"Rozvoj vědy a pokrok poznání se stávají stále obtížnější. Na experimentování již nestačí zápalky a sláma." Richard Philips Feynman

Transkript

1 "Rozvoj vědy a pokrok poznání se stávají stále obtížnější. Na experimentování již nestačí zápalky a sláma." Richard Philips Feynman

2 Tato publikace vznikla díky operačnímu programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost v projektu Zavedení inovačních metod do výuky přírodních věd (CZ.1.07/1.1.16/ ), který byl realizován v letech na Gymnáziu a ZUŠ Šlapanice.

3 PRIMA OBSAH F-I-1 Gravitační síla 7 F-I-2 Výpočet hmotnosti 9 F-I-3 Měření teploty 11 F-I-4 Teplotní stupnice 13 F-I-5 Teplotní závislost 15 F-I-6 Určení polohy a nadmořské výšky pomocí GPS 17

4 PRIMA 4

5 PRIMA Fyzika 5

6 PRIMA 6

7 F-I-1 Gravitační síla Autor: Gabriela Kokešová Úloha: Třída: F-I-1 Gravitační síla prima Úkol: Zjistěte, jak souvisí hmotnost tělesa a gravitační síla, kterou působí Země na těleso. Pomůcky: LabQuest, siloměr, digitální váhy, tělesa různých hmotností, stativ Teorie: Pro měření síly se používá jednotka newton (N). 1N je síla, kterou Země přitahuje těleso o hmotnosti 100 g. Těleso o větší hmotnosti přitahuje Země větší silou. Směr, ve kterém působí Země na těleso gravitační silou, nazýváme svislý. Tento směr můžeme určit olovnicí. Postup: 1. Nachystejte si laboratorní váhy pro měření hmotnosti tělesa. Změřte hmotnost pěti různých těles (max. 1 kg). Naměřené hmotnosti zapište do tabulky. Hodnotu (v gramech) zaokrouhlete na 1 desetinné místo. 7

8 F-I-1 Gravitační síla 2. Pro měření velikosti síly si sestavte aparaturu podle obrázku. Pro měření použijte siloměr s rozsahem 50 N. 3. Pomocí LabQuestu vynulujte siloměr. 4. Pomocí siloměru změřte velikost síly, kterou působí Země na tělesa, jejichž hmotnost jste určili, a naměřené hodnoty zapište do tabulky. 5. Vyplňte poslední řádek tabulky. 6. Do závěru napište, jak spolu souvisí hmotnost tělesa a gravitační síla, kterou působí Země na toto těleso. 8

9 F-I-2 Výpočet hmotnosti Autor: Gabriela Kokešová Úkol: Třída: F-I-2 Výpočet hmotnosti prima Úkol: Zkuste odhadnout hmotnost vzduchu v učebně fyziky. Výpočtem pak určete přibližně hmotnost vzduchu a porovnejte ji s vlastním odhadem. Pomůcky: LabQuest, sonar (čidlo polohy a pohybu), pravítko Teorie: Hmotnost tělesa lze určit výpočtem ze známého objemu tělesa V a hustoty materiálu Objem pravidelných geometrických těles lze určit výpočtem z naměřených rozměrů. Objem kvádru vypočítáme následovně: 9

10 F-I-2 Výpočet hmotnosti Postup: 1. Připojte sonar k LabQuestu. Při zapojování dávejte pozor při výběru vstupu digitálního zařízení (prohlédněte si dobře obrázek). Sonar nastavte do pozice vozíčku. 2. Pro určení objemu učebny fyziky změřte sonarem potřebné rozměry. 3. Vypočítejte objem vzduchu v místnosti (místnost považujte za kvádr). 4. V tabulkách vyhledejte hustotu vzduchu za běžných podmínek. 5. Vypočítejte hmotnost vzduchu v místnosti. 10

