Középszintű fizika szóbeli érettségi kísérletek Bevezető Az 1. melléklet 33/2015. (VI. 24.) EMMI rendelet szerint 2017. január 1-től a fizika érettségit szervező oktatási intézmények kötelező feladatai: A közép- és emelt szinten szóbeli vizsgákat szervező intézmények legalább 60 nappal a tanév rendjéről szóló miniszteri rendeletben elrendelt közép-, illetve emelt szintű szóbeli vizsgák kezdőnapját megelőzően honlapjukon közzéteszik a kísérleti elrendezésekben, illetve a mérési feladatokban használt eszközök részletes listáját és fényképeit. Az Oktatási Hivatal által a fizika érettségihez kiadott tájékoztató: Az Oktatási Hivatal a középszintű szóbeli érettségi elvégezhető és ténylegesen el nem végezhető méréseinek és kísérleteinek 40 javaslatából álló listáját nyilvános anyagként elérhetővé tette. A középszintű szóbeli vizsga legalább 20 iskolai tétele közé ezek 80%-át, azaz legalább 16 kísérletet vagy mérést kell beépíteni. A mérésekhez, kísérletekhez tartozó, a tétellapon a vizsgázónak kiadott kérdések, illetve a hozzájuk csatlakozó egyéb elméleti kérdések megalkotása a vizsgát levezető tanár feladata. Ennek formáját a vizsgaleírás szabályozza. A 40-es lista konkrét mérésleírásokat tartalmaz, valamint a mérésekhez tartozó kísérleti elrendezéseket és szükséges eszközöket ismerteti. Ezen mérések és kísérletek az iskolákban jellemzően megtalálható eszközökre épülnek. Ugyanakkor az iskolák eszközökkel való felszereltsége különböző, így a javaslatban szereplő eszközöktől el lehet térni, a kísérleteken, méréseken a helyi lehetőségeknek megfelelően változtatni lehet oly módon, hogy a mérés jellege, a kimutatandó vagy megmérendő jelenség fizikai tartalma ne változzon. Például ha a javasolt mérés egy mágnes mozgatása során vezetőben indukálódott áram kimutatásáról, a mozgási indukció körülményeiről szól, a gondolat bármilyen más, a központi leírástól eltérő eszközzel történő bemutatása megfelelő, azaz a kötelezően előírt 80%-ba beszámítható. A Tiszakécskei Református Általános Iskola és Gimnázium a fentiek alapján az alábbiakban felsorolt kísérleti eszközöket biztosítja. Tiszakécske, 2017.04.19.
A mérések és kísérletek felsorolása 1. Egyenes vonalú mozgások 2. Newton törvényei 3. Munka, mechanikai energia 4. Pontszerű és merev test egyensúlya 5. Periodikus mozgások 6. Cartesius-búvár 7. Pascal törvénye 8. Szilárd anyagok hőtágulásának bemutatása 9. A hőtágulás bemutatás golyó és lyuk hőtágulása 10. Állapotegyenletek 11. Termodinamika főtétele 12. Halmazállapot-változások 13. A testek elektromos állapota 14. Ohm-törvény 15. Elektromágneses indukció 16. Tekercs mágneses mezejének vizsgálata 17. Elektromágneses hullámok 18. A homorú tükör képalkotása 19. Az anyag részecsketermészete Elektrolízis 20. Az atom szerkezete 21. Az atomreaktor 22. A gravitációs mező gravitációs kölcsönhatás 23. Csillagásza a Nap 24. A Jupiter Io és Európa holdjának vizsgálata
1. Egyenes vonalú mozgások Feladat: Egyenes vonalú egyenletes mozgás bizonyítása a Mikola-csőben lévő buborék sebességének mérésével. Szükséges eszközök: Mikola-cső, állvány, stopperóra, mérőszalag A kísérlet leírása: Állítson be egy tetszőleges magasságot az állványon. Figyelje meg a buborék mozgását, amint az alsó részétől a felső részéig a csőben mozog. A Mikola-csőre rögzített skála vagy a mérőszalag segítségével jelöljön meg különböző utakat (legalább 3-at). Mérje meg, hogy a buborék az adott utat mennyi idő alatt teszi meg. Az eredményt jegyezze fel! Minden mérést legalább háromszor ismételjen meg és minden alkalommal jegyezze fel eredményeit!
