ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΗ ΣΧΟΛΗ (ΦΛΩΡΙΝΑ) ΤΜΗΜΑ ΝΗΠΙΑΓΩΓΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΔΙΔΑΚΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ

ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΗ ΣΧΟΛΗ (ΦΛΩΡΙΝΑ) ΤΜΗΜΑ ΝΗΠΙΑΓΩΓΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΚΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΔΙΔΑΚΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ «ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ» ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΜΕΡΟΣ ΥΠΕΥΘΥΝΟΙ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ: Καριώτογλου Πέτρος Ζουπίδης Αναστάσιος ΕΠΙΚΟΥΡΙΑ: Στράγγας Αντώνιος ΦΛΩΡΙΝΑ 2015

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 2

1 ο Εργαστήριο Ο Ατμοσφαιρικός Αέρας ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1 ΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «Ο ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΣ ΑΕΡΑΣ» 1. Η ΥΠΑΡΞΗ ΚΑΙ Η ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΑΕΡΑ 1.1. ΠΟΥ ΥΠΑΡΧΕΙ Ο ΑΕΡΑΣ. 1.2. Ο ΑΕΡΑΣ ΠΕΡΙΕΧΕΙ ΟΞΥΓΟΝΟ. 2. ΟΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ 2.1. Ο ΑΕΡΑΣ ΚΑΤΑΛΑΜΒΑΝΕΙ ΟΓΚΟ. 2.2. Ο ΑΕΡΑΣ ΣΥΜΠΙΕΖΕΤΑΙ. 2.3. Ο ΑΕΡΑΣ ΔΙΑΣΤΕΛΛΕΤΑΙ. 2.4. Ο ΑΕΡΑΣ ΕΧΕΙ ΠΙΕΣΗ.

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων «Ο ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΣ ΑΕΡΑΣ» 1. Η ΥΠΑΡΞΗ ΚΑΙ Η ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ ΑΕΡΑ 1.1. Που υπάρχει ο αέρας. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1η: Υλικά: χωνί, πλαστική μεμβράνη, επιστόμιο 1ο Βήμα: Πρόβλεψη - Τι θα συμβεί αν τοποθετήσετε στο στόμα σας (με την προσαρμογή επιστομίου) το σωληνωτό στόμιο του χωνιού και ρουφήξετε, όταν το του μέρος θα είναι καλυμμένο με πλαστική μεμβράνη; Πώς το εξηγείτε και γιατί; κωνικό Οι περισσότερες/οι φοιτήτριες/ές πρόβλεψαν σωστά ότι η πλαστική μεμβράνη θα κινηθεί προς το εσωτερικό του χωνιού. Η ερμηνεία του φαινομένου αναζητήθηκε μάλλον σε εσωτερικό παράγοντα παρά σε εξωτερικό αίτιο. 2ο Βήμα: Εκτέλεση Πειράματος - Χρησιμοποιήστε τα προτεινόμενα υλικά, το χωνί και την πλαστική μεμβράνη. Τοποθετείστε την μεμβράνη σφραγίζοντας το φαρδύ στόμιο του χωνιού. Κατόπιν Ρουφήξτε από το σωληνωτό στόμιο του χωνιού (εκ περιτροπής για την παρατήρηση). - Περιγράψτε τις παρατηρήσεις σας για το φαινόμενο. Η πλαστική μεμβράνη κινήθηκε προς το εσωτερικό του χωνιού. 3ο Βήμα: Ερμηνεία του φαινομένου - Προσπαθήστε να ερμηνεύσετε τις παρατηρήσεις σας. Αν δυσκολεύεστε ζητείστε τη βοήθεια των υπευθύνων του εργαστηρίου. Το «ρούφηγμα» επέφερε ελάττωση του χώρου μες το χωνί. Έτσι ο εξωτερικός ατμοσφαιρικός αέρας «έσπρωξε» (άσκησε δυνάμεις) την πλαστική μεμβράνη, η οποία κινήθηκε προς το εσωτερικό του χωνιού. Παρόμοια ερμηνεύσιμο φαινόμενο: Αναπνοή (εισπνοή - εκπνοή): Το διάφραγμα (μυς) κατεβαίνει, οπότε δημιουργείται χώρος, με αποτέλεσμα ο ατμοσφαιρικός αέρας να εισέρχεται μέσα στους πνεύμονες. Αντίστοιχα, το διάφραγμα (μυς) ανεβαίνει, ελαττώνεται ο χώρος, ο αέρας εξέρχεται από τους πνεύμονες. 1.2. Ο αέρας περιέχει οξυγόνο. 2

ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2η: 1 ο Εργαστήριο Ο Ατμοσφαιρικός Αέρας Υλικά: κερί, αναπτήρας, βαθύ πιάτο με νερό, ποτήρι 1ο Βήμα: Πρόβλεψη - Τι θα συμβεί αν σκεπάστε με το ποτήρι το αναμμένο κερί που επιπλέει στο λίγο νερό του πιάτου; - Πώς το εξηγείτε και γιατί; Οι περισσότερες/οι φοιτήτριες/ές πρόβλεψαν σωστά ότι το κερί θα σβήσει. Η ερμηνεία του φαινομένου αναζητήθηκε από άλλες ομάδες στην έλλειψη οξυγόνου και από άλλες ομάδες στην έλλειψη αέρα. 2ο Βήμα: Εκτέλεση Πειράματος - Ανάψτε το κερί και βάλτε το στο πιάτο. Ρίξτε λίγο νερό στο πιάτο (2 εκ. περίπου) ώστε το κερί να επιπλεύσει. Σκεπάστε μετά το κερί με το ποτήρι. Επαναλάβετε το πείραμα αν είναι απαραίτητο και κάντε τις παρατηρήσεις σας. 3ο Βήμα: Παρατήρηση του φαινομένου - Περιγράψτε τις παρατηρήσεις σας για το φαινόμενο. Το κερί θα σβήσει. Το νερό μέσα στο ποτήρι, θα ανέβει λίγο. 4ο Βήμα: Ερμηνεία του φαινομένου - Προσπαθήστε να ερμηνεύσετε τις παρατηρήσεις σας. Το αναμμένο κερί θα σβήσει αφού καταναλώσει το οξυγόνο που βρίσκεται μέσα στο ποτήρι. Ο αέρας (που αναφέρθηκε από πολλές ομάδες) είναι μίγμα, αποτελείται από πολλά αέρια, κυρίως άζωτο (78%)και οξυγόνο (21%). Από αυτά, μόνο το οξυγόνο συντελεί στην καύση του κεριού (και σε κάθε καύση). Το άζωτο (αλλά και τα σε ελάχιστη περιεκτικότητα υπόλοιπα αέρια) δεν συμμετέχουν στην καύση. Συνοψίζοντας, το οξυγόνο καίγεται, δημιουργείται χώρος μέσα στο ποτήρι και το νερό εισέρχεται για να καταλάβει τον διαθέσιμο χώρο. Έτσι η στάθμη του νερού μέσα στο ποτήρι ανεβαίνει. Η δραστηριότητα αυτή πραγματοποιήθηκε ποιοτικά, δηλαδή μας ενδιαφέρει το τι συμβαίνει. Θα μπορούσε να γίνει και ποσοτικά. Σε αυτήν την περίπτωση, η μέτρηση της ανόδου της στάθμης του νερού, σε ποσοστιαία αναλογία με το αρχικό ύψος του αέρα μέσα στο ποτήρι, προσφέρει πολύ καλή μέτρηση της ποσοστιαίας αναλογίας του οξυγόνου στον αέρα. Περαιτέρω ερωτήματα: 1. Τι χρειάζεται το νερό; Δεν θα μπορούσε να λειτουργήσει το φαινόμενο χωρίς νερό; Το νερό δεν επιτρέπει στον εξωτερικό αέρα να εισέλθει μέσα στο ποτήρι και να αναζωογονήσει την καύση. Αν δεν χρησιμοποιήσετε νερό καλόν είναι να χρησιμοποιηθεί

