Nimi: Fysiikka 9. luokan kurssi
Kurssilla käytettävät suureet ja kaavat Täydennä taulukkoa kurssin edetessä: Suure Kirjaintunnus Yksikkö Yksikön lyhenne Jännite Sähkövirta Resistanssi Aika Sähköteho Sähköenergia Aktiivisuus Puoliintumisaika Säteilyannos Tähän voit koota kurssilla käytettävät laskukaavat:
1. Magneettinen vuorovaikutus Oppilastyö: Oppikirjan tehtävät T1, T2 ja T3 1. Mitä tarkoittaa kestomagneetti. 2. Anna esimerkki kappaleesta, joka löytyy kotoasi ja joka on kestomagneetti. 3. Mitä tarkoittaa väliaikainen magneetti. 4. Anna esimerkki kappaleesta, joka löytyy kotoasi ja joka on väliaikainen magneetti. 5. Mitkä alkuaineet ovat magneettisia. 6. Mikä on alkeismagneetti. 7. Miten voit valmistaa kestomagneetin? Piirrä kuva. (oppitunti)
8. Miten magneetin erimerkkiset päät (S ja N) vaikuttavat toisiinsa. 9. Miten magneetin samanmerkkiset päät (S ja S), (N ja N) vaikuttavat toisiinsa. 10. Miten magneetin eri päät (S ja N) vaikuttavat tavalliseen rautaesineeseen. 11. Piirrä kuvassa olevan magneetin ympärille magneettikenttä (oppitunti) N S 12. Miten kuvasta näkee missä kohdassa magneettikenttä on voimakas. (oppitunti) 13. Mihin suuntaan magneettikentän nuolet osoittavat. 14. Miksi maapallolla voidaan suunnistaa kompassin avulla?
2. Sähköinen vuorovaikutus Oppilastyö: oppikirjan tehtävä T1 1. Miten kappaleeseen muodostuu positiivinen sähkövaraus? 2. Miten kappaleeseen muodostuu negatiivinen sähkövaraus? 3. Miten erimerkkiset sähkövaraukset (+ ja ) vaikuttavat toisiinsa? 4. Miten samanmerkkiset sähkövaraukset (+ ja +) ( ja ) vaikuttavat toisiinsa? 5. Mitkä aineet sähköistyvät helposti eli niihin syntyy sähkövaraus? 6. Mitä aineet eivät sähköisty lainkaan? 7. Mitä tarkoittaa eriste? 8. Mitkä aineet ovat hyviä eristeitä? 9. Mitä tarkoittaa johde? 10. Mitkä aineet ovat hyviä johteita?
11. Polarisaatio tarkoittaa varausten jakautumista. Piirrä kuvasarja, joka selittää miten polarisaatio tapahtuu. (oppitunti) 12. Sähköiset varauserot pyrkivät tasoittumaan. Anna esimerkki tapahtumasta, jossa tämä varausten tasaantuminen voidaan havaita.
