Ενότητα 4    ΗΛΕΚΤΡΟ  ΚΑΙ  ΜΑΓΝΗΤΗΣ

 

Προσδοκώμενα αποτελέσματα

Βασικά θέματα

Ενδεικτικές δραστηριότητες

Εκπαιδευτικό υλικό

·    Να αναγνωρίζουν την έλξη ή την άπωση ως χαρακτηριστικό των ηλεκτρικά φορτισμένων σωμάτων.

·   Να διατυπώνουν ορισμούς για το θετικό φορτίο και το αρνητικό φορτίο.

·   Να αντιλαμβάνονται ότι η ονομασία του ενός τύπου φορτίου ως «θετικό» και του άλλου τύπου ως «αρνητικό» είναι αυθαίρετη.

·   Να γνωρίζουν την μονάδα μέτρησης του ηλεκτρικού φορτίου.

·   Να γνωρίζουν ότι η ηλεκτρική δύναμη ασκείται από απόσταση.

·   Να μπορούν να

σημειώνουν τις δυνάμεις ανάμεσα σε σωματίδια με ηλεκτρικό φορτίο.

Τα φαινόμενα :

α. έλξη του ήλεκτρου

β. έλξη μεταξύ δύο σωμάτων μετά από τριβή

γ. άπωση μεταξύ δύο σωμάτων μετά από τριβή

 

Η έννοια δύναμη για την περιγραφή των έλξεων και των απώσεων 

 

Η έννοια ηλεκτρικό φορτίο.  

Θετικό και αρνητικό φορτίο

·    Ο διδάσκων παρουσιάζει πείραμα με πλαστικό χάρακα τον οποίο τρίβει και δείχνει ότι έλκει ελαφρά αντικείμενα. Τρίβει δύο όμοια αντικείμενα και δείχνει ότι απωθούνται.

·          Δημιουργεί ομάδες εργασίας στις οποίες δίνει υλικά του εργαστηρίου και

της καθημερινής ζωής - πλαστικό χάρακα, κλωστές, καλαμάκια, ράβδο από γυαλί, μπαλόνι λουρίδες πλαστικού, χαρτιού- και καλεί τους μαθητές να επινοήσουν και να πραγματοποιήσουν πειράματα στα οποία να εκδηλώνονται παρόμοιες έλξεις ή απώσεις μεταξύ των αντικειμένων. Φορτισμένες λουρίδες χαρτιού ή πλαστικού μπορούν να κρεμαστούν από τα θρανία για την ανίχνευση των φορτισμένων σωμάτων.

Οι διαδικασίες  καταγράφονται σε φύλλο εργασίας και στο ίδιο φύλλο εργασίας οι μαθητές, με την καθοδήγησή του διδάσκοντος, κατηγοριοποιούν όσα διαπίστωσαν σε:          α. έλξη ενός σώματος, το οποίο έχουν τρίψει, με σώμα που δεν έχουν τρίψει.

β. έλξη μεταξύ δύο σωμάτων μετά από τριβή.

γ. άπωση μεταξύ δύο σωμάτων μετά από τριβή.  

·   Ο διδάσκων αναφέρεται στην πανάρχαια εμπειρία με ήλεκτρον -κεχριμπάρι

·   Υπενθυμίζει ότι η δύναμη είναι έννοια που περιγράφει το σπρώχνω /απωθώ και το τραβώ /έλκω και την προτείνει για την περιγραφή των έλξεων και των απώσεων. Επισημαίνει ότι οι σχετικές δυνάμεις είναι δυνάμεις από απόσταση και τις χαρακτηρίζει ηλεκτρικές.

·   Εισάγει την έννοια ηλεκτρικό φορτίο. Ορίζει το θετικό και το

αρνητικό φορτίο και επισημαίνει την αυθαίρετη επιλογή των προσήμων τους αναφερόμενος στον Benjamin Franklin.

·               Οι μαθητές σε φύλλο εργασίας σχεδιάζουν τη δύναμη που ασκεί ένα

 μικρό αντικείμενο με ηλεκτρικό φορτίο σε ένα άλλο μικρό αντικείμενο με φορτίο σε περιπτώσεις που τα φορτία είναι α. ομόσημα β. ετερόσημα.

Ψηφιακό σχολείο Υποστηρικτικό υλικό

Φυσική Β και Γ Γυμνασίου.

 

Compact disk με διδακτικό υλικό.

Υλικά αντικείμενα

από το σχολικό εργαστήριο

Φύλλο εργασίας

 

http://www.youtube.com/watch?v=QxZ6AWLpnUw

 

Φόρτιση http://phet.colorado.edu/en/simulation/balloons

(Αρχείο balloons_en.jar)

·         Να περιγράφουν τα φαινόμενα φόρτιση με τριβή και φόρτιση με επαφή.

·   Να διατυπώνουν την Αρχή της διατήρησης του φορτίου και να την εφαρμόζουν στην φόρτιση με τριβή και επαφή.

·   Να μπορούν να περιγράφουν τη συμπεριφορά ενός αγωγού και ενός μονωτή.

·   Να  λειτουργούν  ως μέλη μιας ομάδας και να μοιράζονται τις σκέψεις τους

 

Το φαινόμενο φόρτιση

 

Η Αρχή της διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου

 

Αγωγοί και μονωτές

 

·   Επισημαίνει α. ότι το ηλεκτρικό φορτίο μπορεί να «εμφανιστεί» σε ένα αντικείμενο με τριβή και β. ότι η διαδικασία λέγεται φόρτιση.

Αναφέρεται και ως ηλέκτριση

·   Επισημαίνει ότι το ηλεκτρικό φορτίο είναι και ποσότητα, αναφέρει τη

μονάδα μέτρησης και σχολιάζει το μέγεθός της.

