Comeniusproject TEWISE
Transkrypt
Comeniusproject TEWISE
Comeniusprojec t TEWISE 10650-CP-1-2002-A -COMENIUS-C21 Pomiary i wielkosci fizyczne Copyright © 2002-2010 by Project "TEWISE" for the project -team: [email protected] All rights reserved. Privacy Statement. Klagenfurt, 2003 Translation © 2004, 2005 This project has been funded with support from the European Commission. This publication [communication] reflects the views only of the author, and the Commission cannot be held responsible for any use which may be made of the information contained therein. Projekt Tewise Wskazówki dla nauczycieli do modułu 1 pt. „Pomiary i wielkości fizyczne”. Poszczególne strony modułu posiadają następującą strukturę: - każdy temat oznaczony jest kolejną cyfrą, - każde poszczególne doświadczenie, informacja lub temat pracy ma osobny numer, - podstrony oznaczone są jako „a”, „b”, „c” i poprzedzone znakiem strzałki na poprzedniej stronie. Wybrano następujące zagadnienia: - długość - metr, - objętość - litr i związki objętości z długością, - masa - kg (powiązany z grawitacją, ale bez słowa o grawitacji). oraz ilościowe wielkości fizyczne: - czas - sekunda, - temperatura - stopień, jako przykłady jakościowych wielkości fizycznych. Używanie określeń „jak dużo” dla wielkości ilościowych oraz „jak bardzo” dla wielkości jakościowych jest nieoficjalnym i „nielegalnym” pomysłem Leifa Johansena, członka grupy TEWISE. Każdy temat rozpoczyna się stroną z prezentacją zmysłowych, czuciowych lub jakościowych wrażeniami. W ten sposób otwiera się droga do pomiarów, jednostek oraz użycia wielkości fizycznych. Ważnym jest ponadto, aby mieć na uwadze wymiar historyczny danego zagadnienia. Jest to także dobry temat do samodzielnych prac, które uczniowie wykonują w postaci projektów zawierających różnorodne formy prezentacji. Większość pracy uczniów odbywać się jednak będzie w grupach. Pamiętaj, że wielkość fizyczna zawsze składa się z dwu części: wartości i jednostki „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Praktyczna rada: Wszystkie doświadczenia są dość proste do przeprowadzenia i nie powinno być z nimi problemów. Wybrano te doświadczenia, w których używa się elektronicznych termometrów, więc nie będzie problemy z rtęcią, na wypadek gdyby termometr uległ stłuczeniu. Jedyne doświadczenie, które wymaga komentarza znajduje się na stronie 1.15a. Możesz używać żarówek o parametrach: 6 V, 50 mA (300 mW), które mają opór 12 omów przy napięciu 6 woltów – to zwyczajne żarówki w rowerowych światłach stopu. Rezystor może być typu PTC (opór rośnie wraz ze wzrostem temperatury) lub NTC (opór maleje wraz ze wzrostem temperatury). Jest to tzw. termistor. W przypadku rezystora typu PTC przy wyższej temperaturze światło będzie osłabione. Zasilacz przy 12 woltach powinien dawać normalne światło żarówki, a zmiany powinny być widoczne tylko przy podgrzewaniu rezystora. Uważaj, aby nie spalić rezystora! „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Jak długi jest ten pokój? W jakiej odległości jest szkoła? Jak gruby jest ten papier? Chcielibyśmy odpowiedzieć na te pytania, ale w jaki sposób? W przeszłości ludzie nie posiadali linijek, lecz mieli własne stopy. Niech każdy w twojej grupie zmierzy odległość między ścianami za pomocą swoich stóp. Teraz wszystkie grupy powinny zmierzyć tę samą odległość w pokoju! Najpierw niech każdy zapisze swoje rezultaty, ale nikomu ich nie pokazuje. Następnie w każdej grupie należy zapisać te wyniki w zbiorczej tabeli. Imię i nazwisko ucznia Zmierzona odległość w stopach Średnia obliczona w twojej grupie: ........................................ ................................... Średnia obliczona w całej klasie: ........................................... ................................... Zawsze pamiętaj: wartość i jednostka 1. Poproś o pomoc nauczyciela, jeśli nie potrafisz obliczyć średniej. 2. Czy wszyscy otrzymali te same wyniki? 3. Przedyskutujcie w klasie i zapiszcie powody, dla których nie otrzymaliście tych samych rezultatów. 4. Zróbcie tabelę wyników dla całej klasy, a następnie obliczcie średnią. 5. Czy ktoś na początku otrzymał dokładnie taki sam wynik, jak obliczona później średnia? „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Przestudiuj pracę swojej grupy! W dawnych czasach ludzie często używali części swego własnego ciała, jako instrumentów do mierzenia odległości, a co za tym idzie definiowali jednostki odległości, nazywając je odpowiednimi częściami ciała. 1. Niech twoja grupa wyszuka stare jednostki odległości, które są związane z częściami ciała. Wykorzystajcie bibliotekę szkolną lub zasoby internetowe. 2. Sporządźcie plakat pokazujący wyniki waszych poszukiwań. Jeśli to możliwe, umieśćcie tam rysunek ludzkiego ciała. 3. Zorganizujcie klasową wystawę waszych plakatów. 4. Porównajcie ze sobą jednostki używane w różnych krajach. Czy są one takie same? 5. Dlaczego wszyscy używają teraz metrów? 6. Poszukajcie i przeczytajcie historię wzorca metra i historię wprowadzania go w swoim kraju. 7. Jak dużo znasz jednostek opartych na metrze (dla dłuższych i krótszych odległości)? Czy nadal są one w użyciu? Podjednostki metra Ile to metrów? „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Teraz możesz używać już jednostki metr. Zmierz długość klasy za pomocą linijki lub taśmy mierniczej. Teraz wszyscy powinni otrzymać te same wyniki. Potrzebne Ci będą: - Linijka lub taśma miernicza, - papier, - ołówek. Pracując w grupach pomierzcie te same odległości w klasie, które mierzyliście za pomocą stóp (1.01). Kiedy zakończycie poproście inne grupy o podanie swoich rezultatów i zapiszcie je wszystkie w tabeli. Grupa Wynik w metrach Średni wynik dla całej klasy: ...................................................... ................................... Zawsze pamiętaj: wartość i jednostka 1. Czy wszystkie grupy otrzymały ten sam wynik? 2. Przedyskutujcie w swoich grupach, dlaczego w waszych wynikach występują małe różnice i zapiszcie propozycje wyjaśnień. 3. Teraz niech każda grupa wybierze spośród siebie jedną osobę. Następnie niech przedstawiciele grup przedyskutują powyższy problem i postarają się dojść do wspólnych wniosków. „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Mierzyliście „długość”. Długość jest wielkością fizyczną. Wielkość fizyczna składa się z wartości oraz jednostki. Jednostka musi być dobrze zdefiniowana i określona tak samo na całym świecie. Był to poważny problem w przypadku takich jednostek jak: stopa, cal, mila. Były one różne dla różnych krajów. Niech twoja grupa znajdzie i opisze historię „metra”, a następnie przygotujcie referat dla klasy. Jeśli jest dużo grup niech nauczyciel wybierze tę, która ma przygotować wykład. Małe „doświadczenie”. Weź sznurek o długości ok. 20 cm. Zmierz jego długość przy pomocy linijki. Następni potnij sznurek na trzy kawałki i zmierz długości poszczególnych kawałków. Długość sznurka: ........................................... Długość 1 kawałka: ........................................ Długość 2 kawałka: ........................................ Długość 3 kawałka: ........................................ Dodaj teraz długości trzech kawałków: ........................ Do zapamiętania: Wielkość fizyczna, która może być dodana, gdy „rzeczy są zbierane razem” jest wielkością „jak dużo” lub ilościową wielkością fizyczną, jak mówią naukowcy. „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Niektóre rzeczy są tak małe, że trudno jest zmierzyć ich długość. Są to na przykład: długość komórki cebuli lub grubość kartki papieru. Spróbujemy teraz zmierzyć grubość kartki papieru. Potrzebne Ci będą: Linijka, 10 identycznych kawałków papieru, sklejki lub tekturki. Przedyskutujcie i opiszcie doświadczenie, w którym mierzymy grubość jednego kawałka tektury bez mierzenia pojedynczych kawałków. Należy poszukać średniej wartości grubości tektury. Zmierzona grubość: ...................................................................................................................... Tak więc, po dokonaniu obliczeń, średnia grubość jednej kartki wynosi: .......................................................................................... Przedyskutujcie w grupach, czy można tej metody użyć, gdy chcemy zmierzyć grubość jednej kartki papieru w książce lub w ryzie papieru? „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Czy można użyć tej samej metody co na poprzedniej stronie? Jeśli tak – zrób to! Masz przed sobą zwykła książkę lub ryzę papieru oraz linijkę. Zmierzona grubość: ...................................................................................................................... Tak więc, po dokonaniu obliczeń, średnia grubość jednej kartki wynosi: .......................................................................................... Dla zaawansowanych Czy można użyć tej metoda dla cienkich drucików? Jeśli tak – zrób to! Poproś teraz swojego nauczyciela o mikrometr i poproś go, aby pokazał ci jak on działa. Zmierz mikrometrem grubości kilku drucików. Czy możesz użyć mikrometru do pomiaru grubości jednej kartki papieru? „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Możesz jechać do Kalkuty, ale ogromną pracą będzie dokonanie pomiaru przebytej odległości za pomocą linijki. Do Syriusza już lecieć nie możesz. Jak mimo tego możemy zmierzyć duże odległości? Dwie historyjki o dużych odległościach Historia 1. Odległości na Ziemi były i nadal są mierzona za pomocą metody triangulacji. Do tego musisz mieć przyrządy do pomiarów kątów i jakąś dobrze zmierzoną odległość. Reszta to czysta matematyka – poproś o wytłumaczenie swojego nauczyciela matematyki. Być może pomoże ci dokonać kilku pomiarów i pomoże w obliczeniach. Jeśli posiadasz przyrządy do pomiaru kątów przejdź z miejsca 1 do miejsca 2 i dokonaj odpowiednich pomiarów. W ten sposób można zmierzyć odległości nie tylko na powierzchni Ziemi, ale też odległości dzielące nas od Księżyca, planet i najbliższych gwiazd. W przypadku pomiaru odległości do gwiazd nie wystarczą dwa miejsca na powierzchni Ziemi. W tym wypadku używamy położeń naszej planety na jej orbicie okołosłonecznej i dokonujemy pomiarów co pół roku. Historia 2. Gdy karetka pogotowia jadąca na sygnale zbliża się do ciebie słyszysz wyższy dźwięk syreny. Gdy oddala się słyszysz niższe tony. To samo dzieje się ze światłem. Gdy gwiazda oddala się od nas częstotliwość światła wysyłanego przez nią spada i przesuwa się ku czerwieni (światło jest „bardziej czerwone”). Efekt ten, zarówno w jednym jak i w drugim wypadku, nazywamy efektem Dopplera. Zbiorowiska gwiazd, zwane galaktykami, rozmieszczone są we Wszechświecie w bardzo dużych odległościach od siebie. Ponadto, oddalają się one od siebie, a szybkość ich oddalania jest tym większa im większy dzieli je dystans. Światło odległych galaktyk jest więc poczerwienione. Obserwujemy przesunięcie ku czerwieni światła galaktyk. Im większa odległość do danej galaktyki, tym większe jest jej poczerwienienie (aż do podczerwieni). Z analizy widma światła galaktyk astronomowie mogą obliczyć odległość do danej galaktyki. Później uczyć się będziesz, że im dalej patrzymy w głąb Wszechświata, tym bardziej zagłębiamy się w jego przeszłość. Galaktyki z największym przesunięciem ku czerwieni są także najstarsze. W ten sposób astronomowie obserwują co działo się w młodym Wszechświecie. Na tej stronie nie umieściliśmy żadnych pytań. Jednakże jesteśmy pewni, że po przeczytaniu powyższych historii będziesz miał bardzo wiele pytań. Niestety, nauka nie znalazła odpowiedzi na wszystkie nurtujące nas pytania. Być może ty lub któryś z twoich kolegów, już jako naukowiec, znajdziesz odpowiedź na pytania, na które obecnie nie znamy odpowiedzi? „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Co wspólnego mają ze sobą puszka coli, karton soku owocowego lub butelka mleka? Jest jedna rzecz, która na pewno je łączy – objętość. Potrzebne Ci będą: Menzurka o objętości jednego litra, kilka pustych butelek, puszek i kartoników. Będziesz teraz dokonywał kontroli jednej z wielkości fizycznych – objętości. Na pustych opakowaniach umieszczone są wartości ich objętości. Sprawdź, czy producenci nie oszukują swoich klientów! Spróbuj także zmierzyć rzeczywiste objętości płynów w poszczególnych pojemnikach. Rodzaj pojemnika Jaką objętość podał producent? Całkowita objętość Co kupiłem? Być może posiadasz butelkę o objętości większej niż jeden litr. Opisz jak można zmierzyć jej pojemność. Czy objętość jest jak długość – wielkość typu „jak dużo”? Zaznacz tylko jedną możliwość! TAK NIE Wskazówka – czy można dodawać objętości? 1. Czy objętość mówi nam cokolwiek o rodzaju posiadanej rzeczy? 2. Jaki znasz podjednostki objętości? 3. Czy potrafisz znaleźć objętości innych pojemników, takich jak: kubek, szklanka, waza? Jeśli tak – dokonaj pomiarów! 4. Przedyskutujcie w grupach swoje odpowiedzi na pytanie o rodzaj wielkości fizycznej. Czy wszyscy udzielili tej samej odpowiedzi? „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Czy w twoim kraju nadal funkcjonują jeszcze inne, starsze, jednostki objętości? Pamiętaj! Wielkość to wartość i jednostka! 1 ..................................... = ............ litrów 1 litr = ............ .......................................... 1 ..................................... = ............ litrów 1 litr = ............ .......................................... 1 ..................................... = ............ litrów 1 litr = ............ .......................................... 1 ..................................... = ............ litrów 1 litr = ............ .......................................... 1 ..................................... = ............ litrów 1 litr = ............ .......................................... 1 ..................................... = ............ litrów 1 litr = ............ .......................................... 1 ..................................... = ............ litrów 1 litr = ............ .......................................... Znajdź historię „litra” i opisz ją krótko poniżej! „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Jak już zapewne zauważyłeś wielkość fizyczna „objętość” używana jest dla cieczy. Czy ciała stałe również posiadają objętość? Zajmują przecież określone miejsce w pomieszczeniu, ale czy można to zmierzyć? Potrzebne Ci będą: Różnego rodzaju ciała stałe (np.: kamień, kawałek drewna, kawałek metalu, ziemniak, kawałki plastiku), menzurka (250 lub 500 mililitrowa), długi cienki gwóźdź, woda. Wszystkie przedmioty muszą być na tyle małe, żeby zmieściły się w menzurce. 1. Wlej wodę do menzurki, lecz nie wlewaj jej do końca. Odczytaj na skali wartość objętości wody. 2. Umieszczaj pojedynczo posiadane przedmioty w wodzie. Jeśli pływają zatapiaj je przy pomocy cienkiego gwoździa. Ponownie odczytaj wartość na skali menzurki. Materiał Objętość przed zanurzeniem Objętość po zanurzeniu Objętość przedmiotu Jak znalazłeś wartości objętości poszczególnych przedmiotów? Przedstaw poniżej jedno ze swoich obliczeń. ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................... 1. Czy ziemniak i kawałek drewna mają taką samą objętość? 2. Czy ziemniak i sok mają taką samą objętość? 3. Przygotujcie w grupach doświadczenie, które pokaże, że objętość jest wielkością fizyczną typu „jak dużo”! „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Prawdopodobnie na lekcjach matematyki spotkałeś się już z pojęciem metra sześciennego. Twój nauczyciel matematyki określał to mianem objętości – czy jest to poprawne z naukowego punktu widzenia? Kostka centymetrowa to mała plastikowa kostka, której wszystkie boki mają długość 1 cm. Kostki te mogą być łączone razem, tak jak klocki Lego. Objętość takiej kostki wynosi jeden centymetr sześcienny albo 1 cm3. Potrzebne Ci będą: Kilka kostek, menzurka (250 lub 500 mililitrowa), woda. Zbuduj z kostek małą bryłę. Musi być ona na tyle mała, żeby zmieściła się w menzurce. Następnie wykonaj pomiar objętości bryły, tak jak robiłeś to wcześniej. Ilość kostek Objętość przed zanurzeniem w ml Objętość po zanurzeniu w ml Objętość bryły w ml Jak dużo jednocentymetrowych kostek znajduje się w twojej bryle? ................................ Czy widzisz jakieś związki między objętością wyrażoną w cm3 a objętością wyrażoną w ml? ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................... 1. 2. 3. 4. 5. Wróć teraz do wcześniej opisanej historii litra i przeczytaj ją ponownie. Jaki rodzaj kostki sześciennej to litr? Jak dużo centymetrów sześciennych zawiera jeden litr? Jak dużo litrów zawiera metr sześcienny? Przedyskutujcie w grupie, która jednostki bardziej wam odpowiadają: litry, mililitry, hektolitry, czy centymetry sześcienne, decymetry sześcienne i metry sześcienne. „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Na lekcjach matematyki prawdopodobnie uczyłeś się, że można obliczyć objętość danej bryły mnożąc odpowiednio jej boki. Jeśli masz bryłę o wymiarach 3 cm x 4 cm x 5 cm to ma ona objętość 60 ml. Pamiętaj, że 1 cm3 = 1 ml! Potrzebne Ci będą: Kilka regularnych klocków z metalu, plastiku i drewna, linijka lub suwmiarka, litrowa menzurka, woda. Poproś swojego nauczyciela, żeby nauczył cię, jak posługiwać się suwmiarką. Zmierz trzy boki każdego klocka, oblicz objętość i porównaj wyniki z pomiarami objętości przy pomocy menzurki i wody. Rodzaj materiału Obliczona objętość w ml Zmierzona objętość w ml Jeśli na lekcjach matematyki uczyłeś się już, jak obliczać objętości walców, stożków i kul możesz także te bryły włączyć do swoich doświadczeń! „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Gdy wieje wiatr, czujesz powiew powietrza. Możesz nim wypełnić płuca i gwizdnąć. Czy powietrze posiada objętość? Potrzebne Ci będą: Menzurka, pojemnik z wodą, elastyczna cienka rurka. Jaka objętość wody może znajdować się w menzurce? ..................................................................................... Czy coś znajduje się w menzurce? ........................ Odwróć menzurkę do góry dnem i wciśnij jej otwór pod wodę w pojemniku. Czy coś znajduje się w menzurce? ........................ Co to jest? .............................................................. Czy możesz w przybliżeniu określić objętość powietrza w menzurce? .......................................................................... Umieść jeden koniec rurki w menzurce, a z jej drugiej strony zassij powietrze (patrz rys.). Co stało się z objętością powietrza w menzurce? ........................................................................ 1. Czy powietrze ma ściśle określoną objętość? Spróbuj rozgrzać menzurkę, pocierając ją dłońmi. 2. Powietrze to mieszanina głównie dwóch gazów. Jakich? Czy znasz jakieś inne gazy? 3. Czy można ścisnąć gaz do mniejszej objętości? Spróbuj to wykonać! „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Dziwne doświadczenie Potrzebne Ci będą: Dwie menzurki, woda, wata. Umieść watę w jednej z menzurek, tak aby zajmowała mniej więcej połowę jej objętości. Do drugiej menzurki wlej wodę do połowy objętości menzurki. Następnie wlej wodę z drugiej menzurki do pierwszej. Co obserwujesz? wata (w ml) woda (w ml) wata + woda (w ml) Spróbujcie w grupach znaleźć wytłumaczenie. Zapiszcie swoje wnioski. Wskazówka: jaka jest w przybliżeniu objętość powietrza w wacie? Przygotujcie plakat, na którym każda grupa zapisze swoje propozycje wyjaśnienia doświadczenia. „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Na pewno nie raz byłeś w sklepie z warzywami i prosiłeś o 2 kilogramy ziemniaków. Jakiej wielkości fizycznej i jakiego rodzaju jednostki używałeś? Sprzedawca używał wagi (najczęściej elektronicznej). Otrzymał wartość i jednostkę. Przyjrzyj się torebkom z mąką, cukrem, solą, proszkiem do prania. Znajdziesz tam tę samą jednostkę – kilogram kg. Tę wielkość fizyczna nazywamy masą i mierzymy w kilogramach. Do mierzenia masy używamy wag. Potrzebna nam teraz będzie zwykła, kuchenna waga elektroniczna. 1. Włącz wagę. 2. Wyzeruj (wyświetlacz musi pokazywać wartość zero). 3. Umieść na wadze torebkę. 4. Odczytaj wartość na wyświetlaczu. Bardzo często wartość ta będzie podana w gramach (g). Gram to podjednostka kilograma 1 kg = 1000 g. Spróbuj znaleźć masę kilku torebek różnych przedmiotów, które znajdują się w twojej klasie. 1. W bibliotece szkolnej lub w Internecie znajdź historię kilograma. 2. Znajdź podjednostki kilograma większe i mniejsze od grama. 3. Czy twój grupa zna inne, starsze jednostki masy? Zapisz krótką historię tych jednostek. „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Dlaczego tak trudno jest zrozumieć naukowców? W rzeczywistości, gdy idziesz do sklepu warzywnego sprzedawca nie szuka masy ziemniaków. On je po prostu waży. Twoja mama także mówi o ciężarze mąki do ciasta. Jest to normalny codzienny język, którym wszyscy się posługują, także naukowcy, gdy znajdują się poza laboratorium. Lecz gdy tylko naukowiec znajdzie się w swoim laboratorium lub gdy nauczyciel fizyki prowadzi lekcję używa języka naukowego. A w tym języku my znajdujemy masę. Ciężar to coś innego – to inna wielkość fizyczna, do której stosujemy jednostkę zwaną niuton i mierzymy ją za pomocą siłomierzy lub w inny sposób. Gdy ludzie są ważeni, znajdują ciężar – tzn. ile to jest kilogramów, tak naprawdę operują oni pojęciem masy, chociaż o tym nie wiedzą. Wagi są tak wykalibrowane, aby pokazywać masę. Masa torebki cukru mówi ile cukru tam jest. Jeśli nawet okrążysz Ziemię dokoła to nadal będziesz miał tyle samo cukru. Gdybyś miał tyle szczęścia, ze wybierzesz się na Księżyc z tą torebką cukru, to nadal będziesz miał tyle samo cukru. Ale gdybyś wziął ze sobą wagę okaże się, że daje ona inne wskazania niż na Ziemi (jeśli na Ziemi waga wskazywała 1 kilogram to na Księżycu będzie to ok. 0,167 kg). Wagi z technicznego punktu widzenia pracują na ciężarze i pokazują masę cukru, ale tylko na Ziemi. Aby użyć wagi na Księżycu w celu odważenia 1 kilograma cukru musiałbyś też zabrać tam ze sobą dokładną kopię wzorca kilograma z Paryża. 1. Umieść ten wzorzec na wadze. 2. Zapisz wskazania wagi (będzie to znacznie mniej niż kilogram – około 0,167 kg). 3. Zdejmij wzorzec z wagi i zastąp go torebką cukru. 4. Porównaj oba wskazania (jeśli torebka zawiera dokładnie kilogram cukru to waga wskaże 0,167 kg). „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise W jaki sposób pracujemy z wagami? Ciecz czy piasek – ten sam problem! Potrzebne Ci będą: Waga kuchenna, kilka suchych szklanek, woda, piasek. Gdy określasz masę torebki cukru, to tak naprawdę określasz masę brutto (masa torebki + masa cukru). Masa samego cukru nazywana jest masą netto. Masa samej torebki to tara. Masa brutto = masa netto + tara Zwykle interesuje nas tylko masa netto, czyli masa czystego produktu. Zawsze, gdy zaczynasz ważenie musisz najpierw wyzerować wagę. Weź teraz 0,25 kg (0,25 litra) wody. 1. Umieść pustą szklankę na wadze. 2. Naciśnij przycisk „tara” lub „zero”. 3. Wlewaj wodę do szklanki, aż do momentu, gdy waga wskaże 0,250 kg. Jeśli posiadasz wagę starszego typu: 1. Określ masę pustej szklanki – to jest tara. 2. Dodaj masę pustej szklanki do 0,250 kg (masa netto). Otrzymasz w ten sposób masę brutto. 3. Wlewaj wodę do szklanki, aż do momentu gdy waga wskaże obliczoną wcześniej masę brutto. W ten sam sposób możesz odważyć 200 g piasku. To tylko ćwiczenie. Powinieneś jednak ćwiczyć tak długo, aż osiągniesz pewną biegłość w posługiwaniu się wagą. „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Masa to trudne pojęcie, szczególnie wtedy, gdy nauczyciel fizyki próbuje Ci to wyjaśnić! Jakim rodzajem wielkości fizycznej jest masa? Potrzebne Ci będą: Waga kuchenna, kilka suchych szklanek, woda, piasek. Doświadczenie 1. Rozlej wodę do szklanek. Zważ każdą porcję wody. Następnie wlej je z powrotem do jednej szklanki i zważ Masa 1 porcji w kg Masa 2 porcji w kg Masa połączonych porcji w kg Doświadczenie 2. Do osobnych szklanek wsyp piasek i sól. Zważ każdą porcję. Następnie zsyp je z powrotem do jednej szklanki i zważ. Masa 1 porcji w kg Masa 2 porcji w kg Masa połączonych porcji w kg Doświadczenie 3. W osobnych szklankach przygotuj porcję piasku i porcję wody. Zważ każdą porcję. Następnie połącz je w jednej szklance i zważ. Masa 1 porcji w kg Masa 2 porcji w kg Masa połączonych porcji w kg Doświadczenie 4. W osobnych szklankach przygotuj porcję soli i porcję wody. Zważ każdą porcję. Następnie połącz je w jednej szklance i zważ. Masa 1 porcji w kg 1. 2. 3. 4. Masa 2 porcji w kg Masa połączonych porcji w kg Czy potrafisz powiedzieć, co łączy te 4 doświadczenia? Co szczególnego jest w przypadku doświadczenia 4? Czy masa jest wielkością fizyczną typu „jak dużo” (ilościowa wielkość fizyczna)? Jeśli przeprowadziłeś już cztery powyższe eksperymenty i zmierzyłeś objętości w każdym przypadku – na pewno zauważyłeś pewne różnice w wynikach. „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Wszyscy używamy zegarów i zegarków – wszyscy mierzymy czas. Czas jest wielkością fizyczną, ale jakiego rodzaju? Czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, czym jest czas? Niech wszyscy w klasie siedzą przy swoich ławkach. Należy zdjąć i ukryć wszystkie zegarki, czy telefony komórkowe z zegarkami. Jeśli w klasie znajduje się zegar – zasłońcie go. Każdy z was powinien posiadać kartkę papieru i coś do pisania. Do zegara może mieć dostęp wyłącznie nauczyciel. Doświadczenie 1. Wszyscy w ciszy patrzą na nauczyciela. Nauczyciel podnosi rękę. Po jakimś czasie ją opuszcza. Następnie każdy uczeń na swojej kartce papieru powinien zanotować ile sekund lub minut upłynęło od momentu podniesienia do opuszczenia ręki. Jestem pewny, że upłynęło: ....................................................... Doświadczenie 2. Teraz nauczyciel bierze książkę z której czyta uczniom jakąś bardzo zabawną historię. Zadaniem uczniów jest zgadnąć ile czasu trwało czytanie historii. Jestem pewny, że upłynęło: ....................................................... 1. Czy w obu przypadkach tak samo czułeś upływ czasu? 2. Z odpowiedzi całej klasy sporządź histogramy, osobno dla każdego z przypadków. Oblicz średnie. Zaznacz je na histogramach. 3. Porównaj wartości średnie z rzeczywistymi wartościami podanymi przez nauczyciela. „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Czas jest bardzo trudny do oszacowania, ponieważ nie mamy żadnego naturalnego zegara powiązanego z działaniem naszego ciała (puls jest zbyt niestabilny i zmienny w czasie). Możemy jedynie żyć z biegiem czasu. Możemy też analizować i obliczać czas przeszły. Podróże w czasie możliwe są jedynie w literaturze i filmach science-fiction. Nie możesz dokładnie wiedzieć, co zdarzy się w najbliższych minutach, ale masz pewien wpływ na nie. Wiesz dokładnie, co zdarzyło się w ciągu kilku ostatnich minut, ale nie możesz tego już zmienić. Ludzie zawsze próbowali mierzyć upływ czasu. Zmiana dnia i nocy, ruch Księżyca i jego zmieniające się fazy, „ruch” Słońca, a także zmiany zachodzące w przyrodzie na przestrzeni roku i lat – to były podstawy używane początkowo do pomiarów czasu. Później człowiek zaczął używać jeszcze krótszych odcinków czasowych i wymyślił godziny, minuty i sekundy. Przedstawimy teraz kilka tematów projektów grupowych. Przygotuj wykład dla kolegów z klasy. Wykład może być oparty na plakacie lub prezentacji multimedialnej. 1. Dowiedz się, jaka była historia jednostek czasu, a w szczególności dlaczego mamy tak dziwne związku pomiędzy nimi (np. dlaczego tydzień ma siedem dni?). 2. Obecnie jako podstawowej jednostki czasu używamy sekundy. Dowiedz się, jak zmieniała się definicja sekundy i jak rosło jej znaczenie. 3. W dawnych czasach każde miasto posiadało własny czas lokalny oparty na ruchu Słońca. Teraz wszyscy używają czasu średniego. Opisz co to oznacza i wyjaśnij, dlaczego zegary na całym świecie nie pokazują tej samej godziny. 4. W dawnych czasach nawigacja sprawiała wiele problemów. Żeglarze w XV i XVI wieku dość łatwo mogli znaleźć odległość od równika, czyli szerokość geograficzną. Poważnym kłopotem było jednak znalezienie długości geograficznej. Wytłumacz, dlaczego było to tak trudne, i dlaczego wynalezienie chronometru (czyli bardzo dokładnego zegara) rozwiązało ten problem. „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Wszyscy używamy zegarów i zegarków. Powinny być one możliwie jak najbardziej dokładne. Wiele zegarków i zegarów ma podobną budowę! Potrzebne Ci będą: Statyw laboratoryjne wraz z akcesoriami, stoper, kilka odważników, żyłka. Definicje Jedna oscylacja (drganie) to ruch odważnika z jednego skrajnego punktu do drugiego skrajnego punktu i z powrotem. Okres drgań (oscylacji) to czas trwania jednego drgania (oscylacji). Amplituda to odległość (a właściwie kąt) między skrajnym wychyleniem wahadła, a położeniem równowagi. Długość wahadła to odległość od punktu zawieszenia do środka ciężkości odważnika. Najlepszą metodą na znalezienie okresu oscylacji jest zmierzenie czasu 10 oscylacji i obliczenie średniego czasu trwania jednej oscylacji. W opisanym doświadczeniu musimy zawsze pamiętać, że możemy zmienić tylko jeden czynnik (parametr), gdy przechodzimy z jednej części doświadczenia do drugiej. Teraz twoja grupa wykona doświadczenie, mające na celu pokazanie, które czynniki mają wpływ na okres oscylacji, a które nie mają żadnego wpływu. Możesz wykorzystać tabelkę z następnej strony. 1. Dlaczego wahadło jest tak dobrą interpretacją zegara? 2. Poszukaj jakichś zegarków lub zegarów, do których możesz zajrzeć do środka. 3. Wiele zegarków elektronicznych nie posiada mechanizmu wahadłowego. Jak myślisz czy posiadają one jakiś odpowiednik wahadła? Zapytaj o to zegarmistrza. „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Długość wahadła wm Masa odważnika w kg Amplituda Czas 10 oscylacji w sek. WNIOSKI „Pomiary i wielkości fizyczne” Czas 1 oscylacji w sek. Projekt Tewise Czy jest zimno, czy ciepło? Ludzkiego ciało może odczuwać ciepło i zimno. Posiada w tym celu odpowiednie „nerwy” na skórze. Czy potrafisz dobrze szacować temperaturę? Może zagramy w dwie stare gry? Gra 1. Masz trzy szklanki. Jedna zawiera lodowato zimną wodę, druga wodę o normalnej temperaturze, trzecia zaś ciepłą wodę. Włóż ręce do dwu szklanek. Która ręka czuje ciepło, a która odczuwa zimno? Czy zawsze masz takie same doznania? Gra 2. Na stole stoją trzy talerze. Jeden wykonany jest z drewna, drugi z plastiku, a trzecie z metalu. Kolejno przyłóż rękę do każdego z talerzy. Czy każdy z nich ma tę samą temperaturę? Połóż na metalowym talerzu kartkę papieru i przyłóż do niej rękę. Czy twoje doznania się zmieniły? 1. Czy możemy polegać na naszych zmysłach czuciowych? 2. Dlaczego ludzie mają zmysły pozwalające im czuć zimno i ciepło? 3. Jakiego rodzaju instrument jest nam potrzebny do mierzenia wielkości fizycznej związanej z ciepłem/zimnem (temperatury)? „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Na pewno odpowiedziałeś na powyższe pytanie, że tym instrumentem jest termometr. Mamy jednak różne typy termometrów. Jakie fizyczne zasady kryją się za działaniem termometru? Potrzebne Ci będą: Dwie kolby lub butelki, każda z gumowym korkiem przetkniętym szklaną rurką, dziesięciocentymetrowy kawałek bimetalu, drewniana klamerka do suszenia ubrań, kabelki elektryczne, opornik, żarówka (6 V, 50 mA) wraz z oprawką, zasilacz, nieco zabarwionej wody. Doświadczenie 1. Wypełnij kolbę powietrzem i zatknij korkiem. Dodaj kroplę zabarwionej wody do szklanej rurki w korku. - Podgrzej kolbę pocierając ją dłońmi. Co się dzieje? - Włóż kolbę pod strumień lecącej z kranu zimnej wody. Co się dzieje? Doświadczenie 2. Wypełnij kolbę zabarwioną wodą, tak aby woda sięgała do połowy szklanej rurki. - Powtórz czynności z doświadczenia 1. Być może będziesz musiał podgrzać kolbę nad palnikiem gazowym. Bądź ostrożny! Doświadczenie 3. Weź kawałek bimetalu i za pomocą klamerki przytrzymaj go nad płomieniem palnika. Co się dzieje? Doświadczenie 4. Z zasilacza, kabelków, opornika i żarówki zbuduj obwód. Włącz zasilacz. Podgrzej opornik (ale niezbyt mocno!). Co się dzieje? 1. Prawie każda substancja, czy to gaz, ciecz, czy ciało stałe, rozszerza się pod wpływem ciepła. Czy w życiu codziennym możesz zaobserwować takie zjawisko? 2. Czy przypadku wody mamy wyjątek? Spróbuj dowiedzieć się tego razem ze swoją grupą. Wykorzystajcie bibliotekę szkolną i zasoby internetowe. 3. Dlaczego ten wyjątek jest tak ważny dla Ziemi? Spróbujcie znaleźć odpowiedź. „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Historia stopni i termometru Temperatura jest wielkością fizyczną, a jej jednostką jest stopień. Ale są różne rodzaje stopni, w zależności od skali. Skala Celsjusza – temperaturę 0o C mamy wtedy, gdy topi się lód, a 100o C to temperatura wrzenia wody w warunkach pokojowych. Tak więc mamy 100 stopni pomiędzy temperaturą topnienia lodu, a temperaturą wrzenia wody. Skala Celsjusza ma także stopnie ujemne (poniżej zera). Zwykle, nasze termometry wyskalowane są właśnie w skali Celsjusza. Skala Kelvina – używana jest głównie przez naukowców. Stopnie Kelvina odpowiadają stopniom Celsjusza (czyli jest 100 stopni pomiędzy temperaturą topnienia lodu, a temperaturą wrzenia wody), jednakże inaczej zdefiniowany jest punkt zerowy. Jest to temperatura –273 K. Jest jednocześnie najniższa możliwa temperatura (w tej temperaturze zamiera ruch cząstek). Oznacza to, że lód topnieje w temperaturze 273 K, a woda wrze w temperaturze 373 K. W Stanach Zjednoczonych i innych krajach anglosaskich na co dzień używa się też skali Fahrenheita. Ta skala nie ma jednak zastosowania w nauce, a formuła przeliczania stopni Celsjusza na stopnie Fahrenheita jest dość skomplikowana. W celach naukowych do określenia temperatury stosuje się termometry gazowe, takie jakiego modelu używałeś w doświadczeniu 1. Na co dzień używa się jednak termometru z doświadczenia 2, czyli zawierającego rozszerzającą się ciecz. Zwykle jest to zabarwiony alkohol lub rtęć (płynny metal). Należy ostrożnie obchodzić się z termometrami rtęciowymi gdyż pary rtęci są bardzo trujące! Zamiast termometrów rtęciowych w szkole używamy nowoczesnych termometrów elektronicznych. Podstawową zasadę ich działania przedstawiono w doświadczeniu 3. Przestudiuj wraz ze swoją grupą historię pomiaru temperatury, termometru i skal temperaturowych! „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Każdy z nas interesuje się zmianami temperatury, szczególnie w wypadku temperatury powietrza (pogoda). Czy kiedykolwiek próbowałeś mierzyć temperaturę powietrza przez dłuższy okres czasu? Potrzebne Ci będą: Termometr zamrożony w kostce lodu, szklanka z wodą, palnik gazowy, trójnóg, siatka ceramiczna, stoper. Najpierw narysuj tabelę: Czas w minutach Temperatura w oC Tabela powinna mieć miejsce na 30 obserwacji. Wyjmij z zamrażalnika kostkę lodu z w niej zamrożonym termometrem. Umieść ją w szklance z wodą i podgrzej szklankę nad palnikiem. W tym samym momencie uruchom stoper i obserwuj temperaturę na termometrze. Co minutę dokonuj pomiary temperatury i zapisuj go w tabeli. Jeśli kostka jest mała – dokonuj pomiaru co pół minuty. Gdy woda zacznie wrzeć, odczekaj kilka minut i wyłącz palnik. Pozwól szklance schłodzić się. Wykonaj wykres temperatury od czasu. Miejsce na wykres znajdziesz na następnej stronie. 1. Przedyskutuj ze swoją klasą wyniki doświadczenia. 2. Czy potrafisz znaleźć wytłumaczenia dla „zatrzymania się” wzrostu temperatury? 3. Płonący gaz przekazuje energię wodzie. Wyjaśnij, co dzieje się na poszczególnych etapach wykresu. „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise 1 kilogram cukru zmieszany z 2 kilogramami soli daje nam 3 kilogramy. To jest „jak dużo”. Ale jakiego typu wielkością fizyczną jest temperatura? Potrzebne Ci będą: Trzy szklanki o różnych rozmiarach, menzurka, ciepła i zimna woda, termometr elektroniczny. Doświadczenie 1. Szklanka A do połowy wypełniona jest wodą o temperaturze ok. 21 oC. Zmierz temperaturę. Wlej 1/3 wody do szklanki B, a resztę do szklanki C. Zmierz temperaturę w szklankach B i C. Temperatura wody w szklance A (w oC) Temperatura wody w szklance B (w oC) Temperatura wody w szklance C (w oC) Czy można „rozdzielać” temperatury? .................. Doświadczenie 2. W szklance D mamy teraz zimną wodę o temperaturze ok. 15 oC. W szklance E – ciepłą wodę o temperaturze ok. 35 oC. Zmierz temperatury. Wlej wodę z obu szklanek do szklanki F. Zmierz temperaturę. Temperatura wody w szklance D (w oC) Temperatura wody w szklance E (w oC) Temperatura wody w szklance F (w oC) Czy można „dodawać” temperatury? .................... 1. Czy temperatura jako wielkość fizyczna ma takie same właściwości jak masa, długość, objętość? Spróbujcie znaleźć w grupie odpowiedź na to pytanie. 2. Masz szklankę z 100 ml gorącej wody o temperaturze 80 oC. Następnie odlewasz z niej 10 ml. Jaką temperaturę będzie miała woda w małej szklaneczce? 3. Zmierzyłeś temperaturę 74 oC. Czy masz na to jakieś wyjaśnienie? „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Nowy rodzaj wielkości fizycznej o nowych właściwościach Temperatura jest wielkością fizyczną, której jednostką jest stopień. Ta wielkość fizyczna ma inne właściwości niż poznana wcześniej masa, objętość, czy długość. Wszystkie one są ilościowymi wielkościami fizycznymi, które określaliśmy także mianem „jak dużo”. Mogą one być dodawana, mogą być dzielone. Mówią nam o ilości materii. Temperatura nie może być dodawana, czy dzielona. Temperatura jest taka sama, zarówno dla dużych, jak i małych części. Mówi nam ona o właściwości materii. Taka wielkość fizyczną nazywamy jakościową wielkością fizyczną i określamy mianem „jak bardzo”. Temperatura jest jakościową wielkością fizyczną - „jak bardzo”. Później uczyć się będziesz o innych wielkościach fizycznych tego typu. Poznasz takie słowa jak: • Gęstość – masa przez objętość. • Ciśnienie – siła przez powierzchnię. • Ciepło właściwe – energia wewnętrzna przez masę. Dla ciepła właściwego możesz wykonać proste doświadczenie, będące wstępem do poznawania tego typu wielkości fizycznych. „Pomiary i wielkości fizyczne” Projekt Tewise Potrzebne Ci będą: Dwa trójnogi z siatkami ceramicznymi, dwie 250-militrowe szklanki, jedna 100-gramowy mosiężny odważnik, woda, menzurka, termometr elektroniczny, palnik gazowy, stoper. W jednej szklanek mamy 200 ml (200 g) wody, w drugiej 100 ml (100 g) wody i 100gramowy odważnik. Temperatura wody to ok. 20 oC. Podgrzej wodę w obu szklankach do temperatury ok. 80 oC. Przy pomocy stopera zmierz czasy podgrzewania wody. 200 g wody sek. 100 g wody + 100 g mosiądzu sek. Czy potrafisz wyjaśnić te wyniki? „Pomiary i wielkości fizyczne”