Σχέδια μαθήματος και φύλλα εργασίας για τη Φυσική της Α' Γυμνασίου - 3. Μετρήσεις μάζας-τα διαγράμματα

Παρατηρήσεις

Οι παρακάτω εποικοδομητικού τύπου δραστηριότητες στηρίζονται σε κάποιες παραδοχές οι οποίες αν και λανθασμένες από άποψη Φυσικής (π.χ., η ηλεκτρονική ζυγαριά μετράει τη μάζα), υιοθετούνται με σκοπό να ικανοποιηθούν οι διδακτικοί στόχοι του 3^ου Φύλλου εργασίας του «βιβλίου» της Α’ Γυμνασίου. Έτσι αποσιωπείται κάθε αναφορά στην ιδιότητα αδράνεια της ύλης. Για εναλλακτικές προτάσεις εισαγωγής της έννοιας της μάζας και της διάκρισης μάζας-βάρους, οι οποίες στηρίζονται σε πολύ πιο στέρεα θεμέλια αλλά αναφέρονται σε μαθητές μεγαλύτερων τάξεων, μπορεί ο εκπαιδευτικός να ανατρέξει στις παραπομπές:

http://fysikapeiramatika.blogspot.gr/2010/08/blog-post_24.html

http://fysikapeiramatika.blogspot.gr/2010/09/blog-post_16.html

Τα υλικά που χρειαστείτε

 

1^η Διδακτική ώρα

Η ύλη (ό,τι κι αν είναι αυτό) έχει διάφορα χαρακτηριστικά. Νομίζουμε ότι καταλαβαίνουμε κάτι αν είμαστε σε θέση να δώσουμε μία λίστα των χαρακτηριστικών του. Το πιο εμφανές χαρακτηριστικό της ύλης είναι ίσως ο όγκος: το πόσο χώρο καταλαμβάνει ένα αντικείμενο στο χώρο.

Ο εκπαιδευτικός δείχνει ένα ποτήρι με νερό και ρωτάει: Πώς μπορούμε να μετρήσουμε τον όγκο του νερού σε αυτό το ποτήρι; Ένας εύκολος τρόπος για να μετράμε τον όγκο υγρών είναι η χρήση ενός «ογκομετρικού σωλήνα» (τα παιδιά το έχουν διδαχθεί στο δημοτικό).

Δραστηριότητα 1.

Ένας μαθητής χρησιμοποιεί τον ογκομετρικό σωλήνα (ακόμη και μπιμπερό ή βαθμολογημένο ποτήρι από την κουζίνα της μαμάς αν δεν υπάρχει εργαστηριακός ογκομετρικό σωλήνας) και διαβάζει την ένδειξη, π.χ. 125 ml, χωρίς να την ανακοινώσει. Για να συνδέσουμε με τις προηγούμενες ενότητες καλούμε έναν μαθητή από κάθε ομάδα να διαβάσει την ένδειξη και στη συνέχεια οι ομάδες ανακοινώνουν τις «μετρήσεις» τους στην ολομέλεια. Γιατί υπάρχουν διαφορές (αν υπάρχουν); Ποια είναι η «σωστή» μέτρηση;

Δραστηριότητα 2

Αδειάζουμε το περιεχόμενο του ογκομετρικού σωλήνα από τη δραστηριότητα 1 σε άδειο και καθαρό πλαστικό μπουκαλάκι νερού. Ζητάμε από άλλο μαθητή να γεμίσει τον ογκομετρικό σωλήνα με οινόπνευμα ίδιου όγκου με το νερό, π.χ. 125 ml. Στη συνέχεια αδειάζει το περιεχόμενο σε ένα δεύτερο άδειο μπουκαλάκι νερού.

Επαναλαμβάνουμε την ίδια διαδικασία χρησιμοποιώντας τώρα ένα άλλο υγρό (π.χ. γλυκερίνη) ή στεγνή άμμο.

Διαθέτουμε στο τέλος αυτής της διαδικασίας 3 όμοια μπουκαλάκια νερού γεμισμένα, μέχρι του ίδιου ύψους (ίδιου όγκου), με τρία διαφορετικά υλικά.

Συμπέρασμα: Το χαρακτηριστικό της ύλης που αποκαλούμε «όγκο» ενώ περιγράφει κάτι εμφανές δεν αρκεί για μια πλήρη περιγραφή της ύλης. Τα τρία παραπάνω υλικά αν και έχουν ίδιο όγκο «εμφανώς» διαφοροποιούνται μεταξύ τους.

Προσφυγή στην ηλεκτρονική ζυγαριά της κουζίνας. Από την εμπειρία μας ξέρουμε ότι μία ζυγαριά δείχνει μία ένδειξη όταν τοποθετείται πάνω σε αυτήν ένα αντικείμενο. ΙΔΕΑ! Τα τρία μπουκαλάκια έχουν ίδιου όγκο υλικά. Τι ενδείξεις θα δώσει όμως η ζυγαριά; Θα είναι ίδιες ή θα είναι διαφορετικές;

Δραστηριότητα 3

Ένας μαθητής τοποθετεί διαδοχικά τα τρία μπουκαλάκια στη ζυγαριά και ανακοινώνει στην ολομέλεια τις ενδείξεις της ζυγαριάς: είναι διαφορετικές!

Τι σημαίνει το γεγονός ότι οι ενδείξεις είναι διαφορετικές; Εκμαιεύουμε ότι η ζυγαριά πρέπει να μετράει ένα διαφορετικό χαρακτηριστικό της ύλης. Πώς να το βαφτίσουμε αυτό το χαρακτηριστικό; Οι φυσικοί το λένε «μάζα».

