Øvelsesvejledninger til laboratoriekursus

VUC AARHUS Øvelsesvejledninger til laboratoriekursus Fysik C-B 2014

Indhold Rapporter og journaler... 3 1 Rilleafstande... 5 2 Stående bølger på en streng... 9 3 Spektrum for ukendt grundstof... 12 4 Bestemmelse af specifik varmekapacitet (varmefylde) for faste stoffer... 15 5 Bevægelse med konstant og varierende kraft... 18 6 Tryk og opdrift... 22 7 Batteri som spændingskilde... 26 8 Absorption af radioaktiv stråling... 31 Teori omkring batteri som spændingskilde... 34 2

Rapporter og journaler Laboratoriejournal Ved eksperimenter i laboratoriet skal alle kursister føre en laboratoriejournal, der indeholder præcise notater om eksperimenternes forløb. Her skrives alle relevante oplysninger og observationer ned under eksperimentets udførelse. Det er bedre at tegne og notere for meget end for lidt. Måleresultater kan med fordel nedskrives i tabelform. Laboratoriejournalen er udgangspunktet for udfærdigelsen af en egentlig rapport over eksperimentet. Naturvidenskabelig rapport Den naturvidenskabelige rapport skal udformes, således at den kan læses og forstås, som en selvstændig enhed. Rapporten bør indeholde følgende Oplysninger og AFSNIT: Oplysninger På forsiden skal oplyses: TITEL på rapporten / eksperimentet samt fag og niveau. DATO for udførelse samt aflevering. DIT NAVN, samt hvem du har lavet eksperimentet sammen med. LAV et sidehoved med dit navn på. Husk også: Sidetal på alle sider. INDLEDNING: Her et par linjer om eksperimentets formål hvilke sammenhænge man vil afprøve eller demonstrere med eksperimentet. Det er også fint at starte rapporten med nogle linjer af mere perspektiverende art, fundet på Internet / leksikon / dagblad Rapporten får herved en mere læseværdig start og øger "din egen bevidsthed" HYPOTESE: Ofte kan det være godt, at formulere en evt. hypotese som et selvstændigt afsnit Hypotesen er den forventning du har til forsøgets resultat. TEORI: En redegørelse med dine egne ord for teorien bag eksperimentet. Husk at præsentere centrale begreber inden for emnet. Desuden skal afsnittet indeholde vigtige formler, reaktionsskemaer og reaktionstyper. 3

MATERIALER: En liste over ALLE de materialer, der bruges til eksperimentet. Dvs. alt apparatur, alle glasvarer, alle kemikalier (evt. anføres giftighed og eventuelle særlige forholdsregler), alle dyr/planter osv. Det er meningen, at man skal kunne bruge materialelisten til senere at finde tingene frem, hvis man vil gentage eksperimentet. FREMGANGSMÅDE: En gennemgang af fremgangsmåden / eksperimentets udførelse - illustreret med tegning af opstillingen og meget gerne inddelt i passende underpunkter. I kemi og biologi kan de væsentligste kemiske reaktioner med fordel vises med f.eks. farvelagte "kolbereaktioner" med de relevante planter eller (farvede) molekyler / ioner. Det er meningen, at en udenforstående på samme faglige niveau skal kunne gentage eksperimentet, kun med rapporten i hånden. MÅLERESULTATER: Her fremlægges - meget gerne på skemaform - resultaterne af eksperimentet. RESULTATBEHANDLING: Dels de resultater som direkte er aflæst eller iagttaget, dels de efterbehandlede resultater, dvs. omregnede eller grafisk afbildede. Der gives eksempler på alle beregninger. Laves eksperimentet flere gange behøver, man kun at vise et eksempel på hver beregning. I dette afsnit skal man IKKE kommentere eller vurdere resultaterne, kun anføre de nøgne kendsgerninger. DISKUSSION, FEJLKILDER OG USIKKERHEDER: Her kommenteres, forklares og vurderes resultaterne. Stemmer de overens med de forventede (evt. tabel-data)? Hvorfor? Hvorfor ikke? Er de pålidelige? Kan hypotesen bekræftes? Hvilke fejlkilder og usikkerheder kan være årsag til afvigelserne? Hvis der i vejledningen er angivet diskussionsspørgsmål, besvares disse i dette afsnit. KONKLUSION: Her gives et resumé af de vigtigste resultater og påviste sammenhænge. Konklusionen skal knytte sig til indledningens formål således, at de "spørgsmål /hypotese", der rejstes der, skal "besvares" her. Mens diskussionen er fyldig og bredt formuleret, skal konklusionen være kortfattet og formuleret så præcist som muligt. LITTERATUR: Her anføres den litteratur, der er anvendt ved udarbejdelse af såvel forsøget som rapporten. Kravene til resultatbehandling kan variere fra forsøg til forsøg. Rapporterne skal indeholde alle relevante elementer for at kurset bliver godkendt. Hvis rapporterne ikke er fyldestgørende, vil de blive sendt tilbage igen uden rettelser, og du vil blive bedt om at prøve igen. Databehandling og grafer må gerne laves i fællesskab og I må også gerne diskutere indholdet af det, I vil skrive i grupper, men selve skriveprocessen skal være individuel. Aflevering af enslydende rapporter vil blive betragtet som snyd og hører ind under skolens snydepolitik, som den er beskrevet på VUC Århus hjemmeside. 4

