9789127426399 by Smakprov Media AB

lĂ¤rarhandledning

fysik

Innehåll 7. H armonisk svängningsrörelse 73

Inledning 6

Dem 7:1 Harmonisk svängning 75 Dem 7:2 g-bestämning med pendel 76 Dem 7:3 Resonans med bågfilblad 77 Lexp 7:1 Harmonisk svängningsrörelse 78 Eexp 7:2 Harmonisk svängningsrörelse 80 Svar till Tänk till! 82

1. Utforska världen 7 Svar till Tänk till! 8

2. Jämvikt och kraftmoment 9 Dem 2:1 Kraftmoment 11 Lexp 2:1 Kraftmoment och jämvikt 12 Eexp 2:1 Kraftmoment och jämvikt 13 Svar till Tänk till! 16

8. Rörelse med stegmetod 83 Lexp 8:1 Fritt fall med stegmetoden 84 Lexp 8:2 Simulering med stegmetoden 85 Eexp 8:1 Fritt fall med stegmetoden 87 Eexp 8:2 Simulering med stegmetoden 89

3. Rörelse i två dimensioner 17 Dem 3:1 Kaströrelse 20 Lexp 3:1 Kaströrelse 21 Lexp 3:2 Videoanalys kaströrelse 21 Eexp 3:1 Kaströrelse 23 Eexp 3:2 Videoanalys kaströrelse 24 Svar till Tänk till! 26

9. Vågor 91 Dem 9:1 Vattenvågor 95 Lexp 9:1 Datorsimulering av vågrörelse 97 Lexp 9:2 Stående vågor 97 Eexp 9:1 Datorsimulering av vågrörelse 98 Eexp 9:2 Stående vågor 99 Svar till Tänk till! 100

4. Centralrörelse 27 Dem 4:1 Bestämning av g ur cirkulär rörelse 29 Lexp 4:1 Centripetalkraft med rotationsapparat 30 Lexp 4:2 Centripetalkraft 33 Eexp 4:1 Centripetalkraft med rotationsapparat 34 Eexp 4:2 Centripetalkraft 36 Svar till Tänk till! 37

10. Stråloptik 101 Dem 10:1 Ljusledning med totalreflektion 104 Lexp 10:1 Brytningslagen 105 Lexp 10:2 Linsformeln 106 Eexp 10:1 Brytningslagen 107 Eexp 10:2 Linsformeln 108 Svar till Tänk till! 110

5. Magnetfält 38 Dem 5:1 Elektromagnetisk kraft mellan ledare 43 Lexp 5:1 Strömvåg 44 Lexp 5:2 Magnetfält kring rak ledare 46 Lexp 5:3 e/m 48 Lexp 5:4 Jordens magnetfält 48 Eexp 5:1 Strömvåg 49 Eexp 5:2 Magnetfält kring rak ledare 51 Eexp 5:3 e/m 52 Eexp 5:4 Jordens magnetfält 54 Svar till Tänk till! 55

11. Ljus 111 Dem 11:1 Dispersion 113 Dem 11:2 Digitalmätning av diffraktions- och interferensmönster 114 Lexp 11:1 Interferens och diffraktion 115 Lexp 11:2 Våglängdsbestämning i kvicksilverspektrum 115 Lexp 11:3 Våglängdsområdet för synligt ljus 116 Eexp 11:1 Interferens och diffraktion 117 Eexp 11:2 Våglängdsbestämning i kvicksilverspektrum 119 Eexp 11:3 Våglängdsområdet för synligt ljus 120 Svar till Tänk till! 121

