ΦΥΣΙΚΗ Γ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ Ι ΑΚΤΙΚΟ ΣΕΝΑΡΙΟ ΣΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ (ορισµός-φορά-κύκλωµαηλεκτρική πηγή και ενέργεια) Καθηγήτρια: ΣΚΟΠΟΣ ΤΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ είναι να βοηθηθεί ο µαθητής να µπει «µέσα» στο φαινόµενο του ηλεκτρικού ρεύµατος, που θεωρείται τόσο αυτονόητο ώστε µόνο όταν «κοπεί» αντιλαµβανόµαστε την ύπαρξή του!!!!! ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΠΟΥ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΕΧΕΙ Ο ΜΑΘΗΤΗΣ: 1. Η εµπειρική γνώση της µπαταρίας, της πρίζας, της γεννήτριας στους πάγκους των πανηγυριών, της χρήσης και χρησιµότητας του διακόπτη, των καλωδίων, της ηλεκτρολογικής ε- γκατάστασης του σπιτιού του. 2. Ποια σώµατα ονοµάζουµε µονωτές. 3. Ποια σώµατα ονοµάζουµε αγωγούς και ότι οι πιο γνωστοί αγωγοί είναι τα µέταλλα.
ΣΤΟΧΟΙ ΤΟΥ ΣΕΝΑΡΙΟΥ: γνωστικοί 1. Να απαριθµεί τα βασικά στοιχεία ενός απλού ηλεκτρικού κυκλώµατος και να τα συναρµολογεί έτσι ώστε να κατασκευάζει ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωµα. 2. Να κάνει σχηµατική αναπαράσταση των ηλεκτρικών κυκλωµάτων. 3. Να καθορίζει την πραγµατική και τη συµβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύµατος σε ένα ηλεκτρικό κύκλωµα. 4. Να κατανοήσει τί σηµαίνει «ανοιχτό» και «κλειστό» κύκλωµα, «ανοιχτός» και «κλειστός» διακόπτης, πότε «ανοίγει» και «κλείνει» το φως, ώστε να το διαφοροποιήσει από αυτό που λέει στην καθηµερινή του ζωή. 5. Να συνηθίσει ότι την εξήγηση των φαινοµένων την αναζητούµε στο µικρόκοσµο της ύλης και επειδή αυτός είναι αόρατος, µας είναι εξαιρετικά χρήσιµες οιτπε. 6. Να κατανοήσει ότι τα ηλεκτρόνια του ηλεκτρικού ρεύµατος δεν είναι της µπαταρίας ούτε της ΕΗ, αλλά υπάρχουν ελεύθερα σε άτακτη κίνηση σε όλους τους µεταλλικούς αγωγούς και «περιµένουν» τη µπαταρία να τα θέσει σε κίνηση. ικανότητες 1. Να «τρέχει» τις προσοµοιώσεις στα λογισµικά, να αλλάζει τις παραµέτρους τους, να τις παρατηρεί µε προσοχή, να προσπαθεί να εξηγήσει τι βλέπει. 2. Να εξοικειωθεί µε τη διαδικασία «πρόβλεψη-πειραµατικός έλεγχος-εξήγηση». 3. Να συνεργάζεται και να ανταλλάσσει τις απόψεις του µε τους συµµαθητές του. ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΗΣ Ι ΑΣΚΑΛΙΑΣ: Το σενάριο έχει σαν πυρήνα ένα φύλλο εργασίας όπου οι µαθητές µέσα από απλές ερωτήσεις ανακαλούν προηγούµενες εµπειρίες, γνώσεις και παρατηρήσεις τους. Και µε τη βοήθεια του παιχνιδιού, του πραγµατικού και του εικονικού εργαστηρίου, αποκτάει (ελπίζω!!!!) µια πιο σαφή αντίληψη για το απλό ηλεκτρικό κύκλωµα, τι σηµαίνει ηλεκτρικό ρεύµα, ποιος είναι ο ρόλος της ηλεκτρικής πηγής. Στο τέλος δίνεται στα παιδιά να συµπληρώσουν στο σχολείο ένα κείµενο για την αξιολόγηση του βαθµού κατανόησης και ερωτήσεις-ασκήσεις για το σπίτι.
