1.1 ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ Στατικός ηλεκτρισμός Φόρτιση με τριβή Θετικά και αρνητικά φορτία Ηλεκτρικό εκκρεμές Ηλεκτροσκόπιο Δυνάμεις μεταξύ φορτισμένων σωμάτων Νόμος Coulomb Με τη συμπλήρωση της ύλης οι μαθητές θα πρέπει να μπορούν να: Εκτελούν απλά πειράματα φόρτισης σωμάτων με τριβή. Δικαιολογούν την ύπαρξη δύο ειδών φορτίων. Περιγράφουν τις δυνάμεις μεταξύ φορτισμένων σωμάτων. Εξηγούν τη λειτουργία του ηλεκτρικού εκκρεμούς και του ηλεκτροσκοπίου. Διατυπώνουν το νόμο του Coulomb. Εξηγούν τις αστραπές και τους κεραυνούς Με απλά πειράματα φόρτισης με τριβή να έλκουν κομματάκια χαρτί. Να επιδεικνύουν την έλξη και άπωση μεταξύ φορτίων Να ελέγχουν κατά πόσο ένα σώμα είναι φορτισμένο ή όχι Πείραμα εκτροπής φλέβας νερού. Μικρές μελέτες. 1. Μελέτη λειτουργίας φωτοτυπικής μηχανής.. Ηλεκτροστατικά φίλτρα.. Αλεξικέραυνα. 1. Δυναμικός Ηλεκτρισμός Ηλεκτρικό ρεύμα. Κίνηση ηλεκτρικού φορτίου. Ένταση ηλεκτρικού ρεύματος. Αμπερόμετρο. Διαφορά δυναμικού ή τάση Βολτόμετρο. Ηλεκτρικό κύκλωμα. Αγωγοί και μονωτές. Κατασκευάζουν απλό κύκλωμα με μπαταρία, καλώδια, διακόπτη και λαμπτήρα. Σχεδιάζουν το κύκλωμα με τη χρήση συμβόλων Χρησιμοποιούν αμπερόμετρο για τη μέτρηση της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος και βολτόμετρο για τη μέτρηση της διαφοράς δυναμικού ή τάσης στα άκρα του λαμπτήρα. Ορίζουν την ένταση ηλεκτρικού ρεύματος και τη μονάδα μέτρησης της. Ορίζουν τη διαφορά δυναμικού ως την αιτία κίνησης φορτίων και μονάδα μέτρησης της Πειραματική μελέτη απλού κυκλώματος(σύρματα, διακόπτης, μπαταρία, λαμπτήρας) Μέτρηση έντασης ρεύματος και διαφοράς δυναμικού Να ελέγχουν κατά πόσο ένα σώμα είναι αγωγός ή μονωτής Να αποδεικνύουν πειραματικά το νόμο του Ωμ σχεδιάζοντας τη γραφική παράσταση I = f (U). 1
Νόμος του Ωμ. Αντίσταση αγωγού Αποτελέσματα ηλεκτρικού ρεύματος. Εξηγούν γιατί κάποια υλικά είναι καλοί αγωγοί και άλλα κακοί αγωγοί. Κατανοούν ότι το ηλεκτρικό ρεύμα είναι κίνηση ελεύθερων ηλεκτρονίων μέσα σε μεταλλικούς αγωγούς. Διατυπώνουν λεκτικά και μαθηματικά το νόμο του Ωμ Ορίζουν την αντίσταση αγωγού Περιγράφουν απλά πειράματα με τα οποία φαίνονται τα θερμικά, χημικά και μαγνητικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος. Να επαληθεύουν το νόμο του Ωμ με τη χρήση των ιστοσελίδων: http://utopia.knoware.nl/users/eduhml/iv e&klaas/index-eng.html http://ebphysics.ph.msstate.edu/jc/librar y/18-/index.html Να εκτελούν πειράματα στα οποία να φαίνονται τα θερμικά, χημικά και μαγνητικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος. Να εφαρμόζουν το νόμο του Ωμ στην επίλυση απλών προβλημάτων Να συζητήσουν και να καταγράψουν εφαρμογές του ηλεκτρικού ρεύματος στην καθημερινή ζωή. 1. Εναλλασσόμενα ρεύματα Εναλλασσόμενο ρεύμα και διάκριση του από το συνεχές Νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής Παραγωγή εναλλασσόμενης τάσης. Γεννήτρια εναλλασσόμενης τάσης. Εναλλασσόμενο ρεύμα Ισχύς εναλλασσόμενου ρεύματος Γεννήτρια συνεχούς ρεύματος. Περιγράφουν τη διαφορά μεταξύ συνεχούς και εναλλασσόμενου ρεύματος. Αναφέρουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του εναλλασσόμενου ρεύματος. Περιγράφουν την κίνηση των ελευθέρων ηλεκτρονίων σε αγωγό που διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Εξηγούν τον τρόπο με τον οποίο παράγεται η εναλλασσόμενη τάση Αναγνωρίζουν και να ονομάζουν τα κυριότερα μέρη μιας ηλεκτρικής γεννήτριας Να δημιουργούν σε ηλεκτρικό κύκλωμα ρεύμα εναλλασσόμενης φοράς με διάφορους τρόπους. Να πλησιάζουν και να απομακρύνουν μόνιμο μαγνήτη από πηνίο συνδεδεμένο με γαλβανόμετρο και να συζητούν το αποτέλεσμα. Να περιεργαστούν μοντέλο ηλεκτρογεννήτριας και να τη θέσουν σε λειτουργία. Να τη συνδέσουν σε παλμογράφο ή γαλβανόμετρο. 4
