Øvelsesvejledninger

NAVN:__________________________________________
Horsens d. 23. september 2015
FYSIKØVELSER Fysik B
2015/2016
I. Naturvidenskabelige rapporter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
II. Sikkerhed i laboratoriet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
III. Databehandling på computer med FPro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
IV. Usikkerhedsberegning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1. MASSEFYLDE & VARMELÆRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2. RADIOAKTIVITET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3. LYS: Bølgelængde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4. GASLOVE & ABSOLUT NULPUNKT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
5. SVINGNINGER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
6. VARMETRANSPORT & AFKØLING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
7. PLANCKKURVER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
8. SKRÅ KAST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
9. ELLÆRE - BRINTCELLER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
10. PROJEKT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
C:\Users\AC\OneDrive\_fyB\Forsoeg\Oevelsesvejledninger_fyB.wpd
2015-10-01
I. Naturvidenskabelige rapporter
Rapporten udarbejdes, så den indeholder de relevante af nedenstående punkter. I vejledningen kan
det være nærmere præciseret hvad der skal laves.
Forside:
Den fortrykte forside skal anvendes og udfyldes korrekt (orange i kemi; gul i fysik; grøn i biologi;
blå i geografi).
Formål:
Her beskrives formålet med forsøget/øvelsen.
Teori:
Her beskrives med egne ord den teori, der er nødvendig for at forstå forsøget. Inspiration kan findes
f.eks. i øvelsesvejledningen, i lærebøger eller ved lærerens gennemgang - brug eventuelt
henvisninger. Her kan med fordel inddrages reaktionsligninger, formler, udtryk, m.m.
Apparatur og materialer:
Her skrives en liste over alle anvendte apparaturer, kemikalier og andre materialer. Her kan også
medtages eventuelle tabelværdier for materialer mv. Eventuelle afvigelser fra øvelsesvejledningen
beskrives.
Fremgangsmåde:
Her beskrives med egne ord, hvordan forsøget er udført. Gør det så kort og klart som muligt og i
logisk rækkefølge. Gerne på punktform. Der kan med fordel indsættes en illustration/billede med
tilhørende forklaring af forsøgsopstillingen.
Data:
Relevante iagttagelser og målinger skal med i rapporten. Af hensyn til overskueligheden skal data
så vidt det er muligt anføres i skema- / tabel- / figurform. Store datamængder som eksempelvis
computerudskrifter skal placeres som bilag sidst i rapporten
Databehandling:
På baggrund af data foretages ofte beregninger. Hvis samme beregning udføres flere gange, blot
med forskellige tal, vises kun ét beregningseksempel. Husk dog at de resterende resultater skal
anføres. Pas på med antal decimaler/betydende cifre.
Måleusikkerhed:
Overslag over måleusikkerhed laves hvis relevant. Hvis det fremgår af øvelsesvejledningen eller
lærerens instruktion laves usikkerhedsberegning. Usikkerhedsberegning laves i Excel
Fejlkilder:
Mulige fejlkilder skal angives, og betydningen vurderes. De kan evt. være med til at forklare
unøjagtige eller uventede resultater.
Diskussion:
Forsøgsresultaterne diskuteres/vurderes ved, at man beskriver, analyserer og fortolker de opnåede
resultater. Ofte indeholder øvelsesvejledningen nogle spørgsmål, der skal besvares under dette
punkt.
Konklusion:
Her overvejes, om formålet er opfyldt, og om forsøget er gået som forventet ifølge jeres formål.
Mens diskussionen som regel er fyldig og bredt formuleret, skal konklusionen være kortfattet og så
præcis som muligt. Lad læreren afgøre, om det er et vellykket forsøg.
Generelt om rapporten:
Rapporten skal være formuleret præcist, og den skal være saglig og objektiv. Det skal fremstå klart
for læseren, hvorledes resultaterne er fremkommet, og konklusionen skal være velbegrundet. Med
1
andre ord: et mislykket forsøg skal fremstå som sådant, og der skal ikke ”pyntes” hverken på
resultater eller konklusion.
