ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΓΕΛ - ΕΠΑΛ ΓΙΑ ΤΟ ΣΧΟΛΙΚΟ ΕΤΟΣ 2022–2023
Εργαστηριακός Οδηγός 2 Τετράδιο μαθητή
Διδακτέα-Εξεταστέα Ύλη • ΕΙΣΑΓΩΓΗ • 1.1 ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗ ΚΙΝΗΣΗ • 1.2 ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΣΕ ΜΙΑ ΔΙΑΣΤΑΣΗ • 1.3 ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕΔΟ • 2.1 ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Α’ ΛΥΚΕΙΟΥ Προτείνονται δύο εργαστηριακά θέματα, ένα σε κάθε τετράμηνο, κατάλληλα για την εμπλοκή των μαθητών/-ριών και την εκπόνηση εργαστηριακών αναφορών. 3
Διδακτέα-Εξεταστέα Ύλη • Κεφ.2 Δύναμη και Ισορροπία • Κεφ.4 Δύναμη και Κίνηση • Κεφ.5 Έργο-Ενέργεια Α’ ΛΥΚΕΙΟΥ Προτείνεται τουλάχιστον ένα εργαστηριακό θέμα, κατάλληλο για την εμπλοκή των μαθητών/μαθητριών και την εκπόνηση εργαστηριακής αναφοράς. 4
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με ηλεκτρικό χρονομετρητή ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ταινίας Πειραματική διάταξη 5
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με ηλεκτρικό χρονομετρητή ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ταινίας ΦΕ από ΦΕ από ΕΚΦΕ ΕΚΦΕ Κέντρου Σερρών Ταινίες χρονομετρητή 6
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με ηλεκτρικό χρονομετρητή ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ταινίας 7
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Βιντεοσκοπημένο πείραμα ΕΠΙΤΑΧΥΝΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση - YouTube 8
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Βιντεοσκοπημένο πείραμα ΕΠΙΒΡΑΔΥΝΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Ευθύγραμμη ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση - YouTube 9
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΗΣ Βιντεοσκοπημένο πείραμα ΚΙΝΗΣΗΣ (ΕΟΚ) https://www.youtube.com/watch?v=5qJgVNg8gJc&list=PL0YoGITMHck HGs9oK3pYPYiESLtRBA0CO&index=13 10
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με φωτοπύλες και ηλεκτρονικό ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ χρονόμετρο Βιντεοσκοπημένο πείραμα Υπολογισμός ταχύτητας διέλευσης σώματος από φωτοπύλη (χρονόμετρο σε λειτουργία F1). Υπολογισμός ταχύτητας διέλευσης σώματος από φωτοπύλη. Τράπεζα θεμάτων Φυσικής Α΄ Λυκείου (13100) - YouTube 11
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με 1 φωτοπύλη και ΕΠΙΤΑΧΥΝΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ηλεκτρονικό χρονόμετρο Πειραματική διάταξη Ζητούμενο Υπολογισμός της επιτάχυνσης α του αμαξιδίου. Θεωρία • Στην ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση χωρίς αρχική ταχύτητα η ταχύτητα υ και η αντίστοιχη μετατόπιση x συνδέονται με τη σχέση: υ2=2α∙x όπου α η επιτάχυνση της κίνησης. • Συνεπώς, η γραφική παράσταση υ2=f(x) είναι ευθεία γραμμή με κλίση ίση με το διπλάσιο της επιτάχυνσης. 12
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με 1 φωτοπύλη και ΕΠΙΤΑΧΥΝΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ηλεκτρονικό χρονόμετρο Πειραματική διάταξη Μετρήσεις - Επεξεργασία • Μεταβάλλουμε την απόσταση x μεταξύ του φωτοφράκτη και της φωτοπύλης. • Κάθε φορά μετράμε με το χρονόμετρο τον χρόνο διέλευσης Δt του φωτοφράκτη (με γνωστό πλάτος d) από τη φωτοπύλη. • Υπολογίζουμε, έτσι, τη στιγμιαία ταχύτητα υ αμαξιδίου (υ=d/Δt). • Συμπληρώνουμε τον πίνακα: Το χρονόμετρο σε λειτουργία F1 • Σχεδιάζουμε την γραφική παράσταση υ2=f(x). ΦΕ από το ΕΚΦΕ Θεσπρωτίας • Υπολογίζουμε την κλίση της. • Υπολογίζουμε την επιτάχυνση α της κίνησης του αμαξ1ι3δίου.
