Zīmējumā parādīta eksperimentāla iekārta, ar kuru pētīt spēka \(\vec{F}\), ar kādu spoles magnētiskais lauks darbojas uz dzelzs stienīti, atkarību no elektriskajā ķēdē plūstošās strāvas stipruma \(I\). Dzelzs stienīša masa ir \(m\). Dzelzs stienītis ir iekārts atsperes dinamometrā.
1. Kāpēc atsperes dinamometrs pētījuma sākuma situācijā, kad slēdzis nav noslēgts un strāva ķēdē neplūst, nerāda 0 N? (1 punkts)
2. Uzraksti pētījumam atbilstošo neatkarīgo, atkarīgo lielumu un divus fiksētos lielumus, kas ietekmētu pētījuma rezultātus! (2 punkti)
3. Uzraksti eksperimenta veikšanai nepieciešamo piederumu sarakstu! (2 punkti)
4. Izplāno un uzraksti pētījumam atbilstošo eksperimenta darba gaitu! (4 punkti)
5. Izveido tabulu lielumu reģistrēšanai! (1 punkts)
1. Dzelzs stienītis pētījuma laikā ir līdzsvarots: eksperimenta sākumā tā smaguma spēks vienāds ar atsperes elastības spēku.
Ja ķēdē plūst elektriskā strāva, tā smaguma spēks kopā ar magnēta pievilkšanas spēku kompensē atsperes elastības spēku.
2. Lai pētījumā iegūtie secinājumi būtu viennozīmīgi, pētnieks eksperimentā vienlaikus var mainīt tikai vienu lielumu – neatkarīgo mainīgo, kamēr pārējos lielumus (apstākļus, faktorus), kas varētu ietekmēt pētāmo lielumu – atkarīgo mainīgo, noteikti jāuztur nemainīgus.
Neatkarīgais mainīgais ir lielums, ko pētnieks eksperimentā maina, izraisot cita lieluma izmaiņas. Neatkarīgais lielums pētījumā var būt tikai viens – pretējā gadījumā nebūs iespējams noteikt, tieši kura lieluma izmaiņa ir izraisījusi novēroto atkarīgā lieluma izmaiņu.
Atkarīgais mainīgais ir lielums, kas mainās līdz ar neatkarīgā lieluma izmaiņām.
Fiksētie (konstantie) ir lielumi, kurus uztur nemainīgus visu eksperimenta laiku. Fiksētie lielumi parasti ir vairāki.
No darba uzdevuma seko, ka:
- neatkarīgais lielums ir strāvas stiprums spolē, kuru mēra ar ampērmetru un maina, pārvietojot reostata slīdkontaktu.
- atkarīgais lielums ir spēks, ar kuru spoles magnētiskais lauks pievelk dzelzs stienīti.
- fiksētie lielumi ir visi pārējie, kurus nemaina eksperimenta laikā: spoles vijumu skaits, dzelzs stienītis, stienīša masa, sprieguma avots, dinamometra atspere.
3. Lai sekmīgi veiktu eksperimentu, nepieciešami darba piederumi:
- spole;
- dzelzs stienītis;
- dinamometrs;
- reostats;
- ampērmetrs;
- slēdzis;
- sprieguma avots;
- vadi;
- statīvs ar piederumiem;
- lineāls vai mērlente, ja izmanto atsperi nevis dinamometru vai spēka sensoru.
Darba piederumi attēloti zīmējumā.
4. Eksperimenta gaita ir eksperimenta norises plāns. Jāapraksta visi veicamie soļi, kas ir nepieciešami, lai veiktu eksperimentu un pārbaudītu izvirzīto hipotēzi.
Darba gaitā jāapraksta:
- kā eksperimentā mainīs neatkarīgo lielumu un kā to mērīs,
- kā mērīs atkarīgā lieluma izmaiņas,
- kā nodrošinās to, ka fiksētie lielumi nemainās,
- cik reizes mainīs neatkarīgo lielumu un cik reizes atkārtos eksperimentu ar katru neatkarīgā lieluma vērtību, lai iegūtu ticamus rezultātus.
Darba gaitas aprakstam jābūt tādam, lai citi pētnieki bez papildus paskaidrojumiem varētu šo eksperimentu atkārtot.
Eksperimenta darba gaitā var nebūt iekļauts datu apstrādes apraksts.
Lai noteiktu spoles iedarbības spēku uz dzelzs stienīti, no dinamometra uzrādītā spēka jāatņem stienīša smaguma spēks \(F_{\mathrm{spole}} = F_{\mathrm{din}} - mg\). Stienīša smaguma spēku nosaka ar dinamometru, kad spolē neplūst strāva.
Darba gaita
1) Izveido attēlā redzamo iekārtu. Dinamometru iestiprina statīvā un dinamometra atsperē iekarina dzelzs stienīti, lai stienīša apakšējā mala būtu pietuvināta spoles augšējai virsmai. Nosaka stienīša smaguma spēku \(mg\).
