ΑΝΑΛΥΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ

Transcript

1 ΑΝΑΛΥΤΙΚΟ ΡΟΓΡΑΜΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ - 1 -

2 ΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΝΟΤΗΤΑ ΘΕΜΑ Σελ. ερ. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ Γνωριμία με τη Φυσική (Τι μελετά η Φυσική) Φαινόμενα Οι έννοιες και τα φυσικά μεγέθη Θεμελιώδη Φυσικά μεγέθη και μονάδες μέτρησης στο S.I αράγωγα μεγέθη και μονάδες μέτρησης Μέτρηση: Μάζας, Χρόνου, Μήκους, Εμβαδού, Όγκου, υκνότητας. 5 1, Εκτίμηση μεγεθών. 6 ΣΥΝΟΛΟ ΕΡΙΟΔΩΝ 4 2 ΥΛΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Υποατομικά Σωματίδια Το μοντέλο του ατόμου Μόρια και άτομα Οι τρεις καταστάσεις της ύλης και οι ιδιότητές τους Η κίνηση των μορίων στα στερεά υγρά και αέρια Η κίνηση Brown Μορφές και ηγές Ενέργειας Ανανεώσιμες και μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Μετατροπές ενέργειας Διατήρηση ενέργειας. 10 ΣΥΝΟΛΟ ΕΡΙΟΔΩΝ 7 3 ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ. 3.1 Θερμοκρασία Θερμότητα Θερμική ισορροπία Νόμος της θερμιδομετρίας Ειδική θερμότητα Θερμική διαστολή Η ανώμαλη διαστολή του νερού Τήξη πήξη Εξαέρωση (Βρασμός, εξάτμιση), υγροποίηση και εξάχνωση Διάδοση θερμότητας ΣΥΝΟΛΟ ΕΡΙΟΔΩΝ

3 ΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΝΟΤΗΤΑ ΘΕΜΑ Σελ. ερ. 4. ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΟΤΙΚΗ. 4.1 Το φως ως μορφή ενέργειας Φωτόνια Ο μηχανισμός της όρασης Ευθύγραμμη διάδοση του φωτός και τα αποτελέσματά της Διάχυση και Ανάκλαση Επίπεδοι καθρέπτες Κοίλοι και κυρτοί καθρέπτες Διάθλαση Αρχή ελαχίστου χρόνου Ανάλυση του φωτός Φακοί αθήσεις και διορθώσεις στην όραση ΣΥΝΟΛΟ ΕΡΙΟΔΩΝ 12 ΓΕΝΙΚΟ ΣΥΝΟΛΟ ΕΡΙΟΔΩΝ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ 42 ΣΥΝΟΛΟ ΕΡΙΟΔΩΝ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΩΝ 6 ΣΥΝΟΛΟ ΕΡΙΟΔΩΝ ΓΙΑ ΕΑΝΑΛΗΨΗ 10 ΓΕΝΙΚΟ ΣΥΝΟΛΟ ΕΡΙΟΔΩΝ

4 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ. υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες 1.1 Γνωριμία με τη Φυσική (Τι μελετά η Φυσική) Αναφέρουν το αντικείμενο μελέτης της Φυσικής Η Φυσική μελετά το φυσικό κόσμο, από το μικρότερο σωματίδιο μέχρι τα αντιληπτά όρια του σύμπαντος, με στόχο την περιγραφή, την ερμηνεία και την πρόβλεψη των χαρακτηριστικών του και των μεταβολών που παρατηρούνται σ αυτό. 1.2 Φαινόμενα Ορίζουν τα φαινόμενα και αναφέρουν παραδείγματα φαινομένων που παρατηρούνται στη φύση Οι μεταβολές των σωμάτων που παρατηρούνται στη φύση, ονομάζονται φαινόμενα. Έτσι το λιώσιμο του πάγου, η κρούση δύο σωμάτων ή η πτώση ενός σώματος προς την επιφάνεια της γης είναι παραδείγματα φαινομένων. 1.3 Οι έννοιες και τα φυσικά μεγέθη Αναγνωρίζουν τη σημασία των εννοιών στη Φυσική και ορίζουν τα (φυσικά) μεγέθη Για την εξήγηση ενός φαινομένου, η Φυσική εισάγει έννοιες που σχετίζονται με το φαινόμενο. Μια έννοια μπορεί να είναι ένα μετρήσιμο μέγεθος, όπως η έννοια της δύναμης ή να εκφράζει μια κατάσταση (μοντέλο) όπως η έννοια του πεδίου βαρύτητας Τα (φυσικά) μεγέθη είναι έννοιες που μπορούν να μετρηθούν. Χρησιμοποιούνται για να περιγράφουμε, ποιοτικά και ποσοτικά, τα φαινόμενα Αναφέρουν παραδείγματα μεγεθών Η θερμοκρασία, η πυκνότητα, η μάζα και η ενέργεια είναι μερικά παραδείγματα μεγεθών