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με 1 φωτοπύλη και ΕΠΙΤΑΧΥΝΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ηλεκτρονικό χρονόμετρο Πειραματική διάταξη Ενδεικτικά αποτελέσματα ������ = ������ = 0,28������������ Δt Δ������ Πλάτος φωτοφράκτη: d = 0.28cm α/α x (cm) t (s) υ (cm/s) υ2 (cm/s)2 1 20 0,0133 21,05 443,21 2 30 0,0107 26,17 684,78 3 40 0,0102 27,45 753,56 4 50 0,0089 31,46 989,77 5 60 0,0080 35,00 1225 v2=2αx 1400 y = 20,282x Κλίση: 1200 R² = 0,997 2α=20,282 1000 v2 (cm/s)2 α = 10,141 cm/s2 800 600 10 20 30 40 50 60 70 14 400 x (cm) 200 0 0
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με 2 φωτοπύλες και ΕΠΙΤΑΧΥΝΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ηλεκτρονικό χρονόμετρο (με αρχική ταχύτητα) Ζητούμενα Πειραματική διάταξη s • Υπολογισμός της επιτάχυνσης α του αμαξιδίου. • Σχεδίαση των γραφικών παραστάσεων υ-t και x-t για την ΦΕ από ΕΚΦΕ Θεσπρωτίας ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση του αμαξιδίου. 15
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με 2 φωτοπύλες και ΕΠΙΤΑΧΥΝΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ηλεκτρονικό χρονόμετρο (με αρχική ταχύτητα) Πειραματική διάταξη Πειραματική διαδικασία s • Συνδέουμε τις φωτοπύλες στο χρονόμετρο και τις τοποθετούμε αρχικά σε απόσταση S μεταξύ τους. ΦΕ από ΕΚΦΕ Πέλλας • Θέτουμε το χρονόμετρο σε λειτουργία F1, οπότε μόλις ελευθερώσουμε το αμαξίδιο, μπορούμε να μετρήσουμε το χρόνο διέλευσης του φωτοφράκτη του από κάθε φωτοπύλη (Δt1 και Δt2). Ο φωτοφράκτης έχει γνωστό πλάτος d. • Υπολογίζουμε τις στιγμιαίες ταχύτητες του αμαξιδίου σε κάθε φωτοπύλη (υ1=d/Δt1 και υ2=d/Δt2). • Επιστρέφουμε το αμαξίδιο ακριβώς στην αρχική του θέση και θέτουμε το χρονόμετρο σε λειτουργία F2, ώστε τώρα να μετρήσουμε τη χρονική διάρκεια Δt1-2 της κίνησης του αμαξιδίου από την πρώτη ως τη δεύτερη φωτοπύλη. • Ελευθερώνουμε το αμαξίδιο και μετράμε τη χρονική διάρκεια Δt1-2. • Αλλάζουμε την απόσταση S μεταξύ των φωτοπυλών και επαναλαμβάνουμε την παραπάνω διαδικασία. 16
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με 2 φωτοπύλες και ΕΠΙΤΑΧΥΝΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ηλεκτρονικό χρονόμετρο (με αρχική ταχύτητα) Πειραματική διάταξη Επεξεργασία μετρήσεων s • Συμπληρώνουμε τον παρακάτω πίνακα: • Υπολογίζουμε την κλίση της και τη συγκρίνουμε με την αμ α/α S (cm) Δt1 (s) Δt2 (s) Δt1-2 (s) υ1=d/Δt1 υ2=d/Δt2 Δυ=υ2-υ1 α=���������∆������������−��� ������ που υπολογίσαμε παραπάνω. (cm/s) (cm/s) (cm/s) (cm/s2) • Σχεδιάζουμε τη γραφική παράσταση S - Δt1-2. 1 2 3 4 5 • Υπολογίζουμε τη μέση τιμή της επιτάχυνσης αμ. 17 • Σχεδιάζουμε τη γραφική παράσταση υ2 - Δt1-2.