Rapporten skal være velformuleret og letlæselig for modtageren. Rapporten skal kunne forstås af
personer på samme faglige niveau som dig selv.
Opstillingen skal være klar og overskuelig med en tydelig markering af overskrifterne til hvert
afsnit, så man kan se hvad der er formål, teori, fremgangsmåde osv. Dispositionen på side 1 er en
bruttoliste, så vær opmærksom på at visse afsnit kan udelades afhængig af det pågældende fag og
eksperiment.
I nogle tilfælde kan punkterne i rapporten efter aftale med læreren erstattes med fortrykte bilag eller
afsnit kan udelades.
Med mindre andet aftales med læreren skal rapporten være baseret på dine egne
målinger/iagttagelser. Hver person afleverer sin egen rapport.
Generelt om journalen:
En journal har i princippet samme disposition som en rapport, men vil ofte være mere kortfattet.
Teoriafsnittet kan blot være en henvisning til de enkelte sider i lærebogen, som danner baggrunden
for forsøget. Det er i høj grad op til den enkelte person, hvor meget man vil gøre ud af
journalskrivningen. Journaler skal ikke afleveres til læreren, men de kan blive inddraget i
forbindelse med mundtlig eksamen.
Bekendtgørelseskrav samt skolens krav:
I løbet af undervisningstiden skal der udføres laboratoriearbejde med dertil hørende rapport- eller
journalskrivning. Omfanget af laboratoriearbejdet afhænger af det specifikke fag.
Når der nedenfor tales om laboratoriearbejde indbefatter det derfor også aflevering af rapporter.
Såfremt du ikke udfører laboratoriearbejdet, skal du på laboratoriekursus. Tilmeldingsfristen er
som regel i januar. Du er selv ansvarlig for at overholde fristen – tilmelding foregår hos
studievejlederne.
Hvis du ikke har udført laboratoriearbejdet på skolen eller været på laboratoriekursus, kan du ikke
gå til eksamen. I den forbindelse skal du være opmærksom på, at hvis du forsømmer
laboratoriearbejdet efter fristen for tilmelding til laboratoriekursus, afskærer du dig fra muligheden
for at gå til eksamen, hvilket igen kan have konsekvenser for eksempelvis SU. Det er læreren, der
afgør, om dit laboratoriearbejdet er tilstrækkeligt til, at du ikke skal på laboratoriekursus.
Rapporterne rettes og kommenteres af læreren. Det er en forudsætning, at aftalte tidsfrister
overholdes. Såfremt læreren godkender rapporten, betyder det, at han/hun har vurderet, at rapporten
har en standard, som gør den til et egnet redskab i forbindelse med mundtlig eksamen.
Såfremt rapporten ikke godkendes, har du mulighed for at udføre rettelser og genaflevere
rapporten. Alternativt kan du vælge ikke at foretage dig noget, da der ikke er krav om, at rapporter
skal godkendes. Du skal dog være opmærksom på, at en ikke godkendt rapport, ikke vurderes som
et egnet eksamensværktøj af din lærer, og at kravene til eksamen er de samme uanset, om rapporten
er godkendt eller ej. Med mindre andet er aftalt med læreren, må du under eksamen kun bruge
rapporter/journaler du selv har lavet.
Journaler skal ikke afleveres til din lærer, men vær opmærksom på at også journaler kan blive
inddraget under mundtlig eksamen.
Såfremt du er forhindret i at møde til laboratorieforsøg aftales med læreren hvornår forsøget laves
i stedet. Du skal i så fald være villig til at møde i de af læreren angivne værkstedstimer – hvor det
eventuelt vil være en anden end din egen lærer, der er til stede.
