10ος Διαγωνισμός πειραμάτων φυσικής Ε. Ντελακρουά. Θέματα – Υλικό Φυσικής

Την Πέμπτη 10/4/2025 ολοκληρώθηκε ο 10^ο^ς διαγωνισμός πειραμάτων φυσικής για μαθητές Γ΄ Γυμνασίου που διοργανώνει η Ελληνογαλλική Σχολή Ευγένιος Ντελακρουά σε συνεργασία με το ΕΚΦΕ Χαλανδρίου και τη Διεύθυνση Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης Β΄ Αθήνας.

Η διεξαγωγή του διαγωνισμού πραγματοποιήθηκε, σε δυο φάσεις:

1^ηΦΑΣΗ, 11 Μαρτίου 2025

«Εξοικείωση με τη θεωρία και τα εργαστηριακά όργανα»

Οι μαθητές των σχολείων που συμμετείχαν, μαζί με τους συνοδούς καθηγητές, επισκέφτηκαν τη βιβλιοθήκη και το αμφιθέατρο φυσικής της Σχολής, για μια σύντομη παρουσίαση και θεωρητική περιγραφή των εννοιών που έχουν διδαχθεί. Ακολούθως, επισκέφτηκαν τα εργαστήρια του σχολείου για απλές ασκήσεις εξοικείωσης με τα όργανα.

2^η ΦΑΣΗ, 10 Απριλίου 2025

«Διαγωνιστικό μέρος»

Οι συμμετέχοντες μαθητές διαγωνίστηκαν σε 3 εργαστηριακές ασκήσεις που περιλάμβαναν: υλοποίηση ηλεκτρικών κυκλωμάτων, μετρήσεις και επεξεργασία, γραφικές παραστάσεις, εξαγωγή συμπερασμάτων και ερωτήσεις εμβάθυνσης.

Την Επιστημονική Επιτροπή αποτελούν:

κ. Βλαχάκης Νεκτάριος – Καθηγητής ΕΚΠΑ, Τμήμα Φυσικής, Τομέας Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής.
Δρ. Κωνσταντινοπούλου Βασιλική – Υπεύθυνη των Ε.Κ.Φ.Ε. Χαλανδρίου (Βιολόγος).
Δρ. Αποστολόπουλος Κωνσταντίνος – Σχολικός Σύμβουλος ΠΕ04 (Χημικός), Δ.Δ.Ε. Β΄ Αθήνας
κ. Καμπούρης Κωνσταντίνος (Φυσικός MSc-Med, συγγραφέας των βιβλίων Φυσικής Β και Γ Γυμνασίου)
κα Τζίμα `Αννα (Καθηγήτρια Φυσικής της Ελληνογαλλικής Σχολής Ευγένιος Ντελακρουά- Συντονίστρια του κλάδου ΠΕ04)
κ. Αγριόδημας Χρήστος (Καθηγητής Φυσικής της Ελληνογαλλικής Σχολής Ευγένιος Ντελακρουά)
κ. Δάσκας Αντρέας (Καθηγητής Φυσικής της Ελληνογαλλικής Σχολής Ευγένιος Ντελακρουά)

Την Οργανωτική Επιτροπή αποτελούν:

κ. Βλαχάκης Νεκτάριος – Καθηγητής ΕΚΠΑ, Τμήμα Φυσικής, Τομέας Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής.
Δρ. Κωνσταντινοπούλου Βασιλική – Υπεύθυνη των Ε.Κ.Φ.Ε. Χαλανδρίου (Βιολόγος).
Δρ. Αποστολόπουλος Κωνσταντίνος – Σχολικός Σύμβουλος ΠΕ04 (Χημικός), Δ.Δ.Ε. Β΄ Αθήνας
κα Βούξινου Αδριανή – Σύμβουλος Εκπαίδευσης, Παιδαγωγικής Ευθύνης (Γυμνάσιο Ελληνογαλλικής Σχολής Ευγένιος Ντελακρουά)
κα Λεονταρίδου Ντόρα – Σύμβουλος Εκπαίδευσης, Παιδαγωγικής Ευθύνης (Λύκειο Ελληνογαλλικής Σχολής Ευγένιος Ντελακρουά)
κ. Μπουμπούκης Κωνσταντίνος, Διευθυντής Γυμνασίου, Ελληνικού Τμήματος, Ελληνογαλλικής Σχολής Ευγένιος Ντελακρουά
κα Τζίμα `Αννα (Καθηγήτρια Φυσικής της Ελληνογαλλικής Σχολής Ευγένιος Ντελακρουά- Συντονίστρια του κλάδου ΠΕ04)
κ. Αγριόδημας Χρήστος (Καθηγητής Φυσικής της Ελληνογαλλικής Σχολής Ευγένιος Ντελακρουά)
κ. Δάσκας Αντρέας (Καθηγητής Φυσικής της Ελληνογαλλικής Σχολής Ευγένιος Ντελακρουά)