1 Rilleafstande Formål Denne øvelse er to-delt først bruges et kendt gitter til at bestemme bølgelængden af en laser, og derefter bruges laseren til at finde gitterkonstanten for en CD, hvor vi skal bruge CD en som både refleksions- og transmissionsgitter. Teori Sendes lys gennem et transmissionsgitter eller vinkelret ind på et refleksionsgitter afbøjes det i visse faste retninger. Man kan vise at der gælder gitterligningen: sin m m d (1) d er gitterkonstanten, θ m er afbøjningsvinklen for orden m, og m er afbøjningsordenen (m = 0,1,2, ) og λ er lysets bølgelængde. Dit teoriafsnit skal indeholde: Beskrivelser af alle formler og størrelser i forsøget med dine egne ord. Forklaringer på hvordan teorien og forsøget hænger sammen, hvilke størrelser der måles og hvilke der beregnes. Opstilling Apparatur He-Ne-laser, CD, gitter, papirstrimmel og målebånd. 5

Fremgangsmåde Afdeling 1 Bestemmelse af laserens bølgelængde 1. Laseren opstilles ca. 1,5 m fra væggen, så lysstrålen rammer vinkelret ind på væggen. Det gøres ved at reflektere lyset i et spejl, der holdes fast imod væggen. (Pas på ikke at ramme nogen i øjnene med refleksionen) 2. Indsæt gitteret lige foran laseren, så det står vinkelret på lysstrålen. 3. Mål afstanden a mellem gitter og væg. 4. På væggen klistres en papirstrimmel op med tape, så prikkerne ses på papirstrimlen. 5. Marker prikkerne med en blyant på strimlen. 6. Mål afstandene x m højre og x m venstre til pletterne til henholdsvis højre og venstre for hver orden m. Måledata afdeling 1 m a x m højre x m venstre x middel 1 2 3 4 Antal linjer pr. mm på gitteret 6

Afdeling 2 CD en som transmissionsgitter 1. Fjern gitteret fra opstillingen og erstat det med CD en (Igen pas på refleksioner) 2. Mål afstanden a fra CD en til væggen 3. Sæt en ny papirstrimmel op så pletterne er på strimlen 4. Marker pletterne med blyant 5. Mål afstanden fra midterpletten ud til m te ordens pletterne Måledata afdeling 2 m a x m højre x m venstre x middel 1 2 Afdeling 3 refleksionsgitter 1. Laseren skal nu vendes så den lyser væk fra væggen (Tænd den ikke endnu) 2. CD en placeres i en holder, og laserlyset skal ramme vinkelret ind på CD en på et sted, hvor CD ens riller er lodrette. 3. Tænd laseren - 0 te orden skal ramme tilbage i laseren, de øvrige ordner ses på væggen bag laseren. 4. Sæt en papirstrimmel op, så pletterne er på strimlen 5. Mål afstanden fra midterpletten ud til m te ordens pletterne Måledata afdeling 3 m a x m højre x m venstre x middel 1 2 7

