtatásának intervallumait jól válasszuk meg, ugyanis nagy terhelés esetén a kapocsfeszültség olyan kicsit változhat, hogy diagramunk értékelhető legyen. Végezhetjük a mérést úgy is, hogy a két külső ellenállás értékét megadjuk, azaz ismert külső ellenállásokkal dolgozunk. R I U O K U K 4) Az elektromágneses indukció a) Az áram mágneses hatása, Oersted-kísérlet A szükséges eszközök: 2 db, taneszközgyártó által készített Holtz-állvány, kétállású kapcsoló, 4 db röpzsinór, akkumulátor vagy laposelem, taneszközgyártó által készített mágneses iránytű (dipólus) talpon. b) Áramvezető mágneses mezőben (a Lorentz-erő) A szükséges eszközök: patkómágnes, laposelem tartóval, vagy akkumulátor, 3 db röpzsinór, kétállású kapcsoló, hajlítható szigetelt drót, fa vagy műanyag talp 2 db banánhüvellyel, Bunsen-állvány dióval és lombikfogóval A drótból U alakú keretet hajtunk. A két drótvéget szigetelő lapra erősített kis fémhorogra tesszük, így a meghajtott drót ingaként tud mozogni. A fémhorgokat a szigetelő talphoz erősített banánhüvelyekhez forrasztjuk. A szigetelő lapot Bunsen-állványhoz erősített 10
lombikfogóba fogjuk. A drótból, a kapcsolóból és az áramforrásból áramkört állítunk össze. A meghajlított drót vízszintes szakaszát patkómágnes homogén mezejébe lógatjuk. c) Az elektromágnes A szükséges eszközök: taneszközgyártó által készített 600-1200 menetes vasmagos tekercs, kétállású kapcsoló, acélgolyó, vasdarab, laposelem, elemtartó, 3 db röpzsinór A vasmag nélküli tekercsből, a kapcsolóból ás az áramforrásból áramkört állítunk össze. A vasmagot a tekercsbe helyezve nagy mágneses erőhatást észlelünk (a vasmag magához vonzza a nem mágneses acélgolyót, illetve a vasdarabot). d) A Lenz- törvény igazolása A szükséges eszközök: taneszközgyártó által készített eszköz, mágnesrúd Az eszköz tűtengelyen forgatható két fémgyűrű. Az egyik fémesen folytonos, a másik meg van szakítva. e) Lenz karika, ha kész eszköz nem áll rendelkezésre. A szükséges eszközök: Bunsen-állvány dióval és lombikfogóval, legalább 10 cm belső átmérőjű, könnyű (pl. alumíniumból készült) fémkarika, mágnesrúd, cérna. A fémkarikára 10-15 cm hosszú cérnaszálat kötünk. A karikát a cérnaszállal az állványhoz erősített lombikfogóra akasztjuk. A karika ingaként függ. 5.)A domború lencse képalkotása és fókusztávolságának meghatározása A szükséges eszközök: nagyobb átmérőjű domború lencse, óraüvegre rögzített gyertya, gyufa, vagy izzólámpa, optikai pad vagy 2 db állvány dióval és fogóval, ernyő, mérőszalag. A domború lencse elé a kétszeres fókusztávolságon kívül elhelyezett gyertyáról a fókusz és a kétszeres fókusztávolság között figyelhetünk meg képet. A tárgyat a lencséhez közelítve, a kép nagysága változik. A kísérletet optikai padon finomabban állíthatjuk be. Megmérve a tárgy és a kép távolságát, kiszámítható a fókusztávolság. 11
Atomfizika, magfizika témakörére vezető kísérletek 1) A hang sebességének mérése állóhullámokkal A szükséges eszközök: legalább 500 cm 3 -es mérőhenger, mindkét végén nyitott a hengerbe illeszthető üvegcső, ismert rezgésszámú hangvillák, kalapács, víz, szigetelő szalagcsík vagy filctoll, mérőszalag, Bunsen-állvány dió, fogó. Az üvegcső javasolt hossza mintegy 40-50 cm, legyen elegendően hosszú ahhoz, hogy a hangvillák frekvenciájára rezonálhasson. A mérőhengert megtöltjük vízzel, beleállítjuk a csövet. A csövet úgy fogjuk állványba, hogy könnyen emelhető, süllyeszthető legyen. A cső végéhez tartott, megütött hangvilla rezgése akkor erősödik fel, (válik hangossá), amikor a cső vízből kiálló hossza lehetővé teszi, hogy benne állóhullám alakuljon ki. (Hosszabb csövek esetén kialakulhat nemcsak az alaphang, melyet mérni szándékozunk, hanem az első felharmonikus is). A hangvillát is rögzíthetjük az állványhoz. Figyeljünk arra, hogy a hangvilla villa része a cső tengelyére merőleges (vagy azzal megegyező) síkba kerüljön. A hangvilla vége (a nagy amplitúdójú rezgés) kerüljön a cső szája fölé. Rezonancia esetén megjelöljük, meddig merül a henger a vízbe, majd a henger mellé mérőszalagot illesztve, lemérjük a cső vízből kiálló részének hosszát, és a megfelelő összefüggésekből kiszámítjuk a hang terjedésének sebességét. 