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων πορσελάνινο πιάτο (όχι πλαστικό) και γυάλινο ποτήρι χωρίς εξογκώματα, ώστε να επιτευχθεί η καλύτερη δυνατή εφαρμογή. 2. Το οξυγόνο καταναλώνεται. Μήπως δημιουργείται κάποιο άλλο αέριο ώστε να αναπληρώσει το οξυγόνο και να μην ανέβει η στάθμη του νερού; Όντως, κατά την καύση δημιουργείται διοξείδιο του άνθρακα. Το διοξείδιο του άνθρακα όμως είναι πολύ ευδιάλυτο στο νερό (θυμήσου τις φυσαλίδες στα ανθρακούχα αναψυκτικά). Έτσι διαλύεται στο νερό και δεν μπορεί να αναπληρώσει το οξυγόνο που καταναλώθηκε. 2. ΟΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΑΕΡΑ 2.1 Ο αέρας καταλαμβάνει όγκο. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 3η: Υλικά: λεκάνη με νερό, ποτήρι, χαρτί κουζίνας 1ο Βήμα: Πρόβλεψη - Τι θα συμβεί αν βυθίσουμε κατακόρυφα στη λεκάνη με το νερό ένα ποτήρι με τα χείλη του προς τα κάτω, το οποίο έχει στον πυθμένα του σφηνωμένη μια μπάλα χαρτιού; Θα βραχεί η μπάλα του χαρτιού; - Πώς το εξηγείτε και γιατί; Οι περισσότερες/οι φοιτήτριες/ές πρόβλεψαν σωστά ότι η μπάλα του χαρτιού δεν θα βραχεί. 2ο Βήμα: Εκτέλεση Πειράματος - Τσαλακώστε το χαρτί σε σχήμα μπάλας και τοποθετείστε το στον πυθμένα του ποτηριού. Βυθίστε κατακόρυφα το ποτήρι πιέζοντας το στο νερό, με τα χείλη προς τα κάτω για να μη εκτραπεί. Επαναλάβετε το πείραμα αν είναι απαραίτητο και κάντε τις παρατηρήσεις σας. 3ο Βήμα: Παρατήρηση του φαινομένου - Περιγράψτε τις παρατηρήσεις σας για το φαινόμενο α) Τι παρατηρείτε σχετικά με τη στάθμη του νερού μέσα και έξω από το ποτήρι; Η στάθμη του νερού τόσο μέσα όσο και έξω από το ποτήρι ανέβηκε. 4

1 ο Εργαστήριο Ο Ατμοσφαιρικός Αέρας β) Βγάλτε το ποτήρι από το νερό και ελέγξτε το χαρτί. Έχει βραχεί; Το χαρτί μέσα στο ποτήρι δεν βράχηκε. 4ο Βήμα: Ερμηνεία του φαινομένου - Προσπαθήστε να ερμηνεύσετε τις παρατηρήσεις σας: Το ποτήρι περιέχει αέρα. Καθώς εισέρχεται κατακόρυφα και ανάποδα, μέσα στην λεκάνη με το νερό, το νερό συμπιέζει μερικώς τον αέρα, αλλά δεν είναι δυνατόν να τον συμπιέσει τελείως ούτε φυσικά να τον εκτοπίσει από το εσωτερικό του ποτηριού. Ως αποτέλεσμα, η στάθμη του νερού μέσα στο ποτήρι ανεβαίνει, αλλά η άνοδος αυτή είναι ελάχιστη. Αν το χαρτί είναι καλά στερεωμένο στον πάτο του ποτηριού, δεν θα βραχεί. Η δραστηριότητα δεν μπορεί να θεωρηθεί επιτυχημένη, σε περίπτωση που το ποτήρι γείρει λίγο. Σε αυτήν την περίπτωση, θα παρατηρήσετε φυσαλίδες αέρα να βγαίνουν έξω από το ποτήρι. Αν βγει αρκετός αέρας, τότε μπορεί το νερό που θα εισέλθει να βρέξει το χαρτί. Επίσης, η στάθμη του νερού θα ανέβει και έξω από το ποτήρι, επειδή μέσα στη λεκάνη βυθίζονται σώματα (ποτήρι, χέρι) που οι όγκοι τους εκτοπίζουν το νερό.

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 2.2. Ο αέρας συμπιέζεται. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 4η: Υλικά: πλαστική σύριγγα εργαστηρίου 1ο Βήμα: Εκτέλεση Πειράματος - Πάρτε την πλαστική σύριγγα, ενεργήστε σύμφωνα με την προτεινόμενη διαδικασία και παράλληλα περιγράψτε τις παρατηρήσεις σας. Τραβήξτε το έμβολο της σύριγγας προς τα έξω και σε όλη τη διαδρομή. Κλείστε μετά σταθερά το στόμιό της με το δάχτυλό σας. Τώρα πιέστε το έμβολο της σύριγγας προς τα μέσα κρατώντας κλειστό το στόμιό της. - Τι παρατηρείτε να συμβαίνει σ αυτή φάση; Περιγράψτε την παρατήρησή σας. Το έμβολο της σύριγγας συμπιέζει τον αέρα, του οποίου ο όγκος μικραίνει αλλά δεν μηδενίζεται. Τώρα αφήστε ελεύθερο το έμβολο της σύριγγας. - Τι παρατηρείτε να συμβαίνει σ αυτή φάση; Περιγράψτε την παρατήρησή σας. Το έμβολο της σύριγγας επανέρχεται στην αρχική του θέση. Ο συμπιεσμένος αέρας εκτοπίζει το έμβολο και καταλαμβάνει τον αρχικό του όγκο. 6

2.3. Ο αέρας διαστέλλεται. 1 ο Εργαστήριο Ο Ατμοσφαιρικός Αέρας ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 5η: Υλικά: γυάλινο μπουκάλι, μπαλόνι, δοχείο ζέσης, ζεστό νερό 1ο Βήμα: Πρόβλεψη - Στο υλικά του έργου που προτείνεται υπάρχει ένα άδειο μπουκάλι. α) Τι περιέχει ένα άδειο μπουκάλι; Οι περισσότερες/οι φοιτήτριες/ές πρόβλεψαν σωστά ότι το άδειο μπουκάλι περιέχει αέρα. β) Τι θα συμβεί στις διαστάσεις ενός αερίου όταν το θερμάνω; Οι περισσότερες/οι φοιτήτριες/ές πρόβλεψαν σωστά ότι ο αέρας διαστέλλεται, δηλ. αυξάνει τον όγκο του. 2ο Βήμα: Εκτέλεση Πειράματος - Προσαρμόστε ένα μπαλόνι στο λαιμό ενός μπουκαλιού, αφού πρώτα φυσήξετε αέρα μέσα στο μπαλόνι και στη συνέχεια τον αφήσετε να βγει έξω. Έτσι το μπαλόνι αποκτά ελαστικότητα. Τοποθετείστε προσεκτικά το μπουκάλι μέσα στο δοχείο με το ζεστό νερό. 3ο Βήμα: Παρατήρηση του φαινόμενου - Περιγράψτε τις παρατηρήσεις σας για το φαινόμενο. Το μπαλόνι σιγά - σιγά φουσκώνει. 4ο Βήμα: Ερμηνεία του φαινομένου Προσπαθήστε να ερμηνεύσετε τις παρατηρήσεις σας. Ο αέρας μέσα στο μπαλόνι ζεσταίνεται και έτσι αυξάνεται ο όγκος του, φουσκώνοντας το μπαλόνι.

