Ενότητα 5 ΚΥΜΑΤΑ

Προσδοκώμενα αποτελέσματα	Βασικά θέματα	Ενδεικτικές δραστηριότητες	Εκπαιδευτικό υλικό
Οι μαθητές και οι μαθήτριες: · Να αναφέρουν παραδείγματα περιοδικών φαινομένων και να αναγνωρίζουν ότι κοινό χαρακτηριστικό τους είναι η επαναλαμβανόμενη εξέλιξη του φαινομένου · Να μπορούν να μετρούν την περίοδο του απλού εκκρεμούς και να διαπιστώνουν ότι η τιμή της παραμένει σταθερή παρόλο που το πλάτος της ταλάντωσης μειώνεται · Να διερευνούν την επίδραση του μήκους του νήματος στην τιμή της περιόδου και να διαπιστώσουν ότι το εκκρεμές δευτερολέπτου έχει μήκος 1m · Να συνειδητοποιήσουν ότι η μέτρηση του χρόνου βασίζεται στην περιοδικότητα των φαινομένων και να αντιληφθούν την καταλληλότητα του εκκρεμούς για τη μέτρηση του χρόνου με ακρίβεια · Να περιγράφουν τις μετατροπές της ενέργειας και την απώλεια ενέργειας λόγω τριβών κατά την κίνηση του σφαιριδίου του απλού εκκρεμούς · Με βάση τη μελέτη του εκκρεμούς να εξοικειωθούν με τα χαρακτηριστικά του γενικότερου φαινομένου ταλάντωση	Τα περιοδικά φαινόμενα Το απλό εκκρεμές Οι έννοιες περίοδος και συχνότητα Τα χαρακτηριστικά της ταλάντωσης	· Εισαγωγή στην κατηγορία των περιοδικών φαινομένων με οικεία παραδείγματα. Εστίαση της προσοχής των μαθητών στο κοινό χαρακτηριστικό των περιοδικών φαινομένων να εξελίσσονται και να επαναλαμβάνονται σε συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Οι έννοιες περίοδος και συχνότητα. · Ο εκπαιδευτικός δημιουργεί ομάδες μαθητών και αναθέτει στους μαθητές κάθε ομάδας, βασιζόμενοι σε οδηγίες καταγραμμένες σε φύλλο εργασίας και μέσα από συζητήσεις μεταξύ τους: α. Να μετρήσουν την περίοδο της ταλάντωσης απλού εκκρεμούς με μικρή αρχική εκτροπή. β. Να προβλέψουν τι θα συμβεί στην τιμή της περιόδου εάν ελαττωθεί η απόσταση των δύο ακραίων σημείων της κίνησης και να ελέγξουν τις προβλέψεις τους. γ. Να διερευνήσουν την επίδραση του μήκους του νήματος του εκκρεμούς στην τιμή της περιόδου και δ. να μετρήσουν την περίοδο για εκκρεμές με νήμα 1 m. Αναφορά στον Γαλιλαίο · Συζήτηση βάσει των συμπερασμάτων της δραστηριότητας για την καταλληλότητα του εκκρεμούς για τη μέτρηση του χρόνου. Εστίαση στη θεώρηση ότι η μέτρηση του χρόνου βασίζεται στην περιοδικότητα των φαινομένων · Ένταξη της αιώρησης του εκκρεμούς στη γενική περίπτωση της ταλάντωσης ως κίνησης μεταξύ δύο ακραίων θέσεων. Περιγραφή και σύνοψη από τον διδάσκοντα των χαρακτηριστικών της ταλάντωσης - περίοδος-συχνότητα και πλάτος - έμφαση στην ενέργεια κάθε ταλαντωτή με βάση την πειραματική επίδειξη ή προσομοίωση ή εικόνες της ταλάντωσης σώματος προσδεδεμένου σε ελατήριο, και τη σχηματική αναπαράσταση του φαινομένου.	Επιλεγμένες δραστηριότητες από τον εργαστηριακό οδηγό Φυσικής Γ Γυμνασίου (Εργαστηριακή άσκηση 8) http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/document.php?openDir=/4ba7642eoo7s/4ba8359ae2hp Compact disk με διδακτικό υλικό http://digitalschool.minedu.gov.gr/modules/document/file.php/DSGYM-C201/ExperimentsgG/gG/swf/ekkremes.swf ΕΚΦΕ Ηρακλείου http://2ekfe.ira.sch.gr/kritonsenaria/index.htm