2
II. Sikkerhed i laboratoriet
I laboratoriet SKAL man:
Bære kittel når der arbejdes med kemikalier eller lignende.
Bruge beskyttelsesbriller hvis angivet af læreren eller øvelsesvejledningen. Såfremt dine
egne briller dækker dine øjne ordentligt, er det dog tilstrækkeligt.
Rydde op efter udført forsøg:
Kemikalieaffald skal i de dertil hørende beholdere. Glasvarer, der er gået itu, samt brugte
objekt- og dækglas kommes i en beholder til glasaffald. Brugte blodlancetter skal afleveres
i en gul affaldsbeholder.
Alt brugt glas, keramik mm. skal i opvaskemaskinen. Bemærk: bundfald skal skylles af,
inden opvaskemaskinen tages i brug. Buretter og pipetter må ikke komme i
opvaskemaskinen.
Ting, der er hentet i skabe og skuffer, skal retur til samme plads. Hvis du er i tvivl om
tingenes placering så spørg.
Bord og vask skal tørres af.
I laboratoriet må man IKKE:
Løbe rundt eller foretage pludselige bevægelser, der kan forskrække andre.
Sidde på bordene.
Indtage mad (herunder slik) eller drikke.
Opbevare tasker og overtøj i lokalet, når der laves forsøg (undtagelsesvis kan de placeres
på bordene ved vinduet).
Hvis der sker noget UVENTET skal man hurtigst muligt tilkalde læreren. Men man kan selv
begynde med førstehjælp:
Hvis der sker ting, man ikke kan overskue, men der ikke er kommet nogen personer til skade, så
begræns om muligt skaden eller se at komme væk og advar andre.
Er der spildt kemikalier på legemsdele, så skyl straks med rigelige mængder vand. Det er vigtigt, at
man kommer hurtigt i gang med at skylle! En finger eller lignende holdes under en rindende
vandhane. Hvis der er tale om større legemsdele, benyttes bruseren, der er placeret ved katederet.
Hvis nødvendigt tages tøj først af, og man lader vandet løbe ud på gulvet.
Er kemikalierne kommet i øjnene benyttes øjenskylleflasken, der hænger ved vinduerne.
Hvis man brænder sig, er kuren den samme som ved kemikaliespild.
Såfremt der opstår ild i en person, kan ilden slukkes med brandtæppet, der hænger ved vinduerne.
Brand kan desuden bekæmpes med pulverslukkeren der hænger ved vinduerne, men bemærk at
pulverslukkeren aldrig må benyttes til mennesker.
Sker der uheld i forbindelse med brugen af gas, slukkes der om muligt ved arbejdspladsen. Er dette
ikke muligt, sidder der en nødafbryder i laboratoriet ved døren ud til gangen.
Sker der uheld i forbindelse med brugen af el, slukkes der om muligt ved arbejdspladsen. Er dette
ikke muligt, sidder der en nødafbryder i laboratoriet ved døren ind til forberedelseslokalet.
Husk at tage hensyn til rengøringspersonalet og dem der kommer efter dig!
3
III. Databehandling på computer med FPro
Programmet FPro bruges til dataopsamling og databehandling. Til hver sæt målinger hentes en fil,
som sørger for at det rigtige bliver målt. Du skal eventuelt indstille hvor mange gange og lignende.
De FPro-filer du skal bruges hentes alle lettest på de bærbare PC’ere i mappen D:\FPRO.
Udover dataopsamling kan FPro også bruges til den efterfølgende behandling af måleresultater. Så
det vi har lært at lave med usikkerhed, statistik og regression kan alt sammen laves direkte i FPro.
Fordelen ved at bruge FPro er alene, at tallene ellers skal overføres til Excel, og det går som regel
galt. Regression mv. kan også være direkte indbygget i målefilerne, så det hele går af sig selv.
