manisa celal bayar üniversitesi eğitim fakültesi fen bilgisi eğitimi
advertisement
MANİSA CELAL BAYAR ÜNİVERSİTESİ EĞİTİM FAKÜLTESİ FEN BİLGİSİ EĞİTİMİ ANABİLİM DALI GENEL FİZİK LABORATUARI - III DENEY KILAVUZU Eylül 2017 GENEL FİZİK III LABORATUVARI DENEY TAKİP FORMU Öğrencinin Adı ve Soyadı: Numarası: Sınıfı: Grubu: Deney No Deney adı 1 Gölge Ve Yarıgölge Olayları 2 Düz Aynada Görüntü 3 Yansıma Kanunları 4 Küresel Aynalarda Görüntü 5 Merceklerde Görüntü 6 Işığın Kırılması 7 Isınma Isısı (Özgül Isı) Ölçüleri 8 Buzun Erime Isısının Bulunması 9 Maddelerde Isı İletkenliği 10 Buzdolabının Çalışma İlkesi 11 Ses Deney yapılış tarihi Deney sonucu Deney sorumlusu imza FİZİK LABORATUVAR ÇALIŞMASI YAPACAK ÖĞRENCİLERİN UYMASI GEREKEN KURALLAR 1. Fizik laboratuvarına neyi, niçin ve nasıl yapacağınızı öğrenip bilinçli olarak geliniz. 2. Laboratuvara girer girmez aletleri rastgele kurcalamayınız. Deney öğretmeninin iznini ve tavsiyelerini alarak önce aletin kullanılışını öğreniniz. 3. Dikkatli ve sabırlı çalışınız. 4. Aletlere nazik davranınız. Onları hor kullanmayınız. Ani hareketlerden sakınınız. Dikkatsizlikten ve bilgisizlikten doğacak bir zararın tarafınızdan ödenmesi gerektiğini, bu aletlere sizden sonra gelecek arkadaşlarınızın da ihtiyacı olduğunu, aletlerin yedeğinin ve yedek parçasının bulunmadığını unutmayınız. Bir aleti kullanmadan önce bozulmuş veya kırılmış olduğunu görürseniz derhal deney öğretmenine bildiriniz. 5. Deney düzeneğini kurarken aletlerin masa üzerindeki konumunu öyle ayarlayınız ki her şey rahatlıkla görülebilsin ve ölçü aletleri size en yakın olsun. 6. Varsa elektriksel bağlantı devresini kurunuz ve deney öğretmenine kontrol ettirmeden kesinlikle devreye akım vermeyiniz. Mevcut akımı kesmeden devrede değişiklik yapmaya veya yeni bir devre kurmaya kalkışmayın. 7. Bir anda yalnız tek bir şey yapınız. Küçük bir dikkatsizlik ve dalgınlık büyük bir zaman ve para kaybı olabilir. 8. Ölçüm sırasında sakin olunuz. Ölçülerinizi bir çizelgeye özenle ve birimini belirterek yazınız. Gerekiyorsa hatırlatıcı ve dikkat çekici kısa notlar alınız. İÇİNDEKİLER Gölge ve Yarıgölge Olayları…………………………………………………………………………………..… 1 Düz Aynada Görüntü………………………………………………………………………………………………..2 Yansıma Kanunları………………………………………………………………………………………………….. 5 Küresel Aynalarda Görüntü……………………………………………………………………………………...7 Merceklerde Görüntü…………………………………………………………………………………………….10 Işığın Kırılması………………………………………………………………………………………………………..13 Isınma Isısı (Özgül Isı) Ölçüleri…………………………………………………………………………………16 Buzun Erime Isısının Bulunması……………………………………………………………………………..18 Maddelerde Isı İletkenliği………………………………………………………………………………………20 Buzdolabının Çalışma İlkesi……………………………………………………………………………………22 Ses…………………………………………………………………………………………………………………………23 1. DENEY: GÖLGE VE YARIGÖLGE OLAYLARI GENEL BİLGİ: Işık kaynağından çıkan ışığın, bir kısmının ışığı geçirmeyen bir cisim tarafından engellenmesiyle oluşan karanlık bölgelere gölge denir. Böyle bir sistemde; ışık kaynağından çıkan ışık ışınlarının hiç ulaşamadığı koyu bölgelere tam gölge, ışık ışınlarının çok az bir oranda ulaştığı daha açık renkli yerlere ise yarı gölge denir. Araç ve Gereçler - Mum (2 adet), ekran Statif çubuk, üç ayak (2 adet), bağlama parçası( 2 adet) Plastik çubuk (ya da kurşun kalem) Deneyin Yapılışı: Aşağıdaki şekilde görülen her iki düzeneği ayrı ayrı ya da sıralı bir şekilde kurabilirsiniz. Öncelikle ilk düzenek için bir mum yakarak ekran üzerinde çubuğun oluşturduğu görüntüyü gözlemleyiniz. Sonra bir mum daha yakıp diğer yanan mumun yanına yerleştiriniz. Ekran üzerinde görülenleri ve bir önceki düzenek ile karşılaştırıldığında oluşan farlılıkları gözlemleyiniz. Daha sonra yan yana getirmiş olduğunuz bu mumları birbirinden yavaş yavaş uzaklaştırarak ekran üzerinde oluşan farklılıkları inceleyiniz. En son olarak da; bu kez mumları ileri geri hareket ettirerek düzenekteki çubuğu yaklaştırıp uzaklaştırınız. Ekran üzerinde oluşan farklılıkları incelemeye devam ediniz. Sonuç ve Tartışma: 1. Deneyinizde oluşan gölgeler, deneyinizin hangi aşamalarında daha büyümüş ve küçülmüştür? 