2. Newton törvényei Feladat: Newton I: A tehetetlenség törvényét bizonyítsa be egy üvegpohár, gyufáskatulya/pénzérme és papírlap segítségével. Newton II: Elemezze a lejtőn legördülő és az asztalon tovagördülő golyó mozgását! Szükséges eszközök: üvegpohár, gyufáskatulya/pénzérme, papírlap, vonalzó, egyszerű lejtő, kiskocsi, állvány A kísérlet leírása: Helyezze az üvegpohárra a papírlapot és arra a pénzérmét. Hirtelen kihúzva a papírlapot a pénzérme beleesik az üvegpohárba. Figyelje meg a pénzérme esését! Ismételje meg legalább háromszor a kísérletet! Helyezze az asztallapra a kiskocsit és indítsa el egy tetszőleges sebességgel. Figyelje meg a mozgását! Helyezze egy lejtőre a kiskocsit, majd a lejtő tetejéről indítsa el a kiskocsit. Figyelje meg a kiskocsi mozgását a lejtőn és a lejtő végén az asztallapon! Ismételje meg a kísérletet legalább háromszor! Változtassa meg a lejtő dőlésszögét és végezze el ismét a kísérletet!
3. Munka, mechanikai energia Feladat: Végezzen mérőkísérletet a súrlódási erő ellenében végzett munka kiszámítására! Szükséges eszközök: kampós fahasáb, terhelő hengerek, erőmérő, mérőszalag A kísérlet leírása: Helyezze az asztallapra az fahasábot és az asztal lapjával párhuzamosan húzza az erőmérő segítségével. Egy adott távolságon húzza a testet és jegyezze fel az eredményt (erő, távolság)! Tegyen a fahasábba különböző fémhengereket, majd az előzővel azonos távolságon húzza a testet és jegyezze fel az eredményt (erőt, távolság)! Minden mérést legalább háromszor végezzen el és jegyezze fel eredményeit!
4.Pontszerű és merev test egyensúlya Feladat: A karos mérlegen erőmérővel, illetve súlyokkal létesítsen egyensúlyt! Szükséges eszközök: karos mérleg, erőmérő, súlyok, mérőszalag vagy vonalzó A kísérlet leírása: Az egyensúlyban levő karos mérleg egyik oldalára akassza fel az ismert súlyú testet, 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 értékeket jegyezze le! Változtassa meg az erőmérő rögzítési helyét (pl. forgástengelytől fele- vagy harmadakkora távolságra, mint az első esetben), és egyensúlyozza ki! A mért erőértéket és a forgástengelytől való távolságot ismét jegyezze fel!
5. Periodikus mozgások Feladat: Különböző súlyok felhasználásával vizsgálja meg egy rugóra rögzített, rezgőmozgást végző test periódusidejének függését a test tömegétől! Szükséges eszközök: állványra rögzíthető rugó, súly, stopperóra A kísérlet leírása: 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 másik súllyal is. A mérési eredményeket, valamint a kiszámított periódusidőket rögzítse táblázatban, majd ábrázolja milliméterpapíron egy periódus-tömeg grafikonon! Tegyen kvalitatív megállapítást a rezgésidő tömegfüggésére!
6. Cartesius-búvár Feladat: A rendelkezésre álló eszközök segítségével készítsen el egy Cartesius-búvárt! A búvár segítségével mutassa be az úszás, lebegés és az elmerülés jelenségét vízben! Magyarázza el az eszköz működését! Szükséges eszközök: Nagyméretű (1,5 2,5 litere) műanyag flakon kupakkal, üvegből készült szemcseppentő vagy kisebb kémcső, oldalán 0,5 cm-es skálaosztással. A kísérlet leírása: Ha a flakont oldalirányban összenyomja, a búvár lesüllyed a flakon aljára. Figyelje meg, hogyan változik a vízszint a kémcsőben a flakon összenyomásakor! Jegyezze fel a kémcsőbe szorult levegőoszlop hosszát akkor, amikor a búvár a felszínen lebeg, illetve akkor, amikor a flakon aljára süllyed!
7. Pascal törvénye Feladat: Elemezze az alábbi ábrát! Forrás: tudasbazis.sulinet.hu
8. Szilárd anyagok hőtágulásának bemutatása Feladat: Vizsgálja meg a szilárd anyagok hosszanti (lineáris) hőtágulását! Szükséges eszközök: Bimetall-szalag, borszeszégő vagy Bunsen-égő, gyufa. Kísérlet leírása: 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! Mennyivel tért el az alap állapottól a szalag? Hagyja lehűlni a szalagot! Mi történik az alakjával? Ismételje meg a kísérletet úgy, hogy a borszeszégővel a szalag másik oldalát melegíti! Mit tapasztal?
9. A hőtágulás bemutatás golyó és lyuk hőtágulása Feladat: A felfüggesztett fémgolyó éppen átfér a fémgyűrűn (Gravesande-készülék). Melegítse Bunsen-égővel a fémgolyót, vizsgálja meg, hogy ekkor is átfér-e a gyűrűn! Mi történik akkor, ha a gyűrűt is melegíti? Vizsgálja a gyűrű és a golyó átmérőjének viszonyát lehűlés közben! Szükséges eszközök: Gravesande-készükék (házilagosan is elkészíthető), Bunsen-égő, hideg (jeges) víz. A kísérlet leírása: Győződjön meg arról, hogy a golyó szobahőmérsékleten átfér a gyűrűn! Melegítse fel a golyót, és vizsgálja meg, átfér-e a gyűrűn! Melegítse fel a gyűrűt, és így végezze el a vizsgálatot! Hűtse le a gyűrűt a lehető legalacsonyabb hőmérsékletre, majd tegye rá a golyót, s hagyja fokozatosan lehűlni!