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 2.4. Ο αέρας έχει πίεση. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 6η: Υλικά: χωνί, γυάλινο μπουκάλι, πλαστελίνη, καλαμάκι, νερό (πλαστικό ποτήρι) 1ο Βήμα: Εκτέλεση Πειράματος α) Τοποθετήστε το χωνί στο στόμιο του μπουκαλιού και ρίξτε μια ποσότητα νερού. - Τι παρατηρείτε να συμβαίνει σ αυτή φάση; Περιγράψτε την παρατήρησή σας. Το νερό διέρχεται κανονικά από το χωνί και χύνεται στο μπουκάλι. β) Σφραγίστε τώρα το κενό που υπάρχει ανάμεσα στο στόμιο του μπουκαλιού και στο σωληνωτό του χωνιού, εφαρμόζοντας γύρω του πλαστελίνη. Στη συνέχεια προσπαθήστε να γεμίσετε το μπουκάλι με νερό, ρίχνοντας απότομα και με προσοχή, μια ποσότητα νερού. - Τι παρατηρείτε να συμβαίνει σ αυτή φάση; Περιγράψτε την παρατήρησή σας. Αρχικά, μικρή ποσότητα νερού διέρχεται από το χωνί. Στη συνέχεια όμως, το υπόλοιπο νερό δυσκολεύεται να περάσει και έτσι «φρακάρει». γ) Πάρτε τώρα το καλαμάκι κι αφού κλείστε/σφραγίστε με το δείκτη του χεριού σας ή κλείστε πιέζοντας με το δείκτη και τον αντίχειρα το πάνω άκρο του (στόμιο), περάστε το κατακόρυφα μέσα από το χωνί, ώστε η μια του άκρη να είναι μέσα στο μπουκάλι και η άλλη στην ατμόσφαιρα. Κατόπιν απομακρύνετε τον αντίχειρα ή το δείκτη σας από το καλαμάκι, ελευθερώνοντας το στόμιό του. - Τι παρατηρείτε να συμβαίνει σ αυτή φάση; Περιγράψτε την παρατήρησή σας. Νερό αναπηδά από το καλαμάκι προς τα έξω ενώ το νερό που ήταν στάσιμο στο χωνί χύνεται με ευκολία μέσα στο μπουκάλι. 8

1 ο Εργαστήριο Ο Ατμοσφαιρικός Αέρας 2ο Βήμα: Ερμηνεία του φαινόμενου - Προσπαθήστε να ερμηνεύσετε τις παρατηρήσεις σας για το φαινόμενο και στις τρεις φάσεις του. Τα χωνιά έχουν κάποιες προεξοχές στο λαιμό τους. Αυτό επιτρέπει στο υγρό που χύνεται από το στόμιο του χωνιού, να εκτοπίζει τον αέρα που βρίσκεται μέσα στο μπουκάλι. Ο αέρας έτσι βγαίνει έξω από το μπουκάλι, εκμεταλλευόμενος τον χώρο που αφήνουν οι προεξοχές του λαιμού του χωνιού ανάμεσα στο χωνί και το μπουκάλι. Άμα φραχθεί ερμητικά αυτός ο χώρος (πχ. με πλαστελίνη), θα εισέλθει λίγη ποσότητα νερού, όσο είναι δυνατόν να συμπιέσει τον αέρα που βρίσκεται μέσα στο μπουκάλι. Στη συνέχεια, δεν θα μπορεί να χυθεί άλλο νερό και θα παραμείνει στάσιμο μέσα στο χωνί. Με το καλαμάκι δίνεται διέξοδος στον εγκλωβισμένο, μέσα στο μπουκάλι, αέρα να βγει έξω. Έτσι δημιουργείται χώρος για το νερό, που τώρα θα χυθεί. Στην αρχή μια μικρή ποσότητα νερού πετάγεται έξω από το καλαμάκι. Αυτό το νερό μπήκε μέσα στο καλαμάκι όταν το καλαμάκι βυθιζόταν στο νερό του χωνιού για να το διαπεράσει και να φτάσει μέσα στο μπουκάλι. Καθώς ο αέρας έβγαινε από το καλαμάκι, συμπαρέσυρε και αυτήν τη μικρή ποσότητα νερού, δημιουργώντας τον πίδακα που παρατηρήθηκε.

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 3. ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ 3.1 Εναλλακτικές ιδέες νηπίων και μικρών μαθητών για τον ατμοσφαιρικό αέρα Πολλά νήπια και μικροί μαθητές δυσκολεύονται να κατανοήσουν την υλική υπόσταση του αέρα, όπως για παράδειγμα ότι ο αέρας έχει βάρος, αντίθετα μάλιστα θεωρούν ότι έχει αρνητικό βάρος ή και καθόλου. Δυσκολεύονται επίσης να κατανοήσουν ότι ο αέρας καταλαμβάνει όγκο και ότι τα αέρια γενικά καταλαμβάνουν όλο το χώρο, καθώς θεωρούν ότι συγκεντρώνονται σε ορισμένους χώρους, όπως τα υγρά. Δεν διαφοροποιούν το βάρος από τον όγκο και χρησιμοποιούν το εμφανές μέγεθος του δοχείου για να εκτιμήσουν το βάρος του περιεχόμενου αέρα. Ακόμη θεωρούν ότι μόνο ο άνεμος έχει πίεση και όχι ο ακίνητος αέρας, καθώς επίσης δυσκολεύονται να συσχετίσουν την πίεση στο εσωτερικό μιας μπάλας με την ατμοσφαιρική. Για περισσότερες λεπτομέρειες δες και Driver κλπ: Οικο-δομώντας τις έννοιες των Φυσικών Επιστημών, εκδ. Τυπωθήτω, σελ. 197 3.2 Επιλογή πειραμάτων για εφαρμογή στο Νηπιαγωγείο. Στο εργαστηριακό μάθημα που μόλις ολοκληρώθηκε εκτελέσατε μια σειρά απλών πειραμάτων που αφορούν στην ύπαρξη, τις ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά του ατμοσφαιρικού αέρα 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. 1.1 Που υπάρχει ο αέρας από τα ίδια τα νήπια 1.2 Ο αέρας περιέχει οξυγόνο από την Νηπιαγωγό Θέματα ασφάλειας (αναμμένο κερί) 2.1 Ο αέρας καταλαμβάνει όγκο από τα ίδια τα νήπια 2.2 Ο αέρας συμπιέζεται από τα ίδια τα νήπια 2.3 Ο αέρας διαστέλλεται από την Νηπιαγωγό Θέματα ασφάλειας (ζεστό νερό) 2.4 Ο αέρας έχει πίεση από την Νηπιαγωγό Πολυπλοκότητα (καλή εφαρμογή πλαστελίνης) 10

2 ο Εργαστήριο Άνωση - Πλεύση - Βύθιση ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 2 ΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «ΑΝΩΣΗ ΠΛΕΥΣΗ - ΒΥΘΙΣΗ» 1. ΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΑΝΩΣΗ 2. ΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΠΛΕΥΣΗ ΒΥΘΙΣΗ 2.1. Η επίδραση του βάρους. 2.2. Η επίδραση του σχήματος. 2.3. Η επίδραση της κοιλότητας. 3. Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ - 1 -

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων «ΑΝΩΣΗ - ΠΛΕΥΣΗ ΒΥΘΙΣΗ» 1. ΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΑΝΩΣΗ 1.1. Η επίδραση της πυκνότητας στην τιμή της άνωσης ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1 η : Υλικά: ποτήρι, αυγό, αλάτι, νερό, κουτάλι 1 ο Βήμα: Πρόβλεψη - Τι θα συμβεί αν βάλω (προσεκτικά για να μη σπάσει) ένα φρέσκο αυγό σε ένα ποτήρι με νερό; Θα πάει στον πάτο, στην επιφάνεια ή θα επιπλεύσει; Οι περισσότερες/οι φοιτήτριες/ές (εκτός από 1-2 ομάδες που θεώρησαν ότι το αυγό θα επιπλεύσει) πρόβλεψαν, σωστά, ότι το φρέσκο αυγό θα πάει στον πάτο του ποτηριού. α) Πώς το εξηγείτε; Οι περισσότερες/οι φοιτήτριες/ές ανήγαγαν το παρατηρούμενο φαινόμενο σε σύγκριση πυκνοτήτων. Θεώρησαν ότι το αυγό είναι πυκνότερο από το νερό. Κάποιες ομάδες έδωσαν εξήγηση με τη χρήση ορολογίας δυνάμεων: το βάρος του αυγού είναι μεγαλύτερο από την άνωση που δέχεται από το νερό. β) Αν θεωρείτε ότι θα μείνει στον πυθμένα, πώς μπορείτε να το κάνετε να επιπλεύσει; Οι περισσότερες/οι φοιτήτριες/ές (ίσως παρατηρώντας το αλάτι που υπήρχε πάνω στον εργαστηριακό πάγκο) πρότειναν τη δημιουργία αλατόνερου. Κάποιες ομάδες πρότειναν το βράσιμο του αυγού: σωστή ενέργεια, αλλά με επέμβαση στο βάρος του αυγού (φεύγει ο εγκλωβισμένος αέρας από τους πόρους του τσοφλιού). Το ζητούμενο είναι να μην αλλάξει κάτι στο βυθιζόμενο σώμα (εδώ αυγό). 2 ο Βήμα: Εκτέλεση Πειράματος - Βάλτε προσεκτικά, με τη βοήθεια ενός κουταλιού, ένα αυγό σε ένα ποτήρι με νερό. Παρατηρείστε σε ποια θέση βρίσκεται. Προσθέσετε στη συνέχεια μια κουταλιά αλάτι και ανακατέψτε προσεκτικά. Παρατηρείστε τη νέα θέση ισορροπίας του αυγού. - Επαναλάβετε το πείραμα προσθέτοντας 2 3 ακόμη κουταλιές. Καταγράψτε παρακάτω τις παρατηρήσεις σας. - 2 -