2. ) A csúszási és a tapadási súrlódási együttható meghatározása állítható hajlásszögű lejtőn A szükséges eszközök: 50-70 cm hosszú deszkalap, egyik végén egymás mellett fúrt lyukon átfűzött zsinegből kötött akasztóval, Bunsen-állvány, dió (állítható hajlásszögű lejtő), kisebb fém-, fa-, műanyag stb. hasáb alakú testek, függőónos szögmérő, ragasztószalag (szigetelőszalag) a szögmérőhöz, olló, metronóm A testet a lejtőre helyezve megkeressük azt a szöget, amelynél azt tapasztaljuk, hogy a kissé meglökött test állandó sebességgel csúszik le, illetve azt a szöget, amelynél a lejtőre helyezett test éppen elindul. 3) Ellenállás mérése az Ohm-törvény alapján A szükséges eszközök: kb. 100Ω-os ismeretlen ellenállás, 1 vagy több laposelem, elemtartó, kétállású kapcsoló, 8 db röpzsinór, a vizsgálandó ellenálláshoz képest elhanyagolható belső ellenállású árammérő, valamint igen nagy belső ellenállású voltmérő, 4 db banánhüvely, kisebb kartondoboz, 2 db krokodilcsipesz. A változtatható feszültséget a következőképpen biztosíthatjuk: a.) sorosan kapcsolt laposelemekkel, b.) áramforrásról (laposelem) potenciométeres leosztással, max. 20 Ω-os tolóellenállással vagy a belsőellenállás mérésénél olvasható megnövelt belső ellenállású áramforrás használatával. A laposelemet célszerű alkalmas tartóeszközbe helyezni. Ez lehet egy laposelemmel működő zseblámpa doboza, ahol az elem csatlakozási helyeit banánhüvellyel, dugaszoló hellyel látjuk el, de készülhet a tartó egy falapból, amelyre könnyen hajtható fémlemezzel (bilinccsel) és csavarokkal fogjuk fel az elemet. Az elektromosságtani tanulói kísérleti készletek is tartalmaznak elemtartót. 12
A mérendő ellenállás lehet egy kereskedelemben kapható, megfelelően felszerelt ellenállás. Készíthetjük az ellenállást ellenálláshuzalból, dobozba helyezve, megfelelően ellátott banánhüvelyes kivezetéssel. Az áramforrásból, a kapcsolóból és az ellenállásból, nyitott kapcsoló állás mellett áramkört állítunk össze. A rákapcsolt feszültség a körülményekhez képest a lehető legnagyobb legyen. Kezdetben az árammérőt a legnagyobb méréshatárra állítjuk. Az árammérőből az egyik röpzsinórt kivesszük, zárjuk az áramkört, és a banándugóval megérintve a műszert, megnézzük, hogy a körben folyó áram erőssége belefér-e a műszer méréshatárába. Ezzel a módszerrel a méréshatárt változtatva megkeressük a megfelelőt. (A biztonsági lépésekre az árammérő védelme miatt van szükség.) Az áramkör összeállítása az előkészítő feladata. 4) A fényelhajlás optikai rácson, fény hullámhosszának meghatározása A szükséges eszközök: optikai pad lovasokkal, kereskedelmi forgalomban kapható izzólámpa (egyenesszálú), kb. 6 V, 5 W, mm beosztású mérőléc, ismert rácsállandójú optikai rács, rés, színszűrő, vagy: lézer, (elegendő az előadásokon használt, úgynevezett fénymutató lézer), optikai rács, ernyő, mérőszalag, a rácsot illetve az ernyőt tartó állvány, vagy optikai pad lovasokkal a.) A lámpa elé közel helyezzük el egy tartóban a rést és a mérőlécet úgy, hogy az izzószál a skála 0 beosztásával essék egy vonalba. A színszűrőt az optikai rács és a mérőléc közötti távolságon helyezzük el. Az optikai rács az izzótól 40-60 cm-re kerülhet. Keresztülnézve a rácson a lámpa felé, leolvassuk a mérőlécen az első világos csík és a középső világos