Transcript Onderzoeksopdrachten fysica - Don Bosco Onderwijscentrum

1. Hoe werkt je zelf gemaakte elektromotor?
2. Wie maakt de sterkste elektromagneet?
3. Bepaling van de specifieke warmtecapaciteit
van ijzer
4. Opsporing verzocht
5. Het muntenmysterie
6. Bouw je eigen kettingreactie
7. De elektrofoor
8. Bepaling van de lengte van een gloeidraad
9. Bepaling van het type aardappel (zie andere
presentatie)
Onderzoeksopdracht fysica derde graad
Omzettingen van energie (1ste graad)

Doel van de proef:
 Een elektromotor bouwen.
 De parameters die de draaizin beïnvloeden onderzoeken en
hun effect verklaren.

Benodigdheden:
 Batterij van 1,5 V (geen NiCd!)
 1 elektrisch snoertje (fietsdraad) met overal isolatie
behalve aan uiteinden
 1 metalen schroefje (met papiertje op: draaiing zien!)
 1 kogelmagneet (www.supermagnete.de); deze heeft
ook een N-en Z-pool zoals alle magneten.
Aan de slag: proefopstelling

Voorbereiding:
 Artikel laten lezen
(http://www.supermagnete.de/docs/elektromotor_ntvn.pdf).
 Testen waar noordpool van kogelmagneet zit

Aan de slag: experimenteren met invloed van…:
 Ompolen van de batterij
 Magneet omdraaien
 Draadcontact onderaan op kogel, links en rechts van kogel

Aan de slag: waarnemingen noteren en verklaren aan
de hand van de linkerhandregel die de zin van
Lorentzkracht bepaalt (zie werkblad 1.)
Linkerhandregel
Onderzoeksopdracht fysica derde graad!

Doel van de proef:
 Een elektromagneet ontwerpen in …. minuten die het meest
paperclips kan optillen.
 Tijdens het experimenteren de factoren bepalen die een invloed
hebben op de sterkte van de spoel.
 Een formule voorstellen voor de sterkte van het veld opgewekt door
een spoel.

Benodigdheden:
 1 batterij van 1,5 V (geen Ni-Cd)
 elektrisch snoertje met overal isolatie behalve aan uiteinden (isolatie
wegnemen met cuttermes of schuurpapier)
 spijker en tandenstoker
 25 –tal paperclips per teams
▪ 2 die je aan de koperdraad uiteinden vastmaakt
▪ de andere die je in elkaar haakt tot een snoer
 eventueel: stukje plaklint (om 1 paperclip aan pool batterij te kleven)

Aan de slag!
 Maak de proefopstelling
 Onderzoek enkele factoren (worden niet gegeven aan
de leerlingen)
▪
▪
▪
▪
Spijker of tandenstoker
Aantal windingen
Lengte van de draad
Lengte van de ‘spoel’
 Stel een formule voorop voor de magnetische
inductie
 Noteer je bevindingen (zie werkblad 2.)
Onderzoeksopdracht fysica tweede graad!

Doel van de proef
 De specifieke warmtecapaciteit van ijzer zo nauwkeurig mogelijk bepalen
door warm ijzer in koud water onder te dompelen.
 De warmtebalans opstellen voor dit probleem.

Benodigdheden





Plastieken bekertje en een thermometer
Weegschaal
2 verwarmingselementen met een bekerglas vooraan
Ijzeren schijfjes van 50 g elk in bekerglas met warm water
Voorbereiding (theorie)
 Stel in symbolen een formule op voor de specifieke warmtecapaciteit van
ijzer (stof2) in functie van de andere parameters (water is stof 1).
 Werk zoals in de oefeningen met de warmtebalans: Qo=Qa.
(water: c1 = 4186 J/(kg K) )

Proef:
 Nu moet je gewoon alle symbolen uit je formule meten en invullen in je tabel





hieronder. Denk goed na wat je allemaal gaat meten, waarmee en wanneer!
De massa van het water kan je zelf kiezen (het ijzer moet wel volledig
ondergedompeld kunnen worden).
Breng daarin nu een gekende massa (1 blokje = 50 g) van de vaste stof (ijzer),
die is opgewarmd met zeer warm water. De schijfjes ijzer kunnen uit het
kokend water gehaald worden via een tang of kunnen vooraf aan een
nylondraadje zijn vastgemaakt. Let er hier wel voor op dat geen hete
waterdruppels mee in het plastieken bekertje gebracht worden. Draag er wel
zorg voor dat de toegevoegde massa's volledig ondergedompeld zitten in het
koude water.
Bespoedig het instellen van het thermisch evenwicht door eens te roeren
Noteer je metingen in de eerste rij van de tabel (zet ook om naar K in extra
kolommen).
Bepaal nu de specifieke warmtecapaciteit van ijzer uitgaande van je formule
op de vorige pagina. (verwaarloos de warmtecapaciteit van het bekertje)

Verwerking in een tabel

Extra
 Waarde vergelijken met literatuurwaarde
 Welk effect zouden we krijgen indien we de warmtecapaciteit van het
bekertje NIET zouden verwaarlozen?
 Proef nogmaals uitvoeren met andere waarden (+ laten voorspellen wat
de eindtemperatuur wordt)
 Laten nadenken over onnauwkeurigheid van proef (te weinig BC); proef
vervolgens laten herdoen
Onderzoeksopdracht fysica derde graad!
In eenvoudigere vorm: proef voor WW

Doel van de proef
 Een opgegeven schakeling maken.
 Leren onderzoeken hoe een gegeven elektrische schakeling van weerstanden
is opgebouwd.
 Toepassen van de formules voor het berekenen van de vervangingsweerstand
bij serie- en parallelschakeling van weerstanden.
 Controle van het resultaat door gebruik van een ohmmeter.

