Školní pokusy z fyziky - pracovní verze podkladu pro praktika školních pokusů - předmět je určený pro studium učitelství fyziky na 2. stupni VII. Vedení elektrického proudu v kovech Zdroje elektrického napětí Pomůcky: Indukční elektrika (Wimshurstova); van de Graffův generátor; Voltův článek – vanička, zinková a měděná elektroda, zinková elektroda, vodiče, spínač, voltmetr, 10% H[2]SO[4], destilovaná voda; plochá 4,5V baterie. · indukční elektrika (Wimshurstova) a van de Graffův generátor (žáci znají z kapitoly elektrostatika, přesto můžete předvést a pro zopakování vysvětlit…) Galvanické články · sestavte galvanický Voltův článek: a/ do vaničky nalijte destilovanou vodu, do vody ponořte Zn a Cu elektrody, elektrody spojte vodiči s voltmetrem – vyslovte závěr b/ do vaničky nalijte vodu z vodovodu, do vody ponořte Zn a Cu elektrodu, elektrody spojte vodiči s voltmetrem – vyslovte závěr c/ do vaničky nalijte roztok 10% H[2]SO[4], do roztoku kyseliny ponořte Zn a Cu elektrody, elektrody spojte vodiči s voltmetrem – vyslovte závěr, změřte v tomto el. obvodu el. napětí · sestavte galvanický Grenetův článek: do vaničky nalijte roztok roztok 10% H[2]SO[4], do roztoku kyseliny sírové ponořte Cu a C elektrody, elektrody spojte vodiči s voltmetrem – vyslovte závěr, změřte v tomto el. obvodu el. napětí · rozeberte plochou 4,5V baterii, ukažte žákům její složení, popište jednotlivé části a vysvětlete jejich funkci · sestavte tzv. pískový článek: do nádobky, např. květináče nasypte písek (důkladně promytý a vysušený), navlhčete písek roztokem NaCl a zasuňte do písku Cu (C) a Zn elektrody, elektrody spojte vodiči s voltmetrem – vyslovte závěr, změřte v tomto el. obvodu el. napětí · sestavte tzv. olověný akumulátor: a/ do vaničky nalijte roztok 10% H[2]SO[4], do roztoku kyseliny sírové ponořte dvě Pb elektrody (elektrody před použitím osmirkujte smirkovým papírem), k elektrodám připojte vodiči žárovičku - vyslovte závěr b/ místo žárovky do el. obvodu zapojte zdroj stejnosměrného napětí a nechte el. obvodem několik minut protékat el. proud, poté opět místo zdroje stejnosměrného napětí zapojte do el. obvodu žárovku – vyslovte závěr Máte-li k dispozici galvanometr DgrZ Metra (jedná se o velmi citlivý galvanometr) – změřte jím napětí na termočlánku a fotočlánku Jednoduchý a rozvětvený elektrický obvod – měření el. proudu a el. napětí Pomůcky: elektrotechnická demonstrační souprava, případně žákovská souprava či stavebnic; jednotlivé komponenty – vodiče, žárovky, zvonek, zdroj stejnosměrného napětí (4,5V baterie, případně stabilizovaný zdroj), spínače, rezistory, měřící zařízení (ampérmetr, voltmetr, ohmmetr). · sestavte jednoduchý elektrický obvod (zdroj, žárovka, spínač, vodiče) · sestavte jednoduchý elektrický obvod se dvěma žárovkami zapojenými sériově · sestavte rozvětvený elektrický obvod se dvěma žárovkami zapojenými paralelně U zmíněných zapojení měřte v různých místech el. obvodu velikosti proudu a napětí. Porovnávejte také svítivost žárovek. Vyzkoušejte také zapojení se třemi žárovkami (pro sériové a paralelní zapojení). Opět proveďte měření. Pro uvedená měření je vhodné postupovat následně: a/ nakreslit schéma zapojení, b/ zapojit podle schématu el. obvod, c/zapojit měřící zařízení do el. obvodu, d/ zapsat naměřené hodnoty do tabulky, e/ vyslovit závěr. Didaktická poznámka: je třeba seznámit žáky s rozdílem mezi přístrojem určeným k měření stejnosměrného a střídavého elektrického proudu; kdy je vhodné brát zřetel na vhodnou polaritu měřidla, připomenout že měření začínáme vždy na nejvyšším rozsahu, první uzavření el. obvodu s měřícím přístrojem provedeme vždy jen na