10. Állapotegyenletek Feladat: Hideg és meleg víz termikus kölcsönhatásának vizsgálata. Szükséges eszközök: Két különböző méretű üvegpohár (250 cm 3 és 100 cm 3), hideg víz (maximum 10 Celsius fokos), meleg víz (legalább 50 Celsius fokos), hét hőmérő A kísérlet leírása: A nagyobbik térfogatú lombikba töltsön 100 cm 3 hideg vizet, a kisebbik térfogatú üvegpohárba 100 cm 3 meleg vizet. Tegye bele a nagyobbik üvegpohárba a kisebbet. Mindkét pohárba tegyen egy-egy hőmérőt és olvassa le a két víz hőmérsékletét. Mérési eredményeit jegyezze fel! Indítson el egy stopperórát és 1 percenként olvassa le a két hőmérőn levő értékeket, amíg egyenlő nem lesz a két leolvasott érték! Készítsen grafikont, amelyen ábrázolja a mérési eredményeket!
11. A Termodinamika főtétele Feladat: A Termodinamika II. főtételének bemutatása Szükséges eszközök: asztallap, törölköző, pingponglabda Kísérlet leírása: Ejtse a pingponglabdát először az asztallapra, majd a törölközőre! Hogyan értelmezhető ennek segítségével a termodinamika II. főtétele?
12. Halmazállapot-változások Feladat: Tanulmányozza folyékony halmazállapotú anyag gáz halmazállapotúvá történő átalakulását! Szükséges eszközök: borszeszégő, két egyforma fémlap, szemcseppentő, két petri- csésze, gyufa A kísérlet leírása: Gyújtsa meg a borszeszégőt és tartsa fölé a fogó segítségével az egyik fémlapot. Kis idő elteltével (kb. 2-3 perc) a szemcseppentővel cseppentsen az egyik, majd a másik fémlapra! Figyelje meg, hogy mekkora sebességgel párolog el az egyik, illetve másik esetben a folyadék!
13. A testek elektromos állapota Feladat: Különböző anyagok segítségével tanulmányozza a sztatikus elektromos töltés és töltésmegosztás jelenségét! Szükséges eszközök: Elektroszkóp, ebonit- vagy műanyag rúd, ezek dörzsölésére szőrme vagy műszálas textil, üvegrúd, ennek dörzsölésére bőr vagy száraz újságpapír A kísérlet leírása: Dörzsölje meg az ebonitrudat a szőrmével (vagy műszálas textillel), és közelítse az egyik elektroszkóphoz úgy, hogy ne érjen hozzá az elektroszkóp fegyverzetéhez! Mit tapasztal? Mi történik akkor, ha a töltött rudat eltávolítja az elektroszkóptól? Ismételje meg a kísérletet papírral dörzsölt üvegrúddal! Mit tapasztal?
14. Ohm-törvény Feladat: Méréssel igazolja, hogy a fogyasztón átfolyó áram erőssége egyenesen arányos a fogyasztó kivezetéseire kapcsolt feszültséggel! Szükséges eszközök: feszültségmérő, árammérő, ellenállás, felbontott fedelű 4,5 V-os zsebtelep, banándugós vezetékek, krokodilcsipeszek A kísérlet leírása: Készítsen áramkört egy zsebtelep és egy ellenállás segítségével! Az ellenálláshoz csatlakoztasson egy árammérőt (sorosan), illetve egy feszültségmérőt (párhuzamosan). A 4,5 V-os zsebtelep két kivezetéséhez csatlakoztassa az ellenállást. Olvassa le az árammérőn és feszültségmérőn levő értékeket, eredményeit jegyezze fel! Ismételje meg a kísérletet úgy, hogy a felbontott zsebtelep középső, illetve utolsó részéhez csatlakoztatja az áramkört, eredményeit jegyezze fel! Mi állapítható meg a mérési eredményekből?
15. Elektromágneses indukció Feladat: Légmagos tekercs és mágnesek segítségével tanulmányozza az elektromágneses indukció jelenségét! Szükséges eszközök: Középállású áramerősség-mérő, különböző menetszámú, vasmag nélküli tekercsek, 2 db rúdmágnes, vezetékek A kísérlet leírása: Csatlakoztassa a tekercs 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 az áramerősség-mérő műszer kitérését! Ismételje meg a kísérletet fordított polaritású mágnessel is! Ismételje meg a kísérletet úgy, hogy gyorsabban (vagy lassabban) mozgatja a mágnest! Ezután fogja 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!