5 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες 1.4 Θεμελιώδη Φυσικά μεγέθη και μονάδες μέτρησης στο S.I Δηλώνουν τα θεμελιώδη φυσικά μεγέθη και γνωρίζουν τις αντίστοιχες μονάδες μέτρησής τους στο S.I. αντιλαμβάνοντες το μέγεθος των μονάδων αυτών Τα θεμελιώδη φυσικά μεγέθη είναι: μήκος, μάζα, χρόνος, και οι μονάδες μέτρησής τους στο S.I. είναι αντίστοιχα m, Kg, s Μετατρέπουν τις μονάδες των θεμελιωδών (φυσικών) μεγεθών από το σύστημα S.I. σε άλλες μονάδες που χρησιμοποιούνται καθημερινά και αντίστροφα Σχέση του s με h, min Σχέση του m με mm, cm, Km Σχέση του Kg με g και tone. 1.5 αράγωγα μεγέθη και μονάδες μέτρησης Διαχωρίζουν τα θεμελιώδη από τα παράγωγα μεγέθη και εξάγουν τις μονάδες μέτρησης παράγωγων μεγεθών (εμβαδόν, όγκος, πυκνότητα) Τα παράγωγα μεγέθη ορίζονται από τα θεμελιώδη μεγέθη μέσω των σχέσεων ορισμού όπως το εμβαδόν, ο όγκος και η πυκνότητα. Οι αντίστοιχες μονάδες μέτρησής τους εξάγονται από αυτές τις σχέσεις ως συνάρτηση των θεμελιωδών μονάδων μέτρησης. 1.6 Μέτρηση: Μάζας, Χρόνου, Μήκους, Εμβαδού, Όγκου, υκνότητας Αναγνωρίζουν και ονομάζουν τα όργανα μέτρησης των θεμελιωδών μεγεθών και μπορούν να τα χρησιμοποιούν σε πειραματικές διαδικασίες Γνωριμία με τα όργανα μέτρησης των θεμελιωδών μεγεθών: Ζυγαριά, Χρονόμετρο, Χάρακας. 1,5-5 -

6 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες Μέτρηση: (α) της μάζας ενός στερεού σώματος με χρήση ζυγού, (β) των διαστάσεων ενός στερεού σώματος με κανονικό γεωμετρικό σχήμα με τη χρήση μέτρου ή χάρακα. (γ) του εμβαδού μιας επίπεδης επιφάνειας με τη χρήση μέτρου ή χάρακα. (δ) του όγκου στερεού σώματος (ι) με κανονικό γεωμετρικό σχήμα με τη χρήση μέτρου ή χάρακα και (ιι) με ακανόνιστο σχήμα με τη βοήθεια ογκομετρικού σωλήνα και νερό. (ε) της χρονικής διάρκειας ενός φαινομένου ή μιας διαδικασίας. 1.7 Εκτίμηση Μεγεθών Εκτιμούν σε αποδεκτά όρια (πρώτη τάξη μεγέθους) το μέτρο διαφόρων μεγεθών που έχουν σχέση με την καθημερινή πραγματικότητα ή με γνωστές διαδικασίες. 2. ΥΛΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ενδεικτικά παραδείγματα: (α) του εμβαδού μιας μεγάλης επιφάνειας, όπως η επιφάνεια ενός γηπέδου ποδοσφαίρου. (β) του όγκου μιας δεξαμενής νερού. (γ) της μάζας ενός μολυβιού, (δ) της χρονικής διάρκειας μιας βροντής. 2.1 Υποατομικά Σωματίδια Εξοικειωθούν και διακρίνουν τις έννοιες του πρωτονίου, νετρονίου και ηλεκτρονίου (μάζα, φορτίο, σύμβολα) Το πρωτόνιο p +, ηλεκτρόνιο e - και νετρόνιο n αποτελούν τα δομικά σωματίδια της ύλης. Το κάθε ένα από αυτά έχει ξεχωριστές ιδιότητες και ρόλο στα φαινόμενα της φύσης: Η μάζα του πρωτονίου είναι η ίδια περίπου με τη μάζα του νετρονίου ενώ η μάζα του ηλεκτρονίου είναι πολύ μικρότερη από τη μάζα του πρωτονίου. Το φορτίο είναι μια ιδιότητα που έχουν μόνο το πρωτόνιο και το ηλεκτρόνιο (έχουν ίσα και αντίθετα φορτία) και σχετίζεται με ηλεκτρικά και μαγνητικά φαινόμενα

7 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες 2.2 Το μοντέλο του ατόμου Γνωρίζουν ότι άτομα (ομοειδή ή διαφορετικά) μπορούν να ενωθούν για το σχηματισμό μεγαλύτερων δομικών μονάδων που ονομάζονται μόρια και ότι η παρατήρηση τους είναι δυνατή μόνο με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο Επίδειξη ή αναφορά μοντέλου της δομής του ατόμου Τα ηλεκτρόνια περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα, όπως οι πλανήτες γύρω από τον ήλιο. Οι δυνάμεις μεταξύ του πυρήνα και των ηλεκτρονίων είναι ηλεκτρικές ενώ οι δυνάμεις μεταξύ του ήλιου και των πλανητών είναι δυνάμεις βαρύτητας. 2.3 Μόρια και άτομα Γνωρίζουν ότι οι ιδιότητες των μορίων είναι εντελώς διαφορετικές από τις ιδιότητες των ατόμων από τα οποία αποτελούνται αρουσίαση μοντέλου Το μόριο του νερού αποτελείται από δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου. Το νερό έχει εντελώς διαφορετικές ιδιότητες από το υδρογόνο και το οξυγόνο. 2.4 Οι τρεις καταστάσεις της ύλης και οι ιδιότητές τους Αναγνωρίζουν ότι τα σώματα μπορούν να ομαδοποιηθούν ανάλογα με τα φυσικά τους χαρακτηριστικά και διακρίνουν έτσι τη στερεά, υγρή και αέρια κατάσταση αρουσίαση μοντέλου Διακρίνουν τη σταθερότητα ή μη ως προς το σχήμα και τον όγκο των τριών καταστάσεων της ύλης Τα στερεά σώματα έχουν σταθερό σχήμα και όγκο, τα υγρά έχουν σταθερό όγκο αλλά παίρνουν το σχήμα του δοχείου που περιέχονται. Τα αέρια δεν έχουν σταθερό σχήμα ή όγκο και άρα καταλαμβάνουν όλο το χώρο που διατίθεται