εναλλασσόμενου ρεύματος, και να περιγράφουν σε γενικές γραμμές το ρόλο τους. Διατυπώνουν τον ορισμό των μεγεθών : περίοδος, συχνότητα, στιγμιαία τιμή, πλάτος, ισχύς. Αναγνωρίζουν και να ονομάζουν τα κυριότερα μέρη μιας γεννήτριας συνεχούς ρεύματος και να εξηγούν σε γενικές γραμμές το ρόλο τους. Με τη χρήση της ιστοσελίδας : http://www.spin.gr/applets/generator ή http://utopia.knoware.nl/users/eduhml/iv e&klaas/index-eng.html να κατανοήσουν το τρόπο λειτουργίας γεννήτριας εναλλασσόμενου ρεύματος. Να συνδέσουν τη τάση του δικτύου με παλμογράφο και να μελετήσουν τη μορφή της. Να σχεδιάζουν τη γραφική παράσταση της εναλλασσόμενης τάσης σε σχέση με το χρόνο U = f(t).και να ορίζουν τα μεγέθη Τ, ν, U, U 0. Να μελετήσουν γεννήτρια συνεχούς ρεύματος και να εξηγούν τον τρόπο λειτουργίας της. Να παρακολουθήσουν σχετική βιντεοταινία της ΑΗΚ. 1.4 Ηλεκτρική οικιακή εγκατάσταση Σύνδεση ηλεκτρικών λαμπτήρων, ρευματοδοτών, ηλεκτρικού θερμοσίφωνα και ηλεκτρικής κουζίνας. Το ηλεκτρικό κύκλωμα του σπιτιού Βραχυκύκλωμα. Υπερφόρτωση. Περιγράφουν και να δικαιολογούν τον τρόπο σύνδεσης των ηλεκτρικών λαμπτήρων, ρευματοδοτών, του ηλεκτρικού θερμοσίφωνα και της ηλεκτρικής κουζίνας στο ηλεκτρικό κύκλωμα του σπιτιού. Αναγνωρίζουν τα πλεονεκτήματα του κυκλώματος δακτυλίου. Να κάμουν μελέτη πως παράγεται ο ηλεκτρισμός στην Κύπρο.
Ασφάλειες. Διακρίνουν τη φάση, τον ουδέτερο αγωγό και τ γείωση σ ένα ρευματολήπτη. Εξηγούν το ρόλο της ασφάλειας σε ρευματολήπτη. Συνδέουν σωστά ένα ρευματολήπτη. Επιλέγουν τη σωστή ασφάλεια για ένα ρευματολήπτη και για μια ηλεκτρική εγκατάσταση. Εξηγούν τους όρους βραχυκύκλωμα και υπερφόρτωση. Αναφέρουν αιτίες βραχυκυκλώματος και υπερφόρτωσης και να κατανοούν τους κινδύνους που συνεπάγονται από αυτές. Να μελετήσουν σε σχεδιάγραμμα και στην πράξη την ηλεκτρική εγκατάσταση μιας οικίας Να ασχοληθούν πρακτικά με τη συνδεσμολογία ενός ρευματολήπτη σε καλώδιο ηλεκτρικής συσκευής Να χρησιμοποιήσουν ασφάλειες σε ηλεκτρικό κύκλωμα και να εκτιμήσουν πειραματικά τη σημασία τους. Να υπολογίζουν την κατάλληλη ασφάλεια για μια συσκευή ή εγκατάσταση. 1.5 Ηλεκτρικές συσκευές. Λαμπτήρες πυράκτωσης και λαμπτήρες φθορισμού. Ηλεκτρική θερμάστρα, ηλεκτρικό σίδερο, ηλεκτρική κουζίνα. Ωριαία κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Κίνδυνοι από τη χρήση ηλεκτρικού ρεύματος. Ενεργειακή συνείδηση. Αναφέρουν ηλεκτρικές οικιακές συσκευές που μετατρέπουν ηλεκτρική ενέργεια σε θερμική ενέργεια ή σε άλλη μορφή. Ερμηνεύουν σωστά τα στοιχεία λειτουργίας που αναγράφονται στις ηλεκτρικές συσκευές. Διαβάζουν την ένδειξη κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας στο σπίτι. Υπολογίζουν το κόστος της ωριαίας κατανάλωσης ηλεκτρικής συσκευής από τα στοιχεία που αναγράφονται σε αυτή. Εξηγούν τη λειτουργία του λαμπτήρα πυράκτωσης και του λαμπτήρα φθορισμού. Να αποσυναρμολογήσουν μια παλιά οικιακή ηλεκτρική συσκευή, να μελετήσουν την κατασκευή της και να ερμηνεύσουν τον τρόπο λειτουργίας της. Να μελετήσουν το λογαριασμό της ΑΗΚ της οικίας τους. Από τα στοιχεία που αναγράφονται σε διάφορες ηλεκτρικές συσκευές να συγκρίνουν την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας 4
