Onderzoeksopdrachten fysica

(in samenwerking met Filip Windels, leerkracht fysica in Don Bosco Kortrijk)

VOORBEELDEN

1. Hoe werkt je zelf gemaakte elektromotor?

2. Wie maakt de sterkste elektromagneet?3. Bepaling van de specifieke warmtecapaciteit

van ijzer4. Opsporing verzocht5. Het muntenmysterie6. Bouw je eigen kettingreactie7. De elektrofoor8. Bepaling van de lengte van een gloeidraad9. Bepaling van het type aardappel (zie

andere presentatie)

1. Hoe werkt je zelf gemaakte elektromotor?

Onderzoeksopdracht fysica derde graad

Omzettingen van energie (1ste graad)

Hoe werkt je zelf gemaakte elektromotor?

Doel van de proef: Een elektromotor bouwen. De parameters die de draaizin beïnvloeden onderzoeken

en hun effect verklaren.

Benodigdheden: Batterij van 1,5 V (geen NiCd!) 1 elektrisch snoertje (fietsdraad) met overal isolatie

behalve aan uiteinden 1 metalen schroefje (met papiertje op: draaiing zien!) 1 kogelmagneet (www.supermagnete.de); deze heeft

ook een N-en Z-pool zoals alle magneten.

Hoe werkt je zelf gemaakte elektromotor?

Aan de slag: proefopstelling

Hoe werkt je zelf gemaakte elektromotor?

Voorbereiding: Artikel laten lezen (

http://www.supermagnete.de/docs/elektromotor_ntvn.pdf). Testen waar noordpool van kogelmagneet zit

Aan de slag: experimenteren met invloed van…: Ompolen van de batterij Magneet omdraaien Draadcontact onderaan op kogel, links en rechts van kogel

Aan de slag: waarnemingen noteren en verklaren aan de hand van de linkerhandregel die de zin van Lorentzkracht bepaalt (zie werkblad 1.)

Hoe werkt je zelf gemaakte elektromotor?

Linkerhandregel

2. Ontwerpwedstrijd: Wie maakt de sterkste

elektromagneet?Onderzoeksopdracht fysica derde

graad!

Wie maakt de sterkste elektromagneet?

Doel van de proef: Een elektromagneet ontwerpen in …. minuten die het meest paperclips kan

optillen. Tijdens het experimenteren de factoren bepalen die een invloed hebben op de

sterkte van de spoel. Een formule voorstellen voor de sterkte van het veld opgewekt door een spoel.

 

Benodigdheden: 1 batterij van 1,5 V (geen Ni-Cd) elektrisch snoertje met overal isolatie behalve aan uiteinden (isolatie

wegnemen met cuttermes of schuurpapier) spijker en tandenstoker 25 –tal paperclips per teams

▪ 2 die je aan de koperdraad uiteinden vastmaakt▪ de andere die je in elkaar haakt tot een snoer

eventueel: stukje plaklint (om 1 paperclip aan pool batterij te kleven)

Wie maakt de sterkste elektromagneet?

Aan de slag! Maak de proefopstelling Onderzoek enkele factoren (worden niet

gegeven aan de leerlingen)▪ Spijker of tandenstoker▪ Aantal windingen▪ Lengte van de draad▪ Lengte van de ‘spoel’

Stel een formule voorop voor de magnetische inductie

Noteer je bevindingen (zie werkblad 2.)

3. Bepaling van de specifieke warmtecapaciteit van ijzer

Onderzoeksopdracht fysica tweede graad!

Bepaling van de specifieke warmtecapaciteit van ijzer

Doel van de proef De specifieke warmtecapaciteit van ijzer zo nauwkeurig mogelijk bepalen door warm

ijzer in koud water onder te dompelen. De warmtebalans opstellen voor dit probleem. 