Πω πω δύσκολη η Φυσική!!!! Μπορεί κάποιος να µου τα κάνει λιανά µήπως και καταλάβω κάτι;;;; ΝΑ ΠΡΟΣΠΑΘΗΣΟΥΜΕ;;;;;; ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΣΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΠΗΓΗ- ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ- ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΡΕΥΜΑ ραστηριότητα 1 η : ΜΙΑ ΕΙΚΟΝΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ ΖΩΗ Χιλιάδες αναµµένοι θερµοσίφωνες, τοστιέρες, ηλεκτρικές σκούπες, λαµπτήρες φωτισµού, σεσουάρ, κουζίνες, ασανσέρ, ψυγεία, ηλεκτρικά καλοριφέρ, ηλεκτρικά πλυντήρια, µπλακ εντ ντέκερ, τόρνοι, ηλεκτρικά σίδερα, βιοµηχανικοί κινητήρες, τρόλεϊ, λα- µπάκια στο χριστουγεννιάτικο δέντρο, τροχοί οδοντογιατρών, το φανάρι του δύτη, τα µακρινά φώτα και οι µίζες των IX, τηλεοράσεις, κλιµατιστικά, ηλεκτρικά σίδερα, µίξερ, κοµπρεσέρ, φούρνοι µικροκυµάτων. 1.1 Πόσο εύκολη γίνεται η καθηµερινή ζωή µας µε τη χρήση αυτών των κατασκευών; Μπορείτε να δώσετε ένα παράδειγµα για να υποστηρίξετε τη γνώµη σας;. 1.2 Ποιο είνaι το "κοινό σηµείο" όλων αυτών των τεχνολογιών; ραστηριότητα 2 η : ΑΣ ΜΙΛΗΣΟΥΜΕ ΓΙΑ ΤΟ ΣΠΙΤΙ ΜΑΣ 2.1 Πώς καταλαβαίνετε ότι "έχει ρεύµα" το δωµάτιό σας; 2.2 Τι πιστεύετε ότι περιλαµβάνει η εγκατάσταση
που σας παρέχει ρεύµα σε ένα δωµάτιο του σπιτιού σας; ραστηριότητα 3 η : ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΣΤΕΙΤΕ 3.1 Στο εργαστήριο του σχολείου σας δίνονται: καλώδια, µπαταρία, διακόπτης, λαµπάκι. Μπορείτε να τα συναρµολογήσετε έτσι ώστε να ανάψει το λαµπάκι; 3.2 Προσπαθήστε να σχεδιάσετε το κύκλωµα που φτιάξατε 3.3 Αν αφαιρεθεί η µπαταρία θα ανάψει το λαµπάκι;. 3.4 Αφαιρέστε ένα καλώδιο και βάλτε στη θέση του ένα καλαµάκι. Θα ανάψει το λαµπάκι; Από ποια υλικά νοµίζετε πως είναι φτιαγµένα τα καλώδια;.. Κόψτε ένα καλώδιο και παρατηρείστε το εσωτερικό του. Τι βλέπετε;. ραστηριότητα 4 η : ΑΝΟΙΞΤΕ ΤΗΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ http://phet.colorado.edu/en/simulation/signal-circuit 4.1 Όταν ο διακόπτης είναι «ανοιχτός», ο πολυέλαιος είναι αναµµένος;.. Όταν ο διακόπτης είναι «κλειστός», ο πολυέλαιος είναι αναµµένος;.. Όταν στην καθηµερινή µας ζωή λέµε «κλείνω» τον διακόπτη εννοούµε «ανοίγω» ή «κλείνω» το φως;. Συµφωνεί η γλώσσα της Φυσικής µε τη γλώσσα της καθηµερινότητας στην περίπτωση αυτή; Στην καθηµερινή µας ζωή λέµε «ανοίγω τον διακόπτη» άρα «ανοίγω το φως». Στη Φυσική λέµε «ανοίγω τον διακόπτη» άρα «κλείνω το φως». 4.2 Τα ηλεκτρόνια µέσα στα καλώδια κινούνται από τον πόλο της πηγής προς τον πόλο. Μπορείτε να εξηγήσετε γιατί;.. Αυτή είναι η πραγµατική φορά του ηλεκτρικού ρεύµατος. Όµως στη Φυσική για ιστορικούς λόγους συνεχίζουµε να θεωρούµε ως φορά του ηλεκτρικού ρεύµατος την αντίθετη της πραγµατικής. Αυτή ονοµάζεται συµβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύµατος. Σηµειώστε την συµβατική φορά του ρεύµατος στο κύκλωµα που σχεδιάσατε στη δραστηριότητα 3.2 4.3 Το ηλεκτρόνιο µε το κόκκινο σηµαδάκι Χ επάνω του ξεκινάει από τον διακόπτη. Πότε ανάβει ο πολυέλαιος:
i) Όταν έρθει το ηλεκτρόνιο που ξεκίνησε από το διακόπτη στον πολυέλαιο; ii) Πριν έρθει το ηλεκτρόνιο που ξεκίνησε από τη µπαταρία στον πολυέλαιο; iii) Μόλις κλείνουµε το διακόπτη; iv) Πολύ γρήγορα αλλά όχι ταυτόχρονα µε το κλείσιµο του διακόπτη; ραστηριότητα 5 η : ΘΥΜΗΘΕΙΤΕ Ποια σώµατα ονοµάζουµε ηλεκτρικούς αγωγούς;.... ΑΦΟΥ λοιπόν το λαµπάκι ανάβει µόνο όταν στο κύκλωµα υπάρχουν αγωγοί, ας ασχοληθούµε µε αυτούς. ραστηριότητα 6 η : ΑΣ ΠΑΙΞΟΥΜΕ Μπορούµε να κάνουµε προσοµοίωση του µικρόκοσµου του χαλκού στην τάξη, µε αγόρια σχεδόν ακίνητα και κορίτσια να «αλητεύουν» ανάµεσα στα αγόρια. Με την εντολή του καθηγητή «τα κορίτσια έξω από την τάξη» θα έχουµε προσανατολισµένη κίνηση όλων των κοριτσιών. Η εντολή του καθηγητή δηµιουργεί τα κορίτσια ή προκαλεί την κίνησή τους;.. ραστηριότητα 7 η : ΑΣ ΜΕΤΑΦΕΡΘΟΥΜΕ ΤΩΡΑ ΣΤΟ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ 7.1 Χωρίς την µπαταρία δεν ανάβει το λαµπάκι. Μόλις συνδέσουµε την µπαταρία, το λαµπάκι ανάβει άρα λέµε «έχουµε ρεύµα». Η µπαταρία δηµιουργεί τα ελεύθερα ηλεκτρόνια ή προϋπάρχουν µέσα στα καλώδια;. 7.2 Ποιος νοµίζετε πως είναι ο ρόλος της µπαταρίας;... 7.3 Με ποιον από τους «πρωταγωνιστές» του προηγούµενου παιχνιδιού µας ταυτίζετε: α. την µπαταρία; β. τα αγόρια; γ. τα κορίτσια; δ. την εντολή του καθηγητή; 7.4 Ανοίξτε την προσοµοίωση http://www.garyfallidou.org/gr_electricity.html και παρακολουθείστε την κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων σε ένα κύκλωµα πριν και µετά την σύνδεση της µπαταρίας στο κύκλωµα. 7.5 Ανοίξτε την προσοµοίωση http://phet.colorado.edu/en/simulation/battery-resistor-circuit
Παρακολουθήστε την κίνηση των ηλεκτρονίων µέσα στην µπαταρία. Ποιο ρόλο παίζουν «τα ανθρωπάκια;»... Γιατί νοµίζετε ότι δεν υπάρχουν αντίστοιχα «ανθρωπάκια» στα καλώδια;.. ΓΙΑ ΝΑ ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΟΥΜΕ Αιτία αγωγός Αποτέλεσµα Ηλεκτρική πηγή Ηλεκτρικό ρεύµα Προσπαθήστε να σχεδιάσετε το κύκλωµα που ανάβει τις λάµπες στην τάξη σας. Και τώρα η δύσκολη στιγµή: τι καταλάβαµε; Ας προσπαθήσουµε να το διερευνήσουµε, συµπληρώνοντας το παρακάτω κείµενο: Κάθε ηλεκτρική πηγή είναι ένα δίπολο. ιαθέτει δηλαδή δύο φορτισµένους που δηµιουργούν ηλεκτρικό στο χώρο. Αν συνδέσουµε τους πόλους της πηγής µε ένα µεταλλικό αγωγό, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια του α- γωγού δέχονται ηλεκτρικές δυνάµεις από το πεδίο