Mgr. Jana Šiškováfyzika.gjwprostejov.cz/uploads/modul_1.pdfjsou součástí výuky fyziky na...

Mgr. Jana Šišková Modul 1 Reálný fyzikální experiment I. - mechanika, molekulová fyzika a termika, kmitání a vlnění

Učme fyziku jinak! - Modernizace výukových metod v zrcadle kurikulární reformy fyzikálního vzdělávání.

Obsah

Úvod ............................................................................................................................................... 1

Mechanika ...................................................................................................................................... 3

Objem těles z pevné látky .............................................................................................................3

Určení hustoty kapalin pomocí spojitých nádob ............................................................................4

Tíhová síla .......................................................................................................................................6

Skládání sil .....................................................................................................................................7

Dvouramenná páka ........................................................................................................................9

Pevná kladka ............................................................................................................................... 11

Volná kladka ............................................................................................................................... 12

Kladkostroj .................................................................................................................................. 13

Práce na nakloněné rovině .......................................................................................................... 16

Třecí síla ...................................................................................................................................... 19

Práce potřebná k překlopení tělesa ............................................................................................ 22

Stabilita těles ............................................................................................................................... 24

Spojité nádoby ........................................................................................................................... 26

Vztlaková síla ............................................................................................................................... 28

Archimédův zákon ....................................................................................................................... 30

Model hustoměru ...................................................................................................................... 34

Hydrostatický tlak ....................................................................................................................... 35

Prodloužení pružiny .................................................................................................................... 40

Rovnoměrný pohyb .................................................................................................................... 43

Rovnoměrně zrychlený pohyb .................................................................................................... 46

Volný pád .................................................................................................................................... 48

Obsah

Molekulová fyzika a termika ......................................................................................................... 50

Délková roztažnost pevných látek .............................................................................................. 50

Bimetal ........................................................................................................................................ 52

Teplotní objemová roztažnost kovové kuličky ............................................................................ 54

Objemová roztažnost kapalin ..................................................................................................... 57

Objemová roztažnost různých kapalin ....................................................................................... 60

Povrchová vrstva kapalin ............................................................................................................ 62

Povrchová síla ............................................................................................................................. 64

Závislost povrchového napětí na druhu kapaliny I ..................................................................... 66

Závislost povrchového napětí na druhu kapalin II ...................................................................... 68

Kapilarita ..................................................................................................................................... 70

Objemová roztažnost vzduchu při konstantním tlaku ............................................................... 71

Vedení tepla u různých kovů ....................................................................................................... 74

Proudění tepla ............................................................................................................................. 78

Tepelné záření ............................................................................................................................ 79

Tepelná izolace ............................................................................................................................ 81

Měrná tepelná kapacita pevných látek ....................................................................................... 85

Teplota tání ................................................................................................................................ 89

Skupenské teplo tuhnutí ............................................................................................................. 93

Teplota varu ................................................................................................................................ 96

Destilace ..................................................................................................................................... 98

Mechanické kmitání a vlnění ....................................................................................................... 102

Doba kmitu matematického kyvadla ....................................................................................... 102

Doba kmitu pružinového oscilátoru .......................................................................................... 104

Doba kmitu ploché pružiny ....................................................................................................... 106

Časový průběh kmitavého pohybu ploché pružiny ................................................................... 108

Obsah

Měření gravitačního zrychlení .................................................................................................. 110

Dynamické měření tuhosti pružiny ........................................................................................... 111

Spřažená kyvadla ....................................................................................................................... 113

Chvění ladičky ........................................................................................................................... 114

Chvění kovových desek ............................................................................................................. 115

Závěr ........................................................................................................................................... 116

Úvod

1

Tento výukový materiál vznikl jako jeden z hlavních výstupů projektu zaměřeného na

modernizaci výukových metod fyzikálního vzdělávání na 2. stupni základních škol a školách

středních s názvem Učme fyziku jinak! – Modernizace výukových metod v zrcadle

kurikulární reformy fyzikálního vzdělávání. Klade si za cíl výrazným způsobem zefektivnit,

zjednodušit a urychlit práci vyučujícího fyziky při zavádění nejmodernějších forem výuky.

Hlavní podporu tento materiál zřejmě přinese ve fázi přípravy vyučujícího na vyučovací

hodinu, ale může být též námětem např. pro samostatnou práci žáků ve fyzikální laboratoři.

Celý projekt pokrývá výuku ve čtyřech základních modulech:

1. Reálný fyzikální experiment I. - mechanika, molekulová fyzika a termika, kmitání a vlnění

2. Reálný fyzikální experiment II. - elektřina, magnetismus, optika

3. IT podpora reálného fyzikálního experimentu

4. Interaktivní fyzika - virtuální fyzikální experiment

Tento výukový materiál je určen pro výuku modulu č. 1, zabývajícího se reálným

fyzikálním experimentem v oblasti mechanika, molekulová fyzika a termika, mechanické

kmitání a vlnění. Jde o přímou práci s fyzikálními pomůckami, o klasické experimenty, které

jsou součástí výuky fyziky na všech stupních škol. text je rozdělen do tří kapitol, jejich dělení

je určeno názvy celků fyziky.