Την Επιτροπή Αξιολόγησης αποτελούν:

κ. Βλαχάκης Νεκτάριος – Καθηγητής ΕΚΠΑ, Τμήμα Φυσικής, Τομέας Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής.
Δρ. Κωνσταντινοπούλου Βασιλική – Υπεύθυνη των Ε.Κ.Φ.Ε. Χαλανδρίου (Βιολόγος).
Δρ. Αποστολόπουλος Κωνσταντίνος – Σχολικός Σύμβουλος ΠΕ04 (Χημικός), Δ.Δ.Ε. Β΄ Αθήνας
κα Τζίμα `Αννα (Καθηγήτρια Φυσικής της Ελληνογαλλικής Σχολής Ευγένιος Ντελακρουά- Συντονίστρια του κλάδου ΠΕ04)
κ. Αγριόδημας Χρήστος (Καθηγητής Φυσικής της Ελληνογαλλικής Σχολής Ευγένιος Ντελακρουά)
κ. Δάσκας Αντρέας (Καθηγητής Φυσικής της Ελληνογαλλικής Σχολής Ευγένιος Ντελακρουά)
κ. Καμπούρης Κωνσταντίνος (Φυσικός MSc-Med, συγγραφέας των βιβλίων Φυσικής Β και Γ Γυμνασίου)

Συντονιστής του διαγωνισμού Φυσικής :

κ. Καμπούρης Κωνσταντίνος (Φυσικός MSc-Med, συγγραφέας των βιβλίων Φυσικής Β και Γ Γυμνασίου)

Η ομάδα που είχε την ευθύνη της διενέργειας του διαγωνισμού ήταν οι φυσικοί του Γυμνασίου της Ελληνογαλλικής Σχολής, κ Άννα Τζίμα, κ Αντρέας Δάσκας και Χρήστος Αγριόδημας.

Συμμετείχαν δεκατέσσερα (14) σχολεία

Στον ακόλουθο πίνακα τα σχολεία που διαγωνίστηκαν.

Φετινός νικητής ήταν το γυμνάσιο Κολλεγίου Αθηνών.

ΘΕΜΑΤΑ

ΘΕΜΑ Α

Χρόνος εξέτασης 30΄

Δίνεται στο παρακάτω σχήμα ένα κύκλωμα που περιέχει μια πηγή συνεχούς τάσης V, ένα λαμπτήρα Λ και δύο διακόπτες Α και Β. Ο διακόπτης Α μπορεί να μετακινείται στις θέσεις 1 και 2, ενώ ο διακόπτης Β μπορεί να μετακινείται στις θέσεις 3 και 4 ώστε να ελέγχουν την φωτοβολία του λαμπτήρα.

Α1. Στον παρακάτω πίνακα αναφέρονται πιθανές θέσεις των διακοπτών Α και Β. Για τους συνδυασμούς των θέσεων που αναφέρονται απαντήστε Ναι αν ο λαμπτήρας φωτοβολεί και Όχι αν δεν φωτοβολεί.

Καλέστε τον υπεύθυνο της επιτροπής για έλεγχο της απάντηση σας.

(Μονάδες 4)

Α2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ

Υλοποιήστε το κύκλωμα του σχήματος 1.

Μην θέσετε το τροφοδοτικό σε λειτουργία.

Σκοπός του κυκλώματος είναι να επαληθεύσετε τις απαντήσεις που δώσατε στο ερώτημα Α1.

Καλέστε τον υπεύθυνο της επιτροπής για τον έλεγχο και την λειτουργία του κυκλώματος.

