havo practicumboek natuurkunde

Transcriptie

1 3 havo practicumboek natuurkunde

2 natuurkunde 3 havo Auteurs L. Lenders F. Molin R. Tromp Met medewerking van Th. Smits Vierde editie Malmberg s-hertogenbosch

3 Inhoudsopgave 1 Krachten Werkbladen 3 Practicum 8 2 Elektriciteit Werkbladen 13 Practicum 14 3 Licht en lenzen Werkbladen 19 Practicum 26 4 Energie Werkbladen 32 Practicum 34 5 Kracht en beweging Werkbladen 40 Practicum 42 6 Schakelingen Werkbladen 47 Practicum 50 7 Radioactiviteit Werkbladen 57 2

4 Werkbladen 6 Schakelingen werkblad 6-1 werkblad 6-2 schakeling schakelschema 47

5 Werkbladen werkblad 6-3 R (Ω) T ( C) 48

6 Werkbladen werkblad 6-4 werkblad

7 Practicum Proef 1 Aantrekken en afstoten 20 min Inleiding Je kunt voorwerpen laden door ze met een doek te wrijven. Dat ze geladen zijn, kun je op verschillende manieren merken. Doel Je gaat onderzoeken welke krachten geladen voorwerpen uitoefenen op andere voorwerpen, en op elkaar. Onderzoek 4 Wrijf een van de pvc-buizen met de wollen doek. Leg de buis meteen daarna op de draaitafel. Wrijf de tweede pvc-buis met de wollen doek. Houd hem vervolgens vlak bij de eerste pvc-buis (figuur 48). 4 Schrijf op wat je ziet. Nodig 2 pvc-buizen 2 perspex staven wollen doek zijden doek draaitafel/houder velletje papier Uitvoeren en uitwerken Onderzoek 1 Scheur het velletje papier in kleine stukjes. Wrijf een pvc-buis stevig met de wollen doek. Houd de buis vlak bij de papiersnippers. 1 Schrijf op wat je ziet. figuur 48 aantrekken of afstoten? Onderzoek 2 Zet een kraan zo ver open dat je een heel dun waterstraaltje krijgt. Wrijf een pvc-buis stevig met de wollen doek. Houd de staaf vlak bij het waterstraaltje. Onderzoek 5 Wrijf een van de pvc-buizen met de wollen doek. Leg de buis meteen daarna op de draaitafel. Wrijf een perspex staaf met de zijden doek. Houd hem vervolgens vlak bij de pvc-buis. 5 Schrijf op wat je ziet. 2 Schrijf op wat je ziet. Onderzoek 3 Wrijf een perspex staaf stevig met de zijden doek. Houd de staaf vlak bij de papiersnippers. 3 Schrijf op wat je ziet. Onderzoek 6 Wrijf een van de perspex staven met de zijden doek. Leg de staaf meteen daarna op de draaitafel. Wrijf de andere perspex staaf met de zijden doek. Houd hem vervolgens vlakbij de eerste perspex staaf. 6 Schrijf op wat je ziet. 50

8 Practicum Conclusies 7 Wat voor krachten (aantrekkende of afstotende) bestaan er: a tussen een geladen en een neutraal voorwerp? d tussen een geladen pvc-buis en een geladen perspex staaf? b tussen twee geladen pvc-buizen? 8 Op welke manier kun je onderzoeken of een willekeurig geladen voorwerp dezelfde lading heeft als een pvc-buis? c tussen twee geladen perspex staven? Proef 2 Het (I,U)-diagram van een constantaandraad 40 min Inleiding Als je de spanning in een schakeling verandert, verandert de stroomsterkte ook. Door metingen te doen, kun je ontdekken hoe de stroomsterkte precies verandert. Je maakt de spanning stap voor stap groter en kijkt elke keer hoe groot de stroomsterkte dan wordt. Doel Bij deze proef ga je zo n onderzoek uitvoeren bij een constantaandraad. De onderzoeksvraag is: Welk verband bestaat er bij een constantaandraad tussen de stroomsterkte en de spanning? Nodig voedingskastje 5 snoeren stroommeter of multimeter spanningsmeter of multimeter constantaandraad werkblad 6-4 Uitvoeren en uitwerken Meten Zie vaardigheid 4 achter in het leeropdrachtenboek. Maak de schakeling van figuur 49. Meer oefening nodig? Ga naar de V-trainer. Stel de spanning in op 0 V voordat je de voeding aanzet. Maak de spanning steeds 0,5 V hoger en meet de bijbehorende stroomsterkte door de draad. Ga hiermee door tot de spanning 3 V is. 1 Noteer je meetgegevens op de juiste plaats in tabel 4. tabel 4 de meetresultaten van proef 2 spanning (V) stroomsterkte (A) weerstand (Ω) 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 constantaandraad figuur 49 de schakeling van proef 2 V Uitwerken 2 Pak werkblad 6-4 erbij. Verwerk je meetresultaten tot een (I,U)-diagram. A 51