Resultatbehandling 1. For alle tre dataserier udregnes for hvert m. 2. For måleserien fra afdeling 1 laves en graf, hvor sin(θ m ) er op ad y-aksen og m ud ad x- aksen. 3. Lav et lineært fit til målepunkterne. 4. Find gitterkonstanten for gitteret 5. Brug hældningskoefficienten fra det lineære fit til at beregne laserens bølgelængde. 6. Sammenlign med tabelværdien 632,8 nm 7. Brug dataene fra afdeling 2 til at finde gitterkonstanten for CD en 8. Brug dataene fra afdeling 3 til at finde gitterkonstanten for CD en 9. Er der nogen forskel på gitterkonstanten alt efter om CD en er refleksions- eller transmissionsgitter? 10. Sammenlign resultaterne med tabelværdien d=1,5 μm. 11. Forklar hvorfor du kun kan se 2 ordner i afdeling 2 og 3? 8

2 Stående bølger på en streng Formål Formålet med øvelsen er at undersøge den svingende streng og dens partialtoner. I skal undersøge sammenhængen mellem bølgers fart og spændingen i strengen. I skal desuden bestemme snorens masse per meter ( ) på to måder. Teori En snorbølges hastighed kan bestemmes på to måder Og Her er snoren. hvor L er snorens længde og m er snorens masse, mens F er kraften, der trækker i Dit teoriafsnit skal indeholde: Beskrivelser af alle formler og størrelser i forsøget med dine egne ord. Forklaringer på hvordan teorien og forsøget hænger sammen, hvilke størrelser der måles og hvilke der beregnes. Opstilling 9

I må ikke binde snoren fast til højtaleren I skal binde den fast til et af de store stativer og så sørge for at strengen rører ved højtaleren. Apparatur Snor, vibrator, tonegenerator, impotæller, lod med aftagelige vægte, stativ, trisse med fod, målebånd. Fremgangsmåde: 1. Mål længden af jeres snor og vej den. 2. Lav opstillingen vist på skitsen. 3. Skru op for frekvensen på tonegeneratoren indtil I finder første partialtone. 4. Mål afstanden fra knude til knude. 5. Skru op for frekvensen indtil i finder 2. partialtone og mål igen fra knude til knude. 6. Find 3. partialtone og mål igen fra knude til knude. 7. Gentag forsøget for 4 snorspændinger mere i varierer snorspændingen ved at fjerne vægte fra loddet husk at sprede jeres målinger godt ud. 10

Måledata L snor m snor Vægt på loddet Første partialtone knude til knude Anden partialtone knude til knude Tredje partialtone knude til knude Resultatbehandling 1. Beregn trækket i snoren for hver af jeres 5 måleserier (Trækket er tyngdekraften på loddet). 2. Beregn hastigheden af bølgen på snoren for hver af de 15 målepunkter (formel 1). 3. Beregn gennemsnitshastigheden af bølgen for hver af de 5 måleserier. 4. Omskriv formel (2), så du får formlen for en ret linje hvor 5. Lav et plot af v som funktion af 6. Punkterne ligger på en ret linje lav et fit til den rette linje og brug det til at finde μ 7. Find nu μ ud fra de målinger i lavede i pkt 1 8. Sammenlign de to resultater 9. Hvilke konklusioner kan i drage ud fra forsøget udover størrelsen af μ f.eks. hvad sker der med frekvensen af partialtonerne, hvis snoretrækket øges? 11