2. Deneyinizde oluşan bu göle olayları size göre ışığın hangi özellik ya da özelliklerinden oluşmaktadır? Tartışıp araştırınız. 3. Güneş ve ay tutulmaları hakkında neler biliyorsunuz? Tartışıp araştırarak açıklayınız. 1 2. DENEY: DÜZ AYNADA GÖRÜNTÜ Genel Bilgi: Işık doğrusal yolla yayılır. Işığın yolu üzerine saydam olmayan bir madde yerleştirilirse, ışık bu maddeye çarparak geri döner. Eğer ki bu konulan madde bir düz ayna ise, ışık geldiği açı ile geri döner. Yani böylece tam yansıma gerçekleşir. Düz aynalar farklı konumlarda yerleştirilerek bir cismin birden fazla görüntüsü oluşturulabilir. Düz aynanın karşısında ki bir aynanın görüntüsünü bulabilmek için en az iki ışık ışını kullanılmalıdır. Aşağıda görülen şekilde ki gibi bir düz aynanın karşısında bulunan bir AB düzleminin görüntüsünü oluşturabilmek için önce A noktasından aynaya biri dik, diğeri ise eğik iki ışık ışını gönderilir. Burada, yansıyan ışınların kesiştiği 𝐴𝐼 noktası A noktasının görüntüsünü oluşturmaktadır. Daha sonra aynı işlemler B noktası için tekrarlanır. Böylece 𝐴𝐼 noktası ile 𝐵 𝐼 noktası birleştirilerek herhangi bir AB cisminin 𝐴𝐼 𝐵 𝐼 görüntüsü bulunmuş olur olur. Aynalarda perde (ekran) üzerine düşürülebilen görüntülere gerçek görüntü, perde üzerine düşürülemeyen görüntülere ise zahiri görüntü denir. Zahiri görüntüler aynanın arkasında oluştukları için görünmezler. Araç ve Gereçler - Cam levha Düz ayna, ışık perdesi Tabanı kesik şişe ya da bardak İki mum (birbirinin aynı), cetvel Ayna altlığı veya döküm ayak Herhangi bir cisim (kalem, silgi) Deneyin Yapılışı: Bu deneyde düzeneği hazırlarken, aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi bir cam levhayı dik olarak bir zemine yerleştiriniz. Camın arka tarafına ise kesik bir şişe ya da bardak(ya da bir beher) koyunuz. Yanan bir mumu öyle bir yere yerleştiriniz ki, bu mumun görüntüsünü bardağın içerisinde görebilin. Aynı deneyi bu kez şişe ya da bardak yerine yanmayan ikinci bir mum kullanarak yineleyip gözlemleyiniz. Mumun ve görüntünün (yani ikinci mumun) cama olan uzaklığını ölçüsünüz. Daha sonra bu düz aynayı masa üzerine koyup aynanın önüne belli bir mesafede bir cisim yerleştirerek bu cismin görüntüsünü elde etmeye çalışınız. Cismi aynaya yaklaştırarak, uzaklaştırarak ve aynaya çakışık hale getirerek oluşan görüntüleri inceleyiniz. Oluşan görüntülerin ve cismin boyuna dikkat ediniz. En son olarak görüntüyü bir ekran ya da perde üzerine düşürmeye çalışınız. 2 Kesişen İki Düz Aynada Oluşan Görüntüler Genel Bilgi: Aralarında açı oluşturacak şekilde yerleştirilen aynalarda görüntü sayısı aşağıda verilen bağıntı ile bulunabilir; n= 360 𝑎0 −1 Bu denklemdeki 𝑎0 açısı düz aynalar arasındaki açıyı ifade etmektedir. Not: Düz aynalar hakkında daha detaylı bilgi için önceki deneye bakınız. Araç ve Gereçler: Mum, Düz ayna (2 adet), optik daire Deneyin Yapılışı: Öncelikle iki düz aynayı optik daire üzerine birbirine temas edecek şekilde dik olarak koyunuz. Sonra yanan bir mumu optik dairenin sıfır yazan kısmına yerleştirerek, aynalar arasındaki açıyı 90° olarak ayarlayıp oluşan görüntü sayısını gözlemleyiniz. Bu deneyi aynalar arasındaki açıyı farklılaştırarak birkaç kez yineleyiniz. Son olarak aynalar arasındaki açıyı 0° olacak şekilde (yani birbirine paralel konuma getirerek) düzenleyerek oluşan görüntü sayısını inceleyiniz. 3 Sonuç ve Tartışma: 1.Deneyinizin her bir aşamasındaki gözlemlerinizi belirtiniz. 2.Bu deneyden elde ettiğiniz sonuçlara göre bir cismin düz aynadaki görüntüsü ve yeri ile ilgili özellikleri tartışarak belirtiniz. 3.Periskop nedir? Özellikleri nelerdir? Araştırınız. 4.Günümüzde düz ayna nerelerde kullanılmaktadır? Araştırıp, örneklerle açıklayınız. 5.Yaptığınız deneyde gördüğünüz görüntü sayıları, denklem ile bulunan sonuçlarla karşılaştırıldığında uyuşmakta mıdır? Açıklayınız. 6.Yaptığınız deneyde aynalar paralel konumda yerleştirildiğinde oluşan görüntü sayısı, görüntü boyları hakkında ne söyleyebilirsiniz? Yorumlayarak açıklayınız. 7.Aynalar paralel konumda yerleştirildiğinde, oluşan bütün görüntüleri dikkatlice inceleyiniz. Bu görüntülerin özellikleri hakkında neler söyleyebilirsiniz? Tartışarak açıklayınız. 