9 Practicum 3 Wat kun je zeggen over het verband tussen de spanning over en de stroom door de draad? 6 Had je de conclusie van vraag 4 ook al uit het diagram kunnen trekken? Licht je antwoord toe. 4 Bereken hoe groot de weerstand van de draad bij elke meting was. Noteer de uitkomst in de derde kolom van de tabel. 5 Wat valt je op als je de berekende weerstandswaarden met elkaar vergelijkt? Proef 3 Het (I,U)-diagram van een gloeilampje 30 min Inleiding Als je de spanning in een schakeling verandert, verandert de stroomsterkte ook. Bij een constantaandraad is de stroomsterkte evenredig met de spanning: de twee grootheden gaan gelijk op. Maar geldt de uitkomst van deze proef ook voor andere soorten draden? Doel Bij deze proef ga je net zo n onderzoek uitvoeren als bij proef 2, maar nu met een gloeidraad. De onderzoeksvraag is: Welk verband bestaat er bij een gloeidraad tussen de stroomsterkte en de spanning? Nodig voedingskastje 5 snoeren stroommeter of multimeter spanningsmeter of multimeter lampje fitting werkblad 6-5 Uitvoeren en uitwerken Meten Maak de schakeling van figuur 50. Stel de spanning in op 0 V voordat je de voeding aanzet. Maak de spanning steeds 1 V hoger en meet de bijbehorende stroomsterkte door het gloeilampje. Ga hiermee door tot de spanning 6 V is. 1 Noteer je meetgegevens op de juiste plaats in tabel 5. tabel 5 de meetresultaten van proef 3 spanning (V) stroomsterkte (A) weerstand (Ω) 0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 figuur 50 de schakeling van proef 3 V Uitwerken 2 Pak werkblad 6-5 erbij. Verwerk je meetresultaten tot een (I,U)-diagram. A 52

10 Practicum 3 Wat kun je zeggen over het verband tussen de spanning over en de stroom door de draad? 6 Welke waarde heeft de weerstand van het lampje bij 0 V? 7 Wat zou een verklaring kunnen zijn voor het veranderen van de weerstand? Hoe zou je kunnen testen of die verklaring juist is? 4 Bereken hoe groot de weerstand van het gloeilampje bij elke meting was. Noteer de uitkomst in de derde kolom van de tabel. 5 Wat valt je op als je de berekende weerstandswaarden met elkaar vergelijkt? Proef 4 De vervangingsweerstand van een serieschakeling 20 min Inleiding Weerstanden worden vaak in serie geschakeld. Voor de totale weerstand R tot van zo n schakeling geldt: R tot = R 1 + R 2 + Maak de schakeling van figuur 51. Meet de (totale) spanning en de stroomsterkte. 2 Noteer je meetresultaten. Doel Je gaat de formule R tot = R 1 + R 2 + controleren in een serieschakeling van twee weerstanden. Nodig voedingskastje 6 snoeren spanningsmeter stroommeter 2 weerstanden Uitvoeren en uitwerken Meten Bepaal de waarde van weerstand 1. Bepaal de waarde van weerstand V A 1 Noteer je meetresultaten en berekeningen. figuur 51 de schakeling van proef 4 53

11 Practicum Uitwerken 3 Bereken de totale weerstand met de formule: 4 Bereken de totale weerstand met de formule: R tot = R 1 + R 2 R tot = U tot I 5 Vergelijk de uitkomsten van vraag 3 en 4. Wat is je conclusie? Proef 5 De vervangingsweerstand van een parallelschakeling 20 min Inleiding Bij proef 4 heb je de vervangingsweerstand bepaald van twee weerstanden die in serie geschakeld waren. Bij deze proef ga je met dezelfde weerstanden aan het werk, maar nu schakel je ze parallel. 1 2 A Doel Je gaat de formule = + + R tot R 1 R 2 controleren in een parallelschakeling van twee weerstanden. Nodig voedingskastje 6 snoeren spanningsmeter stroommeter 2 weerstanden Uitvoeren en uitwerken Meten Maak de schakeling van figuur 52. Meet de spanning en de (totale) stroomsterkte. 1 Noteer je meetresultaten. V figuur 52 de schakeling van proef 5 Uitwerken 2 Bereken de totale weerstand met de formule: U R tot = I tot 3 Bereken de totale weerstand met de formule: = + R tot R 1 R 2 54