První část textu obsahuje pokusy z oblasti mechaniky – jde o měření fyzikálních

veličin, pohyby těles, síla, skládání sil, práce, mechanika kapalin a plynů.

Druhá část obsahuje pokusy z kapitoly molekulová fyzika a termika – jde o délkovou a

objemovou roztažnost látek, povrchovou vrstvu, povrchovou sílu, povrchové napětí,

kapilaritu, vedení tepla, skupenské přeměny.

Poslední část nabízí pokusy z oblasti mechanické kmitání a vlnění – matematické

kyvadlo, pružinový oscilátor, plochá pružina, chvění.

Úvod

2

Pokusy byly prováděny především s nově pořízenými žákovskými a demonstračními

soupravami DIDAKTIK – šlo o soupravy MECHANIKA I, MECHANIKA II, NAUKA O TEPLE a

STATIVOVÝ MATERIÁL, při některých bylo využito starších pomůcek ze sbírky fyziky na GJW.

Mechanika

3

Název pokusu: Objem těles z pevné látky

Cíl pokusu: ukázky různých způsobů zjišťování objemu těles pravidelných i nepravidelných

Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium

Pomůcky: hliníkový kvádr, závaží, držák závaží, odměrný válec, délkové měřidlo

Časová náročnost na přípravu pokusu: 5 minut

Délka trvání pokusu: 15 minut

Pomocí délkového měřidla změříme hrany hliníkového kvádru. Dle vzorce vypočteme objem kvádru.

Měříme objem hliníkového kvádru pomocí objemu vytlačené vody.

Mechanika

4

Název pokusu: Určení hustoty kapalin pomocí spojitých nádob

Cíl pokusu: zjištění hustoty kapaliny porovnáním s kapalinou známé hustoty

Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší gymnázium, vyšší gymnázium

Pomůcky: 2 trubičky, hadička, stativ, stativové tyče, objímky – univerzální a válcová, petrolej, délkové měřidlo



Obě trubičky naplníme vodou, vyznačíme výšku hladiny v obou ramenech, pak jednu plníme petrolejem a měříme v obou ramenech výšku sloupce kapalin nad původní dělicí čarou.

Mechanika

5

: :

Mechanika

6

Název pokusu: Tíhová síla

Cíl pokusu: zjištění souvislosti mezi hmotností a tíhovou silou


Pomůcky: stativ, stativové tyče, závaží, siloměr



Zavěsíme závaží různé hmotnosti a zjišťujeme velikost tíhové síly a její závislost na hmotnosti.

Mechanika

7

Název pokusu: Skládání sil

Cíl pokusu: najít výslednici dvou nerovnoběžných sil, určení rovnoběžníku sil


Pomůcky: stativy, stativové tyče, závaží, 2 siloměry, pravoúhlý trojúhelník



V této poloze zjistíme stav siloměrů, který považujeme za nulovou výchozí pozici.

Mechanika

8

Siloměry svírají pravý úhel, změříme velikost sil na siloměrech, odečteme výchozí sílu. Kolmo dolů působí síla 0,6N (držák + závaží). Výsledná síla má velikost výslednice v rovnoběžníku sil.

Mechanika

9

Název pokusu: Dvouramenná páka

Cíl pokusu: podmínka rovnováhy dvouramenné páky, na jejíž obou stranách působí síly


Pomůcky: stativ, stativové tyče, závaží různé hmotnosti



Najdeme podmínku rovnováhy páky.

Mechanika

10

Rovnováha je splněna, pokud · ·

Mechanika

11

Název pokusu: Pevná kladka

Cíl pokusu: demonstrace použití pevné kladky, určení podmínek rovnováhy, porovnání velikostí

působících sil


Pomůcky: stativ, stativové tyče, pevná kladka, siloměr, závaží, provázek



Zavěsíme závaží a udržujeme rovnováhu siloměrem. Pevnou kladkou neušetříme sílu, pouze můžeme měnit směr síly za lépe vyhovující.

Mechanika

12

Název pokusu: Volná kladka

Cíl pokusu: demonstrace použití volné kladky, určení podmínek rovnováhy, porovnání velikostí

působících sil


Pomůcky: stativ, stativová tyč, volná kladka, siloměr, závaží, provázek



Síla nutná k udržení volné kladky v rovnováze je poloviční vzhledem k tíze závaží.

Mechanika

13

Název pokusu: Kladkostroj (2 kladky)

Cíl pokusu: demonstrace použití kladkostroje, určení podmínek rovnováhy, porovnání velikostí působících sil, porovnání dráhy volné kladky s dráhou působiště tahové síly, porovnání mechanické práce v jednotlivých případech


Pomůcky: magnetická tabule, pevná kladka, volná kladka, provázek, závaží, siloměr, barevné šipky, délkové měřidlo



Základní sestavení kladkostroje bez závaží (volnou kladku je nutné před začátkem pokusu vyvážit na volném konci lana vhodným závažím)

Mechanika

14

Rovnovážná poloha kladkostroje (na volné kladce je závaží o dvojnásobné hmotnosti než na volném konci lana)

Rozdílné dráhy volné kladky a konce lana (volný konec lana urazí dvojnásobnou dráhu než volná kladka)

Mechanika

15

Rozdílné velikosti tíhové a tahové síly (na volný konec lana působí síla o poloviční velikosti)

Mechanika

16

Název pokusu: Práce na nakloněné rovině

Cíl pokusu: zjištění, zda pomocí nakloněné roviny lze ušetřit práci


Pomůcky: stativ, stativová tyč, závaží, vozík, provázek, siloměr



Sestavíme nakloněnou rovinu délky 60 cm, jejíž výška je 36 cm.

