NTSE - Nano Technology Science Education Project No: 511787-LLP-1-2010-1-TR-KA3-KA3MP ΟΔΗΓΙΕΣ ΓΙΑ ΚΑΘΗΓΗΤΕΣ ΚΥΜΑΤΑ ΚΑΙ ΕΝΑΙΩΡΗΜΑΤΑ ΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΝΑΝΟΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΠΟΥ ΧΟΡΕΥΟΥΝ Περιεχόμενα 1. Πρόλογος για τους καθηγητές 2. Εισαγωγή 3. Μαθησιακή διαδικασία 4. Συμπέρασμα 5. Αξιολόγηση Το σχέδιο μαθήματος προετοιμάστηκε για να παρέχει στους καθηγητές των Λυκείων μια εισαγωγή στα κύματα και τις ηλεκτρομαγνητικές επιδράσεις σε μια διάταξη εντός της τάξης χρησιμοποιώντας και την πληροφορία που υπάρχει διαθέσιμη στην ιστοσελίδα (www.ntsenanotech.eu). Ομάδα-στόχος: Ομάδες φοιτητών ηλικίας 15-18 ετών Διάρκεια 90 λεπτά Περιοχες σχολικού αντικειμένου: Φυσική - Χημεία Στόχος μαθήματος Η διάλεξη «κύματα και εναιωρήματα μαγνητικών νανοσωματιδίων (φερροϋγρά) που χορεύουν" διερευνά το φυσικό φαινόμενο των κυμάτων και φερροϋγρών, και τα μοναδικά χαρακτηριστικά τους, ταυτόχρονα με τις ιδιότητες του σιδήρου και τα υποπροϊόντα του. Η προσοχή των μαθητών προσελκύεται στο μάθημα με τη συμμετοχή σε δραστηριότητες. Στόχο έχει να παρέχει κατανόηση του πώς τα αλληλεπιδρούν τα σωματίδια με το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Στόχοι μαθήματος Η γνώση σχετικά με τις ιδιότητες των δισφορετικού τύπου κυμάτων Η γνώση για την μεταφορά ενέργειας από τα κύματα Η περιγραφή της σημασία της συχνότητας και του πλάτους στην αλληλεπίδραση κύματος-ρευστού Απαιτούμενη προηγούμενη γνώση Γνώση των ακόλουθων όρων που υπάρχουν στο κείμενο: Βασικές αρχές της νανοτεχνολογίας Φερροϋγρά 1
Υλικό & Πόροι Κείμενο ανάγνωσης για τους φοιτητές Βίντεο πειραμάτων Υλικά Δρατηριότητας Αξιολόγηση Μαθητών φύλλο εργασίας μαθητή κουίζ ερωτήσεων Ιδέα Επέκτασης Παρακινείστε τους μαθητές να μάθουν γιατί ο Σίδηρος υποδηλώνεται με το σύμβολο "Fe". ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΚΑΘΗΓΗΤΕΣ Σύντομη περιγραφή της δραστηριότητας και σύντομο Θεωρητικό Υπόβαθρο Τα σιδηρομαγνητικά νανοσωματίδια σε υγρό είναι ένα κολλοειδές μίγμα κυρίως νανοσωματιδίων μαγνητίτη και ενός διαλύτη φορέα. Το διάλυμα του φορέα περιέχει νανοσωματίδια επικαλυμμένα επιφανειακά με επιφανειοδραστική επικάλυψη μαγνητίτη η οποία εμποδίζει τα σωματίδια μαγνητίτη να συσσωματωθούν. Η επιφανειοδραστική επικάλυψη πρέπει να είναι διαλυτή στον φορέα διαλύτη. Εάν δεν υπάρχει μαγνητικό πεδίο, σιδηρομαγνητικά νανοσωματίδια είναι τυχαία. Όταν εφαρμόζεται μαγνητικό πεδίο γύρω από το δοκιμαστικό σωλήνα, τα σιδηρομαγνητικά νανοσωματίδια ανταποκρίνονται στο πεδίο και οι μαγνητικές ροπές των σωματιδίων ευθυγραμμίζονται με τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου. ΕΙΣΑΓΩΓΗ "Ας διαβάσουμε και ας χορέψουμε - δύο απολύσεις που