Siły przyciągania (magnetyzm)

Siły przyciągania
(magnetyzm)
Opis
Magnesy przyciągają się wzajemnie poprzez wywieranie siły magnetycznej. Ale co sprawia, że obiekt
staje się magnesem? W trakcie tej lekcji robot Dash pomoże uczniom przeprowadzić eksperyment
naukowy, mający na celu uzyskanie wiedzy o tym, które obiekty mają właściwości magnetyczne i jak
magnesy działają na siebie wzajemnie.
Cele




Opracowanie hipotez na temat magnetyzmu różnych obiektów.
Przetestowanie hipotez poprzez przeprowadzenie eksperymentu.
Spisanie wniosków z danych uzyskanych podczas eksperymentu.
Uzyskanie wiedzy o reagowaniu przedmiotów codziennego użytku na magnes i reakcji między
dwoma magnesami.
Wielkość grupy
4 - 5 osób
Klasy docelowe
6 klasa szkoły podstawowej
Wymagany czas
2 jednostki lekcyjne (po 45 minut na każdą lekcję)
Co będzie potrzebne:
Roboty i akcesoria: Dash, spychacz lub łączniki do klocków Lego (do zamontowania magnesu)
Pomoce dydaktyczne:
 Tablet
 Magnes (jak najsilniejszy)
 Szklana płytka
 Mała ilość opiłków żelaza
 Pałka do cymbałek lub ramię zbudowane z klocków Lego
 Taśma lub sznurek
 Zbiór przedmiotów (niektóre o właściwościach magnetycznych, niektóre bez)
Załączniki do lekcji (do pobrania):
 Załącznik 1 – karta pracy
Realizowane obszary podstawy programowej:
II ETAP EDUKACYJNY: KLASY IV-VI, PRZYRODA.
Cele kształcenia – wymagania ogólne
V. Obserwacje, pomiary i doświadczenia. Uczeń korzysta z różnych źródeł informacji (własnych
obserwacji, badań, doświadczeń, tekstów, map, tabel, fotografii, filmów), wykonuje pomiary i korzysta z
instrukcji (słownej, tekstowej i graficznej); dokumentuje i prezentuje wyniki obserwacji i doświadczeń;
stosuje technologie informacyjno-komunikacyjne.
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
10. Zjawiska elektryczne i magnetyczne w przyrodzie. Uczeń:
7) bada i opisuje właściwości magnesów oraz ich wzajemne oddziaływanie, a także oddziaływanie na
różne substancje;
Edycja pilotażowa nowej podstawy komputerowej:
Etap II (szkoła podstawowa, klasy IV-VI)
I. Rozumienie, analizowanie i rozwiązywanie problemów.
Uczeń:
3) W algorytmicznym rozwiązywaniu problemu wyróżnia podstawowe kroki: określenie celu do
osiągniecia, znalezienie rozwiązania problemu dla przykładowych danych, opracowanie rozwią- zania,
zaprogramowanie rozwiązania i przetestowanie poprawności programu na przykładach
II. Programowanie i rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem komputera i innych urządzeń cyfrowych.
Uczeń:
1) Projektuje, tworzy i zapisuje w wizualnym języku programowania pomysły historyjek, rozwiązania
problemów i proste algorytmy z wykorzystaniem poleceń sekwencyjnych, iteracyjnych i warunkowych oraz
zdarzeń jednoczesnych.
2) Testuje na komputerze swoje programy pod względem zgodności z przyjętymi założeniami o efektach
ich działania, objaśnia przebieg działania programów.
9) Tworzy program sterujący robotem lub innym urządzeniem
IV. Rozwijanie kompetencji społecznych.
Uczeń:
2) Identyfikuje i docenia korzyści płynące ze współpracy nad wspólnym rozwiązywaniem problemów.
LEKCJA 1
Wprowadzenie do magnetyzmu
Zbieranie danych za pomocą robota Dash
Wstęp: podczas zajęć uczniowie dowiedzą się, w jaki sposób magnesy oddziałują
na inne przedmioty i wykonają doświadczenie przy użyciu aplikacji Blockly.
Poproś uczniów, aby pomyśleli o tym, dlaczego niektóre przedmioty są przyciągane do
innych bez użycia kleju, a inne nie.
● Zdjęcia nie utrzymają się na drzwiach lodówki - czego należy użyć, aby je
przymocować?
● Czy magnesy, których używacie, przyciągane są przez wszystkie elementy domu,
takie jak np. ściany i okna?
● Czy macie jakiś pomysł dotyczący tego, co szczególnego jest w tych
przedmiotach, co czyni je magnetycznymi?
● Magnetyzm to siła, która działa na inne obiekty magnetyczne. Przedyskutuj
z uczniami inne siły działające w naturze, których skutków nie można
bezpośrednio zaobserwować (np. grawitacja, wiatr, dźwięk).