4 3. DENEY: YANSIMA KANUNLARI GENEL BİLGİ: Herhangi bir yüzeyi çok iyi parlatılmış düzlem parçasına düz ayna denir. Aynaların arka yüzleri ise, civa ve kalay karışımı ile kaplanır. Bir ışık kaynağından bir yüzeye gelen ışığın doğrultusunu değiştirip geldiği ortama geri dönmesine yansıma denilmektedir. Pürüzlü yüzeyler ışığı dağınık olarak, düzgün ve parlak yüzeyler ise ışığı düzgün olarak yansıtırlar. N Gelen ışın A B yansıyan ışın Yukarıdaki şekilde de görüldüğü gibi; gelen ışığın aynaya değdiği noktadan, aynaya çizilen dik doğruya normal (N) denir. Burada aynaya gelen ışına gelen ışın yansıyan ışına ise yansıyan ışın denir. Norma ile gelen ışın arasında bulunan açıya gelme açısı, normal ile yansıyan ışın arasındaki açıya yansıma açısı denir. Eğer aynaya gelen ışın, normal doğrultusundaysa ışın kendi üzerinden geri yansır. Yansıma olayında değişmeyen bazı kurallar vardır. Bunlar yansıma yasaları olarak bilinirler. Yansıma yasaları kısaca şöyle ifade edilebilir: - Gelen ışın, yansıyan ışın ve normal ışın aynı düzlemde bulunurlar Gelen ışının normal ile yaptığı açı yansıyan ışının normal ışın ile yaptığı açıya eşittir Araç ve Gereçler: - Beyaz karton, siyah karton Çivi, yapıştırıcı, çekiç Işık kaynağı Güç kaynağı 20 x 30 cm boyutlarında tahta (2 adet) Düz yana, açı ölçer Destek çubuğu Deneyin Yapılışı: Bu deneyi aşama aşama aşağıda belirtilen şekilde düzenleyiniz. Önce beyaz bir kartonun ortasıdan bir dik doğru çizerek kartonu bir tahtanın üzerine yapıştırınız. Daha sonra bir düz aynayı yatay olarak bir zemin üzerine yerleştiriniz bu aynanın üzerine tahtayı dik olarak yerleştiriniz. Ortasına küçük bir delik açılmış siyah kartonu ışık kaynağının camına yapıştırınız. Sonra aşağıdaki şekilde görülen düzeneği hazırlayınız. Işık kaynağından gelen ışınların karton levhaya teğet değip ‘’ O ‘’ noktasına gelmesini sağlayarak 5 aynaya gönderilen ışın ile aynadan yansıyan ışını gözlemleyiniz. Aynı deneyi farklı açılarda birkaç kez tekrarlayınız. Sonuç ve Tartışma: 1. Yaptığınız deneyin ilk aşamasında gelen açı ile yansıyan açı arasında nasıl bir ilişki vardır? Gözlemleyiniz. 2. Farklı açılarda yaptığınız diğer denemelerinizde, gönderdiğiniz açı ile yansıyan açı arasında nasıl bir ilişki buldunuz? 6 4. DENEY: KÜRESEL AYNALARDA GÖRÜNTÜ Genel Bilgi: Bu tür aynalar cisimleri ya daha küçük ya da daha büyük gösterirler. Küresel aynalar çukur ve tümsek olmak üzere ikiye ayrılırlar: Çukur Aynalar: Yansıtıcı yüzeyi bir küre kapağının iç yüzeyi olan küresel aynalara çukur ayna(konkav ya da iç bükey) denir. Çukur aynada; cisim aynaya yaklaştıkça görüntüsü aynadan uzaklaşır. Ekran ya da perde üzerine düşürülebilen bir görüntü oluşturabilmek için, cismin ayna odağı ile çukur ayna arasında olması gerekir. Böyle bir görüntü sanal yani zahiri bir görüntüdür. Böyle bir görüntünün özelliği düz ve cisimlerden büyük olmasıdır. Diğer görüntüler ise ekran (ya da perde) üzerine çok zor düşürülür. Çukur ayna yansıyan ışığı bir noktada toplar. Çukur aynaya paralel gelen ışınlar aynada yansır ve çukur ayna bu ışınları odakta toplar. Tümsek Aynalar: Yansıtıcı yüzeyi bir küre kapağının dış yüzü olan küresel aynalara tümsek ayna (konveks ya da dış bükey) denir. Tümsek aynalar, aynaya gelen ışınları yansıtarak uzaklaştırır ve dağıtır. Bu aynaların odağı sanaldır. Bu sebepledir ki; hiçbir zaman gerçek görüntü oluşturmaz. Oluşturduğu görüntünün özellikleri hep sanal, düz ve küçük olmasıdır. Bu aynaları birer küreye tamamladığında kürelerin merkezi, aynaların da merkezi olur ve ‘’M’’ sembolü ile ifade edilir. Bu aynaların küresel yüzünün tam orta noktasına tepe noktası (T), merkez ile tepe noktasının tam orta noktasına odak noktası (F) denir. Bu aynaların; merkezinden tepe noktasına dik olarak çizilen çizgiye asal eksen, odak noktasının tepe noktasına olan uzaklığına odak uzaklığı (f), merkezin tepe noktasına olan uzaklığına ise merkez uzaklığı (2f) denir. Aynalarda kullanılan bağıntılar ise şöyledir: 1 1 = 𝑓 𝐷𝑐 1 𝑓 = 1 1 𝐷𝑐 𝐷𝑔 1 𝐷𝑐 𝐻𝑐 = 𝐷𝑔 𝐷𝑔 𝐻𝑔 (Sanal uzaklıklar için) Dc= Cismin aynaya olan uzaklığı Dg= Görüntünün aynaya olan uzaklığı Hc= Cismin boyu Hg= Görüntünün boyu Küresel aynalarda oluşan görüntünün çizimini yapabilmek için aşağıdaki kurallara