פיזיקה · כיתה י · שיעור 1 מתוך 2

מבוא למעבדה

איך עוברים מנוסחה על הדף למספרים מהמציאות — ולמה כל מדידה היא „בערך"

מה מודדים? במה מודדים? עד כמה סומכים?

ניווט: ← / רווח קדימה · → אחורה · N הערות למורה · F מסך מלא

שיעור 1 · פתיחה
סימולציה

רכבת נוסעת במהירות קבועה

t = s
x = m

שאלות לכיתה

1מה אנחנו רוצים לוודא?

2מה אנחנו רוצים לחלץ?

3אילו נתונים צריך למדוד?

לוודא: שהמהירות באמת קבועה (המיקום גדל באותו קצב).
לחלץ: את המהירות v = Δx / Δt.
למדוד: מיקום x וזמן t — ולהחליט איפה „האפס".
שיעור 1 · פתיחה
תוכנית מדידה

לכל נתון שנמדוד: איך? מה יכול להשתבש? מה עושים?

מה מודדיםבאיזה כלי?מה יכול להשתבש?איך מתמודדים?
מיקום x???
זמן t???
מהירות vלא נמדדת ישירות — v = Δx / Δt — מחשבים מתוך שני המדידים
את הטבלה הזו נמלא בהדרגה — בסוף השיעור היא תהיה מלאה.

שלוש השאלות האלה מלוות כל ניסוי בפיזיקה, לא רק את הרכבת.

שיעור 1 · רציונל
מה עושים במעבדה?

הנוסחה היא מודל. המעבדה בודקת אותו

📐

מודל

x = x₀ + v·t

←
🔮

תחזית

אחרי 8 שניות: 160 מ'

←
📏

מדידה

מודדים במציאות

←
⚖️

השוואה

האם הם מסכימים?

←
💡

מסקנה

מאשרים או משפרים

הנוסחה מניחה…

  • מהירות בדיוק קבועה
  • אין חיכוך ואין רוח
  • מודדים בלי טעות

והמציאות…

  • המהירות בערך קבועה
  • כל כלי מדידה מוגבל
  • כל מדידה קצת שונה מהקודמת
המטרה היא לא „שיצא יפה", אלא לדעת עד כמה אפשר לסמוך על המספר.
שיעור 1 · מדידה
מהי מדידה?

מדידה = מספר ± אי־ודאות + יחידות

בחרו סרגל:
קריאה: cm
אי־ודאות ≈ חצי מהשנתה הקטנה = cm
שיעור 1 · כלים
איך מודדים מיקום וזמן?

כלי מדידה: כל כלי והמגבלה שלו

📏 מיקום / אורך

כלירזולוציהמגבלה
סרט מידה1 mmיישור, איפה האפס
סרגל על מסילה1 mmקריאה מזווית (פרלקסה)
חיישן מרחק~1 mmצריך כיול
ניתוח וידאו (Tracker)פיקסלעיוות, קנה מידה

⏱️ זמן

כלירזולוציהמגבלה
שעון עצר ידני0.01 sזמן תגובה ≈ 0.1–0.2 s!
שער אור0.001 sאוטומטי, אך צריך ציוד
וידאו1/30 sהפרשים בין פריימים
רזולוציה = הצעד הקטן ביותר שהכלי מראה. אבל הדיוק האמיתי תלוי גם בשימוש: בשעון עצר ידני האדם הוא המגבלה, לא השעון.
שיעור 1 · שגיאות
שני סוגי טעויות

אקראית או שיטתית?

אקראית — פעם גבוה, פעם נמוך. אין כיוון קבוע.

שיטתית — תמיד לאותו כיוון, באותו גודל.

סווגו:

  1. הסטופר מתחיל 0.3 שניות מאוחר
  2. לוחצים לפעמים מוקדם ולפעמים מאוחר
  3. סרט המידה מתחיל מ-2 ס״מ ולא מ-0
1 — שיטתית · 2 — אקראית · 3 — שיטתית
שיעור 1 · התמודדות
„מדדתי כמה פעמים ויצא כל פעם משהו אחר"

טעות אקראית: חוזרים על המדידה

מודדים בשעון עצר ידני את אותו אירוע (זמן אמיתי לא ידוע לכם).

