הדבר מכיל את כל הנתונים וההערות שלי לדוח הסופי של פיזיקה 5 יח"ל בגרות מעבדה
.צ"ס 98
ניסוי מספר 1: תלות של קבוע הקפיץ באורכו
מטרת הניסוי: קביעת תלות בין קבוע הקפיץ לאורכו.
הציוד הנדרש:
*מספר קפיצים זהים
*כן אם אוחז
*5 משקולות 100gr
*מתקן להחזקת משקולות המתחבר לקפיץ
*סרגל
רקע תיאורטי:
הכוחות הפועלים על הקפיץ הם ו מכיוון ו , קבועים, נקבל על פי החוק השלישי של ניוטון תלות בין ל . (כאשר -מסה, -שינוי בהתארכות, -קבוע הקפיץ, -התאוצה, -הכוח הפועל).
מהלך הניסוי:
נחבר קפיצים בטור ונחבר אליהם משקולת 100gr מצב זה יקרה המצב ההתחלתי, נוסיף בכל פעם משקולת של 100gr ונרשום את האורך החדש של הקפיץ בכל פעם. נחזור על הניסוי עבור קפיצים באורכים שונים כך שבסה"כ נבצע את הניסוי עבור 6 אורכי קפיצים.
תוצאות ומסקנות:
force add(n) m(gr) l(cm) difference (cm)
0 100 68
1 200 75 7
2 300 83 15
3 400 92 24
4 500 100 32
force add(n) m(gr) l(cm) difference (cm)
0 100 48
1 200 52 4
2 300 58 10
3 400 64 16
4 500 72 24
force add(n) m(gr) l(cm) difference (cm)
0 100 43.5
1 200 48 4.5
2 300 54.5 11
3 400 61 17.5
4 500 67 23.5
force add(n) m(gr) l(cm) difference (cm)
0 100 63
1 200 70 7
2 300 78 15
3 400 87 24
4 500 97 34
force add(n) m(gr) l(cm) difference (cm)
0 100 66
1 200 74 8
2 300 82 16
3 400 90 24
4 500 99 33
force add(n) m(gr) l(cm) difference (cm)
0 100 67.5
1 200 74.5 7
2 300 83 15.5
3 400 91.5 24
4 500 100.5 33
כאשר ניקח את שיפועי הגרפים (קבוע הקפיץ) כפונקציה של אורך הקפיץ המקורי נקבל
אורך התחלתי (cm) קבוע הקפיץ (n/m)
43.5 0.1574
48 0.1507
63 0.1108
66 0.1204
67.5 0.1156
68 0.119
כפי שניתן לראות ככל שאורך הקפיץ יותר ארוך כך קבוע הקפיץ שלו יותר קטן (לגרף שיפוע שלילי). הדבר מתאים לתיאוריה, מכוון והיחידות של קבוע הקפיץ הם , משמע ככל שהאורך יגדל יהיה קבוע קטן יותר.
תשובה לשאלה: קבוע הקפיץ יהיה חצי מזה המקורי.
ניסוי מספר 2: תנועה של גוף בהשפעת כוח משתנה
מטרת הניסוי: אישוש החוק השני של ניוטון
הציוד הנדרש:
*מסילה
*עגלה
*חיישן כוח
*חיישן מרחק
*מחשב
*קפיץ
רקע תיאורטי:
החוק השני של ניוטון אומר שתאוצה של גוף תלויה בכוח הפועל עליו.
(כאשר -תאוצה, -סכום הכוחות, -מסה).
הכוחות הפועלים על הקפיץ הם ו לכן נקבל תלות בין התארכות הקפיץ לתאוצתו (כאשר -מסה, -שינוי בהתארכות, -קבוע הקפיץ, -התאוצה, -הכוח הפועל).
מהלך הניסוי:
בניסוי נשתמש המערכת data studio, נשנה את כמות הדגימות ל50 בשנייה. נסדר את מערכות הצירים של המיקום והכוח כך שיהיו באותו הזמן. נאפס את המערכת על ידי לחיצה על כפתור האיפוס בחישן הכוח ונקפיד שחישן המרחק יהיה מאונך למסילה. נקפיד כי הקפיץ יהיה רפוי ובקו ישר ככל האפשר. נכייל את המערכת על ידי לחיצה על כפתור הstart ומיד אחר כך על כפתור הstop. נלחץ על כפתור ה ונקבל את הערכים של מינימום ומקסימום, אם הם קרובים המערכת מכוילת.נרשום את הממוצע שלהם.