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με 2 φωτοπύλες και ΕΠΙΤΑΧΥΝΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ηλεκτρονικό χρονόμετρο (με αρχική ταχύτητα, σε κεκλιμένο επίπεδο) Πειραματική διάταξη Ενδεικτικά αποτελέσματα (από ΕΚΦΕ Πέλλας) α/α S (cm) Δt1 (s) Δt2 (s) Δt1-2 (s) υ1=d/Δt1 υ2=d/Δt2 Δυ=υ2-υ1 α=���������∆������������−��� ������ h=14,63cm 0,2333 0,1053 0,8686 (cm/s) (cm/s) (cm/s) (cm/s2) d=1,5cm 1 10,9 0,2278 2 14,8 0,2462 6,43 14,25 7,86 9,05 3 24 0,2330 4 28,7 0,0887 1,1838 6,58 16,92 10,53 8,90 Μ.Ο. 0,0759 1,7165 6,09 19,76 13,38 7,79 0,0689 1,8615 6,44 21,77 15,38 8,26 6,39 8,50 α = 7,0424 cm/s2 18
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με 2 φωτοπύλες και ΕΠΙΤΑΧΥΝΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ηλεκτρονικό χρονόμετρο (με αρχική ταχύτητα, σε κεκλιμένο επίπεδο) Βιντεοπείραμα (από ΕΚΦΕ Θεσπρωτίας) EOEXK – YouTube Η ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση ενός αμαξιδίου σε κεκλιμένο επίπεδο, με φύλλο εργασίας: ΦΕ-Απαντητικό φύλλο 19
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με 6 φωτοπύλες και ΕΠΙΤΑΧΥΝΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ηλεκτρονικό χρονόμετρο Βιντεοπείραμα (από ΕΚΦΕ ν.Θεσσαλονίκης) Μελέτη ευθύγραμμης ομαλά επιταχυνόμενης κίνησης – YouTube Η ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση ενός αμαξιδίου σε κεκλιμένο επίπεδο, με φύλλο εργασίας: Επιταχυνόμενη κίνηση 20
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με ΜultiLog ΕΠΙΤΑΧΥΝΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Πειραματική διάταξη ΦΕ από το ΕΚΦΕ Θεσπρωτίας Ρυθμίσεις MultiLog από το ΕΚΦΕ Σερρών 21
ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΗΣ ΟΜΑΛΑ Με ΜultiLog ΕΠΙΤΑΧΥΝΟΜΕΝΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Ενδεικτικά αποτελέσματα από ΕΚΦΕ Θεσπρωτίας 22
ΜΕΛΕΤΗ ΕΥΘΥΓΡΑΜΜΩΝ ΚΙΝΗΣΕΩΝ Με το λογισμικό ανάλυσης βίντεο Tracker Πειραματική διάταξη Ιχνηλασία κινήσεων με τη βοήθεια λογισμικού βίντεο ανάλυσης. Οδηγίες χρήσης (Tracker tutorial) από το ΕΚΦΕ Θεσπρωτίας 23
ΜΕΤΡΗΣΗ ΔΥΝΑΜΕΩΝ Νόμος του Hooke Σχέση επιμήκυνσης του ελατηρίου με τη δύναμη που την προκαλεί Βιντεοπείραμα (από ΕΚΦΕ ν.Θεσσαλονίκης) (110) Νόμος του Χουκ. Τράπεζα θεμάτων Φυσικής Α΄ Λυκείου ΕΠΑΛ (13796) - YouTube ΦΕ από το ΕΚΦΕ Πέλλας 24
ΜΕΤΡΗΣΗ ΔΥΝΑΜΕΩΝ Σύνθεση δυνάμεων σε δυναμόμετρα Βιντεοπειράματα (από ΕΚΦΕ ν.Θεσσαλονίκης) Σύνθεση δυνάμεων σε δυναμόμετρα συνδεδεμένα σε σειρά. Τράπεζα θεμάτων Φυσικής Α΄ Λυκείου (13544) - YouTube Σύνθεση δυνάμεων σε δυναμόμετρα που συνδέονται σε σειρά: Τράπεζα θεμάτων Φυσικής Α΄ Λυκείου (13543) - YouTube Σύνθεση δυνάμεων σε δυναμόμετρα που συνδέονται σε σειρά: τράπεζα θεμάτων Α΄ Λυκείου (8003) - YouTube Σύνθεση δυνάμεων σε παράλληλα δυναμόμετρα. Τράπεζα θεμάτων Φυσικής Α΄ Λυκείου (13545) - YouTube Σύνθεση δυνάμεων σε παράλληλα δυναμόμετρα. Τράπεζα θεμάτων Φυσικής Α΄ Λυκείου (12004) - YouTube Ποιο είναι το αρχικό φυσικό μήκος του ελατηρίου; Τράπεζα θεμάτων Φυσικής Α΄ Λυκείου (13101) - YouTube 25