Fælderne i forbindelse med FPRo er først og fremmest disse:
1) Lad computeren passe sig selv mens FPro måler
2) Filnavne i FPro SKAL være i det gamle 8.3-format, dvs højst 8 bogstaver eller tal (mellemrum
og underlige tegn må derfor ikke bruges). Efter de 8 tegn afsluttes med ‘.fpr’.
Et gyldigt eksempel kunne være ‘01_A_13.fpr’. ( _ er nemlig ikke et underligt tegn!).
Et ugyldigt filnavn kunne være ‘01 A massefylde,fpro’ (Find 5 fejl!)
3) Før du går i gang med databehandling af måleresultater, skal du altid gemme måleresultaterne på
et personlig drev/mappe, da databehandlingen kan gå i fisk, og ødelægge dine måleresultater. Gem
igen under nyt navn efter databehandlingen - det sikrer at du altid kan starte forfra igen uden nye
målinger.
Gem også før du laver udskrifter.
4) Udskrift I FPro foregår på en lidt sofistikeret måde: Vinduet man vil skrive ud markeres,
hvorefter kun dette vindue udskrives.
4
IV. Usikkerhedsberegning
Det du skal bruge til usikkerhedsberegning er gennemgået i forbindelse med demonstrations-forsøg
jvf ‘Indledning’ i ‘Undervisningsbeskrivelser’.Alle nødvendige filer findes på:
http://fysik.horsenshfogvuc.dk/fyB/fyB_Nyttige_filer.htm
eller i mappen D:\FPRO på de bærbare PC’ereder kan bruges uden netadgang.
De bærbare skal være sluttet til nettet via ledning, hvis du vil bruge printeren i laboratoriet.
Tilslut altid oplader til de bærbare PC’ere.
Når spredning beregnes eller når computeren giver usikkerheder på hældningskoefficienter og
skæring med y-aksen, er det en beregnet usikkerhed på baggrund af de foretagne målinger - der
indgår ingen overvejelser om målingens nøjagtighed. Mangler der for eksempel en cm på linealen,
så vores målinger systematisk er en cm for store, vil spredningen ikke afsløre dette.
Spredningen fanger altså ikke systematiske fejl, men kun tilfældige fejl grundet egentlig
måleusikkerhed. Spredningen giver en bedre vurdering af usikkerheden, men kan altså ikke stå
alene; der skal stadig være en vurdering af hele målingens pålidelighed og fejlkilder.
Samme sted som ovenfor finder du også filerne der skal bruges til regression.
5
1. MASSEFYLDE & VARMELÆRE
FORMÅL:
A: Finde massefylden for nogle faste stoffer.
B: Finde varmekapaciteten for nogle faste stoffer.
C: Finde isens smeltevarme.
APPARATUR:
-
Vægt
Skydelære/mikrometerskrue
Lodder
Isterninger.
Kalorimeter
Termometre
Elkedel (kun elkedler mærket ‘Fys’) må bruges
TEORI:
A: Massefylde
Massefylden er givet ved formlen:
[1.1]

m
V
Vi måler massen og rumfanget på nogle terninger mv. Usikkerhed på hver måling skønnes.
For en enkelt af terningerne og et par klodser laves usikkerhedsberegning vha. ‘Usikkerhed.xlsx’.
(Først findes usikkerhed på V = lAbAh og derefter på D=m/V)
B: Varmekapacitet
Teorien til varmelæren er beskrevet i Fysikbogen kapitel 7 - emne 2 i undervisningsbeskrivelsen.