2 ο Εργαστήριο Άνωση - Πλεύση - Βύθιση 3 ο Βήμα: Παρατήρηση και απεικόνιση του φαινόμενου - Περιγράψτε και σχεδιάστε το φαινόμενο σε τρεις διαφορετικές φάσεις (A, B, Γ): Το αυγό στην αρχή ισορροπεί στον πάτο του ποτηριού με το νερό. Καθώς προσθέτουμε αλάτι και ανακατεύουμε δημιουργούμε διάλυμα αλατόνερου και παρατηρούμε το αυγό να ανεβαίνει προς την επιφάνεια του νερού. 4 ο Βήμα: Ερμηνεία του φαινομένου - Προσπαθήστε να ερμηνεύστε το φαινόμενο στηριζόμενες/νοι στην αρχή της πλεύσης - βύθισης και στους παράγοντες που επηρεάζουν την άνωση. Η συνεχής προσθήκη αλατιού μεγαλώνει την πυκνότητα του διαλύματος, με αποτέλεσμα να μεγαλώνει η άνωση που ασκείται στο αυγό. Έτσι, ενώ η άνωση στην αρχή ήταν μικρότερη του βάρους του αυγού με αποτέλεσμα αυτό να παραμένει στον πάτο του ποτηριού, με την προσθήκη αλατιού γίνεται μεγαλύτερη και ανεβαίνει στην επιφάνεια του νερού. Παρόμοια ερμηνεύσιμο φαινόμενο: Κολυμπάμε πιο εύκολα στη θάλασσα απ ότι στο γλυκό νερό της λίμνης ή μιας πισίνας. Ακόμα δε πιο εύκολα, στην Νεκρά Θάλασσα, τη λίμνη με τη μεγαλύτερη αλατότητα στον πλανήτη. - 3 -

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 2. ΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΗΝ ΠΛΕΥΣΗ ΒΥΘΙΣΗ 2.1. Η επίδραση του βάρους στην πλεύση βύθιση των σωμάτων. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2 η : 1 ο Βήμα: Πρόβλεψη - Βυθίζουμε ένα αντικείμενο μέσα σε νερό. Μια συμφοιτήτριά σας ισχυρίζεται ότι «το βάρος του αντικειμένου επηρεάζει την πλεύση ή τη βύθισή του, δηλαδή ότι τα πιο βαριά αντικείμενα βυθίζονται και τα πιο ελαφριά επιπλέουν». Πραγματοποιήσαμε ένα πείραμα που περιλαμβάνει τις παρακάτω πέντε διαφορετικές δοκιμές. Τα αποτελέσματα των δοκιμών φαίνονται επίσης παρακάτω. Μεταβλητή Δοκιμή 1 Δοκιμή 2 Δοκιμή 3 Δοκιμή 4 Δοκιμή 5 Βάρος 10 g 20 g 10 g 20 g 20 g Είδος υλικού ξύλο μάρμαρο ξύλο ξύλο μάρμαρο Είδος υγρού νερό αλατόνερο αλατόνερο νερό νερό Αποτέλεσμα πλεύση βύθιση πλεύση πλεύση βύθιση Μπορούμε με αυτό το πείραμα να βγάλουμε συμπέρασμα εάν η συμφοιτήτριά σας έχει δίκιο; Εάν ναι, τότε ποιες δοκιμές μπορούμε να συγκρίνουμε για να καταλήξουμε σε ασφαλές συμπέρασμα; Για να βγάλουμε ασφαλές συμπέρασμα μπορούμε να συγκρίνουμε την δοκιμή 1 με την δοκιμή 4, διότι μεταξύ των δύο αυτών δοκιμών: α) αλλάζει η μεταβλητή που θέλουμε να ελέγξουμε (βάρος), και β) όλες οι υπόλοιπες μεταβλητές παραμένουν σταθερές. Μπορείτε να εξηγήσετε γιατί αποκλείετε τις υπόλοιπες συγκρίσεις δοκιμών; Αποκλείουμε τις υπόλοιπες συγκρίσεις δοκιμών, διότι σε αυτές είτε αλλάζει μία μεταβλητή αλλά διαφορετική από αυτήν που θέλουμε να ελέγξουμε (π.χ. σύγκριση Δοκιμών 1 και 3), είτε αλλάζουν περισσότερες από μία μεταβλητές (π.χ. σύγκριση Δοκιμών 1 και 2). 2 ο Βήμα: Εκτέλεση Πειράματος Υλικά: λεκάνη με νερό, κύβος σιδήρου μεγάλος - κύβος σιδήρου μικρός, κύβος ξύλου μεγάλος - κύβος ξύλου μικρός - Χρησιμοποιήστε τα προτεινόμενα υλικά: μικρό και μεγάλο κύβο σιδήρου - μικρό και μεγάλο κύβο ξύλου, που είναι ζεύγη δύο υλικών σωμάτων διαφορετικού βάρους (ελαφρύ. βαρύ), ίδιας ουσίας για το ίδιο ζεύγος και δοκιμάστε την πλεύση ή τη βύθισής τους. - 4 -

2 ο Εργαστήριο Άνωση - Πλεύση - Βύθιση - Περιγράψτε τις παρατηρήσεις σας. Και τα δυο μεγέθη του σιδήρου (ελαφρύ, βαρύ) βυθίζονται. Και τα δυο μεγέθη του ξύλου (ελαφρύ, βαρύ) επιπλέουν. - Ποιο είναι το συμπέρασμα και πώς καταλήξατε σε αυτό; Η πλεύση βύθιση δεν επηρεάζεται από το βάρος. Καταλήξαμε σε αυτό το συμπέρασμα συγκρίνοντας π.χ. τα αποτελέσματα στο πείραμα με τα δύο αντικείμενα από σίδηρο (ελαφρύ, βαρύ) και είδα ότι και στις δύο περιπτώσεις τα αντικείμενα βυθίζονται. 2.2. Η επίδραση του σχήματος στην πλεύση βύθιση των ομογενών σωμάτων. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 3 η : 1 ο Βήμα: Πρόβλεψη - Βυθίζουμε ένα ομογενές αντικείμενο μέσα σε νερό. Μια συμφοιτήτριά σου ισχυρίζεται ότι «το σχήμα του αντικειμένου επηρεάζει την πλεύση ή τη βύθισή του, δηλαδή ότι εάν το σχήμα του είναι σαν λουκάνικο βυθίζεται ενώ εάν είναι σαν σφαίρα επιπλέει». Χρησιμοποιώντας αντικείμενα από φελιζόλ και από σίδερο σε σχήμα σφαίρας και λουκάνικου, πραγματοποιήσαμε τις παρακάτω τέσσερις συγκρίσεις: Μεταβλητή Σύγκριση 1 Σύγκριση 2 Σύγκριση 3 Σύγκριση 4 Βάρος 10 g 10 g 10 g 10 g 10 g 100 g 10 g 10 g Είδος υλικού φελιζόλ σίδερο φελιζόλ φελιζόλ φελιζόλ σίδερο φελιζόλ σίδερο Σχήμα αντικ. σφαίρα σφαίρα σφαίρα λουκάνικο σφαίρα λουκάνικο σφαίρα λουκάνικο Με ποια από αυτές μπορείς να συμπεράνεις εάν η συμφοιτήτριά σου έχει δίκιο; Γιατί; Η σύγκριση με την οποία μπορούμε να βγάλουμε ασφαλές συμπέρασμα είναι η Σύγκριση 2, διότι μεταξύ των δύο δοκιμών που κάνουμε σε αυτήν την σύγκριση : α) αλλάζει η μεταβλητή που θέλουμε να ελέγξουμε (σχήμα), και β) όλες οι υπόλοιπες μεταβλητές παραμένουν σταθερές. Μπορείς να εξηγήσεις γιατί αποκλείεις τις υπόλοιπες συγκρίσεις; Αποκλείουμε τις υπόλοιπες συγκρίσεις, διότι σε αυτές είτε αλλάζει μία μεταβλητή αλλά διαφορετική από αυτήν που θέλουμε να ελέγξουμε (π.χ. στην Σύγκριση 1 αλλάζει η μεταβλητή «είδος υλικού»), είτε αλλάζουν περισσότερες από μία μεταβλητές, (π.χ. στην Σύγκριση 3 αλλάζουν και οι τρεις μεταβλητές, ενώ στην Σύγκριση 4 αλλάζει μεν το «σχήμα αντικειμένου», το οποίο θέλουμε να ελέγξουμε, αλλάζει όμως και το «είδος του υλικού»). - 5 -

