כיתות י'-יב'

    תוכנית רב-שנתית

    בתיאום מראש

    חד יומי

להרשמה

פיזיקה לתיכון

במעבדות בפיזיקה לתלמידי התיכון, התלמידים מבצעים ניסויים מתקדמים בנושאים שונים, וכך מקבלים ערך מוסף על הנלמד בכיתה. כמו כן, המורים יכולים לבקש עבור תלמידיהם פעילויות של הדגמות מוחשיות בנושאי המעבדה, על מנת להפנים את העקרונות שהופיעו בניסוי. המדריכים שמים דגש רב על הבנה עמוקה של הניסויים, וכן של התיאוריות העומדות מאחוריהם. המפגש והשיח עם המדריכים במעבדה יוצר אצל התלמידים סקרנות ומוטיבציה להמשיך ללימודים גבוהים באוניברסיטה בתחום הפיזיקה.

 

הפעילויות המוצעות לתלמידי התיכון:

1. ביצוע ניסויים במעבדה לפי תכנית הלימודים של משרד החינוך, וכן ניסויי העשרה.
2. הדגמות העשרה כדי לעורר את עניינם של התלמידים בתחום הפיזיקה ולהקנות להם הבנה עמוקה של התחום ואינטואיציה פיזיקלית.
3. אפשרות לבצע ניסויים במסגרת יחידת הבגרות במעבדה.

 

רשימת הניסויים וההדגמות לכיתות י'-י"ב:

מכניקה

המעבדות במכניקה משמשות כחלק אינטגרלי מתוכנית הלימוד לכתות י' וי"א. ניתן לבצען גם בכתה י"ב במסגרת בחינת הבגרות במעבדה אשר מתקיימת גם היא בבלמונטה. הניסויים מתבצעים בקבוצות של 3-4 תלמידים לכל היותר. אנו מעבירים גם הדגמות מעניינות במכניקה להפנמה עמוקה של התופעות הנצפות בניסויים, בהתאם לבקשת המורה.

הצגה גרפית של תנועה- קינמטיקה
בהדגמה התלמידים רואים יישומים שונים של עקרונות חשובים בקינמטיקה ובדינמיקה. המדריכים מראים תופעה שיש לחשוב עליה ולנתח אותה, ופותחים דיון עם התלמידים כדי להבין מדוע היא מתרחשת ומה חוקי הפיזיקה המכתיבים אותה.

עקרונות אלה כוללים בין היתר פירוק של וקטורים (מהירות, תאוצה...) לצירים שונים, ואת כל חוקי ניוטון. על כן, ההדגמה מתאימה לתלמידים שלמדו את כל חוקי ניוטון, אך ניתן להתאים אותה גם לתלמידים שעוד לא למדו את החוק השני. בנוסף, אפשר להוסיף דוגמאות בתנועה מעגלית בהתאם לבקשת המורה.

דוגמאות מתוך ההדגמה: עגלה נוסעת על מסילה אופקית וברגע מסוים פולטת כדור כלפי מעלה בצורה אנכית (השאלה - איפה ינחת הכדור ביחס לעגלה?), תותח מכוון בזווית מהאופק לעבר מטרה, וברגע שנורה ממנו כדור המטרה מתחילה ליפול בנפילה חופשית (השאלה - האם הכדור יפגע במטרה, או מעליה/מתחתיה?) ועוד.
הניסוי משמש להבנת הקשר שבין השינוי בתנע (לפי מהירות הגוף לפני ההתנגשות ואחריה) לבין המתקף (כאינטגרל על הכוח לפי הזמן).

תנועה הרמונית
בניסוי מודדים קבוע של קפיץ בשיטות שונות - בצורה סטטית, ובצורה דינמית על ידי הבנה מעמיקה של תנועה הרמונית ובדיקת חוק הוק עבור קפיץ נע. בנוסף, בודקים את חוק שימור האנרגיה בתנועה הרמונית. הדגמה במכניקה

מתקף ותנע בהתנגשות
בניסוי מדמים מצב של תאונת דרכים עם כרית אוויר ובלעדיה, ורואים איך משתנים הכוח והזמן של ההתנגשות כתוצאה מהריכוך שעושה כרית האוויר.
במעבדה זו, חוקרים התלמידים סוגים שונים של תנועה בקו ישר (במימד אחד), והיא ממחישה את הקשר בין מאפייני התנועה לגרפים המתארים אותם.
הניסוי מתאים לתלמידים שלומדים קינמטיקה או שסיימו את הנושא ורק התחילו את חוקי ניוטון.