(14 μονάδες)

Βίντεο πειραματικής διαδικασίας Α΄ θέματος ( με κλικ στην παρακάτω εικόνα)

ΤΕΛΟΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ

Κάθε ένας από τους διακόπτες Α και Β ονομάζεται μεταγωγέας. Η ιδιαιτερότητα που έχει ένας τέτοιος διακόπτης σε σχέση με έναν απλό, είναι ότι μπορεί σε συνεργασία με έναν άλλο διακόπτη σε άλλο σημείο, να ελέγχουν την ίδια συσκευή. Για να λειτουργήσουν οι διακόπτες αυτοί ακολουθείται ειδική συνδεσμολογία μεταξύ τους και μεταξύ των καλωδίων του ρεύματος. Το σύστημα αυτό είναι γνωστό ως aller retour και το χρησιμοποιούμε συνήθως για το άνοιγμα και κλείσιμο των λαμπτήρων φωτισμού σε ένα χώρο. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι σε ένα δωμάτιο μπορούμε να ανάψουμε το φως με έναν διακόπτη που βρίσκεται σε ένα σημείο και με έναν άλλον διακόπτη που βρίσκεται σε άλλη θέση να κλείσουμε το ίδιο φως που ανάψαμε με τον 1^ο διακόπτη.

Στα σχήματα 2.i έως 2.viii που ακολουθούν, απεικονίζονται ηλεκτρικά κυκλώματα που περιέχουν διακόπτες μεταγωγούς για τον έλεγχο ενός λαμπτήρα. Μελετήστε τα κυκλώματα και απαντήστε στις ερωτήσεις που ακολουθούν χωρίς δικαιολόγηση. Κάθε λανθασμένη απάντηση βαθμολογείται με αρνητική βαθμολογία (-1 μονάδα για κάθε λανθασμένη απάντηση).

Α3. Ποιο ή ποια από τα παραπάνω κυκλώματα απεικονίζει σωστά τη λειτουργία μιας συνδεσμολογίας aller retour;

Απάντηση

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Α4. Σε ποιο ή ποια από τα παραπάνω κυκλώματα ο λαμπτήρας φωτοβολεί μόνιμα σε όποια θέση και αν τοποθετηθούν οι διακόπτες;

Απάντηση

Α5. Σε ποιο ή ποια από τα παραπάνω κυκλώματα ο λαμπτήρας είναι μόνιμα σβηστός σε όποια θέση και αν τοποθετηθούν οι διακόπτες ;

Απάντηση

(12 μονάδες)

Συνολική βαθμολογία A θέματος

ΘΕΜΑ B

Χρόνος εξέτασης 40΄

Στον πάγκο σας θα βρείτε:

Ένα τροφοδοτικό πολλαπλής τάσης,
ένα πολύμετρο,
ένα λαμπτήρα,
ένα μοτέρ (ηλεκτρικός κινητήρας),
5 καλώδια.

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ

Σε όλες τις συνδεσμολογίες που ακολουθούν η τάση του τροφοδοτικού να έχει συνεχώς την τιμή V=6V.

B1. Υλοποιήστε το κύκλωμα του σχήματος 1.

i) Συνδέστε το πολύμετρο στο παραπάνω κύκλωμα σε λειτουργία αμπερομέτρου στην ένδειξη 10Α προκειμένου να μετρήσετε την ένταση του ρεύματος του κυκλώματος.

Πριν θέσετε το κύκλωμα σε λειτουργία καλέστε την επιτροπή για τον έλεγχο του κυκλώματος.

Επιβεβαιώστε ότι το μοτέρ περιστρέφεται και ότι ο λαμπτήρας φωτοβολεί.

Καταγράψτε την τιμή της έντασης του ρεύματος.

ΜΟΤΕΡ ΠΕΡΙΣΤΡΕΦΕΤΑΙ→ ένταση ρεύματος Ι₁ =…………………

Σταματήστε με το χέρι σας τη στρέψη του κινητήρα.

Καταγράψτε την τιμή της έντασης του ρεύματος.

ΜΟΤΕΡ ΔΕΝ ΠΕΡΙΣΤΡΕΦΕΤΑΙ→ Ι₂ =…………………

Kλείστε το τροφοδοτικό.

ii) Γράψτε πως μεταβάλλεται η ένταση του φωτός όταν εμποδίσουμε την περιστροφή του μοτέρ.

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Μονάδες 6

Β.2 Αφαιρέστε το πολύμετρο από το κύκλωμα και ρυθμίστε το σε λειτουργία βολτομέτρου.

i) Συνδέστε το βολτόμετρο στα άκρα του λαμπτήρα.

Πριν θέσετε το κύκλωμα σε λειτουργία καλέστε την επιτροπή για τον έλεγχο του κυκλώματος.

Ανοίξτε το τροφοδοτικό. Επιβεβαιώστε ότι το μοτέρ περιστρέφεται και ότι ο λαμπτήρας φωτοβολεί. Μετρήστε την τάση στα άκρα του λαμπτήρα V_Λ.

Καταγράψτε την τιμή της τάσης.