מספר מדידות:
ממוצע: s
חצי הטווח: s
תוצאה:
ממוצע = הערך הטוב ביותר.
חצי הטווח (max − min)/2 = כמה הוא מפוזר.
שיעור 1 · התמודדות
אותו ניסוי — עם סטופר שמתחיל באיחור

טעות שיטתית: ממוצע לא עוזר

מספר מדידות:
ממוצע: s
חצי הטווח: s

איך מזהים טעות שיטתית?

  • בודקים אפס וכיול לפני הניסוי
  • מודדים בשני כלים שונים
  • משנים שיטה ובודקים אם התוצאה זזה
שיעור 1 · סיכום
חזרה לרכבת

תוכנית המדידה — מלאה

מה מודדיםבאיזה כלי?מה יכול להשתבש?איך מתמודדים?
מיקום xסרט מידה או עמודי ציון על המסלולקריאה בעין, אפס לא ברור (שיטתית)קובעים נקודת אפס; בודקים אפס; קוראים ישר מול הסרגל
זמן tשעון עצר (או שער אור)זמן תגובה של 0.1–0.2 s (אקראית + שיטתית)חוזרים 10 פעמים ← ממוצע ± חצי טווח; עדיפות לשער אור
מהירות vv = Δx / Δt — מחשבים. כל אי־ודאות במדידות עוברת גם לתוצאה (שיעור הבא).
לפני כל מדידה שואלים: איך? מה יכול להשתבש? איך מתמודדים?
שיעור 1 · כרטיס יציאה
לפני שיוצאים…

כרטיס יציאה

1

מדדתם אורך ויצא 12.4 cm, כשהשנתה הקטנה בסרגל היא 1 mm. איך תכתבו את התוצאה?

2

מדדתם זמן 5 פעמים: 3.1, 3.3, 2.9, 3.2, 3.0 שניות. מה הממוצע? ומה חצי הטווח?

3

הסרגל שלכם חסר 1 ס״מ בתחילתו. האם מדידה חוזרת תפתור את זה? למה?

1. 12.40 ± 0.05 cm
2. ממוצע 3.1 s; טווח 2.9–3.3 ← חצי טווח 0.2 s ← 3.1 ± 0.2 s
3. לא — זו טעות שיטתית, כל המדידות יוסטו באותו גודל. צריך לתקן את הסרגל או להחסיר.
פיזיקה · כיתה י · שיעור 2 מתוך 2

ממדידות לתוצאה

וכך מתכננים ניסוי

חזרה

מה זכרנו משיעור 1?

חלק א׳

טעות יחסית · טבלה וגרף · מהירות רגעית

חלק ב׳

טעויות נפוצות · תכנון ניסוי

שיעור 2 · חזרה
חזרה קצרה

שלוש שאלות מהשיעור הקודם

1מה ההבדל בין טעות אקראית לשיטתית?

אקראית — מפזרת, ממוצע עוזר. שיטתית — מסיטה לכיוון קבוע, ממוצע לא עוזר.

2מדדנו 10 פעמים. איזו תוצאה מדווחים?

ממוצע ± חצי הטווח, ביחידות.

3למה שעון עצר ידני „מדויק" רק עד 0.1–0.2 שניות, גם אם הוא מראה מאיות?

זמן התגובה של האדם הוא המגבלה, לא רזולוציית השעון.
שיעור 2 · שגיאה יחסית
איך מתכננים מדידה טובה?

טעות קטנה ביחס לגודל המדידה

טעות יחסית = טעותהערך הנמדד

הרכבת נוסעת ב-20 m/s. הסטופר שלנו טועה ב-±0.2 s. כמה זמן כדאי למדוד?

זמן נמדד: s
טעות יחסית: %
מהירות שתצא (m/s):
אותה טעות מוחלטת — אבל במדידה ארוכה היא זניחה. לכן מודדים מרחקים וזמנים גדולים ככל האפשר.
שיעור 2 · טבלה וגרף
מטבלת מדידות לתוצאה

גרף של x(t) — השיפוע הוא המהירות

9 מדידות של הרכבת, כל אחת עם קו שגיאה של 4 m לכל כיוון. הזיזו את הישר כך שיעבור „באמצע" הנקודות.

