3ΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ» ΠΟΙΑ ΥΛΙΚΑ ΕΠΗΡΕΑΖΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΟΝ ΜΑΓΝΗΤΗ; ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΕΙΔΗ ΜΑΓΝΗΤΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΜΑΓΝΗΤΩΝ

Transcript

1 3ο Εργαστήριο Μαγνητισμός ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 3ΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ» 1. ΠΟΙΑ ΥΛΙΚΑ ΕΠΗΡΕΑΖΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΟΝ ΜΑΓΝΗΤΗ; 2. ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ 3. ΕΙΔΗ ΜΑΓΝΗΤΩΝ 4. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΜΑΓΝΗΤΩΝ -1-

2 ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 1. ΠΟΙΑ ΥΛΙΚΑ ΕΠΗΡΕΑΖΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΟΝ ΜΑΓΝΗΤΗ; ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1η. Υλικά: 1 μαγνήτης και σετ υλικών (ξύλο, πλαστικό, χαρτί, χαλκός, μόλυβδος, νόμισμα «χάλκινο», νόμισμα «χρυσό», συνδετήρες, καρφί, καρφίτσα, φελιζόλ, αλουμινόχαρτο, ράβδο ορειχάλκου, ράβδο αλουμινίου, γραφίτης, βίδα, σπάγκος, πριτσίνι, σύρμα, βαμβάκι). Αναγνώρισε τα διάφορα υλικά. 1ο βήμα: Πρόβλεψη Πλησιάζουμε ένα μαγνήτη σε κάθε ένα από τα παραπάνω υλικά. Ποια από αυτά έλκονται και ποια απωθούνται; Υπάρχουν υλικά που δεν επηρεάζονται; Να συμπληρώσετε τον παρακάτω πίνακα. Οι περισσότερες/οι φοιτήτριες/τές ενοποιούν όλα τα μέταλλα ως μαγνητικά υλικά και άλλες/οι προβλέπουν ότι έλκονται από έναν μαγνήτη ενώ άλλες/οι προβλέπουν ότι απωθούνται από έναν μαγνήτη. Τα υπόλοιπα υλικά κατατάσσονται σωστά στην στήλη «δεν επηρεάζονται». 2ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας Στη συνέχεια πλησιάστε το μαγνήτη σε κάθε ένα από τα παραπάνω υλικά και παρατηρήστε τι συμβαίνει. Να κατατάξετε τα υλικά στον παρακάτω πίνακα, ανάλογα με την δύναμη που δέχονται. Έλκονται Απωθούνται Δεν επηρεάζονται ξύλο, πλαστικό, χαρτί, χαλκός, μόλυβδος, νόμισμα «χρυσό», φελιζόλ, αλουμινόχαρτο, ράβδο ορειχάλκου, ράβδο αλουμινίου, γραφίτης, σπάγκος, βαμβάκι νόμισμα «χάλκινο», συνδετήρες, καρφί, καρφίτσα, βίδα, πριτσίνι, σύρμα 3ο βήμα: Συμπέρασμα Διατυπώστε το συμπέρασμά σας Από το μαγνήτη έλκονται μόνον τα σιδηρομαγνητικά υλικά, δηλαδή υλικά που έχουν στη σύστασή τους σίδηρο, νικέλιο ή κοβάλτιο. Δηλαδή ΔΕΝ έλκονται ΟΛΑ τα μέταλλα. -2-

