Ένα εξ’ ολοκλήρου εργαστηριακό μάθημα ΦΥΣΙΚΗ Α ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ Ένα εξ’ ολοκλήρου εργαστηριακό μάθημα

ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Η ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ Φ.Ε.4 ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Η ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ

Συζητώ-Αναρωτιέμαι-Υποθέτω Που μπορεί να οφείλεται μια λανθασμένη μέτρηση της θερμοκρασίας Στον τρόπο που μετράμε; Στο θερμόμετρο;

Ενεργώ-Πειραματίζομαι Απαραίτητα όργανα και υλικά: Θερμόμετρο οινοπνεύματος (-10οC έως 120οC) Ποτήρι ζέσης 200mL Χαρτί Διαφανής αυτοκόλλητη ταινία Νερό Παγάκια Ηλεκτρική εστία θέρμανσης

Ενεργώ-Πειραματίζομαι Πείραμα 1/προετοιμασία Καλύπτουμε τις ενδείξεις των θερμομέτρων. Κολλάμε ένα λευκό χαρτί ή χαρτόνι πίσω από τα θερμόμετρα.

Ενεργώ-Πειραματίζομαι Πείραμα 1 Ρίχνουμε αρκετά παγάκια και λίγο νερό στο ποτήρι ζέσης Τοποθετούμε μέσα το θερμόμετρο Μετά από λίγο παρατηρούμε σε ποιο σημείο έχει σταθεροποιηθεί το ύψος της στήλης του θερμόμετρου και σημειώνουμε στο χαρτί την ένδειξη 0οC.

Ενεργώ-Πειραματίζομαι Πείραμα 1 Τοποθετούμε το ποτήρι ζέσης με λίγο νερό πάνω στην ηλεκτρική εστία και την ανάβουμε. Όταν διαπιστώσουμε ότι δημιουργούνται φυσαλίδες σε όλη τη μάζα του νερού και από την επιφάνειά του βγαίνουν υδρατμοί, τότε το νερό βράζει. Βυθίζουμε το θερμόμετρο στο νερό, χωρίς να ακουμπά στον πυθμένα. Μετά από λίγο παρατηρούμε σε ποιο σημείο έχει σταθεροποιηθεί το ύψος της στήλης του θερμόμετρου και σημειώνουμε στο χαρτί την ένδειξη 100οC.

Ενεργώ-Πειραματίζομαι Πείραμα 1 Σημειώνουμε στο χαρτί που έχουμε κολλήσει στο θερμόμετρο 9 μικρές χαραγιές, που απέχουν ίση απόσταση μεταξύ τους. Γράφουμε δίπλα στις χαραγιές τους αριθμούς 10, 20,…,90. Σημειώνουμε μία ακόμα μικρή χαραγή ανάμεσα σε κάθε 2 αριθμούς. Έχουμε βαθμονομήσει το θερμόμετρό μας με ακρίβεια 5οC.

Ενεργώ-Πειραματίζομαι Πείραμα 2 Κρεμάμε το θερμόμετρο σε έναν τοίχο. 4 μαθητές διαβάζουν την ένδειξη και τη σημειώνουν σιωπηλά στο τετράδιό τους: 1ος: Κοιτώντας από ψηλά. 2ος: Κοιτώντας οριζόντια. 3ος: Κοιτώντας από χαμηλά. 4ος: Πιάνοντας το θερμόμετρο. Συζητάμε τις διαφορές θερμοκρασίας και την πιστότητα των μετρήσεων (π.χ. λόγω κακής βαθμονόμησης του θερμόμετρου που φτιάξαμε).

Συμπεραίνω-Καταγράφω Οι μαθητές εξάγουν συμπεράσματα. Γιατί βαθμονομούμε τα όργανα; Ο εκπαιδευτικός εξηγεί ότι το όργανο που βαθμονομήσαμε θα είχε καλύτερη πιστότητα αν χρησιμοποιούσαμε απιονισμένο νερό. Τι οδηγίες θα δίναμε για το πώς πρέπει να γίνεται μια μέτρηση θερμοκρασίας;