שיפוע חיתוך
v = השיפוע = m/s
סכום הסטיות מהישר: m

הישר לא חייב לעבור בכל הנקודות — רק להיות הכי קרוב לכולן.

שיעור 2 · מהירות רגעית
עגלה מואצת · טבלת מיקומים

איך מוציאים מהירות רגעית מטבלה?

t (s)x (m)v ≈ (m/s)
רוחב החלון:
v ≈ ΔxΔt = m/s
שיעור 2 · טעויות נפוצות
מצאו את הטעות

טעויות נפוצות במעבדה

✗ מודדים מרחק של 10 cm בשעון עצר של 0.1 s

טעות יחסית גדולה. מודדים מקטע ארוך.

✗ מודדים פעם אחת ומדווחים „5.2 s"

אין אי־ודאות. חוזרים ומדווחים ממוצע ± טווח.

✗ „מחקתי נקודה כי היא לא התאימה"

בודקים מה קרה. מוחקים רק עם סיבה פיזיקלית.

✗ כותבים 3.14159 s כשהסטופר מראה עד 0.01

יותר מדי ספרות. כותבים רק מה שנמדד.

✗ מחשבים v משתי נקודות בלבד

נקודה אחת שגויה = תוצאה שגויה. משתמשים בגרף.

✗ משנים בניסוי גם את המסה וגם את הזווית

לא יודעים מה גרם לשינוי. משנים משתנה אחד.
שיעור 2 · תכנון ניסוי
כך חושבים לפני שמודדים

שישה שלבים בתכנון ניסוי

1שאלה ותחזית — מה בודקים ומה מצפים?
2משתנים — מה משנים? מה נמדד? מה נשאר קבוע?
3כלים — האם הרזולוציה מספיקה?
4נוהל — כמה נקודות? איזה טווח? כמה חזרות?
5ניתוח — טבלה ← גרף ← שיפוע.
6בטיחות ושיפור — מה אפשר לעשות טוב יותר?

דוגמה: הרכבת

  • תחזית: מהירות קבועה ≈ 20 m/s
  • משנים: זמן. נמדד: מיקום. קבוע: המסלול
  • סרט מידה + שער אור או סטופר
  • 9 נקודות מ-0 עד 8 s, כל אחת 3 פעמים
  • גרף x(t): השיפוע הוא המהירות. האם הוא ישר?
  • לבדוק אפס ולמדוד קטע ארוך
שיעור 2 · אתגר
עבודה בקבוצות · 5 דקות

עגלה על מסילה — האם היא נעה במהירות קבועה?

תכננו ניסוי:

1מה בודקים ומה התחזית?
2מה משנים / מודדים / שומרים קבוע?
3איזה כלי בוחרים? (ולמה)
4כמה מדידות וכמה חזרות?
5איך תנתחו ומה יוכיח שהמהירות קבועה?
6מה הבעיה העיקרית שצפויה?
תחזית: הגרף של המיקום כפונקציה של הזמן הוא ישר.
משתנים: הזמן בלתי תלוי, המיקום נמדד; משטח ישר, אותה עגלה.
כלי: שערי אור או וידאו — לא סטופר ידני.
נוהל: 6–8 נקודות לאורך כל המסילה, 3 חזרות בכל נקודה.
ניתוח: גרף, שיפוע בשני חצאי המסילה — האם דומים?
בעיה: חיכוך קל ← המהירות קטנה לאט (שיטתית).
סיכום שני השיעורים

מה לקחנו

מדידה

  • מדידה = מספר ± אי־ודאות + יחידות
  • רזולוציה ≠ דיוק
  • טעות אקראית ← חוזרים ומחשבים ממוצע
  • טעות שיטתית ← בודקים כיול ושיטה

ניתוח ותכנון

  • מודדים קטעים ארוכים ← טעות יחסית קטנה
  • גרף ושיפוע עדיפים על זוג נקודות
  • מהירות רגעית מטבלה: Δx/Δt סביב השורה
  • מתכננים לפני שמודדים: שאלה, משתנים, כלים, ניתוח
מעבדה טובה = מספר + כמה אפשר לסמוך עליו.

הערות למורה (N להסתרה)