3. Jännite ja sähkövirta Oppilastyö sisältyy alla oleviin tehtäviin Paristo ja akku ovat virtalähteitä ja niihin on varastoitunut energiaa. o Virtalähteiden energia on kemiallista energiaa ja se voidaan muuttaa muuhun energiamuotoon kuten valoksi, lämmöksi ja liikkeeksi. Pariston ja akun napojen välissä on jännite. Jännite kuvaa varauseroa eli + ja napojen sähkövarausten eroa o sitä kuinka paljon enemmän elektroneja on tarjolla toisessa paikassa verrattuna toiseen paikkaan. Sähkövirta kuvaa sähkövarausten liikkeen määrää o sitä kuinka paljon elektroneja kulkee jonkun tietyn paikan läpi. Rinnankytkennässä laitteet ovat jonossa. o kädet toisen harteilla Sarjaankytkennässä laitteet ovat piirissä. o käsi kädessä 1. Mikä on virtalähteen merkki kytkentäkaaviossa? 2. Jännitemittarilla mitataan esimerkiksi virtalähteen jännitettä. Mikä on jännitemittarin merkki kytkentäkaaviossa? 3. Mittaa jännitemittarilla pariston jännite seuraavan kytkentäkaavion mukaan: sv Jännite: U = V HUOM! Jännitemittari kytketään aina mitattavan laitteen kanssa rinnan, sillä siinä verrataan kahden pisteen varauseroa. 4. Mittaa jännitemittarilla kahden sarjaan kytketyn pariston jännite: sv Jännite: U = V
5. Mittaa jännitemittarilla kahden rinnan kytketyn pariston jännite. U = V sv 6. Miten paristojen sarjankytkentä vaikuttaa kokonaisjännitteeseen? 7. Miten paristojen rinnankytkentä vaikuttaa kokonaisjännitteeseen? 8. Mitä merkitystä on rinnankytkennällä? 9. Mikä on virtamittarin merkki kytkentäkaaviossa? 10. Mikä on lampun merkki kytkentäkaaviossa? 11. Tee kuvan mukainen kytkentä ja mittaa virtapiirissä kulkevan sähkövirran suuruus? sa Sähkövirta: I = A
HUOM! Virtamittari kytketään aina mitattavan laitteen kanssa sarjaan, sillä se mittaa itsensä läpi kulkevan sähkövirran suuruuden. 12. Kytke kaksi paristoa sarjaan alla olevan kuvan mukaisesti (olet aiemmin mitannut niiden tuottaman kokonaisjännitteen) ja mittaa sähkövirran suuruus. A Sähkövirta: I = A 13. Miten jännitteen lisääntyminen vaikuttaa sähkövirran suuruuteen? 14. Miten jännitteen lisääntyminen vaikuttaa lampun kirkkauteen? 15. Kerro miten hehkulamppu toimii. Mikä siellä hehkuu ja miksi? Mihin lampun lasia tarvitaan?
4. Virtapiiri Oppilastyö: Oppilastyö T1 sivulta 29. Tee työselostus tämän vihkon takaosaan. 1. Selitä mitä seuraavat sanat tarkoittavat: virtapiiri kytkentäkaavio johde eriste verkkojännite suojamaadoitus suojaeristys 2. Mikä on oikosulku ja miten sellaisen voi saada aikaan? 3. Mikä on sulake ja mikä on sen toimintaperiaate? 4. Mikä on virtapiirissä sähkövirran suunta? Entä mihin suuntaan elektronit liikkuvat? (oppitunti) 5. Mistä johtuu johteiden hyvä sähkönjohtokyky?
5. Resistanssi ja Ohmin laki Oppilastyö: säätövastusmittauksia (ohje takana) Kaikki aineet vastustavat sähkövirran kulkua. Resistanssi tarkoittaa johtimen tai laitteen virranvastustuskykyä. Ohmin laki: R =!,missä! o U tarkoittaa jännitettä, yksikkö V (voltti) o R tarkoittaa resistanssia, yksikkö Ω (ohmi, lausutaan oomi ) o I tarkoittaa sähkövirtaa, yksikkö A (ampeeri) Mikä on lampun resistanssi kun 4,5 V paristoon kytketyn lampun läpi kulkee 0,01 ampeerin sähkövirta? U R I U = 4,5 V I = 0,01 A R =? R = U / I = 4,5 V / 0,01 A = 450 Ω 1. Minkälainen aine on puolijohde? 2. Anna pari esimerkkiä aineista, jotka ovat puolijohteita. 3. Minkälainen aine on suprajohde? 4. Minkälaisia suprajohdemateriaaleja on olemassa? Etsi tietoa netistä. 5. Kummalla on suurempi resistanssi, pitkällä vai lyhyellä johtimella? 6. Kummalla on suurempi resistanssi, ohuella vai paksulla johtimella?
7. Mitkä muut asiat vaikuttavat johtimen resistanssiin kuin sen pituus ja paksuus? (2 asiaa) 8. Laske sähkölaitteen resistanssi, kun a. jännite on 45 V ja sähkövirta 1,1 A. b. jännite on 20 V ja sähkövirta 0,5 A c. Laite on kytketty verkkovirtaan ja sen läpi kulkee 4 A sähkövirta. 9. Hiustenkuivaajan resistanssi on 75 Ω ja sen läpi kulkee 3,1 A virta. Laske hiustenkuivaajan käyttöjännite? 10. Vastuksen resistanssi on 20 Ω ja sen on kytketty 12 V jännitteeseen. Laske vastuksen läpi kulkeva sähkövirta?