Εφαρμόζω-Εξηγώ-γενικεύω Οι μαθητές: Συγκεντρώνουν πληροφορίες για τη μέτρηση της θερμοκρασίας με άλλους τρόπους και όργανα. (π.χ. ηλεκτρονικά θερμόμετρα, ιατρικά θερμόμετρα, θερμόμετρα μαγειρικής κ.τ.λ.) Να κάνουν εφαρμογή στις θερμοκάμερες (αεροδρόμια, ασφάλεια, ιατρική, κατασκοπία,…) (Μπορούμε να αναθέσουμε μια εφαρμογή σε κάθε ομάδα)

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΩΝ

Εργαστηριακό θερμόμετρο Περιέχει υδράργυρο ή οινόπνευμα σε στενό σωλήνα στο εσωτερικό του. Το ρευστό διαστέλλεται και συστέλλεται για να μας δείξει τη θερμοκρασία, όταν έρθει σε θερμική ισορροπία με το ρευστό που το περιβάλλει. Δεν τινάζουμε το εργαστηριακό θερμόμετρο για να κατεβεί η ένδειξη θερμοκρασίας του

Ιατρικό θερμόμετρο Περιέχει υδράργυρο (απαγορεύτηκε πλέον η κυκλοφορία τους) ή οινόπνευμα σε στενό σωληνίσκο. Το ρευστό διαστέλλεται και συστέλλεται για να μας δείξει τη θερμοκρασία του σώματός μας, όταν έρθει σε θερμική ισορροπία με αυτό. Το ιατρικό θερμόμετρο έχει μια παραμόρφωση στο κάτω μέρος του σωλήνα υδραργύρου για να μην κατεβαίνει εύκολα το ύψος της στήλη του υγρού και αλλάζει η ένδειξη της θερμοκρασίας πριν προλάβουμε να τη διαβάσουμε. Γι’ αυτό το τινάζουμε για να κατεβάσουμε το ύψος της στήλης

Ηλεκτρονικό θερμόμετρο Ηλεκτρονικό θερμόμετρο, πάνω σε πολύμετρο, με αισθητήρα από θερμοζεύγος Ιατρικό ηλεκτρονικό θερμόμετρο Συνήθη εργαστηριακά ηλεκτρονικά θερμόμετρα Μπορεί να είναι ιατρικά ή εργαστηριακά (ακόμα και μαγειρικής).

ΑΠΟ ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΣΤΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Η ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ Φ.Ε.5 ΑΠΟ ΤΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΣΤΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ Η ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ

Παρατηρώ-πληροφορούμαι- ενδιαφέρομαι Γνώσεις από το Δημοτικό Σχολείο Έννοια που μας βοηθά να περιγράψουμε πόσο θερμό ή ψυχρό είναι ένα σώμα θερμοκρασία Η κινητική ενέργεια των μορίων λόγω των συνεχών και τυχαίων κινήσεών τους. Όσο περισσότερη θερμική ενέργεια έχει ένα σώμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία του. Θερμική ενέργεια Η ενέργεια που μεταφέρεται από ένα σώμα σ’ ένα άλλο λόγω διαφορετικής θερμοκρασίας. Η θερμότητα «ρέει» πάντοτε από τα σώματα με υψηλότερη θερμοκρασία στα σώματα με χαμηλότερη θερμοκρασία. Θερμότητα

Παρατηρώ-πληροφορούμαι- ενδιαφέρομαι Ποια εικόνα προηγείται χρονολογικά; Α Β

Συζητώ-Αναρωτιέμαι-Υποθέτω Συζητάμε για τα φαινόμενα και τη σχέση θερμοκρασίας-θερμότητας. Συζητάμε για τις αιτίες των φαινομένων, την εξέλιξη και τα αποτελέσματά τους

Ενεργώ-Πειραματίζομαι Απαραίτητα όργανα και υλικά: 2 Θερμόμετρα οινοπνεύματος (-10οC έως 120οC) Ποτήρι ζέσης 200mL λεκάνη Νερό Ηλεκτρική εστία θέρμανσης

Ενεργώ-Πειραματίζομαι Θερμαίνουμε το νερό μέχρι η θερμοκρασία του να φτάσει στους 70οC. (Μπορούμε να δώσουμε στους μαθητές και έτοιμο βρασμένο νερό)

Ενεργώ-Πειραματίζομαι Τοποθετούμε το ποτήρι ζέσης μέσα στη λεκάνη που περιέχει νερό βρύσης. Κάθε ομάδα μαθητών μετρά ανά ένα λεπτό τις τιμές της θερμοκρασίας του νερού στο ποτήρι ζέσης και στη λεκάνη. Οι τιμές καταγράφονται στον πίνακα του φύλλου εργασίας

