Szóbeli I. Mozgás, egyensúly

I. Mozgás, egyensúly

1. Newton törvényei

Témakör
Megmaradási tételek a mechanikában
Ütközések fajtái

Elmélet:
Lendület fogalma, megmaradása, ütközések, rakétameghajtás, munka fizikai fogalma, kiszámítása különböző esetekben: változó erő munkája, gyorsítási, emelési munka, helyzetienergia, mozgási energia, rugalmas energia, megmaradási tétel.
Javasolt tartalom:
Gyakorlati példákkal szemléltesse és értelmezze a mozgás, valamint a mozgásállapot kö¬zötti különb¬séget!
• Vezesse be a lendület fogalmát, és fogalmazza meg (kétféle módon) a len¬dületmegmaradás törvé-nyét!
• Kísérlet: Szemléltesse, hogy két kiskocsi lendületének összege szétlökésük közben nem változik!
• Ismertesse az erőfogalom kialakításának egy (mérésre alapozott) módját!
• Számítsa ki, hogy mekkora erőhatás hoz létre két másodperc alatt egy testen 6 kg*m/s nagyságú lendületváltozást!
• Ismertesse Newton lendületre vonatkozó megállapításait és ennek kapcsolatát az erőfo¬galommal.


Feladat:
Rugalmas ütközés tanulmányozása rugós ütközőkkel ellátott kiskocsik segítségével – elvégzendő kísérlet

Szükséges eszközök:
Két egyforma, könnyen mozgó iskolai kiskocsi rugós ütközőkkel; különböző, a kocsikra rögzíthető nehezékek; sima felületű asztal vagy sín.

A kísérlet leírása:
A kocsikat helyezze sima felületű vízszintes asztalra, illetve sínre úgy, hogy a rugós ütközők egymás felé nézzenek!
A két kocsira rögzítsen egyforma tömegű nehezékeket, és az egyik kocsit meglökve ütköztesse azt a másik, kezdetben álló kocsival!
Figyelje meg, hogy a kocsik hogyan mozognak közvetlenül az ütközés után! Ismételje meg a kísérletet úgy, hogy a kocsik szerepét felcseréli!
Változtassa meg a kocsikra rögzített tömegeket úgy, hogy az egyik kocsi lényegesen nagyobb tömegű legyen a másik kocsinál!
Végezze el az ütközési kísérletet úgy, hogy a kisebb tömegű kocsit löki neki a kezdetben álló, nagyobb tömegűnek!
Ismételje meg a kísérletet úgy is, hogy a nagyobb tömegű kocsit löki neki a kezdetben álló, kisebb tömegűnek!

A részfeladatok megnevezése	Adható pontok	Adott pontszám
A mozgás és a mozgásállapot megkülönböztetése és szemléltetése.	4
A lendület fogalmának bevezetése (pl. m1 *Δv1 = m2 * Δv2-ből deduktív módon), és irányának értelmezése.	7
A lendület kiszámítási módjának és mértékegységének megadása.	4
A lendületmegmaradás törvényének értelmezése és megfogalmazása kétféle módon.	6
A kísérlet elvégzése és értelmezése.	7
Az erő fogalmának kialakítása.	7
A mérési eredmények elemzése (pl. ΔI ~ F; ΔI ~ Δt; → ΔI ~ F → F ~ ΔI/Δt).	7
Az erő kiszámítási módjának, mértékegységének és az erő irányának megadása.	4
A feladat megoldása.	3
Newton munkásságának bemutatása a lendület és az erőfogalom kia-lakítása területén.	6
A felelet kifejtési módja.	5
Összesen	60

2. Periodikus mozgások

Témakör
Periodikus mozgások jellemzése

Elmélet:
Egyenletes körmozgást leíró mennyiségek:
szögelfordulás, szögsebesség, kerületi sebesség, centripetális gyorsulás, keringési idő, fordulatszám, dinamikai feltétel, példák a mozgásra,
rezgőmozgás jellemzése:
rezgésidő, frekvencia, amplitúdó, példák rezgőmozgásra, csillapodó rezgésre. ingamozgás:
lengésidő, g mérése

Feladat:
Rugóra rögzített, rezgőmozgást végző test periódusidejének tömegfüggése – elvégzendő kísérlet

Szükséges eszközök:
Bunsen-állványra rögzített rugó; legalább öt, ismert tömegű súly vagy súlysorozat; stopperóra; milliméterpapír.