3 3ο Εργαστήριο Μαγνητισμός 2. ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2η. Υλικά: 1 μαγνήτης, πυξίδα, συνδετήρες. 1ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας Να παρεμβάλετε ανάμεσα στο μαγνήτη και το συνδετήρα διάφορα υλικά (χαρτί, τετράδιο, βιβλίο, θρανίο κλπ) για να ελέγξετε αν επηρεάζεται, και πώς, η έλξη του συνδετήρα. Όλες οι ομάδες διαπίστωσαν ότι τα αντικείμενα εξακολουθούν να έλκονται, αν και ασθενέστερα. 2ο βήμα: Συμπέρασμα Διατυπώστε το συμπέρασμά σας: Η έλξη των αντικειμένων εξακολουθεί, έστω και ασθενέστερη, ακόμα και αν παρεμβληθεί ανάμεσα σε αυτά και στον μαγνήτη άλλο υλικό (χαρτί, ξύλο κλπ) Πώς καταλήξατε σε αυτό: Συγκρίναμε την έλξη του συνδετήρα από το μαγνήτη καθώς αλλάζαμε το υλικό που παρεμβαλλόταν μεταξύ τους. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 3η. Υλικά: 1 μαγνήτης, πυξίδα, συνδετήρες. Επηρεάζεται η ισχύς του μαγνήτη (του πόσο δυνατά δηλ. έλκει) από την απόσταση; Χρησιμοποιώντας μαγνήτες από το ίδιο υλικό και σιδερένιους συνδετήρες, πραγματοποιήσαμε τα παρακάτω τέσσερα πειράματα: Μεταβλητή Μέγεθος μαγνήτη Σχήμα μαγνήτη Απόσταση από 20 συνδετήρε ς Πείραμα 1 Πείραμα 2 Πείραμα 3 Πείραμα 4 Δοκιμή1 Δοκιμή2 Δοκιμή1 Δοκιμή2 Δοκιμή1 Δοκιμή2 Δοκιμή1 Δοκιμή2 Μεγάλος Μικρός Μεγάλος Μεγάλος Μικρός Μικρός Μεγάλος Μικρός Πέταλο Πέταλο 5 cm 10 cm 5 cm 10 cm 5 cm 10 cm 5 cm -3-5 cm

4 ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων Με ποιο ή ποια από αυτά τα πειράματα μπορείς να συμπεράνεις εάν ο συμφοιτητής σου έχει δίκιο; Γιατί το νομίζεις αυτό; Για να βγάλουμε ασφαλές συμπέρασμα επιλέγουμε το Πείραμα 2, διότι μόνο σε αυτό, μεταξύ των δύο δοκιμών: α) αλλάζει η μεταβλητή που θέλουμε να ελέγξουμε (απόσταση), και β) όλες οι υπόλοιπες μεταβλητές παραμένουν σταθερές. Γιατί απέκλεισες τα υπόλοιπα πειράματα; Αποκλείουμε τα υπόλοιπα πειράματα, διότι σε αυτά είτε αλλάζει μία μεταβλητή αλλά διαφορετική από αυτήν που θέλουμε να ελέγξουμε (π.χ. Πείραμα 4), είτε αλλάζουν περισσότερες από μία μεταβλητές (π.χ. Πείραμα 1 και 3). 1ο βήμα: Σχεδιασμός πειράματος Σχεδιάστε ένα πείραμα για να διερευνήσετε εάν η ισχύς του μαγνήτη επηρεάζεται από την απόσταση. Προτεινόμενα υλικά: μαγνήτης, πυξίδα, συνδετήρες. Όλες οι ομάδες πρότειναν να τοποθετήσουν έναν μαγνήτη σε μία συγκεκριμένη απόσταση από ορισμένους συνδετήρες και στην συνέχεια να τον απομακρύνουν από αυτούς. 2ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας Όλες οι ομάδες παρατήρησαν τον μαγνήτη να έλκει όλο και λιγότερους συνδετήρες καθώς απομακρύνονταν από αυτούς. 3ο βήμα: Συμπέρασμα Διατυπώστε το συμπέρασμά σας: Η ελκτική δύναμη ενός μαγνήτη επηρεάζεται (ελαττώνεται) από την απόσταση. Πώς καταλήξατε σε αυτό: Συγκρίναμε τον αριθμό των συνδετήρων που έλκονται από τον μαγνήτη αλλάζοντας την απόσταση μεταξύ των συνδετήρων και του μαγνήτη. 3. ΕΙΔΗ ΜΑΓΝΗΤΩΝ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 4η. Υλικά: διάφορα είδη μαγνητών: ραβδόμορφος, πεταλοειδής, δακτυλιοειδής, συνδετήρες και ηλεκτρονικός ζυγός. -4-