6. Induktion 56 Dem 6:1 Induktionslagen på formen e = lvB 60 Dem 6:2 Induktionslagen på annan form 61 Dem 6:3 Strömfördröjning i induktiv krets 62 Dem 6:4 Roterande slinga i magnetfält 63 Lexp 6:1 Induktionsexperiment 64 Lexp 6:2 Spole i spole 65 Lexp 6:3 Magnet genom spole 66 Eexp 6:1 Induktionsexperiment 68 Eexp 6:2 Spole i spole 70 Eexp 6:3 Magnet genom spole 71 Svar till Tänk till! 72

heurek a f ysik 2 inneh å ll

12. Elektromagnetisk strålning 122 Dem 12:1 Spektral emittans hos en glödtråd 124 Dem 12:2 Wiens förskjutningslag 125 Dem 12:3 Fotoelektrisk effekt 126 Lexp 12:1 Temperaturstrålning 127 Lexp 12:2 Plancks konstant 127 Eexp 12:1 Temperaturstrålning 128 Eexp 12:2 Plancks konstant 130 Svar till Tänk till! 132

13. Akustik 133 Dem 13:1 Mätning av ljudhastighet 134 Dem 13:2 Frekvensanalys av ljud 136 Lexp 13:1 Ljudets utbredningshastighet i luft 138 Eexp 13:1 Ljudets utbredningshastighet i luft 139 Svar till Tänk till! 140

14. Atomen 141 Dem 14:1 Rydbergs konstant 143 Dem 14:2 Elektronen som våg 144 Lexp 14:1 Emissonsspektra 145 Lexp 14:2 Vätespektrum 147 Eexp 14:1 Emissonsspektra 148 Eexp 14:2 Vätespektrum 149 Svar till Tänk till! 150

15. Universum 151 Lexp 15:1 Mäta avstånd med ljus 154 Lexp 15:2 Mäta avstånd med ljus 155 Svar till Tänk till! 156

heurek a f ysik 2 inneh å ll

Inledning Kommentar Lärarhandledningen är indelad i kapitel enligt läroboken. Varje kapitel inleds med förslag till lektionsupplägg, demonstrationer och kommentarer, och därefter följer lärarinstruktioner respektive elevinstruktioner för experiment. Lärarhand ledningen innehåller även svar till lärobokens ”Tänk till”-uppgifter.

Lärarhandledningen är anpassad till Heureka Fysik 2 Lärobok och ämnesplanen i Gy2011. Handledningen har en tydlig koppling till ämnesplanens centrala innehåll för kursen Fysik 2 och de kunskapskrav och förmågor som tas upp där. Lärarhandledningen innehåller demonstrationer och experiment av både klassisk och datorbaserad karaktär och med olika grad av ”öppenhet”. Till varje experiment finns en elevinstruktion och en lärarinstruktion. Det finns också tips som underlättar det laborativa arbetet.  Den tidsplanering som presenteras bör ses som en möjlig utgångspunkt. Planeringen kan variera från skola till skola, eftersom kursplanen förordar fördjupning inom något område som beslutas lokalt, och baseras på lärarens och elevernas intresse. Lärarhandledningen innehåller många nya laborationer och demonstrationer där datorbaserade mätmetoder används. Sådana är nu en obligatorisk del av Fysik 2. Vi rekommenderar Skolverkets material för hjälp vid bedömning, det återfinns på Skolverkets webbplats. Bland stödmaterialet finns bedömningsmatriser, planeringslaborationer, utförandelaborationer och kursprov.

Planeringsförslag till Fysik 2 Planeringsförslaget utgår från att 100 timmar står till förfogande för kursen Fysik 2. Kapitel Timmar

1 Utforska världen  2 Jämvikt och kraftmoment 3 Rörelse i två dimensioner 4 Centralrörelse 5 Magnetfält 6 Induktion 7 Harmonisk svängningsrörelse 8 Rörelse med stegmetod 9 Vågor 10 Stråloptik 11 Ljus 12 Elektromagnetisk strålning 13 Akustik 14 Atomen 15 Universum

Experiment Lärarhandledningen ger tips och förslag till hur en lektion, demonstration eller elevlaboration kan utföras. Vår förhoppning är att handledningen kan användas av alla lärare; att det finns delar som passar såväl den erfarne som den nyutexaminerade läraren. I lärarhandledningen presenteras en tänkbar stomme för undervisningen. Utrustningen på respektive skola får avgöra vilka experiment som är möjliga att göra. I kapitlen ges ofta alternativa förslag på elevexperiment. Instruktionerna till de experiment som kräver datorbaserade mätningar är medvetet ganska öppna. Detaljerad information om programvara kan hämtas från respektive dator programtillverkares hemsida.