Αναγνωρίζουν τα διάφορα μέρη του ηλεκτρικού σίδερου, ηλεκτρικής θερμάστρας, και ηλεκτρικής κουζίνας και να εξηγούν τη λειτουργία τους. Εξηγούν τη λειτουργία του αυτόματου διακόπτη με διμεταλλικό έλασμα στο ηλεκτρικό σίδερο και στις λάμπες του χριστουγεννιάτικου δέντρου. Εξηγούν τη λειτουργία του θερμοστάτη στην ηλεκτρική κουζίνα. Αναφέρουν τους κινδύνους από τη χρήση του ηλεκτρικού ρεύματος και τα προληπτικά μέτρα που πρέπει να λαμβάνονται. Εξηγούν τη σημασία της γείωσης στις ηλεκτρικές συσκευές. Αναφέρουν τρόπους εξοικονόμησης ηλεκτρικής ενέργειας Να συζητήσουν τρόπους ασφαλούς χρήσης του ηλεκτρικού ρεύματος. Να συζητήσουν και να εφαρμόσουν τρόπους εξοικονόμησης ηλεκτρικής ενέργειας στο σπίτι, στο σχολείο και στην κοινότητα και να ελέγξουν την αποτελεσματικότητα τους. ------- 15 5
.1 ΠΑΓΚΟΣΜΙΑ ΕΛΞΗ Νόμος της Παγκόσμιας Έλξης και πεδίο βαρύτητας της Γης Βάρος των σωμάτων Με τη συμπλήρωση της ύλης οι μαθητές θα πρέπει να μπορούν να: Διατυπώνουν με λόγια και σύμβολα το νόμο της παγκόσμιας έλξης Κατανοούν ότι η δύναμη στην Παγκόσμια έλξη είναι αμοιβαία Εφαρμόζουν το νόμο της παγκόσμιας έλξης στην περίπτωση του βάρους ενός σώματος. Συζήτηση μεταξύ των μαθητών σε ορισμένες προτάσεις γύρω από την βαρύτητα όπως : 1. Η Γη δεν επηρεάζεται από τη βαρύτητα του ήλιου επειδή είναι πολύ μακριά από αυτόν. Δεν υπάρχει βαρύτητα πέραν της ατμόσφαιρας της Γης.. Μια βαριά πέτρα θα πέσει γρηγορότερα από μια ελαφριά πέτρα. Ένταση του πεδίου βαρύτητας της Γης Μεταβολή του g με το γεωγραφικό πλάτος και την απόσταση από την επιφάνεια της Γης. Διάκριση βάρους και μάζας Κατανοούν ότι το πεδίου βαρύτητας της Γης είναι ο χώρος όπου η Γη εξασκεί δύναμη σε μάζες και να εξηγούν ποιοτικά πως αυτό μεταβάλλεται με την απόσταση από την επιφάνεια της Γης και λόγω του γεωγραφικού πλάτους. Γνωρίζουν ότι τα σώματα πέφτουν με την ίδια επιτάχυνση στη Γη αν εξασκείται πάνω τους μόνο το βάρος τους και βρίσκονται σε μικρή απόσταση από αυτήν. Διακρίνουν ότι τα σώματα έξω από το πεδίο βαρύτητας της Γης δεν έχουν βάρος, ενώ εξακολουθούν να έχουν μάζα. 4. Ο αέρας είναι πολύ ελαφρύς για να επηρεάζεται από την βαρύτητα της Γης Ανάθεση στους μαθητές να βρουν υλικό σε σχέση με τις μαύρες τρύπες και να εξηγήσουν τι είναι. Πείραμα με νόμισμα και χαρτί για επιβεβαίωση ότι όλα τα σώματα έχουν την ίδια επιτάχυνση Προβολή βιντεοταινίας γύρω από συνθήκες έλλειψης βαρύτητας. Ανάθεση μικρής μελέτης στους μαθητές για εξήγηση του φαινομένου των παλιρροιών. 6
. Κυκλική κίνηση Κεντρομόλος δύναμη Σχεδιάζουν την ταχύτητα και τη δύναμη για σώματα που εκτελούν κυκλική κίνηση. Ορίζουν ποιοτικά βασικά μεγέθη στην κυκλική κίνηση όπως, η συχνότητα και η περίοδος περιστροφής. Κατανοούν ότι για να εκτελεί ένα σώμα κυκλική κίνηση απαραίτητη προϋπόθεση είναι η ύπαρξη δύναμης κάθετης στην ταχύτητα του (κεντρομόλα δύναμη) Αναφέρουν και να εξηγούν διάφορες περιπτώσεις κυκλικής κίνησης όπως : κίνηση αυτοκινήτου σε στροφή, κίνηση ποδηλάτου και μοτοσικλέτας σε στροφή, κωνικό εκκρεμές. Πείραμα με σώμα (φελλό, πλαστικό πώμα) δεμένο σε νήμα Πείραμα μελέτης της κυκλικής κίνησης με τη χρήση ενός περιστρεφόμενου δίσκου. Καλύψτε τον δίσκο με ένα χαρτί γκλασέ και τοποθετήστε νόμισμα στην άκρη του δίσκου. Περιστρέφοντας το δίσκο με αυξανόμενη ταχύτητα οι