okamžik. Závislost elektrického odporu na vlastnostech vodiče Elektrický odpor drátu je přímo úměrný jeho délce · sestavte elektrický obvod (zdroj, spínač, ampérmetr, voltmetr, vodiče, Holtzovy svorky, odporové drát např. z konstantanu nestejné délky a stejného obsahu příčného řezu), mezi Holtzovy svorky napněte 0,5m, 1m, 1,5m odporového drátu, změřte pro jednotlivé délky velikost procházejícího elektrického proudu a elektrického napětí - vyslovte závěr Pozn. místo odporového drátu můžete zařadit do el. obvodu rezistory různých hodnot Elektrický odpor drátu je nepřímo úměrný obsahu příčného řezu drátu · sestavte elektrický obvod (viz. předešlý experiment, odporové dráty v tomto případě zvolte např. z kanthalu a konstantanu, a to o stejné délce a stejném obsahu příčného řezu), mezi Holtzovy svorky zapojte postupně první a poté druhý odporový drát, změřte pro jednotlivé dráty velikost procházejícího elektrického proudu a elektrického napětí - vyslovte závěr Elektrický odpor vodiče závisí na materiálu vodiče · sestavte elektrický obvod (viz. předešlý experiment, odporové dráty v tomto případě zvolte z různých druhů materiálů – např. konstantan a měď), dráty postupně zapojujte mezi Holtzovy svorky, změřte pro jednotlivé dráty velikost procházejícího elektrického proudu a elektrického napětí - vyslovte závěr Elektrický odpor kovů se zmenšuje se stoupající teplotou · sestavte elektrický obvod (viz. předešlý experiment), mezi Holtzovy svorky zapojte ocelový drát tvaru šroubovice, uzavřete el. obvod a zahřívejte drát plamenem hořáku, změřte velikost procházejícího elektrického proudu a elektrického napětí - vyslovte závěr Ohmův zákon Pomůcky: stabilizovaný zdroj stejnosměrného napětí, vodiče, rezistor, spínač, měřicí přístroj Pro zavedení Ohmova zákona postupujte následovně: a/ nakreslete žákům na tabuli schéma el. zapojení, připravte tabulku, do které budete zapisovat naměřené hodnoty I a U b/ podle schématu zapojte el. obvod (stabilizovaný zdroj stejnosměrného napětí, vodiče, rezistor, ampérmetr a voltmetr) c/ měňte na zdroji hodnoty U a měřte hodnoty I a U procházející el. obvodem d/ naměřené hodnoty zapisujte průběžně do tabulky e/ na základě naměřených hodnot v tabulce vytvořte graf zobrazující závislost I na U f/ popište výslednou křivku charakterizující vlastnost vodiče nazvanou jako elektrický odpor, zaveďte tento pojem g/ zaveďte matematický vztah charakterizující Ohmův zákon h/ vypočítejte hodnotu el. odporu pro naměřené hodnoty v tabulce ch/vyslovte závěry, zdůrazněte přímou úměru mezi hodnotami I a U, zapište Ohmův zákon ve slovní podobě, zdůrazněte, že el. odpor je konstanta Pozn.: vysvětlete pojmy elektromotorické napětí a svorkové napětí. Reostat · sestavte elektrický obvod a zapojte reostat tak, aby reguloval elektrický proud protékající el. obvodem · sestavte elektrický obvod a zapojte reostat jako dělič napětí (potenciometr) Elektrická práce · elektrická práce vykonaná ve vodiči při stejném proudu I je tím větší, čím větší je napětí mezi konci vodiče (za stejnou dobu) - sestavte elektrický obvod a zapojte do něj dva dráty (jeden o tenčím průřezu a druhý o tlustším průřezu), na oba dráty zavěste přehnutý papír, budeme-li reostatem zvětšovat el. proud procházející el. obvodem, zjistíme, že dříve vzplane papír na tenčím drátu – vyslovte závěr · elektrická práce vykonaná ve vodiči při stejném napětí U je tím větší, čím větší proud vodičem prochází (za stejnou dobu) - sestavte elektrický obvod a dráty zapojte vedle sebe paralelně, opět na dráty pověste přehnutý papír, když nyní reostatem zvětšujeme el. proud začne hořet nejdříve papír na tlustším drátu – vyslovte závěr