ΜΕΤΡΗΣΗ ΔΥΝΑΜΕΩΝ Ισορροπία δυνάμεων Βιντεοπειράματα (από ΕΚΦΕ ν.Θεσσαλονίκης) Ισορροπία δυνάμεων ίδιας διεύθυνσης. Τράπεζα θεμάτων Φυσικής Α΄ Λυκείου (13347) - YouTube Ισορροπία τριών ομοεπίπεδων δυνάμεων. Τράπεζα θεμάτων Φυσικής Α΄ Λυκείου (13345) - YouTube 26
ΤΡΙΒΗ Με τριβόμετρο Πειραματική διάταξη Υπολογισμός του συντελεστή οριακής τριβής μορ • Αυξάνουμε αργά τη γωνία θ του κεκλιμένου επιπέδου με κάποιο σώμα επάνω του. • Για κάποια γωνία θορ το σώμα οριακά θα «ξεκολλήσει» και θα αρχίσει να ολισθαίνει προς τα κάτω. Αυτή είναι η οριακή γωνία τριβής. • Αποδεικνύεται εύκολα με ανάλυση των δυνάμεων κι εφαρμογή του α’ νόμου του Newton, πως: εφθορ=μορ όπου μορ ο συντελεστής οριακής τριβής. • Μετράμε την θορ με τη βοήθεια του ενσωματωμένου στη διάταξη μοιρογνωμονίου και υπολογίζουμε τελικά τον μορ. 27
ΤΡΙΒΗ Με τριβόμετρο Πειραματική διάταξη Παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται ο συντελεστής οριακής τριβής μορ • Επαναλαμβάνουμε την παραπάνω διαδικασία για διάφορα σώματα (με διαφορετικής φύσης επιφάνεια επαφής με το τριβόμετρο) για να εξετάσουμε αν ο μορ εξαρτάται από τη φύση των επιφανειών που εφάπτονται. • Επαναλαμβάνουμε την παραπάνω διαδικασία, για κάθε επιφάνεια επαφής, προσαρμόζοντας σταθερά στο σώμα που εφάπτεται στο κεκλιμένο επίπεδο και κάποιο επιπλέον σώμα ώστε να αυξήσουμε τη συνολική μάζα. Εξετάσουμε αν ο μορ επηρεάζεται. 28
ΤΡΙΒΗ Με 1 φωτοπύλη και ηλεκτρονικό χρονόμετρο Πειραματική διάταξη Υπολογισμός της τριβής Τ και του συντελεστή τριβής μ ολίσθησης υ Αποδεικνύεται εύκολα με ανάλυση των δυνάμεων κι εφαρμογή των νόμων του Newton, πως για την τριβή ολίσθησης Τ ισχύει: Λίγη θεωρία Τ = mgημθ-mα Ενώ για τον συντελεστή τριβής ολίσθησης μ ισχύει: μ = Τ ������������������������������−������������ Πείραμα – Μετρήσεις-Επεξεργασία • Τοποθετούμε τη φωτοπύλη σε διάφορες αποστάσεις x από το σταθερό σημείο εκκίνησης της κίνησης του σώματος στο κεκλιμένο επίπεδο. • Μετράμε με το χρονόμετρο ρυθμισμένο σε λειτουργία F1 τον χρόνο διέλευσης Δt του φωτοφράκτη από τη φωτοπύλη. • Υπολογίζουμε την στιγμιαία ταχύτητα υ του σώματος στη θέση x (αφού είναι γνωστό το πλάτος d του φωτοφράκτη, υ=d/Δt). • Σχεδιάζουμε την γραφική παράσταση υ2=2αx και από την κλίση της υπολογίζουμε την επιτάχυνση α του σώματος. • Μετράμε τη γωνία θ του κεκλιμένου επιπέδου. • Ζυγίζουμε το σώμα που ολίσθησε. • Με τη βοήθεια των παραπάνω τύπων υπολογίζουμε την τριβή ολίσθησης Τ και 29 τον συντελεστή τριβής ολίσθησης μ.
ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΤΩΣΗ Υπολογισμός του χρόνου αντίδρασης με βάση τις εξισώσεις της ελεύθερης πτώσης Χρόνος αντίδρασης - YouTube 30
ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΤΩΣΗ Με δύο φωτοπύλες και ηλεκτρονικό χρονόμετρο Σύγκριση χρόνου κίνησης σφαιρών διαφορετικής μάζας Φύλλο εργασίας • Ρυθμίζουμε το χρονόμετρο σε λειτουργία F2. Έτσι, θα μετράει το χρόνο κίνησης της σφαίρας από τη μια φωτοπύλη ως την άλλη. • Μόλις διακόψουμε την τροφοδοσία του ηλεκτρομαγνήτη που αρχικά συγκρατεί τη μεταλλική σφαίρα σε κάποιο ύψος, αυτή εκτελεί ελεύθερη πτώση, περνώντας μέσα από τις δύο φωτοπύλες. • Μετράμε τον χρόνο κίνησης της σφαίρας. • Επαναλαμβάνουμε με σφαίρα διαφορετικής μάζας. • Επαναλαμβάνουμε για διάφορες αποστάσεις μεταξύ των φωτοπυλών. 31
ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΤΩΣΗ Με χρήση της εφαρμογής Phyphox για smartphone Πειραματική διάταξη Επιβεβαίωση της εξίσωσης ������ = ������ ������������������ της ελεύθερης πτώσης ������ Χρησιμοποιούμε το ακουστικό χρονόμετρο (acoustic stopwatch) της εφαρμογής phyphox, για να μετρήσουμε τον χρόνο πτώσης της σφαίρας από συγκεκριμένο ύψος. 32
ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΤΩΣΗ Με MultiLog Μέτρηση της επιτάχυνσης της βαρύτητας g Πειραματική διάταξη Πειραματικά δεδομένα Ανάλυση-Επεξεργασία μετρήσεων Αισθητήρας απόστασης Μπαλάκι τένις Φύλλο Εργασίας Γραφική παράσταση της απόστασης της Γραφική παράσταση της ταχύτητας της μπάλας μπάλας από τον αισθητήρα απόστασης συναρτήσει του χρόνου πτώσης. συναρτήσει του χρόνου πτώσης. Η κλίση της ευθείας δίνει την επιτάχυνση της 33 κίνησης, δηλαδή την τιμή του g.
ΑΔΜΕ ΣΤΗΝ ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΤΩΣΗ Με δεδομένη φωτογραφία πολλαπλής φωτογράφησης Έλεγχος διατήρησης της μηχανικής ενέργειας στην ελεύθερη πτώση Φύλλο εργασίας • Δίνεται το χρονικό διάστημα μεταξύ δύο διαδοχικών φωτογραφήσεων (t = 1/50s = 0,02s). • Θεωρούμε σαν επίπεδο μηδενικής δυναμικής ενέργειας αυτό που τέμνει το χάρακα στη θέση 45cm. • Το κέντρο της σφαίρας βρίσκεται στη θέση y=0 (θέση 0 του χάρακα) τη στιγμή που αφήνουμε τη σφαίρα. • Συμπληρώνουμε τον παρακάτω πίνακα για τις θέσεις 7,9,11,13,15 της τροχιάς της σφαίρας: • Για να βρούμε την ταχύτητα σε μια θέση, π.χ. την 7, διαιρούμε το Δy (βρίσκεται αφαιρώντας τα y των θέσεων 6,8) δια του χρόνου κίνησης Δt από τη θέση 6 στην θέση 8. • Υπολογίζουμε τη μηχανική ενέργεια στις θέσεις 7,9,11,13,15 της τροχιάς της σφαίρας. • Ελέγχουμε αν ισχύει η ΑΔΜΕ, αν δηλαδή: Ε=Κ+U=σταθ. • Σχεδιάζουμε τα διαγράμματα U-h, K-h, E-h στο ίδιο σύστημα αξόνων. mσφαίρας=0,2kg g=9,8m/s2 34