Mechanika

17

Pomocí siloměru vytáhneme vozík po dráze nahoru. Práce · , kde je délka nakloněné roviny. Porovnáme s prací vykonanou při kolmém vytáhnutí vozíku se závažím do stejné výšky. Dokážeme, že pomocí nakloněné roviny práci neušetříme.

Mechanika

18

0,9 · 0,6 1,5 · 0,36

Mechanika

19

10Název pokusu: Třecí síla

Cíl pokusu: demonstrace závislosti velikosti třecí síly na hmotnosti a na materiálu podložky, demonstrace valivého tření


Pomůcky: hliníkový kvádr, železný kvádr menší, vozík, siloměr, závaží, podložky různých materiálů



Tahem siloměru uvedeme železný kvádr do rovnoměrného pohybu. Měříme velikost síly smykového tření.

Mechanika

20

Malý železný kvádr se dvěma závažími má stejnou hmotnost jako kvádr v předchozí části, mění se jen velikost styčných ploch. Smykové tření na velikosti styčných ploch nezávisí.

Při odebrání jednoho závaží se mění hmotnost smýkaného tělesa, siloměr ukazuje menší sílu. Smykové tření závisí na hmotnosti smýkaného tělesa.

Mechanika

21

Při změně materiálu podložky dochází ke změně velikosti síly, kterou ukazuje siloměr. Smykové tření tedy závisí na materiálu styčných ploch.

Mechanika

22

Název pokusu: Práce potřebná k překlopení tělesa

Cíl pokusu: závislost práce potřebné k překlopení tělesa na poloze těžiště


Pomůcky: siloměr, listová pružina, stativová tyč, provázek



Síla potřebná k překlopení tělesa má velikost 0,14N.

Mechanika

23

Měříme sílu, kterou je třeba vynaložit na překlopení tělesa. Velikost síly je větší než v předchozí části, protože těleso má větší stabilitu.

Mechanika

24

Název pokusu: Stabilita těles

Cíl pokusu: zjištění, na čem závisí stabilita tělesa


Pomůcky: 2 železné kvádry různé velikosti, 1 hliníkový kvádr, siloměr, listová pružina



Určíme velikost síly potřebné k překlopení hliníkového kvádru přes listovou pružinu.

Mechanika

25

Opět změříme velikost síly potřebné k překlopení železného kvádru stejné hmotnosti jako měl kvádr hliníkový.

Tentokrát měříme velikost síly potřebné k překlopení železného kvádru, jehož hmotnost je dvojnásobná.

Mechanika

26

Název pokusu: Spojité nádoby

Cíl pokusu: hladina vody je ve spojitých nádobách s rozdílným průměrem ve stejné výšce


Pomůcky: stativ, stativové tyče, hadička, 2 trubičky různého průměru, odměrný válec



Do trubičky s větším průměrem nalijeme vodu a sledujeme hladinu vody ve spojité nádobě.

Mechanika

27

I při naklánění celého zařízení je hladina vody v obou ramenech ve stejné výšce.

Mechanika

28

Název pokusu: Vztlaková síla

Cíl pokusu: demonstrace závislosti velikosti vztlakové síly na objemu ponořené části


Pomůcky: stativ, stativové tyče, hliníkový kvádr, železný kvádr, železný kvádr menší, odměrný válec, siloměr, provázek



Mechanika

29

Zjistíme pomocí siloměru tíhu každého závaží.

Pomocí odměrného válce zjistíme objem každého z těles.

Mechanika

30

Vztlaková síla nezávisí na hmotnosti ponořeného tělesa ani na materiálu. Závisí na objemu ponořené části tělesa.

Mechanika

31

15. Název pokusu: Archimédův zákon

Cíl pokusu: Velikost vztlakové síly je rovna tíze vytlačené kapaliny


Pomůcky: stativ, stativové tyče, hliníkový kvádr, dutý kvádr, kádinka, odměrný válec, provázek, siloměr



Dutý kvádr má stejný objem, jako je objem kapaliny, kterou vytlačí hliníkový kvádr. Na siloměru zjistíme tíhu zavěšené soustavy.

Mechanika

32

Hliníkový kvádr je ponořený ve vodě, dutý kvádr je nad hladinou. Měříme tíhu nadlehčovaného tělesa.

Mechanika

33

Dutý kvádr naplníme vodou a měříme tíhu soustavy. Vztlaková síla je rovna tíze vytlačené kapaliny.

