Matriz da Ficha de avaliação da componente laboratorial n.º 2 ESTRUTURA DA FICHA DE AVALIAÇÃO LABORATORIAL

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Parte Fic has d e a valia çã o

Matriz da Ficha de avaliação da componente laboratorial n.º 2

Conteúdos:

• al 2.1 — Características do som.

• al 2.2 — Velocidade de propagação do som.

• al 3.1 — Ondas: absorção, reflexão, refração e reflexão total. • al 3.2 — Comprimento de onda e difração.

Metas:

• Identificar sons puros e sons complexos.

• Comparar amplitudes e períodos de sinais sinusoidais.

• Comparar intensidades e frequências de sinais sonoros a partir da análise de sinais elétricos. • Medir períodos e calcular frequências dos sinais sonoros.

• Determinar a velocidade do som no ar (medição indireta).

• Comparar o valor obtido para a velocidade do som com o tabelado, avaliar a exatidão do resultado e calcular o erro percentual.

• Construir o gráfico do seno do ângulo de refração em função do seno do ângulo de incidência, determinar a equação da reta de ajuste e, a partir do seu declive, calcular o índice de refração do meio em relação ao ar. • relacionar ângulos de incidência e de reflexão.

• avaliar a capacidade refletora e a transparência de diversos materiais quando neles se faz incidir luz e a diminuição da intensidade do feixe ou a mudança da direção do feixe de luz.

• Identificar o fenómeno da difração a partir da observação das variações de forma da zona iluminada de um alvo com luz de um laser, relacionando-as com a dimensão da fenda por onde passa a luz. • Determinar o comprimento de onda da luz do laser.

ESTRUTURA DA FICHA DE AVALIAÇÃO LABORATORIAL tipologia de itens

Itens de seleção Podem ser: escolha múltipla;

associação; Ordenação; Verdadeiro/falso; Completamento.

Número de itens 8

Cotação por item (em pontos)

6 pontos

Itens de construção resposta curta 10 6-8 pontos

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FICha De aValIaçãO Da COMPONeNte laBOratOrIal N.º 2

ESCOLA:

NOME: N.O_: _TURMA: _DATA:

Grupo I

Para investigar características de um som (frequência, intensidade, comprimento de onda, timbre), um grupo de alunos utilizou um osciloscópio, ao qual ligou um microfone.

Percutindo um diapasão, este emite um som, que é captado pelo microfone ligado ao osciloscópio. Ajustando a escala no osciloscópio, observa-se um sinal elétrico no ecrã do osciloscópio.

TL2p144h1

1 Qual é a função do microfone?

2 Na figura, está registado o sinal elétrico

visualizado no ecrã do osciloscópio, resultante do som emitido por um diapasão (diapasão 1), após este ter sido percutido.

Considere que a base de tempo do osciloscópio

foi regulada para 0,5 ms/DIV.

2.1 Determine a frequência do diapasão.

2.2 Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte.

Se percutir o diapasão com maior intensidade, o sinal visualizado no osciloscópio… A. … terá maior valor de amplitude.

B. … terá maior valor de frequência. C. … terá maior valor de período. D. … manterá as suas características.

TL2p144h2

1 div 1 div

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2.3 Para comparar a frequência do som emitido por dois diapasões, ligou-se um segundo diapasão

(diapasão 2) a outro canal do osciloscópio.

Verifica-se que a distância entre dois máximos consecutivos na imagem correspondente ao diapasão 2, no ecrã, é 1,1 vezes maior do que a do diapasão 1.

Calcule a frequência do som emitido pelo diapasão 2, apresentando o raciocínio efetuado

2.4 O som emitido pelo diapasão 2 é mais agudo ou mais grave do que o som emitido pelo diapasão 1?

3 A figura representa um sinal elétrico captado

pelo microfone de uma fonte sonora diferente do diapasão.

Selecione a opção que completa corretamente

a frase seguinte.