2) Ievēro elektrodrošības noteikumus darbojoties ar elektriskajām ierīcēm un mērierīcēm. Reostata slīdkontaktu sākotnēji novieto, lai būtu vislielākā pretestība, jo tad ķēdē plūst vismazākais strāvas stiprums. Noslēdz slēdzi. Fiksē tabulā strāvas stiprumu \(I\), ko uzrāda ampērmetrs, un spēka \(F_{\mathrm{din}}\) vērtību, ko uzrāda dinamometrs.
3) Otro soli atkārto, lēnām pārbīdot reostata slīdkontaktu 5-7 reizes arvien samazinot tā pretestību un sekojot, lai ampērmetra rādījumi iekļautos mērdiapazonā. Katrā reizē fiksē tabulā strāvas stiprumu un spēku, ko uzrāda dinamometrs.
4) Kad veikts pēdējais mērījums, atslēdz slēdzi, atvieno strāvas avotu un citas ierīces, sakārto darba vietu.
5) Nosaka spoles magnētiskā lauka iedarbības spēku \(F_{\mathrm{spole}} = F_{\mathrm{din}} - mg\) un analizē rezultātus.
5. Tabulā jānorāda mērāmo un aprēķināmo fizikālo lielumu nosaukums vai apzīmējumus un vienības. Tabulai jāatbilst darba gaitai. Tabulā noteikti jāiekļauj neatkarīgo lielumu un atkarīgo lielumu. Ja kādu no lielumiem nemēra tieši, tad jāiekļauj tieši izmērītos lielumus, kas nepieciešami aprēķinam. Fiksētie lielumi tabulā var nebūt iekļauti.
Tabula lielumu reģistrēšanai:
1. Vērtēšanas kritēriji
Pamato, ka stienīša smaguma spēks deformē dinamometra atsperi un tajā rodas elastības spēks – 1 punkts
Nepaskaidro sākotnējā elastības spēka rašanos – 0 punkti.
2. Vērtēšanas kritēriji
Nosaka neatkarīgo (strāvas stiprums) un atkarīgo lielumu (spoles pievilkšanas spēks) – 1 punkts
Uzraksta vismaz divus fiksētos lielumus, kas ietekmē pētījuma rezultātu - 1 punkts.
3. Vērtēšanas kritēriji
Uzrakstīta pilnīgu darba piederumu saraksu eksperimenta veikšanai – 2 punkti.
Uzraksta vismaz septiņus būtiskus darba piederumus – 1 punkts.
Uzraksta mazāk kā piecus nepieciešamos darba piederumus – 0 punkti.
4. Vērtēšanas kritēriji
Vērtē līmeņos
4 punkti
Plāno loģisku atkārtojamu pētījuma darba gaitu pa soļiem, paredzot darba drošības noteikumu ievērošanu. Norāda kā noteiks neatkarīgo, atkarīgo lielumu un kā nodrošinās fiksētos lielumus. Norāda cik reizes veiks mērījumus un kuru lielumu mainīs. Darba gaita uzrakstīta saprotami, lai atkārtojot darba gaitas šādu eksperimentu varētu veikt cits spolēns un varētu izdarīt korektus secinājumus. Lieto zinātnisku valodu un pareizu terminoloģiju. Nepilnību nav.
3 punkti
Uzraksta darba gaitu, kuru realizējot var iegūt korektus rezultātus secinājumu formulēšanai. Pieļaujama viena nepilnība, piemēram, nav norādīta nepieciešamība ievērot darba drošības noteikumus vai kāda lieluma neprecīza noteikšana. Darba gaita uzrakstīta pareizi, lietojot zinātnisku valodu un pareizu terminoloģiju.
2 punkti
Darba gaita, kuru realizējot var iegūt rezultātus, secinājuma izdarīšanai, piemēram, nosakot spoles magnēta pievilkšanas spēku, neievēro stienīša smaguma spēku, uzrakstīta nepilnīgi . Trūkst kāds būtisks darba gaitas solis.
1 punkts
Uzraksta darba gaitu nepilnīgi, nelieto zinātnisku valodu, neplāno veikt mērījumus atkārtoti. Var iegūt vismaz vienu korektu mērījumu rezultātu.
0 punkti
Darba gaita neatbilst dotajam uzdevumam.
5. Vērtēšanas kritēriji
1 punkts
Tabulā iekļauti visi nepieciešamie lielumi. Lielumiem norādītas vienības. Tabulā var tikt iekļauti arī citi lielumi. Ja kādi lielumi eksperimenta laikā nemainās, tie var nebūt iekļauti tabulā.
0 punkti
Tabulas nav vai tā neatbilst darba gaitai, nav norādītas lielumu vienības.