Активност за откривање на Кулоновиот закон

Експерименталното откривањето на Кулоновиот закон е невозможно во услови на училишна лабораторија, особено ако станува збор за експериментирање со прирачни средства. За таа цел можеме да искористиме виртуелен експеримент, односно симулација. Во продолжение се предлагаат две активности со кои може да се открие зависноста на електростатската сила од растојанието помеѓу полнежите и зависноста на електростатската сила од количеството електричество.

Упатство за користење на симулацијата
 

1.       Оди на https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-and-fields_en.html

2.       На мониторот ќе се појави работната површина како на сликава:

   3. Доле се поставени електрични полнежи: позитивни (црвените кругчиња), негативни (сините кругчиња) и сензори (жолти) за мерење на силата на електричното поле (Sensors). Со drag and drop полнежите може да се постават на работната површина. Исто така со drag and drop полнежите и сензорите може да се вратат во својата кутија.

4. Сензорот за сила е всушност електричен полнеж кој е позитивен и има количество електричество од 1 С. Кога ќе поставиш сензор за сила, ако во близина има електричен полнеж, се исцртува векторот на силата со која полнежот и сензорот си заемодејствуваат. Со менување на растојанието, се менува и должината на векторот. Од должината на векторот може да се открие колку изнесува силата. За таа цел вклучи ја мрежата со помош на копчето grid на десната страна.  

5. Кога се мери должината на векторот, за единица се зема растојанието помеѓу две подебели линии од мрежата. Таа е поделена на пет помали дела. Тоа значи дека еден поделок од мрежата изнесува 0,2 единици. На пример, на сликата горе се гледа дека векторот на силата има должина од околу 2,4 N.

Активност 1: Да се открие како зависиси силата со која си заемодејствуваат два електрични полнежи од растојанието помеѓу нив.

1.       Стартувај го Charges and fields. Исклучи ја опцијата Electric Field, горе десно.

2.       Постави еден позитивен полнеж на крајната лева граница од работната површина. Постави го во пресекот на две подебели линии од мрежата (како на сликата).

3.       Земи еден сензор и постави го десно од полнежот, како на сликата. 

4.     Од алатките кои се десно, земи го метрото 

и измери го растојанието од полнежот до сензорот.

5.     Измери колкава е силата (од должината на векторот на силата)

4.       Запиши ги вредностите за растојанието r и силата F во Excel табелата во документот Zadaca_1.xlsx.

5.       Повтори го мерењето за растојанијата кои се впишани во табелата.

6.       Графикот со мерењата автоматски се исцртува.

7.       Покрај кривата се испишува и изразот која ја дава оваа зависност. ВНИМАВАЈ: Вертикалната оска, на која се наоѓаат податоците за силата, во изразот е претставена како y, а хоризонталната оска, на која се наоѓаат податоци за растојанието, во изразот е претставена со x. Тоа значи дека во изразот y можеш да го замениш со F, а x со r. Замени ги овие симболи во изразот.

8.       Како зависи силата од растојанието? Каков заклучок можеш да изведеш?

Активност 2 Да се открие како зависи силата со која си заемодејствуваат два електрични полнежи од количеството електричество на едниот од полнежите.

1.       Стартувај го Charges and fields. Исклучи ја опцијата Electric Field, горе десно.

2.       Постави еден позитивен електричен полнеж на истото место како и во првиот експеримент. Количеството електричество на полнежот изнесува q=1 nC. 

3.       Постави сензор десно од полнежот, како и во претходниот експеримент, но на растојание од 2 единици (два големи квадрати обележени со подебела линија). Измери колкава е силата.

4.       Запиши ги вредностите за количеството електричество q и силата F во Excel табелата во документот Zadaca_2.xlsx.

5.       Постави уште еден полнеж преку првиот, да се поклопуваат. Измери ја повторно силата и запиши ги вредностите во табелата. Повтори го мерењето за онолку полнежи колку се впишани во табелата.

6.       Графикот со мерењата автоматски се исцртува.

7.       Покрај кривата се испишува и изразот која ја дава оваа зависност. ВНИМАВАЈ: Вертикалната оска, на која се наоѓаат податоците за силата, во изразот е претставена како y, а хоризонталната оска, на која се наоѓаат податоци за количеството електричество, во изразот е претставена со x. Тоа значи дека во изразот y можеш да го замениш со F, а x со q. Замени ги овие симболи во изразот.

8.       Како зависи силата од количеството електричество? Каков заклучок можеш да изведеш?

Пример за активност

Од комуникацијата со некои колеги дознав дека во VIII одделение некои ученици стигнале до наставните единици кои се однесуваат на енергија. Тоа ме инспирираше, па во овој пост ви предлагам две активности кои може да ги понудите на вашите ученици. Се разбира тие се само како идеи и може да претрпат измени и прилагодувања, во зависност од децата и условите. Активностите може да одат како посебни, но моќе да одат и во комплет.

Морам да кажам и тоа дека видов нови постови на вашите блогови кои се од овие денови и тоа на
http://tanjafizika.blogspot.com/ и
http://oemucfizika.blogspot.com/
http://aidafizika.blogspot.com/
http://joanaafizika.blogspot.com/

Некои интересни но постари постови од минатата година може да се најдат на
http://vesnairena.blogspot.com/
http://betiorce1.blogspot.com/
http://nikoladelevski.blogspot.com/
http://zoranivanovski11.blogspot.com/
http://gimkocoracin1.blogspot.com/2014/12/blog-post.html
http://biljana-dimova.blogspot.com/

Однапред се извинувам ако сум пропуштил некој блог со нов и добар пост.