uyulması gerekmektedir: Bu tür aynalarda, cismin tepe noktasından asal eksene paralel bir ışın çizi lerek yansıyan ışının odak noktasından geçirilmesi sağlanır. Daha sonra ikinci bir ışın cismin tepe noktasından ve 7 aynı zamanda aynanın merkezinden de geçecek şekilde çizilerek, bu ışının kendi üzerinden yansıması sağlanır. İşte bu iki ışının kesiştiği noktada aynadaki görüntü oluşmuş olur. Eğer, bu ışınlar asal eksenin altında kesişirlerse oluşan görüntü ters; eğer ki, asal eksenin üzerinde kesişirlerse görüntü düz olmaktadır. Araç ve Gereçler - Mum, cetvel Statif çubuk, ekran, 3 ayak (iki adet) Ayaklı sehpa, bağlama parçası(iki adet) Tümsek ayna, çukur ayna Deneyin Yapılışı: Aşağıda ki şekilde görüldüğü gibi bir çukur ayna düzeneği kurunuz. Daha sonra bu aynanın odak noktasını bulunuz. Daha sonra bir adet yanan mumu tabloda belirtilen yere yerleştiriniz. Her biri için bir düzenek oluşturarak görüntülerin boyunu ve özelliklerini belirleyerek aşağıdaki tabloyu belirleyiniz. Deneme no Cismin bulunduğu yer(aynaya uzaklığı) Görüntünün yeri Görüntünün bulunduğu yer(aynaya uzaklığı) Görüntünün Görüntünün ters veya düz cisme göre olması büyüklüğü 1 2 3 4 5 Deneyinizin bu aşamasında ise, bu kez aynı düzenekleri tümsek ayna için oluşturunuz. Öncelikle yine yanan bir mumun görüntüsünü ekran üzerine düşürmeye çalışarak mumu aynaya yaklaştırıp uzaklaştırınız. Böylece aynanın odak noktasını bulunuz. Gerek ekran üzerine ve gerekse aynanın içine bakarak görüntüyü görmeye çalışınız. 8 Sonuç ve Tartışma: 1- Yaptığınız deneyde ki düzeneklerde mumun bulunduğu yere göre, elde edilen görüntülerin özellikleri nedir? 2- Her bir düzenek için; aynada oluşan görüntüleri birde çizerek bulunuz. Sonuçlar gördüklerinizle uyuşmakta mıdır? 3- Tümsek ayna ile yapmış olduğunuz deneyin sonunda oluşan görüntü nerede görülmüştür? 4- Bu deneyden elde ettiğiniz sonuçlara göre çukur ve tümsek aynalar nerelerde kullanılmaktadır? Tartışıp araştırarak örnekler veriniz. 5- Otomobillerde kullanılan aynaların özellikleri nedir? Tartışıp araştırınız. 6- Dg,Dc,Hg,Hc,f kavramlarının birbirleri ile olan ilişkilerini yaptığınız bu deneyde bulunuz. 9 5. DENEY: MERCEKLERDE GÖRÜNTÜ Genel Bilgi: İki yüzü küresel ya da bir yüzü düz, diğer yüzü küresel özellik de olan saydam cisimlere mercek denir. Mercekler iki ana guruba yarılır: İnce kenarlı (yakınsak) mercekler: ortası kalın kenarları ince saydam cisimlerdir. İnce kenarlı mercekte sonsuzdan gelen (paralel olarak) ışınlar mercekte kırılarak odak noktasında toplanırlar. İnce kenarlı mercek ışınları kırarak yakınlaştırır. Bu sebepledir ki; ince kenarlı merceğe yakınsak mercek de denir. Gelen ışınlar mercekten geçerken özel bir durum oluşturdukları için bu ışınlara özel ışınlar denir. Bu gelen ışınların yâda uzantılarının kesiştiği noktalar ise cismin görüntüsünü oluşturur. Mercekten geçen ışınların toplandığı noktaya odak noktası denir ve “F” sembolü ile gösterilir. Bu odak noktasının merceğin optik merkezine olan mesafesine ise odak uzaklığı denir ve “f” sembolü ile gösterilir. İnce kenarlı mercekte özel ışınların geçişi şöyle ifade edilebilir: - Optik merkezden geçecek şekilde gelen ışın, doğrultu değiştirmeden mercekten geçer. Odaktan geçerek gelen ışın, mercekte kırıldıktan sonra asal eksene paralel uzanır. Asal eksene paralel gönderilen ışın, odaktan geçecek şekilde kırılır. İnce kenarlı mercekte cisim merceğe odak uzaklığından daha fazla uzaklık da ise görüntü gerçek ve terstir. Böyle görüntüleri görmek ve bir ekran ya da perde üzerine düşürmek zordur. Fakat bu cisim mercek ile odak arasında ise, ekran ya da perde üzerinde sanal, düz ve büyük bir görüntü elde edilir. Bu görüntüyü oluşturan merceğe ise büyüteç denir. Kalın kenarlı (ıraksak) mercekler: Ortası ince, kenarları kalın olan saydam cisimlerdir. Bu mercekler ışığı dağıtırlar. Kalın kenarlı mercekler, sanal odaklıdır. Merceğe sonsuzdan (paralel) gelen ışınlar mercekte kırılarak uzaklaşırlar. Bu merceğe ıraksak mercek de denir. Kalın kenarlı mercekler ile oluşturulan görüntü, merceğin içinde, düz, sanal ve küçüktür. Kalın kenarlı mercekte özel ışınların geçişi şöyle ifade edilebilir: - Optik merkezden geçecek şekilde gelen ışın, doğrultusunu değiştirmeden mercekten geçer. Merceğin arkasındaki odak noktasına gönderilen ışık ışınları kırılarak asal eksene paralel uzanır. Asal eksene paralel gönderilen ışık ışınları, uzantıları odak noktasından geçecek şekilde kırılırlar. 