ποτέ δεν θα κάνουν καμία ζημιά για τον κόσμο" Βολταίρος Ο Δάσκαλος ξεκινά μια συνεδρία καταιγισμού ιδεών με τις ακόλουθες ερωτήσεις (ταυτόχρονα αφήνει τους μαθητές να εκφράσουν τις απόψεις / ιδέες τους, βοηθώντας τους να ανακαλέσουν τις προηγούμενες γνώσεις τους και με την παρότρυνσή κατανοήσουν/ δουν τις αρχές, τις έννοιες και τις σχέσεις): Υπάρχουν όλα τα κύματα γύρω μας στην καθημερινή μας ζωή. Μπορείτε να κάνετε μια λίστα που μπορείτε να τα δείτε περισσότερο; Πιστεύετε ότι θα υπάρξει μια μείωση στην ποσότητα των κυμάτων όταν πάμε από μια πόλη σε ένα χωριό ή από τη θάλασσα στο βουνό; Ποια κύματα είναι ευεργετικά για εμάς, ποια είναι επιβλαβή, και ποια είναι παράλληλα ευεργετικά και επιβλαβή; Τι πιστεύετε για τις διαφορές μεταξύ των ηχητικών κυμάτων σε μια ροκ συναυλία και μια συναυλία κλασικής μουσικής; 2
ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΜΑΘΗΣΗΣ Πριν από την Διάλεξη Ανάθεση Προετοιμασία αίθουσας: Σχεδιασμός αίθουσας για παρακολούθηση του εκπαιδευτικού βίντεο. Προετοιμασία των υλικών που θα χρειαστούν στις δράσεις που εξηγούνται παρακάτω. Κατά τη διάρκεια του μαθήματος Βήμα 1: Ρωτάμε τις ακόλουθες ερωτήσεις για το κείμενο Ερώτηση 1: Τι είναι κύμα; Στη φυσική κύμα είναι μια διαταραχή ή μια ταλάντωση που ταξιδεύει στο χώρο ή την ύλη συνοδευόμενη από μεταφορά ενέργειας Ερώτηση 2: Πώς μεταφέρουν τα κύματα ενέργεια; Η κυματική κίνηση μεταφέρει ενέργεια από ένα σημείο σε ένα άλλο. Ακριβώς όπως ένα μεξικάνικο κύμα σε γήπεδο ποδοσφαίρου http://www.youtube.com/watch?v=- SNCE_3QVxc όπου οι άνθρωποι μεταφέρουν την ενέργειά και τη χαρά τους ο ένας στον άλλον πράγμα που διαμορφώνει το μεξικάνικο κύμα. Ερώτηση 3: Πόσων ειδών κύματα μπορείτε να αναφέρετε από τη φύση ; Μηχανικά και Ηλεκτρομαγνητικά κύματ α. Ερώτηση 4: Μπορείτε να δώσετε παραδείγματα διαφορετικών μηχανικών κυμάτων ; Διαφοροποιώντας τις απαντήσεις των μαθητών Ερώτηση 5: Μπορείτε να ομαδοποιήσετε τις απαντήσεις σας στην ερώτηση 4 σαν εγκάρσια, διαμήκη και επιφανειακά κύματα; Ερώτηση 6: ποιές είναι οι διαφορές μεταξύ μηχανικών και και ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων; Δημιουργία κυμάτων. Το μέσο μεταταφοράς τους. Ταχύτητα. Βήμα -2: Έναρξη της δραστηριότητας-2 που περιγράφεται στις κατευθυντήριες γραμμές μαθητών Βήμα -3: ρωτώντας την παρακάτω ερώτηση για τη δραστηριότητα. Γιατί αναφέρονται οι σημαδούρες στις κατευθυντήριες γραμμές των μαθητών ; Η συμπεριφορά των μαγνητικών νανοσωματιδίων σιδήρου μπορεί εύκολα να γίνει κατανοητή παρατηρώντας τις σημαδούρες που κινούνται πάνω και κάτω από το κύμα της θάλασσας. 3