O sinal observado permite concluir que o som emitido pela fonte é…

A. … puro, resultando da sobreposição de várias frequências.

B. … complexo porque não se distingue as frequências.

C. … harmónico, podendo ser descrito por uma função sinusoidal. D. … complexo, resultando da sobreposição de vários harmónicos.

4 Na figura, está esquematizada a montagem experimental para determinar o comprimento

de onda de uma onda sonora no ar. Um gerador de sinais é ligado ao altifalante e dois microfones ligados ao osciloscópio captam o sinal emitido pelo altifalante. No ecrã do osciloscópio são visualizados dois sinais.

Um dos microfones fica numa posição fixa a 20,0 cm do altifalante. O segundo microfone move-se para ficar alinhado com o primeiro e quando a distância entre eles é 78,0 cm, os sinais visualizados no ecrã têm os máximos coincidentes.

TL2p144h3

TL2p144h4

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Parte Fic has d e a valia çã o Grupo II

Com o objetivo de determinar experimentalmente a velocidade de propagação do som no ar, um grupo de alunos fez uma montagem semelhante à representada na figura, na qual utilizou um osciloscópio, um gerador de sinais, um microfone, um altifalante com suporte, um tubo de plástico flexível e fios de ligação.

Os alunos começaram por ligar o gerador de sinais ao osciloscópio para produzir um sinal elétrico que registaram no osciloscópio. Ligaram depois o altifalante ao gerador de sinais e o microfone ao osciloscópio. Utilizaram um tubo de plástico flexível, de comprimento 1,7000 m, para melhor alinhar o altifalante e o microfone, no decorrer das experiências que realizaram. Colocaram o microfone numa extremidade do tubo e o altifalante na outra extremidade.

Os alunos mediram a temperatura da sala onde realizaram a experiência obtendo o valor de 19,5 °C.

1 Refira a razão pela qual os alunos ligaram o altifalante ao gerador de sinais.

2 A figura representa o ecrã do osciloscópio com os sinais obtidos na experiência. Considere que

a base de tempo do osciloscópio foi regulada para 10 ms/DIV.

TL2p144h5

TL2p144h6

2.1 explique por que razão se visualizam no ecrã do osciloscópio dois sinais elétricos desfasados

(atrasados) no tempo.

2.2 Determine o valor experimental da velocidade de propagação do som no ar, em metro por segundo

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3 Na tabela seguinte, estão registados os valores da velocidade do som a diferentes temperaturas.

TL2p144h7

Selecione a opção que enumera os fenómenos observados.

A. reflexão, refração e reflexão total. B. reflexão e refração.

C. refração e reflexão total. D. reflexão e reflexão total.

2 Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte.

Quando o feixe incide na superfície de separação de dois meios e é refletido, para o mesmo meio… A. … o comprimento de onda da radiação diminui.

B. … a frequência da radiação diminui. C. … a velocidade mantém-se constante. D. … a velocidade diminui.

Um feixe de luz propaga-se num meio com índice de refração inferior para um meio com índice de refração superior, o feixe é refratado, segundo uma direção em que…

A. … o ângulo de refração é superior ao ângulo de incidência. B. … o ângulo de refração é igual ao ângulo de incidência. C. … o ângulo de refração é 90 °.

D. … o ângulo de refração é inferior ao ângulo de incidência.

Calcule o valor teórico da velocidade de propagação do som no ar à temperatura a que se realizou a experiência, a partir da equação da reta que melhor se ajusta ao conjunto de valores apresentados na tabela (utilize a calculadora gráfica).

Determine o erro relativo, em percentagem, do valor experimental da velocidade de propagação do som no ar.

Grupo III

Para investigar o comportamento da luz quando incide na superfície de separação de dois meios materiais transparentes, um grupo de alunos fez uma montagem experimental, utilizando um laser de luz vermelha, um transferidor e uma lâmina semicircular.