5 3ο Εργαστήριο Μαγνητισμός Αναγνωρίστε τους μαγνήτες που έχετε μπροστά σας. Ζωγραφίστε τους πρόχειρα παρακάτω και ονομάστε τους με τις ονομασίες: Ραβδόμορφος, Πεταλοειδής, Δακτυλιοειδής 1ο βήμα: Πρόβλεψη Η ισχύς ενός μαγνήτη (δηλαδή το πόσο ισχυρός είναι) εξαρτάται από το μέγεθός του, δηλαδή «ο μεγαλύτερος έλκει περισσότερο». Συμφωνείτε ή διαφωνείτε με την παραπάνω πρόταση; Γιατί; Αρκετές ομάδες συμφώνησαν με την παραπάνω πρόταση, συσχετίζοντας την ισχύ ενός μαγνήτη με το μέγεθός του (όσο μεγαλύτερος ένας μαγνήτης τόσο ισχυρότερος είναι). 2ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας. Βρείτε το λάθος που υπάρχει στο προτεινόμενο πείραμα: «Μπροστά σας έχετε δυο μαγνήτες: έναν ραβδόμορφο και έναν πεταλοειδή. Ζυγίστε τους στην ηλεκτρονική ζυγαριά. Ο ραβδόμορφος μαγνήτης ζυγίζει... O πεταλοειδής μαγνήτης ζυγίζει... Πλησιάστε τους τώρα στο σωρό με τους συνδετήρες. Ποιος έλκει περισσότερους;» Προτείνετε μια αλλαγή ώστε να μπορούμε να βγάλουμε ασφαλές συμπέρασμα. Στο παραπάνω πείραμα εκτός από την μεταβλητή «βάρος» αλλάζει και η μεταβλητή «σχήμα» των μαγνητών. Για να μπορούμε να καταλήξουμε σε ασφαλές συμπέρασμα θα πρέπει να αλλάζει ΜΟΝΟ η μεταβλητή «βάρος». Για αυτό, προτείνεται να χρησιμοποιήσουμε δύο ραβδόμορφους μαγνήτες διαφορετικού «βάρους». Εκτελέστε το πείραμα. -5-

6 ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 3ο βήμα: Συμπέρασμα Τι συμπεραίνετε; Η ισχύς ενός μαγνήτη δεν εξαρτάται από το μέγεθός του. Πώς καταλήξατε σε αυτό; Συγκρίναμε τις δύο δοκιμές του πειράματος και διαπιστώσαμε ότι ο μικρός ραβδόμορφος μαγνήτης ασκούσε μεγαλύτερη έλξη από τον μεγάλο ραβδόμορφο μαγνήτη. 4. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΜΑΓΝΗΤΩΝ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 5η. Υλικά: 1 ραβδόμορφος μαγνήτης, πυξίδα Αναγνωρίστε τους πόλους ενός ραβδόμορφου μαγνήτη. Συνήθως ο Βόρειος Πόλος σηματοδοτείται με χρώμα ή κάποιο σημάδι. Να το αναγνωρίσετε και να το επιβεβαιώσετε με την πυξίδα. Πού δείχνει η πυξίδα; 1ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας Οι περισσότεροι ραβδόμορφοι μαγνήτες έχουν χρωματισμένο ένα τμήμα τους κόκκινο. Αυτό το τμήμα αναγκάζει την πυξίδα να περιστραφεί και να προσανατολιστεί με τον δείκτη του νότου προς το σηματοδοτούμενο τμήμα του μαγνήτη. Αυτός ο πόλος του μαγνήτη ονομάζεται βόρειος πόλος του μαγνήτη. 2ο βήμα: Συμπέρασμα Η πυξίδα δείχνει τον γεωγραφικό βορρά. Αυτό ήταν γνωστό από τους αρχαίους Κινέζους και τους αρχαίους Έλληνες. Όταν αργότερα αποδόθηκε ο συγκεκριμένος προσανατολισμός στο γήινο μαγνητικό πεδίο, ο πόλος που έλκει τον δείκτη του βορρά της πυξίδας ονομάσθηκε νότιος μαγνητικός πόλος. Έτσι κοντά στον γεωγραφικό βορρά βρίσκεται ο νότιος μαγνητικός πόλος και, αντίστροφα, κοντά στον γεωγραφικό νότο βρίσκεται ο βόρειος μαγνητικός πόλος. -6-