3 Spektrum for ukendt grundstof Formål Formålet med øvelsen er at identificere et grundstof ved at undersøge det lys, det udsender. Teori Lyset der kommer fra en spektrallampe indeholder nogle ganske bestemte bølgelængder. For at adskille farverne fra hinanden, sendes lyset fra spektrallampen igennem et optisk gitter. Dit teoriafsnit skal indeholde: Beskrivelser af alle formler og størrelser i forsøget med dine egne ord. Forklaringer på hvordan teorien og forsøget hænger sammen, hvilke størrelser der måles og hvilke der beregnes. En kort beskrivelse af, hvordan et emissionsspektrum opstår og hvorfor det kan bruges til at identificere et grundstof. (1) Opstilling Apparatur Spektrallampe, fod, drosselspole gitterspektrometer med tilhørende optisk gitter 12

Fremgangsmåde 1. Gitteret sættes i gitterspektrometeret. 2. Spektrallampen anbringes foran spektrometeret som vist på billedet. Lampen må ikke røre spektrometeret. Det er vigtigt at lampen er lige foran den lille slids, der er i kollimatoren på spektrometeret. 3. Lampen tændes og kikkerten på spektrometeret drejes, indtil 0 te orden er fundet (0 te har samme lyserøde farve som lyset fra lampen). Stil kikkerten, så 0 te orden er lige midt i krydset. Lampe, kollimator og kikkert danner her en ret linje. 4. Tjek at 0 te orden er lige midt i krydset i kikkerten og drej vinkelskiven (uden at kikkerten eller resten af spektrometeret følger med) så 0 på skiven står ud for 0 på spektrometeret. 5. Nu kan målingerne begynde. Start med at køre ud til den ene side. Når du ser en lysstribe noteres farven og vinklen aflæses (når striben er lige midt i krydset). 6. Det er kun nødvendigt at undersøge 1. orden, så stop med at øge vinklen, når farverne begynder at dukke op igen. Aflæs vinklerne så præcist som I synes, I kan. 7. Gentag det hele til modsatte side. Måledata. Brug første orden til begge sidder til at bestemme bølgelængden for alle linjerne i spektret. Farve Θ venstre Θ højre Θ gennemsnit λ (nm) λ tabelværdi (nm) Afvigelse(%) 13

Resultatbehandling 1. Beregn den gennemsnitlige afbøjningsvinkel for hver farve. 2. Det udleverede gitter har 300 linjer pr. mm (eller 300000 linjer pr. m). Brug denne information til at beregne gitterkonstanten d. 3. Udregn bølgelængden af lyset ved hjælp af gitterligningen. 4. Identificer grundstoffet, der er i spektrallampen se vejledning nedenfor. 5. Hvorfor gentager spektret sig, når vi kommer ud til større vinkler? Vejledning til identifikation: Der findes nogle tabeller i databogen over emissionsspektrene for nogle udvalgte grundstoffer. Brug tabellen til at identificere, hvad der er i røret. I tabellerne er alle linjer i taget med. Også meget lyssvage linjer, du sikkert ikke kan se. Udover bølgelængderne, står også den relative intensitet opgivet. Det er kun de linjer med den største relative intensitet du kan se. Husk også at der i tabellerne også er bølgelængder, der ligger udenfor det synlige spektrum, som I af gode grunde ikke kan se. 14

4 Bestemmelse af specifik varmekapacitet (varmefylde) for faste stoffer Formål At bestemme den specifikke varmekapacitet for messing ved brug af et messingkalorimeter, samt at bestemme varmekapaciteten af et ukendt lod, og bruge den til at identificere metallet loddet er lavet af. Teori Vi skal i øvelsen bruge følgende formler: Kalorimeterligningen: Opvarmningsformlen/afkølingsformlen: Dit teoriafsnit skal indeholde: Beskrivelser af alle formler og størrelser i forsøget med dine egne ord. Forklaringer på hvordan teorien og forsøget hænger sammen, hvilke størrelser der måles og hvilke der beregnes. Opstilling (1) (2) Apparatur Elkedel, messingkalorimeter, labquest med temperaturmåler, vægt, messing lod, samt et udvalg af ukendte lodder. 15