8 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες 2.5 Η κίνηση των μορίων στα στερεά υγρά και αέρια Η κίνηση Brown Αντιληφθούν ότι τα μόρια στα στερεά εκτελούν παλινδρομικές κινήσεις (ταλαντώσεις) γύρω από συγκεκριμένες θέσεις Επίδειξη της δομής ενός στερεού (μοντέλο) Συναγάγουν τη διαρκή κίνηση των μορίων στα υγρά και στα αέρια και ονομάζουν την κίνηση αυτή κίνηση Brown Επίδειξη της κίνησης Brown σε αέριο με τη χρήση καπνού ή σε υγρό με τη χρήση υπερμαγγανικού καλίου Επίδειξη της δομής ενός υγρού και αερίου με προσομοίωση Εξηγούν τη σταθερότητα ή μη ως προς το σχήμα και τον όγκο των τριών καταστάσεων της ύλης με βάση το μοριακό μοντέλο της ύλης και της κίνησης Brown Τα μόρια στα στερεά καταλαμβάνουν σταθερές θέσεις. Γύρω από τις θέσεις αυτές εκτελούν παλινδρομικές κινήσεις. Το γεγονός αυτό εξηγεί γιατί τα στερεά έχουν σταθερό σχήμα Τα μόρια των υγρών και των αερίων είναι σε διαρκή κίνηση. Στα υγρά κινούνται σαν να «γλιστρούν» το ένα στο άλλο ενώ στα αέρια κινούνται σχεδόν ελεύθερα προς κάθε κατεύθυνση. 2.6 Μορφές και ηγές Ενέργειας Εξοικειωθούν με την έννοια της ενέργειας μέσα από παραδείγματα Χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας στο σπίτι, χρησιμοποίηση της ενέργειας από μπαταρίες σε διάφορες περιπτώσεις (κλεφτοφάναρο, κινητό τηλέφωνο, υπολογιστική μηχανή), χρήση ηλιακής ενέργειας για το ζέσταμα του νερού με τους ηλιακούς συσσωρευτές. Χρήση του πετρελαίου και της βενζίνης (χημική ενέργεια) από τα οχήματα Συνδέουν την τροφή που παίρνουν οι οργανισμοί με την ανάγκη χρήσης ενέργειας για τις καθημερινές δραστηριότητες των οργανισμών Από την τροφή οι έμβιοι οργανισμοί λαμβάνουν την ενέργειά τους για τις καθημερινές δραστηριότητες. Η ενέργεια στις τροφές είναι αποθηκευμένη στους χημικούς δεσμούς των χημικών ενώσεων (χημική ενέργεια)

9 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες Αναγνωρίζουν ότι η ενέργεια και η ύλη αλληλεπιδρούν Το φως του ήλιου επιδρά στην ανάπτυξη των φυτών και η θερμότητα ζεσταίνει το νερό Διακρίνουν διάφορες μορφές ενέργειας (χημική, ηλεκτρική, πυρηνική, δυναμική βαρύτητας, δυναμική ελαστικής παραμόρφωσης, κινητική, ηλιακή και θερμική) Επίδειξη διαφόρων πηγών ενέργειας από την καθημερινή ζωή μέσα από εικόνες, διαφάνειες ή άλλο μέσο για παράδειγμα ένα παραμορφωμένο ελατήριο περικλείει ελαστική δυναμική ενέργεια ενώ ένα αεροπλάνο σε πτήση περικλείει τόσο κινητική όσο και δυναμική ενέργεια βαρύτητας. Τα καύσιμα στο αεροπλάνο περικλείουν χημική ενέργεια Αναφέρουν τις μονάδες μέτρησης της ενέργειας: calorie και joule (J) και τη σχέση μεταξύ τους Ένα (1) calorie (θερμίδα) ισοδυναμεί με 4,2 joule Εκτιμούν χαρακτηριστικές τιμές ενέργειας σε διάφορες περιπτώσεις από την καθημερινή πραγματικότητα Από ένα σπίρτο που καίγεται ολοσχερώς μεταφέρεται στο περιβάλλον ενέργεια ίση περίπου με 2000 J. 2.7 Ανανεώσιμες και μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Διακρίνουν τις πηγές ενέργειας σε ανανεώσιμες και μη ανανεώσιμες Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι: ήλιος, άνεμος, νερό, βιομάζα, γεωθερμία Το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, οι γαιάνθρακες και οι πυρήνες των στοιχείων είναι παραδείγματα μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Οι πηγές αυτές έχουν μια περιορισμένη χρονική διάρκεια χρήσης από τον άνθρωπο