1 Na figura, está representado o feixe de luz laser a incidir na superfície de separação de dois meios.

Velocidade do som/m s-1 _325,4 _328,4 _331,4 _334,4 _337,4

-10 -5 0 5 10

temperatura/°C

340,4 343,4 346,4 349,4

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Ocorre o fenómeno de reflexão total quando…

A. … o feixe de luz se propaga do ar para o vido, segundo uma direção em que o ângulo de incidência é superior ao ângulo crítico.

B. … o feixe de luz se propaga do vidro para o ar, segundo uma direção em que o ângulo de incidência é superior ao ângulo crítico.

C. … o feixe de luz se propaga do vidro para o ar, segundo uma direção em que o ângulo de incidência é inferior ao ângulo crítico.

D. … o feixe de luz se propaga do vidro para o ar, segundo uma direção em que o ângulo de incidência é 90 °.

5 Na figura, está a representação esquemática

da montagem que os alunos realizaram para determinar o índice de refração do vidro, relativamente ao ar.

5.1 Os alunos mediram os ângulos de incidência,

a1, e de refração, a2, na superfície de separação

ar/vidro. Os valores obtidos estão registados na tabela.

Calcule o índice de refração do vidro, em relação ao ar, a partir da equação da reta que melhor se ajusta ao conjunto dos valores de sen a1 e de sen a2 .

5.2 Os alunos mediram o valor 40,0°, para o ângulo i1 representado na figura.

Indique o valor do ângulo de reflexão.

5.3 Determine o valor do ângulo a2, a partir da equação da reta obtida no item 5.1.

5.4 O feixe incidente na lâmina é mais intenso do que o feixe de luz que atravessa a lâmina.

O que pode concluir com esta observação?

5.5 Considere agora que os alunos realizaram uma segunda experiência em que substituíram o laser

de luz vermelha por um laser de luz verde, mantendo as posições do laser e da lâmina. Os valores dos ângulos a1 e a2 medidos nesta segunda experiência seriam iguais ou diferentes

dos valores medidos na primeira experiência? Justifique a sua resposta.

TL2p144h8

laser N n1 n2 a2 a1 Ângulo de refração a2 18,9° 22,6° 29,6° 32,9° 36,1 25,0° 30,0° 40,0° 45,0° 50,0° Ângulo de incidência a1

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Parte Fic has d e a valia çã o Grupo IV

Com o objetivo de investigar o fenómeno da difração e determinar o comprimento de onda da luz de um laser He-Ne, um grupo de alunos, utilizando redes de difração e um laser, fez a montagem experimental representada na figura.

A figura seguinte mostra o padrão obtido com uma rede de difração de 300 fendas/mm.

É identificada uma sequência de pontos iluminados, igualmente distanciados, cuja posição angular obedece à seguinte relação matemática:

d sen im = m m

TL2p144h9

laser He-Ne fenda ou rede alvo

TL2p144h10

écran/alvo rede de difração laser L i2

esta relação matemática só é válida quando…

A. … a distância da fenda ao alvo (L) é muito superior à constante da rede (d).

B. … a distância da fenda ao alvo (L) é da ordem de grandeza da constante da rede (d). C. … a distância da fenda ao alvo (L) é muito inferior à constante da rede (d).

D. … a distância da fenda ao alvo (L) é igual à constante de rede (d) da rede (d).

2 O que é uma rede de difração?

3 Relativamente ao fenómeno difração, selecione a opção correta.

A. Ocorre somente com ondas eletromagnéticas. B. Ocorre com ondas eletromagnéticas e ondas sonoras. C. Ocorre com qualquer tipo de ondas.

D. Ocorre somente com ondas sonoras.

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TL2p144h11

ecran A sólido cristalino placa de chumbo tubo de raios-x

Determine o comprimento de onda do laser. exprima o valor com o erro relativo expresso em percentagem. apresente todas as etapas de resolução.

