11 η ΕΥΡΩΠΑΙΚΗ ΟΛΥΜΠΙΑ Α ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ EUSO 2013

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "11 η ΕΥΡΩΠΑΙΚΗ ΟΛΥΜΠΙΑ Α ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ EUSO 2013"

Ἰουλία Μέλιοι
9 χρόνια πριν
Προβολές:

1 11 η ΕΥΡΩΠΑΙΚΗ ΟΛΥΜΠΙΑ Α ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ EUSO 2013 ΤΟΠΙΚΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΟΚΙΜΑΣΙΑ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ Σάββατο 8 ΕΚΕΜΒΡΙΟΥ 2012 ΕΚΦΕ ΑΧΑΪΑΣ (ΑΙΓΙΟΥ) (Διάρκεια εξέτασης 60 min) Μαθητές: Σχολική Μονάδα ΟΜΑ Α: Σάββατο 8 Δεκεμβρίου ΕΚΦΕ Αιγίου 1

2012 ΕΚΦΕ ΑΧΑΪΑΣ (ΑΙΓΙΟΥ) (Διάρκεια εξέτασης 60 min) Μαθητές:

2 ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Κάθε ηλεκτρική συσκευή που έχει δύο πόλους και συνδέεται σε ηλεκτρικό κύκλωμα ονομάζεται Ηλεκτρικό δίπολο. Με την προτεινόμενη πειραματική διαδικασία επιδιώκουμε: 1. Να διερευνήσουμε τη συμπεριφορά ενός άγνωστου δίπολου στο συνεχές ρεύμα 2. Να υπολογίσουμε την τιμή της αντίστασης ενός ωμικού στοιχείου από τη χαρακτηριστική του καμπύλη I V. Στοιχεία από την θεωρία: Όταν στους πόλους ενός ηλεκτρικού δίπολου εφαρμοστεί ηλεκτρική τάση (V), τότε αυτό διαρρέεται απο ηλεκτρικό ρεύμα (I). Η γραφική παράσταση του ρεύματος I σε συνάρτηση με την τάση V, ονομάζεται χαρακτηριστική καμπύλη του διπόλου. Από τη χαρακτηριστική ενός δίπολου μπορούμε να βγάλουμε συμπεράσματα για τη δομή του και τις ιδιότητές του. Στην περίπτωση που το ρεύμα Ι είναι ανάλογο της τάσης V, η χαρακτηριστική του δίπολου είναι ευθεία γραμμή που διέρχεται από την αρχή των αξόνων. Τότε το δίπολο λέγεται αντιστάτης. Ο σταθερός λόγος της εφαρμοζόμενης τάσης V στα άκρα του αντιστάτη, προς το ρεύμα Ι που διαρρέει τον αντιστάτη, ονομάζεται αντίσταση (R) του αντιστάτη: V R= I Η μονάδα αντίστασης στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων ονομάζεται Ohm (συμβολίζεται 1Ω) Όργανα και υλικά: 1 Ω = 1Volt 1A 1. Συστοιχία μπαταριών κατάλληλο για τη λήψη τάσεων διαφόρων τιμών 2. διακόπτης 3. ένα ψηφιακό αμπερόμετρο (πολύμετρο) 4. ένα βολτόμετρο 5. ηλεκτρικό δίπολο 1 (αντιστάτης) 6. ηλεκτρικό δίπολο 2 (άγνωστο) 7. Καλώδια σύνδεσης και δυο κροκοδειλάκια 8. Μολύβι, γόμα, χάρακας, κομπιουτεράκι Σάββατο 8 Δεκεμβρίου ΕΚΦΕ Αιγίου 2

Στοιχεία από την θεωρία: Όταν στους πόλους ενός ηλεκτρικού δίπολου εφαρμοστεί ηλεκτρική τάση (V), τότε αυτό διαρρέεται απο ηλεκτρικό ρεύμα (I).

3 A. Μέτρηση της τιμής της αντίστασης ωμικού στοιχείου Πειραματική Διαδικασία: 1. Συναρμολογήστε το πιο κάτω κύκλωμα Τρόπος λήψης των διάφορων τιμών τάσης από την τιμή 0 μέχρι και τη μέγιστη διαθέσιμη τιμή Μόλις συναρμολογήσετε το κύκλωμα και πριν τροφοδοτήσετε με ρεύμα (με το διακόπτη ανοιχτό), καλέστε τους επιτηρητές για έλεγχο. 2. Τροφοδοτήστε διαδοχικά με τις διαθέσιμες τιμές τάσης (6 τιμές) το κύκλωμα, καταγράφοντας κάθε φορά την ένδειξη του αμπερομέτρου και του βολτομέτρου στον πίνακα τιμών Ένδειξη Βολτομέτρου(V) volt (ακρίβεια ενός δεκαδικού) Πίνακας 1 Ένδειξη Αμπερομέτρου (Ι) mα (ακρίβεια ενός δεκαδικού) 0 0 Σάββατο 8 Δεκεμβρίου ΕΚΦΕ Αιγίου 3

τροφοδοτήσετε με ρεύμα (με το διακόπτη ανοιχτό), καλέστε τους επιτηρητές για έλεγχο. 2.