·   Πληροφορεί ότι υπάρχει δυνατότητα με μια συσκευή του εργαστηρίου να

δημιουργηθούν «μεγάλες» ποσότητες ηλεκτρικού φορτίου και παρουσιάζει

την ηλεκτροστατική μηχανή Wimshurst καλώντας έναν μαθητή ή μία μαθήτρια να θέσει σε λειτουργία τη μηχανή βάσει οδηγιών και να καταδειχθεί ότι δημιουργούνται σημαντικές – σε σύγκριση με ότι είχε συμβεί μέχρι τότε – ποσότητες ηλεκτρικού φορτίου. 

·         Με την ηλεκτροστατική μηχανή Wimshurst παρουσιάζει πείραμα «φόρτισης με επαφή» και αναφέρει ότι στην περίπτωση αυτή συμβαίνει μεταβίβαση φορτίου.

·         Σε περιβάλλον ΤΠΕ παρουσιάζει ηλεκτροστατική μηχανή Van de Graaf.

·         Επιδεικνύει ότι με την φόρτιση με τριβή δύο σωμάτων εμφανίζονται σε αυτά αντίθετα φορτία ενώ με την επαφή όμοια. Εξηγεί ότι τα φορτία δεν δημιουργούνται αλλά μεταφέρονται.

·         Με την ηλεκτροστατική μηχανή παρουσιάζει πείραμα με το οποίο μπορεί κανείς να συμπεράνει ότι υπάρχουν σώματα στα οποία το φορτίο ταξιδεύει-άγεται και σώματα στα οποία το φορτίο δεν άγεται.

Τα αντίστοιχα υλικά τα χαρακτηρίζει αγωγούς και μονωτές.

·   Οι μαθητές καταγράφουν τα συμβαίνοντα στο φύλλο εργασίας και τα σχολιάζουν μέσα από συζητήσεις στο εσωτερικό κάθε ομάδας.

Βασιζόμενος στη μεταβίβαση φορτίου και στη θεώρηση ότι το φορτίο είναι ποσότητα ο διδάσκων παρουσιάζει την Αρχή της διατήρησης του φορτίου.

Compact disk με διδακτικό υλικό

 Ηλεκτροστατική μηχανή

Wimshurst

Αγώγιμα και μονωτικά υλικά

Ψηφιακό σχολείο. Υποστηρικτικό υλικό

Φυσική Β και Γ Γυμνασίου.

Μηχανή Van ge Graaf

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYM-B200/FGYM_HTML/data/3/3_1/other/2.htm

 

                         http://vimeo.com/3908371

·   Να χρησιμοποιούν το

ατομικό μοντέλο και τη θεωρία περί ελευθέρων ηλεκτρονίων για να ερμηνεύουν το φαινόμενο φόρτιση, την αρχή της διατήρησης του φορτίου και τη διάκριση αγωγών και μονωτών

·   Να γνωρίζουν ότι η εμφάνιση φορτίου κατά τη φόρτιση οφείλεται σε μετανάστευση ηλεκτρονίων

·   Να κατανοήσουν ότι τα μοντέλα είναι

θεμελιώδους σημασίας για την έρευνα της Φυσικής και επεκτείνουν τις γνωστικές μας ικανότητες.

Μικρόκοσμος

Το σωματίδιο ηλεκτρόνιο στη δομή της ύλης

Ελεύθερα ηλεκτρόνια

Ερμηνεία του φαινομένου φόρτιση

 

Ερμηνεία της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των μετάλλων

·         Σε ομάδες εργασίας. Ο διδάσκων ζητεί από τους μαθητές κάθε ομάδας,

συζητώντας μεταξύ τους, να θυμηθούν και να περιγράψουν το μοντέλο του ατόμου.

·         Αποδίδει έμφαση στον ρόλο του σωματιδίου που λέγεται ηλεκτρόνιο

και παρουσιάζει το μοντέλο σύμφωνα με οποίο στα μεταλλικά αντικείμενα εκτός από τα ηλεκτρόνια των ιόντων υπάρχουν και ηλεκτρόνια ελεύθερα ενώ στους μονωτές το πλήθος των ελευθέρων ηλεκτρονίων είναι ασήμαντο.

·         Αποσαφηνίζει τις θεωρητικές προτάσεις ότι α. κατά τη

διάρκεια της φόρτισης με τριβή ή με επαφή μεταναστεύουν μόνο ηλεκτρόνια 

 β. ένα αντικείμενο είναι φορτισμένο όταν ο αριθμός των ηλεκτρονίων είναι διαφορετικός από τον αριθμό των πρωτονίων.

·         Οι μαθητές σε φύλλο εργασίας σχεδιάζουν ένα πείραμα φόρτισης με τριβή και ένα με επαφή και προσπαθούν να ερμηνεύσουν τα φαινόμενα σχεδιάζοντας τη μετανάστευση των ηλεκτρονίων. Ο διδάσκων επισημαίνει ότι κατά την φόρτιση δεν δημιουργούνται φορτία αλλά μεταφέρονται.

·         Ερμηνεύει την συμπεριφορά των αγωγών με βάση το μοντέλο

των ελεύθερων ηλεκτρονίων.

Ψηφιακό σχολείο

Υποστηρικτικό υλικό

Φυσική Γυμνασίου

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYMB200/FGYM_HTML/data/3/3_1/explain/3.htm

(εξηγήσεις-> 3-9)

 

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYMB200/FGYM_HTML/data/3/3_2/explain/2.htm

(εξηγήσεις-> 2-5)

 

 Compact disk

με διδακτικό υλικό.

