KÍSÉRLETEZÉS AZ ÓRÁKON-

KÍSÉRLETEZÉS AZ ÉRETTSÉGIN

Középiskolai Fizikatanári Ankét

2008 Békéscsaba

• A modern természettudomány Galilei kísérleteitől, méréseitől indul

• Természettudomány nincs kísérlet, mérés nélkül !• Természettudomány nincs matematikai formulák, számítások nélkül !

• A korszerű fizikatanítás elképzelhetetlen kísérletek nélkül• A korszerű fizikatanítás elképzelhetetlen matematika nélkül

• Az új érettségi pozitívuma:– - az írásbeli feladatmegoldás egyoldalúsága megszűnt

- hangsúlyt kaptak a kísérletek, mérések

Az emelt szintű érettségi célja :

a fiatalok szakirányú felkészülésének (ismeretek, kompetenciák) standard mérése,

a középiskolai szaktárgyi munka kimeneti szabályozása

EMELT SZINTŰ SZÓBELI VIZSGA 2008

Tartalmi és formai változások

A szóbeli vizsga két független részből áll:

- kísérleti (mérési) feladat

- elméleti kérdések

Az értékelés arányai változtak (a nagyobb súly a kísérleti témán)

Az értékelés (pontozás) kevésbé kötött

Kísérleti feladatok

• http://www.okm.gov.hu/letolt/okev/doc/ketszintu_erettsegi_2007_2008/fizika_emelt_szobeli_meresek_2008maj.pdf

• http://www.okm.gov.hu/letolt/okev/doc/ketszintu_erettsegi_2007_2008/fizika_emelt_szobeli_meresleiras_2008maj.pdf

Mérésleírások (publikus)

Új feladatok , konkrétabbra fogalmazott feladatok

A fotózott kísérleti összeállítások

egyértelmű mérési utasítások

megoldási elvárások

A feladatlap (még nem publikus)

• Tartalmazza • a feladatot, (fotó nélkül)• a mérés leírását• Javaslat a felelet felépítésére

– a mérés hátterének rövid elméleti összefoglalása– a kísérlet ismertetése– az eredmények (pl. grafikon, számítás stb. ) bemutatása– az eredmények diszkutálása (értelmezés, hiba becslés, stb.)

Megfelelő elméleti háttértudás a témakörben

A kísérlet összerakása és korrekt elvégzése

A mérési eljárás és az eredmények szakszerű bemutatása

(a szükséges számításokkal grafikonokkal)

A mérési körülmények elemzése, a hiba becslése

29 pont

Értékelés

• Új mérési feladatok:– A víz törésmutatójának meghatározása– Félvezető (termisztor) ellenállásának hőmérsékletfüggése; termisztoros

hőmérő készítése– Lendületmegmaradás törvényének egyszerű kísérleti igazolása;dinamikus

tömegmérés– Napelemcella vizsgálata– A termikus kölcsönhatás vizsgálata– Molekulák méretének nagyságrendi becslése

Lényegi módosítások:– Jég olvadáshőjének meghatározása– Ekvipotenciális vonalak kimérése elektromos térben

Kisebb változtatások:– A domború lencse főkusztávolságának meghatározása Bessel-módszerrel– Rugóra függesztett test rezgésidejének vizsgálata– Áramforrás paramétereinek vizsgálata– …………………..

- Stb.

• A mérés leírása• A nagyobb főzőpohárba öntsön a jelig csapvizet,

majd helyezze a vízbe a fedőhöz rögzített belső fémedényt illetve a fedő furatán átvezetett keverőpálcát! A belső alumíniumhengerbe öntsön annyi meleg vizet, hogy a belső és a külső vízszint kb. megegyezzen!

• Helyezzen egy-egy hőmérőt a két edénybe, rövid várakozás után olvassa le a hőmérsékleteket és indítsa el a stopperórát. Mérje egyenlő időközönként (célszerűen félpercenként) a két vízmennyiség hőmérsékletét! 4-5 perc eltelte után szüntesse be a mérést!

• -Ábrázolja ugyanazon grafikonon a két vízmennyiség hőmérsékletét az idő függvényében!

• - A grafikon alapján becsülje meg a közös hőmérsékletet és határozza meg egyszerű számítással a belső hengerbe öntött melegvíz mennyiségét!

Termikus kölcsönhatás vizsgálata

Feladat:Vizsgálja meg a hőmérsékletkiegyenlítődés folyamatát bemért mennyiségű csapvíz és ismeretlen tömegű meleg víz esetén! Mérési eredményei alapján határozza meg a meleg víz mennyiségét!

Szükséges eszközök:

……….