2 6 8 8 8 10 6 6 10 4 6 8 4 8 6

Uppläggning Till alla experiment finns en elevinstruktion, som är kopieringsunderlag, samt en lärarinstruktion med tips och förslag. De delar som kallas för Demon stration passar bra att utföra inför klassen.

heurek a f ysik 2 inled nin g

K apitel 2

Jämvikt och kraftmoment Kapitel 2 behandlar kraft, jämvikt och kraftmoment och är en fördjupning och breddning av kunskaperna om kraft och jämvikt från kursen Fysik 1. Jämvikt studeras utifrån två jämviktsvillkor, där den resulterande kraften och summan av kraftmomenten är noll. Många begrepp i kapitlet lämpar sig väl för att koppla till elevernas vardag med exempelvis diskussioner kring idrott samt verktyg som används i vardagen. Som laboration har vi valt att ha en stationslaboration Experiment 2:1 Kraftmoment där eleverna får bekanta sig med kraftmoment och lösning av jämviktsproblem.

Avsnitt 1 Demonstrera ett par konkreta uppställningar där den resulterande kraften är noll men vi ändå får en vridning. Diskutera gärna fig. 1 i Heureka Fysik 2 Lärobok sidan 12 eller ett liknande, eget exempel. Introducera det nya begreppet kraftmoment.

Avsnitt 2 Inled med lite skådespeleri: Försök vrida en skruv med skiftnyckel eller ett rör till vattenledningen med rörtång. Håll långt in på verktygsskaftet så att vridningen misslyckas. Eleverna ger antagligen rådet att hålla längre ut på skaftet. Diskutera varför (det ger större vridningsförmåga, kraftmoment). Hur kan kraftmomentet ökas? Större kraft och större momentarm. Definiera kraftmoment enligt texten i läroboken, kraftmoment är lika med vridande kraft multiplicerat med momentarm: M = F · l Gör nu gärna Demonstration 2:1 Kraftmoment där vi övar vidare på begreppen kring kraftmoment och testar dessa på ett konkret exempel. Vi undersöker här våra två jämviktsvillkor: 1. Kraftresultanten ska vara noll. 2. Kraftmomenten ska ta ut varandra.

Genomför Experiment 2:1 Kraftmoment. I mån av tid kan man demonstrera en momentskiva som angrips av tre eller flera krafter och kontrollera villkoret för vridningsjämvikt. Problemlösning på en- och tvåarmad hävstång bör dock prioriteras. Ställ upp några olika exempel och lös dem på tavlan. En sammanfattande klassdiskussion kring följande problemställning är nu lämplig som avslutning: Två likadana spänningsaggregat (eller andra tyngder) ställs nära varandra med en träbit emellan, se figur nedan. Träbiten är dubbelt så lång som aggregatens (tyngdernas) höjd och anses stå lodrätt. Rita på tavlan!

heurek a f ysik 2 k a pitel 2 jä mv ik t o ch k r a f tmomen t

F 2F

Replik: ”Jag anbringar en horisontell kraft åt höger på träbitens övre ände. När kraften blir tillräckligt stor kommer det ena aggregatet att börja röra sig. Vilket?” Led resonemanget enligt följande: 1. Först används en måttlig kraft F vid ribbans övre ände. Ingenting händer. 2. Vilka andra krafter har nu tillkommit på träbiten (de båda

jämviktsvillkoren)?

3. Hur kraftpåverkas de båda spänningsaggregaten av ribban

(kraft–reaktionskraft)?

4. Rita eventuellt också in friktionskrafterna på aggregaten. När

kraften F har ökats till kanske 15 N börjar ett av aggregaten röra sig. Vilket?

5. Hur stor är den fullt utbildade friktionskraften mellan ett aggregat

och underlaget (2 F)?