 

·   Να γνωρίζουν ότι πολλά

από τα φαινόμενα που σχετίζονται με ηλεκτρικό ρεύμα μπορούν να ομαδοποιηθούν σε θερμικά, χημικά και μαγνητικά,

·         Να μπορούν να ταυτοποιούν τα βασικά στοιχεία ενός κυκλώματος, να αναγνωρίζουν το σύμβολο καθενός, να συναρμολογούν ένα κλειστό κύκλωμα και να διακρίνουν τη διαφορά από το ανοικτό

·         Να μπορούν να διακρίνουν τη φορά του ρεύματος σε ηλεκτρικό κύκλωμα.

·   Να μαθαίνουν να

επικοινωνούν και να

μοιράζονται ιδέες και σκέψεις.

Τα φαινόμενα και

η ομαδοποίησή τους

 

Ηλεκτρικό κύκλωμα

 

Ηλεκτρικό ρεύμα

 

Ο ρόλος της πηγής στο κύκλωμα

Τα φαινόμενα και η ομαδοποίησή τους.

·   Ο διδάσκων δημιουργεί ομάδες και καλεί τους μαθητές να αναφέρουν

φαινόμενα κατά τα οποία εκδηλώνεται ηλεκτρικό ρεύμα. Ανάβει ο λαμπτήρας, λειτουργεί το ασανσέρ, το μίξερ, η ηλεκτρική κουζίνα, κινείται το τρόλεϊ, συμβαίνει ηλεκτροπληξία....  Καλεί τους μαθητές να ομαδοποιήσουν τα φαινόμενα. Υπό την καθοδήγησή του τα φαινόμενα ομαδοποιούνται σε θερμικά, χημικά και μαγνητικά. Αποσαφηνίζει ότι μαγνητικά είναι όλα τα φαινόμενα λειτουργίας ηλεκτρικού κινητήρα εξηγώντας και γιατί θεωρούνται μαγνητικά. Υπενθυμίζει ότι αιτία όλων αυτών των φαινομένων είναι το ηλεκτρικό ρεύμα.

·   Ο διδάσκων παρουσιάζει ένα συναρμολογημένο ηλεκτρικό κύκλωμα με

μπαταρία, λαμπάκι, διακόπτη και αγωγούς. Κατονομάζει κάθε στοιχείο του κυκλώματος, δίνει το σύμβολό του και ζητά από τους μαθητές να σχεδιάσουν το κύκλωμα.

·   Υποδεικνύει στους μαθητές τα σύμβολα μείον και συν στους πόλους της  μπαταρίας. Δίνει στους μαθητές

Le courant électrique ανά θρανίο μπαταρία, λαμπάκι και δύο κομμάτια σύρμα και τους ζητεί να συναρμολογήσουν κύκλωμα υπό την καθοδήγησή του. Διατυπώνει τον ορισμό της έννοιας φορά ηλεκτρικού ρεύματος.

Ζητεί από τους μαθητές να προβλέψουν τι θα συμβεί στο  συναρμολογημένο κύκλωμα με το λαμπάκι αν : α. αφαιρέσει την μπαταρία από το κύκλωμα. β. παρεμβάλλει μη αγώγιμο υλικό ανάμεσα στους αγωγούς. γ. ανοίξει τον διακόπτη. Ορίζει το ανοιχτό και το κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα.

Compact disk

με διδακτικό υλικό

 

Φύλλο εργασίας

 

Εικόνες με φαινόμενα

 

Υλικό από

το σχολικό εργαστήριο

·   Να περιγράφουν τη

σχέση του ηλεκτρικού ρεύματος με σωματίδια του Μικρόκοσμου

·         Να αξιοποιούν τις

Τεχνολογίες  Πληροφορίας

Και  Επικοινωνίας για να

επεκτείνουν τα θέματα

της διδασκαλίας

Ηλεκτρικό ρεύμα και

Μικρόκοσμος

·   Επισημαίνει ότι σύμφωνα με τις θεωρίες που ισχύουν σήμερα «το ηλεκτρικό ρεύμα θεωρείται κατευθυνόμενη κίνηση σωματιδίων με ηλεκτρικό φορτίο».

·   Επαναφέρει τη θεωρία – μοντέλο περί ελεύθερων ηλεκτρονίων αναφέροντας ότι στην περίπτωση μεταλλικών αγωγών τα σωματίδια είναι ηλεκτρόνια.

·   Τονίζει ότι η μπαταρία δεν παράγει ηλεκτρόνια αλλά τα διακινεί.

Φύλλο εργασίας.

http://phet.colorado.edu/en/simulation/battery-resistor-circuit

 (Αρχείο battery-resistorcircuit_en.jar)

·               Να γνωρίζουν τι

λέγεται ένταση ρεύματος

να περιγράφουν τη φυσική σημασία της έννοιας και να μετρούν με αμπερόμετρο την τιμή της

·     Να ανατρέψουν την

πιθανή εναλλακτική ιδέα για «κατανάλωση ρεύματος»

 

 

Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος

 

 

Αμπερόμετρο

 

·         Στο κύκλωμα με το λαμπάκι ο διδάσκων αλλάζοντας την μπαταρία μεταβάλλει την φωτεινότητα του λαμπτήρα. Οι μαθητές σχεδιάζουν τα δύο κυκλώματα.

·   Αναφέρει ότι το «πόσο ισχυρό είναι ένα ρεύμα» περιγράφεται με το «πόσο

ηλεκτρικό φορτίο διακινείται σε κάθε δευτερόλεπτο». Καθοδηγεί τους μαθητές στην ιδέα ότι για να το υπολογίσουν πρέπει να κάνουν διαίρεση. Ορίζει την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος με την εξίσωση I= q/t και αναφέρεται στη μονάδα μέτρησης.