μαθητές να παρατηρήσουν τι συμβαίνει. Να σκεφτούν τρόπους ώστε το νόμισμα να μη πέφτει από το δίσκο τόσο εύκολα. Συλλογή υλικού από μαθητές για εφαρμογές κυκλικών κινήσεων σε διάφορα σπορ και παιχνίδια. Φυσικοί και τεχνητοί δορυφόροι. Γεωστατικοί δορυφόροι Διακρίνουν τη διαφορά μεταξύ τεχνητών και φυσικών δορυφόρων και εξηγούν τις κινήσεις των Εξηγούν τι είναι ο γεωστατικός δορυφόρος και ποιες προϋποθέσεις πρέπει να ισχύουν για να είναι ένας δορυφόρος γεωστατικός. Αναφέρουν χρήσεις των τεχνητών δορυφόρων Μοντέλο γεωστατικού δορυφόρου α) με χρήση υδρογείου σφαίρας και ελαφρού αντικειμένου προσδεμένο σταθερά με λεπτό σύρμα σε αυτήν. β) ομάδα μαθητών σχηματίζουν κύκλο και περιστρέφεται και ένας μαθητής σε απόσταση από τον κύκλο περιστρέφεται έτσι 7
ώστε να είναι συνεχώς απέναντι από συγκεκριμένο μαθητή της ομάδας. Προβολή βιντεοταινίας για τους δορυφόρους και συζήτηση.. Ορμή Διατήρηση της ορμής Εφαρμογές Αρχή κίνησης του πυραύλου Ορίζουν την ορμή ενός σώματος. Διατυπώνουν την αρχή διατήρησης της ορμής και να αναφέρουν παραδείγματα εφαρμογής της όπως κίνηση πλοίου, ελικοφόρου αεροπλάνου και ελικοπτέρου. αναφέρουν φαινόμενα που οφείλονται στην αρχή διατήρησης της ορμής όπως η ανάκρουση πυροβόλων όπλων. Εξηγούν την αρχή κίνησης των πυραύλων με βάση το θεώρημα διατήρησης της ορμής. εφαρμόζουν την αρχή κίνησης του πυραύλου σε απλά πειράματα. Πείραμα με μπαλόνι για επίδειξη αρχής λειτουργίας του πυραύλου. Κατασκευή μοντέλου πυραύλου (τοποθετούμε ποσότητα νερού σε μεγάλη πλαστική μπουκάλα αναψυκτικού. Κλείνουμε την μπουκάλα με πλαστικό πώμα το οποίο φέρει μικρή τρύπα. Εφαρμόζουμε στην τρύπα ακροφύσιο αντλίας ποδηλάτου. Στηρίζουμε την μπουκάλα κατακόρυφα σε ανοικτό μέρος και με τη χρήση αντλίας αυξάνουμε την πίεση στο εσωτερικό της μπουκάλας, οπότε σε κάποια στιγμή η το πώμα εκτινάσσεται και η μπουκάλα απογειώνεται. Μελέτη ιστορικής εξέλιξης της χρήσης των πυραύλων 8
.4 Ηλιακό σύστημα και το Σύμπαν. Δομή του ηλιακού συστήματος. Τρόποι ανίχνευσης καταστάσεων πέραν της Γης. Σελήνη - Ταξίδι στη σελήνη Μονάδες μέτρησης αποστάσεων στην αστρονομία Θεωρίες για τη δημιουργία του σύμπαντος Διαστημικά προγράμματα Περιγράφουν την οργάνωση του ηλιακού μας συστήματος Συγκρίνουν και να αντιπαραβάλλουν της ιδιότητες της Γης με αυτές άλλων πλανητών του ηλιακού μας συστήματος. Γνωρίζουν ότι οι κινήσεις και οι θέσεις των αντικειμένων στο ηλιακό μας σύστημα είναι παρατηρήσιμα φαινόμενα που μπορούν να εξηγηθούν. Περιγράφουν ποικιλία από τεχνικές που χρησιμοποιούνται για να ανιχνεύσουμε καταστάσεις πέραν της Γης (τηλεσκόπια, δορυφόροι, διαστημόπλοια φασματοσκόπια). Συγκρίνουν αποστάσεις αντικειμένων στο διάστημα και να γνωρίζουν την ανάγκη χρήσης των μονάδων μέτρησης αποστάσεων που χρησιμοποιούνται στην αστρονομία (έτη φωτός, αστρονομικές μονάδες) Περιγράφουν χαρακτηριστικά με τα οποία κατηγοριοποιούνται τα άστρα. Εξηγούν με παραδείγματα πως με τις αστρονομικές ανακαλύψεις κατανοούμε καλύτερα το σύμπαν. Γνωρίζουν και να εξηγούν πως τα διαστημικά προγράμματα έχουν προσφέρει πολλά οφέλη στην ανθρωπότητα. Με τη χρήση αντικειμένων υπό κλίμακα σε διάφορες αποστάσεις οι μαθητές κατασκευάζουν μοντέλο του ηλιακού μας συστήματος. Να χρησιμοποιήσουν την ιστοσελίδα: http://www.hummet.ucla.edu/hu mmert/french/faculty/gans/java/ SolarApplet.html για να μελετήσουν το πλανητικό σύστημα. Χρήση φωτογραφιών από διαστημικούς οργανισμούς (NASA) και δορυφορικών εικόνων για να συγκρίνουν τα μεγέθη των πλανητών και τα χαρακτηριστικά των επιφανειών τους. Ιστοσελίδα Nasa: http://www.nasa.org Συζήτηση μεταξύ δύο ομάδων στην τάξη για την πιθανότητα ύπαρξης ζωής σε άλλο πλανήτη με βάσει τα χαρακτηριστικά του. Παρατήρηση του φεγγαριού (βράδυ στο σπίτι)με τη χρήση τηλεσκοπίου ή κυαλιών και καταγραφή των παρατηρήσεων. 4 9