Να γνωρίζουν και να δείχνουν με απλές δραστηριότητες ότι τα σώματα που ταλαντώνονται με αρκούντως υψηλή συχνότητα αποτελούν πηγές ήχου · Να γνωρίζουν και να δείχνουν με απλές δραστηριότητες ότι ο ήχος διαδίδεται στα στερεά, τα υγρά και τα αέρια, αλλά δεν διαδίδεται στο κενό	Η παλμική κίνηση ως πηγή εκπομπής ήχου Ο ήχος εκπέμπεται, ταξιδεύει, ανιχνεύεται	Απλές πειραματικές δραστηριότητες με ταλάντωση μιας μεταλλικής λωρίδας στερεωμένης στο ένα άκρο ή με παλλόμενο διαπασών. Αναφορά σε οικεία παραδείγματα όπως οι παλλόμενες χορδές μουσικών οργάνων και το πετάρισμα των φτερών της μέλισσας με σκοπό οι μαθητές να διαπιστώνουν και να συμπεραίνουν ότι αντικείμενα που ταλαντώνονται με μεγάλη συχνότητα αποτελούν πηγές ήχων. Ο διδάσκων επισημαίνει ότι ο ήχος εκπέμπεται, ταξιδεύει, ανιχνεύεται Με παραδείγματα από την εμπειρία της ακοής τους οι μαθητές συνειδητοποιούν ότι ο ήχοι διαδίδονται στον αέρα, στα στερεά και στα υγρά, Ο διδάσκων παρουσιάζει εικόνα βίντεο – ή αρκείται σε απλή περιγραφή – με ενεργοποιημένο κουδούνι τοποθετημένο σε κώδωνα χωρίς αέρα και ο ήχος να μην ακούγεται Τίθεται το ερώτημα για τον τρόπο μεταφοράς του ήχου από την πηγή στους ανιχνευτές του ήχου - αυτί των ζώων και ανθρώπων, μικρόφωνα- ώστε να προβληματιστούν οι μαθητές και να κάνουν υποθέσεις.	Compact disk με διδακτικό υλικό Υλικά από το σχολικό εργαστήριο
· Να αντιληφθούν την έννοια μηχανικό κύμα ως μηχανισμό διάδοσης μιας διαταραχής /ταλάντωσης σε υλικό μέσο · Να αντιληφθούν ότι κατά τη διάδοση του μηχανικού κύματος μεταφέρεται ενέργεια χωρίς τη μεταφορά ύλης · Να αντιληφθούν ότι ο ήχος διαδίδεται ως μηχανικό κύμα στα στερεά στα υγρά και στα αέρια · Να περιγράφουν τα Βασικά χαρακτηριστικά του κύματος -συχνότητα, μήκος κύματος, ενέργεια- και να τα συσχετίζουν με τα υποκειμενικά χαρακτηριστικά των ήχου · Να μπορούν να αξιοποιούν το Διαδίκτυο και άλλες πηγές πληροφοριών για ενημέρωση τους σε ποικίλα θέματα που σχετίζονται με τον ήχο όπως η ακοή τα μουσικά όργανα και η ηχορύπανση, ή για οργάνωση σύντομων παρουσιάσεων στην τάξη	Η έννοια κύμα Χαρακτηριστικά του κύματος Μήκος κύματος, συχνότητα, ταχύτητα διάδοσης Ο ήχος διαδίδεται ως μηχανικό κύμα Χαρακτηριστικά των ηχητικών κυμάτων Ο ήχος ανιχνεύεται Υποκειμενικά χαρακτηριστικά των μουσικών ήχων	· Εισαγωγή της έννοιας κύμα με βάση το οικείο φαινόμενο των κυμάτων στην επιφάνεια του νερού. Η εμπειρία. Ένα ταψί με νερό κάτω από βρύση. Στο νερό επιπλέουν μικρά κομματάκια φελλού. Ανοίγουμε λίγο τη βρύση και αφήνουμε να στάζει έτσι ώστε οι σταγόνες να πέφτουν στην επιφάνεια του νερού ανά ίσα χρονικά διαστήματα. Ερωτήσεις του εκπαιδευτικού για εστίαση της προσοχής των μαθητών α. στο ότι η αρχική διαταραχή διαδίδεται στο νερό και β. στο ότι τα κομματάκια φελλού ταλαντώνονται χωρίς να παρασύρονται από τη διάδοση της διαταραχής. Παρόμοιες παρατηρήσεις μπορεί να γίνουν και με μια μαρκαρισμένη έγχρωμη περιοχή /σπείρα σε σχοινί ή σε ελατήριο κυματισμών Από την εμπειρία στην έννοια κύμα. Περιγραφή της έννοιας κύμα. Μηχανισμός διάδοσης μιας διαταραχής ταλάντωσης έτσι ώστε να μεταφέρεται ενέργεια Επισημαίνεται ότι σε αντίθεση με την περίπτωση που η ενέργεια μεταφέρεται μαζί με ένα σώμα, όπως με ένα κινούμενο όχημα, το κύμα αφορά την περίπτωση μεταφοράς ενέργειας χωρίς τη μεταφορά ύλης. · Ο εκπαιδευτικός αποσαφηνίζει ότι ο ήχος διαδίδεται ως κύμα. · Με βάση τα κύματα σε σχοινί ή σε ελατήριο κυματισμών και τη σχηματική αναπαράστασή τους, ή με προσομοιώσεις και εικόνες του φαινομένου, ο εκπαιδευτικός εισάγει τις έννοιες ταχύτητα διάδοσης, συχνότητα κύματος και μήκος κύματος και αποσαφηνίζει τη σχέση η οποία συνδέει τις τιμές τους. · Αποσαφηνίζει ότι ο ήχος ανιχνεύεται καθώς η ενέργεια που