7 3ο Εργαστήριο Μαγνητισμός ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 6η. Υλικά: 2 ραβδόμορφοι μαγνήτες, συνδετήρες. «Παίξτε» με δύο μαγνήτες. Αναγνωρίστε τους πόλους. Ονομάστε τους Βόρειο και Νότιο πόλο. Στη συνέχεια να καταγράψετε τις δυνάμεις που εμφανίζονται ανάμεσα στους πόλους. Είδος ασκούμενης δύναμης Βόρειος με Βόρειο πόλο Απωστική Βόρειος με Νότιο πόλο Ελκτική Νότιoς με Νότιο πόλο Απωστική Φέρτε σε επαφή τους δύο ραβδόμορφους μαγνήτες με τους ετερώνυμους πόλους τους. Στη συνέχεια διαπιστώστε αν οι «ενωμένοι» πόλοι συνεχίζουν να έλκουν αντικείμενα. 1ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας Οι ομάδες παρατήρησαν ότι ενώνοντας τους δύο ραβδόμορφους μαγνήτες, δημιουργήθηκε ένας νέος μαγνήτης, με δύο διακριτούς πόλους που συνεχίζουν να έλκουν συνδετήρες. Επίσης παρατηρήθηκε ότι η μέγιστη ελκτική δύναμη παραμένει στα άκρα του μαγνήτη, ενώ οι «ενωμένοι» πόλοι έχουν ελάχιστη ελκτική δύναμη (δεν έλκουν τους συνδετήρες). 2ο βήμα: Συμπέρασμα Όταν δύο ραβδόμορφοι μαγνήτες έλθουν σε επαφή με τους ετερώνυμους πόλους τους τότε δημιουργείται ένας νέος ραβδόμορφος μαγνήτης. -7-

8 ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 7η. Υλικά: Σετ πέντε μικρών δακτυλιοειδών μαγνητών σε φορέα, ηλεκτρονικός ζυγός. Αναγνωρίστε το σετ των μικρών δακτυλιοειδών μαγνητών. 1ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας Ζυγίστε με τον ηλεκτρονικό ζυγό πρώτα τον φορέα και μετά τον φορέα με όλους τους μικρούς δακτυλιοειδείς μαγνήτες σε έλξη μεταξύ τους. Ο φορέας ζυγίζει περίπου 90 gr Ο φορέας και οι μαγνήτες σε έλξη ζυγίζουν περίπου 120gr Απομακρύνετε τη ζυγαριά. Να ξεχωρίστε 3 μαγνήτες και να τους τοποθετήσετε στον φορέα ανάποδα. Τι παρατηρείτε; Παρατηρούμε ότι οι τρεις μαγνήτες απωθούνται. Επιπλέον, παρατηρούμε ότι οι απωθούμενοι μαγνήτες αιωρούνται, υποβοηθούμενοι από τον φορέα, ο οποίος δεν τους αφήνει να πέσουν δεξιά ή αριστερά. 2ο βήμα: Πρόβλεψη Πόσο εκτιμάτε ότι θα ζυγίζει τώρα ο φορέας με τους μαγνήτες σε άπωση; (Σημειώστε τη σωστή απάντηση) Λιγότερο απ ότι όλοι μαζί σε έλξη Περισσότερο απ ότι όλοι μαζί σε έλξη Το ίδιο με τους άλλους σε έλξη -8-