Fremgangsmåde Afdeling 1: 1. Varm vand op i elkedlen til kogepunktet. 2. Messingloddet vejes (m messing_lod ), sænkes ned i elkedlen og opvarmes i kogende vand til ca. 100 o C (vent to minutter, indtil du er sikker på temperaturen). 3. Massen af indre skål (m skål ) findes. 4. Heri hældes en passende mængde vand (m vand ), så loddet kan dækkes af vandet. Husk at notere både den masse, der vejes (m skål+vand), og den beregnede m vand. 5. Kalorimetervandets begyndelsestemperatur aflæses (T 1 ), og umiddelbart herefter bringes messingloddet over i kalorimeteret, efter at vandet først (hurtigt) er slået af loddet. 6. Under stadig omrøring følges kalorimeterets temperatur og når denne er højest aflæses sluttemperaturen (T 2 ). 7. Forsøget gentages, så i har 2 målinger af hver størrelse Afdeling 2: Forsøget er principielt som før, blot erstattes messingloddet af det ukendte metal. Forsøget udføres igen to gange. Måledata Afdeling 1 Forsøg 1 Forsøg 2 m messing_lod m skål m skål+vand m vand T lod_start T 1 T 2 16

Afdeling 2 Forsøg 1 Forsøg 2 m ukendt_lod m skål m skål+vand m vand T lod_start T 1 T 2 Resultatbehandling 1. Opskriv formlerne for E messing_lod, E kalorimeter og E vand med symboler 2. Indsæt de tre formler i kalorimeter ligningen 3. Hvilke størrelser har vi målt i forsøget? 4. Isoler den specifikke varmekapacitet for messing 5. Brug formlen du nu har lavet til at finde den specifikke varmekapacitet (varmefylden) for J messing brug tabelværdien for vands varmefylde c vand = 4180. grad kg 6. Sammenlign den fundne værdi med tabelværdien 7. Find nu den specifikke varmekapacitet for det ukendte lod brug tabelværdien for messings specifikke varmekapacitet. 8. Hvilket metal er det ukendte lod, og hvor godt passer dit resultat? 9. Hvorfor skal man slå loddet i bordet? og hvorfor hurtigt? 17

5 Bevægelse med konstant og varierende kraft Formål At undersøge bevægelse med konstant kraft (tyngdekraften) og bevægelse med varierende kraft (tyngdekraft og luftmodstand). Teori Vi skal i øvelsen se på bevægelse med konstant kraft, hvor Galileis faldlov gælder: Og bevægelse med varierende kraft, hvor vi skal bruge den resulterende kraft, F res, som er vektorsummen af alle kræfter der påvirker legemet. I dette forsøg bliver F res = F t F luft, hvor F t er tyngdekraften og F luft luftmodstanden. Dit teoriafsnit skal indeholde: Beskrivelser af alle formler og størrelser i forsøget med dine egne ord. Forklaringer på hvordan teorien og forsøget hænger sammen, hvilke størrelser der måles og hvilke der beregnes. Bevægelse med konstant kraft: Opstilling 18

Apparatur Impotæller, 4 lange ledninger, stativ, målebånd, faldapparat med udløserenhed og faldplade, metalkugle. Fremgangsmåde 1. En stålkugle ophænges under magneten. Impotælleren nulstilles. 2. Faldvejen s måles som afstanden fra undersiden af den ophængte kugle til stopkontakten. 3. Tryk på knappen der frigør kuglen og afbryder strømmen, hvorved uret starter. 4. Når kuglen rammer stopkontakten, standser uret og faldtiden t kan herefter direkte aflæses på urets display. 5. Vælg 6 forskellige faldveje, jævnt fordelt i intervallet fra 0,25 m til 2 m. Bestem faldtiden tre gange for hver afstand. Måledata s (m) t 1 t 2 t 3 t middel 19