μεταφέρει μεταβιβάζεται σε ειδικό ανιχνευτή όπως το ανθρώπινο αυτί, το μικρόφωνο. · Μουσικοί ήχοι στη σχολική αίθουσα. Αρχικά ένα μουσικό κομμάτι και στη συνέχεια ακούγονται τρεις ήχοι διαφορετικοί. Οι μαθητές σε ομάδες καλούνται να συζητήσουν για το « πόσο δυνατοί» και «πόσο οξείς» ήταν οι ήχοι που ακούστηκαν. Τίθεται το ζήτημα της σχέσης ανάμεσα σε ότι ακούμε και στις έννοιες με τις οποίες η Φυσική περιγράφει τους ήχους	Κειμενικό και διαδικτυακό υλικό http://phet.colorado.edu/en/simulation/wave-on-a-string και στα ελληνικά: http://phet.colorado.edu/el/ FE_ixos Φύλλο Εργασίας ΗΧΟΣ με το λογισμικό Ph.E.T. Sound
· Να γνωρίζουν στοιχεία της έννοιας ηλεκτρομαγνητικό κύμα,. και ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε αντίθεση με τα μηχανικά διαδίδονται και στο κενό με ορισμένη ταχύτητα · Να αναφέρουν παραδείγματα ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών όπως το φως, η υπεριώδης και η υπέρυθρη ακτινοβολία, και τα ραδιοφωνικά κύματα · Να γνωρίσουν ότι η Θεωρία ότι το φως είναι κύμα ερμηνεύει φαινόμενα που δεν μπορεί να ερμηνεύσει η γεωμετρική Οπτική · Με βάση την εξέλιξη των μοντέλων για το φως να αντιληφθούν ότι οι ιδέες και οι γνώσεις της φυσικής αναθεωρούνται και εξελίσσονται	Η έννοια ηλεκτρομαγνητικό κύμα Αντιλήψεις και μοντέλα για τη φύση και τη διάδοση του φωτός	· Ο εκπαιδευτικός υπενθυμίζει ότι το «εκπέμπεται, ταξιδεύει, ανιχνεύεται» ισχύει και για το φως και θέτει για προβληματισμό το εάν και το φως διαδίδεται ως κύμα · Παρουσιάζει την έννοια ηλεκτρομαγνητικό κύμα με εικόνες και υλικό ΤΠΕ, επισημαίνοντας το ότι σε αντίθεση με τα μηχανικά κύματα τα ηλεκτρομαγνητικά διαδίδονται και στο κενό με ορισμένη ταχύτητα. · Αναφέρει ότι ορισμένα φαινόμενα ερμηνεύονται αν θεωρήσουμε το φως ως (ηλεκτρομαγνητικό) κύμα. · Επισημαίνει ότι εκτός από το φως ηλεκτρομαγνητικά κύματα θεωρούνται – ανάμεσα σε άλλα - οι υπέρυθρες ακτίνες, οι υπεριώδεις ακτίνες τα κύματα στον φούρνο μικροκυμάτων και τα ραδιοφωνικά κύματα. · Κάνει μια σύντομη αναφορά στην εξέλιξη των ιδεών για τη φύση του φωτός, από την αντιπαράθεση κυματικής και σωματιδιακής αντίληψη του 17^ου αιώνα με κυριαρχία της σωματιδιακής, στην ανατροπή και επικράτηση της κυματικής αντίληψης τον 19^ο αιώνα και στις ιδέες του 20^ου αιώνα για ‘διττή’ υπόσταση του φωτός και για φωτόνια	Compact disk με διδακτικό υλικό http://www.walter-fendt.de/ph14e/emwave.htm http://www.walter-fendt.de/ph14e/
Προτείνεται μία μαθηματική σχέση η «ταχύτητα = λ f »
Προτεινόμενη διαθεματική εργασία/project Θέμα : Ήχος Ομάδες μαθητών αναζητούν και διαχειρίζονται πληροφορίες και πολυμεσικό υλικό για την προσέγγιση /διερεύνηση πλευρών του θέματος: Παραγωγή ήχου Η τεχνολογία . Ήχοι μουσικοί και ήχοι που δεν είναι μουσικοί. Από το όργανο του Μπαχ στην κιθάρα του Μπομπ Μάρλεϊ και τη τζαζ και από τον ήχο της καμπάνας στο σφύριγμα των τραίνων και στις εξατμίσεις των αυτοκινήτων. Εστίαση στην ηχορύπανση. Επιπτώσεις στην υγεία, τρόποι αντιμετώπισης Το εργαστήρι της φύσης Ο παφλασμός του κύματος, το κελάρυσμα του νερού, το θρόισμα των φύλλων και πλάσματα που παράγουν ήχους . Βελάζουν, κοάζουν, γρυλίζουν, κελαηδούν, νιαουρίζουν, βρυχώνται, χλιμιντρίζουν, γαβγίζουν, τραγουδούν, ψάλλουν, γελούν, νανουρίζουν τα παιδιά τους. Μουσική, φυσική, κοινωνία, φύση, ελληνική γλώσσα. Οι μαθητές συνθέτουν, παρουσιάζουν και αξιολογούν την εργασία τους.