10 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες Γνωρίζουν τους παράγοντες που επιδρούν αρνητικά ή θετικά στην ποιότητα ζωής του ανθρώπου σε σχέση με τη χρήση μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας Μελέτη για τις μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. (π.χ. επιπτώσεις στην οικονομία και στην υγεία του ανθρώπου με τη χρήση της πυρηνικής ενέργειας) Μελέτη για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. (π.χ. αξιοποίηση της χρήσης της ενέργειας από τον άνεμο) 2.8 Μετατροπές ενέργειας Διακρίνουν μέσω πειραματικών διαδικασιών την μετατροπή μιας μορφής ενέργειας σε άλλες μορφές Το άναμμα μιας ηλεκτρικής λάμπας στο σπίτι μας, το άναμμα του κλεφτοφάναρου με τη χρήση μπαταρίας, ο αθλητής που τρέχει για να κόψει το νήμα σε μια κούρσα 100 μέτρων και η κίνηση ενός βενζινοκίνητου αυτοκινήτου είναι μερικά μόνο παραδείγματα μετατροπής μιας μορφής ενέργειας σε άλλες μορφές Επίδειξη διαφόρων διατάξεων που μετατρέπουν μια μορφή ενέργειας σε άλλη μορφή. 2.9 Διατήρηση ενέργειας Αναφέρουν την αρχή διατήρησης της ενέργειας Κατά τις μετατροπές ενέργειας από μια μορφή σε μια άλλη μορφή, η συνολική ποσότητα ενέργειας, πριν και μετά τη μετατροπή, δε μεταβάλλεται. Η πρόταση αυτή αποτελεί την αρχή διατήρηση της ενέργειας

11 3. ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ. υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες 3.1 Θερμοκρασία Χρησιμοποιούν τη θερμοκρασία ως μέγεθος που εκφράζει τη θερμική κατάσταση ενός σώματος (θερμό ή κρύο) συγκριτικά με σταθερές θερμικές καταστάσεις σε άλλα σώματα Συνδέουν τη θερμοκρασία με την κινητική κατάσταση των μορίων στα σώματα Μετρούν τη θερμοκρασία διαφόρων σωμάτων με τη χρήση θερμομέτρων Αναφέρουν την ύπαρξη διαφόρων θερμομετρικών κλιμάκων (Fahrenheit, Celsius και Kelvin) Αναφέρουν την αρχή λειτουργίας των θερμομέτρων με υγρό εριγράφουν τον τρόπο βαθμολόγησης ενός θερμομέτρου με υγρό Τονίζεται ότι η θερμοκρασία δεν είναι ενέργεια. Αντίθετα η θερμότητα είναι μορφή ενέργειας Η αύξηση (ή ελάττωση) της θερμοκρασίας σε ένα σώμα συνεπάγεται και αύξηση (ή ελάττωση) της κινητικής ενέργειας των μορίων του σώματος Επίδειξη διαφόρων τύπων θερμομέτρων ( με υγρό ή ηλεκτρονικά) και μέτρηση θερμοκρασίας διαφόρων σωμάτων Μια θερμομετρική κλίμακα είναι αυθαίρετη αλλά θα πρέπει να γίνεται με βάση δύο σταθερές θερμικές καταστάσεις, όπως για παράδειγμα το σημείο τήξης του πάγου και το σημείο βρασμού του νερού Τα θερμόμετρα με υγρό χρησιμοποιούν για τη λειτουργία τους την ιδιότητα του υγρού να διαστέλλεται και να συστέλλεται αντίστοιχα με την αύξηση ή την ελάττωση της θερμοκρασίας του Δύο σταθερά σημεία στη θερμομετρική κλίμακα Celsius είναι το σημείο τήξης του πάγου και το σημείο βρασμού του νερού που αντίστοιχα δόθηκε η τιμή 0 C και 100 C. Το μηδέν της κλίμακας Kelvin είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία που μπορεί να έχει ένα σώμα και ισούται με 273 C (απόλυτο μηδέν). Θεωρητικά δεν υπάρχει ανώτερο όριο θερμοκρασίας στο σύμπαν

12 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες Εκτιμούν τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος ή διαφόρων σωμάτων στην κλίμακα Celsius μέσα σε κάποια αποδεκτά όρια. 3.2 Θερμότητα Διατυπώνουν τον ορισμό της θερμότητας Η θερμότητα είναι μια μορφή ενέργειας που διαδίδεται από ένα σώμα σε ένα άλλο μικρότερης συγκριτικά με αυτό θερμοκρασίας Θερμική ισορροπία Ορίζουν και συναγάγουν πειραματικά τη θερμική ισορροπία είραμα θερμικής ισορροπίας με τη χρήση της διασύνδεσης ή με κλασσικά όργανα Δύο σώματα αρχικά διαφορετικών θερμοκρασιών που βρίσκονται σε θερμική επαφή αποκτούν τελικά την ίδια θερμοκρασία Τα σώματα τότε είναι σε θερμική ισορροπία οπότε τα μόριά τους έχουν την ίδια κινητική ενέργεια. 3.4 Νόμος της θερμιδομετρίας Ειδική θερμότητα Συναγάγουν πειραματικά το νόμο της θερμιδομετρίας και να ταυτίσουν την ειδική θερμότητα με τη σταθερά αναλογίας στο νόμο αυτόν ειραματική μελέτη των παραγόντων που επηρεάζουν το ποσό της θερμότητας που απαιτείται για να αλλάξει η θερμοκρασία ενός σώματος Το ποσό της θερμότητας που απαιτείται για να μεταβληθεί η θερμοκρασία ενός σώματος είναι: (α) ανάλογο της μάζας του υλικού, (β) ανάλογο της μεταβολής της θερμοκρασίας και (γ) εξαρτάται από το είδος του σώματος Το ποσό της θερμότητας που απαιτείται για μάζα 1 Kg ενός υλικού για να μεταβληθεί η θερμοκρασία κατά 1 βαθμό, ονομάζεται ειδική θερμότητα