6. Sähkömagneettinen induktio Oppilastyö: sähkömagneetti ja generaattori Sähkövirta luo ympärilleen magneettikentän Johtimen ympärille muodostuu ympyränmuotoinen magneettikenttä. Magneettikenttää voidaan vahvistaa kiertämällä johdin käämiksi. o Käämissä on vierekkäin ja päällekkäin monta kierrosta sähköjohdinta. Muuttuva magneettikenttä synnyttää johtimeen sähkövirran. Generaattori muuttaa liikeenergian sähköksi. Sähkömoottori muuttaa sähkön liikeenergiaksi. 1. Piirrä kuvasarja sähkömagneettisesta induktiosta. (oppitunti) 2. Miten voit valmistaa sähkömagneetin? Piirrä mallikuva. (Voit tehdä tämän tehtävän samalla kuin teet sähkömagneetin. 3. Mikä on generaattori? 4. Mikä on sähkömoottori? 5. Mitä tarkoittaa vaihtovirta? 6. Mitä tarkoittaa, jos verkkojännitteen taajuus on 50 Hz?
7. Sähkön tuotanto ja käyttö Oppilastyö: joku muuntajajuttu tai sähkömoottorin rakentaminen 1. Piirrä mallikuva jossa sähkö tuotetaan turvetta polttamalla Keljonlahden voimalassa ja Kilpisen koulun oppilas lämmittää tuolla sähköllä kotonaan vettä vedenkeittimellä. (oppitunti) 2. Miksi sähkön siirrossa käytetään korkeita jännitteitä? 3. Millä laiteella jännitteen suuruutta voidaan muuttaa? 4. Selitä miten kyseinen laite toimii. (oppitunti)
5. Muuntajan jännitteet ensiö ja toisiopuolella ovat suoraan verrannollisia käämin kierroslukujen kanssa. Mitä suurempi kierrosluku, sen suurempi jännite. Tämän voi sanoa kaavan avulla seuraavasti:!!!! =!!!!, eli kierrosluvut ja jännitteet ovat suoraan verrannollisia. Muuntajan sähkövirrat ensiö ja toisiopuolella ovat kääntäen verrannollisia käämin kierroslukujen kanssa. Mitä suurempi kierrosluku, sen pienempi jännite. Tämän voi sanoa kaavan avulla seuraavasti:!!!! =!!!!, eli kierrosluvut ja sähkövirrat ovat kääntäen verrannollisia. Täydennä taulukko. N1 N2 U1 U2 I1 I2 30 60 10 20 10 5 10 20 20 20 10 20 30 30 10 5 20 20 10 5 30 30 10 40 100 100 100 200 20 20 10 100 50 50 ß OHJE: Kierrosten määrä on toisiopuolella kaksinkertainen ensiöpuoleen verrattuna. Tällöin myös jännite on toisiopuolella kaksinkertainen. Virta sen sijaan on ensiöpuolella kaksinkertainen, eli toisiopuolella puolet ensiöpuolesta.
8. Sähköteho ja energia Sähköteho riippuu jännitteestä ja sähkövirran voimakkuudesta. o Mitä suurempi jännite ja voimakkaampi sähkövirta, sen suurempi on laitteen teho. Sähkölaitteen kuluttama energia riippuu laitteen tehosta ja käyttöajasta. o Mitä suurempi teho ja käyttöaika, sen enemmän energiaa laite kuluttaa. o Tehon yksikkö on watti (1W). o Energian yksikkö on joule (1J). P = UI ja E = Pt Sähköä ostettaessa ei käytetä joulea, vaan kilowattituntia (1 kwh). o 1 kwh = 1000 W 3600 s = 3 600 000 J (sillä 1 kw = 1000 W ja tunti on 3600 s) o Yksi kilowattitunti maksaa tällä hetkellä noin 14 senttiä. 1. Sähkösaunan teho on 9 kw. Saunaa lämmitetään tunti ja sen jälkeen saunotaan vielä kaksi tuntia. Laske saunomiseen käytetyn sähkön hinta, kun oletetaan, että kiuas on koko saunomisen ajan päällä. (oppitunnilla) 2. Hiomakone toimii 1,6 ampeerin virralla ollessaan kytkettynä 230 voltin jännitteeseen. Mikä on koneen teho? 3. 120 watin stereoita kuunnellaan 1 tunti. Laske stereoiden kuluttama energia 4. Edellisen tehtävän stereoita kuunnellaan 24 tuntia. Laske kuinka paljon niiden käyttämä sähkö maksaa? 5. Sähköuunin teho on 2000 W. Laske voidaanko uunia käyttää huoneistossa, jossa 6 A:n sulake. Uuni on kytketty 400 V:n jännitteeseen.