A kísérlet leírása:
Rögzítse az egyik súlyt az állványról lelógó rugóra, majd függőleges irányban kissé kitérítve óvatosan hozza rezgésbe!
Ügyeljen arra, hogy a test a mozgás során ne ütközzön az asztalhoz, illetve hogy a rugó ne lazuljon el teljesen!
A rezgőmozgást végző test egyik szélső helyzetét alapul véve határozza meg a mozgás tíz teljes periódusának idejét, és ennek segítségével határozza meg a periódusidőt!
A mérés eredményét jegyezze le, majd ismételje meg a kísérletet a többi súllyal is!
A mérési eredményeket, valamint a kiszámított periódusidőket rögzítse táblázatban, majd ábrázolja a milliméterpapíron egy periódusidő-tömeg grafikonon!
Tegyen kvalitatív megállapítást a rezgésidő tömegfüggésére!

b)
• Gyakorlati példák megemlítésével szemléltesse a rezgés jelenségét és értelmezze annak általános fogalmát!
• Kísérlet: Hozzon létre harmonikus rezgőmozgást, jellemezze azt, és adja meg létrejöttének dinamikai feltételét!
• Ismertesse a harmonikus rezgést jellemző mennyiségeket, és indokolja legalább egynek a kiszámítási módját!
• Számítsa ki, hogy mekkora a tömege annak a testnek, amely egy D = 400 rugóállan¬dójú rugón 3,14 másodperces rezgésidővel rezeg!
• Csoportosítsa a rezgéseket, és vizsgálja meg egy anyagi pont harmonikus rezgőmozgása közben bekövetkező energiaváltozásokat!
• Mutassa meg, hogy a fonálinga mozgása milyen feltételek mellett tekinthető harmonikus rezgésnek, és hogy ilyen feltételek között hogyan számítható ki a lengésideje!
• Emelje ki az időmérés történetének legfontosabb mozzanatait és azok kapcsolatát a fizi¬kával!
Kísérleti eszközök: Bunsen-állvány, „dió”, rövid fémrúd. Csavarrugó, akasztó horoggal ren¬delkező ólomnehezék.

A részfeladatok megnevezése	Adható pontok	Adott pontszám
Különféle rezgések szemléltetése gyakorlati példákkal és a rezgés általános fogalmának megfogalmazása.	5
Kísérlet: A harmonikus rezgőmozgás létrehozása, bemutatása, jel-lemzése és létrehozásának dinamikai feltétele.	7
A rezgésidő, rezgésszám, a teljes rezgés, kitérés, amplitúdó értelme¬zése és kapcsolata a periodikus mozgás általános jellemzőivel.	6
A kitérés, a sebesség, a gyorsulás, a rezgésidő kiszámításának ismertetése.	7
A harmonikus rezgőmozgás jellemzői közül legalább egynél a kiszámítási mód indoklása.	5
A feladat megoldása és elemzése. 4	4
A rezgések csoportosítása: csillapított, csillapítatlan; sajátrezgés, csatolt rezgés, kényszerrezgés. Rezonancia.	6
Az energiaváltozások kvalitatív vizsgálata.	3
A fonálinga lengése mint harmonikus rezgőmozgás és lengésideje.	7
Az időmérés történetének rövid bemutatása.	5
A felelet kifejtési módja.	5
Összesen	60

3. A testek tehetetlenségének vizsgálata

Témakör
Newton törvényei, erőtörvények

Elmélet:
Tehetetlenség törvénye, az erő, hatás-ellenhatás, eredő erő
súly, súlytalanság, nehézségi erő, gravitációs erő, rugóerő, súrlódás: fajtái, gyakorlati példák.

Feladat:
Egy kártyalap gyors mozdulattal való kimozdítása egy pénzérme alól.
A fellépő erők elemzése – elvégzendő kísérlet

Szükséges eszközök:
Befőttesüveg; pohár; azt lefedő kártyalap; egy pénzérme.

A kísérlet leírása:
A kártyalap gyors mozdulattal kipöckölhető vagy kirántható a pénz alól úgy, hogy az az edénybe belehull. A pénzérmére ható erők részletes vizsgálatával magyarázza a kísérletben bemutatott jelenséget! Magyarázza a kártya sebességének szerepét!

A részfeladatok megnevezése	Adható pontok	Adott pontszám
A felelet kifejtési módja.	5
Összesen	60

4. Egyszerű gépek – teheremelés csigákkal

Témakör
Forgatónyomaték, egyensúly, egyszerű gépek

Elmélet:
Forgatónyomaték fogalma, erőkar, merev test egyensúlya, egyensúlyi helyzetek
egyszerű gépek:
emelők, csigák, lejtő, csavar, példák a mindennapi életből, munka egyszerű gépekkel, teljesítmény, hatásfok.


Feladat:
Teheremelésre alkalmas rendszer összeállítása álló- és mozgócsigákból – elvégzendő kísérlet
Állítson össze álló- és mozgócsigákból teheremelésre alkalmas rendszert az ábrának megfelelően! Rugós erőmérő segítségével állapítsa meg, hogy mekkora erőre van szükség az ismert tömegű test felemeléséhez a három esetben! Értelmezze a kapott eredményeket!

Szükséges eszközök:
Álló- és mozgócsigák; rugós erőmérő; ismert tömegű akasztható súly. A mérés más elrendezésben is megvalósítható, de tartalmazzon álló- és mozgócsigát is!