13 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες Αναγνωρίζουν ότι η ειδική θερμότητα είναι χαρακτηριστική ιδιότητα των σωμάτων και την προσδιορίζουν πειραματικά Λύουν απλά προβλήματα με τη χρήση της σχέσης Q = mcδθ ειραματικός προσδιορισμός της ειδικής θερμότητας ενός σώματος Δίνονται προβλήματα και ερωτήσεις επί της ουσίας της ύλης για να εμπλακούν οι μαθητές τόσο σε ερμηνεία και κατανόηση των φαινομένων που εξετάζει το πρόβλημα, όσο και σε μαθηματική ανάλυση και ερμηνεία αποτελέσματος. 3.5 Θερμική διαστολή Ορίζουν τη διαστολή και συστολή των σωμάτων και τη συνδέουν αντίστοιχα με την αύξηση ή την ελάττωση της θερμοκρασίας τους Ερμηνεύουν τη διαστολή ή τη συστολή των σωμάτων με βάση το μοντέλο των μορίων Εξηγούν φαινόμενα και αναφέρουν εφαρμογές που έχουν σχέση με τ η διαστολή ή τη διαστολή των σωμάτων Σε όλα σχεδόν τα σώματα η αύξηση (ή ελάττωση) της θερμοκρασίας τους συνεπάγεται και αύξηση (ή ελάττωση) των διαστάσεων του. Το φαινόμενο ονομάζεται αντίστοιχα διαστολή ή συστολή Κατά τη διαστολή (συστολή) δεν αυξάνονται (ελαττώνονται) οι διαστάσεις των μορίων αλλά οι μεταξύ τους αποστάσεις. Δεν διαστέλλονται τα μόρια αλλά τα σώματα Αποτελέσματα της διαστολής των σωμάτων: στράβωμα στις ράγιες τρένων, μήκος καλωδίων της ηλεκτρικής, σπάσιμο πλακών πεζοδρομίου Μελέτη για τα αποτελέσματα της διαστολής των σωμάτων Μελέτη για τη λειτουργία του θερμοστάτη

14 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες 3.6 Η ανώμαλη διαστολή του νερού Ορίζουν την ανώμαλη διαστολή του νερού Το νερό, σε αντίθεση με τα περισσότερα υγρά, όταν θερμαίνεται από τους 0 C στους 4 C συστέλλεται. Ονομάζουμε αυτή τη συμπεριφορά του νερού ως ανώμαλη διαστολή Εξηγούν φαινόμενα που έχουν σχέση με την ανώμαλη διαστολή του νερού Συνειδητοποιούν τη βιολογική σημασία της ανώμαλης διαστολής του νερού Όταν το νερό μετατρέπεται από νερό σε πάγο στους 0 C, ο όγκος του πάγου είναι μεγαλύτερος και η πυκνότητά του μικρότερη από το νερό. Αυτό εξηγεί το σπάσιμο ενός μπουκαλιού με νερό όταν παγώνει στην κατάψυξη του ψυγείου, την πλεύση των παγόβουνων στη θάλασσα και γιατί τα παγάκια επιπλέουν στο αναψυκτικό μας Η ανώμαλη διαστολή του νερού έχει μεγάλη βιολογική σημασία για τη ζωή υδρόβιων οργανισμών σε λίμνες. Κατά τη διάρκεια του χειμώνα ενώ η επιφάνεια της λίμνης παγώνει, στον πυθμένα επικρατεί θερμοκρασία περίπου 4 C η οποία επιτρέπει να ζουν οι οργανισμοί της λίμνης. 3.7 Τήξη πήξη Διαπιστώνουν ότι ένα σώμα μπορεί να μετατραπεί από την στερεή κατάσταση στην υγρή και αντίστροφα και ονομάζουν κάθε μετατροπή ανάλογα τήξη ή πήξη και αναφέρουν παραδείγματα τήξης ή πήξης σωμάτων από την καθημερινή ζωή Το λιώσιμο του πάγο και του κεριού είναι παραδείγματα τήξης. Η μετατροπή του νερού σε πάγο είναι παράδειγμα πήξης

15 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες Εξηγούν γιατί απαιτείται (αποδίδεται) ενέργεια για την τήξη (πήξη) ενός σώματος η οποία ανάλογα διαδίδεται από το περιβάλλον στο σώμα ή από το σώμα στο περιβάλλον αρατηρούν και εξηγούν τη σταθερή θερμοκρασία κατά την τήξη ή πήξη ενός σώματος και την ονομάζουν ανάλογα θερμοκρασία (ή σημείο) τήξης (ή πήξης) Αναγνωρίζουν ότι η θερμοκρασία τήξης για ένα υλικό είναι χαρακτηριστική σταθερά του υλικού Αναγνωρίζουν ότι η παρουσία μαζί της στερεάς και της υγρής κατάστασης του ίδιου υλικού συνεπάγεται μεταφορά θερμότητας από την υγρή στη στερεά κατάσταση με σταθερή θερμοκρασία (θερμοκρασία τήξης) Κατά την τήξη ή πήξη ενός σώματος αυξάνεται ή ελαττώνεται αντίστοιχα η δυναμική ενέργεια των μορίων του σώματος. Έτσι ενέργεια διαδίδεται στο σώμα από το περιβάλλον κατά την τήξη ή από το σώμα προς το περιβάλλον κατά την πήξη Κατά την τήξη ή πήξη ενός σώματος δε μεταβάλλεται η θερμοκρασία του, άρα δε μεταβάλλεται η κινητική ενέργεια των μορίων του. Όλη η ενέργεια που προσφέρεται στο σώμα ή αποδίδεται από το σώμα μεταβάλλει τη δυναμική ενέργεια των μορίων και άρα τον τρόπο σύνδεσής τους ώστε τα μόρια να συμπεριφέρονται ως μόρια υγρού ή μόρια στερεού Επειδή οι δυνάμεις και γενικά ο τρόπος σύνδεσης των μορίων είναι διαφορετικός από σώμα σε σώμα, η θερμοκρασία τήξης είναι χαρακτηριστική του σώματος ειραματική μελέτη της τήξης (ή πήξης) ενός σώματος με τη χρήση της διασύνδεσης ή με κλασσικά όργανα. (Κατασκευή και ερμηνεία της γραφικής παράστασης θ = f(t) και προσδιορισμός του σημείου τήξης) Νερό και πάγος βρίσκονται μαζί σε θερμοκρασία 0 C. Κατά τη μεταφορά θερμότητας μεταβάλλεται μόνο η δυναμική ενέργεια των μορίων