Γιατί άραγε τα διάφορα υλικά ενώ μπορεί να έχουν ίδιο όγκο έχουν διαφορετική μάζα;

Ενημερώνουμε τους μαθητές ότι θα πραγματευτούμε αυτό το ερώτημα στην 5η εργαστηριακή άσκηση.

2^η Διδακτική ώρα (Μάζα και βάρος)

Κρατήστε τα μπουκαλάκια με το οινόπνευμα και την άμμο αντίστοιχα στα δύο χέρια. Μπορείτε να πείτε ποιο είναι πιο βαρύ; Περιμένουμε/καθοδηγούμε οι μαθητές να «ζυγίσουν» με τα χέρια τους τα μπουκαλάκια και να αποφανθούν ότι πιο βαρύ είναι αυτό με την άμμο. Ζητάμε την φαντασία τους ή ενδεχομένως προβάλλουμε ένα μικρό βίντεο από το ΔΔΣ (http://www.youtube.com/watch?v=rQbc1HJc5Nw). Άραγε θα είχατε την ίδια αίσθηση αν κάνατε την ίδια «ζύγιση» στο ΔΔΣ ή στη Σελήνη;

ΌΧΙ! Όμως ούτε ο όγκος, ούτε η πυκνότητα και επομένως ούτε η μάζα θα είχε αλλάξει. Άρα η ιδιότητα του να είσαι βαρύς, μοιάζει να είναι ένα ακόμη χαρακτηριστικό της ύλης. Σε αντίθεση όμως με τον όγκο και τη μάζα φαίνεται να εξαρτάται από του πού είμαι! Οι φυσικοί λένε αυτή την ιδιότητα «βάρος» και το μετράνε με ένα ΔΥΝΑΜΟΜΕΤΡΟ.

Δραστηριότητα 4

Αναρτούμε διαδοχικά τα 3 μπουκαλάκια στο δυναμόμετρο και καταγράφουμε τις ενδείξεις. Στον πίνακα δημιουργούνται δύο στήλες: μία με τη μάζα του κάθε μπουκαλιού (ένδειξη ηλεκτρονικής ζυγαριάς) και μία με το βάρος του (ένδειξη δυναμόμετρου).Παρατηρείτε κάποια σχέση ανάμεσα στο βάρος (σε Ν) και τη μάζα (σε kg);

 3^η Διδακτική ώρα (διαγράμματα)

Αφού οι μαθητές τρέξουν το φύλλο εργασίας τους εισάγουμε στη σχεδίαση διαγραμμάτων.

Για να γίνει πιο εμφανής η σχέση υπάρχει ένα «τέχνασμα»: το διάγραμμα βάρους-μάζας. Τοποθετούμε τα σημεία στο διάγραμμα. Πώς διατάσσονται; Τυχαία;

Οι φυσικοί λένε ότι το βάρος είναι ανάλογο με τη μάζα ΟΤΑΝ βρισκόμαστε κοντά σε έναν πλανήτη και σε σταθερή απόσταση από το κέντρο του.

Οι μαθητές μπορούν να συμπληρώσουν, σε ομάδες, το ακόλουθο φύλλο εργασίας.

Ο Θανάσης είδε σε ένα βίντεο αστροναύτες να αιωρούνται μέσα στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό και συμπέρανε ότι δεν έχουν βάρος τους: το βάρος τους είναι ίσο με μηδέν. «Επειδή βέβαια οι αστροναύτες εξακολουθούν να έχουν μάζα», λέει ο Θανάσης, «αυτό σημαίνει ότι το βάρος ενός σώματος δεν μπορεί να εξαρτάται από τη μάζα του.»

Έχει δίκιο ο Θανάσης;

Β. Για να διευκολυνθείτε συμπληρώστε τα παρακάτω, δουλεύοντας στις ομάδες σας.

Β1. Τι νομίζετε ότι μπορείτε να κάνετε για να διαπιστώσετε αν το βάρος ενός σώματος εξαρτάται ή όχι από τη μάζα του;

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

Β2. Να κάνετε μία υπόθεση, τέτοια ώστε να μπορέσετε να την ελέγξετε πειραματικά, για το πώς εξαρτάται το βάρος ενός σώματος από τη μάζα του.

..……………………………………………………………………………………………………...

…………………………………………………………………………………………………………

Γ1. Περιγράψτε ένα πείραμα που θα κάνετε για να ελέγξετε την υπόθεσή σας (Υποθέστε ότι έχετε πρόσβαση μόνο στα υλικά που είναι διαθέσιμα αυτή τη στιγμή στην τάξη σας: ένα δυναμόμετρο για να μετράτε βάρη, μία ηλεκτρονική ζυγαριά για να μετράτε μάζες και τρία μπουκαλάκια διαφορετικής μάζας). Τι θα κρατήσετε σταθερό; Τι θα μεταβάλλετε;

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

Γ2. Να κάνετε το πείραμα που περιγράψατε παραπάνω. Τι προβλήματα συναντήσατε; Σε ποιο συμπέρασμα καταλήγετε;

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

Γ3. Μπορείτε να προβλέψετε το βάρος ενός τέταρτου μπουκαλιού γνωστής μάζας; Τι θα κάνετε για να προβλέψετε την τιμή του;

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

Γ4. Μετρήστε το βάρος του τέταρτου μπουκαλιού. Πόσο απέχουν η τιμή που εκτιμήσατε και αυτή που προβλέψατε; Πού μπορεί να οφείλεται αυτή η διαφορά;

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………

Δ1. Παρουσιάστε σύντομα στις υπόλοιπες ομάδες την πορεία που ακολουθήσατε (τι μπορούμε να διερευνήσουμε, υποθέσεις που κάνατε, μετρήσεις που έγιναν, συμπεράσματα στα οποία καταλήξατε).