·   Παρουσιάζει το αμπερόμετρο – σχεδιάζοντας και το σχετικό σύμβολο - και μετρά το ρεύμα σε ένα κύκλωμα πριν και μετά από το λαμπάκι. Επισημαίνει ότι η ίδια τιμή που προέκυψε από τις μετρήσεις αποδεικνύει ότι το ρεύμα δεν «καταναλώνεται».

 Οι σχετικές έρευνες δείχνουν ότι η εναλλακτική ιδέα ότι «το ρεύμα μετά από τη διέλευσή του από ένα λαμπάκι είναι ασθενέστερο σε σχέση με αυτό που ήταν πριν» διατηρείται από τους μαθητές σε όλα τα εκπαιδευτικά συστήματα.

Ψηφιακό σχολείο Υποστηρικτικό υλικό

Φυσική Β και Γ Γυμνασίου. http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYMB200/FGYM_HTML/data/3/3_4/observe/1.htm

(παρατήρηση->1)

Compact disk

με διδακτικό υλικό

 

Φύλλο εργασίας

Υλικό από το εργαστήριο

·         Να γνωρίζουν τι

λέγεται διαφορά δυναμικού, να αναγνωρίζουν τη μονάδα μέτρησης, να περιγράφουν τη φυσική σημασία της έννοιας και να μετρούν με βολτόμετρο την τιμή της

·         Να αναγνωρίζουν ότι η μπαταρία δεν παράγει ηλεκτρόνια αλλά μεταβιβάζει ενέργεια

·   Να διακρίνουν την

ΑΙΤΙΑ «ηλεκτρικού ρεύματος σε αγωγό» στη διαφορά δυναμικού στα άκρα του και να αναγνωρίζουν τα ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Να  χρησιμοποιούν

το νοητικό σχήμα

 «αιτία- αποτέλεσμα.»

 

Διαφορά δυναμικού

 

Βολτόμετρο

 

·    Θέτει το ζήτημα της ενέργειας. Υπενθυμίζει ότι σε κάθε ρευματοφόρο κύκλωμα η μπαταρία μεταβιβάζει ενέργεια και επισημαίνει ότι η ενέργεια μεταβιβάζεται σε σωματίδια με ηλεκτρικό φορτίο. Θέτει στους μαθητές το ερώτημα αν μία εξαντλημένη μπαταρία δεν λειτουργεί γιατί δεν έχει φορτία να προσφέρει ή γιατί δεν έχει ενέργεια.

·   Παρουσιάζει την εξίσωση ορισμού της διαφοράς δυναμικού V = W/q όπου W η ενέργεια που μεταβιβάζεται σε σωματίδια φορτίου q του κυκλώματος. Αναφέρει τη μονάδα μέτρησης.

·   Παρουσιάζει το βολτόμετρο – σχεδιάζοντας και το σχετικό σύμβολο - και μετρά την τάση στο λαμπάκι σε δύο κυκλώματα με διαφορετική φωτεινότητα λαμπτήρα. Οι μαθητές καταγράφουν τη μέτρηση και σχεδιάζουν το κύκλωμα με το βολτόμετρο.

·   Δύο μαθητές μετρούν την τάση σε δύο διαφορετικούς τύπους μπαταριών και ο διδάσκων ζητά να ερμηνεύσουν τι σημαίνουν οι διαφορετικές τιμές.

·   Αποσαφηνίζει ότι η τάση της πηγής μας δείχνει την ενέργεια που μεταβιβάζει η πηγή σε κάθε Coulomb φορτίου του κυκλώματος.

·   Εστιάζει στον διαφορετικό τρόπο με τον οποίο συνδέονται το βολτόμετρο και το αμπερόμετρο προκειμένου να μετρήσουν διαφορά δυναμικού και ένταση ρεύματος.

·   Επισημαίνει  ότι η διαφορά δυναμικού στα άκρα ενός αγωγού συνιστά την αιτία ηλεκτρικού ρεύματος

Compact disk

με διδακτικό υλικό

Φύλλο εργασίας

Υλικό από το σχολικό εργαστήριο

 

·   Να γνωρίζουν ότι η

μεταβιβαζόμενη ηλεκτρική ισχύς σε τμήμα κυκλώματος είναι ίση με το γινόμενο

« τάση επί ένταση ρεύματος»

·   Να υπολογίζουν την

ένταση ρεύματος και την ενέργεια που θα μεταβιβάζεται κάθε δευτερόλεπτο σε μία συσκευή, βασιζόμενοι στα στοιχεία «τάση λειτουργίας και ισχύς λειτουργίας»

·   Να μπορούν να

ορίζουν την μονάδα

ενέργειας 1 kWh

·           Να υπολογίζουν το κόστος για τη λειτουργία επί μία ώρα μιας συσκευής

 Μεταβιβαζόμενη ισχύς

 

Μεταβιβαζόμενη ενέργεια στο ηλεκτρικό κύκλωμα

 

Η μονάδα κιλοβατώρα

·   Οι μαθητές χρησιμοποιούν τις τιμές από το προηγούμενο φύλλο εργασίας

για να υπολογίσουν σε φύλλο εργασίας το γινόμενο V.I για την περίπτωση της έντονης και της χαμηλής φωτοβολίας από το λαμπάκι. Παρατηρούν ότι η μεγαλύτερη τιμή του γινομένου αντιστοιχεί σε πιο έντονη φωτοβολία.

·   Ο διδάσκων υπενθυμίζει ότι το «πόση ενέργεια μεταβιβάζεται ανά

δευτερόλεπτο» περιγράφεται με την έννοια ισχύς και την εξίσωση ορισμού Ρ = W/t. Καλεί τους μαθητές να αποδείξουν ότι P=V.I

Υπενθυμίζει και τη μονάδα της ισχύος ένα Watt. Δίνει παραδείγματα από ετικέτες συσκευών της καθημερινής ζωής και ζητά από τους μαθητές να υπολογίσουν την ισχύ τους ή το ρεύμα που τις διαρρέει.