Mechanika

34

Název pokusu: Model hustoměru

Cíl pokusu: vytvoření modelu hustoměru, určení hustot kapalin


Pomůcky: zkumavka, odměrný válec, vyvažovací broky, petrolej, cukr, papír



Model hustoměru ponoříme do válce s vodou, sledujeme, kam se zkumavka ponořila. Toto místo odpovídá hustotě vody (v našem případě po značku 26 ml). Vodu nahradíme petrolejem, postup opakujeme. Zkumavka se ponořila po značku 20 ml, což odpovídá hustotě petroleje ( 0,8 ). Lze ukázat i s cukerným roztokem (100 g vody a 100 g cukru), jehož

hustota je 1,2 x větší než hustota vody, takže zkumavka se ponoří méně než ve válci s vodou.

Mechanika

35

Název pokusu: Hydrostatický tlak

Cíl pokusu: hydrostatický tlak roste s hloubkou, v daném místě je stejný ze všech stran


Pomůcky: stativ, stativové tyče, 2 skleněné trubičky, hadice z PVC, barvivo, ponorné sondy



Pomocí dvou trubiček a hadice z PVC vytvoříme manometr, naplníme ho zabarvenou vodou. Odměrný válec naplníme vodou a uděláme značku v hloubce 5 a 10 cm.

Mechanika

36

Po značku 5 cm pod hladinou ponoříme nejprve přímou sondu pro měření tlaku zdola, pak ponornou sondu pro měření tlaku z boku a nakonec sondu pro měření tlaku shora. Ve všech případech je výškový rozdíl vodní hladiny v trubičkách manometru stejný.

Mechanika

37

Mechanika

38

Provedeme totéž v hloubce 10cm. Výškový rozdíl je opět ve všech případech stejný a je větší než v hloubce 5 cm.

Mechanika

39

Mechanika

40

Název pokusu: Prodloužení pružiny ( Hookův zákon )

Cíl pokusu: zjištění závislosti prodloužení pružiny na působící síle


Pomůcky: stativ, stativové tyče, závaží 2 různé pružiny, délkové měřidlo



Na pružinu zavěsíme držák závaží a měříme vzdálenost mezi držákem a deskou stolu.

Mechanika

41

Na držák přidáváme závaží a zjišťujeme vzdálenost mezi držákem a deskou stolu.

Mechanika

42

Totéž zopakujeme s pevnější pružinou. Zjistíme, že prodloužení je přímo úměrné působící síle. Pevnější pružina se při působení stejně velké síly natáhne méně.

Mechanika

43

Název pokusu: Rovnoměrný pohyb

Cíl pokusu: při rovnoměrném pohybu jsou uražené dráhy za stejný čas stejné


Pomůcky: 2 dráhy 50cm, spojka, stativová tyč, vozík, závaží, snímač časového průběhu, vozík s pohonem, běžec, vodiče, zdroj střídavého napětí, metalizovaný papír



Snímač časového průběhu připojíme na zdroj 12 V. Při lehkém postrčení by se měl vozík pohybovat rovnoměrně, ne zpomaleně. Spínač snímače nastavíme na 100 ms a postrčíme vozík. Snímač vyznačil na pásce dráhy, kterými prošel vozík za časové intervaly 0,1 s.

Mechanika

44

Vozík vyměníme za vozík s vlastním pohonem a pokus zopakujeme.

Mechanika

45

Při rovnoměrném přímočarém pohybu jsou vzdálenosti mezi vyznačenými body na pásce stejné.

Mechanika

46

Název pokusu: Rovnoměrně zrychlený pohyb

Cíl pokusu: za stejné časové úseky se uražené dráhy rovnoměrně zvětšují


Pomůcky: 2 dráhy 50cm, spojka, stativová tyč, vozík, závaží, snímač časového průběhu, vozík s pohonem, běžec, vodiče, zdroj střídavého napětí, metalizovaný papír



Spojením dvou drah vytvoříme 100 cm dlouhou dráhu, ze které pomocí stativové tyče vytvoříme nakloněnou rovinu. Snímač časového průběhu připojíme na zdroj 12 V. Spínač snímače nastavíme na 100 ms a uvolníme vozík. Snímač vyznačil na pásce dráhy, kterými prošel vozík za časové intervaly 0,1 s.

Mechanika

47

Vzdálenosti mezi značkami odpovídají drahám, které vozík prošel za 0,1 s.

Mechanika

48

Název pokusu: Volný pád

Cíl pokusu: výpočet zrychlení pomocí snímače časového průběhu


Pomůcky: dráha 50cm. Stolová svorka, držák závaží, závaží, snímač časového průběhu, metalizovaný papír, vodiče, zdroj střídavého napětí 12V, pásmo



Mechanika

49

Snímač časového průběhu nastavíme na 10 ms a uvolníme pásek. Po dopadu závaží vypneme snímač časového průběhu a pásek vytáhneme.

Pro zrychlení platí: ∆∆ ∆∆ ∆∆ ∆∆ ; kde ∆ je přírůstek dráhy a ∆ je 0,01s.

Lze tedy vypočítat zrychlení pomocí údajů zaznamenaných snímačem.

Molekulová fyzika a termika

50

Název pokusu: Délková roztažnost pevných látek

Cíl pokusu: s rostoucí teplotou se hliníková tyč prodlužuje


Pomůcky: délkový dilatometr, líh, zápalky



Kovová tyč je upevněna v držácích dilatometru. Prodloužení tyče bude převedeno pákovým převodem na pohyb ručičky.


51

Tyč zahříváme.

