DOŚWIADCZENIA OBOWIĄZKOWE W GIMNAZJUM - PROPOZYCJE ROZWIĄZAŃ METODYCZNYCH

Transkrypt

1 Romuald Synak Warmińsko Mazurski Ośrodek Doskonalenia Nauczycieli w Elblągu DOŚWIADCZENIA OBOWIĄZKOWE W GIMNAZJUM - PROPOZYCJE ROZWIĄZAŃ METODYCZNYCH Obowiązująca od 1 września 2009r. Podstawa Programowa nakłada na nauczycieli fizyki i dyrektorów gimnazjów obowiązek zapewnienia uczniom warunków do przeprowadzenia 14 obowiązkowych doświadczeń. Uzupełnienie wyposażenia dydaktycznego pracowni fizycznych w wielu gimnazjach potrwa zapewne kilka lat. Zwłaszcza, że oferowane na rynku pomocy naukowych zestawy doświadczalne i przyrządy są na ogół bardzo drogie. W Uwagach o realizacji, stanowiących integralną część nowej podstawy czytamy między innymi: Należy wykonywać jak najwięcej doświadczeń i pomiarów, posługując się możliwie prostymi i tanimi środkami (w tym przedmiotami użytku codziennego). Aby fizyka mogła być uczona jako powiązany z rzeczywistością przedmiot doświadczalny, wskazane jest, żeby jak najwięcej doświadczeń było wykonywanych bezpośrednio przez uczniów. Należy uczyć starannego opracowania wyników pomiaru (tworzenie wykresów, obliczanie średniej), wykorzystując przy tym, w miarę możliwości, narzędzia technologii informacyjno-komunikacyjnych. Nowa podstawa stawia również przed gimnazjalistami 12 wymagań przekrojowych. Większość z nich w sposób bezpośredni lub pośredni związana jest z elementami warsztatu fizyka eksperymentatora. Spełnienie tych wymagań wydaje się być niemożliwe bez uczniowskiej pracy doświadczalnej. Poniżej przedstawiono kilka szczegółowych propozycji metodycznych. Bazują one na następujących założeniach:

2 1. Ma być prosto, tanio i z wykorzystaniem przedmiotów codziennego użytku. 2. Uczniowie wykonują doświadczenia w zespołach 2 4 osobowych. 3. Każdy z uczniów wypełnia Kartę pracy. Oczywiście, przyjęcie takich założeń nie oznacza, że należy rezygnować z wyposażania pracowni w porządne i nowoczesne zestawy doświadczalne, przyrządy i aparaturę. W tekście zachowano oryginalną numerację doświadczeń zgodnie z nową podstawą programową. DOŚWIADCZENIE 1: Wyznaczanie gęstości substancji z jakiej wykonano przedmiot w kształcie prostopadłościanu, walca lub kuli za pomocą wagi i linijki. Fot. 1

3 Przybory: 1. Waga kuchenna około 30 zł, ponieważ ważenie odbywa się błyskawicznie, może być współdzielona przez kilka zespołów uczniowskich. 2. Talerzyk - bezcenny. 3. Kulka stalowa zużyte łożysko z maszyny rolniczej bezcenne. 4. Linijka plus listewki ułatwiające pomiar średnicy kulki. Komentarz: Wymagania szczegółowe z PP 3.3 i 3.4. wymagania przekrojowe nr 1, 2, 3, 4, 10, 10, 11, 12. W doświadczeniu proponuje się przeprowadzić analizę niepewności pomiarowej metodą skrajnie niekorzystnych przypadków. Z uwagi na stopień trudności tego zagadnienia można jego realizację przenieść np. na zajęcia pozalekcyjne. KARTA PRACY UCZNIA Data, imię nazwisko, klasa:... DOŚWIADCZENIE 1: Wyznaczanie gęstości substancji z jakiej wykonano przedmiot w kształcie prostopadłościanu, walca lub kuli za pomocą wagi i linijki. 1. Przyrządy i materiały: Waga Linijka Kulki metalowa i drewniana Zestaw klocków dla ułatwienia pomiarów srednic kulek. 2. Przebieg doświadczenia: Wyznacz masę kulek przypomocy wagi (m) Zmierz średnice kulek (d) Oblicz wartość gęstości materiałów z których wykonano kulki korzystając ze wzorów: V 3. Tabela wyników: π d 6 3 =, m ρ =. V Materiał Masa kulki(g) Średnica kulki(cm) Objętość (cm 3 ) g Gęstość( 3 ) cm

