Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο - Φύλλο πειραματικής διδασκαλίας

 Αναρτώ εδώ να φύλλο δίωρης πειραματικής διδασκαλίας του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Τα πειράματα περιγράφονται με τη συσκευή Ατματζίδη, αλλά μπορούν και προσαρμοστούν και για οποιαδήποτε από τις άλλες συσκευές που υπάρχουν στα Σχολικά Εργαστήρια.

Το φύλλο περιλαμβάνει: 

1. Δυο δραστηριότητες επίδειξης με χρήση ηλεκτροσκοπίου, φύλου ψευδαργύρου και λάμπας υπεριωδών. Χρησιμεύουν στον ορισμό του φαινομένου, καθώς και ως εισαγωγή στην κλασσική εξήγηση.

2. Μια δραστηριότητα που χρησιμεύει ως γνωριμία με τη συσκευή φωτοηλεκτρικού φαινομένου των εργαστηρίων μας καθώς και ως εισαγωγή στις δυσκολίες που αντιμετώπισε η εξήγηση μέσω της κλασσικής ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας.

3. Μια εργαστηριακή άσκηση μέσω της οποίας:

α. Θα δειχθεί η γραμμικότητα της σχέσης Kmax - f.

β. Θα δειχθεί η ύπαρξη και θα υπολογιστεί η τιμή της συχνότητας κατωφλίου.

γ. Θα υπολογιστεί η τιμή της σταθεράς Planck. 

δ. Δεν προτείνεται υπολογισμός του έργου εξαγωγής του μετάλλου της καθόδου, αφού πειραματικά είναι ασαφές το τι ακριβώς υπολογίζεται με το σταθερό όρο της πειραματικής ευθείας Kmax - f.

4. Περιλαμβάνεται ακόμη μια εργαστηριακή άσκηση που αφορά την ανεξαρτησία της Κmax από την ένταση του φωτός. Παρότι η άσκηση θα γίνει με τους συναδέλφους, η πρότασή μου θα είναι να μη πραγματοποιηθεί στην τάξη, λόγω των δυσκολιών που παρουσιάζει η εξήγηση της μικρής αλλά με κανονικότητα ολίσθησης της τάσης αποκοπής.

Στόχος των δύο εργαστηριακών ασκήσεων είναι η εξήγηση, με την κβαντική θεωρία του Einstein για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, εκείνων των βασικών χαρακτηριστικών του φαινομένου, τα οποία δυσκολεύτηκε να εξηγήσει η κλασσική ηλεκτρομαγνητική θεωρία. 

Εννοείται πως οι εργαστηριακές ασκήσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν και ανεξάρτητα από τις υπόλοιπες δραστηριότητες που περιλαμβάνονται στο φύλλο.

Μεταφορτώστε το φύλλο πειραματικής διδασκαλίας από εδώ.

Μια νεότερη έκδοση του φυλλαδίου μου για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο θα βρείτε εδώ.

Μίξη χρωμάτων με Arduino

 Μίξη χρωμάτων ή παίζοντας με ένα RGB LED ή μια "διευθυνσιοδοτούμενη" ταινία LED:

Για τον έλεγχο της ταινίας LED στη δεύτερη περίπτωση χρησιμοποιείται μια εφαρμογή για Android κινητά τηλέφωνα.

Το σχετικό υλικό θα το βρείτε εδώ.

Μέτρηση θερμοκρασίας με τον αισθητήρα DS18B20

 Μια μικρή σειρά πειραμάτων μέτρησης θερμοκρασίας με τον ψηφιακό αισθητήρα DS18B20 θα βρείτε στο φυλλάδιο που αναρτώ εδώ.

Περιλαμβάνονται τα πειράματα:

1. Βρασμός

2. Ψύξη με εξάτμιση

3. Θερμική ισορροπία

Στάσιμα κύματα σε χορδή (παλιότερο θέμα EUSO)

 

Ένα βίντεο με την αναπαραγωγή ενός παλιότερου θέματος EUSO (B. Ελλάδας). Αφορά τον υπολογισμό της ταχύτητας διάδοσης των κυμάτων σε τεντωμένη χορδή, αλλά μπορεί να προσαρμοστεί για τη διερεύνηση της δημιουργίας στασίμων κυμάτων σε χορδή με ακλόνητα τα δύο της άκρα. Δείχνεται μόνο μια μέτρηση. Το αναλυτικό φ.ε. θα το βρείτε ΕΔΩ. 