4 3. Στο χαρτί millimeter, σχεδιάστε σύστημα ορθογωνίων αξόνων τάσης (οριζόντιος) ρεύματος (κατακόρυφος). Βαθμονομήστε τους άξονες, επιλέγοντας κατάλληλη κλίμακα, ώστε να συμπεριλαμβάνονται όλες οι πειραματικές τιμές που έχουμε καταχωρήσει στον Πίνακα Στο χαρτί millimeter, τοποθετήστε τα πειραματικά δεδομένα του πίνακα 1. Εξετάστε αν τα πειραματικά σημεία βρίσκονται (περίπου) πάνω σε μια ευθεία που διέρχεται από το μηδέν. Αν ΝΑΙ, προσαρμόστε και σχεδιάστε την καταλληλότερη ευθεία. 5. Υπολογίστε την κλίση (κ) της ευθείας και από αυτήν, την αντίσταση R του ηλεκτρικού διπόλου. y y2 y1 κλίση = = =. x x x 2 1 κλίση = R πειρ = Σάββατο 8 Δεκεμβρίου ΕΚΦΕ Αιγίου 4

Στο χαρτί millimeter, τοποθετήστε τα πειραματικά δεδομένα του πίνακα 1.

5 6. Καλέστε τον επιτηρητή να μετρήσει την τιμή της αντίστασης του διπόλου R θεωρ = 7. Υπολογίστε το % σφάλμα της προηγούμενης πειραματικής διαδικασίας Σφάλμα Rθεωρ Rπειρ σ =.100% Rθεωρ 8. Είναι γνωστό ότι σε καμία πειραματική διαδικασία δε μπορούμε να αποφύγουμε τα σφάλματα, αλλά να τα μειώσουμε. Τι προτείνετε ώστε να μειωθούν τα σφάλματα στην προηγούμενη εργαστηριακή διαδικασία; Β. Διερεύνηση της συμπεριφοράς αγνώστου διπόλου 9. Συναρμολογήστε το πιο κάτω κύκλωμα Μόλις συναρμολογήσετε το κύκλωμα και πριν τροφοδοτήσετε με ρεύμα (με το διακόπτη ανοιχτό), καλέστε τους επιτηρητές για έλεγχο. Σάββατο 8 Δεκεμβρίου ΕΚΦΕ Αιγίου 5

Είναι γνωστό ότι σε καμία πειραματική διαδικασία δε μπορούμε να αποφύγουμε τα σφάλματα, αλλά να τα μειώσουμε.

6 10. Τροφοδοτήστε διαδοχικά με τις διαθέσιμες τιμές τάσης (6 τιμές) το κύκλωμα, καταγράφοντας κάθε φορά την ένδειξη του αμπερομέτρου και του βολτομέτρου στον πίνακα τιμών Ένδειξη Βολτομέτρου(V) volt (ακρίβεια ενός δεκαδικού) Πίνακας 2 Ένδειξη Αμπερομέτρου (Ι) mα (ακρίβεια ενός δεκαδικού) Στο χαρτί millimeter, σχεδιάστε σύστημα ορθογωνίων αξόνων τάσης (οριζόντιος) ρεύματος (κατακόρυφος). Βαθμονομήστε τους άξονες, επιλέγοντας κατάλληλη κλίμακα, ώστε να συμπεριλαμβάνονται όλες οι πειραματικές τιμές που έχουμε καταχωρήσει στον Πίνακα 2. Σάββατο 8 Δεκεμβρίου ΕΚΦΕ Αιγίου 6

δεκαδικού) 0 0 11. Στο χαρτί millimeter, σχεδιάστε σύστημα ορθογωνίων αξόνων τάσης (οριζόντιος) ρεύματος (κατακόρυφος).