נציב את העגלה במרחק של לפחות 40cm מחישן המרחק ונשחררה תוך לחיצה על כפתור הstart. רגע לפני שהעגלה נחבטת נלחץ על כפתור הstop, ונשמור את הנתונים שקיבלנו בקובץ excel. משקל העגלה והקפיץ הוא 0.60kg.
תוצאות ומסקנות:
השיפוע הוא , ולכן נקבל .
התארכות הקפיץ (m) תוספת משקל (kg)
0 0.05
0.125 0.1
0.28 0.15
השיפוע הוא , ולכן נקבל . קיימת חוסר התאמה מוחלטת הנובעת מהמדידה הלקויה של התארכות הקפיץ שנעשתה ביום אחרי, כשאין וודאות לגבי כך שמדובר באותו הקפיץ.
ניסוי מספר 3: מדידת תאוצת הכבידה על פני כדור הארץ
מטרת הניסוי:
מדידת תאוצת הכובד של כדור הארץ והשוואתו לערך התיאורטי.
הציוד הנדרש:
*כדור-סל
*סרגל
*בסיס+מוט
*חישן תנועה
*מחשב
רקע תיאורטי:
הפעם הראשונה שבוא נמדד כוח הכובד על פני דור הארץ נעשה על ידי סר אייזיק ניוטון בשנים 1665-1666. בנוסף הראה שכוח הגרוויטציה פועל גם בין גופים שונים כמו בין הירח לכדור הארץ, או בין כדור הארץ לשמש.
כאשר לא פועל אף כוח על גוף למאט כוח הכבידה הדבר נקרא נפילה חופשית. כאשר נזניח את התנגדות האוויר נקבל על פני כדור הארץ, כאשר עליה או ירידה בגובה תשנה מאט את g.
מהלך הניסוי:
נחזיק כדור-סל במרחק שלא קטן מ15cm מהחישן תנועה, נשחררו תוך לחיצה על כפתור הstart, ניתן לכדור לפגוע ברצפה ולבצע מספר קפיצות ונעצור את המדידה על ידי לחיצה על כפתור הstop.
תוצאות ומסקנות:
כפי שניתן לראות הכדור הופל מגובה 1.15m וניתר 3 פעמים. הגרף של המיקום כפונקציה של זמן הוא היפרבולי, מכיוון ותאוצה תלויה בזמן בריבוע. בכל פעם הגובה שהכדור מגיע אליו קטנה, כתוצאה מאיבוד אנרגיה לחום ולאיווט פלסטי. הגרף של המהירות של פונקציה של זמן מראה גדילה של המהירות באופן ליניארי עד לצניחה חדה של המהירות לשלילית משם שוב גדילה ליניארית. הצניחה החדה מסמלת את הנקודה שבו הכדור-סל פוגע ברצפה, וכתוצאה מכך יש שינוי בכיוון המהירות. צורת הגרף היא ליניארית מכיוון והתאוצה ביחס למהירות תלויה רק בזמן. הערך המוחלט של המהירות קטן מכיוון ויש איבוד אנרגיה, ולכן גם המהירות המקסימאלית ממש לפני הפגיעה בקרקע קטנה בכל קפיצה.
על פי גרף המיקום, הכדור הופל מגובה 1.15m ועל פי גרף המהירות, מהירות הניתור היא .
על פי ההתאמה קיבלנו שתאוצת הכובד היא , תוצאה הקרובה מאוד לערך התיאורטי , סיבה אפשרית לשוני היא אי דיוק בהפלה, או כתוצאה מאיבוד האנרגיה.
ניסוי מספר 4: הכוח בתנועה מעגלית
מטרת הניסוי:
אימות קיום הכוח הצנטריפטלי ואישוש הנוסחא התיאורטית שלו .
הציוד הנדרש:
*עמוד על בסיס
*מוט ארוך
*מטוטלת
*בריסטול ואליו ציור של מעגל
*סרגל
*שעון עצר
רקע תיאורטי:
הכוחות הפועלים על מטוטלת קונית הם: ,
(כאשר -המתיחות בחוט, -משקל הגוף, -הזווית הנוצרת, -הכוח הצנטריפטלי).