ΑΔΜΕ ΣΤΗΝ ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΤΩΣΗ Με δύο φωτοπύλες και ηλεκτρονικό χρονόμετρο Πειραματική διάταξη Έλεγχος διατήρησης της μηχανικής ενέργειας στην ελεύθερη πτώση • Ρυθμίζουμε το χρονόμετρο σε λειτουργία F1. Έτσι, θα μετράει το χρόνο διέλευσης του Αρχική θέση κυλίνδρου (πάχους d=10mm) από κάθε φωτοπύλη (Δt1 και Δt2). • Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να υπολογίσουμε την ταχύτητα με την οποία περνάει ο Θέση 1 κύλινδρος από κάθε φωτοπύλη (υ1=d/Δt1 και υ1=d/Δt1), άρα και την κινητική του ενέργεια σε κάθε φωτοπύλη (Κ1=1/2mυ12 και Κ2=1/2mυ22). Στην αρχική του θέση είναι, φυσικά, υ0=0 και Κ0=0). Θέση 2 • Με τη βοήθεια της μετροταινίας μετράμε το ύψος, σε σχέση με την κάτω φωτοπύλη (επίπεδο μηδενικής δυναμικής ενέργειας), από το οποίο ξεκινά να πέφτει κάθε φορά ο κύλινδρος, καθώς και το ύψος στο οποίο βρίσκεται η πρώτη φωτοπύλη. Μπορούμε, έτσι, να υπολογίσουμε τη δυναμική ενέργεια που έχει ο κύλινδρος στις θέσεις αυτές (U0=mgh0, U1=mgh1, U2=0). • Ελέγχουμε αν ισχύει η ΑΔΜΕ, αν δηλαδή: U0=U1+K1=K2 • Επαναλαμβάνουμε για διάφορες θέσεις των φωτοπυλών. • Επαναλαμβάνουμε με σώμα διαφορετικής μάζας ή/και σχήματος. 35
ΑΔΜΕ ΣΤΗΝ ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΤΩΣΗ Με χρήση της εφαρμογής Phyphox για smartphone Πειραματική διάταξη • Μετράμε το ύψος h στο Χρησιμοποιούμε το ακουστικό χρονόμετρο (acoustic stopwatch) της εφαρμογής phyphox, οποίο βρίσκεται η σφαίρα. για να μετρήσουμε τον χρόνο πτώσης t της σφαίρας από συγκεκριμένο ύψος. • Ζυγίζουμε τη σφαίρα για να ΦΕ από το ΕΚΦΕ Σερρών βρούμε τη μάζα της m. • Υπολογίζουμε τη δυναμική της ενέργεια U=mgh. • Χρησιμοποιώντας τον τύπο της ταχύτητας στην ελεύθερη πτώση: υ=gt, υπολογίζουμε την ταχύτητα της σφαίρας όταν φτάνει στο έδαφος. • Υπολογίζουμε την κινητική της ενέργεια: K=1/2mυ2 • Ελέγχουμε αν ισχύει η ΑΔΜΕ. • Μπορούμε να επαναλάβουμε για διαφορετικά ύψη h, ή/και για διαφορετικές μά3ζ6ες m.