Pozorujeme prodloužení tyče přenášené pákovým převodem. Při ochlazování pozorujeme zkrácení tyče.


52

Název pokusu: Bimetal

Cíl pokusu: dokázat, že různé kovy se s rostoucí teplotou roztahují různě


Pomůcky: stativ, stativové tyče, držák, bimetalový pásek, kahan, zápalky



Upevníme bimetalový pásek do stojanu nad kahan.


53

Ohříváme bimetalový pásek a sledujeme jeho chování. Po ochlazení ho upneme do stojanu obráceně a znovu zahříváme. Pásek se v obou případech zkroutí díky různé tepelné roztažnosti obou kovů, které bimetal tvoří.


54

Název pokusu: Teplotní objemová roztažnost kovové kuličky

Cíl pokusu: s rostoucí teplotou se objem kovové kuličky zvětšuje


Pomůcky: stativ, stativová tyč, kroužek s držákem, kulička, kahan



Kulička při pokojové teplotě projde těsně kroužkem.


55

Kuličku zahřejeme nad plamenem kahanu. Po zahřátí kulička zvětší svůj objem a neprojde kroužkem. Necháme ji ležet na kroužku.


56

Po určité době kulička teplota kuličky o něco klesne a kulička sama propadne kroužkem, protože zmenšila svůj objem.


57

Název pokusu: Objemová roztažnost kapalin

Cíl pokusu: s rostoucí teplotou roste objem kapaliny


Pomůcky: stativ, stativová tyč, držák, síťka, kádinka, trubička z umělé hmoty, zátka, zkumavka, teploměr, kahan, voda, barvivo



Obarvenou vodu nalijeme do kádinky, uzavřeme zátkou s otvorem, kterým prostrčíme trubičku. Na trubičce poznačíme výšku hladiny vody.


58

Při zahřívání kapalina zvětšuje svůj objem, proto vystoupí v trubičce nad původní značku. Vypneme kahan, poznačíme novou hladinu vody a sledujeme stav při ochlazování.


59

Při ochlazování kapalina svůj objem zmenšuje.


60

Název pokusu: Objemová roztažnost různých kapalin

Cíl pokusu: různé kapaliny mění při stejné změně teploty svůj objem různě


Pomůcky: stativ, stativové tyče, držáky, síťka, kádinka, trubičky z umělé hmoty, zátky, zkumavky, teploměr, kahan, voda, petrolej



V pravé zkumavce je voda, v levé petrolej. Původní výšku hladiny každé kapaliny označíme tužkou.


61

Při zahřívání vodní lázně, ve které jsou zkumavky ponořeny, se zvětšuje teplota kapalin ve zkumavkách, proto se zvětšuje jejich objem. Objem petroleje se zvětšuje rychleji než objem vody.


62

Název pokusu: Existence povrchové vrstvy kapaliny

Cíl pokusu: ukázat, že volný povrch kapaliny se chová jako tenká pružná blána a závislost povrchového napětí na druhu kapaliny


Pomůcky: miska s vodou, lehké mince, saponát



Na volný povrch opatrně položíme mince. Povrch kapaliny se prohne, předměty se nepotopí, i když mají větší hustotu než voda.


63

Kápneme-li do vody trochu saponátu, mince se potopí. Došlo ke snížení povrchového napětí.


64

Název pokusu: Povrchová síla

Cíl pokusu: existence povrchové síly


Pomůcky: drátěný rámeček s očkem z niti, jehla, nádoba se saponátovým nebo mýdlovým roztokem



Na drátěném rámečku, na jehož sousedních dvou stranách je volně uvázaná nit, vytvoříme blánu. Pokud blánu uvnitř očka protrhneme jehlou, zanikne povrchová síla a nit se napne do oblouku.


65


66

Název pokusu: Závislost povrchového napětí na druhu kapaliny

Cíl pokusu: změnou povrchového napětí se mění velikost povrchové síly


Pomůcky: fotomiska, saponát, polystyrénová loďka



Pokud se špejlí namočenou do saponátu dotkneme povrchu vody za lodičkou, loďka prudce vyletí. Došlo ke snížení povrchového napětí vody a zmenšení povrchové síly působící na lodičku.


67


68

Název pokusu: Závislost povrchového napětí na druhu kapaliny

Cíl pokusu: změnou povrchového napětí se mění velikost povrchové síly


Pomůcky: fotomiska, zápalky saponát



Jde o obměnu předchozí úlohy. Na povrch čisté vody položíme zápalky. Mezi konce zápalek kápneme trochu saponátu.


69

Zápalky rychle odplují k okraji misky.


70

Název pokusu: Kapilarita

Cíl pokusu: demonstrace rozdílných výšek hladin kapaliny v kapilárách různého průměru


Pomůcky: kádinka, sada kapilárních trubiček, barvivo, voda



Kapilární trubičky mají různý vnitřní průměr, sledujeme závislost mezi výškou hladiny vody v kapiláře a jejím průměrem.