נפילה חופשית
בניסוי זה חוקרים את תהליך הנפילה החופשית ובודקים את תלות זמן הנפילה במסת הגוף הנופל ובגובה הנפילה, וכן מודדים את תאוצת הכובד של כדור הארץ. תנועה במישור משופע
הניסוי עוזר להפנים את הפירוק הווקטורי של כוח המשיכה. מתוצאות הניסוי ניתן לקבל את תאוצת הכובד של כדור הארץ. כמו כן, במהלך הניסוי מתבצע ניתוח של שימור האנרגיה בתנועה. החוק השני של ניוטון
בניסוי התלמידים מאמתים את החוק השני של ניוטון ורואים את השפעת המשתנים השונים על תאוצת הגוף. בנוסף, אפשר לבדוק בניסוי את חוק שימור האנרגיה. תנועה מעגלית
בניסוי חוקרים את הכוח הצנטריפיטלי בתנועה מעגלית, על ידי שינוי המסה, המהירות הזוויתית והרדיוס. כך מאמתים את החוק השני של ניוטון עבור תנועה מעגלית. שימור תנע ואנרגיה בהתנגשויות במימד אחד
בניסוי בודקים את חוקי שימור התנע והאנרגיה בהתנגשות אלסטית ופלסטית במימד אחד. התנגשות בשני מימדים
בניסוי זה בודקים את חוקי שימור התנע והאנרגיה בהתנגשות בשני מימדים.
 

חשמל ומגנטיות

לחשמל יש מקום חשוב מאוד בחיי היומיום שלנו, וקשה לדמיין חיים בלעדיו, שכן הוא משמש לאינספור טכנולוגיות שמקיפות אותנו כל הזמן.

באמצעות ניסויים והדגמות, אנחנו משתדלים להראות את האספקטים התיאורטיים וגם המעשיים של תחום ידע זה.
חוק אוהם - אופיין של נגד ונורה
בניסוי התלמידים מחברים נגד למעגל חשמלי, ובודקים, על ידי שינוי המתח עליו, אם הוא מקיים את חוק אוהם. לאחר מכן הם מחברים נורה במקומו של הנגד, ובודקים אם גם היא מקיימת את חוק אוהם. כך הם משווים בין נגדים אוהמים לנגדים לא אוהמים.

התנגדות של תיל מוליך
ניסוי זה מהווה בסיס להבנה של התנגדות חשמלית. ניתן באנלוגיה אליו להבין טוב יותר חיבורים במקביל ובטור במעגלים חשמליים, והוא הופך את מושג ההתנגדות לאינטואיטיבי ומוחשי.

כא"מ והתנגדות פנימית
בניסוי זה התלמידים לומדים על חוסר האידאליות של סוללה, ומודדים ומסיקים את ההתנגדות הפנימית שלה ואת הכא"מ שלה - שהוא המתח האידאלי שלה.

מדידת הספק מקסימלי
בניסוי זה התלמידים חוקרים מתי מתקבל ההספק המקסימלי של נגד עומס, ומבינים את מושג ההספק ואת חשיבותו בחיי היומיום לעומק.

טעינה ופריקה של קבל
בניסוי התלמידים מתוודעים לרכיב החשמלי הנקרא קבל ומבינים את השפעתו על הזמן האופייני לשינויי מתח במעגל שבו יש זרם חילופין.

מאזני זרם
בניסוי זה התלמידים מודדים את הכוח הפועל על תיל נושא זרם בשדה מגנטי, רואים כיצד נגזר כוח זה מחוק לורנץ, ובודקים את תלות הכוח בפרמטרים - עוצמת הזרם, עוצמת השדה המגנטי, אורך התיל והזווית בין הזרם לשדה המגנטי.

גלוונומטר טנגנטי
בניסוי זה התלמידים מודדים את הרכיב האופקי של השדה המגנטי של כדור הארץ בעזרת גלוונומטר טנגנטי. הניסוי מראה שימוש בחוק ביו-סבר במקרה הפרטי של שדה מגנטי במרכז של סליל ומאמת אותו.

ניסוי תומסון - e/m
בניסוי זה משחזרים את התגלית של אחת מהתכונות היסודיות של האלקטרון - היחס בין המטען למסה שלו. הניסוי המקורי נעשה על ידי הפיזיקאי הבריטי תומסון, ובניסוי רואים את אופן פעולת כוח לורנץ על אלקטרון הנע בשדה מגנטי.

