Fizyka

Wiązka zadań

Żarzący drut

Drukuj

Sugerowane przeznaczenie Praca na lekcji, Sprawdzian

Zadanie

Uczniowie wykonali doświadczenie przy pomocy układu przedstawionego na rysunku. Przebieg doświadczenia został opisany poniżej.

Schemat stanowiska


Przebieg doświadczenia:

1. Drut umieszczamy pod kloszem.

2. Następnie łączymy drut ze źródłem napięcia stałego.

3. Tak ustawiamy napięcie na zasilaczu, aby drut zaczął się żarzyć.

4. Wypompowujemy część powietrza z klosza i obserwujemy drut.

 

Obserwacje:

Po wypompowaniu powietrza drut żarzył się jaśniej.

 

Przeanalizuj przebieg doświadczenia, a następnie zdecyduj, czy stwierdzenia zestawione w tabeli są prawdziwe.

  Stwierdzenie Czy jest prawdziwe?
1.

Drut żarzył się jaśniej, gdy pod kloszem panowało niższe ciśnienie.

`square` Tak / `square` Nie
2. Przed wypompowaniem powietrza, przez drut nie płynął prąd elektryczny. `square` Tak / `square` Nie
3. Wskutek wypompowania powietrza zmalała liczba cząsteczek powietrza zderzających się z drutem. `square` Tak / `square` Nie

Odpowiedź, podstawa programowa i omówienie zadania

Poprawna odpowiedź

1. - Tak

2. - Nie 

3. - Tak

Wymaganie ogólne

2 Przeprowadzanie doświadczeń i wyciąganie wniosków z otrzymanych wyników.

Wymaganie szczegółowe

3.6. Właściwości materii. Uczeń posługuje się pojęciem ciśnienia (w tym ciśnienia hydrostatycznego i atmosferycznego)
8.2. Wymagania przekrojowe. Uczeń wyodrębnia zjawisko z kontekstu, wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla wyniku doświadczenia

Komentarz

Zadanie sprawdza umiejętność wyciągania wniosków z przeprowadzanych doświadczeń w oparciu o znane prawa fizyki. Z treści zadania wynika, że uczniowie najpierw skonstruowali prosty obwód elektryczny, potem obserwowali co się dzieje z przewodnikiem z prądem w dwóch różnych sytuacjach: kiedy przewodnik otoczony jest powietrzem pod ciśnieniem atmosferycznym oraz w sytuacji, kiedy powietrze wokół przewodnika ma ciśnienie niższe niż atmosferyczne. Opis doświadczenia przedstawiony jest w zadaniu. Następnie uczniowie próbowali dokonać głębszej analizy doświadczenia i wyciągnąć wnioski wynikające z rezultatów eksperymentu. Wnioski zapisane są w postaci stwierdzeń, które uczeń powinien uznać za prawdziwe lub fałszywe.

Przeanalizujmy w sposób mikroskopowy przepływ prądu elektrycznego w przewodniku.

Przewodnik elektryczny, metal, posiada bardzo dużo swobodnych elektronów, które poruszają się chaotycznie pomiędzy cięższymi jonami metalu gdy nie ma przyłożonego napięcia na jego końcach. Jeśli natomiast przewodnik zostanie podłączony do źródła napięcia, zaczyna w nim płynąć prąd elektryczny. Znajdujące się w przewodniku swobodne elektrony poruszają się znacznie szybciej niż przy braku napięcia, zderzając się z dużym impetem z  jonami metalu. Powoduje to zwiększenie energii wewnętrznej drutu a co za tym idzie wzrost jego temperatury. Nagrzany drut emituje światło; żarzy się. Intensywność żarzenia zmienia się w zależności od gęstości powietrza wokół drutu. Decyduje o tym ilość zderzeń cząsteczek powietrza z ‘drobinami’ drutu (pozytywne odpowiedzi na stwierdzenia 1 i 3). Skutkiem zderzeń zmniejsza się energia wewnętrzna drutu (a zwiększa energia wewnętrzna powietrza), co obniża intensywność jego świecenia.

Prąd płynie w przewodniku niezależnie od wysokości ciśnienia powietrza wokół niego (negatywna odpowiedź na stwierdzenie 2), jedynie zmienia się skutek przepływu prądu tj. intensywność emisji światła z gorącego drutu.

Żarzenie jako źródło światła wykorzystywane jest w żarówkach żarzeniowych. Wolframowe włókna żarówek (odpowiednik drutu w powyższym zadaniu) umieszczone w bańce szklanej z której wypompowano powietrze (brak powietrza intensyfikuje żarzenie co zostało potwierdzone powyższym doświadczeniem) emituje światło.

Zadanie było wykorzystane w badaniu przeprowadzonym wśród uczniów pierwszej klasy liceów ogólnokształcących. Całość zadania, czyli wszystkie trzy punkty, poprawnie rozwiązało 54% badanych. Zadanie nie okazało się trudnym. Większość uczniów (77%) prawidłowo oceniło stwierdzenie 2, że przepływ prądu przez przewodnik zachodzi zarówno przy obecności powietrza pod ciśnieniem atmosferycznym jak i przy nieco rozrzedzonym powietrzu. Również w punkcie 3, 75% badanych uczniów poprawnie wywnioskowało, że zmalała liczba zderzeń cząsteczek powietrza z drutem wskutek wypompowania powietrza spod klosza. Stosunkowo najmniej, chociaż dosyć sporo, 70% wszystkich biorących udział w badaniu stwierdziło, że drut żarzył się jaśniej, gdy pod kloszem panowało niższe ciśnienie, tym samym prawidłowo oceniło stwierdzenie 1.

Słowa kluczowe

ciśnienie | napięcie

Utwór jest chroniony prawem autorskim. Zasady i warunki korzystania z niego określa Regulamin Serwisu Bazy Dobrych Praktyk.

"Masz uwagi do treści? Uważasz, że zawiera błąd? Napisz na bnd@ibe.edu.pl

* Chcesz otrzymywać informacje o nowych zadaniach?

Zaprenumeruj newsletter na pierwszej stronie "Entuzjaści Edukacji"

* Słowa kluczowe

absorpcja światła   Akomodacja oka   amperomierz   amplituda   amplituda drgań   analiza tekstu   analiza wykresów   atom wodoru   barwy   bateria   biomasa   bryła sztywna   ciepło   ciepło topnienia   ciepło właściwe   ciężar   ciśnienie   cyfry znaczące   czas   częstotliwość drgań    
.