Megoldás:

Rövid elméleti összefoglalás:• Mit értünk termikus kölcsönhatás alatt• Mi határozza meg a termikus folyamat irányát

Mérés

Értékelés:Kvalitatív jellemzők

Közös hőm. becslése T≈26 0C

Vízmennyiségek aránya:

)()( hhmx TTcmTTcm

CTT

CTT

m

h

0

0

13

3

hm

hX m

TT

TTm

13

3

Molekulák méretének nagyságrendi becslése• Feladat:• Ismert mennyiségű olajsavat cseppentve a vízfelszínre és az olajfolt méretét mérve

határozza meg a réteg vastagságát, ezáltal a molekulaméret nagyságrendjét!

Szükséges eszközök: A tálba öntsön néhány cm magasságban vizet! A víz tetejét óvatosan szórja meg kevés hintőporral (finom krétaporral)! A finom por a víz felületén marad, jelzi a folyadék áramlásának csillapodását, illetve majd jól megfigyelhetővé teszi a szétterülő olajfoltot. Várja meg, amíg a víz áramlása a tálban teljesen megáll, majd cseppentsen egyetlen csepp ismert koncentrációjú benzines olajsavoldatot a víz közepére. /Vigyázat! Ha magasról cseppent a becsapódó csepp megkeveri és áramlásba hozza a vizet, ezért a folt alakja szabálytalanná válik./ A finoman cseppentett olajsavoldat szabályos kör alakú foltban fut szét a vízfelszínen, eltolva útjából a porszemeket (l. fotó). A felszínről a benzin gyorsan elpárolog, így a foltnyi területet az olajsavmolekulák foglalják el, monomolekuláris réteget alkotva.

- Mérje le mérőszalaggal az olajfolt átmérőjét! - Kiegészítő méréssel határozza meg mennyi olajsav molekula tölti ki a vízen szétterülő foltot!Ehhez az ismert koncentrációjú (0,05 térf%) olajsavoldat egy cseppjének térfogatát kell meghatározni. Mivel az oldat híg, a cseppek térfogata lényegében megegyezik az ugyanazon cseppentővel adódó tiszta benzincseppek térfogatával. Csepegtessen tiszta benzint a mérőhengerbe és mérje le a cseppek együttes térfogatát, és ezt ossza el a cseppek számával! Célszerű 1 ml-nyit csepegtetni és számolni a cseppeket. Az olajsavoldat cseppnyi térfogatát ilymódon megmérve és a koncentrációt ismerve, határozza meg a foltban lévő olajsavmennyiség térfogatát! Ez a térfogat egyenlő a lemért területű és kb. molekulaméret vastagságú réteg térfogatával.- Számítsa ki a molekulaméret nagyságát!

Megoldás:

• A „molekula” fizikai-kémiai fogalmának, jellemzőinek rövid összefoglalása• A mérés lényegének ismertetése

(a felszíni molekuláris olajréteg miként teszi lehetővé a molekulaméret közelítő meghatározását,

milyen feltevéseket fogadott el, milyen mért adatokat használt fel )

A mért adatok: D ≈ 24 cm

A mérés kiértékelése (számítás)

Kiegészítő mérés

1cm3 = 44 csepp1 csepp oldat 0,023 cm3

1 cseppben lévő olajsav térfogata V = 1,15 10-5 cm3

cmR

Vd

VdR

olajsav

olajsav

85

2

2

105,2452

1015,1

Napelem-cella vizsgálataFeladat:• A rendelkezésre álló eszközökből állítsa össze a kísérletet!• Mérje ki a lámpa alatt 25-30 cm távolságban elhelyezett napelem-cella

feszültség - áramerősség karakterisztikáját! • Mérési adatai alapján határozza meg a cella teljesítményének terhelésfüggését

(áramerősségfüggését), tegyen javaslatot a cella optimális terhelésére!

Szükséges eszközök: A kísérletÁllítsa össze a kapcsolást! A lámpát állítsa kb. 25 cm magasságba a napelemcella fölé, a a változtatható ellenállást állítsa maximális értékre és olvassa le a műszereken a cella feszültségének és a kör áramának értékét. Az ellenállást fokozatosan csökkentve növelje lépésről lépésre az áramot 2-3 mA-rel és minden lépés után jegyezze fel a műszerek adatait!

- A mérési adatokat foglalja táblázatba és rajzolja fel a cella feszültség – áramerősség karakterisztikáját! Értelmezze a kapott görbét!- A mért adatok alapján határozza meg a cella teljesítményét a terhelés (áram) függvényében és az erdményt ábrázolja grafikonon!

Megoldás:

• Mit nevezünk „napelem-cellának” , mi a forrása a napelem-cella által termelt elektromos energiának ?

