Rozvíjanie experimentálnych zručností študentov gymnázia

Marián Kireš

Obsah

• Experimentálne riešiteľné fyzikálne problémy • Experiment ako výzva • Prvotné pozorovanie, alebo ide to aj na kolene • Skúmanie javu ako systematická činnosť • Vyhodnotenie a prezentácia výsledkov • Námety na nové úlohy • Vzorové riešenia ako námety

na laboratórne merania

Experimentálne riešiteľné fyzikálne problémy

• Banky• Lepkavá voda• Kvapalný svetlovod• Magnetická pružina

Experiment ako výzva

• Netradičnosť problému– Dve podobné nádoby (jednu prázdnu, druhú obsahujúcu

vodu) pripojíme hadičkami na rezervoár s vodou. Nádoby potom zahrejeme na 100°C a túto teplotu istý čas udržujeme. Keď ohrev zastavíme a nádoby schladíme, voda je vťahovaná do hadičiek. Preskúmajte a vysvetlite, v ktorej hadici voda stúpa rýchlejšie a v ktorej dosiahne väčšiu výšku po úplnom ochladnutí nádob. Ako tento jav závisí od doby ohrevu nádob?

• Dostupnosť zariadenia– sklenená banka, hadičky, nádoba s vodou

• Originálnosť riešenia– Meranie výšky a rýchlosti stúpania vody– Meranie tlaku

Experiment ako výzva

• Nejednoznačnosť odpovede na problém– Dokáže väčšia banka natiahnuť viac vody ako menšia?– Ak budeme dlhšie zohrievať banku, bude podtlak po

ochladení výraznejší?– Aký je priebeh rýchlosti stúpania vody (klesania tlaku)?

• Nutnosť hľadania odpovede experimentálnou cestou– Rôzne veľké banky (1000 ml, 500 ml, 250 ml)– Rôzna dĺžka ohrevu banky – Rôzne množstvo vody v banke (bez vody, s minimom vody,

s rôznym množstvom vody: 1/3, 1/2, 3/4 objemu banky)– Konštantná vonkajšia teplota pri chladení (veľká nádoba:

voda+ľad)

Experiment ako výzva

• Formulovateľnosť vlastných záverov– Objem banky nemá vplyv na veľkosť podtlaku

(tlak nasýtených pár nezávisí od objemu pár)– S rastúcou dĺžkou ohrevu stúpa veľkosť podtlaku po

ochladení(zväčšujeme podiel vodných pár v banke, ich kondenzáciou docielime väčší podtlak)

– Zväčšujúci sa objem vody v banke zmenšuje veľkosť podtlaku(pri podtlaku nastáva var vody v banke a dodatočné uvoľňovanie pár, čím za znižuje podtlak)

Prvotné pozorovanie, alebo ide to aj na kolene

• Banka s hadičkou, ohrejeme vodu a ochladíme, pozorujeme nasávanie vody.

• Odmerný valec, jemný prúd vody, pozorujeme zahnutie prúduvody a jeho vystúpenie.

Prvotné pozorovanie, alebo ide to aj na kolene

• Laserové ukazovadlo, nádoba s bočným otvorom, pozorujeme svetlovod.

• Magnety na drevenom jadre, sledujeme priebeh kmitania.

Skúmanie javu ako systematická činnosť

• Určenie parametrov, ktoré môžu mať vplyv na daný fyzikálny jav

• Stanovenie metódy merania

• Banky– Objem nádoby, množstvo vody, doba ohrevu,

• Lepkavá voda– Priemer valca, materiál valca (sklo, vosk), rýchlosť prúdenia

kvapaliny, vzdialenosť prúdu od stredu valca, objemový tok

• Kvapalný svetlovod– Veľkosť výtokovej rýchlosti, veľkosť prierezu vodného lúča,

frekvencia svetla, index lomu kvapaliny,

• Magnetická pružina– Intenzita magnetického poľa, hmotnosť magnetu

Vyhodnotenie a prezentácia výsledkov

• Banky– Grafy závislosti p = p(t) pre rôzne doby ohrevu, rôzne Vbanka,

a rôzne Vvoda

Vyhodnotenie a prezentácia výsledkov

• Lepkavá voda– Grafy závislosti h = h(R), h = h(v), h = h(d), pre sklo a vosk

Vyhodnotenie a prezentácia výsledkov

• Kvapalný svetlovod– Grafy závislosti d = d(v), d = d(S), d = d(n)

Vyhodnotenie a prezentácia výsledkov

• Magnetická pružina– Grafy závislosti y = y(t), hodnoty útlmu

Námety na nové úlohy

Kapilarita• A zasunieme veľmi tenkú rúrku do kvapaliny, pozorujeme, že

hladina kvapaliny v rúrke sa postupne ustáli na inej úrovni ako je hladina kvapaliny v nádobe. Vyšetrite pohyb hladiny kvapaliny v tenkej rúrke.

Kavitácia• Ak sa v kvapaline pohybuje napr. lodná skrutka, môžeme

pozorovať vznik bublín. Skúmajte vznik kavitácie a jej vplyv na hnací účinok skrutky.

Dokonalá sviečka• Po dohorení parafínovej sviečky môžeme pozorovať, že časť

parafínu nebola sviečkou pri horení spotrebovaná. Vyšetrite vplyv parametrov parafínovej sviečky, na množstvo nespáleného parafínu.

Námety na nové úlohy

Kvapky kávy na hladine• Pripravte šálku kávy. Lyžicou odoberte zo šálky malé množstvo

kávy a opatrne ho nalievajte na hladinu kávy v šálke. Na povrchu kávy môžete pozorovať pohybujúce sa malé kvapky kávy. Vysvetlite a skúmajte tento jav.

Archimedova skrutka• Namotajte gumenú hadičku na valec. Spodný okraj valca

ponorte do kvapaliny. Rotáciou valca dokážete kvapalinu prečerpávať nad jej úroveň v nádobe. Vyšetrite od akých parametrom závisí množstvo prečerpanej kvapaliny.

Vzorové riešenia ako námety na laboratórne merania

• Časová náročnosť riešenia zadaných problémov, • Vzorové riešenia ako inšpirácia pre laboratórne

merania• Široký záber skúmaných parametrov• Kooperatívne vyučovanie

– Prezentovanie problému– Spoločné hľadanie parametrov ovplyvňujúcich daný jav,– Rozdelenie merania podľa parametrov do skupín, – Získanie čiastkových výsledkov skupinou,– Prezentácia výsledkov jednotlivých skupín, – Systematizácia a prezentácia celkových výsledkov merania.

Ďakujem za pozornosť

RNDr. Marián Kireš, PhD.

ODF ÚFV PF UPJŠ KošiceAngelinum 9

042 54 Košicehttp://physedu.science.upjs.sk

http://ufv.science.upj.sk

Email: marian.kires@upjs.sk