Lärobokens sista avsnitt, som behandlar masscentrum, kan anses vara överkurs men behövs vid förklaring av planetrörelser.

heurek a f ysik 2 k a pitel 2 jä mv ik t o ch k r a f tmomen t

e xperimen t 2:1

ko pierin gsund erl ag

Kraftmoment och jämvikt Syfte Laborationens syfte är att öka förståelsen för begreppen kraft, kraftmoment, vridpunkt, momentarm och jämvikt. Laborationen består dels av att experimentellt undersöka villkoret för jämvikt, dels av att ställa upp jämviktsvillkoret och beräkna resultatet. Vi ska arbeta med angreppspunkt, vridpunkt, hävarm och riktning för en kraft.

Häng upp en hållinjal i två dynamometrar. Sätt fast en vridningspunkt mitt på linjalen och häng på några tyngder. Se till att dynamometrarna hänger lodrätt. Då linjalen hänger stilla befinner den sig i jämvikt och uppfyller båda jämviktskriterierna: a) Summan av krafterna är noll. b) Summan av kraftmomenten är noll. Verifiera att summan av vridmomenten på linjalen blir noll för två olika lägen på vikterna och dynamometrarna.

Koppling till ämnesplanens syfte och centrala innehåll

Station 2: Bestäm kraftmomentet då vridningspunkten flyttas 3

Ur syftet: ”Eleverna ska ges möjlighet att analysera och lösa problem genom resonemang baserade på begrepp och modeller”. Ur centralt innehåll: ”Rörelse och krafter. Vridmoment för att beskriva jämviktstillstånd.”

Bakgrund

2 3

Materiel

mg 1

Kraftmomentet M definieras som produkten av den kraft F som verkar på en kropp och dess momentarm l. Momentarmen l mäts från vridningspunkten vinkelrätt mot kraftens riktningslinje. 0 0 M=F·l Enheten för moment blir då 1 Nm.

F2 F1

Se respektive station för materiel.

Utförande Station 1: Verifiera momentlagen

Montera en hållinjal i två dynamometrar och häng en vikt i linjalen. Välj upphängningshål så att dynamometrarna visar olika värden på kraften. Se till så att dynamometrarna hänger lodrätt. Variera vridningspunkt och beräkna summan av kraftmomenten relativt detta hål.Visa att summan av kraftmomenten är noll oavsett vilket hål som används till vridningspunkt. Upprepa för två olika lägen för dynamometrarna.

4 5N

Vridningspunkter

heurek a f ysik 2 k a pitel 2 jä mv ik t o ch k r a f tmomen t

e xperimen t 2:1

ko pierin gsund erl ag

Station 3: Bestäm en okänd kraft

Station 5: Bestäm de okända

Fäst upp linjalen enligt nedanstående figur. Häng upp de vikter som framgår av figuren. Försök att hitta jämvikten. Mät och notera resultatet för figuren. Beräkna därefter kraften Fd och jämför med det uppmätta värdet.

vikternas massa

Montera en skiva på ett stift så att skivan hänger lodrätt och stiftet sittervskivans tyngdpunkt. Fäst snören i olika hål och låt snörena löpa över en trissa och häng en vikt i snöret.

Fd ld ll

lg F1 G Givet: m1 = 150 g l1 = 0,65 m

Fd = ? ld = 0,85 m

Låt skivan komma i jämvikt. Sätt vridningspunkten i centrum på skivan och mät upp den vinkelräta hävarmen till respektive krafts riktningslinje. Bestäm de okända massorna.

Station 4: Bestäm en okänd hävarm

Fäst upp linjalen enligt nedanstående figur. Häng upp de vikter som framgår av figuren. Försök att hitta jämvikten. Mät och notera resultatet för figuren. Beräkna därefter resultatet och jämför med det uppmätta värdet.

Station 6: Bestäm massan på vikterna

Rita ut krafterna i följande uppställning. Rita ut momentarmarna. Vikterna har samma massa. Bestäm vikternas okända massa.