9. Sähkömagneettinen aaltoliike Sähkömagneettisen säteilyn lajeja on seitsemän ja ne on listattu tässä alla. Kerro jokaisesta säteilylajista muutama asia, esimerkiksi mitä hyötyä/haittaa säteilylajista on, minkälaista se on tai missä sitä käytetään. Keksi jotain jokaiseen ranskalaiseen viivaan. Gammasäteily Röntgensäteily UVsäteily Näkyvä valo Infrapunasäteily Mikroaallot Radioaallot
10. Radioaktiivisuus 1. Kaikki aine koostuu atomeista. Merkitse alla olevaan kuvaan atomin osat: 2. Mitä kertoo atomin järjestysluku? 3. Mitä kertoo atomin massaluku?!" 4. Mitä tarkoittaa merkintä!" Cl 5. Piirrä atomi: H!!. Mikä on sen nimi? 6. Piirrä atomi: H!!. Mikä on sen nimi? 7. Mitä tarkoittaa isotooppi? 8. Mitä on alfasäteily? 9. Miten alfasäteilyn voi pysäyttää?
10. Mitä on beetasäteily? 11. Miten beetasäteilyn voi pysäyttää? 12. Mitä on gammasäteily? 13. Miten gammasäteilyn voi pysäyttää? 14. Mitä tarkoittaa että atomi on radioaktiivinen? 15. Miksi aine hajoaa radioaktiivisesti? 16. Mitä tarkoittaa ionisoiva säteily? 17. Mitkä säteilylajit ovat ionisoivia? 18. Mitä haittaa on ionisoivasta säteilystä, jos sitä saa kerralla suuren määrän? (oppitunti) 19. Mitä haittaa on pitkäaikaisesta altistumisesta ionisoivalle säteilylle? (oppitunti)
11. Säteilyn ominaisuuksia 1. Selitä seuraavat käsitteet: Aktiivisuus Puoliintumisaika Säteilyannos 2. Mistä suomalainen saa ionisoivaa säteilyä? 3. Aineen aktiivisuus on 500 Bq. Mitä se tarkoittaa? 4. Radioaktiivisen aineen aktiivisuus on 400 Bq ja puoliintumisaika 2 tuntia. Aine hajoaa radioaktiivisesti toiseksi aineeksi, joka ei ole radioaktiivista. Mikä on aineen aktiivisuus a. 2 tunnin kuluttua? b. 4 tunnin kuluttua? c. 8 tunnin kuluttua?
12. Ydinreaktiot 1. Piirrä mallikuva uraanin fissiosta. Sinun ei tarvitse piirtää kaikkia nukleoneja (eli protoneja ja neutroneja) näkyviin. Mitä aineita tässä syntyy? Mahdollisuuksia on monia, mutta kerro jokin esimerkki. 2. Piirrä mallikuva deuteriumin ja tritiumin fuusiosta. Piirrä kaikki nukleonit näkyviin. Mitä ainetta syntyy? 3. Miten ydinreaktioihin liittyy kaava E = mc 2? 4. Laske paljonko energiaa voisi saada yhdestä taululiidusta, jos se pystyttäisiin muuttamaan energiaksi? (oppitunti) 5. Jos sähkön hinta on 14 snt/kwh, kuinka paljon rahaa saisi tuon energiamäärän myymisestä? (oppitunti)