71

Název pokusu: Objemová roztažnost vzduchu při konstantním tlaku

Cíl pokusu: s rostoucí teplotou se objem plynu zvětšuje


Pomůcky: stativ, stativové tyče, držáky, síťka, kádinka, baňka, skleněná trubička, zátka, hadice z PVC, kahan, voda



Sestavíme pokus – baňka se uzavře zátkou s otvorem, kterým se protáhne skleněná trubička. Hadice se nasadí na trubičku, druhý konec ponoříme do kádinky s vodou. Baňku postavíme na síťku, opatrně ohříváme vzduch v baňce a pozorujeme hadici v kádince.


72

Při zahřívání vidíme v kádince vystupovat bublinky vzduchu. Nyní kahan zhasneme.


73

Při ochlazování vzduch svůj objem zmenšuje, čímž se dostane voda z kádinky do hadice.


74

Název pokusu: Vedení tepla u různých kovů

Cíl pokusu: dva různé kovy vedou teplo různě


Pomůcky: stativ, stativové tyče, držáky, hliníková e železná trubka, vosk, kahan



Hliníkovou a železnou tyč stejného průměru upevníme do stojanů tak, aby se jejich konce vzájemně dotýkaly. Pod styčné místo umístíme stojan. Na obě tyče přilepíme 3 voskové kuličky do stejných vzdáleností.


75

Po třech minutách odpadla první vosková kulička z hliníkové tyče.


76

Po pěti minutách od začátku zahřívání odpadla první kulička ze železné tyče, v tuto dobu začíná již sjíždět druhá kulička z hliníkové tyče.


77

Po osmi minutách kahan zhasneme. Na hliníkové tyči zůstala jedna kulička, která již začíná sjíždět, na železné tyči zůstávají dvě voskové kuličky. Hliník je tedy lepší vodič tepla než železo.


78

Název pokusu: Proudění tepla

Cíl pokusu: určení směru proudění ohřátého vzduchu


Pomůcky: stativ, stativové tyče, držák, zalomená jehlice do pravého úhlu, spirála, kahan



Papírovou spirálu nasadíme na špici jehlice, uchycené ve stativu. Zapálíme kahan. Spirála se začne otáčet, což dokazuje, že ohřátý vzduch stoupá vzhůru.


79

Název pokusu: Tepelné záření

Cíl pokusu: světlé a lesklé plochy pohlcují méně tepelného záření než tmavé a matné


Pomůcky: stativ, stativové tyče, držáky, 2 tělesa pro tepelné záření, 2 teploměry, žárovka



Tělesa pro tepelné záření upneme do držáků a zasuneme do nich teploměr. Počáteční teplota je stejná.


80

Obě tělesa zahříváme žárovkou, teploměr v tmavém tělese již po krátké době ukazuje vyšší teplotu než teploměr ve světlém tělese.


81

Název pokusu: Tepelná izolace

Cíl pokusu: při dobré tepelné izolaci uniká teplo pomalu


Pomůcky: stativ, stativové tyče, 2 držáky, síťka, kádinka, 2 teploměry, kalorimetr, kahan



200 ml vody zahřejeme kahanem na 66°C, 100 ml nalijeme do hliníkové nádoby, zbylých 100 ml nalijeme do kalorimetru. Měříme teplotu vody po 1; 3; 5 minutách.


82

Teploměry ukazují teplotu vody po jedné minutě.


83

Teploty po třech minutách.


84

Kalorimetr je vhodný pro tepelnou izolaci.


85

Název pokusu: Měrná tepelná kapacita pevných látek

Cíl pokusu: různé látky mají různou měrnou tepelnou kapacitu


Pomůcky: stativ, stativová tyč, držáky, síťka, kádinka, odměrný válec, teploměr, kvádr hliníkový a železný stejné hmotnosti, kalorimetr, kahan, provázek




86

Hliníkový i železný kvádr stejné hmotnosti ponoříme do kádinky s vodou. Vodu kahanem zahřejeme. Do kalorimetru nalijeme 100 ml vody a změříme teplotu.


87

Hliníkové těleso přeneseme do kalorimetru a zjistíme, o kolik se zvýšila teplota vody v kalorimetru.


88

Hliníkové těleso vytáhneme a do kalorimetru vložíme těleso železné. Zjistíme zvýšení teploty vody v kalorimetru. Měrná kapacita železa je větší než měrná tepelná kapacita hliníku.


89

Název pokusu: Teplota tání

Cíl pokusu: pevná látka se při dosažení teploty tání a dodání skupenského tepla tání stává látkou kapalnou


Pomůcky: stativ, stativové tyče, držáky, kruhový držák, síťka, kádinka, zkumavka, teploměr, thiosíran, kahan



Zkumavku naplníme thiosíranem sodným a ponoříme do kádinky s vodou. Ohříváme vodu kahanem a sledujeme teplotu ve zkumavce.


90

Při dosažení teploty 40°C začíná thiosíran tát.


91

Teplota vystoupí na 48° , což je teplota tání thiosíranu. Teplota nestoupá do té doby, než všechen thiosíran roztaje. Teprve poté začne teplota opět stoupat.


92

Thiosíran je v kapalném stavu, teploměr ukazuje teplotu 57°C.


93

Název pokusu: Skupenské teplo tuhnutí

Cíl pokusu: při tuhnutí látky se uvolňuje teplo


Pomůcky: stativ, stativová tyč, držáky, kádinka, síťka, zkumavka, teploměr, kruhový držák, thiosíran sodný



Thiosíran necháme roztavit ve zkumavce ponořené do kádinky s vodou. Nyní ho necháme ochlazovat a pozorujeme teploměr.