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 2 ο Βήμα: Εκτέλεση πειράματος Υλικά: λεκάνη με νερό, σίδηρος σε σχήμα σφαίρας και σε σχήμα λουκάνικου (ίδιου βάρους), φελιζόλ σε σχήμα κύβου και σε σχήμα ράβδου (ίδιου βάρους) Χρησιμοποιήστε τα προτεινόμενα ζεύγη υλικών, σίδηρος σε σχήμα σφαίρας λουκάνικου και φελιζόλ σε σχήμα κύβου - λουκάνικου, υλικά σώματα της ίδιας ουσίας ανά ζεύγος σε διαφορετικά σχήματα στο ίδιο ζεύγος και δοκιμάστε την πλεύση ή τη βύθισής τους. - Περιγράψτε τις παρατηρήσεις σας. Και τα δυο σχήματα του σιδήρου βυθίζονται. Και τα δυο σχήματα του φελιζόλ επιπλέουν. - Ποιο είναι το συμπέρασμα και πώς καταλήξατε σε αυτό; Η πλεύση βύθιση δεν επηρεάζεται από το σχήμα του συμπαγούς αντικειμένου. Καταλήξαμε σε αυτό το συμπέρασμα συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των παραπάνω δοκιμών (π.χ. τα δύο υλικά από φελιζόλ επιπλέουν είτε το σχήμα είναι κύβος είτε λουκάνικο). 2.3. Η επίδραση της κοιλότητας στην πλεύση βύθιση ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 4 η : Υλικά: λεκάνη με νερό, πλαστελίνη, φύλλο αλουμινόχαρτου 1 ο Βήμα: Ερώτηση - Θεωρείστε ότι έχετε ένα υλικό σώμα που βυθίζεται, δηλαδή που έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το υγρό. - Μπορείτε να μετατρέψετε ή να τροποποιήσετε αυτό το υλικό σώμα ώστε να επιπλέει, δηλαδή να το μετατρέψετε σε σώμα που θα αποκτήσει πυκνότητα μικρότερη του νερού; Διατυπώστε την πρότασή σας σχετικά με τον τρόπο που θα κάνετε αυτό το υλικό σώμα να επιπλέει: Οι περισσότερες/οι φοιτήτριες/ές εύκολα διατύπωσαν την άποψη ότι πρέπει να διαμορφώσουν την πλαστελίνη σε σχήμα βάρκας. Να δημιουργήσουν δηλ. κοιλότητα η οποία θα προσδώσει στο σώμα μεγαλύτερο όγκο χωρίς να επηρεαστεί σημαντικά το βάρος του. - 6 -

2 ο Εργαστήριο Άνωση - Πλεύση - Βύθιση 2 ο Βήμα: Εκτέλεση πειράματος - Χρησιμοποιήστε τα προτεινόμενα υλικά, την πλαστελίνη και το αλουμινόχαρτο ώστε να δείξετε με ποιο τρόπο υλοποιούνται οι προτάσεις σας. Θυμηθείτε ότι μια σιδερένια σφαίρα βυθίζεται, ενώ ένα σιδερένιο καράβι επιπλέει. -Περιγράψτε αναλυτικά τη διαδικασία και τις ενέργειές σας που θα φανερώνουν την μετατροπή του σώματος που βυθίζεται σε ένα που επιπλέει και αντίστροφα. Προσπαθούμε να δημιουργήσουμε κοιλότητα στα υλικά (πχ. να δώσουμε σχήμα βάρκας), ώστε να μην βυθιστούν. 3 ο Βήμα: Ερμηνεία του φαινομένου - Προσπαθήστε να ερμηνεύστε το φαινόμενο στηριζόμενοι/νες στην αρχή της πλεύσης βύθισης, που λέει ότι, τα σώματα μεγαλύτερης πυκνότητας από το υγρό βυθίζονται σ αυτό και σώματα μικρότερης πυκνότητας από αυτό επιπλέουν. Καθώς δημιουργούμε κοιλότητα στα υλικά, ελαττώνουμε την μέση πυκνότητα των υλικών. Όταν αυτή θα γίνει μικρότερη από την πυκνότητα του νερού που το περιβάλλει, τότε τα υλικά θα επιπλέουν. Δηλαδή, η πλεύση ή η βύθιση ενός αντικειμένου μπορεί να προβλεφθεί συγκρίνοντας την πυκνότητα του αντικειμένου αυτού με την πυκνότητα του υγρού. Γι αυτό η μικρή πετρούλα βυθίζεται (συμπαγές σώμα, άρα μικρό βάρος αλλά και μικρός όγκος) και το τεράστιο καράβι επιπλέει (σώμα με κοιλότητες, άρα πολύ μεγάλο βάρος αλλά και πολύ μεγάλος όγκος). - 7 -

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 3. Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ Υλικά: 1 η ομάδα υλικών: Τέσσερα (4) συμπαγή κυλινδρικά μέταλλα ίσου όγκου (Αλουμίνιο, χαλκός, σίδηρος, μπρούντζος) 2 η ομάδα υλικών: έξι (6) συμπαγή κυλινδρικά μέταλλα ίσου βάρους: αλουμινίου, χαλκού, σιδήρου, ψευδαργύρου, μπρούντζου και μολύβδου. ένας (1) ζυγός με τάσια (πλαστικός νηπ/γείου) ένας (1) ζυγός ηλεκτρονικός ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 5 η : 1 ο Βήμα: Περιγραφή έργου - Έχετε δυο ομάδες υλικών σωμάτων που αποτελούνται από γεωμετρικά στερεά όπως δίνονται ανά ομάδα, τα οποία αναγνωρίζονται και διακρίνονται με βάση τα εμφανώς διακριτά χαρακτηριστικά τους. - Με τη βοήθεια του πλαστικού αναλογικού ζυγού θα συγκρίνετε τα βάρη τεσσάρων κυλίνδρων ίσων όγκων. - Με τη βοήθεια του ηλεκτρονικού ζυγού θα ζυγίστε τους τέσσερις κυλίνδρους. 2 ο Βήμα: Εκτέλεση πειράματος Για την ομάδα υλικών σωμάτων ίσου όγκου: α) Συγκρίνετε (εκτιμήστε) τα βάρη των κυλίνδρων ίσων όγκων, με τις αισθήσεις σας. Βάρος κυλίνδρου χαλκού > Βάρος κυλίνδρου μπρούντζου > Βάρος κυλίνδρου σιδήρου > Βάρος κυλίνδρου αλουμινίου β) Συγκρίνετε τα βάρη, με τη βοήθεια του πλαστικού ζυγού. Βάρος κυλίνδρου χαλκού > Βάρος κυλίνδρου μπρούντζου > Βάρος κυλίνδρου σιδήρου > Βάρος κυλίνδρου αλουμινίου γ) Ζυγίστε τα βάρη των κυλίνδρων ίσων όγκων, στον ηλεκτρονικό ζυγό. Καταγράψτε τα αποτελέσματά σας. Βάρος κυλίνδρου χαλκού = 89 gr Βάρος κυλίνδρου μπρούντζου = 85 gr Βάρος κυλίνδρου σιδήρου = 79 gr κυλίνδρου αλουμινίου = 27 gr δ) Ποια η διαφορά των δυο τρόπων ζύγισης; Δηλ. με διαφορετικό είδος ζυγού; Όλες/οι οι φοιτήτριες/ές συμφωνούν ότι με τη βοήθεια του πλαστικού ζυγού - 8 -