כאשר נפשט את סכום הכוחות בציר x נקבל:
נחלק את סכום הכוחות הפועלים על מטוטלת ונקבל . נקרב ולכן (כאשר -רדיוס סיבוב). מהציור נקבל (כאשר -אורך חוט). נציב ונפשט ונקבל
מהלך הניסוי:
נסדר את המטוטלת כך שהגוף יהיה מעל מרכז המעגל שמשורטט על הבריסטול. נמדוד את אורך החוט ונסובב אותו מעל המעגל, ונמדוד את זמן הסיבוב של 5 סיבובים. נחזור על הניסוי 8 פעמים עבור אורכי חוט שונים.
תוצאות ומסקנות:
t=t/n(sec) t(sec) n(מספר סיבובים) l(m)
19.4481 1.2996 2.1 10.5 5 1.14
17.66101 1.1449 2.05 10.25 5 1.07
15.06138 0.990025 1.97 9.85 5 0.995
12.38601 0.81 1.876 9.38 5 0.9
8.83383 0.64 1.724 8.62 5 0.8
6.359193 0.4761 1.588 7.94 5 0.69
4.396168 0.36 1.448 7.24 5 0.6
כפי שניתן לראות קיבלנו שיפוע 16.423 בדומה לשיפוע התיאורטי. סיבות אפשריות לסטייה הם הסיבוב שנעשה אינו מדויק, הזמן שנמדד אינו מדויק ונאבדה אנרגיה לחיכוך. סיבות נוספת שיותר זניחות הם אורך החוט, והקירוב של . כאשר y=0 מקבלים x=0.085, משמע עבור אורך חוט מאוד קטן נקבל זמן מחזור אפסי.
ניסוי מספר 5: עצם ודמות בעדשה מרכזת
מטרת הניסוי:
מציאת הקשר בין מרחק עצם מעדשה מרכזת ומרחק דמותו ממנה.
הציוד הנדרש:
*שולחן אופטי
*מקור מתח
*נורה
*עדשה מרכזת (מרחק מוקד של כ-15cm)
*מסך
רקע תיאורטי:
(כשאר -מוקד העדשה, -מרחק הדמות מהעדשה, -מרחק העצם מהעדשה). לאחר פישוט נקבל את התלות . ולכן נקבל עבור דמות ממשית שתהיה קרובה יותר לעדשה ככל ש יגדל. עבור נקבל דמות מדומה.
מהלך הניסוי:
עבור נקבל מהנוסחא ולכן כשנכוון על עצם רחוק מרחק הדמות מהעדשה יהיה המוקד. נציב נורה בקצה השולחן, נחברה למקור מתח ונפעילה. במרחק 80cm נציב את העדשה, ומצדה שני נציב מסך עד שנקבל דמות ברורה של חוט הלהט של הנורה ונמדוד את מרחק הדמות מהעדשה. נחזור על הניסוי עבור מרחקים שונים בין הנורה לעדשה.
נסמן על המסך שני קווים אנכים שהמרחק בניהם גדול פי 2 מגודל העדשה. נעמיד את הנורה במרחק 10cm מהעדשה, מהצד השני נזיז את המסך עד לקבלת כתם אור בגודל המרחק בין שני הקווים, ונמדוד את מרחק בין המסך לעדשה, מרחק זה הוא מרחק הדמות המדומה של מקור האור.
תוצאות ומסקנות:
u(cm) v(cm)
18 326
20 100
25 47.5
30 33
40 27
50 23
60 21.5
70 20
80 18.5
כפי שניתן לראות ככל שמרחק העצם מהעדשה גדל, כך מרחק הדמות מהעדשה קטנה.
עבור החלק של הדמות המדומה קיבלנו , , ואכן נקבל התאמה עבור . הסיבה לכך היא שהדמות המדומה תהיה גדולה פי 2 מהעצם.
מוקד- קרני אור המקבילות לציר הראשי של עדשה יתכנסו במוקד.
מרחק מוקד- מרחק המוקד מהעדשה.
דרך נוספת למדוד את מוקד העדשה היא על ידי הגדלה והקטנה של הדמות ביחס לגודל העצם.
כשנהפוך את העדשה לא יקרה שינוי, עקב הסימטריה שלה.