Resultatbehandling 1. For hver faldvej s bestemmes middelværdien t af de tre målte faldtider t 1, t 2 og t 3. 2. Lav en graf i Logger Pro eller andet regneark med t på x-aksen og s på y-aksen. Beskriv grafen. 3. Derefter beregnes t² og s indtegnes nu som funktion af t². Beskriv igen grafen. 4. Hvilken af de to grafer kan lettest bruges til at eftervise Galileis faldlov begrund dit svar? 5. Brug denne graf til at bestemme en værdi for tyngdeaccelerationen og sammenlign med tabelværdien. Bevægelse med variende kraft Opstilling MD tilsluttes Labquest og monteres i stativet, således at den kan måle på faldende kageformene. Labquesten tilsluttes evt. en computer med Logger Pro, således at målingerne kommer direkte ind på computeren ellers kan de gemmes og flyttes over på en computer Apparatur Motion Detector (MD) til Labquest, stativ, kageforme. 20

Fremgangsmåde Mål på faldet (s, v, a) af en enkelt kageform, 3 kageforme inde i hinanden, og 5 kageforme inden i hinanden, med en faldhøjde på mellem halvanden til to meter. Sørg for, at MD er fri af bordkanten, så den kun måler på kageformene. Det kan godt være, at man skal prøve nogle gange, før man får brugbare grafer. Hvis Labquesten ikke er tilsluttet en computer gemmes dataene som tekst-filer, og eksporteres over på en computer, så I kan lave grafer. Måledata Antal kageforme v max Resultatbehandling 1. Tegn de 3 grafer over v som funktion af t for hvert af forsøgene. 2. Bestem sluthastigheden (den højest opnåede hastighed under faldet) i de tre tilfælde. 3. Er der en sammenhæng mellem sluthastigheden og antallet af kageforme (massen af kageformene)? 4. Forklar forsøget og graferne ud fra de kræfter, der virker på kageformene. Konklusion Skriv en kort konklusion, der sammenfatter de to forsøg. 21

6 Tryk og opdrift Formål Formålet med øvelsen er at finde en væskes densitet på to måder ved hjælp af trykket i væsken og Archimedes lov, og dernæst bruge den til at finde densiteten af et lod. Teori I øvelsen skal vi bruge følgende formler: Trykket fra en væskesøjle: Hvor ρ er væskens densitet, h højden af væskesøjlen, g er tyngdeaccelerationen 9,82 m/s 2 og p 0 er det atmosfæriske tryk. Archimedes lov Hvor ρ v er væskens densitet, V er det fortrængt volumen og g er tyngdeaccelerationen 9,82 m/s 2 (1) (2) Dit teoriafsnit skal indeholde: Beskrivelser af alle formler og størrelser i forsøget med dine egne ord. Forklaringer på hvordan teorien og forsøget hænger sammen, hvilke størrelser der måles og hvilke der beregnes. 22

Opstillinger Apparatur Del 1: Lineal, højt måleglas, trykmåler. Del 2: Lineal, newtonmeter, snor, lod, højt måleglas, skydelære, sprittuds Fremgangsmåde Del 1 1. Fyld måleglasset op med vand 2. Tilslut trykmåleren og mål atmosfære trykket 3. Lav 7 målinger af trykket i væskesøjlen ved forskellige dybder. 23

Del 2 1. Fyld måleglasset med vand 2. Mål diameteren af loddet 3. Tegn tydelige streger på loddet med 1 cm s mellemrum fra bunden af og op. 4. Hæng loddet fast på newtonmetret med snoren 5. Mål kraften loddet trækker i snoren med før det nedsænkes i væsken 6. Sænk nu loddet ned i væsken en cm af gangen og aflæs kraften på newtonmetret. 7. Lav til sidst en måling, hvor loddet er sænket et godt stykke ned under vandet og aflæs newtonmetret. Måledata Del 1 Dybde Tryk 24