 

·   Επιδεικνύει λογαριασμό της ΔΕΗ και επισημαίνει ότι στην πράξη η ηλεκτρική ενέργεια μετράται σε kWh. Ορίζει την kWh.

·   Εργασία: Οι μαθητές χρησιμοποιούν τιμές ισχύος από συσκευές της

καθημερινής ζωής και υπολογίζουν το κόστος λειτουργίας τους. Αναζητούν στοιχεία και υπολογίζουν το κόστος όταν μια συσκευή είναι σε κατάσταση αναμονής για μεγάλα χρονικά διαστήματα.

Compact disk

με διδακτικό υλικό

Φύλλο εργασίας

Υλικό από

 το σχολικό εργαστήριο

 

 

 

 

 

 

·               Να μυηθούν

στη διεργασία «από

τα εμπειρικά

δεδομένα

στις έννοιες».

·         Να απαντούν στο ερώτημα «τι λέγεται αντίσταση ενός αγωγού ;»

·         Να αναγνωρίζουν έναν αντιστάτη και να γνωρίζουν ότι η μεταβιβαζόμενη σε αυτόν ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπέται εξ ολοκλήρου σε θερμική ενέργεια

·         Να διατυπώνουν τον

νόμο του Ohm και να μπορούν να τον εφαρμόζουν.

·         Να περιγράφουν το

φαινόμενο Joule και να αναφέρουν τις βασικές εφαρμογές.

·   Να διακρίνουν τη

διαφορά σε κατανάλωση ενός λαμπτήρα πυράκτωσης από λαμπτήρα νέας τεχνολογίας.

·   Να χρησιμοποιούν

τις γνώσεις της ενότητας σε προβλήματα καθημερινότητας και σε τεχνολογικές κατασκευές

 Αντιστάτης.

 

 

Ηλεκτρική αντίσταση

 

Νόμος Ohm

 

Φαινόμενο Joule

·    Η εμπειρία Πείραμα με δύο αγωγούς στους οποίους εφαρμόζεται η ίδια τάση και διαπιστώνεται ότι τα ρεύματα είναι διαφορετικά κυκλώματα.

·   Η θεωρητική σκέψη. Προτείνεται η αντίσταση αγωγού ως έννοια που μπορεί να βαθμολογεί το «πόσο αγώγιμος» είναι κάθε αγωγός. Περιγράφει το πόσα βολτ απαιτούνται για να δημιουργηθεί ρεύμα ενός αμπέρ. Ορίζεται συνεπώς ως πηλίκο της τάσης προς την ένταση του ρεύματος, με την εξίσωση R=V/I. Παρουσιάζεται η μονάδα μέτρησης.

·    Πείραμα με κύκλωμα, αντιστάτη και ποτενσιόμετρο. Οι μαθητές καλούνται να καταγράφουν διαφορετικές τιμές έντασης ρεύματος και τάσης στα άκρα του αντιστάτη. Υπολογίζουν το πηλίκο V/I για τις τιμές που έχουν καταγραφεί και παρατηρούν ότι είναι σταθερό. Ο διδάσκων εισάγει τον νόμο του Ohm. Αναθέτει στους μαθητές ως εργασία να κατασκευάσουν γραφική παράσταση I-V.  Επισημαίνει ότι ο νόμος του Ohm δεν είναι γενικός νόμος για όλους τους αγωγούς. Ως παράδειγμα «ανυπακοής» στον νόμο αναφέρει το LED.

·    Ο διδάσκων αναφέρει ότι η αύξηση της θερμοκρασίας που παρατηρείται σε κάθε αγωγό επειδή διαρρέεται από ρεύμα χαρακτηρίζεται φαινόμενο Joule. Επισημαίνει ότι η ενέργεια που μεταβιβάζεται από το ηλεκτρικό ρεύμα σε αντιστάτη μετατρέπεται εξολοκλήρου σε θερμική ενέργεια και επειδή αυξάνεται η θερμοκρασία του αγωγού μεταβιβάζεται στο περιβάλλον με μηχανισμό θερμότητας.

·    Καλεί τους μαθητές να καταγράψουν παραδείγματα εφαρμογής του φαινομένου και να αναζητήσουν τις τιμές ισχύος σε λαμπτήρες πυράκτωσης και σε λαμπτήρες νέας τεχνολογίες και να σχολιάσουν τις διαφορές.

 

Για τον νόμο του Ohm

Ψηφιακό σχολείο. Υποστηρικτικό υλικό Φυσική Γυμνασίου.

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYMB200/FGYM_HTML/data/3/3_4/eLab/1.htm

(πειραματισμός->1)

http://phet.colorado.edu/en/simulation/ohms-law

(ohms law_en.jar)

 

Φαινόμενο Joule

Ψηφιακό σχολείο Υποστηρικτικό υλικό

Φυσική Β΄ και Γ’  Γυμνασίου

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYMB200/FGYM_HTML/data/3/3_3/explain/1.htm

(εξηγήσεις 1-3)

 

Compact disk με διδακτικό υλικό

Υλικό από το σχολικό εργαστήριο

 

·         Να μπορούν να

σχεδιάζουν αλλά και να αναγνωρίσουν δύο αντιστάτες συνδεδεμένους είτε σε σειρά είτε παράλληλα.

·   Να συναρμολογούν ένα κύκλωμα με αντιστάτες συνδεόμενους είτε σε σειρά είτε παράλληλα.

