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”