csík egymástól való távolságát, valamint lemérjük a rács távolságát a skálától. A rácsállandó ismeretében a hullámhossz kiszámítható. (A méréshez szükséges elrendezést régen a Tanért optikai pad készletének kiegészítéseként árult, 50 cm-es optikai paddal lehetett beszerezni). A mérés megismételhető különböző rács-skála távolsággal. A mérőléc kb. 2 cm széles, 40-50 cm hosszú, vékony fém- vagy keményebb kartonlap, amelyen fehér alapon fekete mm beosztás van. b.) Rögzítsük a lézert, elé fixen helyezzük el az optikai rácsot, tőlük távolabb az ernyőt. Mérjük meg az első maximum távolságát és a rács-ernyő távolságot. A mérést többféle rács-ernyő távolságnál lehet elvégezni. Ügyelni kell arra, hogy a fényforrásba ne nézzünk bele! 13
Gravitáció, csillagászat témakörére vezető kísérletek 1.) Az üveg törésmutatójának mérése Hartl - korong segítségével A szükséges eszközök: Hartl-korong, üveg félkorong, Reuter lámpa (vagy ennek megfelelő fényforrás, (esetleg lézer), áramforrás a lámpához, A4-es papírlap, mm beosztású vonalzó, körző, ceruza, radír. Ha a korongon van szögbeosztás: a) A Hartl-korongra rögzítjük az üveg félkorongot úgy, hogy a 0 -nál beeső fénysugár a félkorong középpontján haladjon át, és a félkorongból irányváltozás nélkül lépjen ki. Fokozatosan elforgatva a Hartl-korongot, a kerületén lévő szögbeosztás segítségével leolvashatjuk a beesési és a törési szögeket. Ha a korongon nincs szögbeosztás: b) A papírra a félkorongnál nagyobb sugarú kört rajzolunk, meghúzzuk az egymásra merőleges két átmérőt. A korongra helyezzük a papírlapot úgy, hogy a beeső fénysugár az egyik meghúzott átmérő vonalában haladjon. Majd az üveg félkorongot is rögzítjük úgy, hogy középpontja a papíron lévő kör középpontjába essen. Úgy állítjuk be, hogy a középpontba beeső fénysugár változatlan irányban haladjon tovább. A Hartl-korongot fokozatosan elforgatva mindig bejelöljük a kör kerületén a beeső és a megtört fénysugár haladási irányának a helyét. Levéve a papírt a korongról, berajzoljuk a fény-utakat. Lemérve a és b távolságokat, meghatározzuk a törésmutató értékét. 2.)A nehézségi gyorsulás értékének meghatározása fonálingával A szükséges eszközök: kb. 3 cm hosszú és 1 cm átmérőjű hengerre csavart kb. 1,5 m hosszú, könnyű fonál, a fonálon függő kis fémtest (esetleg ingatest) vagy ingatartóba fogott fonálinga, vagy lombikfogóba befogható, kis hengerre csavart zsinegen függő ingatest, Bunsen-állvány és dió, lombikfogó, mérőszalag, stopperóra, egyenes vonalzó. Az ingatartó azért szükséges, hogy a fonál hosszát jó pontossággal mérhessük. Az ingatartó elkészítésének több módja lehet: 1. Ha a fonalat hengerre csavarjuk, a fonál hosszát a fonál függőleges helyzetében, a hengernél lévő érintési ponttól mérjük. 2. Készíthetünk egyszerű ingatartót két darab néhány milliméter vastag, kb. 1cm x 3cm méretű lécből is úgy, hogy a fonalat az egyik fadarabra csavarjuk, majd a két lécet összefogva lombikfogóban rögzítjük. 3. Bunsen-dióba fogható vastagságú nyélre egymáshoz simuló két fémlemezt erősítünk, és a lemezeket rajtuk átmenő menetes csavarral szorítjuk össze, miután a megfelelő hosszúságnál a fonalat a két lemez közé helyeztük. 4. Ingatartóként használhatunk fogóba rögzített ruhacsipeszt is. A Bunsen-állványt - amelyre a dió és a lombikfogó segítségével a fonalat tartó hengert erősítettük - az asztal szélén úgy helyezzük el, hogy a fonál teljes hosszát ki tudjuk használni. Az ingát az egyenes vonalzó segítségével hozzuk lengésbe. A legalább 1,2 1,5 m hosszú fonálingát kis kitérésű (α<5 ) lengésbe hozzuk. Több mérést úgy végezhetünk, hogy változtatunk a fonál hosszán (legalább 10 15 cm-t). Megmérjük az inga hosszát, és több lengésszám méréséből meghatározzuk a lengésidőt. 14