·   Να μπορούν να

υπολογίσουν την τιμή

της ισοδύναμης αντίστασης δύο αντιστατών είτε αυτοί συνδέονται σε σειρά είτε παράλληλα.

·         Να λειτουργούν ως

μέλη ομάδας, να μοιράζονται ιδέες και σκέψεις.

Σύνδεση αντιστατών σε σειρά

 

Παράλληλη σύνδεση αντιστατών

 

Ισοδύναμη αντίσταση

·         Ο διδάσκων καλεί τους μαθητές να φανταστούν ένα «σύστημα δύο αντιστατών» στα άκρα του οποίου εφαρμόζεται ορισμένη τάση και περιγράφει δύο διαφορετικές διαδικασίες σύνδεσης, ως προς αυτή την τάση.

α. όταν οι δύο αντιστάτες συνδέονται ο ένας μετά τον άλλο έτσι ώστε να διαρρέονται από το ίδιο ρεύμα η σύνδεση χαρακτηρίζεται σύνδεση σε σειρά

β. όταν οι αντιστάτες συνδέονται έτσι ώστε να έχουν κοινά άκρα άρα και κοινή τάση η σύνδεση χαρακτηρίζεται παράλληλη. Επισημαίνει ότι όλες τις ηλεκτρικές συσκευές στο σπίτι είναι έτσι συνδεδεμένες ώστε να έχουν στα άκρα τους την ίδια τάση.

·         Σε ομάδες εργασίας. Προμηθεύει κάθε ομάδα με υλικό – δύο μπαταρίες, καλώδια, και τέσσερις αντιστάτες - και ζητεί από τους μαθητές κάθε ομάδας, συζητώντας και μεταξύ τους, να συναρμολογήσουν δύο κυκλώματα.

Το ένα με δύο αντιστάτες σε σειρά στα άκρα του οποίου θα εφαρμόζεται ορισμένη τάση και το άλλο κύκλωμα με δύο αντιστάτες σε παράλληλη σύνδεση στα άκρα του οποίου θα εφαρμόζεται κοινή τάση.

Ο διδάσκων ορίζει την ισοδύναμη αντίσταση ενός συστήματος αντιστατών -ως προς κάποια τάση- ως αντίσταση ενός αντιστάτη ο οποίος – με την ίδια τάση - θα «κατανάλωνε» μόνος του την ίδια ισχύ η οποία καταναλώνεται συνολικά από τους δύο αντιστάτες.  Παρουσιάζει τις αντίστοιχες μαθηματικές σχέσεις.

Ψηφιακό σχολείο

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYM-B200/FGYM_HTML/data/3/3_5/eLab/1.htm

(πειραματισμός 1-5)

FE_battery

Φύλλο εργασίας

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΜΠΑΤΑΡΙΑΣ,  με το λογισμικό  ΥΠΕΡΟΧΟ ΤΑΞΙΔΙ  ΣΤΟΝ ΚΟΣΜΟ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

Υλικό από

το σχολικό εργαστήριο

 

·         Να περιγράφουν τις αλληλεπιδράσεις ανάμεσα

α. σε μαγνήτη και σιδερένιο αντικείμενο

β. σε δύο μαγνήτες

·         Να περιγράφουν το

φαινόμενο μαγνήτιση

·   Να αναγνωρίζουν ότι

η μαγνητική βελόνα είναι ένας ελαφρός μαγνήτης και να περιγράφουν τη συμπεριφορά της.

Ο μαγνήτης Αλληλεπιδράσεις μαγνητών

 

Η μαγνητική βελόνα

 

Το φαινόμενο μαγνήτιση

 

 

Δημιουργούνται ομάδες μαθητών.

Κάθε ομάδα προμηθεύεται με μαγνήτες, καρφιά, καρφίτσες, και μαγνητική βελόνα. Προσφέρονται επίσης χαρτάκια, πριονίδια, ρύζι, ρινίσματα χαλκού. Με κατάλληλη καθοδήγηση καλούνται να βάλουν μια τάξη στη συμπεριφορά των μαγνητών

Συμπληρώνεται το φύλλο εργασίας και οι μαθητές καταλήγουν εμπειρικά στο ότι

 α. Ο μαγνήτης τραβά – έλκει σιδερένια αντικείμενα

β. Ο μαγνήτης μπορεί να τραβά - έλκει έναν άλλο μαγνήτη

γ. Ο μαγνήτης μπορεί να σπρώχνει - απωθεί έναν άλλο μαγνήτη

δ. Ένα σιδερένιο αντικείμενο μπορεί να γίνει μαγνήτης

ε. Η μαγνητική βελόνα είναι ελαφρός μαγνήτης

στ. Η μαγνητική βελόνα δείχνει τον βορρά.

Ο διδάσκων αναφέρει ότι στο έδαφος του πλανήτη μας υπάρχουν υλικά που είναι μόνιμοι μαγνήτες. Αποσαφηνίζει ότι η μαγνητική βελόνα δεν είναι τίποτε άλλο από μόνιμος μαγνήτης πολύ ελαφρύς ευαίσθητος και σε μικρές δυνάμεις. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή της πυξίδας. Μοιράζει οδηγίες και υλικά και ζητεί από τους μαθητές να κατασκευάσουν μια πυξίδα.