Obejrzyj
film
przedstawiający
wprowadzenie
do
zasad
magnetyzmu:
https://www.youtube.com/watch?v=tdBpokG4wLM (film jest w wersji anglojęzycznej).
Stanowi on dobrą alternatywę do doświadczenia w przypadku, gdy nie posiadamy
opiłków żelaza.
Odrobina teorii:
● Magnesy wytwarzają pole magnetyczne
● W obszarze pola magnetycznego magnesy oddziaływują na niektóre przedmioty
● Każdy magnes posiada dwa bieguny. Bieguny jednakowe odpychają się, a różne
przyciągają się
● Siła magnetyczna jest niewidoczna, ale jej skutki mogą być obserwowane
poprzez zbliżenie do siebie magnesów lub poprzez umieszczenie opiłków żelaza
nad magnesem.
Przeprowadzimy doświadczenie, które pozwoli zobrazować uczniom, że pole
magnetyczne istnieje i można je zobaczyć.
● Połóż magnes na stole pod szklaną płytką.
● Rozsyp opiłki żelaza na płytce.
● Potrząśnij lekko płytką i obserwuj, co się dzieje z opiłkami. Możesz również
przesuwać magnes obserwując ruch opiłków.
● Opiłki ułożą się w pierścienie wokół magnesu.
Po przeprowadzonym doświadczeniu poproś uczniów o udzielenie odpowiedzi na kilka
pytań:
● Czy pierścienie zauważone wokół magnesów zawsze tam były?
● Ile pierścieni (okręgów) zauważyli na płytce? Powinni zauważyć, że pierścienie
układają się dookoła obu biegunów oraz że opiłki żelaza stają się bardziej odległe
od siebie, im dalej znajdują się od magnesu. Siła magnesu działa słabiej na opiłki
znajdujące się dalej.
● Co dzieje się z opiłkami żelaza jak ruszamy magnesem? Zauważ, że
przy przesuwaniu magnesu opiłki wokół również przesuwają się.
Czas na doświadczenie!
Planujemy z uczniami doświadczenie, w którym przekonamy się, w jaki sposób
magnesy działają na inne przedmioty z naszego doświadczenia.
Teraz wyciągnij przedmioty, które uczniowie użyją do eksperymentu. Powinny być to
przedmioty, które są magnetyczne (np. gwoździe, spinacze, inne magnesy i drut
żelazny) oraz takie, które nie są magnetyczne (np. drewno, plastik, papier, tkaniny, drut
miedziany).
Poproś uczniów, aby zapisali hipotezę na temat każdego z przedmiotów w tabeli
przebiegu eksperymentu (Załącznik 1 - karta pracy). Powinni rozważyć, czy dany
przedmiot jest magnetyczny i czy magnes będzie miał na niego jakikolwiek wpływ.
Poproś uczniów o wypełnienie dwóch pierwszych kolumn w tabeli pierwszej, zanim
zaczniemy eksperyment. W kolumnie pierwszej wpisujemy przedmiot, który będzie
wykorzystany w doświadczeniu, np. klucze, a w kolumnie drugiej wpisujemy,
czy przedmiot zostanie przyciągnięty przez magnes czy nie.
Po postawieniu hipotezy przystępujemy do zaplanowanego doświadczenia. Uczniowie
powinni:
1. Zamontować magnes na Dashu
Magnes powinien znajdować się jak najbliżej podłogi ze względu na płaskie przedmioty,
które będziemy przyciągać. Poniżej propozycje mocowania w zależności
od posiadanych akcesoriów.
2. Rozmieścić przedmioty na podłodze
Pamiętaj o przygotowaniu zarówno przedmiotów, które będą przyciągane, jak i tych,
które nie będą przyciągane.
3. Zaprojektować ruch Dasha w Blockly
Uczniowie skorzystają z narzędzia Blockly, aby zaprogramować ruch robota Dash
po pomieszczeniu. Przeprowadź dyskusję z uczniami, w jaki sposób nasz robot może
się poruszać. Ponieważ niektóre przedmioty są małe (płaskie), możemy zaprojektować
ruch Dasha, który będzie przesuwał się do przodu i do tyłu w zależności od
umiejscowienia napotkanej przeszkody “Obstacle in Front” lub “Object Behind”.
Przeszkodą może być nasza ręka, noga lub jakieś pudełko.
Przykładowy skrypt:
Innym rozwiązaniem może być wołanie Dasha, który będzie obracał się w kierunku
naszego głosu i przesuwał o ustaloną długość np. 40 cm (w zależności od powierzchni,
na której mamy poukładane przedmioty do przyciągania). Po przywołaniu Dasha
do konkretnego przedmiotu (np. spinacz do papieru) przykładamy do tyłu Dasha rękę
lub inny przedmiot, aby spowodować wycofanie się Dasha do tyłu. Obserwujemy,
czy przedmiot został złapany i ciągnięty przez magnes czy nie.