10 Merceklerde aşağıda belirtilen bağıntı geçerlidir: 1 𝑓 1 =(n-1) + 1 𝑅1 𝑅2 f= Odak uzaklığı (odak noktası ile optik merkez arası) n= Merceğin bulunduğu ortamda bağıl kırılma indisi n= 𝑅1 ,𝑅2 𝑛𝑚𝑒𝑟𝑐𝑒𝑘 𝑛𝑜𝑟𝑡𝑎𝑚 = eğrilik yarıçapları Formül kullanırken eğrilik yarıçapları tümsek yüzeyler için (+), çukur yüzeyler için ( -) alınır. Iraksak mercekler için merceğin odak uzaklığı negatif (sanal), yakınsak mercek için pozitif çıkar. Ancak bir merceğin bulunduğu ortam mercekten daha kırıcı ise formüldeki (n-1) negatif çıkacağından odak uzaklığı, yakınsak mercekler için negatif, ıraksak mercekler için pozitif çıkar. Araç ve Gereçler: - Mum - İnce kenarlı mercek, kalın kenarlı mercek - Bağlama parçası, saplı ekran, üç ayak (2 adet) Deneyin Yapılışı: Aşağıdaki şekilde görülen düzeneği hazırlayınız. Düzeneğe yerleştirdiğiniz bir mumun, merceğin öbür yanındaki ekrana küçük bir görüntüsünü düşürerek merceğin odak noktasını belirleyiniz. Odak noktasını belirledik den sonra bu kez mumu, mercek ile bu merceğin belirlemiş olduğunuz odak noktası arasında bir yere yerleştiriniz. Daha sonra mumu merceğin odak noktasına yerleştiriniz. Bu kez mumu odak ile iki odak arasına yerleştirip ekranda net bir görüntü bulmaya çalışınız. Sonra merceği iki odak uzaklığından daha uzağa yerleştirerek bir görüntü bulmaya çalışınız. NOT: Her bir düzenekte görüntüyü oluşturabilmek için ekranı ileri geri hareket ettiriniz. Yaptığınız her bir düzeneğe göre aşağıdaki tabloyu oluşturunuz. Deneyinizde aynı işlemleri bu kez de kalın kenarlı mercek ile oluşturduğunuz yine aynı düzenekler için gerçekleştiriniz. 11 Deneme no Cismin yeri (cm) Görüntünün yeri (cm) Cismin boyu (cm) Görüntünün boyu (cm) Cismin merceğe uzaklığı Görüntünün merceğe uzaklığı 1 2 3 4 5 Sonuç ve Tartışma: 1. Yaptığınız deneyin her bir aşamasındaki, ince ve kalın kenarlı mercekle bulduğunuz görüntü özellikleri hakkında neler söyleyebilirsiniz? Bulduğunuz bu görüntü özelliklerini, birde çizimle gösterip yorumlayınız. 2. Deneyinizde ıraksak mercekte yakınsak mercekteki kadar fazla görüntü elde edebildiniz mi? Neden? Tartışınız. 3. Merceklerin günümüzde nerelerde kullanıldığını tartışıp araştırınız. 4. Dg, Dc, Hg, Hc, f kavramlarının birbirleri ile olan ilişkilerini yaptığınız bu deneyde bulunuz. 5. Bu deneyinizden yola çıkarak, bir mikroskobun çalışma prensibini tartışıp araştırınız. 6. Bu deneyinizden yola çıkarak, bir gözün yapısını ve oluşan göz kusurlarını araştırınız. 7. Işık ve ışık teorileri nelerdir? Araştırınız. 8. Ultraviyole ve enfraruj ışınlar hakkında neler biliyorsunuz? Açıklayınız. 9. Bu deneyden elde ettiğiniz bilgiler ışığında kendiniz bir büyüteç yapmaya çalışınız. 12 6. DENEY: IŞIĞIN KIRILMASI GENEL BİLGİ: Farklı ortamlarda ışık ışınları farklı hızla hareket ederler. Bu hız farklılığı nedeniyle ışık ışınları saydam bir ortamdan başka bir saydam ortama geçerken doğrultu değiştirirler. İşte ışığın saydam bir ortamdan başka bir saydam ortama geçerken doğrultu değiştirme olayına kırılma denir. Kırılma olayı bu iki saydam ortamı ayıran ara bir kesit üzerinde oluşur ve burada ışığın bir kısmı ikinci ortama doğrultu değiştirip geçerken bir kısmı ise yansır. ORTAM 1 (A) ORTAM 2 (B) i Normal r Işığın kırılması olayında bazı temel kavramlar bulunmaktadır. Bu kavramlar kısaca şöyle ifade edilebilir: Gelen ışın: Birinci ortamdan ikinci ortamın ara kesitine gelen AO ışık demetidir. Normal: Işığın gelme noktasından iki ortamın arakesitine çıkılan dikmedir. Kırılan ışın: Gelen ışının iki ortamın arakesitine düştüğü O noktasıdır. Gelme açısı: Gelen ışının normalle yaptığı ‘’ i ‘’açıdır. Kırılma açısı: Kırılan ışının, normalle yaptı ‘’ r ‘’ açıdır. Sapma açısı: Kırılma olayında gelen ışının doğrultusu ile kırılan ışının doğrultusu arasında kalan açıya denir. Sapma açısının değeri ( i-r ) ifadesine eşittir. Kırılma olayı aşağıda belirtilen iki genel kurula uyar. Bunlar kırılma kanunları olarak ifade edilir: - Yüzeyin normali, gelen ışın ve yansıyan ışın aynı düzlem içindedir. Gelme açısı ile kırılma açısının sinüs değerleri ve ortamların kırıcılık indisleri birbiri ile bağımlıdır. ( Bu Snell kanunu olarak ifade edilir) Işık az kırıcı bir ortamdan çok kırıcı bir ortama geçerken normale yaklaşara; çok kırıcı bir ortamdan az kırıcı bir ortama geçerken ise normalden uzaklaşarak kırılmaktadır. 