7 12. Στο χαρτί millimeter, τοποθετήστε τα πειραματικά δεδομένα του πίνακα 2. Εξετάστε αν τα πειραματικά σημεία βρίσκονται πάνω σε μια ευθεία που διέρχεται από το μηδέν. Προσαρμόστε και σχεδιάστε την καταλληλότερη γραμμή. 13. Απαντήστε στις πιο κάτω ερωτήσεις Σωστό (Σ) Λάθος (Λ) a. Το δίπολο έχει ωμική συμπεριφορά σε όλο το εύρος των τάσεων του πειράματος b. Τo δίπολο έχει ωμική συμπεριφορά για τάσεις μεγαλύτερες από 3 volt c. Το δίπολο συμπεριφέρεται ως ανοιχτός διακόπτης για τάσεις μικρότερες από 1,5 volt d. Το δίπολο διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα ανεξάρτητα από την πολικότητα της τάσης που εφαρμόζεται στα άκρα του. Σάββατο 8 Δεκεμβρίου ΕΚΦΕ Αιγίου 7

Το δίπολο έχει ωμική συμπεριφορά σε όλο το εύρος των τάσεων του πειράματος b. Τo δίπολο έχει ωμική συμπεριφορά για τάσεις μεγαλύτερες από 3 volt c.

8 Μελετώντας τη γραφική παράσταση της προηγουμένης ερώτησης 12 (πειραματική 14. A καμπύλη) καθώς και τις παρακάτω χαρακτηριστικές καμπύλες διπόλων, να επιλέξετε από τις χαρακτηριστικές Α, Β, Γ, και Δ αυτήν που προσεγγίζει την πειραματική, αιτιολογώντας την επιλογή σας. I (A) I (A) V (V) A V (V) B I (A) I (A) Γ Δ V(V) V (V) Επιλογή: Αιτιολόγηση: Σάββατο 8 Δεκεμβρίου ΕΚΦΕ Αιγίου 8

χαρακτηριστικές Α, Β, Γ, και Δ αυτήν που προσεγγίζει την πειραματική, αιτιολογώντας την επιλογή

9 ΠΡΟΧΕΙΡΟ Σάββατο 8 Δεκεμβρίου ΕΚΦΕ Αιγίου 9

10 ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ και ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Χειρισμοί πειραματική διαδικασία (δείτε στην ανάλυση βαθμολογίας) 10 Καταγραφή των μετρήσεων συμπλήρωση του πίνακα 1 (6 τιμές x 1,5) 9 Καταλληλότητα των επιλεγμένων κλιμάκων στους άξονες του γραφήματος (1) 4+4 Τοποθέτηση των πειραματικών σημείων στο γράφημα (1) I V (7 σημεία) 7 Ποιότητα προσαρμογής της ευθείας στο γράφημα (1) 7 Υπολογισμός της κλίσης Υπολογισμός R (±5%) 7 Αξιολόγηση προτάσεων μείωσης σφαλμάτων 9 Υπολογισμός σφάλματος πειραματικής διαδικασίας 2 Καταγραφή των μετρήσεων συμπλήρωση του πίνακα 2 (6 τιμές x 1,5) 9 Καταλληλότητα των επιλεγμένων κλιμάκων στους άξονες του γραφήματος (2) 4+4 Τοποθέτηση των πειραματικών σημείων στο γράφημα (2) I V (7 σημεία) 7 Ποιότητα προσαρμογής της γραμμής στο γράφημα (2) 7 Ερωτήσεις κατανόησης 10 ΣΥΝΟΛΟ 100 ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ Χειρισμοί πειραματική διαδικασία (ανάλυση βαθμολογίας) Αξιολόγηση συναρμολόγησης του κυκλώματος (1) και της ευχέρειας λήψης μετρήσεων Αξιολόγηση συναρμολόγησης του κυκλώματος (2) και της ευχέρειας λήψης μετρήσεων 5 5 Σάββατο 8 Δεκεμβρίου ΕΚΦΕ Αιγίου 10

Υπολογισμός της κλίσης Υπολογισμός R (±5%) 7 Αξιολόγηση προτάσεων μείωσης σφαλμάτων 9 Υπολογισμός σφάλματος πειραματικής διαδικασίας 2 Καταγραφή των μετρήσεων συμπλήρωση του πίνακα 2 (6 τιμές x 1,5)

Σχετικά έγγραφα

Πειραματικός σχεδιασμός της χαρακτηριστικής καμπύλης παθητικής διπολικής συσκευής ηλεκτρικού κυκλώματος. Σκοπός και κεντρική ιδέα της άσκησης

Εργαστήριο Φυσικής Λυκείου Επιμέλεια: Κ. Παπαμιχάλης, Δρ Φυσικής Πειραματικός σχεδιασμός της χαρακτηριστικής καμπύλης παθητικής διπολικής συσκευής ηλεκτρικού κυκλώματος Σκοπός και κεντρική ιδέα της άσκησης