16 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες Εξηγούν φαινόμενα που έχουν σχέση με την τήξη ή πήξη των σωμάτων Μελέτη του συστήματος ψύξης του κινητήρα αυτοκινήτου. 3.8 Εξαέρωση (Βρασμός, εξάτμιση), υγροποίηση και εξάχνωση Διαπιστώνουν ότι ένα σώμα μπορεί να μετατραπεί από την υγρή κατάσταση στην αέρια και αντίστροφα και να ονομάζουν κάθε μετατροπή ανάλογα εξαέρωση ή υγροποίηση Το νερό όταν γίνεται ατμός ή οι υδρατμοί όταν μετατρέπονται σε νερό αποτελούν παραδείγματα εξαέρωσης και υγροποίησης αντίστοιχα Εξηγούν γιατί απαιτείται (αποδίδεται) ενέργεια για την εξαέρωση (υγροποίηση) ενός σώματος η οποία ανάλογα διαδίδεται από το περιβάλλον στο σώμα ή από το σώμα στο περιβάλλον Κατά την εξαέρωση ή την υγροποίηση ενός σώματος αυξάνεται ή ελαττώνεται αντίστοιχα η δυναμική ενέργεια των μορίων του σώματος. Έτσι ενέργεια διαδίδεται στο σώμα από το περιβάλλον κατά την εξαέρωση ή από το σώμα προς το περιβάλλον κατά την υγροποίηση Αναγνωρίζουν ότι η εξαέρωση μπορεί να γίνει είτε με το βρασμό ή με την εξάτμιση και δίνουν τον ορισμό τους ειραματική μελέτη του βρασμού με τη χρήση της διασύνδεσης ή με κλασσικά όργανα. (Κατασκευή και ερμηνεία της γραφικής παράστασης θ = f(t) και προσδιορισμός του σημείου βρασμού) Διακρίνουν τις διαφορές μεταξύ βρασμού και εξάτμισης Ο βρασμός είναι η γρήγορη εξαέρωση ενός υγρού που γίνεται με το σχηματισμό φυσαλίδων σε όλη τη μάζα του υγρού σε μια συγκεκριμένη (σταθερή) θερμοκρασία (θερμοκρασία ή σημείο βρασμού)

17 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες Η εξάτμιση είναι η αργή εξαέρωση ενός υγρού που γίνεται από την επιφάνεια του υγρού σε οποιαδήποτε θερμοκρασία Γνωρίζουν ότι ορισμένα σώματα μπορούν να μετατραπούν από την στερεή στην αέρια κατάσταση, χωρίς να μετατραπούν ενδιάμεσα σε υγρό και ονομάζουν το φαινόμενο εξάχνωση Γνωρίζουν ότι η θερμοκρασία βρασμού ενός υγρού αυξάνεται με την αύξηση της εξωτερικής πίεσης και από τις προσμίξεις που έχει το υγρό Αναφέρουν εφαρμογές της αύξησης της θερμοκρασίας βρασμού του νερού με την πίεση Αναφέρουν και εξηγούν με βάση το μοντέλο των μορίων τρόπους αύξησης του ρυθμού εξάτμισης Εξηγούν τον κύκλο του νερού Αναφέρουν εφαρμογές του ατμού Εφαρμογή της εξάχνωσης έχουμε στη χρήση της ναφθαλίνης και στη κατασκευή της γλυκιάς τούφας «μαλλί της γριάς» Όταν η πίεση που ασκείται εξωτερικά σε ένα υγρό αυξάνεται (ελαττώνεται) τόσο δυσκολότερα (ευκολότερα) του μόρια του υγρού απομακρύνονται μεταξύ τους. Έτσι το σημείο βρασμού του υγρού αυξάνεται (ελαττώνεται) Ανάθεση μικρής εργασίας για τη χύτρα ταχύτητας Η αύξηση της εξάτμισης ενός υγρού μπορεί να γίνει: με αύξηση της επιφάνειας του υγρού, με αύξηση της θερμοκρασίας πάνω από την επιφάνεια του υγρού, με τη δημιουργία ρεύματος αέρα πάνω από την επιφάνεια του υγρού Ανάθεση μικρής εργασίας για τον κύκλο του νερού Ανάθεση μικρής εργασίας για την ατμομηχανή

