Wiadomości ogólne
- Czas trwania zajęć: 1h
- Określenie wiedzy i umiejętności wymaganej u uczniów przed przystąpieniem do realizacji zajęć:
Uczeń: - wie, że prąd elektryczny wykonuje pracę,
- wyjaśnia, że praca prądu elektrycznego może być zamieniona na ciepło,
- zna wzór na moc,
- wie, że jednostką pracy jest 1 J, a jednostką mocy 1 W,
- zna zależność na ciepło właściwe i podaje jego jednostkę,
- odczytuje wartości ciepła właściwego dla innych substancji i podaje interpretację wartości,
- wie, że ciepło pobrane przez masę substancji przyczynia się do wzrostu jej temperatury,
- zna zasadę zachowania energii.
- Pojęcia kluczowe:
- praca prądu elektrycznego jest zamieniana na ciepło dostarczane do masy wody (W = Q),
- układ doświadczalny jest układem izolowanym,
- pomiar temperatury,
- niepewność pomiarowa temperatury i czasu,
- wartość tablicowa.
- Pytanie sformułowane przez uczniów:
- Ile energii cieplnej należy dostarczyć, aby zmienić temperaturę wody o jeden stopień Celsjusza?
Doświadczenie
- Potrzebne materiały, przyrządy:
- czajnik elektryczny z podziałką umożliwiającą odczyt pojemności wody, o znanej mocy,
- waga,
- termometr,
- stoper.
- Uwagi dotyczące BHP:
Zachowaj szczególną ostrożność, bo woda podczas ogrzewania może osiągnąć wysoką temperaturę: w przypadku niespodziewanych trudności lub kłopotów należy przerwać doświadczenie i niezwłocznie zwrócić się do nauczyciela/ki. Zachowaj bezpieczeństwo podczas pracy z czajnikiem elektrycznym lub grzałką.
Ważne: Podczas wykonywania doświadczeń przestrzegaj zasad BHP oraz stosuj się do regulaminu pracowni fizycznej. - Zmienne występujące w doświadczeniu:
- zmienna niezależna – masa wody,
- zmienna zależna – temperatura,
- zmienne kontrolne – moc grzałki czajnika.
Instrukcja wykonania doświadczenia:
Zadanie A:
Odczytujemy moc grzałki czajnika elektrycznego z podziałką. Wlewamy do czajnika wodę i odczytujemy jej objętość (pamiętamy, że 1litr to 1kg wody) lub wyznaczamy dowolną masę wody za pomocą wagi. Postaw pusty czajnik na wadze i odczytaj masę m1. Nalej wodę do czajnika, postaw czajnik z wodą na wagę i wyznacz masę m2. Oblicz masę wody m = m2 – m1. Zmierz temperaturę początkową wody Tp. Włącz stoper i zmierz czas podgrzewania wody - t. Po 1 minucie odczytaj temperaturę i zapisz w tabeli Tk. Po następnej minucie odczytaj temperaturę i zapisz w tabeli Tp i Tk i t. Po następnej minucie odczytaj temperaturę i zapisz w tabeli Tp i Tk i t. Oblicz różnicę temperatury ( przyrost temperatur) ΔT= Tk - Tp i wpisz do tabeli.
| Pomiar | Temperatura początkowa | Temperatura końcowa | Przyrost temperatury | Czas podgrzewania wody |
| Tp (C) | Tk (C) | ∆T (C) | t (s) | |
| 1 | 20oC | 40oC | 20oC | 99 s |
| 2 | 40oC | 60oC | 20oC | 96 s |
| 3 | 60oC | 100oC | 40oC | 180 s |
Oblicz różnicę temperatur ΔT = Tk - Tp. Oblicz ciepło właściwe.
W = Q
W = Pt
Q = mc∆T Pt = mc∆T
Porównaj otrzymany wynik z wielkością tablicową ciepła właściwego dla wody.
Jak wyjaśnić wynik doświadczenia?
Wniosek: Wyznaczyliśmy ilość ciepła, które należy dostarczyć substancji o znanej masie, aby ta zmieniła temperaturę o określoną ilość stopni.
- Podsumowania doświadczenia:
- Nauczyłem się wyznaczać ciepło właściwe substancji.
- Wiem, że otrzymany wynik może być obarczony błędem pomiarowym.
Podstawa programowa
- Cele, które zostaną osiągnięte w wyniku przeprowadzenia doświadczenia przez nauczyciela i uczniów pod kierunkiem nauczyciela:
a) wymagania ogólne – cele
- I Wykorzystanie wielkości fizycznych do opisu poznanych zjawisk lub rozwiązania prostych zadań obliczeniowych.