ΑΔΜΕ ΣΤΗΝ ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΤΩΣΗ Βιντεοπειράματα (από ΕΚΦΕ ν.Θεσσαλονίκης) Διατήρηση της μηχανικής ενέργειας στην ελεύθερη πτώση - YouTube 37
ΑΔΜΕ ΣΤΗΝ ΕΛΕΥΘΕΡΗ ΠΤΩΣΗ Με το λογισμικό ανάλυσης βίντεο Tracker Ιχνηλασία κινήσεων με τη βοήθεια λογισμικού βίντεο ανάλυσης. Οδηγίες χρήσης (Tracker tutorial) από το ΕΚΦΕ Θεσπρωτίας 38
B’ ΛΥΚΕΙΟΥ 39
Διδακτέα-Εξεταστέα Ύλη 1 - ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΜΕΤΑΞΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ 2 – ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ: ΣΥΝΕΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ B’ ΕΠΑΛ Εργαστηριακές ασκήσεις: • Πειράματα εκτροπής μαγνητικής βελόνας Προτείνεται ένα εργαστηριακό θέμα, κατάλληλο για την εμπλοκή των μαθητών και λόγω ηλεκτρικού ρεύματος και κατασκευή την εκπόνηση εργαστηριακής αναφοράς σε απλού ηλεκτρομαγνήτη. πειραματική δραστηριότητα. • Xρήση των πολύμετρων (χρήση ως αμπερόμετρα και ως βολτόμετρα). • Πειραματική επαλήθευση των κανόνων του Kirchhoff. • Ενεργειακή μελέτη των στοιχείων απλού ηλεκτρικού κυκλώματος με πηγή και ωμικό καταναλωτή (εκτός του κινητήρα). • Μελέτη της χαρακτηριστικής καμπύλης ηλεκτρικής πηγής και ωμικού καταναλωτή (εκτός της κρυσταλλοδιόδου). 40
Διδακτέα-Εξεταστέα Ύλη • 1 - ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΜΕΤΑΞΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΦΟΡΤΙΩ • 2 - ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ: ΣΥΝΕΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ • 3 - ΦΩΣ • 4 - ΑΤΟΜΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ B’ ΓΕΛ Εργαστηριακές ασκήσεις: Γενικής Παιδείας • Ενεργειακή μελέτη των στοιχείων απλού ηλεκτρικού κυκλώματος με πηγή και ωμικό καταναλωτή (εκτός του κινητήρα). • Μελέτη της χαρακτηριστικής καμπύλης ηλεκτρικής πηγής και ωμικού καταναλωτή (εκτός της κρυσταλλοδιόδου). • Απλά πειράματα επίδειξης στα φαινόμενα της ανάκλασης και της διάθλασης. • Παρατήρηση συνεχών- γραμμικών φασμάτων. Προτείνεται τουλάχιστον ένα εργαστηριακό θέμα, κατάλληλο για την εμπλοκή των μαθητών/-ητριών και την εκπόνηση εργαστηριακής αναφοράς σε πειραματική δραστηριότητα. 41
Χαρακτηριστική καμπύλη ηλεκτρικής Β’ ΕΠΑΛ πηγής και ωμικού καταναλωτή Β’ ΓΕΛ Γ.Π. Κυκλώματα-Πειραματική διαδικασία Μετρήσεις Επεξεργασία-Αποτελέσματα Ηλεκτρική πηγή Για σταθερή πηγή (μπαταρία), R(Ω) I (mA) Vπ(V) Χαρακτηριστική πηγής μεταβάλουμε τον αντιστάτη R και μετράμε το ρεύμα Ι του κυκλώματος 0 2930 0,95 5 και την τάση Vπ στα άκρα της πηγής. 10 340 3,7 4 Για σταθερό αντιστάτη R (R=100Ω), μεταβάλουμε την τάση της πηγής και 20 149,3 3,8 Vπ (V) 3 μετράμε το ρεύμα Ι του κυκλώματος και την τάση VR στα άκρα του 100 10,2 4,26 2 αντιστάτη. ∞ 0 4,51 1 y = -0,0011x + 4,2148 0 Φύλλο εργασίας 0 1000 2000 3000 4000 Ι (mA) Ωμικός καταναλωτής VR(V) I (mA) I (mA) Χαρακτηριστική αντιστάτη 1,88 18,9 3,79 38 120 5,68 56,9 7,57 75,8 100 y = 10,024x 9,5 95,3 80 60 10 42 40 20 0 02468 VR (Volt)