Συνεχίζουμε μέχρι να σταθεροποιηθούν οι θερμοκρασίες Χρόνος (λεπτά) Θερμοκρασία νερού στο ποτήρι ζέσης (οC) Θερμοκρασία νερού στη λεκάνη (οC) 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Κάνουμε κοινό διάγραμμα θερμοκρασίας – χρόνου, και σχεδιάζουμε (με τη βοήθεια του καθηγητή) 2 ομαλές καμπύλες Τι παρατηρούμε; (προσοχή στην θερμοκρασία του περιβάλλοντος)

Συμπεραίνω-Καταγράφω Οι μαθητές εξάγουν συμπεράσματα. Τι οδηγίες θα ορίζαμε ως «θερμική ισορροπία»;

Εφαρμόζω-Εξηγώ-γενικεύω Οι μαθητές: Να βρουν εφαρμογές των φαινομένων που μελετήθηκαν στην καθημερινή ζωή. (π.χ. μπεν μαρί (υδατόλουτρο), τα σπίτια κρυώνουν το χειμώνα και ζεσταίνονται το καλοκαίρι καθώς αλλάζει η θερμοκρασία του περιβάλλοντος, για να κρυώσουμε το γάλα στο μπουκάλι ενός μωρού το βάζουμε κάτω από το νερό της βρύσης κ.τ.λ.)

Εφαρμόζω-Εξηγώ-γενικεύω Αντί για το παράρτημα και την εφαρμογή του μικρόκοσμου, χρησιμοποιούμε την εφαρμογή: states-of-matter-basics_el.jar από το Phet του πανεπιστήμιου του Κολοράντο

ΟΙ ΑΛΛΑΓΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Ο «ΚΥΚΛΟΣ» ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Φ.Ε.6 ΟΙ ΑΛΛΑΓΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Ο «ΚΥΚΛΟΣ» ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ

Παρατηρώ-πληροφορούμαι- ενδιαφέρομαι Μέσα από φωτογραφίες (υπάρχει και στο Φ.Ε. μία σχετική) οι μαθητές αναγνωρίζουν φαινόμενα που σχετίζονται με το νερό

Συζητώ-Αναρωτιέμαι-Υποθέτω Οι μαθητές κάνουν υποθέσεις πάνω σε εικονικά πειράματα: Αν αφήσουμε ένα πλατύ δοχείο για ώρες ή μέρες, τι θα παρατηρήσουμε;

Συζητώ-Αναρωτιέμαι-Υποθέτω Αν βάλουμε λίγο νερό σε ένα δοχείο που βρίσκεται πάνω σε μία αναμμένη ηλεκτρική εστία, τι θα παρατηρήσουμε; Αν κρατήσουμε, στη συνέχεια, πάνω από το δοχείο ένα παγωμένο μεταλλικό αντικείμενο με μεγάλη επιφάνεια, τι θα παρατηρήσουμε;

Συζητώ-Αναρωτιέμαι-Υποθέτω Αν ρίξουμε νερό σε μια παγοθήκη και την τοποθετήσουμε για αρκετή ώρα στην κατάψυξη, τι θα παρατηρήσουμε;

Συζητώ-Αναρωτιέμαι-Υποθέτω Αν ρίξουμε μερικά παγάκια σε ένα ποτήρι, έξω από την κατάψυξη, τι θα παρατηρήσουμε;

Συζητώ-Αναρωτιέμαι-Υποθέτω Σε ποιες θερμοκρασίες συμβαίνουν τα προηγούμενα φαινόμενα;

Ενεργώ-Πειραματίζομαι Απαραίτητα όργανα και υλικά: Θερμόμετρο οινοπνεύματος (-10οC έως 120οC) Ποτήρι ζέσης 200mL Παγάκια Νερό Ηλεκτρική εστία θέρμανσης

Ενεργώ-Πειραματίζομαι (Α και Β Γυμνασίου) Το πείραμα του Φ.Ε. δε βγαίνει γιατί: Όταν το ποτήρι ζέσης με τα παγάκια είναι πάνω στη αναμμένη εστία, το νερό δεν προλαβαίνει να έρθει σε θερμική ισορροπία με τα παγάκια. Έτσι η θερμοκρασία ανεβαίνει ενώ υπάρχει πάγος Αν βάλουμε το ποτήρι ζέσης με τα παγάκια έχοντας σβηστή την εστία μέχρι τα παγάκια να λειώσουν, θα απαιτηθεί πολύς χρόνος για την ολοκλήρωση του πειράματος, και το προηγούμενο πρόβλημα θα επαναληφθεί όταν θα έχουν σχεδόν λειώσει τα παγάκια και το νερό θα είναι συγκριτικά πολύ.