94

Teplota klesla na 32°C, kapalina ještě neztuhla, i když teplota tuhnutí je 48°C.


95

Vhodíme do zkumavky několik krystalků thiosíranu, nyní látka tuhne rychleji. Teplota stoupá, protože látka při tuhnutí odevzdává teplo. Uchopíme – li zkumavku do ruky, cítíme oteplení.


96

Název pokusu: Teplota varu

Cíl pokusu: porovnání teploty varu vody a teploty varu solného roztoku


Pomůcky: stativ, stativová tyč, držáky, síťka, kádinka, teploměr, kruhový držák, zkumavka



Ohříváme kahanem vodu ve zkumavce na bod varu. Při dosažení teploty varu už teplota na teploměru nestoupá. Teplo se spotřebovává k vypařování vody.


97

Pokud do vařící vody vhodíme kuchyňskou sůl, teplota začne stoupat – solný roztok má teplotu varu větší než voda.


98

Název pokusu: Destilace

Cíl pokusu: ze zabarvené vody znovu uděláme vodu bezbarvou


Pomůcky: stativ, stativové tyče, kruhový držák, síťka, kádinka, zkumavka, baňka, odměrný válec, skleněná trubička, zátka s otvorem, trubička z umělé hmoty, barvivo, kahan



Do baňky nalijeme obarvenou vodu, baňku uzavřeme zátkou s otvorem, kterým protáhneme skleněnou trubičku. Na ni nasadíme hadičku z PVC, na její druhý konec připevníme druhou skleněnou trubičku, kterou ponoříme do zkumavky postavené do kádinky se studenou vodou. Obarvenou vodu zahříváme kahanem.


99


100

Vodní pára je vedena hadičkou do zkumavky, v níž kondenzuje díky studené vodě v kádince.


101

Ve zkumavce je bezbarvá voda, barevná látka po odpaření zůstala v baňce.

Mechanické kmitání a vlnění

102

Název pokusu: Doba kmitu matematického kyvadla

Cíl pokusu: doba kmitu matematického kyvadla závisí na délce kyvadla


Pomůcky: stativ, stativové tyče, stolová svorka, držák závaží, závaží, provázek, stopky



Závaží s držákem má hmotnost 110 g, délka kyvadla je 40 cm. Kyvadlo vychýlíme z rovnovážné polohy asi 5 cm a měříme dobu 10 kmitů a vypočteme dobu jednoho kmitu ( 1,2 ). Nyní kyvadlo vychýlíme z rovnovážné polohy asi 10 cm a měříme dobu 10 kmitů a určíme dobu jednoho kmitu ( 1,2 ). Nakonec přidáme ještě jedno závaží a ze změřené doby 10 kmitů určíme dobu jednoho kmitu ( 1,2 ).


103

Zvětšíme délku kyvadla na 80 cm a změříme délku 10 kmitů. Doba jednoho kmitu je 1,8 . Zkrátíme-li délku kyvadla na 20 cm, zjistíme dobu jednoho kmitu 0,9 . Zjistíme, že doba kmitu matematického kyvadla nezávisí na hmotnosti kyvadla a při malých úhlech ani na amplitudě výchylky, závisí na délce kyvadla. Porovnáme naměřené hodnoty se

vztahem 2 . ( 1,256 ; 0,89 ; 1,78 ).


104

Název pokusu: Doba kmitu pružinového oscilátoru

Cíl pokusu: doba kmitu pružinového oscilátoru závisí na hmotnosti tělesa a tuhosti pružiny


Pomůcky: stativ, stativová tyč, stolová svorka, 2 pružiny, držák závaží, závaží, stopky



Na jemnější pružinu zavěsíme držák závaží a změříme vzdálenost spodní části držáku a spodní části objímky. Totéž provedeme s tužší pružinou.


105

Na každou pružinu zavěsíme závaží 50 g a změříme vzdálenost spodní částí držáku a objímky. Ze vztahu · ∆ vypočteme tuhost každé pružiny 3,46 . , 19,62 . . Na jemnější pružině necháme závaží o hmotnosti 50 g, hmotnost celková je tedy 60 g, změříme dobu 10 kmitů a vypočteme dobu jednoho kmitu ( 0,9 ). Pokus opakujeme se dvěma závažími, takže hmotnost je nyní 110 g. Doba jednoho kmitu je 1,2 . Totéž zopakujeme s tužší pružinou ( 4 ; 5 ). Porovnáme s hodnotami vypočtenými dle

vzorce 2 · . ( 0,83 ; 1,12 ; 0,35 ; 0,47 ). Doba kmitu

pružinového oscilátoru závisí na hmotnosti tělesa a tuhosti pružiny.