ΜΟΤΕΡ ΠΕΡΙΣΤΡΕΦΕΤΑΙ→ V_Λ=………………..

Κλείστε το τροφοδοτικό.

ii) Συνδέστε το βολτόμετρο στα άκρα του κινητήρα.

Πριν θέσετε το κύκλωμα σε λειτουργία καλέστε την επιτροπή για τον έλεγχο του κυκλώματος

Ανοίξτε το τροφοδοτικό. Επιβεβαιώστε ότι το μοτέρ περιστρέφεται και στη συνέχεια εμποδίζοντας την περιστροφή του μοτέρ, μετρήστε την τάση V_K στα άκρα του κινητήρα όταν δεν περιστρέφεται.

Καταγράψτε την τιμή της τάσης.

ΜΟΤΕΡ ΔΕΝ ΠΕΡΙΣΤΡΕΦΕΤΑΙ→ V_Κ=………………..

Μονάδες 6

Αποσυνδέστε το κύκλωμα

ΤΕΛΟΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ

Β.3 Από τις μετρήσεις που λάβατε υπολογίστε:

i) την τιμή της αντίστασης του λαμπτήρα.

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

R_Λ=………………..

ii) την τιμή της αντίστασης του κινητήρα.

R_Κ=………………..

Μονάδες 6

Β.4 Να υπολογίσετε όταν ο κινητήρας στρέφεται, τα εξής μεγέθη :

i) Ηλεκτρική ισχύς Ρ_Λ, που καταναλώνει η αντίσταση του λαμπτήρα.

ii) Ηλεκτρική ισχύς Ρ_R_κιν που καταναλώνει η αντίσταση του κινητήρα.

iii) Ηλεκτρική ισχύς που Ρ_ΟΛ παράγει η πηγή.

Μονάδες 6

Β.5 Η πηγή τροφοδοτεί δύο ηλεκτρικές συσκευές : Λαμπτήρας και μοτέρ. Από τις τιμές ισχύος που υπολογίσατε στο προηγούμενο ερώτημα Β.4, επιβεβαιώστε ότι ισχύει :

Ρ_ΟΛ > Ρ_Λ + Ρ_R_κιν όταν το μοτέρ λειτουργεί

Πως εξηγείται από ενεργειακή άποψη η παραπάνω ανισότητα; Συνδυάστε την απάντησή σας με την παρατήρηση του ερωτήματος Β.1 ii) που αφορούσε στη φωτοβολία του λαμπτήρα.

Μονάδες 6

Β.6 Αν το μοτέρ της εργαστηριακής άσκησης χρησιμοποιείται για την ανύψωση ενός σώματος να βρείτε το χρόνο που θα χρειαστεί να ανεβάσει το σώμα σε ύψος 5m, αν για κάθε μέτρο ανύψωσης απαιτείται ενέργεια 15J (θεωρούμε ότι το σώμα που ανυψώνεται δεν επηρεάζει τη λειτουργία του κινητήρα.)

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Μονάδες 5

Συνολική βαθμολογία Β θέματος

ΘΕΜΑ Γ

Χρόνος εξέτασης 50΄

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Σημαντική παρατήρηση για την αντίσταση ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως.

Η αντίσταση ενός λαμπτήρα δεν είναι σταθερή και δεν υπακούει στον νόμο του Ohm. Όμως η τιμή της αντίστασης για κάθε τιμή της τάσης στα άκρα του λαμπτήρα υπολογίζεται από τη σχέση R_Λ=V_Λ/Ι_Λ.

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ

Στον πάγκο σας θα βρείτε:

Ένα τροφοδοτικό πολλαπλής τάσης,
ένα πολύ μετρό,
ένα λαμπτήρα,
Μία πλακέτα με πέντε ίδιους ωμικούς αντιστάτες, αντίστασης R = 220Ω ο καθένας,
5 καλώδια κανονικού μήκους,
8 καλώδια μικρού μήκους για την σύνδεση των αντιστάσεων μεταξύ τους.

A΄ ΜΕΡΟΣ

Γ.1 Συναρμολογήστε το κύκλωμα που απεικονίζεται στο σχήμα 1. Το πολύμετρο που σας έχει δοθεί να λειτουργεί ως αμπερόμετρο (στα 200mA ή στα 400mA – ανάλογα με την επιλογή που έχει το αμπερόμετρό σας).

Καλέστε τον υπεύθυνο τις επιτροπής για έλεγχο πριν θέσετε το κύκλωμα σε λειτουργία.