2 ο Εργαστήριο Άνωση - Πλεύση - Βύθιση συγκρίνουν ενώ με τον ηλεκτρονικό ζυγό ζυγίζουν (μετρούν). Για την ομάδα υλικών σωμάτων ίσων βαρών: α) Συγκρίνετε τους όγκους των κυλίνδρων ίσων βαρών, χρησιμοποιώντας τις αισθήσεις σας. Όγκος κυλίνδρου αλουμινίου > Όγκος κυλίνδρου ψευδαργύρου > Όγκος κυλίνδρου σιδήρου > Όγκος κυλίνδρου μπρούντζου > Όγκος κυλίνδρου χαλκού > Όγκος κυλίνδρου μολύβδου 3 ο Βήμα: Αποτελέσματα Συμπεράσματα - Γνωρίζετε ότι η πυκνότητα ορίζεται ως μάζα / όγκο: d = m/v. Με βάση τις μετρήσεις ή και συγκρίσεις των μεγεθών και τον τύπο της πυκνότητας, να συγκρίνεται την πυκνότητα των 4 υλικών της 1 ης ομάδας. Το ίδιο και για τη 2 η ομάδα. α) 1 η ομάδα υλικών: Ίδιος όγκος αλλά διαφορετική μάζα. Άρα στη σχέση d = m/v η πυκνότητα μεγαλώνει καθώς μεγαλώνει η μάζα (παρονομαστής σταθερός). Δηλαδή: d χαλκού > d μπρούντζου > d σιδήρου > d αλουμινίου β) 2 η ομάδα υλικών: Ίδια μάζα αλλά διαφορετικός όγκος. Άρα στη σχέση d = m/v η πυκνότητα μεγαλώνει καθώς μικραίνει ο όγκος (αριθμητής σταθερός, μεταβάλλεται ο παρονομαστής). Δηλαδή: d μολύβδου > d χαλκού > d μπρούντζου > d σιδήρου > d ψευδάργυρου > d αλουμινίου - 9 -

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 4. ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ 4.1 Εναλλακτικές ιδέες μαθητών για την άνωση Πολλοί μαθητές δεν αναγνωρίζουν τους παράγοντες που επηρεάζουν την άνωση. Αν κάποιοι από αυτούς γνωρίζουν τον σχετικό τύπο, δεν μπορούν να τον εφαρμόσουν στην πρόβλεψη και ερμηνεία σχετικών φαινομένων. Όταν συγκρίνουν ανώσεις σωμάτων μερικά βυθισμένα σε υγρό θεωρούν ότι μεγαλύτερη άνωση δέχεται αυτό που εξέχει περισσότερο από το υγρό. Μια συνηθισμένη εξήγηση είναι: «γιατί είναι πιο πάνω η άνωση το αναγκάζει» Επίσης τα περισσότερα νήπια και οι μικροί μαθητές θεωρούν ότι τα βαριά σώματα βυθίζονται και τα ελαφριά επιπλέουν, παρόλο που η εμπειρία τους στη θάλασσα τους δείχνει ότι ένα καράβι ή μια βάρκα (βαρύ σώμα) επιπλέει ενώ μια πετρούλα (πιο ελαφριά σίγουρα από το καράβι ή την βάρκα) βυθίζεται. Επίσης τα περισσότερα νήπια και οι μικροί μαθητές θεωρούν ότι και το σχήμα που έχει κάποιο σώμα επηρεάζει την πλεύση του σώματος. Για περισσότερες λεπτομέρειες δες και Driver κλπ: Οικο-δομώντας τις έννοιες των Φυσικών Επιστημών, εκδ. Τυπωθήτω, σελ. 188 4.2 Επιλογή πειραμάτων για εφαρμογή στο Νηπιαγωγείο. Στο εργαστηριακό μάθημα που μόλις ολοκληρώθηκε εκτελέσατε μια σειρά απλών πειραμάτων που αφορούν τις έννοιες του βάρους, του όγκου και της πυκνότητας 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 των. 1. Παράγοντες που επηρεάζουν από την Νηπιαγωγό την άνωση 2. Παράγοντες που επηρεάζουν την πλεύση - βύθιση 2.1. Η επίδραση του βάρους από τα ίδια τα νήπια 2.2. Η επίδραση του σχήματος από τα ίδια τα νήπια 2.3. Η επίδραση της κοιλότητας από τα ίδια τα νήπια 3. Η επίδραση της πυκνότητας από τα ίδια τα νήπια Θέματα ασφάλειας (σπάσιμο αυγού) Η ύπαρξη του νερού, σχεδόν σίγουρα θα επιφέρει βρεξίματα. Παρόλ αυτά η εμπλοκή των νηπίων με τις δραστηριότητες είναι καταλυτική. - 10 -

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-

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-

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 και πώς καταλήξατε σε αυτό: Η έλξη των αντικειμένων εξακολουθεί, έστω και ασθενέστερη, ακόμα και αν παρεμβληθεί ανάμεσα σε αυτά και στον μαγνήτη άλλο υλικό (χαρτί, ξύλο κλπ) ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 3η. Υλικά: 1 μαγνήτης, πυξίδα, συνδετήρες. Επηρεάζεται η ισχύς του μαγνήτη (του πόσο δυνατά δηλ. έλκει) από την απόσταση; Πώς θα το διερευνήσετε; Σχεδιάστε ένα πείραμα να το διερευνήσετε. Προτεινόμενα υλικά: μαγνήτης, πυξίδα, συνδετήρες. 1ο βήμα: Σχεδιασμός πειράματος 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 και πώς καταλήξατε σε αυτό: Η ελκτική δύναμη ενός μαγνήτη ελαττώνεται με την απόσταση. -3-

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 3. ΕΙΔΗ ΜΑΓΝΗΤΩΝ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 4η. Υλικά: διάφορα είδη μαγνητών: ραβδόμορφος, πεταλοειδής, δακτυλιοειδής, συνδετήρες και ηλεκτρονικός ζυγός. 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, προτείνετε μια αλλαγή ώστε να μπορούμε να βγάλουμε ασφαλές συμπέρασμα) 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; 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». -4-

3ο Εργαστήριο Μαγνητισμός 3ο βήμα: Συμπέρασμα Τι συμπεραίνετε; Γιατί; Η ισχύς ενός μαγνήτη δεν εξαρτάται από το μέγεθός του. Στο πείραμα 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. -5-

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 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. -6-

3ο Εργαστήριο Μαγνητισμός 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 -7-

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 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. -8-

3ο Εργαστήριο Μαγνητισμός 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. 233 5.2 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 -9- Προσοχή στο βάρος των μεγάλων δακτυλιοειδών μαγνητών και Ακριβής ζύγιση Πολυπλοκότητα (ακριβής ζύγιση)

4ο Εργαστήριο Ηλεκτρισμός ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 4 ΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ» 1. ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ 2. ΑΓΩΓΟΙ ΜΟΝΩΤΕΣ 3. ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ 4. Ο ΡΟΛΟΣ ΤΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ ΣΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ - 1 -

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 1. ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 1 η. Υλικά: πλαστικό καλαμάκι, χαρτάκια, κομματάκια αλουμινόχαρτου, μάλλινο ύφασμα, πλαστική σακούλα. 1 ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας Κόψτε μερικά μικρά κομματάκια χαρτιού και αλουμινόχαρτου. Πλησιάστε ένα καλαμάκι προς αυτά. Παρατηρείτε κάποια αλληλεπίδραση; Όχι Τρίψτε το καλαμάκι στα μαλλιά σας. Πλησιάστε το άκρο που τρίψατε προς τα χαρτάκια και τα κομματάκια αλουμινόχαρτου. Τι παρατηρείτε; Τα χαρτάκια και τα κομματάκια αλουμινόχαρτου έλκονται από το καλαμάκι. 2 ο βήμα: Ερμηνεία Το καλαμάκι με την τριβή φορτίστηκε ηλεκτροστατικά. Πιο συγκεκριμένα, λόγω της τριβής, ηλεκτρόνια μετακινήθηκαν από τα μαλλιά προς το καλαμάκι με αποτέλεσμα το καλαμάκι να φορτιστεί αρνητικά. Όταν το φορτισμένο καλαμάκι πλησιάζει τα χαρτάκια αυτά έλκονται. Τα χαρτάκια αρχικά είναι ουδέτερα. Όταν κοντά στα χαρτάκια βρεθεί το αρνητικά φορτισμένο καλαμάκι, η περιοχή του χαρτιού ακριβώς απέναντι από το καλαμάκι φορτίζεται θετικά. Σαν αποτέλεσμα δημιουργούνται ηλεκτροστατικές ελκτικές δυνάμεις ανάμεσα στα ετερώνυμα φορτία (αρνητικά φορτισμένο καλαμάκι θετικά φορτισμένα χαρτάκια) που υπερνικούν τη βαρύτητα. - 2 -