- II Przeprowadzanie doświadczeń i wyciąganie wniosków z otrzymanych wyników.
b) wymagania szczegółowe - treści nauczania
- 2.2 posługuje się pojęciem pracy i mocy;
- 2.3 opisuje wpływ wykonanej pracy na zmianę energii;
- posługuje się pojęciem ciepła właściwego, ciepła topnienia i ciepła parowana;
- 8.1 opisuje przebieg i wynik przeprowadzanego doświadczenia, wyjaśnia rolę użytych przyrządów wykonuje schematyczny rysunek obrazujący układ doświadczalny;
- 8.3 szacuje rząd wielkości spodziewanego wyniku i ocenia na tej podstawie wartości obliczanych wielkości fizycznych;
- 8.5 rozróżnia wielkości dane i szukane;
- 8.10 posługuje się pojęciem niepewności pomiarowej;
- 8.11 zapisuje wynik pomiaru lub obliczenia fizycznego jako przybliżony (z dokładnością do 2-3 cyfr znaczących);
- 9.5 wyznacza ciepło właściwe wody za pomocą czajnika elektrycznego lub grzałki o znanej mocy (przy założeniu braku strat).
Materiały do pobrania
Słowniczek
EKSPERYMENT, prowadzony zgodnie z metodą naukową, rozumiany jest jako proces, w trakcie którego badacz, uczeń, wprowadza zaplanowaną zmianę jednego czynnika i bada, jakie ta zmiana przynosi rezultaty, uważając przy tym, by pozostałe czynniki pozostały niezmienne.
OBSERWACJA rozumiana jako zaplanowane gromadzenie faktów, bez wprowadzania jakichkolwiek ingerencji w badane zjawisko. W trakcie obserwacji nie występuje zmienna niezależna, ponieważ nie ingerujemy w badany proces.
Eksperyment i obserwacja są realizowane zgodnie z metodą naukową, a to oznacza:
Postawienie PYTANIA BADAWCZEGO - Pytanie może być zadane przez uczniów lub zaproponowane przez nauczyciela. Pozwala to ukierunkować myśli i skoncentrować się na badanym problemie, uświadamia, że badania naukowe są wynikiem zaplanowanego działania.Dobrze skonstruowane pytanie badawcze jest pytaniem otwartym - uczeń sam chce znaleźć na nie odpowiedź.
Kolejnym krokiem jest postawienie HIPOTEZY, czyli prawdopodobnej, przewidywanej i wymyślonej przez uczniów odpowiedź na pytanie badawcze. Pamiętajmy, że przed wykonaniem eksperymentu nie ma złych lub dobrych hipotez, każda, nawet najbardziej śmiała jest dopuszczalna.
Kolejny etap to określenie ZMIENNYCH:
- ZMIENNA NIEZALEŻNA czyli to, co zmieniamy.
- ZMIENNA ZALEŻNA czyli wielkość, którą będziemy mierzyć, obserwować.
- ZMIENNE KONTROLNE czyli wszystko to, co musi zostać niezmienne.
ZMIENNA ZALEŻNA to parametr mierzony podczas doświadczenia, zmieniający się w zależności od zmian ZMIENNEJ NIEZALEŻNEJ.
W doświadczeniu naukowym pojawiają się również PRÓBY KONTROLNE. Bez kontroli nie można jednoznacznie stwierdzić, czy wyniki doświadczenia są wiarygodne. Kontrola pozytywna to dodatkowa próba, którą przeprowadzamy identycznie, jak próbę badawczą, ale z użyciem takiego czynnika (jeśli jest znany), który na pewno wywołuje pożądany efekt. Z kolei kontrola negatywna to dodatkowa próba, ale bez użycia czynnika, o którym wiemy, że wywołuje badane zjawisko. Z założenia, wynikiem tej próby będzie brak zmiany mierzonego parametru. Nie w każdym układzie doświadczalnym da się zaplanować obie próby kontrolne.
Zajęcia z pytaniem problemowym zakładają dyskusję między uczniami na podstawie dodatkowych pytań lub przykładów dostarczonych przez nauczyciela. Zajęcia te kształcą umiejętność doboru i formułowania argumentów, słuchania osób o innym stanowisku oraz wyciągania wniosków. W wyniku dyskusji cenne byłoby wypracowanie stanowiska, by uczniowie przekonali się, że każda konstruktywna rozmowa powinna zakończyć się rzetelnym podsumowaniem.
Gry dydaktyczne wykorzystują czynnik zabawy, co wspomaga przyswajanie wiedzy przez uczniów. Gry rozwijają pomysłowość, aktywność, samodzielność, umiejętność pracy w grupie oraz uczą radzenia sobie z emocjami. Grając uczymy się przez działanie i przeżywanie. Sukcesem jest osiągnięcie celu, a nie wygrana z innymi, czy zajęcie pierwszego miejsca. Najważniejsza w grze jest dydaktyka. Wygrywać mają wszyscy.
Bibliografia
- Grażyna Francuz – Ornat, Teresa Kulawik, Maria Nowotny – Różańska; Spotkania z fizyką podręcznik dla gimnazjum, część 2, Nowa Era Sp. z. o.o. Warszawa 2011.
- Świat fizyki podręcznik dla uczniów gimnazjum, pod redakcją Barbary Sagnowskiej, ZamKor, Kraków 2011.