Hvis et legeme med massen m opvarmes fra temperaturen T1 til T2 er den tilførte varmeenergi ifølge
formlen side 156:
[1.2] Q  c·m(T2  T1 )
hvor c er den såkaldte specifikke varmekapacitet, der fortæller hvor meget varme der kan oplagres
i stoffet pr. masseenhed. Vi vil bestemme stoffers specifikke varmekapacitet c ved at nedsænke
varme lodder i koldt vand:
Ved hjælp at næsten kogende vand varmer vi lodder op til starttemperaturen TL. Det kolde vand har
starttemperaturenTv. Når det varme lod sænkes ned i vandet, vil det efter kort tids omrøring have
samme temperatur som det omgivende vand, der nu har sluttemperaturen TS
Da der er energibevarelse gælder følgende ligning, idet der ikke regnes med fortegn:
[1.3] Qtilført  Qmodtaget
eller i vores tilfælde
[1.4] QLod  QVand
Indsættes [1.2] heri fås
[1.5] cL ·mL (TL  TS )  cv ·mv (TS  TV )
Alle temperaturer og masser måles. cv slås op i Databogen. cL kan nu findes ved at løse ligningen.
Sammenlign med tabelværdierne.
6
C: Smeltevarme
Når et fast stof smelter kræver det, at der tilføres energi. Ifølge Fysikbogen side 161 er formlen for
energien
[1.6] Q  m·LS
hvor Ls kaldes den specifikke smeltevarme. Bemærk at der ikke indgår en temperatur her, idet
smeltningen foregår ved smeltepunktet.
Formålet med øvelse er at vi skal bestemme Ls.
For at bestemme Ls nedsænker vi noget is i noget lunt vand.
Når isen er smeltet og alt vandet har samme temperatur, har det lune vand afgivet energien QLunt vand
i tre processer:
- Qis: isen er opvarmet fra fryserens temperatur Ti til 0/C. (Formel [1.2]).
- Qsmelte: isen er smeltet. (Formel [1.6]).
- Qsmeltevand: smeltevandet er opvarmet fra 0/C til den fælles sluttemperatur TS.(Formel [1.2])
Det giver disse ligninger:
[1.7] Qlunt vand  Qis  Qsmelte  Qsmeltvand 
[1.8] cv ·mv (TV  TS )  ci ·mi (0C  Ti )  mi ·LS  cv ·mi (TS  0C )
Alle temperaturer og masser måles - formlen fortælle hvilke!
Varmekapaciteter slås op i Databogen. Ls kan nu bestemmes fra ligning [1.8] og sammenlignes med
tabelværdien.
Rapportens indhold:
I denne rapport skal du IKKE skrive teori - der henvises blot til øvelsesvejledningen og Kap 7.
Du skal fokusere på:
Formål: (afskrift af afsnittet herom ovenfor)
Apparatur og anvendte materialer samt deres data.
Forsøgets udførelse
Databehandling incl usikkerhedsberegning via regneark i Excel
Fejlkilder
Konklusion, hvor der gøres rede for om formålet er opfyldt og hvorfor ikke. Konklusionen skal være
konkret, dvs hvilke data har I fundet og hvor meget er de forkerte. Hertil bruges procentvise
afvigelser. Evt henvises til et passende skema tidligere i rapporten.
7
3. LYS: Bølgelængde
FORMÅL:
A:
B:
Eftervise gitterformlen.
Bestemme bølgelængder på lyset fra spektrallamper ved hjælp af et gitter.
Denne øvelse skulle være lavet på C-niveau. Her fokuseres også på nøjagtige
målinger, sammenligning med tabelværdier, databehandling mv.
A: GITTERFORMLEN
APPARATUR:
-
He-Ne-laser. Bølgelængden er 632,8nm
eller en anden laser. Noter.
Målestok/Stor vinkel
Gitter med 600 pr. mm.
FORSØGETS UDFØRELSE:
Lav en nøjagtig opstilling.
Der måles fra midten af gitteret.
Afstanden til tavle (L) samt afstanden ud til
1.ordens afbøjet lys (l1) og, om muligt, 2.ordens
afbøjet lys (l2) bestemmes.
Mål til begge sider - overvej hvorfor.