Παρουσιάζουν στοιχεία και απόψεις γύρω από τις διάφορες επιστημονικές θεωρίες για τη δημιουργία του σύμπαντος. Αναφέρουν τα βασικά σημεία της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης (Big Bang). Περιγράφουν την ιστορική διάσταση και τα διάφορα στάδια του ταξιδιού στη σελήνη. Μπορεί να γίνει και χρήση του χάρτη της σελήνης για την αναγνώριση των βασικών της χαρακτηριστικών Προβολή φωτογραφιών ή βιντεοταινίας για το ταξίδι στο φεγγάρι. παρατήρηση με απλά φασματοσκόπια του φάσματος διαφόρων στοιχείων (π.χ. ατμών Νατρίου) για να αντιληφθούν πως ανιχνεύονται χημικά στοιχεία στο σύμπαν. με τη χρήση απλού φασματοσκοπίου, οι μαθητές να δουν πως αλλάζει το φάσμα μιας αναμμένης λάμπας των 1 V όταν μεταβάλλεται η τάση της από 1 V και να εξηγήσουν πως οι αστρονόμοι μελετούν τα φάσματα για να καθορίσουν τη θερμοκρασία ενός άστρου. κάθε ομάδα μαθητών να παρουσιάσει σύντομη μελέτη για την εξέλιξη των θεωριών για τη δημιουργία του σύμπαντος. Χρήση ιστοσελίδας για επίδειξη της θεωρίας του Big - Bang 10
http://www.astro.ubc.ca/~scharein/a11/ Sim.html Χρήση της βιβλιοθήκης, εφημερίδων ή άλλων πηγών για την εύρεση πληροφοριών για τα προγράμματα εξερεύνησης άλλων πλανητών. ------- 11 11
.1.. ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ - ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ. Ιστορική αναδρομή Μορφές τηλεπικοινωνίας Ενσύρματη Ασύρματη τηλεπικοινωνία Τρόπος λειτουργίας ενσύρματου τηλεφώνου. Με τη συμπλήρωση της ύλης οι μαθητές θα πρέπει να μπορούν να: Περιγράφουν την ιστορική εξέλιξη των επικοινωνιών από την εποχή των πρώτων ανθρώπων μέχρι σήμερα. Εξηγούν τη σημασία και τις επιπτώσεις που έχει στη ζωή μας σήμερα η ανάπτυξη της τεχνολογίας των επικοινωνιών. Περιγράφουν τον τρόπο λειτουργίας του ενσύρματου τηλεφώνου και να αναφέρουν τα κύρια χαρακτηριστικά του Αναγνωρίζουν ότι η λειτουργία του ενσύρματου τηλεφώνου είναι μια εφαρμογή του ηλεκτρομαγνητισμού (μετατροπή του ήχου σε ηλεκτρικό ρεύμα και αντίστροφα μέσω ηλεκτρομαγνητών). Οι μαθητές μπορούν να χωριστούν σε ομάδες και κάθε ομάδα να αναλάβει να ετοιμάσει ένα project για διάφορες περιόδους στην εξέλιξη των επικοινωνιών. Ο διαχωρισμός των περιόδων μπορεί να γίνει με βάση σημαντικούς σταθμούς στην εξέλιξη αυτή όπως : 1. Η χρήση των κωδίκων στην αρχαιότητα. Η εφεύρεση του ηλεκτρικού τηλέγραφου.. Η εφεύρεση του τηλεφώνου 4. Η εφεύρεση του ασύρματου τηλέγραφου 5. Η ανάπτυξη του ραδιοφώνου, της τηλεόρασης και των ραντάρ. 6. Η χρήση των δορυφόρων. 7. Η ψηφιακή τεχνολογία και οι οπτικές ίνες. Οι μαθητές να παρατηρήσουν τα εσωτερικά μέρη μιας παλιάς τηλεφωνικής συσκευής αφού την αποσυναρμολογήσουν και να προσπαθήσουν να εξηγήσουν το τρόπο λειτουργίας της. Πραγματοποίηση απλών πειραμάτων με τη χρήση ηλεκτρομαγνητών Οι μαθητές να κατασκευάσουν απλά ηχεία για να κατανοήσουν το τρόπο λειτουργίας τους. 1