12 Practicum 4 Vergelijk de uitkomsten van vraag 2 en 3. Wat is je conclusie? 5 Volgens de theorie is de totale weerstand bij een parallelschakeling kleiner dan R 1 en ook kleiner dan R 2. Hoe zit dat bij deze parallelschakeling? Proef 6 Schakelen met een transistor 45 min Inleiding Een transistor is een automatische schakelaar die in veel elektrische schakelingen wordt gebruikt. Hij heeft drie aansluitpunten: de basis (B), de collector (C) en de emitter (E). Met het stroompje dat via de basis loopt, kun je de transistor laten schakelen. H6 Schakelingen Doel Bij deze proef zie je hoe een transistor werkt. Door een klein stroompje via de basis te laten lopen, kun je een veel grotere stroom inschakelen. Nodig batterij of voedingskastje transistor lampje 5 elektronica-weerstanden snoeren tabel 6 Hoe brandt het lampje? nr weerstand (Ω) het lampje brandt 1 fel Bouw de schakeling van figuur 53. Gebruik voor R de kleinste weerstand die je hebt. Je docent vertelt je op welke spanning je de schakeling moet aansluiten. Uitvoeren en uitwerken VOORDAT JE BEGINT Pas op! Transistoren gaan snel kapot als je de stroomsterkte te groot maakt. Bekijk de kleurcodes op de vijf weerstanden. Bepaal hoe groot de waarde van elke weerstand is. Zie figuur 29 op bladzijde 236 van het leeropdrachtenboek. 1 Noteer de waarden van de weerstanden op de juiste plaats in tabel 6. R S figuur 53 de schakeling van proef 6 B C E 2 Wat gebeurt er als je met snoer S de basis aanraakt? 55

13 Practicum 3 Wat gebeurt er als je het snoer weer bij de basis weghaalt? 5 Hoe komt het dat het lampje nu uitgaat? Leg uit. Maak het snoer S aan de basis vast. Probeer daarna één voor één de verschillende weerstandjes uit (op de plaats van R). 4 Noteer op de juiste plaats in de tabel hoe het lampje brandt: fel, gewoon, zwak of (bijna) niet. Voeg nu een extra draad aan je schakeling toe zoals in figuur 54 is getekend. Met deze draad sluit je de basis van de transistor kort. R B C figuur 54 Welk effect heeft de extra draad? extra snoer E Proef 7 Een ontwerp maken de anti-inbraakverlichting 45 min Inleiding Stel je voor: er is ingebroken bij de kantine van een sportvereniging. Om herhaling te helpen voorkomen, wil de beheerder voortaan s nachts een lamp in de kantine laten branden. Licht schrikt inbrekers af, zegt hij. De lamp moet automatisch gaan branden als het buiten gaat schemeren en weer uitgaan als het s ochtends weer licht is. De beheerder wil de lamp overdag ook gewoon met een schakelaar aan en uit kunnen doen. Aan jou de taak om hiervoor een bruikbare oplossing te verzinnen. Doel Bij deze proef ga je een schakeling bedenken en uittesten voor de anti-inbraakverlichting in de kantine. Je schakeling moet aan de volgende ontwerpeisen voldoen: Ontwerpeisen De schakeling zet de lamp aan als het buiten schemerig wordt, en schakelt de lamp uit als het weer licht is. De lamp brandt al voluit, als het buiten wel schemerig is, maar nog niet helemaal donker. De lamp kan overdag met een gewone lichtschakelaar aangezet worden, ook al schijnt de zon. Nodig Bij deze proef bedenk je zelf welke practicumspullen je nodig hebt voor een prototype. Uitvoeren en uitwerken Bedenk hoe je de opdracht kunt uitvoeren. Wat voor schakeling ga je maken? Hoe kies je de waarden van de weerstanden in je schakeling? Hoe ga je testen of de schakeling goed werkt? Hoe zorg je ervoor dat er bij het testen geen componenten kapotgaan? 1 Maak een werkplan voor deze opdracht. De werkplannen worden de volgende les besproken met de klas. Verbeter je eigen werkplan daarna nog indien nodig. Bouw de schakeling en probeer hem uit. 2 Maak een testverslag met daarin: a een schakeling die aan alle ontwerpeisen voldoet. b de tests die je hebt uitgevoerd, en de resultaten daarvan. c eventuele veranderingen die je in je schakeling hebt aangebracht. 56

14 H7 Radioactiviteit Werkbladen 7 Radioactiviteit werkblad 7-1 A (Bq) t (min) 57