• Magyarázza el a kapcsolási rajzon a kísérleti összeállítást és az egyes elemek funkcióját

• Az eredmények ismertetése, a feszültég –áram és a teljesítmény-áram grafikonok értelmezése

Pmax ≈22,mW

UE ≈ 1,75V

Irz ≈ 18,5mA

• Régebbi feladatok lényegi módosítása:

– Ekvipotenciális vonalak kimérése elektromos térben

- Jég olvadáshőjének meghatározása

Feladat:Igazolja mérésekkel a harmonikus rezgőmozgás periódusidejének az ismert rezgésidőképlettel megadott tömegfüggését! Határozza meg a kiadott kődarab tömegét a közölt leírás szerint!

mD

T 2

Kisebb tartalmi változások

Rugóra függesztett test rezgésidejének vizsgálata

√M ≈ 0,44

M ≈ 0,66 ± 0,02kg

• Az áramforrás paramétereinek vizsgálata

• Feladat:• Feszültség és árammérés alapján határozza meg az áramforrás (szárazelem) jellemző

adatait: belső ellenállását, elekrtomotoros erejét, rövidzárási áramát!

•

Állítsa össze az ábrán bemutatott kapcsolást! A csúszka helyzetét változtatva legalább négy pontban olvassa le az áram és a kapocsfeszültség összetartozó értékeit! - A mérési adatokat foglalja táblázatba, majd ábrázolja feszültség – áram grafikonon! - A grafikon alapján határozza meg a telep jellemző adatait.

U0 = 4,4 V

Irz = 4,3 A

07,13,4

4,4bR Ω

• A fókusztávolság meghatározása alkalmas kísérleti technika az ún Bessel-módszer. Lényege a következő: A tárgyat és az ernyőt egymástól alkalmas távolságban rögzítjük, a távolságot (s) lemérjük és a továbbiakban nem változtatjuk. Megkeressük a tárgy és az ernyő közt azt a lencsehelyzetet, aminél éles nagyított képet látunk az ernyőn. Ezután a lencsét eltoljuk az ernyő felé addig, míg a tárgy éles kicsinyített képe megjelenik. Megmérjük a lencse elmozdításának távolságát (d). A mérés sematikus rajzát az ábra mutatja.

A domború lencse fókusztávolságának meghatározása Bessel-módszerrel

s

dsdsf

4

)()(

Feladat:Állítsa össze a kísérletet!Határozza meg a leírt Bessel-féle módszerrel a lencse fókusztávolságát!

Elméleti kérdések

• Érettségi követelmények

• Nyilvános témakörök

• http://www.okm.gov.hu/letolt/okev/doc/ketszintu_erettsegi_2007_2008/

fizika_emelt_szobeli_temakorok_2008maj.pdf

A helyszínen 4 konkrét kérdés

Pl. 6. Gázok állapotváltozásai

- Mit értünk az „ideális gáz” fogalmán? - Ismertesse az ideális gáz állapotjelzőit és a köztük fennálló kapcsolatot (állapotegyenlet)!- Értelmezze a gáz nyomását a kinetikus gázelmélet alapján! - Gázok nagyon gyors összenyomás hatására felmelegszenek (e hatáson alapul pl. a diesel motor gyújtása). Magyarázza meg a jelenséget!

Felkészítés az érettségi vizsgára

• Az emelt szintű mérésekkel összhangban szisztematikus szertárfejlesztés, évente bővülő repertoár

• Középszint: kvalitatív kísérletek (jelenségbemutatás)

Köszönöm a figyelmet !

KözépszintIskolai hatáskör

De:

http://www.okm.gov.hu/letolt/okev/doc/ketszintu_erettsegi_2007_2008/fizika_oh_kozep_szob_temakorok_kiserletek_2008maj.pdf

55+5 pont

Kísérlet kb 20 pont

Középszintű fizika érettségi kísérletei

• 6. Hőtágulás• Eszközök: Bimetall-szalag, iskolai alkoholos bothőmérő,

állványba fogott „üres” gömblombik, a lombikot átfúrt gumidugó zárja, benne U-alakú manométercső vízzel, borszeszégő, gyufa,

• Végezze el az alábbi kísérleteket!• a.) Melegíse a bimetal-szalagot borszeszlánggal a

lemez egyik, majd másik oldalát! Mit tapasztal? Értelmezze a látottakat!

• b.) Fogja ujjai közé az a hőmérő folydéktartályát, esetleg enyhén dörzsölje ! Mit tapasztal? Értelmezze a hőmérő működését!

• c. ) Melegítse két keze közé véve a lombikot! Mit tapsztal? Adjon magyarázatot a jelenségre!

• 11. Elektromos áram• Eszközök:• Laposelem (vagy helyettesítő áramforrás) két egyforma

zsebizzó foglalatban, kapcsoló, vezetékek,, feszültségmérő műsszer

• Végezze el az alábbi kísérletet!• Tervezzen áramkört (készítsen kapcsolási rajzot) a

két izzó soros, ill.párhuzaamos kapcsolásával! • A rendelkezésre álló eszközökkel állítsa össze

mindkét áramkört és mérje a fogyasztókra eső feszültségeket!

• - Értelmezze a mérési eredmények alapján az izzók eltérő fényerejét a két kapcsolásban!