11 F-I-3 Měření teploty Autor: Gabriela Kokešová Úkol: Třída: F-I-3 Měření teploty prima Úkol: Změřte: 1. teplotu vzduchu v učebně, 2. venkovní teplotu vzduchu, 3. teplotu tání ledu. Pomůcky: LabQuest, nerezový teploměr, kádinka, stojan Teorie: Teplota je fyzikální veličina, její hodnotu měříme ve stupních Celsia. Tato teplotní stupnice má dva základní body, a to 0 C (teplota tání ledu) a 100 C (teplota varu vody). Pro měření teploty se používají i jiné teplotní stupnice, např. Fahrenheitova nebo termodynamická teplotní stupnice. Postup: 1. Připojte teploměr k dataloggeru LabQuest. Na displeji dataloggeru přečtěte teplotu vzduchu v místnosti, totéž měření opakujte před budovou školy a naměřené hodnoty zapište. Při měření teploty je vždy třeba počkat, než se hodnota ustálí. 11

12 F-I-3 Měření teploty 2. Pro třetí úkol sestavte následující aparaturu: Do kádinky s vodou vložte kostky ledu a promíchejte. Až se kostky přestanou rozpouštět, změřte teplotu tání ledu. Při měření teploty je třeba vždy počkat, až se teplota ustálí! 12

13 F-I-4 Teplotní stupnice Autor: Gabriela Kokešová Úkol: Třída: F-I-4 Teplotní stupnice prima Úkol: Změřte teplotu vzduchu v místnosti a využijte při měření různé teplotní stupnice. Pomůcky: LabQuest, nerezový teploměr Teorie: Pro měření teploty se využívají různé teplotní stupnice. Nejčastěji používaná je Celsiova teplotní stupnice. Tuto stupnici vytvořil švédský astronom Anders Celsius v roce 1742 a původně varu vody přisoudil teplotu 0 C a tání ledu 100 C. Později pak Carl Linné tuto stupnici otočil tak, jak ji známe dnes. Tedy teplota tání ledu je 0 C a teplota varu vody je 100 C (za normálního tlaku). Další používanou stupnicí je Fahrenheitova teplotní stupnice. Tuto stupnici vytvořil Daniel Gabriel Fahrenheit a má také dva základní body, a to 96 F je teplota zdravého lidského těla a 0 F teplota směsi ledu, vody a salmiaku. Mezi základní jednotky soustavy SI patří i kelvin, což je jednotka termodynamické teplotní stupnice. Tuto stupnici zavedl v roce 1848 William Thomson (lord Kelvin). Stupnice přiřazuje teplotu 273,16 K stavu, kdy vedle sebe existují tři skupenství v rovnováze voda, led a vodní pára. Teplota 0 K je nejnižší možná teplota, které se lze přiblížit, ale nelze ji dosáhnout. 13

14 F-I-4 Teplotní stupnice Postup: 1. Připojte teploměr k dataloggeru LabQuest. Na displeji dataloggeru přečtěte teplotu vzduchu v místnosti ve stupních Celsia, Fahrenheita a v kelvinech. Různé teplotní stupnice nastavíte tak, že klepnete na červenou část displeje LabQuestu a pak zvolíte jednotku, ve které chcete teplotu vyjádřit. 14

15 F-I-5 Teplotní závislost Autor: Gabriela Kokešová Úloha: Třída: F-I-5 Teplotní závislost prima Úkol: Sestrojte graf závislosti teploty kapaliny na čase. Pomůcky: LabQuest, nerez teploměr, stativ, kádinka, rychlovarná konvice, notebook Teorie: Jestliže má kapalina vyšší teplotu než vzduch v místnosti, její teplota se postupně snižuje. Dochází k tepelné výměně kapaliny s okolím. Postup: 1. Sestavte následující aparaturu: 15

16 F-I-5 Teplotní závislost 2. Propojte datalogger s počítačem a připojte teploměr. Spusťte program LoggerPro. Nastavte pomocí tlačítka provádějte každé dvě minuty. na liště dobu měření 10 minut a měření 3. Zahřejte kapalinu pomocí rychlovarné konvice a přelijte ji do kádinky. Ponořte teploměr do kapaliny. Zapněte sběr dat a proveďte měření, při kterém budete zjišťovat závislost teploty vody na čase. Nezapomeňte během měření kapalinu promíchávat. 4. Zapište naměřené hodnoty do tabulky a vytiskněte graf. 5. Z grafu určete přibližnou teplotu vody v čase 5 min a 7 min. 16