תתקבל דמות ממשית כל עוד העדשה תוצב במרחק יותר גדול מהעצם מאשר מוקדה. כאשר הדמות תהיה גדולה מהעצם, וכאשר קטנה מהעצם.
תתקבל דמות מדומה עבור . דמות ממשים חייבת לפגוע במקום כלשהו, הרי היא ממשית ולכן רק בעזרת מסך נראה אותה.
ניסוי מספר 6: אופיין של נורת להט
מטרת הניסוי:
אפיון התנהגות של נורת להט
הציוד הנדרש:
*נורת 7v 0.22a
*מקור מתח ישר
*אמפרמטר
*וולטמטר
*נגד משתנה ונגד נוסף
*תיילי הולכה.
רקע תיאורטי:
נבנה מעגל חשמלי המאפשר לנו להפעיל מתחים שונים על הנורה
נבחר במעגל השמאלי מכיוון וייתן לנו להגביל את המתח הנופל על הנורה, בניגוד לימני שהנגד המשתנה מחובר בטור לנורה ולכן לא תתבצע הגבלה.
מהלך הניסוי:
נשתמש במעגל שונה קצת מהמעגל השמאלי, כאשר נוכל להגביל את המתח כבר מהנגד. עבור מתחים שונים נרשום את הזרם.
תוצאות ומסקנות:
v(v) i(amp)
0.1 0.03
0.4 0.05
0.6 0.05
1 0.07
1.5 0.08
2.5 0.11
3 0.12
4 0.14
5 0.16
6 0.18
התנהגות של נורת להט היא ליניארית בקרוב טוב, וכפי שניתן לראות קיבלנו גרף ליניארי כאשר במתחים נמוכים קיימתי התעקמות.
עבור מתח 0.5v נקבל זרם של 0.05a אך הדיוק אינו טוב עקב דיוק של האמפרמטר. כאשר נקטין את המתח אפילו יותר מדידת הזרם תהיה לא מדויקת עקב התחממות נורת הלהט וכתוצאה מכך שינוי ההתנגדות שלה.
ניסוי מספר 7: גלוונומטר טנגנטי
מטרת הניסוי: מדידת הרכיב האופקי של השדה המגנטי הארצי.
הציוד הנדרש:
*גלוונומטר טגנטי
*מקור מתח ישר(0-12v)
*מצפן
*אטב או תנין
*נגד מד זרם(0-5a)
*תיילים
רקע תיאורטי:
לולאה מעגלית הנושאת זרם יוצרת סביבה ובמרכזה שדה מגנטי התלוי בעצמת הזרם,בכיוונו ובמספר הליפופים בלולאה. בניסוי נמדוד את כיוון השדה המגנטי השקול הנוצר על ידי השדה המגנטי של הלולאה ושל השדה המגנטי הארצי.
(כאשר -עוצמת השדה המגנטי של הסליל, -עוצמת השדה המגנטי של כדור הארץ). אבל (כאשר -מספר ליפופים, , -זרם, -רדיוס הסליל). נקבל ולכן .
מהלך הניסוי:
נסובב את הגלוונומטר כך שהנקודה האדומה תצביע לכיוון טבעת הגלוונומטר. מישור הטבעת יהיה בכיוון צפון-דרום עקב השדה המגנטי של כדור הארץ. נסובב את המצפן(החלק עם משטח הזכוכית) כך שהמחט תצביע על אפס מעלות.נכרוך ארבע לולאות מהתיל סביב המסילה בטבעת האלומיניום ונרכיב את המעגל החשמלי הבא
נוודא שטבעת האלומיניום רחוקה מהמעגל החשמלי ומכל עצם העשוי מברזל. נשנה את הזרם בעזרת ספק הכוח המשתנה עד אשר מחט המצפן תסטה בכ- . נהפוך את כיוון הזרם ונבדוק אם הסטייה שווה. אם נקבל תוצאה שונה נשנה את כיוון המסגרת עד לקבלת תוצאה שווה ונקבע את צורה זו.
נמדוד את רדיוס הלולאה, ונבצע מדידות של סטית המחט כפונקציה של הזרם עבור ליפוף אחד. בנוסף נבצע מדידות של סטית המחט כפונקציה של כמות הליפופים עבור זרם קבוע 1a. נוודא שהלולאות באותו הכיוון כדי שהשדה המגנטי ישתנה באופן קבוע.