4. Zapisanie obserwacji w karcie pracy
Pamiętaj o zapisaniu wniosków w pierwszej tabeli naszej karty pracy. Tabela 2 zostanie
wykorzystana w lekcji 2.
WNIOSKI Z DOŚWIADCZENIA
Wspólnie w klasie przeanalizujcie wnioski z kart pracy, odpowiadając na pytania
pomocnicze:
● Czy wyniki doświadczenia pokrywają się z postawioną hipotezą na karcie?
● Czy we wszystkich grupach wyniki są podobne? Jeśli nie, to zastanówmy się
dlaczego? np. różne rodzaje magnesów, mocniejsze, słabsze, błąd programu.
Dlaczego akurat dane przedmioty zostały przyciągnięte? Oczekujemy wyjaśnienia
dlaczego np. długopis został przyciągnięty, jakie elementy były przyciągane, a na jakie
magnes nie działa.
LEKCJA 2
Zbieranie danych za pomocą dwóch robotów Dash
Wstęp: uczniowie doświadczą, w jaki sposób działają na siebie magnesy, przeprowadzą
doświadczenie z wykorzystaniem dwóch robotów i zapiszą własne obserwacje na karcie
pracy.
Grupy uczniów powinny teraz połączyć się w grupy z dwoma robotami Dash na grupę.
Uczniowie przeprowadzą kolejny eksperyment z magnesami dzięki któremu przekonają
się, jak magnesy oddziaływują na siebie. Wspominaliśmy w lekcji 1 we wprowadzeniu,
że każdy magnes posiada dwa bieguny oraz że takie same bieguny się odpychają,
a przeciwne przyciągają.
Uczniowie podczas wykonywania eksperymentu będą zapisywać swoje wnioski w karcie
pracy, z którą pracowali na lekcji 1. Zanim jednak przygotujemy doświadczenie,
poprośmy o zapisanie hipotezy w naszej tabeli na karcie.
CZAS NA DOŚWIADCZENIE!
Zadania dla grup:
1. Przygotuj roboty
Przymocuj magnesy tak, aby znajdowały się z przodu robotów Dash. Jest to łatwe dzięki
użyciu łączników do klocków Lego. Upewnij się, że magnesy na robotach Dash są
umieszczone na tej samej wysokości.
2. Zaprojektuj poruszanie Dashem
Przykładowy kod, za pomocą którego będziemy wprawiać w ruch jednego z robotów.
Pierwszy blok to ruch do przodu, drugi schemat to ruch do tyłu.
3. Wykonaj doświadczenia i nanieś swoje wnioski na karcie obserwacji.
ETAP 1
W pierwszej części eksperymentu przymocuj magnesy tak, aby były ustawione różnymi
biegunami.
Ustaw 2 roboty Dash naprzeciwko siebie. Powoli zbliż roboty ku sobie.
Uczniowie powinni zwrócić szczególną uwagę na moment, kiedy magnesy zaczną
przyciągać roboty ku sobie: w pewnym momencie magnesy powinny złączyć się.
Następnie za pomocą aplikacji i gotowego programu, spróbuj odsunąć jednego robota
do tyłu. Na początku, należy użyć bardzo wolnego ruchu, aby zobaczyć działanie
magnesów: prędkość “very slow”. Jeżeli magnesy są wystarczająco silne, to jeden robot
pociągnie za sobą drugiego.
Zresetuj roboty (zatrzymaj i uruchom ponownie program) i spróbuj ponownie, tym razem
z magnesami lekko przesuniętymi tak, aby przeciwległe bieguny nie pokrywały się
idealnie. Teraz ich rozdzielenie powinno być łatwiejsze.
ETAP 2
Zresetuj roboty ponownie, tym razem z magnesami obróconymi tak, że na przeciw
siebie znajdują się magnesy z takimi samymi biegunami.
Powoli zbliż roboty Dash do siebie. Kiedy będą blisko siebie, magnesy powinny
odpychać się, a roboty Dash nie będą chciały się 'spotkać'. Jeżeli magnesy są
wystarczająco silne, to jeden robot będzie w stanie popychać drugiego bez dotykania.
WNIOSKI
Poproś uczniów o wyciągnięcie wniosków z ich ustaleń. Zachęć ich, aby uwzględnili
w swoich wypowiedziach:
● Podział przedmiotów na magnetyczne i niemagnetyczne. Dlaczego dane rodzaje
przedmiotów są magnetyczne, a inne nie? Jakie podstawowe minerały są
magnetyczne (żelazo, nikiel, kobalt)? Pokaż uczniom, że minerały te znajdują się
w każdym z magnetycznych przedmiotów.
● Pomysły, w jakich sytuacjach łatwiej rozdzielić magnesy?
● Dlaczego raz magnesy odpychały się, a innym razem się przyciągały?
● Czy podczas doświadczenia pojawiły się pewne rozbieżności w obserwacjach?
Jeśli tak, to dlaczego?