F1 F2 F3 Givet: m1 = 50 g l1 = 0,20 m

m2 = 70 g l2 = 0,15 m

m3 = 100 g l3 = ?

heurek a f ysik 2 k a pitel 2 jä mv ik t o ch k r a f tmomen t

K apitel 3

Rörelse i t vå dimensioner I kursen Fysik 1 studerades rörelser i en dimension och nu ska vi utöka rörelsebeskrivningen till två dimensioner. I kursen Matematik 1C har vi fått verktyget vektorer som vi kommer att ha stor nytta av i denna beskrivning. Vi kommer att fördjupa oss i rörelse som delas upp i två dimens ioner, kaströrelse i gravitationsfält, kaströrelse i elektriskt fält och kapitlet avslutas med en matematisk rörelsebeskrivning med hjälp av derivata. I slutet av kapitlet ges även en introduktion till kroklinjig rörelse, inför kapitel 4 som behandlar centralrörelse.

Avsnitt 1 och 2 Avsnitten beskriver hur hastigheter vektoradderas, när en rörelse kan betraktas som en kombination av delrörelser, uppdelade i x- och y-komposanter. Hur vektorers belopp och riktningar anges, framgår av figurerna nedan. VEKTORNOMENKLATUR Vektorbeteckningar A vektorsymbol A

belopp

Då koordinatsystem används: Ay

Ay α

lαl lAyl

Det är viktigt att skilja mellan komposant, som är en vektor, och komponent, som är en skalär. Vinkeln α definieras på samma sätt som i trigonometrin, alltså med utgångsriktningen längs positiva x-axeln.

heurek a f ysik 2 k a pitel 3 rö rel se i t vå d imen si o ner

Demonstration 3:1

Kaströrelse Syfte Demonstrationen går ut på att undersöka kast rörelse. Vi undersöker vilka storheter som påverkar kastlängd och kasttid hos ett kast.

fotocell

karbonpapper vitt papper

kastkanon

Koppling till ämnesplanens syfte och centrala innehåll

högtalare plattform

korttidsmätare eller mätdator

Ur syftet: ”Eleverna ska ges möjlighet att analysera och lösa problem genom resonemang baserade på begrepp och modeller”. Ur centralt innehåll: ”Rörelse och krafter. Tvådimensionell rörelse i gravitationsfält och elektriska fält.”

Materiel Kastkanon (3B, Pasco eller Vernier m.fl.), fotocell, nedslagsplatta, mätdator.

Bakgrund och utförande Flera företag (t.ex. PASCO, 3B och Vernier) erbjuder bra kastkanoner som möjliggör mätning av utkasthastighet med hjälp av fotoceller. Kasttiden mäts genom att kulan får slå ner på en plattform som har en inbyggd mikrofon. Ljudpulsen från högtalarplattformen sluter en korttidsmätare som startats av en fotocell vid utkastet (se figuren). Kastvidden mäts genom att ett karbonpapper placeras ovanpå ett vitt papper ovanpå nedslagsplattan. När kulan slår ner på karbonpapperet uppstår ett märke på det vita papperet, och avståndet mellan kanon och nedslagsplats kan enkelt mätas. I en kompletterande mätning mäts utkasthastigheten med hjälp av två fotoceller, placerade alldeles intill varandra. Den ena startar tidsmätningen och den andra stoppar den. Avståndet mellan fotocellerna ger utkastshastigheten. Detta tillvägagångssätt ger betydligt säkrare resultat än att mäta kulans diameter och använda släcktiden för fotocellen. Om kastkanonen vid varje utskjutning kan spännas till väldefinierade lägen, kan försöket att bestämma kasttid och kastvidd kombineras med försöket att bestämma utkastshastighet. Kastvidden i de båda försöken kan dessutom användas som kontroll. Om mätenheten klarar av att utnyttja flera ingångar och bestämma två olika stopptider i förhållande till starttiden i den första fotocellen, kan båda mätningarna kombineras i samma försök. heurek a f ysik 2 k a pitel 3 rö rel se i t vå d imen si o ner

Lärarinstruktion Experiment 3:1

Kaströrelse Diskutera gärna lämpliga metoder för att bestämma utgångshastigheten, låt eleverna testa sin metod. Vanliga metoder är: 1. Skjut kulan rakt uppåt, bestäm kasthöjden med linjal eller genom filmning. 2. Skjut ett horisontellt kast och använd kalkerpapper vid nedslags-

platsen för att noggrant kunna bestämma kastlängden och därigenom utgångshastigheten.