Ved hjælp af afstandene L, l1 og l2 findes
vinklerne ud fra formlen:
[2.8]
Derefter beregnes den gennemsnitlige værdi for bølgelængden ved hjælp af gitterformlen:
[2.9]
Sammenlign den beregnede værdi med opgivne data.
B: SPEKTRALLINIER
Formålet med denne del af øvelsen er
at undersøge lys udsendt fra to spektrallamper. Øvelsen tilvejebringer en
teknik til at undersøge det lys, som
atomerne kan udsende.
APPARATUR:
-
Spændingsforsyning 6 kV
Spektrallamper (Brint & Neon)
Gitter med 600 eller 1200
linier pr mm.
Linsesystem monteret på
drejebord (goniometer)
10
FORSØGETS UDFØRELSE:
Opstillingen på figuren anvendes. Lyset passerer først gennem en smal spalte og et linsesystem.
I okularet er der et kors, så okularet kan indstilles direkte på lysstregen. Gitteret placeres midt på
drejebordet og vinkelret på lysstrålen. Når lyset går lige igennem svarer vinklen på goniometeret til
0/. Vi skal måle vinklerne til begge sider. Det nemmeste er blot at tage gennemsnittet af vinklerne
fra nulpunktet til hhv højre og venstre. Så er det lige meget om den viser nul i midten.
På drejebordet kan vinklen aflæses med en nøjagtighed på 0.05° og det SKAL i gøre! - det fungerer
på helt samme måde som skydelæren, som I jo kender.
Kun vinklerne måles for 1.ordens afbøjet lys fra de forskellige linier.
Ved hjælp af gitterformlen findes bølgelængden af de forskellige lyslinier.
Lav en hensigtsmæssig tabel.
Sammenlign med Databogen side 190 - 194 og kopier sider fra Gummibibelen.
RAPPORTENS INDHOLD:
Formål, forsøgsbeskrivelse, databehandling incl omskrivning af formler, måleusikkerhed, fejlkilder,
konklusion.
Der laves ingen usikkerhedsberegning i rapporten, men usikkerheder på de målte størrelser angives.
11
4. GASLOVE & ABSOLUT NULPUNKT
FORMÅL:
A: At finde sammenhængen mellem tryk (p) og volumen (V) i en gas ved konstant temperatur.
B: At finde sammenhængen mellem tryk (p) og temperatur (T) i en gas ved konstant volumen.
C: At bestemme det absolutte nulpunkt på Celcius-temperaturskalaen.
TEORI:
I øvelsen eftervises formlerne
p @V = konstant for fastholdt temperatur. (Boyles-Mariottes Lov)
p/T = konstant for fastholdt volumen. (Gay-Lussacs 1. Lov) (T i kelvin)
Antag at vi har en gas med p0,V0, T0 der påvirkes, så størrelserne ændres til p, V, T.
Så siger tilstandsligningen for ideale gasser at
[4.1]
p  V p0V0

T
T0
Vi viser at dette er sandt for henholdsvis fastholdt temperatur og volumen. Ud fra dette kan
matematisk vises at ligningen gælder generelt - det skal I få lov at slippe for. For idealgasligningen
er det vigtigt, at det er tilstandsligningen der er eftervist.
Det absolutte nulpunkt på Celciusskalaen findes ved beregning ud fra forskriften. Idet p = 0 fås:
[4.2]
[4.3]
Usikkerheden på T beregnes med ‘usikkerhed.xlsx’ ud fra oplysningerne i regressionsanalysen.
APPARATUR:
-
Trykmåler (pas på ikke at overbelaste denne, max 200kPa)
Termometre
Plasticstempel
Kogekedel
Gasbeholder af metal
MÅLINGER\RAPPORTENS INDHOLD: (Husk at tegne opstillingerne)
A:
Boyle-Mariottes Lov
Der laves målinger med gas i stempel, hvor temperaturen er lig omgivelsernes temperatur.
For hver måling beregnes p @ V og til sidst beregnes gennemsnit og spredning heraf.