Benodigdheden Plastieken bekertje en een thermometer Weegschaal 2 verwarmingselementen met een bekerglas vooraan Ijzeren schijfjes van 50 g elk in bekerglas met warm water

Voorbereiding (theorie) Stel in symbolen een formule op voor de specifieke warmtecapaciteit van ijzer (stof2)

in functie van de andere parameters (water is stof 1). Werk zoals in de oefeningen met de warmtebalans: Qo=Qa.

(water: c1 = 4186 J/(kg K) )

Bepaling van de specifieke warmtecapaciteit van ijzer

Proef: Nu moet je gewoon alle symbolen uit je formule meten en invullen in je tabel

hieronder. Denk goed na wat je allemaal gaat meten, waarmee en wanneer! De massa van het water kan je zelf kiezen (het ijzer moet wel volledig

ondergedompeld kunnen worden). Breng daarin nu een gekende massa (1 blokje = 50 g) van de vaste stof

(ijzer), die is opgewarmd met zeer warm water. De schijfjes ijzer kunnen uit het kokend water gehaald worden via een tang of kunnen vooraf aan een nylondraadje zijn vastgemaakt. Let er hier wel voor op dat geen hete waterdruppels mee in het plastieken bekertje gebracht worden. Draag er wel zorg voor dat de toegevoegde massa's volledig ondergedompeld zitten in het koude water.

Bespoedig het instellen van het thermisch evenwicht door eens te roeren Noteer je metingen in de eerste rij van de tabel (zet ook om naar K in extra

kolommen). Bepaal nu de specifieke warmtecapaciteit van ijzer uitgaande van je formule

op de vorige pagina. (verwaarloos de warmtecapaciteit van het bekertje)

Bepaling van de specifieke warmtecapaciteit van ijzer

Verwerking in een tabel

Extra Waarde vergelijken met literatuurwaarde Welk effect zouden we krijgen indien we de warmtecapaciteit van het

bekertje NIET zouden verwaarlozen? Proef nogmaals uitvoeren met andere waarden (+ laten voorspellen

wat de eindtemperatuur wordt) Laten nadenken over onnauwkeurigheid van proef (te weinig BC); proef

vervolgens laten herdoen

4. Opsporing verzocht: serie-, parallel of gemengde

schakelingOnderzoeksopdracht fysica derde graad!

In eenvoudigere vorm: proef voor WW

Opsporing verzocht!

Doel van de proef Een opgegeven schakeling maken. Leren onderzoeken hoe een gegeven elektrische schakeling van

weerstanden is opgebouwd. Toepassen van de formules voor het berekenen van de

vervangingsweerstand bij serie- en parallelschakeling van weerstanden.

Controle van het resultaat door gebruik van een ohmmeter. Eerst klassikale oefening

Schakeling samen realiseren, bv.

Schakeling hertekenen zodat je de schakelwijze kan inzien Substitutieweerstand berekenen Checken met de ohmmeter

Opsporing verzocht!

Onderzoeksopdracht in groepjes Zelfde oefening maar uiteraard met andere schakelingen

Aan de slag (werkblad 3.)

5. Het muntenmysterie

Onderzoeksopdracht fysica derde graad!

Het muntenmysterie

Doel De natuurwetenschappelijke methode in actie!

Ga te werk als een wetenschapper (m.a.w. als een nieuwsgierig kind): je stelt je vragen, zoekt manieren om die te beantwoorden, bekijkt het antwoord, probeer te begrijpen waarom je juist dat antwoord krijgt, stelt je nieuwe vragen… …En de cirkel van de zoektocht naar nieuwe kennis gaat verder…

Beschrijving van de proef Leg de 8 verschillende euromuntstukken op een rij op de tafel. Geef ze een duw met een draaiende lat: hou het draaicentrum

vast met 1 vinger. Raar genoeg komen ze na een tijdje tot rust in een bepaald

patroon…

Het muntenmysterie

Opdrachten Formuleer 2 à 3 onderzoeksvragen bij deze proef. Per onderzoeksvraag:▪ Stel een methode voor die je een antwoord kan geven op je vraag.