4ο Εργαστήριο Ηλεκτρισμός ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 2 η. Υλικά: πλαστικό καλαμάκι, ηλεκτροσκόπιο. Το ηλεκτροσκόπιο είναι μια απλή συσκευή με την οποία ανιχνεύουμε ηλεκτρικά φορτία. 1 ο βήμα: Εκτέλεση και ερμηνεία δραστηριότητας Πλησιάστε και ακουμπήστε το πλαστικό καλαμάκι, αφού το φορτίσετε τρίβοντάς το στα μαλλιά σας ή στο πλαστικό, στο μεταλλικό σφαιρίδιο (ακροδέκτη) του ηλεκτροσκοπίου. Παρατηρείτε κάποια απόκλιση στα φύλλα του ηλεκτροσκοπίου; Ναι Γιατί αλληλοαπωθούνται τα φύλλα του ηλεκτροσκοπίου; Γιατί φορτίζονται με ομώνυμα ηλεκτροστατικά φορτία. Μπορείτε να πετύχετε μεγαλύτερη απόκλιση στα φύλλα του ηλεκτροσκοπίου; Με συνεχή τριβή δημιουργούνται ηλεκτροστατικά περισσότερα φορτία. Τι συμβαίνει στα φύλλα του ηλεκτροσκοπίου όταν απομακρύνουμε το φορτισμένο καλαμάκι; Επανέρχονται στην αρχική τους θέση. 2. ΑΓΩΓΟΙ ΜΟΝΩΤΕΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 3 η. Υλικά: λαμπάκι σε λυχνιολαβή (ντούι), πλακέ μπαταρία. 1 ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας Στην παρακάτω εικόνα βλέπετε τη τομή από ένα λαμπάκι. Παρατηρήστε επίσης και το λαμπάκι που υπάρχει στα υλικά που έχετε, αφού το ξεβιδώσετε από τη μεταλλική λυχνιολαβή. Αναγνωρίστε τα διάφορα μέρη του. Τι ρόλο παίζει το κάθε τμήμα του; Σημειώστε το παρακάτω. 1. γυαλί, 2. συρματάκι 3. και 4. επαφές 5. και 6. στηρίγματα Φαντάζεστε ότι υπάρχει διαφορά ανάμεσα στο 2 και το 6; Ναι, γιατί το 2 φωτοβολεί ενώ το 6 όχι. Τι ρόλο νομίζετε ότι παίζει το 5; Στηρίζει τα συρματάκια (6) - 3 -

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων Στην διπλανή εικόνα βλέπετε σε αναπαράσταση τη μπαταρία που θα χρησιμοποιείτε. Παρατηρήστε επίσης και τη μπαταρία που υπάρχει στα υλικά που έχετε. Οι μπαταρίες έχουν δύο ακροδέκτες πόλους, διακριτούς μεταξύ τους. Είναι όμοιοι οι ακροδέκτες; Όχι. Πώς συμβολίζονται ο καθένας; Με πλην (-) ο αρνητικός πόλος (μεγάλος) και με συν (+) ο θετικός πόλος (μικρός). ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 4 η. Υλικά: λαμπάκι, πλακέ μπαταρία, καλώδια. 1 ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας Προσπαθήστε να ανάψετε το λαμπάκι χρησιμοποιώντας τη μπαταρία και αν χρειαστεί χρησιμοποιήστε και καλώδια. Με ποιους από τους τρόπους που βλέπετε στο παρακάτω σχήμα φωτοβολεί το λαμπάκι; Στη συνέχεια, γράψτε για κάθε περίπτωση, αν φωτοβολεί το λαμπάκι ή όχι και στις περιπτώσεις που δεν φωτοβολεί αναφέρετε και για ποιους λόγους νομίζετε ότι γίνεται αυτό. Φωτοβολεί στις περιπτώσεις: 4, 5 και 7. Δεν φωτοβολεί στις περιπτώσεις: 1, 3 και 6 (μία επαφή με την μπαταρία), 8 (μία - 4 -

4ο Εργαστήριο Ηλεκτρισμός επαφή με την λάμπα) και η 2 (επαφή με το γυαλί), 2 ο βήμα: Συμπέρασμα Τι συμπέρασμα βγάζετε για τη σύνδεση λάμπας μπαταρίας, ώστε να υπάρχει φωτοβολία; Πρέπει να συνδεθούν οι δύο πόλοι ακροδέκτες της μπαταρίας με τις δυο επαφές της λάμπας. Λάμπα, μπαταρία και καλώδια θα σχηματίζουν κύκλο (κύκλωμα). ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 5 η. Υλικά: λαμπάκι σε ξύλινη βάση ή λαμπάκι με λυχνιολαβή σε μανταλάκι, πλακέ μπαταρία, 2 καλώδια. Στη ξύλινη βάση που υπάρχει στο σετ των υλικών, είναι βιδωμένο ένα λαμπάκι. 1 ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας Συνδέστε τα καλώδια που υπάρχουν στη ξύλινη βάση με τους πόλους της μπαταρίας. Για να σταθεροποιήσετε το απλό κύκλωμα που φτιάξατε χρησιμοποιήστε τα καλώδια. Ανάβει το λαμπάκι; Ναι. Τι νομίζετε ότι θα γίνει αν αντιστρέψουμε στη συνδεσμολογία τους πόλους της μπαταρίας; Όλες/οι οι φοιτήτριες/ές πρόβλεψαν ότι το λαμπάκι θα συνεχίσει να ανάβει και δεν θα επηρεαστεί από τη συνδεσμολογία. 2 ο βήμα: Συμπέρασμα Το λαμπάκι θα συνεχίσει να φωτοβολεί. Η αλλαγή της πολικότητας στη συνδεσμολογία δεν θα επηρεάσει τη φωτοβολία της λάμπας. - 5 -

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 6 η. Υλικά: λαμπάκι με λυχνιολαβή, πλακέ μπαταρία, 3 καλώδια, σετ διάφορων υλικών. 1 ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας Κάντε τώρα το κύκλωμα που αναπαρίσταται παρακάτω (σχήμα α). Ανάμεσα στα δύο καλώδια θα τοποθετήσετε διάφορα αντικείμενα και θα συμπληρώσετε τον παρακάτω πίνακα με υλικά που επιτρέπουν τη λάμπα να φωτοβολεί και υλικά που δεν επιτρέπουν τη φωτοβολία. Πρώτα όμως ελέγξετε αν πράγματι ανάβει το λαμπάκι ακουμπώντας τις ελεύθερες άκρες των καλωδίων μεταξύ τους. α β Αγώγιμα υλικά (Αγωγοί) Μεταλλικά αντικείμενα (κέρμα, χάλκινη βίδα, σιδερένιο καρφί κλπ), αλουμινόχαρτο, Μονωτικά υλικά (Μονωτές) Το ξύλο του μολυβιού, χαρτί, χαρτόνι πλαστικό, λάστιχο, ύφασμα κλπ ο γραφίτης του μολυβιού Ποια υλικά είναι αγώγιμα; Έχουν κάποια κοινά χαρακτηριστικά ώστε να μπορούμε να τα κατατάξουμε σε κάποια κατηγορία υλικών που έχετε μάθει; Ποιες είναι αυτές οι κατηγορίες υλικών; 2 ο βήμα: Συμπέρασμα Αγώγιμα υλικά είναι τα μέταλλα (και τα κράματα τους) που έχουν στη δομή τους ελεύθερα ηλεκτρόνια. - 6 -