13 Bunu şöyle ifade edebiliriz: Belli iki ortam için gelme açısının sinüsü ile kırılma açısının sinüsü arasında değişmez bir oran vardır. Bu değişmez orana ışığın girdiği ortamın, geldiği ortama göre bağıl kırılma indisi denir. Bu yasa şöyle ifade edile bilir; sin 𝑖 sin 𝑟 =𝑛12 = 𝑛2 𝑛1 Ayrıca belirtilmesi gereken diğer bir özellik ise şöyledir: Kırılma olayında ikinci ortamın (𝑛2 ), birinci ortama ( 𝑛1 ) göre kırılma indisi ‘’ 𝑛12 ‘’; ışığın geldiği ortamdaki yayılma hızı 𝑉1 ‘ in, ışığın kırıldığı ortamdaki yayılma hızı 𝑉2 ‘ye oranına eşittir. Bu ifade matematiksel bir bağıntı olarak ise şöyle gösterilebilir: 𝑛12 = 𝑉1 𝑉2 ‘ dir Araç ve Gereçler: - Cam kap (dikdörtgen prizması şeklinde), beher Diyafram ve taşıyıcı Alçak gerilim güç kaynağı Optik daire, ışık kaynağı Statif çubuk, bağlama parçası, üçayak Su, kurşun kalem Deneyin yapılışı: Bu deneyi aşama aşama gerçekleştiriniz. Önce boş bir beherin içine kurşun kalemi koyarak, bu kalemin görüntüsünü inceleyiniz. Daha sonra aynı behere su koyarak kalemin görüntüsünü tekrar inceleyiniz. Daha sonra ise aşağıdaki şekilde görülen düzeneği hazırlayınız. Burada görüldüğü gibi içi su dolu olan büyük cam kabı optik dairenin önüne getiriniz. Işık kaynağından ince bir ışık ışınını belli bir açıyla suya ulaştırınız. Suya geçen ışık ışınının kırılma açısını inceleyerek gelme açısı ile kırılma açısını karşılaştırarak gözlemleyiniz. Aynı deneyi su yerine cam kullanarak yenileyip oluşan kırılma açısını gözlemleyiniz. 14 Sonuç ve Tartışma: 1. 2. 3. 4. Deneyinizden yola çıkarak ışığın kırılma olayını açıklayınız. Deneyinizde kalem su içerisindeyken nasıl görünmektedir? Farklımıdır ? Neden? Deneyinizde elde ettiğiniz sonuçlara göre su ve camdaki kırılma açılarını karşılaştırınız. Işık hangi ortamda daha fazla kırılır? Bunu etkileyen faktörler nelerdir? Açıklayınız. 15 7. DENEY: ISINMA ISISI (ÖZGÜL ISI) ÖLÇÜLERİ Genel Bilgi: ısı enerjisinin birimi joule dür, özel olarak da kaloridir(Cal). Kütlesi m olan bir cismin sıcaklığını ∆T ℃ kadar değiştirmek için gereken ısı miktarı; ∆𝑄=mc∆T (1) Burada c ısınma ısısı veya özgül ısı adını alır. (1) bağıntısında ki mc çarpımına cismin ısı sığası ya da su cinsinden değeri denir. Atomgram kütlesi A ve ısınma ısısı c olan bir elementin atom ısısı; C=cA (2) Bağıntısını yazabiliriz. Metallerin atom ısıları yaklaşık olarak C≈6 cal/atomgram℃ dır. Bu ifade Dulong - Petit Yasası olarak bilinmektedir. Deneyin Yapılışı: 1. Cam beherdeki su bir ısıtıcı ile kaynamaya bırakınız. 2. Isınma ısısı ölçülerek cismin m kütlesini terazide tartınız ve çizelgeye yazı nız. 3. Kalorimetre önce boş iken, 𝑀1 kütlesini tartınız. Sonra kalorimetrenin 2/3 ne kadar su doldurarak 𝑀2 kütlesini tartınız. Kalorimetre içindeki saf suyun kütlesi M=𝑀2 -𝑀1 dir. 4. Isınma ısısı ölçülecek cisme ince bir ipliğe bağlayarak kaynamakta olan suya daldırınız ve sıcaklığı suyun kaynama sıcaklığına (T’) ulaşması için kabın içinde 4-5 dakika bekletiniz. Deneyin yapıldığı sırada atm basıncını ölçünüz ve bu basınç altındaki saf suyun kaynama sıcaklığını (T’) tablodan okuyarak çizelgeye yazınız. 5. Kalorimetre kabındaki saf suyu karıştırarak T sıcaklığını termometreden okuyunuz. Bu sıcaklığın hiç değişmediğine karar verdikten sonra kaydediniz. Kalorimetreyi kaynamakta olan suyun yanına götürünüz. Kapağı çok kısa bir süre için açıp, cismi olabildiğince çabuk bir şekilde kalorimetre kabının içine koyunuz ve ağızını hemen kapatınız. Kalorimetredeki suyu devamlı bir şekilde yavaş yavaş karıştırarak sistemin denge sıcaklığını (𝜃) termometreden okuyunuz ve kaydediniz. 6. Kalorimetre yasalarında; mc(T’- 𝜽)=(M𝒄𝒔𝒖 +W)( 𝜽-T) yazabiliriz. Buradan, cismin c ısınma ısısı bulunur. W, kalorimetre sisteminin su cinsinden değeri olup kalorimetre üzerinde yazılıdır. Yukarıdaki işlemleri 3-5 yenileyerek ortalama c ısınma ısısını hesaplayınız. 