3. Använd fotogaffel för att bestämma utgångshastigheten med

mätdator.

Det är vanligt att eleverna glömmer att ta hänsyn till höjden på muggen som ska träffas.

Lärarinstruktion Experiment 3:2

Videoanalys kaströrelse Filma golfbollen då denna faller från bänken, se till att eleverna filmar relativt långt ifrån så att parallaxfelen minimeras. Som alternativ kan filmen produceras av eleverna t.ex. vid badhuset. Se då till att eleverna filmar hopp med olika begynnelsehastighet i x-led, d.v.s. går sakta, snabbt, hoppar och springer över kanten. Exempel på hur respektive grafer kan se ut ses nedan, graferna är från programmet Logger Pro.

x (m)

0.6

0.4

0.2

0.0

0.4

Tid (s)

0.6

0.8

x-läget som funktion av tiden, visar att rörelsen i x-led är likformig.

heurek a f ysik 2 k a pitel 3 rö rel se i t vå d imen si o ner

0.8

y (m)

0.6

0.4

0.2

0.0

0.4

Tid (s)

0.6

0.8

y-läget som funktion av tiden, visar att rörelsen i y-led är accelererad.

x Hastighet (m/s)

1.5

1.0

0.5

0.0

0.4

0.5

Tid (s)

0.6

0.7

0.6

0.7

Hastigheten i x-led är konstant.

y Hastighet (m/s)

-1

-2

-3 0.4

0.5

Tid (s)

Hastigheten i y-led är likformigt accelererad.

heurek a f ysik 2 k a pitel 3 rö rel se i t vå d imen si o ner

e xperimen t 3:1

ko pierin gsund erl ag

Kaströrelse Syfte

Utförande

Laborationens syfte är att öka förståelsen för kast rörelse i ett gravitationsfält. Vi ska undersöka vilka storheter som påverkar kastets längd och höjd. Begreppen kraft, komposantuppdelning av hastighet, utgångshastighet, kastvinkel (elevationsvinkel), kastlängd och kasthöjd kommer att studeras.

1. Kanonen fästs ordentligt i en bänk så att dess läge

inte rubbas under laborationen.

2. Kanonen kan oftast justeras för olika utgångs

hastigheter, välj en lämplig inställning. Bestäm utgångshastigheten på lämpligt sätt.

3. Bestäm en elevationsvinkel mellan ca 20° och 70°

och bestäm var nedslagsplatsen för kulan borde hamna genom att beräkna denna.

Koppling till ämnesplanens syfte och centrala innehåll

4. Placera plastmuggen vid den tänkta nedslags-

platsen och skjut i väg kulan.

Bakgrund h

En kaströrelse kan delas upp i en horisontell och en vertikal rörelse, d.v.s. en rörelse i x-led och en i y-led, som är oberoende av varandra. Kastets längd beror på kastets vinkel (elevationsvinkel) och på utgångshastigheten samt på vilken höjd jämfört med utgångsläget nedslaget sker. För att bestämma kastbanan behöver man veta: 1. Kastvinkeln.

x Extrauppgift

2. Utgångshastigheten.

Bestäm den eller de vinklar som gör att kulan landar i muggen då muggen är placerad på ett bestämt avstånd.Vid vilken vinkel blir kastlängden maximal?

3. Nedslagsplatsens höjd över eller under utgångs

lägets höjd.