13. Ydinenergia Tähän voi tehdä muistiinpanoja ydinenergiasta.
Työselostukset
Tutkimustehtävä: Magneettinen vuorovaikutus, kappale 1 Kirjaa tulokset tälle paperille. T1 A. B. C. T2 A. B. T3
Työselostus: Sulake ja hehkulamppu Työn aihe: sulake ja hehkulamppu (T1 s. 29) Työn tarkoitus (Kerro mitä työssä on tarkoituksena tehdä ja mihin aiheeseen se liittyy.) Tarvittavat välineet ja aineet (Listaa käyttämäsi välineet.) Työn suoritus (Kerro lyhyesti miten työ eteni ja mitä teit.) Työn tulokset (Kerro minkälaisia tuloksia sait. Voit tehdä sen esimerkiksi vastaamalla kirjan kysymyksiin.) Annan työskentelystä itselleni arvosanan ja koko ryhmälle arvosanan.
Tutkimustehtävä: Säätövastusmittauksia Kytkentäkaavio Säätövastus A. Tee kuvan mukainen kytkentä. Käytä johdinlankana 0,5 m pituista ja 0,2 mm paksuista krominikkelilankaa (langan paksuus näkyy rullan päästä). Säätövastus koostuu kahdesta eristepylväästä, joiden välissä on krominikkelilanka. Tarvitset vielä hauenleuan, jolla liität toisen johtimen krominikkelilankaan. Kytke virtalähteestä virtapiiriin 4 V jännite. Siirrä hauenleukaa johdinlankaa pitkin ja tarkkaile samalla lamppua. Mitä huomaat? Milloin lamppu on kirkkaimmillaan? Milloin lamppu on himmeimmillään? B. Kytke lampun kanssa sarjaan virtamittari kytkentäkaavion mukaisesti. Mitä huomaat mittarista, kun siirrät hauenleukaa johdinlangalla? Milloin virtapiirissä kulkee suurin virta? Milloin virtapiirissä kulkee pienin virta? Kuinka suuri on suurin mittaamasi virta? Kuinka suuri on pienin mittaamasi virta? Miten johtimen pituus vaikuttaa virtapiirissä kulkevan virran suuruuteen? C. Vaihda johdinlangaksi samaa ainetta oleva yhtä pitkä, mutta paksumpi lanka ja tutki virtaa kohdan B mukaisesti. Kulkeeko virtapiirissä nyt suurempi vai pienempi virta? Miten johtimen paksuus vaikuttaa virran suuruuteen?
Tutkimustehtävä: Generaattori ja sähkömagneetti, kappale 6 Kirjaa tulokset tälle paperille. (T1 B. Jätetään tekemättä) T1 A. T2 A. B.
Tutkimustehtävä: Metallijohtimen resistanssi Pingota noin 30 cm pitkä ja 0,2 mm paksu krominikkelilanka eristepylväiden väliin kytkentäkaavion mukaisesti. Sulje virtapiiri kytkimellä ja säädä virtalähteen jännitettä niin, että jännitemittari näyttää lukemaa 0,5 V. Jännite (V) 0,5 1,0 Virta (A) Resistanssi (Ω) Mittaa tätä jännitettä vastaava sähkövirran arvo virtamittarista. Merkitse lukemat taulukkoon ja laske niiden avulla resistanssit. Jatka mittauksia lisäämällä jännitettä 0,5 V välein 5 V:iin saakka. Piirrä mittaustuloksista kuvaaja oheiseen koordinaatistoon. Mitä voit kuvaajan perusteella sanoa johtimen resistanssista?
Tutkimustehtävä: Hehkulampun teho Saat opettajalta pariston ja hehkulampun. Tee kuvan mukainen kytkentä. Palaako lamppu? Mittaa tarvittavat tiedot ja laske lampun teho. Tee muistiinpanot tälle sivulle. Lisätutkimus (mikäli aika riittää) Kytke kaksi lamppua sarjaan ja laske niiden yhteisteho. Vertaa yhteistehoa yhden lampun tehoon. Miten selität tuloksen?