Ψηφιακό σχολείο

http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYM-B200/FGYM_HTML/data/3/3_5/eLab/1.htm

 

http://ylikonet.gr/video/science-for-kids-magnets  Τίνα Νάντσου

 

 

Κατασκευή

μαγνητικής βελόνας

Παιδαγωγική Σχολή Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης

http://aplo.eled.auth.gr/67.htm

·         Να λειτουργούν ως μέλη ομάδας, να επικοινωνούν, να μοιράζονται ιδέες και σκέψεις

·         Να μπορούν να επιλέγουν υλικά για την πραγματοποίηση ενός πειράματος

·     Να  ελέγχουν τις υποθέσεις τους μέσω πειραματικής διαδικασίας,

·         Να είναι σε θέση να αξιοποιούν υλικό πολυμέσων για την άντληση πληροφοριών

·         Να είναι εξοικειωμένοι /ες με την διεργασία από τα εμπειρικά δεδομένα σε έννοιες

·         Να συνεργάζονται,

να διαπραγματεύονται,

να επιχειρηματολογούν

να τεκμηριώνουν την άποψή τους

·   Να αναγνωρίζουν την

επίδραση ρευματοφόρου αγωγού σε μαγνήτη και να την περιγράφουν με ένα πείραμα

·   Να αναγνωρίζουν την

επίδραση μαγνήτη σε ρευματοφόρο αγωγό και να την περιγράφουν με ένα πείραμα

·         Να αναγνωρίζουν ότι η λειτουργία του ηλεκτρικού κινητήρα βασίζεται στην αλληλεπίδραση μαγνήτη με ρευματοφόρο αγωγό

·         Να αναγνωρίζουν τη σημασία του ηλεκτρομαγνήτη

·         Να μπορούν να φτιάχνουν έναν απλό

Ηλεκτρομαγνήτη

·     Να αναγνωρίζουν

κοινά στοιχεία ανάμεσα σε Ηλεκτρισμό και Μαγνητισμό

Αλληλεπιδράσεις μαγνητών και ρευματοφόρων αγωγών

 

Το ηλεκτρικό μοτέρ

 

Η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε κινητική

 

Ο ηλεκτρομαγνήτης

 

Ηλεκτρισμός, Μαγνητισμός και Ηλεκτρομαγνητισμός

 

Δημιουργούνται τέσσερις ομάδες μαθητών και τίθεται το ζήτημα

Πώς θα μπορούσαμε να ερευνήσουμε ότι

α. ένα ρευματοφόρο καλώδιο επιδρά σε μαγνήτη

β. ένας μαγνήτης επιδρά σε ρευματοφόρο καλώδιο

Τους ζητείται να επιλέξουν υλικό και να προτείνουν διαδικασίες

που θα οδηγούσαν στην έρευνα

·         Μετά τη συζήτηση από τις δύο ομάδες οργανώνεται το πείραμα Oersted

και οι εκπρόσωποι ανακοινώνουν τη διαδικασία και το αποτέλεσμα.

Από τις άλλες δύο ομάδες οργανώνεται ένα πείραμα στο οποίο να εκδηλώνεται η δράση μαγνήτη σε ρευματοφόρο καλώδιο  και οι εκπρόσωποι

ανακοινώνουν τη διαδικασία και το αποτέλεσμα.

Σε περιβάλλον ΤΠΕ παρουσιάζονται άλλες εργαστηριακές διεργασίες για την αλληλεπίδραση μαγνήτη και ρευματοφόρου αγωγού.

Η παρέμβαση του Ampere.

·         Ο διδάσκων καθοδηγεί τη συζήτηση στην πιο σημαντική ανακάλυψη-κατασκευή που βασίστηκε στην αλληλεπίδραση ρευματοφόρου αγωγού και μαγνήτη. Ο ηλεκτρικός κινητήρας. Εργαστηριακή εμπειρία. ΤΠΕ. Η λειτουργία του κινητήρα στη «γλώσσα» της ενέργειας. Στον κινητήρα μεταβιβάζεται ηλεκτρική ενέργεια από τη μπαταρία και μετατρέπεται κυρίως σε κινητική ενέργεια.

·         Ο διδάσκων θέτει ερωτήματα και καλεί τους μαθητές να αναζητήσουν απαντήσεις, μετά και από μια μεταξύ τους συζήτηση στα πλαίσια κάθε ομάδας

 α. Πώς πρέπει να είναι ένας ρευματοφόρος αγωγός ώστε η επίδρασή του σε μαγνήτη να είναι ισχυρότερη ; Ευθύγραμμος ή κυκλικός ;

Ένα σημαντικό αντικείμενο. Το πηνίο. Εργαστηριακή εμπειρία. ΤΠΕ.

β. Ο ρευματοφόρος αγωγός μπορεί να μαγνητίσει ένα σιδερένιο αντικείμενο ;

·         Οι μαθητές κάθε ομάδας προμηθεύονται με ένα μακρύ καλώδιο, μια

μπαταρία και ένα μεγάλο καρφί – το οποίο έχει θερμανθεί για να χάσει τις μαγνητικές του ιδιότητες και ορισμένα μικρά καρφάκια. Ζητείται από κάθε ομάδα, μέσα από συνεργασία να παρουσιάσει το μακρύ καλώδιο τυλιγμένο γύρω από το μεγάλο καρφί φροντίζοντας να αφήσει τουλάχιστον 20 cm καλώδιο ελεύθερο από τις δύο άκρες. Ένας μαθητής από κάθε ομάδα πλησιάζει τη μια άκρη του καρφιού πάνω από τα μικρά καρφάκια. Στη συνέχεια συνδέει τις δύο άκρες του καλωδίου στους πόλους της μπαταρίας. Σε φύλλο εργασίας καταγράφονται οι παρατηρήσεις όλων. Στόχος το γενικό συμπέρασμα «το σύστημα καλώδιο καρφί γίνεται μαγνήτης όταν το καλώδιο διαρρέεται από ρεύμα», Ένα επίσης σημαντικό αντικείμενο. Ο ηλεκτρομαγνήτης. TΠΕ.

Ο διδάσκων αναφέρεται στη μακρινή διαδρομή η οποία ξεκίνησε το 1820 με το πείραμα Oersted για να καταλήξει έναν αιώνα αργότερα σε μια μορφή ενοποίησης του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού.

