Ett par mätvärdesövningar i fysik

I gymnasiefysiken är ett av de centrala innehållen att kunna hantera mätvärden kvantitativt. Ett sätt att göra det på är att låta mätvärdena representeras i ett diagram, och utifrån grafen dra slutsatser och göra förutsägelser.

Min egen erfarenhet säger att det är lätt att spänna över ett kanske för stort område när jag har gjort övningar på detta. Det är någorlunda lätt att ta fram en laboration som ger mätvärden på t ex läget som funktion av tid, energi som funktion av temperatur eller spänning som funktion av ström.

I början av fysikstudierna blir det en ganska stor apparat för elever att hantera både laboration och en metod att hantera den data som laborationen ger; om flera steg ska göras i en följd är det vanligt att ett  senare steg upplevs som väldigt mycket svårare jämfört med vad det skulle ha varit om detta steg gavs som ett separat problem.

Jag brukar numera försöka vara väldigt medveten om när jag gör vad och vilket syfte jag har med övningen ifråga, och delar nu med mig av två exempel som tränar centralt innehåll i såväl Fysikens karaktär, arbetssätt och matematiska metoder som Energi och energiresurser.

De båda exemplen nedan hoppas jag tränar en metod att hantera mätdata. Att sedan ta fram mätdata från en laboration är en annan sak, och målet är givetvis att elever lär sig att hantera data från sina egna mätningar.

Exempel 1: Bestämma värmekapacitet

Det första ”experimentet” går ut på att bestämma värmekapaciteten för en vätska. Vätskan tillförs energi så att den värms, varpå temperaturen avläses. I nedanstående diagram visas dessa mätvärden.

Anpassa en rät linje
Diagram 1: Temperaturmätning av en vätska efter tillförsel av energi.
  1. Anpassa en rät linje mellan punkterna i diagrammet med hjälp av en linjal. Beräkna med hjälp av denna linje ett värde på värmekapaciteten.
  2. Vad behöver du även känna till för att beräkna vätskans specifika värmekapacitet?
  3. Anta att detta försök är gjort med etanol med volymen 625 cm³. Beräkna med hjälp av detta den specifika värmekapaciteten för etanol enligt experimentet.
  4. Mätvärdena i diagrammet är tagna med största möjliga noggrannhet med bra utrustning. Ändå skiljer sig den uppmätta specifika värmekapaciteten från tabellvärdets dito för etanol. Försök att komma på åtminstone två orsaker som förklarar avvikelsen av resultatet. Kan man säga något hur orsakerna kommer att påverka resultatet?

Exempel 2: Bestämma den absoluta nollpunkten

Det andra ”experimentet” går ut på att bestämma vilken temperatur i °C som motsvarar den absoluta nollpunkten, 0 Kelvin. Här finns mätdata för tryck när temperaturen varieras i luften i en sluten behållare.

Tabell över tryck och temperatur i en behållare
Tabell 1: Tryck vid olika temperaturer i en sluten behållare.
  1. Sammanställ mätvärdena i ett lämpligt diagram.
  2. Bestäm med hjälp av den modellen den absoluta nollpunkten.
  3. Varför kan det inte bli kallare än den absoluta nollpunkten?
Ett par mätvärdesövningar i fysik

Kommentera