Ρυθμίστε την τάση του τροφοδοτικού στην τιμή V = 4V. Καταγράψτε την τιμή της έντασης του ρεύματος του αμπερομέτρου.

Ι₁ =.……………… A.

Κλείστε το τροφοδοτικό.

Υπολογίστε την τιμή της αντίστασης του λαμπτήρα για την παραπάνω τάση των 4V.

(4 μονάδες)

Γ2. Συναρμολογήστε το κύκλωμα που απεικονίζεται στο σχήμα 2, με τον ένα αντιστάτη της πλακέτας. Ρυθμίστε το πολύμετρο που σας έχει δοθεί ως αμπερόμετρο (στα 200mA ή στα 400mA – ανάλογα με την επιλογή που έχει το αμπερόμετρό σας).

Καλέστε τον υπεύθυνο τις επιτροπής για έλεγχο πριν θέσετε το κύκλωμα σε λειτουργία.

Ι₂ =.……………… A.

Μετά την λήψη της μέτρησης κλείστε το τροφοδοτικό.

(2 μονάδες)

i) Εξηγήστε ποιοτικά χωρίς πράξεις γιατί ο λαμπτήρας δεν φωτοβολεί σε αυτή την περίπτωση.

(2 μονάδες)

ii) Υπολογίστε πόσο τοις % είναι λιγότερη η ισχύς P₂ που καταναλώνει ο λαμπτήρας σε σχέση με την ισχύ Ρ₁, που κατανάλωνε όταν λειτουργούσε στη συνδεσμολογία του ερωτήματος Γ.1.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

(6 μονάδες)

Β΄ ΜΕΡΟΣ

Γ3. Συναρμολογήστε το κύκλωμα που απεικονίζεται στο σχήμα 3, με τον έναν αντιστάτη της πλακέτας. Σταδιακά θα συνδέουμε παράλληλα και τις άλλες αντιστάσεις μεταξύ τους. Ρυθμίστε το πολύμετρο ως βολτόμετρο.

Καλέστε τον υπεύθυνο τις επιτροπής για έλεγχο πριν θέσετε το κύκλωμα σε λειτουργία.

(2 μονάδες)

– Ρυθμίστε την τάση του τροφοδοτικού στην τιμή V = 5V και σημειώστε την ένδειξη του βολτομέτρου V₁.

– Συνδέστε την 2^η αντίσταση R=220Ω παράλληλα στην 1^η και σημειώστε την ένδειξη του βολτομέτρου V₂.

– Επαναλάβατε τη διαδικασία για όλο το πλήθος των αντιστάσεων της πλακέτας και συμπληρώστε τον πίνακα 1 που ακολουθεί.

Καλέστε τον υπεύθυνο τις επιτροπής για έλεγχο των μετρήσεων.

(3 μονάδες)

ΤΕΛΟΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ

Γ4. Τι συνέβαινε στην φωτοβολία του λαμπτήρα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας που προσθέτατε αντιστάσεις παράλληλα συνδεδεμένες; Πως ερμηνεύεται; Εξηγήστε θεωρητικά χωρίς πράξεις.

(4 μονάδες)

Γ5. Τοποθετήστε τα ζεύγη τιμών (πλήθος αντιστάσεων Ν – τάση λαμπτήρα V_Λ) του πίνακα 1, σε βαθμολογημένους άξονες στο μιλιμετρέ χαρτί. (5 μονάδες)

(Το σημείο (0,0) δεν πρέπει να απεικονίζεται γιατί δεν έχει φυσική σημασία.)

Γ6. Από τα σημεία που τοποθετήθηκαν στο μιλιμετρέ να προβλέψετε το πλήθος Ν των αντιστάσεων R = 220Ω, που θα έπρεπε να τοποθετηθούν παράλληλα συνδεδεμένες στα σημεία Α και Β του κυκλώματος ώστε ο λαμπτήρας να φωτοβολεί έχοντας στα άκρα του τάση V_λ = 4V.

Εξηγήστε πως εργαστήκατε.

(5 μονάδες)

Γ7. Προσεγγίστε, υπολογίζοντας θεωρητικά το πλήθος Ν των αντιστάσεων R=220Ω, που θα πρέπει να συνδεθούν παράλληλα, ώστε η τάση στα άκρα του λαμπτήρα να είναι ίση με 4V.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

(8 μονάδες)

Γ8. Συγκρίνετε τα δύο αποτελέσματα (πειραματικό και θεωρητικό). Αν υπάρχουν αποκλίσεις που μπορεί να οφείλονται ;

(4 μονάδες)

Συνολική βαθμολογία Γ΄ θέματος