Del 2 Loddets diameter: Loddets Tværsnits areal Nedsænket del af loddet Newtonmeter måling Nedsænket volumen F opdrift 0cm 1cm 2cm 3cm 4cm 5cm Hele loddet cm Resultatbehandling 1. Lav en graf over tryk som funktion af dybde. 2. Brug grafen til at finde densiteten af vandet forklar hvordan. 3. Sammenlign densiteten med tabelværdien. 4. Beregn det nedsænkede volumen af loddet for hver måling i del 2 5. Brug dine newtonmeter målinger til at finde opdriften på loddet for alle målingerne i del 2 6. Lav en graf over opdriften som funktion af det nedsænkede volumen af loddet 7. Bestem ud fra grafen vandets densitet og sammenlign med tabelværdien 8. Kommenter på de to forskellige måder at bestemme en væskes densitet er den ene måde bedre end den anden? 9. Nu skal vi finde densiteten af loddet til det skal vi bruge første og sidste måling i del 2 a. Find loddets volumen ud fra opdriften på hele loddet (sidste måling) b. Find loddets masse ud fra første måling i del 2 c. Find loddets densitet d. Sammenlign med tabelværdien 25

7 Batteri som spændingskilde Formål I denne øvelse undersøges to almindelige batterier dels hver for sig, dels koblet i serie og koblet parallelt. Man skal bestemme den indre resistans og hvilespænding. Teori Du kan læse om teorien i de vedlagte sider: s. 36-39 Orbit BA 2.udg. Polspændingen Upol U R I U pol i 0 følger følgende formel: Hvor R i er batteriets indre resistans og hvilespændingen U 0 er polspændingen for I = 0. For seriekoblede batterier forventes det, at den indre resistans er summen af de enkelte batteriers indre resistanser ; det samme gælder for hvilespændingen. For to ens parallelkoblede batterier forventes samme hvilespænding som for det enkelte batteri; den indre resistans skulle opfylde følgende: Dit teoriafsnit skal indeholde: Beskrivelser af alle formler og størrelser i forsøget med dine egne ord. Forklaringer på hvordan teorien og forsøget hænger sammen, hvilke størrelser der måles og hvilke der beregnes. Opstilling 26

Diagram af opstillingen + A V R y _ Opstilling til måling af hvordan polspændingen U pol afhænger af strømmen I gennem kredsen. Strømmen varieres ved at ændre resistansen i den ydre modstand R y. Apparatur 2 batterier, voltmeter, amperemeter, variabel modstand, ledninger Fremgangsmåde 1. Saml kredsløbet men slut det ikke helt (sæt ikke den sidste ledning til batteriet). 2. Indstil den ydre modstand R y på maksimal resistans, slut kredsløbet og notér sammenhørende værdier af strøm og spænding afbryd kredsløbet igen efter aflæsning ellers drænes batteriet. 3. Skru/skyd resistansen lidt ned; notér igen sammenhørende værdier af strøm og spænding dette gøres indtil i har ca. 9 målinger. 4. Fortsæt ned til 1Ω. 5. Forsøget gentages med : et andet batteri de to batterier koblet i serie de to batterier koblet parallelt. 27

Måledata Første Batteri I U pol Andet Batteri I U pol 28

De to batterier seriekoblet I U pol De to batterier parallelkoblet I U pol 29

Resultatbehandling 1. Tegn diagrammer over alle 4 opstillinger 2. Lav 4 grafer over U pol som funktion af I en for hvert af de 4 forsøg 3. Graferne skulle gerne give rette linjer forklar hvad henholdsvis hældningen af linjen og skæringen med y-aksen svarer til. 4. Find forskrifterne for de 4 rette linjer, samt U 0 og R i for hvert af de 4 forsøg. 5. Passer de fundne indre resistanser for serie- og parallelkoblingen med det forventede? 6. Passer de fundne hvilespændinger for serie- og parallelkoblingen med det forventede? 30