7. Dulong –Petit yasasından yaralanarak cismin bağıl atom kütlesini hesaplayınız. 16 Ölçüler ve Sonuçlar: W=………………………. m(g) 𝑴𝟏(g) P=………………………… 𝑴𝟐(g) M (g) Ortalama ısınma ısısı c=……………………… T’ (℃) T (℃) 𝜽(℃) C (cal/g℃) Yaklaşık bağıl atom kütlesi A=………………….. Sorular 1. Isı ve sıcaklık arasında ne fark vardır? Isı ve sıcaklık birimlerini söyleyiniz. 2. Isınma ısısı, ısı sığası ve atom ısısı kavramlarını tanımlayınız. Çeşitli birim sistemlerinde ki birimlerini yazınız. 3. Isı sığasına “su cinsinden değer” denmesinin nedeni nedir? 4. Erime ısısını tanımlayınız. Erime ısısı ile erime sıcaklığı arasında ne fark vardır. 5. Kalorimetre yasalarını söyleyiniz. 6. Dewar Kapları’nın ideal bir kalorimetre kabı olarak kullanılabilmesinin nedeni nedir. 7. Suyun kaynama sıcaklığı dış basınca bağlı mıdır? Niçin? 8. Dulong – petit yasasını anlatınız. 17 8. DENEY: BUZUN ERİME ISISININ BULUNMASI Genel Bilgi: Erime sıcaklığında birim kütlenin katı cismi yine aynı sıcaklıkta birim kütleli sıvı hale getirmek için aktarılması gereken ısı miktarına bu cismin erime ısısı denir. Erime sıcaklığındaki m kütleli katının aynı sıcaklıkta m kütleli sıvıya dönüşürken aldığı ısının hesaplanmasında Q=m𝑳𝒆 bağıntısı kullanılır. Deneyin Yapılışı: 1. Termometre ve karıştırıcı ile birlikte kalorimetre boş ve kuru iken tartılır(𝑚 1). 2. Kalorimetre kabı üçte ikisine kadar su doldurularak tekrar tartılır(𝑚 2 ) 3. Böylece kalorimetre kabına konan suyun kütlesi 𝑴𝟏= 𝒎𝟐− 𝒎𝟏 bağıntısından hesaplanır. 4. Kalorimetredeki su yavaş yavaş fakat devamlı olarak karıştırılırken sıcaklık değişimi termometreden izlenir. Sıcaklığın sabit kaldığı termometre değeri derecenin kesirlerine kadar dikkatle okunarak kaydedilir.(𝑇1 ) 5. Yaklaşık 50 g buz kurutma kağıdı ile kurulanarak kalorimetre kabı içine atılır, kapak hemen kapatılır. Kalorimetre yavaş yavaş fakat devamlı karıştırılırken sıcaklığın düşüşü termometreden izlenir ve sabit kaldığı(daha fazla düşmediği) s ıcaklık değeri dikkatle okunarak kaydedilir(T) 6. Kalorimetre kabı tekrar tartılır(𝑚 3 ) 7. Kalorimetre kabına konan buzun kütlesi 𝑴𝟐= 𝒎𝟑− 𝒎𝟐 bağıntısından hesaplanır. 8. Buzun aldığı ısı (önce erimek sonra T sıcaklığına kadar ısınmak için), kalorimetre kabının ve içindeki suyun verdiği ısıya eşit olacağından; 𝑸𝒂𝒍𝚤𝒏𝒂𝒏 =𝑸𝒗𝒆𝒓𝒊𝒍𝒆𝒏 𝑴𝟐 𝑳 + 𝑴𝟐 𝒄𝒔𝒖(T-0)=𝑴𝟏 𝒄𝒔𝒖(𝑻𝟏-T)+W(𝑻𝟏-T) konularak buzun erime ısısı (L) hesaplanır. bağıntısında ölçülen değerler yerine Ölçüler ve Sonuçlar: Sıcaklıklar ℃ olarak Kütleler gram olarak 𝒎𝟏 𝒎𝟐 𝒎𝟑 𝑴𝟏 𝑴𝟐 𝑻𝟏 𝑻𝟐 L T (cal/℃) Ortalama L= 18 Sorular 1. 2. 3. 4. 5. Erime sıcaklığını tanımlayınız. Erime ısısını tanımlayınız. Erime ısısının birimi nedir Kalorimetre yasalarını tanımlayınız. Suyun erime sıcaklığı dış basınca bağlı mıdır? Niçin ve nasıl? Açıklayınız. Deneyinizde ki hata kaynakları neler olabilir? 19 9. DENEY: MADDELERDE ISI İLETKENLİĞİ Genel Bilgi: Isı ve sıcaklık kavramlarının üzerinde önceki deneylerde de durulmuştu. Isı ve sıcaklık birbirine etkileyen, fakat farklı kavramlardır. Herhangi bir maddenin ısısı; o madde de bulunan bütün taneciklerin potansiyel ve kinetik enerjilerinin toplamına eşittir ve ‘’Q’’ sembolü ile gösterilir. Bir maddenin sıcaklığı ise; o maddede bulunan atom ya da moleküllerden sadece bir tanesinin ortalama kinetik enerjisi ile orantılıdır. Katı halde olan bir madde için; bu maddeyi oluşturan tanecikler (atom ve molekül) birbirlerine çok yakın olarak bulunurlar ve bu tanecikler sürekli titreşim halindedirler. Dolayısıyla katı bir madde herhangi bir yerinden ısıtıldığında atom ve moleküllerinin titreşimleri artarak diğer atom ve moleküllere daha hızlı çarparak daha şiddetli bir titreşim sağlarlar. Isı enerjisinin bu şekilde katının bir ucundan diğer ucuna yayılmasına ısının iletimi denilmektedir. Not: Isı ve sıcaklık ile ilgili daha detaylı bilgi için önceki deneylere bakınız. Araç ve Gereçler: -Mum, ispirto ocağı, ısı iletim aleti -Toplu iğne Deneyin Yapılışı: Öncelikle bir mumu iyice eritip, eriyen bu mumun damlalarını bir ısı iletim aletinin uç kısımlarına damlatınız. Daha sonra çok az bir süre bekleyip ısı iletim aletindeki bu mumlar soğuyunca, bunlara toplu iğneler batırınız. Hazırladığınız bu düzeneği bir ispirto ocağı ya da herhangi bir ısıtıcıyla ısıtınız ve toplu iğneleri gözlemleyiniz. 