.4.5 Ηλεκτρομαγνητικά κύματα Τρόποι μετάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα ιδιότητες και εφαρμογές Ασύρματη τηλεφωνία Χαρακτηριστικά Τρόπος λειτουργίας. Πλεονεκτήματα μειονεκτήματα έναντι ενσύρματης τηλεφωνίας. Διαχωρίζουν τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα από τα μηχανικά κύματα Γνωρίζουν ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διαδίδονται με τη ταχύτητα του φωτός και δεν απαιτείται υλικό μέσο για τη διάδοση τους. Αναγνωρίζουν ότι η ασύρματη τηλεπικοινωνία χρησιμοποιεί τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα για μεταβίβαση ήχου και εικόνας σε μεγάλες αποστάσεις. Οι μαθητές να εκτελέσουν πειράματα με μικροκύματα (ανίχνευση μικροκυμάτων, ανάκλαση) για να κατανοήσουν τα χαρακτηριστικά των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Με σύνδεση στην ιστοσελίδα : http://www.phy.ntnu.edu.tw/%7ehwang /emwave/emwave.html να παρακολουθήσουν τη μορφή και τις μεταβολές σε ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα όταν μεταβάλλεται η περίοδος του..6 Πομπός και δέκτης Διακρίνουν ότι για τη μεταβίβαση ήχου και εικόνας είναι απαραίτητες δύο βασικές διατάξεις.7 Ψηφιακή τεχνολογία Διαφορές ψηφιακού και αναλογικού σήματος. Οπτικές ίνες στις τηλεπικοινωνίες Γραμμές ISDN. α) ο πομπός και β) ο δέκτης. Περιγράφουν τη λειτουργία του πομπού και του δέκτη σε αδρές γραμμές. Διακρίνουν τις διαφορές και τα πλεονεκτήματα της ψηφιακής τεχνολογίας από την αναλογική. Εξηγούν το τρόπο λειτουργίας των οπτικών ινών Με τη χρήση μικροσκοπίου οι μαθητές να δουν τα χαρακτηριστικά ενός δίσκου βινιλίου και ενός CD. Με τη χρήση ενημερωτικού υλικού της ΑΤΗΚ να παρουσιάσουν τα κυριότερα πλεονεκτήματα των οπτικών ινών και των γραμμών ISDN. 1
.8.9 Οι τηλεπικοινωνιακοί δορυφόροι και ο ρόλος τους. Είδη ραδιοφωνικών και τηλεοπτικών κυμάτων στις τηλεπικοινωνίες και να αναφέρουν τα πλεονεκτήματα τους. Εξηγούν το ρόλο των τηλεπικοινωνιακών δορυφόρων. Γνωρίζουν τα χαρακτηριστικά των ραδιοφωνικών κυμάτων(φάσμα συχνοτήτων, φέρων κύμα, κύμα πληροφοριών, διαμόρφωση κύματος ). Διακρίνουν τη διαφορά μεταξύ της διαμόρφωσης πλάτους ΑΜ από τη διαμόρφωση συχνότητας FM. Διακρίνουν τη διαφορά μεταξύ κυμάτων UHF και VHF καθώς και τα πλεονεκτήματα του καθενός. Να προβληθεί ταινία για τους δορυφόρους και να ακολουθήσει συζήτηση Οι μαθητές να εκτελέσουν απλά πειράματα για να κατανοήσουν τον τρόπο μετάδοσης του φωτός στις οπτικές ίνες (μπορούν να χρησιμοποιηθούν οπτικές ίνες για χριστουγεννιάτικα δέντρα). Να περιεργαστούν ραδιόφωνα (ΑΜ και FM) και να δείξουν ορισμένες από τις διαφορές μεταξύ της διαμόρφωσης FM και AM (Λήψη μακρινών σταθμών, πιστότητα ήχου). 1 8 14
4. 4.1 ΑΤΟΜΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ Δομή του ατόμου Ιστορική εξέλιξη του ατομικού μοντέλου. Το ατομικό μοντέλο Thomson Το πλανητικό ατομικό μοντέλο Rutherford. Οι συνθήκες του Bohr. Σύγχρονες αντιλήψεις για τη δομή του ατόμου. Με τη συμπλήρωση της ύλης οι μαθητές θα πρέπει να μπορούν να: Συμπεραίνουν ότι οι επιστημονικές θεωρίες βελτιώνονται ή καταργούνται ανάλογα με τα πειραματικά δεδομένα που προκύπτουν και στη θέση τους παρουσιάζονται νέες που ερμηνεύουν ένα ευρύτερο κύκλο φαινομένων. Εξηγούν τη λογική της ανάπτυξης του ατομικού μοντέλου Rutherford όπως απορρέει από τη σκέδαση Rutherford. Δίδεται σε κάθε ομάδα μαθητών κατάλληλο σχέδιο του πειράματος Rutherford και ζητείται να καταλήξουν σε κάποια συμπεράσματα για τη δομή του ατόμου. (παράλληλη δραστηριότητα μέσα από το διαδίκτυο: http://galileoandeinstein.physics.virginia.edu/more_stuff/ Applets/rutherford/rutherford.html) 4. Διέγερση και αποδιέγερση του ατόμου. Εκπομπή ακτινοβολίας. Φάσματα εκπομπής και απορρόφησης Εφαρμογή του φασματοσκοπίου στην αστροφυσική και ιατρική. LASER Αρχή της λειτουργίας του. Εφαρμογές. Εξηγούν το φαινόμενο της διέγερσης και αποδιέγερσης των ατόμων. Ορίζουν το φωτόνιο και την ενέργειά του. Συσχετίζουν την ενέργεια των φωτονίων που εκπέμπονται κατά την αποδιέγερση των ατόμων με τα άλματά τους από τις διάφορες στάθμες ενέργειας. Εξηγούν κάτω από ποιες συνθήκες έχουμε φάσματα εκπομπής και φάσματα απορρόφησης. Περιγράφουν μερικές εφαρμογές της φασματοσκοπίας. Εξηγούν το μηχανισμό παραγωγής των ακτινών Laser. Περιγράφουν εφαρμογές τους. Ολογραφία, Ιατρική, Τηλεπικοινωνίες. Σε κάθε ομάδα δίνεται φύλλο εργασίας με άλματα ηλεκτρονίων από διάφορες στάθμες ενέργειας βαθμολογημένες σε ev και οι μαθητές καλούνται να βρουν ποια φωτόνια θα έχουν τη μεγαλύτερη ενέργεια..(παράλληλη δραστηριότητα μέσα από το διαδίκτυο: http://www.lightlink.com/sergey/java/ja va/atomphoton/ index.html και http://www.colorado.edu/physics/000/ waves_particles/index.html) Επίδειξη πραγματικού Laser. (pointer Laser). Επίδειξη σημάτων Mohrs με χρήση, 1 15
4. 4.4 4.5 Αγωγιμότητα στο κενό. Έργο εξαγωγής μετάλλου Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο Φωτοκύτταρο. Εφαρμογές. Ακτίνες Χ. Ιδιότητες - Εφαρμογές Αδρομερώς η παραγωγή τους. Κίνδυνοι. Ορίζουν το έργο εξαγωγής Όταν τους δοθεί σχετικό σχεδιάγραμμα να περιγράφουν τον τρόπο παραγωγής των φωτοηλεκτρονίων και του φωτοηλεκτρικού ρεύματος. Διακρίνουν ότι η ελάχιστη απαιτούμενη ενέργεια Των φωτονίων για την παραγωγή φωτοηλεκτρονίων είναι ίση με το έργο εξαγωγής. Απαριθμούν τους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η ένταση του φωτοηλεκτρικού ρεύματος Αναφέρουν ότι οι ακτίνες Χ είναι ηλεκτρομαγνητικής φύσεως. Αναγνωρίζουν τη θέση τους στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα σε σχέση με άλλες ακτινοβολίες ( ακτίνες γ, Υπεριώδεις, μικροκύματα, ραδιοφωνικά κύματα) Περιγράφουν τις ιδιότητες τους Αναφέρουν εφαρμογές τους Αναφέρουν τους κινδύνους από τη συχνή έκθεση τους σ αυτές. pointer Laser, φωτοκύτταρου και transistor. Μηχανικό ανάλογο. Διαδίκτυο : http://www.lightlink.com/sergey/java/ja va/laser/index.html Το πείραμα ανάκλασης δέσμης Laser σε κάτοπτρο στη σελήνη : ανακοίνωση εργασίας από μαθητές. Επίδειξη συστήματος συναγερμού με αισθητήρα φωτός. Οι μαθητές σε ομάδες περιεργάζονται το σύστημα, το δοκιμάζουν και επιχειρούν να ερμηνεύσουν τη λειτουργία του. Επίδειξη φωτογραφικής μηχανής εφοδιασμένης με φωτόμετρο. Οι μαθητές καλούνται να προσδιορίσουν, με βάση το τι βλέπουν τις ιδιότητες που πρέπει να έχουν αυτές οι ακτίνες, εξηγώντας το συλλογισμό τους. http://www.colorado.edu/physics/000/a pplets/xray.html http://www.colorado.edu/physics/000/t omography/index.html. ------- ---- 10 16
5. ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΕΠΟΧΗ 5.1 Ατομικός- Μαζικός αριθμός. Ισότοπα-Ισοβαρή στοιχεία. 5. Ραδιενέργεια. Ιστορικό της ανακάλυψης της ραδιενέργειας. Φύση της ραδιενέργειας. Ακτινοβολία α, β, γ. Χρόνος υποδιπλασιασμού ή ημιζωή ενός ραδιενεργού πυρήνα. Εφαρμογή στην αρχαιομετρία: χρονολόγηση αντικειμένων με τη μέθοδο του άνθρακα-14 Με τη συμπλήρωση της ύλης οι μαθητές θα πρέπει να μπορούν να: Ορίζουν τον ατομικό και μαζικό αριθμό ενός στοιχείου και να εξηγούν τι αντιπροσωπεύουν τα σύμβολα Ζ και Α του πυρήνα στην o Απεικόνιση : Α Χ Ορίζουν τα ισότοπα, τα πρωτόνια, τα νετρόνια τα νουκλεόνια. Δίδονται καρτέλες σε ομάδες μαθητών με στοιχεία με τη μορφή : Α Χ. Οι μαθητές καλούνται να προσδιορίσουν τον αριθμό πρωτονίων, ηλεκτρονίων και νετρονίων του κάθε πυρήνα. Ανακοίνωση μικρών εργασιών βιβλιοθήκης για το zεύγος Curie.. Ορίζουν τα σωματίδια ή ακτινοβολία α Ορίζουν τα σωματίδια ή ακτινοβολία β Ορίζουν την ακτινοβολία γ Περιγράφουν πείραμα που αποδείχνει τη φύση του φορτίου τους. Ανάλογο της τυχαίας διάσπασης των πυρήνων: Ο κάθε μαθητής/τρια σηκώνεται όρθιος/ια και στριφογυρίζει μέσα στη χούφτα του 17
5. Τεχνητή ραδιενέργεια. Παραδείγματα τεχνητής μεταστοιχείωσης. Έλλειμμα μάζας και η σημασία του. Ισοδυναμία μάζας και ενέργειας. Ε=m.c Κοσμική ακτινοβολία. Πυρηνική ενέργεια Σχάση των πυρήνων. Διαφορές της σχάσης από άλλες πυρηνικές αντιδράσεις. Αλυσιδωτή αντίδραση. Κρίσιμη μάζα. Πυρηνικός αντιδραστήρας. Τα κυριότερα μέρη του: σχάσιμο υλικό, επιβραδυντής, ράβδοι ελέγχου, ρευστό μεταφοράς θερμότητας Αναφέρουν μερικές από τις ιδιότητες κάθε o μιας ακτινοβολίας. Ορίζουν το χρόνο υποδιπλασιασμού ενός ραδιενεργού στοιχείου. Ερμηνεύουν τη γραφική παράσταση: o Αριθμός αδιάσπαστων πυρήνων συναρτήσει του χρόνου. Εξηγούν πώς επιτυγχάνεται η χρονολόγηση ενός πετρώματος, απολιθώματος με τη μέθοδο του άνθρακα -14. Εξηγούν πώς μπορεί να γίνει η τεχνητή μεταστοιχείωση. Συμπληρώνουν απλές πυρηνικές αντιδράσεις. Ορίζουν το έλλειμμα μάζας και εξηγούν τη σημασία του. συνεχώς ένα νόμισμα. Ύστερα από 15 s ο καθηγητής/τρια λεει να σταματήσουν αυτό που κάνουν και να κοιτάξουν το νόμισμα στην παλάμη τους. Όσοι μαθητές έφεραν "δημοκρατία" κάθονται κάτω. Αυτοί που έμεινα όρθιοι, (συμβολίζουν τους αδιάσπαστους πυρήνες) μετρούνται και ο αριθμός τους καταχωρείται σε πίνακα. Το ίδιο επαναλαμβάνεται με αυτούς που έμειναν όρθιοι για άλλα 15 s κ.ο.κ μέχρι όλοι να καθίσουν. Οι μαθητές αποδίδουν γραφικά τον αριθμό των όρθιων μαθητών n= f (t). Από το γράφημα βρίσκουν το χρόνο π.χ. που χρειάστηκε ώστε από τους 0 μαθητές να μείνουν οι 10 όρθιοι κ.λ.π. Μέτρηση της κοσμικής ακτινοβολίας με Geiger. http://www.nap.edu/readingroom/books/ cosmology/covers.html 5.4 Σύντηξη. Θερμοπυρηνικές αντιδράσεις στον ήλιο (απλή αναφορά). Φυσικές πηγές ραδιενέργειας. Με βάση σχηματική παράσταση της σχάσης του ουρανίου να εξηγούν το φαινόμενο και τη 18
5.6 5.5 Κίνδυνοι από τη ραδιενέργεια. Εφαρμογές των ραδιοϊσοτόπων στην : α) ιατρική β) γεωργία γ) τεχνολογία σημασία του από πλευράς απελευθέρωσης ενέργειας. Ορίζουν την αλυσιδωτή αντίδραση Ορίζουν την κρίσιμη μάζα. Με βάση σχηματική απεικόνιση αντιδραστήρα εξηγούν τη λειτουργία και το ρόλο κάθε μέρους του. Ορίζουν την πυρηνική σύντηξη Κατανοούν τις προοπτικές για την αντιμετώπιση του ενεργειακού προβλήματος. Προσομοίωση που δείχνει τη σχάση του ουρανίου. Σχετική προσομοίωση που δείχνει τη λειτουργία του πυρηνικού αντιδραστήρα και τον τρόπο ελέγχου του. Με αφορμή δημοσιεύματα από το ατύχημα Τσερνομπίλ, οι μαθητές χωρίζονται σε ομάδες και γίνεται συζήτηση στην τάξη για τα υπέρ και τα κατά όσον αφορά τη χρήση της πυρηνικής ενέργειας. Αναφέρουν τους κινδύνους από την έκθεση του ανθρώπινου οργανισμού στη ραδιενέργεια. Αναφέρουν εφαρμογές των ραδιοϊσοτόπων στην ιατρική, γεωργία και τεχνολογία. Ανακοίνωση εργασιών για τη χρήση των ραδιοϊσοτόπων ------- 11 19