Dado: valor indicado no laser: he-Ne, 632,8 nm

6 A difração de raios X é muito importante para estudar a estrutura da matéria e, por exemplo,

conhecer a organização dos átomos numa rede cristalina. A figura representa um esquema de uma possível montagem experimental para fazer o estudo da estrutura de um sólido cristalino.

0,083 m 0,432 m 1

Distância entre dois máximos consecutivos (∆x) Distância ao alvo (L) Ordem do máximo (m)

5 Admita que o grupo de alunos utilizou uma rede de difração de 300 fendas/mm, tendo obtido

os resultados que se encontram na tabela seguinte.

6.1 O que representa a imagem assinalada com a letra a?

6.2 Compare esta montagem com a montagem realizada para determinar o comprimento de onda

de um laser (questão 5). O que representa o sólido cristalino para os raios X?

6.3 Por que razão se utilizam raios X para fazer o estudo da estrutura do cristal e não se utiliza luz

do laser he-Ne?

6.4 O que pode concluir quanto às propriedades do material chumbo, relativamente aos raios X? 6 6 2.1 1. 6 2.2 10 2.3 6 2.4 6 3. 6 4. 6 1. 10 2.1 8 2.2 10 3. 6 1. 6 2. 6 3. 6 4. 8 5.1 6 5.2 8 6 6 5.3 2. 6.1 6 6 6 5.4 3. 6.2 10 6 6 5.5 4. 6.3 6 10 6 1. 5. 6.4 COTAÇÃO QUESTÃO

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Critérios específicos de classificação da Ficha de avaliação

da componente laboratorial n.º 2

Grupo I

1 6 pontos

transformar sinal sonoro em elétrico.

2 2.1 6 pontos

(A) etapas de resolução:

(B) Obter o valor do período: T = 0,5 × 5 = 2,5 ms 3 pontos Obter o valor da frequência: f1 = _T1 = 400 hz 3 pontos

2.2 Opção a 6 pontos

2.3 10 pontos

a resposta integra os tópicos de referência seguintes ou outros de conteúdo equivalente: O período do diapasão 2 é 1,1 vezes superior ao do diapasão 1.

escreve que f2 = , f 1 1 1 e obtém o valor f2 b 364 hz. 4 3 2 1

a resposta integra os dois tópicos de referência com organização coerente dos conteúdos e linguagem científica adequada.

a resposta integra os dois tópicos de referência com falhas na organização dos conteúdos ou na utilização da linguagem científica.

a resposta integra apenas um dos tópicos de referência com linguagem científica adequada. a resposta integra apenas um dos tópicos de referência com falhas na utilização da linguagem científica.

10 8 6 4

NÍVEIS Descritores do nível de desempenho PONTUAÇÃO

2.4 6 pontos

O som emitido pelo diapasão 2 é mais grave, porque a frequência é menor.

3 Opção D 6 pontos

4 6 pontos

O valor do comprimento de onda é 78,0 cm ou 0,78 m.

Grupo II

1 6 pontos

Os alunos ligaram o altifalante ao gerador de sinais para transformar um sinal elétrico em sonoro.

2 2.1 10 pontos

a resposta integra os tópicos de referência seguintes ou outros de conteúdo equivalente:

(A) No ecrã do osciloscópio são visualizados dois sinais, um dos sinais corresponde ao sinal enviado diretamente do gerador de sinais para o osciloscópio. Outro sinal corresponde ao sinal que é enviado pelo ar, como sinal sonoro, sendo captado pelo microfone ligado ao osciloscópio em sinal elétrico.

(B) a velocidade de propagação do som no ar é menor; por esta razão há um atraso deste sinal relativamente ao sinal elétrico enviado para o osciloscópio.