ΘΕΑΤΡΟ και ΦΥΣΙΚΗ

http://users.sch.gr/kassetas/theater3.htm

 

Αντικείμενα από το σχολικό εργαστήριο

αλλά και από την καθημερινή ζωή

 

Πείραμα Έρστεντ

http://www.youtube.com/watch?v=Z1alQQsleNc

 

http://ylikonet.gr/video/dhuname-laplace

Γιάννης Κυριακόπουλος

 

Ψηφιακά περιβάλλοντα. Phet, applets. 

Υλικό ΠΑΚΕ και ΚΣΕ :

Αξιοποίηση ΤΠΕ στη διδακτική πράξη

http://etl.ppp.uoa.gr/pake

 

http://www.physics4u.gr/news/2003/scnews1043.html

 

http://www.kangwon.ac.kr/~sericc/sci_lab/physics/faraday3/faraday3.html

 

http://users.sch.gr/kassetas/zzzzzzzphAMPERE.htm

 

Το απλούστερο μοτέρ http://www.youtube.com/watch?v=zOdboRYf1hM&NR=1&feature=fvwp

 

Να περιγράφουν το φαινόμενο ηλεκτρομαγνητική επαγωγή

·               Να αναγνωρίζουν την κοινωνική σημασία της ανακάλυψης του φαινομένου

·               Να περιγράφουν τις

ενεργειακές μετατροπές κατά τη λειτουργία του ηλεκτρικού κινητήρα και της γεννήτριας

·               Να γνωρίζουν τις πηγές ενέργειας που αξιοποιούνται στην Ελλάδα για τη λειτουργία των γεννητριών, να μπορούν να τις αξιολογούν σε σχέση με τις επιπτώσεις στο περιβάλλον και να προτείνουν λύσεις στο σχετικό κοινωνικό πρόβλημα

Το φαινόμενο

ηλεκτρομαγνητική

επαγωγή

 

Η γεννήτρια.

 

Πώς αντιμετωπίζει η ελληνική κοινωνία το πρόβλημα της ενεργειακής τροφοδοσίας

των σταθμών

ηλεκτροπαραγωγής;

 

·         Ο διδάσκων αφηγείται με τη βοήθεια και εικόνων για μία από τις

σημαντικότερες ανακαλύψεις του 19ου αιώνα η οποία άλλαξε την καθημερινή ζωή των ανθρώπων. 1831. Το φαινόμενο ηλεκτρομαγνητική επαγωγή και ο Michael Faraday. Οι άνθρωποι βρήκαν τον τρόπο

α. να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα σε μεγάλες ποσότητες.

β. να μεταφέρουν το ηλεκτρικό ρεύμα με καλώδια από τον τόπο της παραγωγής στην περιοχή της κατανάλωσης.

·         Εργαστηριακή εμπειρία. Στο σχολικό εργαστήριο, φύλλο εργασίας με

οδηγίες και οι μαθητές   α. δοκιμάζουν να δημιουργήσουν επαγωγικη τάση με μαγνήτη και πηνίο και να την ανιχνεύσουν με κατάλληλο όργανο.

β. δοκιμάζουν να ανάψουν ένα λαμπάκι με την κατάλληλη διάταξη που υπάρχει στο εργαστήριο.

·         Σε περιβάλλον ΤΠΕ. Η γεννήτρια. Η λειτουργία της στη «γλώσσα» της ενέργειας. Στη γεννήτρια η κινητική ενέργεια του μεταλλικού πλαισίου μετατρέπεται σε μεταβιβαζόμενη -σε κάποιο κύκλωμα- ηλεκτρική ενέργεια

·         Τα ερωτήματα τίθενται στις ομάδες εργασίας και οι μαθητές καλούνται να προτείνουν απαντήσεις μέσα και από συζητήσεις στο εσωτερικό της ομάδας:

Από που προέρχεται η κινητική ενέργεια του μεταλλικού πλαισίου της γεννήτριας ;

Πώς αντιμετωπίζει η ελληνική κοινωνία το πρόβλημα της  τροφοδοσίας με ενέργεια κάθε σταθμού παραγωγής ;  Με πετρέλαιο ; Με λιγνίτη; Με φυσικό αέριο ; Με υδατοπτώσεις ;        Με αξιοποίηση του ανέμου ;

Αντικείμενα, και διατάξεις

του εργαστηρίου

Compact disk

με διδακτικό υλικό

Φύλλο εργασίας

 

Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή

http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/faraday2/

 

http://phet.colorado.edu/en/simulation/faraday

 

Οι προτεινόμενες αλγεβρικές σχέσεις είναι έξι.    Η εξίσωση ορισμού Ι = q/t  Η εξίσωση ορισμού V = W/q 

H σχέση ηλεκτρικής ισχύος με τάση και ρεύμα  P = VI    O νόμος του Ohm I= V/R   Οι δύο εξισώσεις για τη σύνδεση αντιστατών

Διαθεματική εργασία «Επιτέλους σβήσε αυτό το φως!» Οι πυρσοί, τα κεριά, οι λάμπες με φωταέριο, ο λαμπτήρας πυράκτωσης -

η ανατρεπτική ανακάλυψη του Eddison που πρόσφερε άπλετο φως τις νύχτες - και οι σύγχρονοι λαμπτήρες που θα τον εκτοπίσουν.

Μετατροπές ενέργειας στις ποικίλες πηγές φωτός στην ιστορία του πολιτισμού μας. Φυσική, Τεχνολογία, Οικολογία, Ιστορία

 

 

ΕΝΟΤΗΤΑ 5 ΚΥΜΑΤΑ