A kísérlet leírása:
Állítsa össze az elrendezést, és mérje meg a teher megtartásához szükséges erőket! Vesse össze mérési eredményeit a teher súlyával! Vázolja az egyes csigaelrendezéseket, és rajzolja be az erőket!

b)
• Gyakorlati példákkal szemléltessen energiaváltozással járó folyamatokat, és csoportosítsa azokat!
• Kísérletre hivatkozva értelmezze a teljesítmény és a hatásfok fogalmát, valamint kiszámítási módját egyenletes változás esetén! Vizsgálja meg e két mennyiséget mértékegység-alkotás szempontjából!
• Kísérlet: Állapítsa meg egy mozgócsigával egyenletesen felemelt test e¬melési folyamatának hatásfokát!
• Számítsa ki a teljesítményt és a hatásfokot annál a folyamatnál, amelynél egy 5 kg tömegű testet 1 m magasra 10 másodperc alatt egyenletesen emel¬nek fel 75 N nagyságú erővel!
• Nevezze meg azt az évszázadot, amelyben kialakulhatott a teljesítmény és a hatásfok fogalma!
Kísérleti eszközök: Bunsen-állvány, „dió”, rövid fémrúd. Csiga a tengelyéhez erősített akasz¬tó¬ho-rog¬gal. Zsineg, horoggal rendelkező ólomnehezék. Rugós erőmérő, mérőszalag.

A részfeladatok megnevezése	Adható pontok	Adott pontszám
Az energiaváltozással járó folyamatok szemléltetése és csoportosí¬tása.	5
Egy, a teljesítmény fogalmának megalkotását segítő kísérlet ismerte¬tése és elemzése. A szükséges segédfogalmak bevezetése. (Eh; Eö)	7
A teljesítmény kiszámítási módjának indoklása egyenletes változással megvalósuló folyamatoknál és a mértékegységének megalkotása.	6
Különböző típusú folyamatok teljesítményének kiszámítása a folya-matokra jellemző mennyiségekkel.	4
Az átlag- és pillanatnyi teljesítmény értelmezése és szükségességük indoklása.	5
A hatásfok fogalmának értelmezése és vizsgálata a mértékegység szempontjából.	7
A hatásfok kiszámítási módjának indoklása és a kiszámítási mód meg-adása a különféle folyamatokat jellemző mennyiségekkel.	5
A kísérlet elvégzése és értékelése.	7
A feladat megoldása és elemzése.	6
Az évszázad megjelölése és indoklása	3
A felelet kifejtési módja.	5
Összesen	60

5. Segner-kerék

Témakör
Forgó mozgás

Elmélet:
a lendületmegmaradás elve
a forgó eszköz mozgásának mechanizmusa, dinamikai okai

Feladat:
Segner-kerék forgásának vizsgálata – elvégzendő kísérlet

Szükséges eszközök:
Fonálon függő műanyag pohár a fénykép alapján beleragasztott hajlítható szívószálakkal; lavór; állvány; víz.

A kísérlet leírása:
Öntsön vizet a műanyag pohárba! A szívószálak végének különböző állásaiban figyelje meg, hogy hogyan viselkedik a berendezés, miközben kifolyik a víz! (Mindkét szívószál merőlegesen kifelé áll; mindkettő az óramutató járásával megegyező irányba hajlik; az egyik az óramutató járásával megegyezően, a másik ellentétesen hajlik.)

Megjegyzés:
A kísérletnek létezik elektromos verziója is.

A részfeladatok megnevezése	Adható pontok	Adott pontszám
A felelet kifejtési módja.	5
Összesen	60

II. Energia, munka, hő

6. Szilárd anyagok, folyadékok és gázok hőtágulásának bemutatása

Témakör
Hőtágulás

Elmélet:
Hőmérsékleti skálák:
Celsius, Kelvin, alappontok, hőmérők, szilárdtestek, folyadékok modellje, szilárdtestek, folyadékok hőtágulása, lyukak, üregek hőtágulása, gyakorlati példákkal,

Feladat:
Különböző halmazállapotú anyagok hőtágulásának vizsgálata – elvégzendő kísérlet

Szükséges eszközök:
Bimetall-szalag; iskolai alkoholos bothőmérő; állványba fogott, „üres” gömblombik üvegcsővel átfúrt gumidugóval lezárva; vizeskád; borszeszégő vagy Bunsen-égő; gyufa.

A kísérlet leírása:
a) Gyújtsa meg a borszeszégőt, és melegítse a bimetall-szalagot a lemez egyik oldalán! Figyelje meg, hogy miként változik a bimetall-szalag alakja a melegítés hatására! Hagyja lehűlni a szalagot! Mi történik az alakjával? Ismételje meg a kísérletet úgy, hogy a borszeszégővel a szalag másik oldalát melegíti! Mit tapasztal?
b) Fogja ujjai közé az alkoholos hőmérő folyadéktartályát, esetleg enyhén dörzsölje! Hogyan változik a hőmérő által mutatott hőmérsékletérték?
c) Fordítsa az üres lombikot a kivezetőcsővel lefelé, és merítse a kivezetőcsövet víz alá! Melegítse a kezével a lombik hasát! Mit tapasztal?

A részfeladatok megnevezése	Adható pontok	Adott pontszám
A felelet kifejtési módja.	5
Összesen	60