8 Absorption af radioaktiv stråling Formål At undersøge α-, β-, γ-strålings evne til at trænge gennem stof, samt at finde halveringstykkelsen for γ-stråling fra en bestemt kilde i bly. Teori Intensiteten I af radioaktiv stråling der måles, efter at strålingen har passeret gennem et stof med tykkelsen x, kan beskrives med formlen: Som i alle andre forsøg med radioaktiv stråling, skal du korrigere for baggrundsstråling I dit teoriafsnit skal du redegøre for alle størrelserne i (1) og (2), samt hvordan størrelserne måles. Du skal også redegøre for, hvad der forstås ved baggrundsstråling og hvordan du bruger formel et til at bestemme halveringstykkelsen x ½. Opstilling Apparatur GM-rør forbundet til impulstæller, mikrometerskrue, alfa-, beta- og gammakilder, aluminium-plade, bly-plader samt diverse stativer, et stykke papir. 31

Fremgangsmåde 1. Baggrundsstrålingen måles ved at lave 5 målinger af 60 sekunder og tage gennemsnittet af disse I b. Husk at kilderne skal være langt væk, når I laver baggrundsmålingerne. 2. Anbring en α-kilde ca. 1cm fra GM-røret og lad tælleren køre. Undersøg hvordan et stykke papir imellem kilde og GM-røret påvirker tælletallet? Hvad med to stykker? 3. Anbring en β-kilde ca. 3cm fra GM-røret og lad tælleren køre. Undersøg hvordan et stykke papir mellem kilde og GM-røret påvirker tælletallet? Hvad med et tyndt og et tykkere stykke aluminium? 4. Nu skal halveringstykkelsen af γ-stråling fra en bestemt kilde i bly findes. Anbring en γ- kilde en 4-5cm fra GM-røret i et stativ. Sæt en aluminiumsskive på stativet imellem kilden og GM-røret og lav to 60s målinger. Skriv resultaterne i tabellen under måling 1. 5. Mål tykkelsen af en blyplade, anbring den på stativet op ad aluminiumspladen og lav to 60s målinger og skriv resultatet i tabellen. 6. Herefter sættes flere og flere blyplader på stativet. Hver gang måles tykkelsen af de plader der tilføjes (som lægges sammen med tykkelsen af alle de blyplader, der allerede er på stativet) og hver gang laves der to 60s målinger på intensiteten fra kilden. 32

Måledata Måling nr. Tykkelse, x mm I 1 I 2 I gennemsnit I bag I kor 1 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Resultatbehandling 1. Forklar hvad i så i pkt 2 og 3 af fremgangsmåden 2. Udregn de korrigerede tælletal I kor 3. Afbild I k som funktion af pladetykkelsen x i regneark. 4. Lav et fit med en eksponentialfunktion og brug forskriften for denne til at bestemme svækkelseskonstanten μ. Overvej, hvad enheden på μ bliver. 5. Beregn herefter halveringstykkelsen. I databogen findes en graf, der viser halveringstykkelsen for gammastråling som funktion af fotonenergien. Bestem, ud fra det fundne halveringstykkelse, på grafen den energi, som de udsendte γ fotoner må have. Sammenlign med tabelværdien (som også findes i grafen). 6. Kilden du bruger er en 137 Cs-kilde og denne er faktisk betaminus aktiv. Opskriv henfaldet. 7. Datterkernen fra dette henfald, 137 Ba *, er derimod gammaaktiv. Opskriv også dennes henfald. 8. Hvorfor tror du, vi satte en aluminiumsplade på stativet, inden vi begyndte at måle på gammastrålingens halveringstykkelse i bly? 33

Teori omkring batteri som spændingskilde Fra Orbit BA 2. udgave 34

35

36

37

38

39