Eerst klassikale oefening
 Schakeling samen realiseren, bv.
 Schakeling hertekenen zodat je de schakelwijze kan inzien
 Substitutieweerstand berekenen
 Checken met de ohmmeter

Onderzoeksopdracht in groepjes
 Zelfde oefening maar uiteraard met andere schakelingen

Aan de slag (werkblad 3.)
Onderzoeksopdracht fysica derde graad!

Doel
 De natuurwetenschappelijke methode in actie!
Ga te werk als een wetenschapper (m.a.w. als een nieuwsgierig kind):
je stelt je vragen, zoekt manieren om die te beantwoorden, bekijkt het
antwoord, probeer te begrijpen waarom je juist dat antwoord krijgt,
stelt je nieuwe vragen…
…En de cirkel van de zoektocht naar nieuwe kennis gaat verder…

Beschrijving van de proef
 Leg de 8 verschillende euromuntstukken op een rij op de tafel.
 Geef ze een duw met een draaiende lat: hou het draaicentrum vast
met 1 vinger.
 Raar genoeg komen ze na een tijdje tot rust in een bepaald patroon…

Opdrachten
 Formuleer 2 à 3 onderzoeksvragen bij deze proef.
 Per onderzoeksvraag:
▪ Stel een methode voor die je een antwoord kan geven op je vraag.
Deze methode kan de vorm aannemen van:
 een nieuw soort proef
 een meting op de bestaande proef met verwerking van de
meetgegevens
 een theorie
▪ Voer je methode uit.
▪ Interpreteer het antwoord: Bevestigt of verwerpt het resultaat van
je methode de onderzoeksvraag?
▪ Heb je een onderbouwde verklaring voor je resultaat?
▪ Herformuleer eventueel een nieuwe onderzoeksvraag aan de hand
van je resultaat.

Onderzoeksopdracht fysica tweede graad!

Opdracht
 Bouw zelf een kettingreactie in de klas en stel ze voor aan je medeleerlingen.

Praktisch:
 Groepen van 4
 Indienen: schets van de opstelling met erbij geschreven alle
energieomzettingen en alle teamleden
 Bouwen in speeltijd voor de les en in de eerste 10’ van de les. Daarna beginnen
we onherroepelijk!
 Je hebt 1 tafel beschikbaar per team.

Evaluatie:




Aantal energieomzettingen
Aantal verschillende energiesoorten
Originaliteit
Zo min mogelijk onderbrekingen
Onderzoeksopdracht fysica derde graad!

Doel:
 Bouw een elektrofoor die zoveel mogelijk tikken produceert en/of die qua
vormgeving zo origineel mogelijk is.
 Maak een verslag van hoe jullie onderzoek verliep zoals aangegeven
hieronder

Tips:
 Groepen van 3
 Bekijk goed de theoretische uitleg en de tekeningen uit de les over de werking
 Bouw/probeer/knutsel eerst een model dat werkt: probeer van alles uit tot het




werkt: durf materialen veranderen
Pas dan ga je optimaliseren: verander zaken om het aantal tikken op te
drijven: verander 1 ding per keer zodat je zeker weet wat het effect ervan is
Noteer tijdens je optimalisatieproeven wat je deed en het effect op het aantal
tikken
Zorg voor droge handen/omgeving,…
Denk goed na over wat moet isoleren of geleiden

Verslag:
 Hier moet je een soort verslag geven van hoe jullie ontwerp




evolueerde.
Hoe ben je begonnen, met welke materialen waar en waarom?
Hoeveel tics produceerde je de eerste keer en met welk ontwerp?
Wat heb je veranderd, waarom en hoeveel tikken kreeg je dan?
Wat werd het eindontwerp, welke keuzes heb je erin gemaakt en wat
zijn de design-tricks om maximale tikken te hebben?
Onderzoeksopdracht fysica tweede graad!

Doel:
 We willen de lengte van het gloeispiraaltje in een lamp kennen.
Vermits deze zich in het glazen peertje van de lamp bevindt kunnen
we de lengte ervan niet rechtstreeks meten. Daarenboven is dit
gloeispiraaltje zeer kort zodat een directe meting zeker geen
nauwkeurige meting kan zijn.

Proefopstelling:
 We bepalen het beeld van dat gloeispiraaltje via een lens op een
scherm. We trachten een zo groot mogelijk beeld te vormen, waarvan
we wel nauwkeurig de grootte kunnen meten.

Benodigdheden:
 Optische bank + toebehoren (3 klemmen, bolle lenzen (f = 10,0 cm en 5,0 cm)),
lamp in cilindervormige houder, schermpje), rolmeter, wisselspanningsbron
(6V)

Via vraagjes moeten de leerlingen zelf de meetmethode
vinden





Wat is in deze opstelling de voorwerpsafstand?
Wat is in deze opstelling de beeldafstand?
Kan je de voorwerpafstand makkelijk meten?
Kan je die onrechtstreeks bepalen? Denk aan een formule.
Wat moet je meten om de grootte van het voorwerp te bepalen? Denk aan
een formule.
 Voer de proef drie keer uit (verschillende lens en andere afstand tot scherm)
Onderzoeksopdracht fysica tweede graad!