Materiel En liten kula, kastkanon (t.ex. Vernier, Pasco eller 3B), måttband, linjal, plastmugg.

heurek a f ysik 2 k a pitel 3 rö rel se i t vå d imen si o ner

e xperimen t 3:2

ko pierin gsund erl ag

Videoanalys kaströrelse Materiel Golfboll och linjal för skalberäkning, kamera för att skapa film i mpeg- eller avi-format som innehåller 30 fps (bilder per sekund) eller mer, mjukvara för att utföra videoanalys, t.ex. Tracker eller Logger Pro.

Utförande

Man kan tänka sig många olika horisontella rörelser, kanske ett hopp från ett hopptorn.

Syfte Laborationens syfte är att öka förståelsen för kast rörelse i ett gravitationsfält. Vi kommer att använda video och ett videoanalysverktyg för att studera rörelsen.

1. Filma en golfboll när den rullar ut från bänken.

Filma händelsen från sidan så att hela bollbanan syns på filmen. När du filmar måste det finnas en linjal eller annat föremål med känd längd, på samma djup som bollen befinner sig, i bilden. Skalan i filmen bestäms av denna kända längd. Se till att kameran är stilla under hela filmförloppet. Lägg in filmen som beskriver hur bollen rör sig i videoanalysverktyget. Använd verktygen för att markera bollens bana.

Koppling till ämnesplanens syfte och centrala innehåll Ur syftet: ”Eleverna ska ges möjlighet att analysera och lösa problem genom resonemang baserade på begrepp och modeller”. Ur centralt innehåll: ”Rörelse och krafter. Tvådimensionell rörelse i gravitationsfält och elektriska fält.”

2. Filma en gång till med en annan hastighet på

bollen när den lämnar bänken. Upprepa enligt ovan.

Bakgrund

3. Rita en graf för varje händelse som visar bollens

Du ska med hjälp av en egeninspelad videofilm, som beskriver en golfbolls rörelse när den knuffas utför ett bord, studera golfbollens rörelse och hastighet i både x-led och y-led. Man kan naturligtvis tänka sig andra mer spännande horisontella rörelser; varför inte ett hopp från hopptornet på den lokala simhallen. Du ska använda dig av videoanalysverktyget Tracker eller det som finns integrerat i Logger Pro. Samla in objektets position d.v.s. x- och y-koord inaterna med hjälp av videoanalysverktyget. Du ska med hjälp av dessa koordinater undersöka bollens position och hastighet. Eftersom bollen rör sig i två dimensioner, x- resp. y-led, kan bollens rörelse analyseras i respektive riktning var för sig. heurek a f ysik 2 k a pitel 3 rö rel se i t vå d imen si o ner

position i x- respektive y-led mot tiden. Spara alla grafer.

4. Rita på motsvarande sätt ett diagram som visar

bollens hastighet i x- respektive y-led för varje händelse. Spara alla grafer.

Frågor om graferna (x-riktning)

1. Hur ser grafen x-position mot tid ut? 2. Hur ser grafen x-hastighet mot tid ut? 3. Hur stor är bollens acceleration i x-led?

Anpassa nu en lämplig funktion till de två graferna ovan. Finns det något samband mellan koefficienterna i respektive graf? 24

e xperimen t 1 1:1

ko pierin gsund erl ag

Interferens och diffraktion Syfte

Interferensmönster vid enkelspalt s

Interferensmönster och diffraktionsmönster studeras.

Koppling till ämnesplanens syfte och centrala innehåll Ur syftet: ”Eleverna ska ges möjlighet att analysera och lösa problem genom resonemang baserade på begrepp och modeller”. ”Förmåga att planera, genomföra, tolka och redovisa experiment och observationer samt förmåga att hantera material och utrustning”. Ur centralt innehåll: ”Reflektion, brytning och interferens av ljus, ljud och annan vågrörelse”.

laserljus

Materiel Laser, enkelspalt, dubbelspalt, cd-skiva, aluminiumfolie, gitter med ”okänd” gitterkonstant.

Fig. 1.