4ο Εργαστήριο Ηλεκτρισμός ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 7 η. Υλικά: λαμπάκι με λυχνιολαβή, πλακέ μπαταρία, 3 καλώδια, 2 διακόπτες 1 ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας Στο σετ των υλικών που έχετε υπάρχουν δύο διακόπτες. Αναγνωρίστε και στους δύο τα τμήματά τους που μπορεί να επιτρέψουν ή μη τη φωτοβολία της λάμπας. Συνδέστε τον διακόπτη στο προηγούμενο κύκλωμα που κάνατε, ανάμεσα στις άκρες των καλωδίων (όπως φαίνεται και στο παρακάτω σχέδιο). Σε ποια θέση του διακόπτη ανάβει η λάμπα; Αιτιολογήστε το. Ο διακόπτης πρέπει να είναι κλειστός για να ανάβει η λάμπα. Επανέλεγχος 3 ης ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑΣ. Μπορείτε να ονομάσετε τα τμήματα της λάμπας (δείτε το σχήμα της λάμπας στη δραστηριότητα 3), χρησιμοποιώντας τις έννοιες «αγωγός» και «μονωτής»; 1. γυαλί - μονωτής 2. συρματάκι - αγωγός 3. και 4. αγώγιμες επαφές (μεταξύ τους είναι μονωμένες) 5. μονωτικό στήριγμα (για να μην έρχονται σε επαφή τα αγώγιμα στηρίγματα (6)), και 6. αγώγιμα στηρίγματα (για να διέρχεται το ηλεκτρικό ρεύμα) - 7 -

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων 3. ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 8 η. Υλικά: 3 όμοια λαμπάκια με λυχνιολαβή, 2 μπαταρίες 4,5 V, 5 καλώδια, 2 διακόπτες Θα συνθέσουμε τα παρακάτω κυκλώματα (1α και 1β). Στο 1α μια μπαταρία συνδέεται με μια λάμπα και στο 1β μια όμοια μπαταρία συνδέεται με δυο όμοιες μεταξύ τους (αλλά και με τη λάμπα του 1α κυκλώματος) λάμπες. Αν η σύνδεση γίνει σωστά, τότε οι λάμπες θα φωτοβολούν. Πριν συνθέσετε, ταυτόχρονα, τα δύο παρακάτω κυκλώματα, απαντήστε στις ερωτήσεις πρόβλεψης: 1 ο βήμα: Πρόβλεψη Από τις δύο όμοιες λάμπες του κυκλώματος 1β, ποια λάμπα θα φωτοβολεί περισσότερο; Οι περισσότερες ομάδες πρόβλεψαν, σωστά, ότι οι λάμπες του κυκλώματος 1β θα φωτοβολούν το ίδιο. Ποια λάμπα νομίζεις θα φωτοβολεί περισσότερο, αυτή του κυκλώματος 1α ή κάποια από το κύκλωμα 1β; Οι περισσότερες ομάδες πρόβλεψαν, σωστά, ότι η λάμπα του κυκλώματος 1α θα φωτοβολεί περισσότερο από τις λάμπες του κυκλώματος 1β. Αν, στο κύκλωμα 1β, προσθέσω στη σειρά και τρίτη λάμπα, πώς θα φωτοβολεί; Τι θα συμβεί με τη φωτοβολία των υπολοίπων λαμπών του κυκλώματος; Οι περισσότερες ομάδες πρόβλεψαν, σωστά, ότι αν προσθέσω και τρίτη λάμπα στο κύκλωμα 1β, όλες οι λάμπες στη νέα συνδεσμολογία θα φωτοβολούν μεν το ίδιο αλλά λιγότερο από πριν (που ήταν δύο). Στη συνέχεια συνθέστε τα δύο κυκλώματα. Κύκλωμα 1α Κύκλωμα 1β - 8 -

4ο Εργαστήριο Ηλεκτρισμός 2 ο βήμα: Εκτέλεση δραστηριότητας Τι παρατηρείτε ως προς τη φωτοβολία των λαμπών; Από τις δύο όμοιες λάμπες του κυκλώματος 1β, ποια λάμπα θα φωτοβολεί περισσότερο; Και οι δυο φωτοβολούν το ίδιο. Ποια λάμπα θα φωτοβολεί περισσότερο, αυτή του κυκλώματος 1α ή κάποια από το κύκλωμα 1β; Η λάμπα του κυκλώματος 1α φωτοβολεί περισσότερο από τις λάμπες του 1β. Στη συνέχεια «χαλάστε» το κύκλωμα 1α και σύνθεσε το κύκλωμα 1γ. Τι παρατηρείτε στη φωτοβολία των τριών λαμπών; Και οι τρεις φωτοβολούν το ίδιο. Συγκρίνοντας τη φωτοβολία των λαμπών των κυκλωμάτων 1β και 1γ, τι συμπέρασμα βγάζετε; Κύκλωμα 1γ Οι λάμπες του κυκλώματος 1β φωτοβολούν περισσότερο από τις λάμπες του κυκλώματος 1γ. Στα παραπάνω κυκλώματα 1β και 1γ, ξεβιδώστε μια (οποιαδήποτε) λάμπα. Τι συμβαίνει με τις υπόλοιπες; Συνεχίζουν να ανάβουν; Όχι! Σβήνουν. Μπορούμε στη συγκεκριμένη σύνδεση λαμπών, να πετύχουμε, ώστε κάποιες λάμπες να ανάβουν και κάποιες όχι; Όχι. Θα ναι ή όλες αναμμένες ή όλες σβηστές. Πόσους διακόπτες πιστεύετε ότι χρειαζόμαστε για να αναβοσβήνουμε τις λάμπες; Ένας είναι αρκετός. Πού μπορεί να μπει ο διακόπτης για να αναβοσβήνει τις λάμπες; Τοποθετήστε έναν και ελέγξτε τη λειτουργία του. Οπουδήποτε μέσα στο κύκλωμα. - 9 -

ΕΝΝΟΙΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΙΙ ΚΑΙ Η ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΤΟΥΣ Σημειώσεις Εργαστηριακών Ασκήσεων ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ 9 η. Υλικά: 3 όμοια λαμπάκια με λυχνιολαβή, 2 μπαταρίες 4,5 V, 6 καλώδια, 2 διακόπτες Θα συνθέσουμε τα παρακάτω κυκλώματα (2α και 2β). Στο 2α μια μπαταρία συνδέεται με μια λάμπα και στο 2β μια όμοια μπαταρία συνδέεται με δυο όμοιες μεταξύ τους (αλλά και με τη λάμπα του 2α κυκλώματος) λάμπες, αλλά με διαφορετικό τρόπο απ ότι στο κύκλωμα 1β. Πρόσεξε ότι τώρα κάθε λαμπάκι συνδέεται απευθείας με την μπαταρία. Αν η σύνδεση γίνει σωστά, τότε οι λάμπες θα φωτοβολούν. Πριν συνθέσετε, ταυτόχρονα, τα δύο παρακάτω κυκλώματα, απάντησε στις ερωτήσεις πρόβλεψης: 1 ο βήμα: Πρόβλεψη Από τις δύο όμοιες λάμπες του κυκλώματος 2β, ποια λάμπα θα φωτοβολεί περισσότερο; Οι περισσότερες ομάδες πρόβλεψαν, σωστά, ότι οι λάμπες του κυκλώματος 2β θα φωτοβολούν το ίδιο. Ποια λάμπα νομίζετε θα φωτοβολεί περισσότερο, αυτή του κυκλώματος 2α ή κάποια από το κύκλωμα 2β; Αρκετές ομάδες πρόβλεψαν, λανθασμένα, ότι η λάμπα του κυκλώματος 2α θα φωτοβολεί περισσότερο από τις λάμπες του κυκλώματος 2β. Αν προσθέσω παράλληλα και τρίτη λάμπα, πώς θα φωτοβολεί; Τι θα συμβεί με τη φωτοβολία των υπολοίπων λαμπών του κυκλώματος; Αρκετές ομάδες πρόβλεψαν ότι αν προσθέσω και τρίτη λάμπα στο κύκλωμα 2β, όλες οι λάμπες στη νέα συνδεσμολογία θα φωτοβολούν μεν το ίδιο (σωστά), αλλά λιγότερο από πριν (λανθασμένα). Στη συνέχεια συνθέστε τα δύο κυκλώματα. Κύκλωμα 2α Κύκλωμα 2β - 10 -