Ενεργώ-Πειραματίζομαι (Α και Β Γυμνασίου) Ρίχνουμε στο ποτήρι ζέσης παγάκια. Τοποθετούμε το θερμόμετρο και περιμένουμε να σταματήσει να κατεβαίνει. Διαβάζουμε την ένδειξη του θερμόμετρου, τη σημειώνουμε στον πίνακα του φύλλου εργασία δίπλα στο χρόνο 0 και ξεκινάμε τη λειτουργία του χρονομέτρου. Συνεχίζουμε να καταγράφουμε τις ενδείξεις του χρονόμετρου κάθε 1 λεπτό ως τα 10 λεπτά

Πίνακας Χρόνος (λεπτά) Θερμοκρασία (οC) -7 1 -3 2 3 4 5 6 7 8 9 …

Κάνουμε διάγραμμα θερμοκρασίας – χρόνου, και σχεδιάζουμε (με τη βοήθεια του καθηγητή) τη γραμμή του διαγράμματος Τι παρατηρούμε;

Ενεργώ-Πειραματίζομαι (Α και Β Γυμνασίου) Ρίχνουμε 150mL νερό στο ποτήρι ζέσης. Τοποθετούμε το θερμόμετρο στο νερό έτσι ώστε η μύτη του να μην ακουμπάει στον πυθμένα. Ανάβουμε την εστία. Διαβάζουμε την ένδειξη του θερμόμετρου, τη σημειώνουμε στον πίνακα του φύλλου εργασία δίπλα στο χρόνο 0 και ξεκινάμε τη λειτουργία του χρονομέτρου. Συνεχίζουμε να καταγράφουμε τις ενδείξεις του χρονόμετρου κάθε 1 λεπτό ως και 4 λεπτά αφότου βράσει το νερό. Κλείνουμε την εστία.

Πίνακας Χρόνος (λεπτά) Θερμοκρασία (οC) -7 1 -3 2 3 4 5 6 7 8 9 … 25 -7 1 -3 2 3 4 5 6 7 8 9 … 25 32 45 62 82 100 102 Πίνακας

Κάνουμε διάγραμμα θερμοκρασίας – χρόνου, και σχεδιάζουμε (με τη βοήθεια του καθηγητή) τη γραμμή του διαγράμματος Τι παρατηρούμε;

Επέκταση για τη Β Γυμνασίου Πειραματική διαδικασία 2 Στο ποτήρι ζέσης διαλύουμε 25g αλάτι σε 100g νερό. Θερμαίνουμε το αλατόνερο στο λύχνο. Καταγράφουμε τη θερμοκρασία βρασμού του αλατόνερου

Επέκταση για τη Β Γυμνασίου Πειραματική διαδικασία 3 Στο ποτήρι ζέσης διαλύουμε 10mL οινόπνευμα σε 90g νερό. Θερμαίνουμε το διάλυμα στο λύχνο. Καταγράφουμε τη θερμοκρασία βρασμού του νέου διαλύματος

Συμπεραίνω-Καταγράφω Οι μαθητές εξάγουν συμπεράσματα.

Εφαρμόζω-Εξηγώ-γενικεύω Οι μαθητές απαντούν: Με βάση τη φωτογραφία που τους δίνεται στην πρώτη σελίδα πώς δικαιολογούν την ονομασία «κύκλος του νερού». Ποια είναι η σημασία του «κύκλου του νερού» για τα φυτά, τα ζώα και τους ανθρώπους. Αν θα προκύψουν αντίστοιχα διαγράμματα αν αντί να αυξάνουμε, μειώνουμε τη θερμοκρασία.

Εφαρμόζω-Εξηγώ-γενικεύω Αντί για το παράρτημα και την εφαρμογή του μικρόκοσμου, χρησιμοποιούμε την εφαρμογή: states-of-matter-basics_el.jar από το Phet του πανεπιστήμιου του Κολοράντο και εξηγούμε τις αλλαγές φάσης του νερού