Задача 1

Да се открие која е врската помеѓу еластичната силна на деформација на една пружина (силата на затегање на пружината) и издолжувањето на пружината.

Постапка

За да ги реализираш целите на задачата треба да имаш пружина, на неа да дејствуваш со различни сили и да мериш колку се издолжува пружината.

За таа цел оди на http://phet.colorado.edu/en/simulation/mass-spring-lab.

Кликни на Run Now! На работната површина, меѓу другото, се појавуваат три пружини, покрај нив линијар, во долниот дел тегови и на десната страна контролен панел.

1.       Постави го почетокот на линијарот (неговата нула) во рамнотежната положба на првата пружина (испрекинатата линија).

2.       Закачи на пружината тег од 50 g. Почекај малку да се смири осцилирањето на пружината и измери го издолжувањето. Мерењата запиши ги во дадената табела. Откачи го тегот.

3.       Повтори ја постапката за теговите со маси од 100 g и 250 g.

4.       Пресметај го односот од силата (F=mg) и издолжувањето, x. Внеси ги и овие резултати во табелата.

5.       Дали се менува вредноста на односот? Дали тие промени се големи? Дали се доволно мали за да можат да се занемарат? Пресметај ги средната вредност на односот, апсолутната грешка и релативната грешка. Колку проценти е релативната грешка? Што мислиш сега за големината на разликите во мерењата.

Може да се земе дека односот е еднаков на константа, к, односно:

 од каде што следи дека 

Коментар 1: На час кога ќе се дискутираат резултатите, може да се анализираат насоките на силите и да се воведе знакот “-“ во релацијата, со што ќе се добие Хуковиот закон 

Исто така на часот ќе се објасни што е k, односно ќе се воведе поимот константа на пружината.

Коментар 2: Ова оваа активност може да се направат повеќе варијанти. Друга варијанта е да се бара од учениците да ја испитаат пружината бр. 3. За неа може да се менува константата на пружината во контролниот панел со помош на скролот за softness spring 3.

x (m)	m (kg)	F (N)	F/x (N/m)	D( F/x) (N/m)
Средни  вредности

Задача 2

Да се споредат потенцијалната енергија на деформирана еластична пружина и работата извршена за поместување на тегот кој е закачен на пружината.

Постапка

За да ги реализираш целите на задачата треба да имаш пружина, на неа да дејствуваш со различни сили, да мериш колку се издолжува пружината и колку се поместува телото (тегот).

За таа цел оди на http://phet.colorado.edu/en/simulation/mass-spring-lab.

Кликни на Run Now! На работната површина, меѓу другото, се појавуваат три пружини, покрај нив линијар, во долниот дел тегови и на десната страна контролен панел.

1.       Постави го почетокот на линијарот (неговата нула) во рамнотежната положба на првата пружина (испрекинатата линија).

2.       Закачи на пружината тег од 50 g. Почекај малку да се смири осцилирањето на пружината и измери го издолжувањето. Мерењата запиши ги во дадената табела. Откачи го тегот.

3.       Повтори ја постапката за теговите со маси од 100 g и 250 g.

4.       Пресметај ја тежината на тегот (G=mg). Внеси ги вредностите во табелата.

5.       Пресметај ја извршената работа за поместување на тегот (A=Gx) за секое од мерењата. Внеси ги пресметките во табелата.

6.       Пресметај ја потенцијалната енергија на пружината за секое од мерењата. Внеси ги пресметките во табелата.

7.       Спореди ги вредностите на извршената работа и потенцијалната енергија. Дали се разликуваат или не? Ако не се разликуваат, објасни зошто. Ако се разликуваат, провери колку е нивната разлика. Што заклучуваш?

Коментар: Учениците би требало да забележат дека потенцијалната енергија е половина од извршената работа. На часот кога ќе се анализираат резултатите може да се објасни дека формулата која ние ја користевме за пресметување на работата работи со постојана сила. Во случајов силата се менува со издолжување на пружината. Тоа значи дека во формулата треба да сметаме како да сме работеле со средната сила. Ако се земе дека силата се менува рамномерно, тогаш средната вредност на силата можеме да ја пресметаме како средна вредност од почетната (F₀=0 N) и крајната вредност, која е различна за секое од мерењата:

Така ќе се добие точната  вредност и точниот резултат.

The Moving Man - Uniform motion

1. Start the Internet browser that you usually use.
2. Click here to get to the The Moving Man simulation
3. Choose tab Introduction.
4. In the field Position, enter 2 (meaning 2 m).
5. In the field Velocity, enter 1 (meaning 1 m/s)
6 . Start button (Play button) is in the middle of the bottom line
7. Start the simulation and after arbitrary random time click on the same button to pause the simulation.
8. Read the position and the time. Put them in the table given in the blog.
9. Repeat the steps 10 and 11 7 times.
10. Make graphical representation of the results in the table i.e. present the dependence of the position on the time.

Пример за вградена CDF симулација во блог

Tensions between a Chain of Blocks from the Wolfram Demonstrations Project by Enrique Zeleny