16. Tekercs mágneses mezejének vizsgálata Feladat: Az elektromos csengő működésén keresztül magyarázza el hogyan jön létre mágneses mező. Szükséges eszközök: Egyenáramú áramforrás, elektromos csengő, banándugós vezetékek A kísérlet leírása: Csatlakoztassa az elektromos csengőt az egyenáramú áramforráshoz. Kapcsolja be az áramforrást! Figyelje meg a jelenséget! Mit tapasztalt? Hogyan csenget a csengő?
17. Elektromágneses hullámok Feladat: Az elektromágneses hullámok melyik tartományának felhasználásával készülhetett az alábbi felvétel? Forrás: Bánkuti Zsuzsanna, Medgyes Sándorné, dr. Vida József: Egységes Érettségi Feladatgyűjtemény
18. A homorú tükör képalkotása Feladat: Vizsgálja meg a kiadott tükör képalkotását! Szükséges eszközök: homorú tükör, gyertya, gyufa, ernyő, mérőszalag A kísérlet leírása: A homorú tükör segítségével vetítse az égő gyertya képét az ernyőre! Állítson elő a tükör segítségével nagyított és kicsinyített képet is! Mérje meg a beállításhoz tartozó tárgy- és képtávolságokat! Mutassa be, hogy a tükörben mikor láthatunk egyenes állású képet!
19. Az anyag részecsketermészete Elektrolízis Feladat: Mutassa be az elektrolízis jelenségét, majd értelmezze! Szükséges eszközök: Áramforrás, banándugós rézvezetékek, krokodilcsipesz, izzó, rézgálic oldat, szénrúd, üvegkád A kísérlet leírása: Készítsen áramkört a következők szerint: - Készítsen rézgálic oldatot - Az üvegkád két végébe helyezzen egy-egy szénrudat - Az egyik szénrúdhoz csatlakoztassa az izzót - A másik szénrúdhoz csatlakoztassa az áramforrás egyik pólusát - Az áramforrás másik pólusát csatlakoztassa az izzóhoz Figyelje meg mi történik, ha egyre nagyobb koncentrációjú lesz az oldat!
20. Az atom szerkezete Feladat: Az ábra segítségével ismertesse a Rutherford szórási kísérletét! Miért játszott szerepet az atom szerkezetének megismerésében? Forrás: Bánkuti Zsuzsanna, Medgyes Sándorné, dr. Vida József: Egységes Érettségi Feladatgyűjtemény
21. Az atomreaktor Feladat: Az alábbi vázlatos rajz alapján ismertesse, melyek egy atomerőmű főbb részei, és melyiknek mi a szerepe! Térjen ki arra is, hogyan történik a reaktorban a láncreakció szabályozása! Forrás: Bánkuti Zsuzsanna, Medgyes Sándorné, dr. Vida József: Egységes Érettségi Feladatgyűjtemény
22. A gravitációs mező gravitációs kölcsönhatás Feladat: Fonálinga lengésidejének mérésével határozza meg a gravitációs gyorsulás értékét! Szükséges eszközök: legalább 30-40 cm mérőszalag, állvány hosszú fonálon kisméretű nehezék, stopperóra, A kísérlet leírása: A fonálingát rögzítse az állványra, majd mérje meg a zsinór hosszát és jegyezze le! Kis kitéréssel hozza az ingát lengésbe! Ügyeljen arra, hogy az inga maximális kitérése 20 foknál ne legyen nagyobb! Tíz lengés idejét stopperrel lemérve határozza meg az inga periódusidejét! Mérését ismételje meg még legalább háromszor! A mérést végezze el úgy is, hogy az inga hosszát megváltoztatja az új hosszal történő mérést is legalább ötször végezze el!
23. Csillagászat a Nap Feladat: Milyen jelenség látható a képen? Készítsen vázlatos rajzot, amelyen szemlélteti létrejöttét! Forrás: Bánkuti Zsuzsanna, Medgyes Sándorné, dr. Vida József: Egységes Érettségi Feladatgyűjtemény
24. A Jupiter Io és Európa holdjának vizsgálata Feladat: Az alábbi adatok segítségével igazolja, hogy az Io és Európa holdakra is igaz Kepler III. törvénye. Io Európa 1. Pályasugár 421700 km 670900 km 2. Átlagos átmérő 3642,6 km 3121,6 km 3. Keringési periódus 1,769137786 nap 3,5511810 nap 4. Tömeg 8,9319 * 10 22 kg 4,8 * 10 22 kg 5. Térfogat 2,53 * 10 10 km 3 1,5993 * 10 10 km 3