18 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες 3.9 Διάδοση θερμότητας Αναφέρουν τους τρεις τρόπους (αγωγή, ρεύματα, ακτινοβολία) διάδοσης της θερμότητας και δίνουν παραδείγματα Γνωρίζουν ότι ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας είναι διαφορετικός σε κάθε υλικό και ότι η θερμική αγωγιμότητα είναι χαρακτηριστική ιδιότητα του υλικού και είναι μέτρο του ρυθμού μεταφοράς θερμότητας στο υλικό Επίδειξη του τρόπου διάδοσης της θερμότητας με αγωγή, με ρεύματα και με ακτινοβολία Η θερμότητα σε ένα στερεό ή μεταξύ δύο στερεών που βρίσκονται σε θερμική επαφή, μεταφέρεται από σημείο σε σημείο χωρίς να μεταφέρεται ύλη. Η διαδικασία αυτή της μεταφοράς θερμότητας ονομάζεται διάδοση με αγωγή Η θερμότητα στα υγρά ή αέρια μεταφέρεται κυρίως με τη δημιουργία ρευμάτων μεταφοράς, δηλαδή με τη διαδικασία μεταφοράς ύλης από μια περιοχή του υγρού ή αερίου σε μια άλλη περιοχή μικρότερης συγκριτικά θερμοκρασίας.. Η διαδικασία αυτή της μεταφοράς θερμότητας στα υγρά ή αέρια ονομάζεται διάδοση με ρεύματα Επίδειξη για τη θερμική αγωγιμότητα του νερού Ένας τρίτος τρόπος διάδοσης της θερμότητας, που μπορεί να γίνει και στο κενό (απουσία ύλης) είναι με ακτινοβολία. Είναι με αυτό τον τρόπο που ο ήλιος θερμαίνει τη Γη. Η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τον ήλιο αλλά και από κάθε σώμα προς ένα άλλο σώμα μικρότερης συγκριτικά θερμοκρασίας είναι κατά το μεγαλύτερο ποσοστό αόρατη ειραματική διερεύνηση της θερμικής αγωγιμότητας διαφόρων στερεών

19 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες Διακρίνουν τα διάφορα σώματα ανάλογα με τη θερμική αγωγιμότητα τους σε αγωγούς και μονωτές και δίνουν παραδείγματα Αναφέρουν εφαρμογές της θερμικής αγωγιμότητας Αγωγοί είναι κυρίως τα μέταλλα, μονωτές είναι για παράδειγμα: γυαλί, τούβλο, ξύλο, αέρας, υαλοβάμβακας Αρχές λειτουργίας των κεντρικών θερμάνσεων και τη κυκλοφορία του αέρα σε ένα θερμαινόμενο δωμάτιο αλλά και στην ατμόσφαιρα Ανάθεση μικρών εργασιών στα εξής: (α) Δοχείου Dewar, (β) Αγροτικά θερμοκήπια, (γ) Ηλιακός θερμοσίφωνας, (δ) Θερμική μόνωση των κτιρίων. 4. ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΗ ΟΤΙΚΗ. 4.1 Το φως ως μορφή ενέργειας Φωτόνια Αναγνωρίζουν το φως ως μορφή ενέργειας και ότι το φως από τον Ήλιο συνδέεται με τη συντήρηση της ζωής πάνω στη Γη Ο Ήλιος είναι η κύρια πηγή φωτός Διακρίνουν τα αυτόφωτα από τα ετερόφωτα σώματα Σώματα που εκπέμπουν τα ίδια φως ονομάζονται αυτόφωτα, ενώ σώματα που εκπέμπουν το φως άλλων σωμάτων (παράδειγμα η σελήνη ή η σελίδα που διαβάζεις αυτή τη στιγμή), ονομάζονται ετερόφωτα

20 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες Γνωρίζουν ότι τα φωτόνια είναι τα σωματίδια που διαδίδουν τη φωτεινή ενέργεια με ταχύτητα στο κενό ίση με 3x10 8 m/s που είναι η μεγαλύτερη δυνατή ταχύτητα που μπορεί να υπάρξει στη φύση Η ενέργεια από μια πηγή φωτός διαδίδεται υπό μορφή σωματιδίων (φωτόνια) τα οποία περικλείουν συγκεκριμένη ποσότητα φωτεινής ενέργειας. 4.2 Ο μηχανισμός της όρασης Αναγνωρίζουν ότι η όραση είναι άμεσα συνδεδεμένη με το φως Για να δούμε ένα αντικείμενο πρέπει φως από το αντικείμενο να μπει στα μάτια μας, να διεγείρει τα οπτικά κύτταρα και η διέγερση να φτάσει στο οπτικό κέντρο του εγκεφάλου Διακρίνουν τα σώματα σε διαφανή ημιδιαφανή και αδιαφανή και δίνουν παραδείγματα Διαφανή σώματα: εκείνα μέσα από τα οποία διαδίδεται το φως (παράδειγμα ο αέρας της ατμόσφαιρας. Ημιδιαφανή σώματα: εκείνα μέσα από τα οποία διαδίδεται το φως αλλά δεν μπορούμε να δούμε μέσα από αυτά (παράδειγμα ένα σύννεφο) Αδιαφανή: εκείνα μέσα από τα οποία δεν μπορεί να περάσει το φως (παράδειγμα ο τσιμεντένιος τοίχος ενός σπιτιού). 4.3 Ευθύγραμμη διάδοση του φωτός και τα αποτελέσματά της Ερμηνεύουν τη δημιουργία σκιάς και παρασκιάς, την έκλειψη σελήνης ή ηλίου, και τη δημιουργία ειδώλου πάνω σε φωτογραφικό φιλμ Η σκιά δημιουργείται πίσω από σώματα που το φως δεν μπορεί να διαπεράσει (αδιαφανή), όταν αυτά μπουν στην πορεία του φωτός. Μια αμυδρά φωτεινή περιοχή που ονομάζεται παρασκιά, δημιουργείται γύρω από την σκιά όταν οι διαστάσεις της πηγής είναι μεγαλύτερες από τις διαστάσεις του αντικειμένου που παρεμβάλλεται στην πορεία του φωτός ή όταν η πηγή είναι σχετικά πολύ κοντά στο αντικείμενο Όταν η σελήνη βρεθεί στη σκιά της Γης συμβαίνει έκλειψη σελήνης. Όταν μια περιοχή της Γης βρεθεί μέσα στη σκιά της σελήνης, τότε συμβαίνει έκλειψη ηλίου