תוצאות ומסקנות:
זרם (amp) זווית (מעלות) טאנגנס
0.3 6 0.105
0.6 9 0.158
0.9 18 0.325
1.2 20 0.364
1.5 25 0.466
r=0.0875m
נקבל מהשיפוע ולכן
ליפופים זווית (מעלות) טאנגנס
1 20 0.364
2 30 0.577
3 41 0.87
השיפועים אמורים להיות שווים מכיוון ובניסוי אחד מספר הליפופים הוא 1, ובשני הזרם הוא 1a כך שלא משפיע על השדה המגנטי, הסיבה לשגיאה ככל הנראה היא תזוזת המכשיר, וכמות מדידות לא מספקת.
יכול להתקיים והדבר יבוא לידי ביטוי כאשר סטיית המחט תהיה ב .
ניסוי מספר 8: הכוחות הפועלים על מוליך בשדה מגנטי
מטרת הניסוי: מדידת תלות הכוח המגנטי בפרמטרים שונים
הציוד הנדרש:
*תילים באורכים שונים
*מד משקל
*מקור זרם
*מכשיר להחזקת התילים
רקע תיאורטי:
שדה מגנטי הוא שדה כוח וקטורי הפועל על גופם טעונים בתנועה (אשר מהווים זרמים חשמליים). (כאשר -הכוח, -מטען, -שדה מגנטי, -מהירות המטען).
מקרה פרטי של הנוסחא עבור תיל הוא (כאשר -אורך התיל, -הזרם דרך התיל).
מהלך הניסוי:
בחלק הראשון נאפס את המשקל כאשר המגנט עליו, בכל מדידה נחליף את אורך התיל ונשאיר זרם קבוע של . בעזרת המד משקל נמדוד בכל פעם את הכוח שנוצר כתוצאה מזרימת הזרם בתיל.
בחלק השני נאפס את המשל כאשר המשקל כאשר המגנט עליו, בכל מדידה נשנה את הזרם ונשאיר את אותו התיל . בעזרת המד משקל נמדוד בכל פעם את הכוח שנוצר כתוצאה מזרימת הזרם בתיל.
תוצאות ומסקנות:
l(m) m(g) m(kg) f(n) i(amp)
0.012 -0.31 -0.00031 -0.00304 0.5
0.022 -0.61 -0.00061 -0.00598 0.5
0.032 -0.82 -0.00082 -0.00804 0.5
0.064 -1.67 -0.00167 -0.01637 0.5
0.084 -2.12 -0.00212 -0.02078 0.5
השיפוע הוא ולכן
l(m) m(g) m(kg) f(n) i(amp)
0.032 -0.12 -0.00012 -0.00118 0.07
0.032 -0.24 -0.00024 -0.00235 0.14
0.032 -0.35 -0.00035 -0.00343 0.21
0.032 -0.47 -0.00047 -0.00461 0.28
0.032 -0.58 -0.00058 -0.00568 0.35
0.032 -0.7 -0.0007 -0.00686 0.42
השיפוע הוא ולכן
חוסר ההתאמה נובע ככל הנראה מהמדידה הלא מדויקת של המשקל, הגרום לשגיאה גדולה יחסית בכוח. אך התוצאה יצאה פחות או יותר תואמת.
ניסוי מספר 9: מדידת מקדם שבירה
מטרת הניסוי: מדידת מקדם השבירה של פריזמה
הציוד הנדרש:
*מיקרוסקופ יעודי
*פריזמה (חתך טרפזי) עשויה מפרספקס (זכוכית אקרילית)
רקע תיאורטי:
כאשר מסתכלים על גוף הנמצא בחומר שמקדם השביר שלו שונה מזה של האוויר נדמה כאילו הגוף קרוב יותר לעין מאשר הוא באמת. הקרניים האדומות הן אמיתיות והכחולה מדומה הנוצרת כתוצאה מכך שהעין אינה יכולה להפגיש קרניים לא ישרות. לאחר גיאומטריה ופשוט, נקבל
ומחוק סנל נקבל . עבור זוויות קטנות ולכן בקירוב . כאשר נסתכל דרך מיקרוסקופ הזוויות יהיו מאוד קטנות, ובנוסף נקרב את מקדם השבירה של אוויר ל-1 כך שנקבל .