Ενεργειακή μελέτη των στοιχείων απλού Β’ ΕΠΑΛ ηλεκτρικού κυκλώματος με πηγή και Β’ ΓΕΛ Γ.Π. ωμικό καταναλωτή Κύκλωμα-Πειραματική διαδικασία Μετρήσεις Επεξεργασία-Αποτελέσματα R(Ω) I (mA) Vπ(V) Για εξωτερική αντίσταση R=10Ω υπολογίζουμε, χρησιμοποιώντας τις πειραματικές μας τιμές, τα 0 2930 0,95 παρακάτω μεγέθη: • Την ισχύ PE που παρέχει η πηγή στο κύκλωμα: 10 340 3,7 PE = Ε∙Ι 20 149,3 3,8 • Την ισχύ PR που καταναλώνει η αντίσταση R: 100 10,2 4,26 PR = I2 ∙ R • Την ισχύ Pr που καταναλώνει η πηγή: ∞ 0 4,51 Pr = I2 ∙ r Αρχικά, κατασκευάζουμε την Φύλλο εργασίας • Την ισχύ Pεξ που αποδίδει η πηγή στο χαρακτηριστική της πηγής: εξωτερικό κύκλωμα: Για σταθερή πηγή (μπαταρία), Χαρακτηριστική πηγής Pεξ =Vπ∙R μεταβάλουμε τον αντιστάτη R 5 4. Συγκρίνετε την προσφερόμενη από την πηγή ισχύ με αυτή που καταναλώνεται συνολικά στις και μετράμε το ρεύμα Ι του 4 αντιστάσεις R και r και σχολιάστε. κυκλώματος και την τάση Vπ στα Vπ (V) 3 43 άκρα της πηγής. Από την χαρακτηριστική 2 προκύπτουν η ΗΕΔ της πηγής και η εσωτερική της αντίσταση: 1 y = -0,0011x + 4,2148 0 E=4,21V r=1,1Ω 0 1000 2000 3000 4000 Ι (mA)
Ανάκλαση φωτός Β’ ΓΕΛ Γ.Π. Πειραματική διάταξη Εργαστηριακός Βιντεοσκοπημένα πειράματα Οπτική: Οι νόμοι της ανάκλασης - YouTube οδηγός της Γ’ Γυμνασίου Τετράδιο μαθητή Το λέιζερ και οι καθρέπτες (πείραμα ανάκλασης) - YouTube 44
Διάθλαση φωτός Β’ ΓΕΛ Γ.Π. Διάθλαση-Παρουσίαση-ΕΚΦΕ Κέντρου 45
Παρατήρηση συνεχών - γραμμικών Β’ ΓΕΛ Γ.Π. φασμάτων 2ο Πείραμα: Πειραματική διάταξη 1ο Πείραμα: Μελέτη Παρατήρηση συνεχούς φάσματος φασμάτων απορρόφησης 3ο Πείραμα: 4ο Πείραμα: Μελέτη του γραμμικού φάσματος του Η2 Μελέτη του γραμμικού φάσματος του He Φύλλο εργασίας 46
B’ ΓΕΛ Διδακτέα-Εξεταστέα Ύλη Θετικών Σπουδών 1 - ΚΑΜΠΥΛΟΓΡΑΜΜΕΣ ΚΙΝΗΣΕΙΣ 2 - ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ ΤΗΣ ΟΡΜΗΣ 5 - ΒΑΡΥΤΗΤΑ-ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ 3 - ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΩΝ ΑΕΡΙΩΝ 4 - ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Εργαστηριακές ασκήσεις: • Μελέτη οριζόντιας βολής με το λογισμικό tracker (Ελεύθερο και Εξελληνισμένο): Από ΕΚΦΕ Ηλιούπολης • Διατήρηση της ορμής σε μία έκρηξη (η άσκηση του εργαστηριακού οδηγού της Α΄ Λυκείου). • Γνωριμία με τον παλμογράφο (η άσκηση του εργαστηριακού οδηγού της Β’ Τάξης ΓΕΛ Θετικής Κατεύθυνσης, σελ. 38.) Προτείνονται δύο εργαστηριακά θέματα, ένα σε κάθε τετράμηνο, κατάλληλα για την εμπλοκή των μαθητών/-ητριών και την εκπόνηση εργαστηριακών αναφορών σε πειραματικές δραστηριότητες. 47
Μελέτη οριζόντιας βολής Β’ ΓΕΛ Προσανατολισμού Από τον πανελλήνιο διαγωνισμό πειραμάτων EOES 2023 48
Μελέτη της κεντρομόλου δύναμης Β’ ΓΕΛ Προσανατολισμού Βιντεοπειράματα (από ΕΚΦΕ ν.Θεσσαλονίκης) Διερεύνηση της εξάρτησης Διερεύνηση της εξάρτησης Διερεύνηση της εξάρτησης της της κεντρομόλου δύναμης της κεντρομόλου δύναμης κεντρομόλου δύναμης από τη από την περίοδο από την ακτίνα μάζα του περιστρεφόμενου περιστροφής περιστροφής σώματος 49
Μελέτη της κεντρομόλου δύναμης Β’ ΓΕΛ Προσανατολισμού Με χρήση της εφαρμογής Phyphox για smartphone Πειραματική διάταξη Μετρήσεις Πρόταση από τον φυσικό Βαμβακίδη Δημήτρη -50-
Search