9 3ο Εργαστήριο Μαγνητισμός Οι περισσότερες/οι φοιτήτριες/τές πιστεύουν ότι ο φορέας με τους μαγνήτες σε άπωση θα ζυγίζουν λιγότερο απ ότι όταν οι μαγνήτες έλκονταν. Προφανώς επηρεάστηκαν από την εικόνα που βλέπουν: αιωρούμενοι μαγνήτες άρα δεν επιδρούν στη ζυγαριά (δεν ζυγίζονται). 3ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας (συνέχεια) Ζυγίστε τους. Τι διαπιστώνετε; Ότι ζυγίζουν όσο και όταν έλκονται. 4ο βήμα: Συμπέρασμα Είτε σε έλξη είτε σε άπωση, οι μαγνήτες ζυγίζουν ακριβώς το ίδιο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ακόμη και όταν οι τρεις μαγνήτες αιωρούνται ασκούν δύναμη στους δύο άλλους μαγνήτες που βρίσκονται πάνω στον φορέα. Η δύναμη αυτή μάλιστα είναι τόση ακριβώς όση ήταν στην περίπτωση που βρίσκονταν σε έλξη με αυτούς. Η μόνη διαφορά είναι ότι τώρα η δύναμη είναι απωστική. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 8η. Υλικά: Σιδερόκαρφα, καλώδιο σε περιέλιξη πηνίου, μπαταρία πλακέ 4,5 V. Αναγνωρίστε το σετ των μικρών μαγνητών. 1ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας Πάρτε το καρφί και περιτυλίξτε το με ένα καλώδιο. Προσπαθήστε να έλκετε συνδετήρες. Έλκονται οι συνδετήρες; Όχι. Στη συνέχεια συνδέστε το καλώδιο με μια μπαταρία πλακέ των 4,5 ξαναπροσπαθήστε να έλξετε τους συνδετήρες. Τι παρατηρείτε; Volt και Παρατηρούμε ότι το καρφί έλκει συνδετήρες. Που οφείλεται κατά τη γνώμη σας το φαινόμενο; Όσο το πηνίο διαρρέεται από ρεύμα μετατρέπεται σε μαγνήτη. Το καρφί που υπάρχει μέσα στο πηνίο κάνει αυτόν τον μαγνήτη πιο ισχυρό. 2ο βήμα: Συμπέρασμα Διατυπώστε το συμπέρασμά σας Το καρφί μέσα σε ηλεκτρικό πεδίο αποκτά μαγνητικές ιδιότητες και έλκει συνδετήρες. Έτσι δημιουργήθηκε ένας ηλεκτρομαγνήτης. -9-

10 ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 5. ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ 5.1 Εναλλακτικές ιδέες μαθητών στον μαγνητισμό Βασικές εναλλακτικές αντιλήψεις των μικρών μαθητών είναι: 1. ότι οι μαγνήτες έλκουν όλα τα μεταλλικά αντικείμενα. Δεν αναγνωρίζουν δηλ. ότι μόνον συγκεκριμένα μέταλλα έλκονται από τους μαγνήτες. 2. ότι οι μαγνήτες απωθούν κάποια αντικείμενα. Ουσιαστικά η άπωση είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα του μαγνήτη. Άπωση υπάρχει μόνον μεταξύ δύο μαγνητών (με τους ίδιους πόλους αντικριστά) και 3. η ισχύς ενός μαγνήτη εξαρτάται από το μέγεθός του. Για περισσότερες λεπτομέρειες δες και Driver κλπ: Οικο-δομώντας τις έννοιες των Φυσικών Επιστημών, εκδ. Τυπωθήτω, σελ Επιλογή πειραμάτων για εφαρμογή στο Νηπιαγωγείο. Στο εργαστηριακό μάθημα που μόλις ολοκληρώθηκε εκτελέσατε μια σειρά απλών πειραμάτων που αφορούν τον μαγνητισμό και είναι κατάλληλα για το Νηπιαγωγείο. Κάποια από αυτά μπορούν να εκτελεστούν από τα ίδια τα νήπια με τις οδηγίες του / της Νηπιαγωγού, ενώ άλλα απαιτείται να εκτελεστούν από τον /την Νηπιαγωγό, ως πειράματα επίδειξης, για διάφορους λόγους. Στη συνέχεια δίνεται συνοπτικός πίνακας των δραστηριοτήτων αυτής της ενότητας, με τις αντίστοιχες προτάσεις εκτέλεσής τους. 1. Ποια υλικά επηρεάζονται από τον μαγνήτη; (Δραστ. 1) 2. Αναγνώριση μαγνητικού πεδίου (Δραστ. 2 και 3) από τα ίδια τα νήπια από τα ίδια τα νήπια 3. Είδη μαγνητών (Δραστ. 4) από την Νηπιαγωγό 4. Ιδιότητες μαγνητών (Δραστ. 5, 6 και 8) 5. Ιδιότητες μαγνητών (Δραστ. 7) από τα ίδια τα νήπια από την Νηπιαγωγό Προσοχή στο βάρος των μεγάλων δακτυλιοειδών μαγνητών και Ακριβής ζύγιση Πολυπλοκότητα (ακριβής ζύγιση)