Στο μέσο τηw χορδής (νήμα διαμέτρου 1mm) κολλήσαμε πολύ μικρό κομμάτι "τσιχλόκολλας" για καλύτερη ανταπόκριση της φωτοπύλης στην κίνηση της χορδής. Η λήψη ήταν κάπως υπό γωνία και λανθασμένα φαίνεται σα να μη κόβει η τσιχλόκολλα τη δέσμη της φωτοπύλης.

Στάσιμα κύματα σε χορδή

 Για τη δημιουργία στάσιμων κυμάτων σε χορδή χρησιμοποιούμε ως διεγέρτη ένα μεγάφωνο τροφοδοτούμενο με ημιτονικό σήμα από τη γεννήτρια συχνοτήτων. Το βίντεο που ακολουθεί επιδεικνύει τη δημιουργία στάσιμων κυμάτων στη χορδή σε διάφορες συχνότητες συντονισμού της χορδής. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει η καταστροφή του στάσιμου κύματος αν η συχνότητα της γεννήτριας μεταβληθεί από τη συχνότητα συντονισμού και η μεταβατική κατάσταση που δημιουργείται μέχρι τον επόμενο συντονισμό.

Οι συχνότητες που αναγράφονται στο βίντεο προέρχονται από την κλίμακα της γεννήτριας συχνοτήτων και γι' αυτό δε θεωρούνται ικανοποιητικά ακριβείς.

Θεωρώ μια τέτοιου είδους επίδειξη περισσότερο ικανοποιητική για τη διερεύνηση της σχέσης του συντονισμού στη δημιουργία στάσιμου κύματος μέγιστου πλάτους, παρά το σχετικό πείραμα με το σωλήνα Kundt, το οποίο παρουσιάζει πολλές δυσκολίες σε θεωρητικό και πρακτικό επίπεδο.

Μελέτη κίνησης με τον Arduino και τον αισθητήρα υπερήχων

Τον αισθητήρα υπερήχων τον χρησιμοποιούν οι "της ρομποτικής" κυρίως για την αποφυγή εμποδίων από διάφορα "έξυπνα" αυτοκινητάκια. Εδώ δείχνουμε πως μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πειράματα Φυσικής για τη μελέτη κινήσεων.

Το κύκλωμα της διάταξης και η συναρμολόγησή του σε breadboard

Η διάταξη πρόχειρα στερεωμένη πάνω σε παιδικό παιχνίδι-αυτοκινητάκι

Αναλυτικές οδηγίες ΕΔΩ.

Η συμμετοχή της ομάδας μας στο διαγωνισμό EOES 2023

 Ολοκληρώθηκε το Σάββατο 28/1/2023 η δεύτερη φάση του διαγωνισμού πειραμάτων ΕΟΕS που διοργάνωσε η ΠΑΝΕΚΦΕ.

Το θέμα Φυσικής που εξετάστηκαν οι μαθητές
ήταν αναπαραγωγή αυτής της διάταξης από το μακρινό 1720

Η ομάδα μας αποτελούμενη από τους μαθητές: Λώλο Κωνσταντίνο, Μητσιώνη Θεόδωρο και Μητσιώνη Κάρολο του 2ου ΓΕΛ Ηγουμενίτσας διαγωνίστηκε στο διαγωνισμό Βόρειας Ελλάδας που διεξάχθηκε στη Θεσσαλονίκη και κατατάχθηκε τέταρτη.

Η ομάδα μας κατά την εξέταση στη Βιολογία

Δε μπορώ να μη συγχαρώ τους μαθητές για την -παρ' όλες τις δυσκολίες- επιτυχία τους. Άλλωστε η αξία αυτού του διαγωνισμού πέρα από την πρωτιά έχει και  άλλα "κέρδη" για τους μαθητές: συνεργατικότητα, επιμονή, αφοσίωση στο έργο, αισιόδοξη αντιμετώπιση των δυσκολιών. Όλα στοιχεία σημαντικά για ένα μελλοντικό Φυσικό επιστήμονα.

Πρέπει να ευχαριστήσω τη διεύθυνση του 2ου ΓΕΛ Ηγουμενίτσας για τη βοήθειά της κατά την προετοιμασία της ομάδας και την απρόσκοπτη συμμετοχή της στο διαγωνισμό.

Τέλος για την επιτυχία των μαθητών οφείλω να συγχαρώ και τους γονείς των μαθητών που ήταν και οι συνοδοί τους στη Θεσσαλονίκη.

Βασίλης Νούσης

Υπ. ΕΚΦΕ Θεσπρωτίας