Bakgrund

Interferensmönster vid dubbelspalt

Interferensmönster och diffraktionsmönster studeras i fyra olika försök. Konstruktiv interferens (växelverkan) mellan ljusvågor från en dubbelspalt eller ett gitter ger ett karaktäristiskt mönster på en skärm bakom spalten/gittret. Diffraktion (böjning) av ljusvågorna är en förutsättning för att interferens ska kunna erhållas från en dubbelspalt, eftersom ljusvågorna måste överlappa varandra för att kunna interferera. Diffraktion från en enkelspalt ger också ett typiskt mönster på en skärm. De matematiska uttrycken för interferensmaximum och diffraktionsminimum är mycket likartade:

α5 d dubbelspalt

laserljus

Interferens n · λ = d · sin αn λ = våglängd d = spaltavstånd (se fig. 2) n = ett heltal (ordningen)

Fig. 2.

Interferensmönstret bestäms av avståndet d mellan spalterna, diffraktionsmönstret bestäms av spalt vidden a. I ljusmönstret från en dubbelspalt (som har spaltbredden a och spaltavståndet d) måste alltså diffraktionsmönstret från en spalt vara överlagrat interferensmönstret. Överlagringen ses som en

Diffraktion (första diffraktionsminimum) λ = a · sin αn α = avböjningsvinkel a = spaltvidd (se fig. 1)

heurek a f ysik 2 k a pitel 11 l jus

1 17

Snowden att den amerikanska motsvarigheten till FRA, NSA, under lång tid bedrivit mycket omfattande och avancerad signalspaning mot flertalet länder i världen. Diskussionerna i klassen bör också beröra detta samt Sveriges och EU:s eventuella roll.

Svar till Tänk till!

12.T1 Ja, den spektrala emittansen från solen följer med god approximation den universella kurvan för svartkroppsstrålning, med temperaturen 5770 K. Solen fungerar som en svart kropp, eftersom den heta materian på solytan absorberar all infallande strålning. Ett annat sätt att uttrycka det på är att alla atomkärnor och elektroner på solytan fördelar energin mellan sig – man säger solen är i termisk jämvikt. Energin som fördelas kommer egentligen från processer djupt inne i solens inre. Solatmosfären är mycket tunnare, och där kan icke-termiska processer få större spelrum. Den är mycket hetare, flera miljoner grader. 12.T2 Plancks formel ger energin för en infraröd foton med frekvensen 1014 Hz (se fig. 3), E = hf = 6,63 · 10-34 · 1014 J = 6,63 · 10-20 J = 6,63 · 10-20/1,6 · 10-19 eV = 0,41 eV. För en foton i det ultravioletta området, med tio gånger högre frekvens, 1015 Hz, är energin per foton 10 gånger högre, d.v.s. 4,1 eV. Dessa fotoner, som finns i solljuset, har en energi som är tillräckligt hög för att förorsaka skador i hudcellernas DNA, och kan därför orsaka hudcancer, bl.a. av den mycket farliga typen malignt melanom. Solskyddsmedel innehåller ämnen som blockerar den ultravioletta strålningen och gör att man kan vistas längre i solljus till lägre risk än om huden är oskyddad. 12.T3 För en tennisboll, som väger ca 58 g, och slås med hastigheten 5 m/s är rörelsemängden p = mv = 0,058 · 5 = 0,3 kgm/s. Formeln enligt de Broglie ger då λ = h/p = 6,6 · 10-34/0,3 = 2 · 10-33 m. Det finns ingen som helst möjlighet att se effekter av eller ens undersöka så korta våglängder – en atomkärnas radie är exempelvis av storleksordningen 10-15 m. De minsta objekten där man för närvarande hoppas se kvantmekaniska effekter vid rumstemperatur är virus med c:a 1 miljard atomer. 12.T4 Ja, vi ska se exempel på det i kapitel 14. 12.T5 Här går utvecklingen mycket snabbt. Sökningar på nätet, bl.a. på Wikipedia, kan ge mycket information. 12.T6 Denna fråga har fått förnyad aktualitet i och med avslöjandena från amerikanen Edward

heurek a f ysik 2 k a pitel 12 elek trom agne tisk str å lnin g

132