Du skal bruge ‘statistik.xlsx’.
B:
Gay-Lussacs 1- Lov
Der laves mange målinger! Ved hjælp af isafkølet vand og elkedel sørges for, at der er et
stort temperaturinterval. Der laves lineær regression på (T, p)-grafen. Bemærk at der er en
lineær sammenhæng når T måles i /C og proportionalitet når der regnes med K.
Vær meget omhyggelig med målingerne - ellers bliver det hele noget rod!
C:
Temperaturskalaens absolut nulpunkt
Der laves ingen særskilte målinger til dette punkt, idet resultaterne fra regressionsanalysen
i B bruges.
Rapportens indhold: Del op i tre dele, hvor der i C i vid udstrækning henvises til B.
Formål, apparatur, kort teori, forsøgsbeskrivelse, databehandling incl usikkerhedsberegning der
laves automatisk i de anvendte regneark, måleusikkerhed, fejlkilder, konklusion .
12
13
5. SVINGNINGER
FORMÅL:
A: Eftervise Hookes Lov F = -kAx.
B: Eftervise en formel for svingningstiden af et legeme ophængt i fjeder.
C: Eftervise en formel for svingningstiden for et pendul.
ANVENDT APPARATUR:
Skriv ned undervejs hvad I bruger.
Anvendte betegnelser:
Der bruges følgende betegnelser:
x
fjederens udstrækning fra ligevægt
l
snorlængden (se Figur næste side)
m
loddets masse
T
svingningstiden (frem & tilbage eller op & ned)
A: HOOKES LOV
TEORI:
Når en fjeder trækkes længden x væk fra ligevægt gælder:
F   kx
[5.1]
k kaldes fjederkonstanten. Formlen - som vi reelt har benyttet i forbindelse med vore forsøg med
tyngdekraften - eftervises.
MÅLINGER:
Bestem Ft = mAg for forskellige længder ved at ophænge lodder i fjederen - ikke overbelaste!.
Lav regression i FPro (‘regr_lineær.xlsx’) på (x, F)-grafen. Bestem k med usikkerhed.
At der optræder et minus i formlen skyldes at F og x er modsatrettede. Det kan man se bort fra i
databehandlingen.
B: SVINGNINGSTID FOR FJEDER
TEORI:
Når fjederen fra A sættes i lodrette svingninger, gælder at
m
2
T 
T  2
m
[5.2]
k
k
Bemærk, at udsvingets størrelse ikke indgår i formlen.
MÅLINGER:
Formlen eftervises ved at tage tid på 25 svingninger for nogle forskellige masser. Alle i gruppen
tager tid, og gennemsnittet bruges som måleresultat - ud fra afvigelser vurderes måleusikkerheden.
Brug samme fjeder som i A, så k er kendt.
Der laves lineær regression på (%&
m,T)-grafen.
Kvadratrod indtastes i Excel som f.eks. kvrod(4,3).
Fra regressionen findes hældningen a med usikkerhed og denne sammenlignes med
Er der overensstemmelse?
2
k
Bemærk, at selvom den formel vi skal eftervise ikke er lineær, kan der alligevel laves lineær
regression, når blot vi afsætter det %&
m ud af x-aksen. En indvending mod den fremgangsmåde er
m. Derfor gør vi noget andet i næste del.
dog, at man så på forhånd antager at T afhænger af %&
14
C: SVINGNINGSTID FOR PENDUL
TEORI:
Det skal vises, at:
[5.4]
T  2
l
2
T 
g
g
l T 
2
g
l½
Sidste omskrivning forudsætter kendskab til
potens-funktioner. Det er funktioner at typen
y  b  xa
[5.5]
Det kan bevises, at
- potensfunktioner har retlinede grafer i et
dobbeltlogaritmisk koordinatsystem
- at b er y-værdien svarende til x = 1
- at a er hældningen på den rette linie i det dobbeltlogaritmiske koordinatsystem
Altså gælder i vores tilfælde
2
1
b
, a
[5.6]
2
g
Dette skal eftervises ved at lave potens - regression i FPro/Excel (‘regr_potens.xlsx’).