הדגמה בחשמל ומגנטיות
בהדגמה זו התלמידים רואים בעיניים את הנושאים התיאורטיים הנלמדים בכיתה, הם רואים ומצליחים לפתח אינטואיציה פיזיקלית של הנושאים התיאורטיים ומבינים לעומק איך הכוחות החשמליים והמגנטיים עובדים.
בהדגמה הזו הם מתחילים בנושאים הפשוטים יותר של אלקטרוסטטיקה, רואים את כוחות המשיכה בין מטענים מנוגדים ורואים בעניים איך שדה חשמלי (שנעשה על ידי קבל) משפיע על חומר מוליך. לאחר מכן הם מבינים מה זה גל אלקטרומגנטי, על השימושים שלו בחיי היום יום (כגון רדיו) ואיך כלוב פראדי מצליח לחסום אותות אלו.
מכאן עוברים איתם להבנה של כוח לורנץ ורואים כי זרם גורם לשדה מגנטי ולכוח שפועל על חומרים פרו מגנטיים, וכן איך שדה מגנטי יכול לגרום לזרם לזרום בתוך מוליך.
באמצעות הדגמות אלה התלמידים רואים בעניים את הנושאים התיאורטיים הסבוכים, וקונים הבנה ואינטואיציה ברורה בנושאים אלה.

אופטיקה גיאומטרית

בתחום האופטיקה הגאומטרית, התלמידים לומדים על מגוון תופעות הקשורות לאופן התפשטותו של האור במרחב, לפגיעתו של אור בגופים (החזרה, בליעה והעברה), ולקשר בין אור וראיה. התלמידים מבינים עקרונות וחוקים אופטיים המעוגנים במתמטיקה ובגאומטריה, כגון חוק סנל, נפיצה, עקרון פרמה ועוד.

חוק סנל
בניסוי זה התלמידים חוקרים את תופעת השבירה של האור ומבינים לעומק את חוק סנל, מודדים את מקדם השבירה של אקריליק בעדשה חצי גלילית, בודקים תופעות של נפיצה ושל החזרה פנימית מלאה, וכן מודדים זווית קריטית של מעבר מאקריליק לאוויר.

עצם ודמות בעדשה דקה|
בניסוי ננסה להבין את מהות העדשה, נמדוד את מרחק המוקד של העדשות שונות ונראה את ההגדלה שנקבל מהעדשות השונות. ואף נמדוד את תופעת האברציה בעדשה – העיוותים הקיימים בה.

החזרה ממראות שונות
בניסוי זה התלמידים מבינים את תופעת ההחזרה ממראות שונות - מישורית וכדורית, וחוקרים את הקשר בין אורך המוקד לרדיוס העקמומיות של המראות.

אופטיקה פיזיקאלית 

• ניסוי הסדקים של יאנג 
• חוק מאלוס 
• עוצמה כפונקציה של מרחק 
• אופטיקה גיאומטרית בגלי מיקרו 

גלים

תופעות גליות מופיעות בטבע בכל מקום שרק ניתן לדמיין - ים, מוזיקה, אור, חשמל ועוד, והבנתן חשובה כבסיס להבנת כל הפיזיקה של ימינו. באמצעות ניסויים מרתקים והדגמות מפתיעות, אנו מצליחים להקנות לגלים מקום משמעותי בתפיסת הטבע בקרב התלמידים, וכך לתת להם אינטואינציה טובה בפיזיקה של הגלים. התלמידים מבינים לעומק מונחים בסיסיים בגלים כגון אמפליטודה, אורך גל ותדירות, ומסבירים באמצעותם את התופעות שמוצגות מולם בניסויים השונים, כמו סופרפוזיציה.

גלים עומדים בצינור
בניסוי זה התלמידים חוקרים את היווצרותם של גלים עומדים של לחץ אוויר בצינור, נמדוד את אורך הגל, התדר ואת מהירות התפשטות הגלים (מהירות הגל). כמו כן, נבדוק את השפעתם של תנאי שפה שונים על צורת הגל העומד, נבדוק את השפעתו של הליום בצינור.

גלים עומדים במיתר
בניסוי זה חוקרים התלמידים את תופעת הגלים העומדים במייתר. התלמידים ימדדו את המתיחות של המייתר ויראו את ההשפעות של אורך החוט ומתיחותו על אופני התנודה המתקיימים בחבל. הלמידים יבינו לעומק את תופעת גלים עומדים במייתר ואת הנוסחה המקשרת בין מהירות הגל התדר ואורך הגל.