106

Název pokusu: Doba kmitu ploché pružiny

Cíl pokusu: doba kmitu závisí na délce pružiny a hmotnosti, nezávisí na amplitudě kmitů


Pomůcky: stativ, stolová svorka, běžec pro upevnění pružiny, závitová tyč, závaží, stopky, plochá pružina



K ploché pružině jsou pomocí závitové tyče připevněna 2 závaží o hmotnosti 50 g. Měříme dobu 10 kmitů při amplitudě kmitů 4 cm. Vypočteme dobu jednoho kmitu ( 0,5 ). Změníme amplitudu na 8 cm, změříme dobu 10 kmitů a vypočteme dobu jednoho kmitu. Zjistíme, že 0,5 . Doba kmitu ploché pružiny tedy nezávisí na amplitudě kmitů. Nyní přidáme na každou stranu pružiny po jednom závaží o hmotnosti 50 g a vypočteme dobu jednoho kmitu ( 0,8 ). S rostoucí hmotností se doba kmitu zvětšuje.


107

Nyní zkrátíme délku pružiny a změříme dobu deseti kmitů Doba jednoho kmitu je 0,3 . Kratší pružina má kratší dobu kmitu.


108

Název pokusu: Časový průběh kmitavého pohybu ploché pružiny

Cíl pokusu: časový průběh kmitavého pohybu ploché pružiny je znázorněn sinusoidou


Pomůcky: stativ, stolová svorka, běžec pro uchycení ploché pružiny, držák pera, závitová tyč, závaží, plochá pružina, pero



Na konec ploché pružiny umístíme držák, do kterého nasadíme tužku. Rozkmitáme plochou pružinu a v průběhu kmitání táhneme papír pokud možno rovnoměrně. Poté zkrátíme délku pružiny na polovinu a opět provedeme záznam pohybu. Časový průběh je vyjádřen sinusoidou.


109

Čím kratší je pružina, tím větší je frekvence.


110

Název pokusu: Měření gravitačního zrychlení

Cíl pokusu: pomocí matematického kyvadla lze vypočítat velikost gravitačního zrychlení


Pomůcky: stativ, stativové tyče, stolová svorka, držák závaží, závaží, provázek, stopky



Těžiště soustavy je přibližně mezi oběma závažími. Délka kyvadla je 86 cm. Změříme dobu 10

kmitů a určíme dobu jednoho kmitu 1,86 . Z rovnice 2 · vyjádříme gravitační

zrychlení . Po dosazení naměřených hodnot vypočítáme 9,80 · .


111

Název pokusu: Dynamické měření tuhosti pružiny

Cíl pokusu: tuhost pružiny určíme z doby kmitu pružinového oscilátoru


Pomůcky: stativ, stativová tyč, stolová svorka, držák závaží, závaží, 2 pružiny, stopky



Použijeme pevnější pružinu. Na držáku o hmotnosti 10 g jsou zavěšena tři závaží, každé o hmotnosti 50 g. Hmotnost soustavy je tedy 160 g. Měříme dobu 10 kmitů a určíme dobu 1

kmitu 0,57 . Tuhost pružiny vyjádříme ze vztahu 2 .

19,42 · .


112

Pokus opakujeme s jemnější pružinou, na kterou zavěsíme držák o hmotnosti 10 g s jedním závažím o hmotnosti 50 g. Doba jednoho kmitu je 0,85 .

Tuhost této pružiny po dosazení do vzorce vyjde 3,28 · .


113

Název pokusu: Spřažená kyvadla

Cíl pokusu: demonstrace vzájemné periodické výměny energie mezi spřaženými kyvadly


Pomůcky: spřažená kyvadla, malé závaží



Vychýlíme první kyvadlo kolmo na rovinu kyvadel, necháme ho volně kývat. Zjistíme, že amplituda výchylky tohoto kyvadla se zmenšuje, druhé kyvadlo se začíná kývat s rostoucí amplitudou výchylky. Když se první kyvadlo zastaví, druhé kývá s amplitudou výchylky. Děj se periodicky opakuje.


114

Název pokusu: Chvění ladičky

Cíl pokusu: dokázat chvění ladičky vydávající zvuk


Pomůcky: ladička, stojánek se zavěšeným korálkem



Úderem kladívka rozezvučíme ladičku a přiblížíme k ní stojánek se zavěšeným korálkem. Korálek od ladičky odskakuje, což dokazuje chvění ladičky.


115

Název pokusu: Chvění kovových desek

Cíl pokusu: prokázat chvění desek vydávajících zvuk


Pomůcky: kovové desky pro demonstraci Chladniho obrazců, smyčec, jemný písek



Kovovou desku posypeme jemným pískem, rozezvučíme ji tahem smyčce po okraji desky kolmo na její rovinu. V důsledku chvění desky odskakují zrnka písku, protože se přemísťují do uzlových čar a tím vytváří tzv. Chladniho obrazce.

Závěr

116

V materiálu, který máte před sebou, jsou uvedeny základní pokusy z daných kapitol. Je jistě spoustu dalších pokusů, které lze provádět při výuce fyziky na základní či střední škole. Snahou bylo uvést typové demonstrační pokusy, většinu z nich lze provádět jako pokusy žákovské. Některé úlohy jsou natolik základní, že jsou vhodné pro základní školu či nižší třídy víceletých gymnázií, jiné jsou vhodné i pro učivo střední školy.

Date post:	18-Feb-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	12 times
Download:	0 times

Mgr. Jana Šiškováfyzika.gjwprostejov.cz/uploads/modul_1.pdfjsou součástí výuky fyziky na...

Documents