MÅLINGER:
Et lod ophænges som vist på figuren og sættes i svingninger.
Der laves en måleserie med ca. 10 forskellige længder. Til hver længde tages tid på 25 svingninger igen af alle i gruppen som ovenfor.
Undersøg om loddets masse og udsvingets størrelse har nogen betydning for svingningstiden.
BEMÆRKNING OM DATABEHANDLING:
Bemærk, at i B og C kunne vi begge steder anvende både lineær- og potensregression. Når der er
valgt to forskellige metoder, at det alene for at I skal se at begge metoder kan bruges.
Generelt er metoden med potensregression lidt bedre, idet den efterviser om potensen virkelig er ½,
hvilket antages med den lineære regression. Hvis potensen er lidt forskellig herfra, vil den lineære
regression blot give en større usikkerhed og dårligere regressionskoefficient, hvorimod det kan ikke
ses, at afvigelserne fra den rette linie i virkeligheden skyldes en lidt anderledes potens.
Rapportens indhold: Del op i tre dele.
Formål, apparatur, kort teori, forsøgsbeskrivelse, databehandling incl usikkerhedsberegning fra
regneark, måleusikkerhed, fejlkilder, konklusion
15
7. PLANCKKURVER
FORMÅL:
A: Undersøge lysudsendelse fra diverse lyskilder
B: Undersøg hvorledes intensiteten fra lyskilden afhænger med afstanden
C: Finde temperaturen af en lyskilde vha. Planckkurven
D: Solspektret og en spektret fra A-stjerne undersøges og deres temperaturer bestemmes
APPARATUR:
- Spektrofotometre (blå og rød) der tilsluttes computer via USB.
- Paprør
- Diverse lyskilder (klar glødepære, energisparepære, spektralrør (neon), Led-pære...)
TEORI/FORSØGETS UDFØRELSE:
A: Teorien ses i DLU s29-32 samt noten om varmestråling, der forudsættes læst.
Her undersøges spektralfordelingen af lyset fra mindst 5 lyskilder.
Kommenter fordelingen, og afgør hvilke af lyskilderne, der tilnærmelsesvis har en spektralfordeling
som en Planckkurve.
For at afskærme andet lys fra at påvirke målingen kan man med fordel bruge et paprør.
B: Lysstyrken fordeles på overfladen af en kugleskal med voksende radius. Derfor gælder:
[7.1]
F
L0
r2
For den klare glødepære måles fluxen i mindst 6 forskellige afstande, idet arealet under
Planckkurven netop er fluxen F - her skal dog fratrækkes baggrundsfluxen.
L0 - der bruges i stedet P som betegnelse for lyseffekt er pærens effekt. Den behøver vi ikke måle,
da fluxmålinger blot sammenlignes indbyredes.
Der laves potensregression for at se om fluxen tilnærmelsesvis aftager som r-2.
C: Her bruges Wiens forskydningslov:
[7.2]
D: Da I næppe får lejlighed til selv at lave Solens spektrum må I bruge en optagelse jeg har
lavet/fundet tidligere. Filer findes fx i mappe Q:\AC\fyB\Forsoeg\Data - her findes også fil med FB
s285 hvor spektrum for en A-stjerne som ligner Sirius findes.
Ved at indtegne den bedste bløde kurve over graferne kan 8max findes, hvorefter T kan beregnes.
Der skal måles på graferne og laves forholdstalsregning.
Sammenlign med tabelværdier.
Se om I kan finde to brintlinier på solspektret - de er markeret på spektret fra Sirius. Bølgelængderne
er de samme som I fandt i øvelse 3 om brintlampen.
18
19