4 4. Biorąc pod uwagę dokładność użytych przyrządów i korzystając metody najmniej korzystnych przypadków oszacuj niepewność pomiaru (patrz przykład poniżej). Przykład: W doświadczeniu użyto linijki o dokładności 1mm, czyli 0,1cm. Zmierzona długość średnicy wyniosła 3,0cm. Wynik ten oznacza, że d=3,0±0,1cm. Prawdziwa wartość średnicy kulki zawiera się w granicach od 2.9cm do 3.1 cm Do wyznaczenia masy użyto wagi dokładności 1g. Uzyskano wynik 118g. Prawdziwa wartość masy zawiera się więc między 117g a 119g. Podstawiając zmierzone wartości masy i średnicy do wzoru policzono, ze g gęstość wynosi 8,4 3. cm Dolną granicę gęstości policzono podstawiając dolną wartośc masy 117g i górną g wartość srednicy 3,1cm. Wynik wynióśł 7,5 3. cm Górną granicę gęstości wyznaczono podstawiając górną wartość masy i dolną g wartość średnicy. Wynik wyniósł 9,3 3. cm Tak więc prawdziwa wartość wyznaczonej gęstości mieści się w granicach od g 7,5 3 cm g. do 9,3 3 cm DOŚWIADCZENIE 4: : Wyznaczanie masy ciała za pomocą dźwigni dwustronnej, linijki i innego ciała o znanej masie. Fot. 2.

5 Przybory: 1. Dźwignia wykonana z listwy drewnianej, dwóch kawałków drutu na haczyki, z dodatkowymi nakrętkami i podkładkami stanowiącymi obciążenie krótszego ramienia dźwigni maksymalnie kilka złotych. 2. Podstawka do doniczki i sznurek do zrobienia szalki na ważony przedmiot. 3. Obciążnik (np. 50 g). 4. Przymiar (liniał szkolny, taśma miernicza itp.). Komentarz: Wymaganie szczegółowe 1.11 z PP. Wymagania przekrojowe 1-4, Dyskusję niepewności pomiarowej proponuję przeprowadzić w oparciu kilkukrotny pomiar masy tego samego przedmiotu. KARTA PRACY UCZNIA Data, imię nazwisko, klasa:...

6 DOSWIADCZENIE 4: Wyznaczanie masy ciała za pomocą dźwigni dwustronnej, linijki i innego ciała o znanej masie. 1. Przyrządy i materiały: Przymiar (linijka, taśma miernicza) Dźwignia dwustronna Ciało o nieznanej masie Ciało o znanej masie drobiazgi do równoważenia dźwigni 2. Przebieg doświadczenia: Zawieś dźwignię na krawędzi stolika i przy pomocy :drobiazgów kładzionych na szalkę doprowadź ją do równowagi (rys.1). Połóż ważone ciało na szalce, a ciało o znanej masie zawieś na drugim ramieniu dźwigni tak, aby uzyskać równowagę (rys 2). Zmierz odległości r 1 i r 2., oblicz masę nieznanego ciała według wzoru. m x r2 m = r 1 r 1 r 2 50g Rys.1 Rys.2 Jeżeli starczy Ci czasu powtórz kilka razy całą procedurę wyznaczania masy. 3. Tabela pomiarów: L.p. R 1 (cm) R 2 (cm) m x (g) Sformułuj wnioski dotyczące precyzji wyznaczania masy w tym doświadczeniu. 50g

7 DOŚWIADCZENIE 8: Wyznaczanie oporu elektrycznego opornika lub żarówki za pomocą woltomierza i amperomierza. Fot. 3. Przybory: 1. Opornik drutowy, tutaj listwa z dwoma rozpiętymi odcinkami drutu oporowego 8 zł za szpulkę z 20 mb drutu o oporze 80 Ω/m. 2. Źródło napięcia w postaci szeregowo połączonych baterii 3R20 poniżej 10zł, dla wygody umieszczonych w samodzielnie sklejonym z tektury pudełeczku. Wydaje się, że takie źródło w sposób bardzo poglądowy ułatwia intuicyjne przyswojenie trudnego pojęcia jakim jest napięcie elektryczne mierniki multimetry cyfrowe można nabyć w cenie poniżej 15 zł za sztukę w komplecie z bateriami zasilającymi i przewodami.