17 F-I-6 Určení polohy a nadmořské výšky pomocí GPS Autor: Gabriela Kokešová Úloha: Třída: F-I-6 Určení polohy a nadmořské výšky pomocí GPS prima Úkol: 1. Určete svoji polohu pomocí GPS, na mapě vyznačte trasu, kterou jste prošli, a určete nadmořskou výšku. 2. Určete přibližně délku okruhu, který jste během měření absolvovali. Pomůcky: LabQuest, notebook, LoggerPro, pásmo Teorie: Určení polohy na povrchu Země je dnes možné s vysokou přesností. K určení polohy lze použít GPS (Global Positioning System). Jedná se o systém, který byl vyvíjen na objednávku ministerstva obrany USA od roku Poloha se určuje pomocí celkem 24 družic, které obíhají Zemi. Z každého místa na Zemi je možné napojení na nejméně 4 družice. Nadmořská výška je svislá vzdálenost určitého místa na Zemi k hladině moře. Nadmořské výšky v České republice jsou udávány vzhledem ke střední hladině Baltského moře. Systém GPS používá pro určení nadmořské výšky jako základní hladinu povrch matematicky vypočítaného elipsoidu (takže se hodnota uváděné nadmořské výšky a nadmořské výšky určené pomocí GPS může lišit). 17

18 F-I-6 Určení polohy a nadmořské výšky pomocí GPS Postup: 1. Nejprve změřte délku vašeho kroku. Toto měření proveďte tak, že ujdete 10 kroků. Změřte tuto vzdálenost a pak určete délku jednoho kroku. 2. Prostudujte následující mapu: (obrázek z Na mapě je vyznačený okruh, který poslouží k měření. 3. Spusťte LabQuest a nastavte měření GPS (použijte dotykový displej LabQuestu): Pro měření nastavte délku trvání 10 minut a 4 měření za minutu. 18

19 Výsledné nastavení a spuštění senzoru bude vypadat takto (spuštění měření GPS souřadnic může trvat až několik minut): 4. Proveďte měření. Pro určení délky trasy počítejte kroky. Určení polohy pomocí GPS spusťte pomocí tlačítka. 5. Po návratu spusťte program LoggerPro na notebooku. Naměřená data přeneste do počítače propojením LabQuestu s notebookem. 6. Přeneste naměřené souřadnice do mapy: Zvolte pro zobrazení jedinou barvu: 19

20 F-I-6 Určení polohy a nadmořské výšky pomocí GPS 7. V záložce Nastavení a Nastavení grafu zvolte měření nadmořské výšky v závislosti na čase: Tento graf vytiskněte na protokol LP pomocí záložky Soubor a Tisk grafu Z grafu pak určete nadmořskou výšku u budovy gymnázia a nejvyšší nadmořskou výšku během cesty. 8. Na samostatný list papíru vytiskněte také mapu vaší cesty (mapu tiskněte na šířku). 9. Vypočítejte délku celého okruhu pomocí počtu kroků a délky jednoho kroku. 20

21 Použitá literatura: [1] KOLÁŘOVÁ, Růžena a Jiří BOHUNĚK. Fyzika pro 6. ročník základní školy. 2. vyd. Praha: Prometheus, 2002, 162 s. Učebnice pro základní školy (Prometheus). ISBN [2] LEPIL, Oldřich. Fyzika aktuálně: příručka nejen pro učitele. 1. vyd. Praha: Prometheus, 2009, 207 s. ISBN Zdroje fotografií na obálce: [3] BOCK, Christoph. DNA (CC BY-SA). [fotografie] In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, Formát: (upraveno). Dostupné z: [4] AWESOMOMAN. Fire. [fotografie] In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, Formát: 1,944 2,896 (upraveno). Dostupné z: [5] GERALT. Flash. [fotografie]. In: Pixabay.com [online]. Formát: (upraveno). Dostupné z:

22 PRIMA Redakce: Mgr. Gabriela Kokešová, Mgr. Radmila Poláčková, Mgr. Miroslav Dvořák, Mgr. Jiří Gončár Jazyková korektura: Mgr. Jaroslav Kotulán Fotografie: autoři úloh Návrh úvodní strany obálky: Pavlína Sikorová Grafická úprava: Mgr. Roman Ondrůšek Tisk: Marais, s.r.o. Vydalo: Gymnázium a ZUŠ Šlapanice, červen 2014 Náklad: 50 ks tiskem Zdarma digitálně na: