DOŚWIADCZENIA OBOWIĄZKOWE W GIMNAZJUM

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:
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
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:
π d3 ρ
,
V =
6
=
m
.
V
3. Tabela wyników:
Materiał
Masa kulki(g)
Średnica kulki(cm) Objętość (cm3)
Gęstość(
g
)
cm 3
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
g
7,5 3 do 9,3 3 .
cm
cm
DOŚWIADCZENIE 4: : Wyznaczanie masy ciała za pomocą dźwigni
dwustronnej, linijki i innego ciała o znanej masie.
Fot. 2.
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 14, 10-12. Dyskusję niepewności pomiarowej proponuję przeprowadzić w
oparciu kilkukrotny pomiar masy tego samego przedmiotu.
KARTA PRACY UCZNIA
Data, imię nazwisko, klasa: ........................................................................
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 r1 i r2., oblicz masę nieznanego ciała według wzoru .
mx =
r2 ⋅ m
r1
r1
r2
50g
50g
Rys.1
Rys.2
• Jeżeli starczy Ci czasu powtórz kilka razy całą procedurę wyznaczania masy.
3. Tabela pomiarów:
L.p.
R1(cm)
R2(cm)
mx(g)
1
2
3
4
4. Sformułuj wnioski dotyczące precyzji wyznaczania masy w tym doświadczeniu.
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.
3. 2 mierniki – multimetry cyfrowe – można nabyć w cenie poniżej 15 zł za
sztukę w komplecie z bateriami zasilającymi i przewodami.
4. Krokodylki – około 1 zł sztuka.
Komentarz: Wymagania szczegółowe 4.7, 4.8, 4.9, 4.12. 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:
•
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)
1
0
2
3
4
5
6
4. 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.
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.
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
•
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
Odległość ostrego Wysokość
Wysokość
przedmiotu – x(cm)
obrazu – y(cm)
przedmiotu (mm) obrazu (mm)
30
35
40
45
50
55
60
20
20
20
20
20
20
20
20
20
Wypełnianie przez wszystkich uczniów kart pracy ma na celu:
• 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.