Deze methode kan de vorm aannemen van: een nieuw soort proef een meting op de bestaande proef met verwerking van de

meetgegevens een theorie

▪ Voer je methode uit.▪ Interpreteer het antwoord: Bevestigt of verwerpt het resultaat van je

methode de onderzoeksvraag? ▪ Heb je een onderbouwde verklaring voor je resultaat?▪ Herformuleer eventueel een nieuwe onderzoeksvraag aan de hand van je

resultaat.

6. Bouw je eigen kettingreactie

Onderzoeksopdracht fysica tweede graad!

Bouw je eigen kettingreactie

Opdracht Bouw zelf een kettingreactie in de klas en stel ze voor aan je

medeleerlingen. Praktisch:

Groepen van 4 Indienen: schets van de opstelling met erbij geschreven alle

energieomzettingen en alle teamleden Bouwen in speeltijd voor de les en in de eerste 10’ van de les. Daarna

beginnen we onherroepelijk! Je hebt 1 tafel beschikbaar per team.

Evaluatie: Aantal energieomzettingen Aantal verschillende energiesoorten Originaliteit Zo min mogelijk onderbrekingen

 

7. De elektrofoor: ontwerpwedstrijd

Onderzoeksopdracht fysica derde graad!

De elektrofoor

Doel: Bouw een elektrofoor die zoveel mogelijk tikken produceert en/of die qua

vormgeving zo origineel mogelijk is. Maak een verslag van hoe jullie onderzoek verliep zoals aangegeven

hieronder Tips:

Groepen van 3 Bekijk goed de theoretische uitleg en de tekeningen uit de les over de

werking Bouw/probeer/knutsel eerst een model dat werkt: probeer van alles uit tot

het werkt: durf materialen veranderen Pas dan ga je optimaliseren: verander zaken om het aantal tikken op te

drijven: verander 1 ding per keer zodat je zeker weet wat het effect ervan is Noteer tijdens je optimalisatieproeven wat je deed en het effect op het

aantal tikken Zorg voor droge handen/omgeving,… Denk goed na over wat moet isoleren of geleiden

De elektrofoor

Verslag: Hier moet je een soort verslag geven van hoe jullie ontwerp

evolueerde. Hoe ben je begonnen, met welke materialen waar en waarom? Hoeveel tics produceerde je de eerste keer en met welk ontwerp? Wat heb je veranderd, waarom en hoeveel tikken kreeg je dan? Wat werd het eindontwerp, welke keuzes heb je erin gemaakt en

wat zijn de design-tricks om maximale tikken te hebben?

8. Bepaling van de lengte van een gloeidraad

Onderzoeksopdracht fysica tweede graad!

Bepaling van de lengte van een gloeidraad

Doel: We willen de lengte van het gloeispiraaltje in een lamp

kennen. Vermits deze zich in het glazen peertje van de lamp bevindt kunnen we de lengte ervan niet rechtstreeks meten. Daarenboven is dit gloeispiraaltje zeer kort zodat een directe meting zeker geen nauwkeurige meting kan zijn.

Proefopstelling: We bepalen het beeld van dat gloeispiraaltje via een lens op

een scherm. We trachten een zo groot mogelijk beeld te vormen, waarvan we wel nauwkeurig de grootte kunnen meten.

Bepaling van de lengte van een gloeidraad

Benodigdheden: Optische bank + toebehoren (3 klemmen, bolle lenzen (f = 10,0 cm en 5,0

cm)), lamp in cilindervormige houder, schermpje), rolmeter, wisselspanningsbron (6V)

Via vraagjes moeten de leerlingen zelf de meetmethode vinden Wat is in deze opstelling de voorwerpsafstand? Wat is in deze opstelling de beeldafstand? Kan je de voorwerpafstand makkelijk meten? Kan je die onrechtstreeks bepalen? Denk aan een formule. Wat moet je meten om de grootte van het voorwerp te bepalen? Denk aan

een formule. Voer de proef drie keer uit (verschillende lens en andere afstand tot scherm)

9. Bepaling van het type aardappel

Onderzoeksopdracht fysica tweede graad!