21 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες Λόγω της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός, όταν αυτό περάσει από τον φακό μιας φωτογραφικής μηχανής, αποτυπώνεται πάνω στο φωτογραφικό φιλμ είδωλο του αντικειμένου από το οποίο προέρχεται το φως, το οποίο είναι αντεστραμμένο Επίδειξη μοντέλου για το φαινόμενο της έκλειψης της σελήνης και του ήλιου. 4.4 Διάχυση και Ανάκλαση Μελετούν την ανάκλαση και εξάγουν τους νόμους της Μελέτη της ανάκλασης του φωτός από επίπεδο καθρέπτη με τη χρήση ray boxes Η ανάκλαση ακολουθεί τους εξής νόμους: 1) η γωνία μεταξύ της προσπίπτουσας δέσμης φωτονίων και της κάθετης στην επιφάνεια στο σημείο πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία μεταξύ της κάθετης αυτής και της διεύθυνσης της ανακλώμενης δέσμης φωτονίων. 2) η προσπίπτουσα δέσμη φωτονίων, η κάθετη και η ανακλώμενη δέσμη φωτονίων βρίσκονται όλες στο ίδιο επίπεδο Χρησιμοποιούν διάφορα μηχανικά ανάλογα για την εξήγηση της ανάκλασης του φωτός Όταν μια μπάλα του μπιλιάρδου κτυπήσει στην επιφάνεια του τραπεζιού αλλάζει κατεύθυνση. Το μηχανικό αυτό ανάλογο αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξήγηση της ανάκλασης του φωτός χρησιμοποιώντας το μοντέλο των φωτονίων Ορίζουν την ανάκλαση του φωτός Το φως όταν διαδίδεται στον αέρα ή άλλο διαφανές μέσο, συναντήσει μια επιφάνεια κάποιου αδιαφανούς μέσου, τότε αλλάζει διεύθυνση παραμένοντας μέσα στο ίδιο διαφανές μέσο. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ανάκλαση του φωτός

22 υρηνική Γνώση Διδακτικές ροσεγγίσεις και ειραματικές Διαδικασίες Ορίζουν τη διάχυση του φωτός Όταν η ανάκλαση του φωτός γίνει από μια λεία και γυαλιστερή επιφάνεια όπως του καθρέπτη, τότε η πορεία του φωτός μετά την ανάκλαση είναι καθορισμένη. Αντίθετα αν η επιφάνεια είναι για παράδειγμα τραχιά ή γίνεται από μόρια αέρα, τότε μετά την ανάκλαση το φως διαδίδεται προς όλες τις κατευθύνσεις. Τότε ονομάζουμε το φαινόμενο διάχυση. 4.5 Επίπεδοι καθρέπτες Ορίζουν το είδωλο ενός αντικειμένου και διαπιστώνουν ότι για επίπεδο καθρέπτη είναι φανταστικό και βρίσκουν τα χαρακτηριστικά του Η εικόνα ενός αντικειμένου που παρατηρείται μέσα από ένα κάτοπτρο ονομάζεται είδωλο του αντικειμένου Να επιδειχθεί με διαφάνεια ο τρόπος σχηματισμού ειδώλου από επίπεδο καθρέπτη Το είδωλο ενός αντικειμένου που σχηματίζεται από ένα καθρέπτη: (1) είναι φανταστικό, δηλαδή σχηματίζεται από τις προεκτάσεις των φωτεινών ανακλώμενων δεσμών και όχι από πραγματικές φωτεινές δέσμες, (2) βρίσκεται στην ίδια απόσταση από τον καθρέπτη με την απόσταση του αντικειμένου από τον καθρέπτη και πίσω από τον καθρέπτη. (3) έχει το ίδιο μέγεθος με το αντικείμενο Ανάθεση εργασίας κατασκευής περισκόπιου με τη χρήση επίπεδων καθρεπτών Κοίλοι και κυρτοί καθρέπτες Διακρίνουν τους κοίλους από τους κυρτούς καθρέπτες και αναφέρουν εφαρμογές τους Οι κοίλοι και κυρτοί καθρέπτες μετατρέπουν μια παράλληλη δέσμη φωτός σε συγκλίνουσα δέσμη και αποκλίνουσα δέσμη αντίστοιχα αρατήρηση της εξάρτησης της θέσης του ειδώλου από τη θέαση του αντικειμένου χωρίς την αναφορά ή χρήση μαθηματικών σχέσεων ή πορείας ακτίνων