20 Sonuç ve Tartışma 1- Yaptığınız deneyde hangi çubukta bulunan mum daha önce eriyerek, toplu iğne düşmüştür? Neden? Tartışarak açıklayınız. 2- Kaç çeşit ısı yayılması vardır? Araştırınız. 3- Katı, sıvı ve gaz maddelerin ısı iletkenlik özellikleri nelerdir? Araştırınız. 4- Mutfakta kullanılan tencere, çaydanlık gibi malzemelerin saplarının genelde farklı olmasının sebepleri nelerdir? Tartışarak, yorumlayınız. 5- Katıların ısı iletiminden faydalanılarak kullanılan aletlere örnekler veriniz. 21 10.DENEY: BUZDOLABININ ÇALIŞMA İLKESİ Genel Bilgi: Hal değiştirme sırasında cisimler ısı alır ya da verirler. Bir gaz (sprey gibi) kapalı bir tüp içindeyken buharlaşınca, bu tüpün yüzeyinde bir buğulanma oluşur. Sprey(ya da gaz) ısı kaybederek soğurken, tüpün dışında ise ısınmadan kaynaklanan bir buğulanma oluşur. Burada tüpün iç kısmı daha soğuktur. İşte böyle bir düzenekten faydalanılarak içeriye konulan yiyecekler soğuk olarak saklanabilir. Bir buzdolabının basit olarak çalışma prensibi bu şekilde özetlenebilir. Araç ve Gereçler: -Su, sprey -Cam kap, termometre -Tüp ya da bir ucu kapalı metal boru Deneyin Yapılışı: Bu deneyi yaparken; önce bir ucu kapalı tüpün içine sprey sıkıp tüpü tutarak gözlemleyiniz. Daha sonra bir kaba su koyup suyun sıcaklığını ölçünüz. Deneyin her iki aşamasında ki ölçtüğünüz sıcaklıklara dikkat ediniz. Sonuç ve Tartışma 12345- Yaptığınız deneyde sıcaklık farkını ne kadar buldunuz? Tartışarak, açıklayınız. İkinci aşamada su soğudu mu? Neden? Tartışarak, açıklayınız. Erime, donma, buharlaşma olaylarını araştırarak, açıklayınız. Doğada meydana gelen yağmur, kırağı, kar, çiy olaylarını araştırarak, açıklayınız. Buzdolabının borularında hangi gaz vardır? Araştırınız. Bu gaz miktar olarak azaldığında neler olabilir? Tartışıp, araştırınız. 22 11.DENEY: SES GENEL BİLGİ: Ses bir ortamın moleküllerinin titreşimi ile gerçekleşir. Oluşan titreşimlere ses dalgası denir. Bu ses dalgaları ise, ortama göre farklı hızlarda yayılırlar. Bulunan ortamın molekülleri birbirine ne kadar yakınsa ses de o oranda hızlı yayılır. Bu sebepledir ki; katı halde olan cisimler sıvı ve gaz halinde olan maddelere göre daha hızlı yayılırlar. Ses dalgaları da su dalgaları gibi, her yönde dalgalar halinde yayılmaktadır. Taneciklerin titreşimi sırasında, enerjinin bir kısmı diğer taneciğe aktarılır. Titreşim hareketi çevreye dalgalar halinde dairesel olarak yayılır. Ses çıkaran kaynakların titreşim hareketleri, havada dalgalar boyunca yayılarak kulağa gelip kulak zarını titreşti rir. Böylece ses duyulmuş olur. Araç ve Gereçler: - Beherglas, cam çubuk Damlalık, sus, mürekkep Diyapozon ve tokmağı Deneyin Yapılışı: Diyapozona tokmağı ile vurup titreştirerek, içi su dolu olan bir behere, suya uçları hafifçe değecek şekilde dokundurunuz. Oluşan olayları gözlemleyiniz. Aynı deneyi bu kez; bir diyapozona hiçbir etkide bulunmadan tokmağı ile vurup titreştirerek tekrarlayınız. Sonuçları gözlemleyip karşılaştırınız. Bu kez bir beherglasa yine su koyup içine iki damla mürekkep damlatarak cam çubuk ile karıştırınız. Daha sonra damlalıkla bu karışımdan bir miktar alıp belli bir yükseklik den damlatarak gözlemleyip, sesi dinlemeye çalışınız. Sonuç ve Tartışma: 1. 2. 3. 4. Deneyin ilk aşamasında neler gözlemlediniz? Açıklayınız. Deneyin ilk aşamasındaki gözlemlerinizi karşılaştırınız Deneyin ikinci aşamasında neler gözlemlediniz? Deneyin ikinci aşamasında damlatılan su damlası suyun yüzeyin de nasıl bir farklılık oluşturdu? Bunu nasıl açıklarsınız? 5. Ses yalıtımı ifadesinden neler anlıyorsunuz? Günümüzde nerelerde ve nasıl ses yalıtımı oluşturulmaktadır? Tartışıp, araştırarak açıklayınız. 6. Sesin kulağa gelişi kulakta ilerleyişi ve duyulması nasıl gerçekleşmektedir? Tartışıp araştırarak açıklayınız. 23 FEN BİLGİSİ ÖĞRETMENLİĞİ GENEL FİZİK III LABORATUVARI DENEY RAPORU DENEYİN ADI: TARİH DENEYİN AMACI: GENEL BİLGİLER: DENEYİN YAPILIŞI: DENEY SONUÇLARI VE HESAPLAMALAR: 24 TARTIŞMA YORUM VE SORULARIN CEVAPLARI: 25