הדגמה בגלים
בהדגמה זו מקנים לתלמידים הבנה בסיסית לגבי גלים, על שני סוגי הגלים הקיימים (גלים אורכיים וגלים רוחביים), ומסבירים להם על הפרמטריים השונים של הגל ועל משמעותם. התלמידים יבינו לעומק את המשמעות של גלים עומדים, ויראו בעיניים גלים עומדים חד ממדיים בחבל ובחליל אש, וכן גלים עומדים דו ממדיים בממברנה, ויראו איך תנאי שפה שונים משפיעים על הגל.
מראים להם על התכונות של הגלים – עקיפה והתאבכות באמצעות גלים במים, וכן הם מבינים את המשמעות לכך שהאור הוא גל (ניסוי יאנג).
בהדגמה זו מקנים לתלמידים הבנה בסיסית לגבי גלים, על שני סוגי הגלים הקיימים (גלים אורכיים וגלים רוחביים), ומסבירים להם על הפרמטריים השונים של הגל ועל משמעותם. התלמידים יבינו לעומק את המשמעות של גלים עומדים, ויראו בעיניים גלים עומדים חד ממדיים בחבל ובחליל אש, וכן גלים עומדים דו ממדיים בממברנה, ויראו איך תנאי שפה שונים משפיעים על הגל.
מראים להם על התכונות של הגלים – עקיפה והתאבכות באמצעות גלים במים, וכן הם מבינים את המשמעות לכך שהאור הוא גל (ניסוי יאנג).

פיזיקה מודרנית

פלנק, ואנשטיין גילו כי האור מתנהג כחלקיק, ולא רק כגל. גלוי זה מאוד חשוב לכל ההבנה הפיזיקלית כיום והתעשייה בנויה ברובה על בסיס הבנה זו. בניסוים אלה התלמידים יחקרו את התופעות שגרמו להבנה זו, ויבינו יותר את המשמעות של דואליות זו.

האפקט הפוטואלקטרי
בניסוי זה נראה כי האור מתנהג כחלקיק, נקרין אור בתדרים שונים ונראה איך הם משפיעים על מתח העצירה. באמצעות מתח זה נבין איך אפשר לקבל את קבוע פלנק ואת פונקציית העבודה של המתכת. ספקטרוסקופיה של מימן
בניסוי זה נראה בעיניים כי ישנם רמות בדידות לאטום וכי אי אפשר להעביר את האלקטרון מכל רמה אנרגטית לכל רמה שהיא. נמצא ביחד את קבוע ריטברג ואת האנרגיה הדרושה להציא אלקטרון מהרמה הראשונה החוצה מהאטום (אנרגיית היינון).

דיפרקציה של אלקטרונים
בניסוי זה התלמידים נחשפים לתופעה כי אלקטרון מתנהג כגל ולא רק כחלקיק, הם יראו בעיניים את תופעת העקיפה של אלקטרונים בגביש ויאששו את נוסחת דברולי באמצעות תופעה זו.

הדגמות

על ידי ההדגמות אנו מקנים לתלמידים אינטואיציה בנושאים פיזיקליים שונים, הם רואים את התופעות בעיניים ומבינים לעומק את משמעותם הפיזיקלית. באמצעות ההדגמות אנו נוגעים בנושאים בצורה חוויתית, מרחיבים מעבר לנושאים הרגילים הנלמדים בכיתה ובעזרתם מקנים לתלמידים הבנה עמוקה של תופעות שונות מחיי היום יום.

הדגמה במכניקה
בהדגמה התלמידים רואים יישומים שונים של עקרונות חשובים בקינמטיקה ובדינמיקה. המדריכים מראים תופעה שיש לחשוב עליה ולנתח אותה, ופותחים דיון עם התלמידים כדי להבין מדוע היא מתרחשת ומה חוקי הפיזיקה המכתיבים אותה.
עקרונות אלה כוללים בין היתר פירוק של וקטורים (מהירות, תאוצה...) לצירים שונים, ואת כל חוקי ניוטון. על כן, ההדגמה מתאימה לתלמידים שלמדו את כל חוקי ניוטון, אך ניתן להתאים אותה גם לתלמידים שעוד לא למדו את החוק השני. בנוסף, אפשר להוסיף דוגמאות בתנועה מעגלית בהתאם לבקשת המורה.
דוגמאות מתוך ההדגמה: עגלה נוסעת על מסילה אופקית וברגע מסוים פולטת כדור כלפי מעלה בצורה אנכית (השאלה - איפה ינחת הכדור ביחס לעגלה?), תותח מכוון בזווית מהאופק לעבר מטרה, וברגע שנורה ממנו כדור המטרה מתחילה ליפול בנפילה חופשית (השאלה - האם הכדור יפגע במטרה, או מעליה/מתחתיה?) ועוד.