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Parte Fic has d e a valia çã o 4 3 2 1

10 8 6 4

2.2 8 pontos

etapas de resolução:

(A) Obter o valor do intervalo de tempo ∆t = 5 ms = 5 × 10-3_s _{4 pontos}

(B) Obter o valor da velocidade do som v = 3 × 102_{m s}-1 _{4 pontos}

3 10 pontos

(A) Obter a equação de regressão linear 4 pontos

v = 0,6i + 331,4

(B) Obter o valor da velocidade do som à temperatura de 19,5 °C 2 pontos

v = 0,6 × 19,5 + 331,4 = 343,1 m s-1

(C) Obter o valor do erro relativo em percentagem (0,90 %) 4 pontos

Grupo III 1 Opção a 6 pontos 2 Opção C 6 pontos 3 Opção a 6 pontos 4 Opção B 6 pontos 5 5.1 8 pontos etapas de resolução:

(A) Obter a equação de regressão linear: 4 pontos sen a1 = 1,294 sen a2 + 3,47 × 10-3

(B) O valor do índice de refração do vidro em relação ao ar é 1,294 4 pontos

5.2 6 pontos

ireflexão = 20°

5.3 8 pontos

Obter o valor do ângulo a partir da equação da reta: sen a1 = 1,294 sen a2 + 3,47 × 10-3

sen 20° = 1,294 sen a2 + 3,47 × 10-3

0,3420 = 1,294 sen a2 + 3,47 × 10-3

sen a2 = 0,2626

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Parte Fic has d e a valia çã o 5.4 6 pontos

Conclui-se que ocorreu absorção de radiação quando o feixe atravessou o vidro.

5.5 10 pontos

O valor do ângulo a1 seria igual, pois se o ângulo de incidência se mantém, então o valor

do ângulo de reflexão também se mantém igual porque o ângulo de reflexão tem o mesmo valor do ângulo de incidência (leis da reflexão).

O valor do ângulo a2 seria diferente. O índice de refração depende não só do meio material mas

também do comprimento de onda da radiação. Como a luz verde tem um comprimento de onda diferente do vermelho, então o índice de refração do material será diferente para as duas radiações. assim, a velocidade de propagação da luz no vidro será diferente e o ângulo de refração também.

4 3 2 1

10 8 6 4

Grupo IV

1 Opção a 6 pontos

2 6 pontos

Uma rede de difração é um conjunto de fendas igualmente distanciadas entre si, formando uma sequência de zonas transparentes e zonas opacas à luz.

3 Opção C 6 pontos

4 6 pontos

Obter o valor : d = 3001mm = 3,33 × 10-3_mm

5 10 pontos

(A) Obter o valor do comprimento de onda: m = 639,4 nm 4 pontos

(B) Obter o valor do erro relativo: er = 1,0 % 4 pontos

(C) exprimir o resultado: mexp = 639,4 nm ! 1,0 % 2 pontos

6 6.1 6 pontos

O padrão de difração.

6.2 6 pontos

Um cristal funciona como uma rede de difração tridimensional para os raios X.

6.3 6 pontos

Os raios X têm menor comprimento de onda do que a luz visível.

as dimensões dos obstáculos na rede cristalina são da ordem de grandeza do comprimento de onda dos raios X.

6.4 6 pontos

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Grelha de cotação da Ficha de avaliação da componente

laboratorial n.º 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ₁₀ ₁₁ ₁₂ ₁₃ ₁₄ ₁₅ ₁₆ ₁₇ ₁₈ ₁₉ ₂₀ ₂₁ ₂₂ ₂₃ ₂₄ ₂₅ ₂₆ ₂₇ 6 6 2.1 1. 6 2. 2 10 2. 3 6 2.4 6 3. 6 4. 6 1. 10 2.1 8 2. 2 10 3. 6 1. 6 2. 6 3. 6 4. 8 5.1 6 5. 2 8 6 6 5. 3 2. 6.1 6 6 6 5. 4 3. 6. 2 10 6 6 5. 5 4. 6. 3 6 10 6 1. 5. 6.4 20 0 N .º N om e CO TA Ç Ã O Q U ES TÃ O G RU PO I G RU PO II TO TA L G RU PO III G RU PO IV