αυτό και ωθούνται προς το πόλο της πηγής. Ετσι παράγεται ηλεκτρικό. Τα κινούµενα ηλεκτρόνια χάνουν µέρος της ηλεκτρικής τους ενέργειας που µετατρέπεται σε ενέργεια. Μόλις ό- µως φτάσουν στην πηγή, αυτή τα ανατροφοδοτεί µε όση να επαναλάβουν την κίνησή τους και να συντηρηθεί το ηλεκτρικό ενέργεια έχασαν. Ετσι τα ελεύθερα ηλεκτρόνια µπορούν µέσα στον αγωγό. Την ενέργεια που η ηλεκτρική πηγή προσφέρει στα ελεύθερα ηλεκτρόνια την εξασφαλίζει από τη µετατροπή µιας αρχικής µορφής ενέργειας που έχει αποθηκευµένη από την κατασκευή της. Π.χ. στις πηγές-µπαταρίες η αρχική ενέργεια είναι ενέργεια, ενώ στις πηγές-γεννήτριες είναι ενέργεια.
ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ-ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1: Την κίνηση των ή γενικότερα των σωµατιδίων την ονοµάζουµε ηλεκτρικό ρεύµα. Στους µεταλλικούς αγωγούς φορείς του ηλεκτρικού ρεύµατος είναι τα. 2: Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια των µετάλλων είναι: ηλεκτρόνια χωρίς ηλεκτρικό φορτίο ηλεκτρόνια που βρίσκονται µέσα στους πυρήνες των ατόµων ηλεκτρόνια που έχουν αποσπαστεί από τα άτοµά τους και κινούνται άτακτα σε όλη την έκταση του µετάλλου ηλεκτρόνια που βγαίνουν έξω από το µέταλλο 3: Πηγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι κάθε συσκευή που µετατρέπει µια µορφή ενέργειας σε.π.χ. µια µπαταρία µετατρέπει τη ενέργεια σε. Μια γεννήτρια µετατρέπει την ενέργεια σε. ονοµάζεται κάθε συσκευή που µετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε ενέργεια άλλης µορφής.π.χ. ένας λαµπτήρας µετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε και. 4: Η φορά κίνησης των µέσα σε ένα ηλεκτρικό κύκλωµα είναι η πραγµατική φορά του ηλεκτρικού ρεύµατος. Τα ηλεκτρόνια είναι σωµατίδια µε φορτίο άρα κινούνται από τον προς τον πόλο της µπαταρίας µέσα από το κύκλωµα. Η φορά κίνησης των θετικών φορτίων είναι η φορά του ηλεκτρικού ρεύµατος. Τα θετικά φορτία κινούνται από τον προς τον πόλο της µπαταρίας µέσω του κυκλώµατος.
5. Να σηµειώσετε Σ (σωστό) ή Λ (λάθος) µπροστά από καθεµιά από τις παρακάτω προτάσεις: α. Κλειστό λέµε το κύκλωµα το οποίο δεν είναι δυνατό να διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύµα. β. Απαραίτητη προϋπόθεση για να φωτοβολεί ένας λαµπτήρας είναι να τροφοδοτείται από µια πηγή µέσω ενός ανοικτού διακόπτη. γ. Ένα ηλεκτρικό κύκλωµα στο οποίο υπάρχει ανοιχτός διακόπτης ονοµάζεται ανοιχτό. 6. Να σχεδιάσετε (συµβολικά) ένα κλειστό κύκλωµα που να περιλαµβάνει: ηλεκτρική πηγή, λά- µπα, αγωγούς σύνδεσης και διακόπτη. Να σηµειώσετε πάνω στο σχήµα την πραγµατική φορά κίνησης των ηλεκτρονίων και τη συµβατική φορά του ηλεκτρικού ρεύµατος. 7. Σε ποιο από τα παρακάτω κυκλώµατα θα ανάβει η λάµπα;