הדגמה בחשמל ומגנטיות
בהדגמה זו התלמידים רואים בעיניים את הנושאים התיאורטיים הנלמדים בכיתה, הם רואים ומצליחים לפתח אינטואיציה פיזיקלית של הנושאים התיאורטיים ומבינים לעומק איך הכוחות החשמליים והמגנטיים עובדים.
בהדגמה הזו הם מתחילים בנושאים הפשוטים יותר של אלקטרוסטטיקה, רואים את כוחות המשיכה בין מטענים מנוגדים ורואים בעניים איך שדה חשמלי (שנעשה על ידי קבל) משפיע על חומר מוליך. לאחר מכן הם מבינים מה זה גל אלקטרומגנטי, על השימושים שלו בחיי היום יום (כגון רדיו) ואיך כלוב פראדי מצליח לחסום אותות אלו.
מכאן עוברים איתם להבנה של כוח לורנץ ורואים כי זרם גורם לשדה מגנטי ולכוח שפועל על חומרים פרו מגנטיים, וכן איך שדה מגנטי יכול לגרום לזרם לזרום בתוך מוליך.
באמצעות הדגמות אלה התלמידים רואים בעניים את הנושאים התיאורטיים הסבוכים, וקונים הבנה ואינטואיציה ברורה בנושאים אלה.

הדגמה באופטיקה
הדגמה באופטיקה נותנת לתלמידים מושגים ברורים למה קורה באינטראקציה בין אור לחומר, איך האור מתנהג וההשפעות שלו על חומרים. בין היתר התלמידים מבינים מה הוא צבע, איך האור נע ממקום למקום, על שבירה שלו ואיך עובדים עדשות. התלמידים מבינים בסוף איך העין עובדת ואיך אפשר לעזור לה ולתת לה עדשה במקרה שיש בעיות. הדגמה זו נותנת לתלמידים הבנה טובה של העקרונות של האופטיקה ושל היישומים שלה בחיי היום יום.

הדגמה בגלים
בהדגמה זו מקנים לתלמידים הבנה בסיסית לגבי גלים, על שני סוגי הגלים הקיימים (גלים אורכיים וגלים רוחביים), ומסבירים להם על הפרמטריים השונים של הגל ועל משמעותם. התלמידים יבינו לעומק את המשמעות של גלים עומדים, ויראו בעיניים גלים עומדים חד ממדיים בחבל ובחליל אש, וכן גלים עומדים דו ממדיים בממברנה, ויראו איך תנאי שפה שונים משפיעים על הגל.
מראים להם על התכונות של הגלים – עקיפה והתאבכות באמצעות גלים במים, וכן הם מבינים את המשמעות לכך שהאור הוא גל (ניסוי יאנג).
בהדגמה זו מקנים לתלמידים הבנה בסיסית לגבי גלים, על שני סוגי הגלים הקיימים (גלים אורכיים וגלים רוחביים), ומסבירים להם על הפרמטריים השונים של הגל ועל משמעותם. התלמידים יבינו לעומק את המשמעות של גלים עומדים, ויראו בעיניים גלים עומדים חד ממדיים בחבל ובחליל אש, וכן גלים עומדים דו ממדיים בממברנה, ויראו איך תנאי שפה שונים משפיעים על הגל.
מראים להם על התכונות של הגלים – עקיפה והתאבכות באמצעות גלים במים, וכן הם מבינים את המשמעות לכך שהאור הוא גל (ניסוי יאנג).

הדגמה בנושא לחץ
בתחילת ההדגמה התלמידים מגדירים את מושג הלחץ, חושבים על גורמים העשויים להשפיע עליו ודנים בהם.
בהדגמה עצמה מנתחים תופעות יומיומיות הקשורות ללחץ, וכן רואים תופעות לא טריוויאליות נוספות בעזרת כלים הקיימים במעבדה כגון פעמון ואקום, פלטות מגדבורג, חליל אש, הליום וחנקן נוזלי. במהלך ההדגמות מבינים לעומק את הגורמים המשפיעים על הלחץ, ומסבירים את התופעות הנראות בעזרת הכלים שהתלמידים רכשו. מופיע לעדכן בהמשך.