8 4. Krokodylki około 1 zł sztuka. Komentarz: Wymagania szczegółowe 4.7, 4.8, 4.9, Wymagania przekrojowe wszystkie za wyjątkiem 8.5. Doświadczenie daje dobrą sposobność wykorzystania arkusza kalkulacyjnego do analizy wyników. Po wpisaniu serii pomiarów napięcia i natężenia prądu do arkusza tworzy się wykres typu XY z wykorzystaniem opcji Dodaj linię trendu Rys. 1. KARTA PRACY UCZNIA Data, imię nazwisko, klasa:... DOŚWIADCZENIE 8: Wyznaczanie oporu elektrycznego opornika lub żarówki za pomocą woltomierza i amperomierza. 1. Przyrządy i materiały: Opornik drutowy (drut o długości około 0,5m). Żródło prądu (bateria ogniw). Woltomierz i amperomierz. Przewody do łączenia elementów obwodu elektrycznego. 2. Przebieg doświadczenia: Zestaw obwód elektryczny według schematu:

9 Wykonaj kilka pomiarów natężenia i napięcia wykorzystując rożną liczbę ogniw. Uzupełnij tabelę wyników 3. Tabela wyników pomiarów: L.p. U(V) I(A) R=U:I (Ω) Wnioski 5. Wykorzystując dane pomiarowe sporządź wykres zależności natężenia prądu w badanym przewodniku od napięcia przyłożonego do jego końców. Do sporządzenia wykresu możesz użyć arkusza kalkulacyjnego.

10 Wnioski: DOŚWIADCZENIE 14: Wytwarzanie za pomocą soczewki skupiającej ostrego obrazu przedmiotu na ekranie dobierając doświadczalnie położenie soczewki i przedmiotu. Przybory: 1. Soczewka skupiająca +4 D kilka złotych w sklepie optycznym. 2. Latarka dobrze sprawdza się taka na diodach LED. 3. Przedmiot przesłona z tektury z wyciętą jedynką ; jako matówka posłużył papier śniadaniowy. Fot. 4.

11 KARTA PRACY UCZNIA Data, imię nazwisko, klasa:... DOŚWIADCZENIE 14: Wytwarzanie za pomocą soczewki skupiającej ostrego obrazu przedmiotu na ekranie dobierając doświadczalnie położenie soczewki i przedmiotu. 1. Przyrządy i materiały Przymiar (linijka, taśma miernicza) Źródło światła (latarka) z przesłoną w kształcie cyfry 1, czyli przedmiot Soczewka + podstawka Ekran +podstawka 2. Przebieg doświadczenia: Ustawiaj przedmiot i soczewkę w odległościach x wskazanych w tabeli pomiarów

12 Za każdym razem dobierz położenie ekranu tak, aby obraz były najostrzejszy (najwyraźniejszy), zmierz odległość y ekranu od soczewki i wysokość obrazu. Wyniki pomiarów zapisz w tabeli. 3. Tabela pomiarów: Odległość przedmiotu x(cm) Odległość ostrego obrazu y(cm) Wysokość przedmiotu (mm) Wypełnianie przez wszystkich uczniów kart pracy ma na celu: Wysokość obrazu (mm) wymuszanie aktywności u wszystkich członków zespołu wykonującego doświadczenie, instruktaż, usprawnienie organizacyjne, trening wymagań przekrojowych, udokumentowanie realizacji podstawy programowej w zakresie wymagań przekrojowych. Mam nadzieję, że przedstawione wyżej propozycje będą dla czytelników źródłem inspiracji dla własnych pomysłów.