Ερώτηση 9 : Τι είναι ένα ηλεκτρικό πεδίο ; Ηλεκτρικό πεδίο είναι ένα διανυσματικό πεδίο που περιβάλλει ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια. Ερώτηση 10 : Τι είναι ένα μαγνητικό πεδίο ; Μαγνητικό πεδίο είναι ένα διανυσματικό πεδίο γύρω από ένα μαγνητικό πόλο. Ερώτηση 11 : Εϊναι τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία αλληλένδετα ; Το ηλεκτρικό πεδίο είναι ένα διανυσματικό πεδίο που περιβάλλει ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια. Ερώτηση 12 : Τι είναι ο σιδηρομαγνητισμός ; Σιδηρομαγνητισμός είναι η φυσική θεωρία που εξηγεί πώς τα υλικά να γίνονται μαγνήτες. Ερώτηση 13 : Με τι ασχολείται η σύχρονη έρευνα σε νανοκλίμακα; Σε πολύ μικρά μεγέθη, μετά από ένα ορισμένο όριο μεγέθους, αρχίζουν να εμφανίζονται ειδικές ιδιότητες υλικών». Βήμα -4 : Βλέποντας το βίντεο στη δραστηριότητα - 3. Βήμα -5 : έναρξη της δραστηριότητας -4 που περιγράφεται στις κατευθυντήριες γραμμές μαθητών. Βήμα -6 : ρωτώντας τις παρακάτω Ερώτησηs σχετικά με τη δραστηριότητα. Ερώτηση 14 : Τι είδατε στο Σύστημα του δοκιμαστικού σωλήνα στο πείραμα ; Όταν το μαγνητικό πεδίο εφαρμόζεται στα TTS, μπορούμε να δούμε τη συμπεριφορά των σιδηρομαγνητικών νανοσωματιδίων που αλλάζουν ανάλογα με την αλλαγή στο πεδίο. Ερώτηση 15 : Ποια είναι η συχνότητα αποκοπής ; Σε ένα ορισμένο όριο, η μαγνητική δύναμη που σχηματίζονται έξω από TTS δεν μπορεί να μεταφερθούν στα νανοσωματίδια πια. Αυτό οφείλεται στο περιβάλλον ρευστό μέσα στο δοκιμαστικό σωλήνα και το συγκεκριμένο σχήμα του σωλήνα. Ερώτηση 16 : Πώς περιλαμβάνεται η τέχνη στο πείραμα; Το πείραμα θα μπορούσε να είχε να κάνει επίσης με την αυξομείωση της έντασης του ήχου. Αλλά με τη χρήση μουσικής, γίνεται η εμπειρία πιο ευχάριστη, γιατί οι μαθητές αισθάνονται περισσότερα από απλά μια αντίδραση σε έναν ήχο. Ερώτηση 17 : Ποιοι είναι οι παράγοντες που επηρεάζουν την κίνηση του φερροϋγρού στο πείραμα ; Η συχνότητα και το πλάτος του μαγνητικού πεδίου. 4
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Συζήτηση των ακολούθων: Μπορείτε να βρείτε παραδείγματα από την προσθήκη τέχνης σε πειράματα ή άλλες μελέτες από εσάς; ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ Συμπληρώστε τα κενά με μια κατάλληλη έκφραση. 1 Τα κύματα μεταφέρουν..., αλλά όχι... 2 Ο ήχος έχει το χαρακτηριστικό του... κύματος, και το "φως" έχει το χαρακτηριστικό του... κύματος. 3 Τα επιφανειακά κύματα οδεύουν κατά μήκος μιας επιφάνειας που είναι... δύο μέσων. 4 - Σε αντίθεση με μηχανικά κύματα, τα κύματα EM είναι ικανά για τη μετάδοση ενέργειας μέσω... 5 Ο χορός των φερροϋγρών σχηματίζεται από την... στο μαγνητικό πεδίο. 6 - Μετά από ένα ορισμένο όριο, η μαγνητική δύναμη δεν μπορεί να μεταφερθεί στα νανοσωματίδια, η οποία ονομάζεται... συχνότητα. Λύσεις 1 - ενέργεια, υλικά. 2-διαμήκη, εγκάρσια, 3-μεταξύ 4 - κενό (άδειος χώρος) 5 - αλλαγή 6 αποκοπή 5