מהלך הניסוי:
נסמן נקודה על משטח המיקרוסקופ ונכוון את עדשת המיקרוסקופ לגובה המתאים כך שנראה את הנקודה דרך המיקרוסקופ בצורה הברורה ביותר, נקרא לגובה זה h1.
כעת נניח את הטרפז על הנקודה ונכוון את המיקרוסקופ לגובה המתאים כך שנראה את הנקודה בצורה הברורה ביותר, נקרא לגובה זה h2.
נסמן נקודה על החלק העליון של הטרפז ונכוון את המיקרוסקופ לגובה המתאים כך שנראה את נקודה זו בצורה הברורה היותר. נקרא לגובה זה h3.
ומכאן נקבל
תוצאות ומסקנות:
6.65 h1(cm)
7.6 h2(cm)
9.45 h3(cm)
1.51 n
מקדם השבירה מתאים לזה התיאורטי של פרספקס.
ניסוי מספר 10: מדידת מסת האלקטרון
מטרת הניסוי: מדידת היחס בין מטען ומסת האלקטרון
הציוד הנדרש:
*מערכת teltron: -שפופרת הטיה
-שני סלילי הלמהולץ
-כן להצבת השפופרת
*ספק מתח גבוהה (עד 5kv) עם וולטמטר
*ספק מתח נמוך של 6.3v
*אמפרמטר
*נגד משתנה
*12 תיילים מוליכים
רקע תיאורטי:
מערכת teltron מכילה קתודה, כשהקתודה מתחממת היא פולטת אלקטרונים המואצים לאנודה עקב הפרש פוטנציאלים. בין האנודה לקתודה נמצא לוח המכוסה בשכבת חומר לומינסטי הפולט אור כחול כאשר פוגעים בו אלקטרונים. נחבר את הסלילים למקור מתח בטור עם נגד משתנה ואמפרמטר ובכך ניצור שדה מגנטי הייתה את האלקטרונים. הכוח שיפעל על האלקטרון הוא (כאשר -הכוח, -מטען, -מהירות, -השדה המגנטי). השדה המגנטי גורם לאלקטרון לנוע בתנועה מעגלית השווה לכוח הצנטרפוגלי כתוצאה מהכוח שמפעיל עליו. (כאשר -מסה, -רדיוס הסיבוב).
האנרגיה הפוטנציאלית שהשדה החשמלי מעניק לאלקטרון הופכת בסוף ההאצה כולה לאנרגיה קינטית. , נציב את ונקבל .
בניסוי אנחנו מקבלים את הקרן על דף משבצות וכשנחשב את רדיוס המסלול נקבל
נחשב גם את השדה המגנטי כפונקציה של הזרם
מכיוון ואנחנו יודעים את מספר הכריכות בסלילים
נרשום ומאלגברה
מהלך הניסוי:
נפעיל את מערכת הteltron ו עבור מתח קבוע ונשנה את הזרם לקבלת קורדינטות שונות.
נחזור על אותו הניסוי עבור זרם קבוע נשנה את המתח ונמדוד את השינוי בקורדינטות כפונקציה של המתח.
תוצאות ומסקנות:
x(cm) y(cm) i(amp) r^2(cm^2) i^-2 (amp^-2)
10 1 0.09 2550.25 123.4568 3.50kv
8 1 0.14 1056.25 51.02041
10 2 0.18 10816 30.8642
6 1 0.23 342.25 18.90359
5 1 0.3 169 11.11111
7 2 0.34 2809 8.650519
4 1 0.43 72.25 5.408329
השיפוע הוא
x(cm) y(cm) v(kv) r^2(cm^2)
5 1 2.35 169 0.25amp
8 2 2.88 289
6 1 4.05 342.25
השיפוע הוא
קיימת אי התאמה בין המדידות ואי התאמה לערך התיאורטי , הדבר נובע מרגישות המכשיר, בעיקר בזרם קבועה ושינוי מתח. המדידה היא אינה מדויקת ואלומת האור היא רחבה כך שמכסה די גדול, דבר היוצר שגיאה מאוד גדולה, בנוסף מספר הנקודות אינו גדול, ולכן השגיאה גדלה.
דוח סופי בפיזיקה של תיכון ציון 98