Wiadomości ogólne
- Czas trwania zajęć: 2h
- Określenie wiedzy i umiejętności wymaganej u uczniów przed przystąpieniem do realizacji zajęć:
Uczeń:
- opisuje mechanizm przekazywania drgań z jednego punktu ośrodka do drugiego w przypadku fal dźwiękowych w powietrzu.
- Pojęcia kluczowe:
- rura Kundta,
- prędkość dźwięku,
- długość fali,
- fala stojąca, węzły, strzałki,
- rezonans.
- Hipoteza sformułowana przez uczniów:
- W rurze Kundta można otrzymać falę stojącą.
Doświadczenie
- Potrzebne materiały, przyrządy:
- rura Kundta,
- szmatka,
- trochę alkoholu.
- Uwagi dotyczące BHP:
Doświadczenie jest proste i bezpieczne, ale pamiętaj: w przypadku niespodziewanych trudności lub kłopotów należy przerwać doświadczenie i niezwłocznie zwrócić się do nauczyciela/ki.
Ważne: Podczas wykonywania doświadczeń przestrzegaj zasad BHP oraz stosuj się do regulaminu pracowni fizycznej.
- Zmienne występujące w doświadczeniu:
- zmienne niezależne – proszek korkowy,
- zmienne zależne – długość fali, liczba węzłów lub strzałek,
- zmienne kontrolne – rura Kundta.
Instrukcja wykonania doświadczenia:
Zadanie A:
Do wyznaczania prędkości fali dźwiękowej w pręcie metalowym wykorzystuje się szklaną rurę o długości około 1 m i średnicyokoło 4 cm, zwaną rurą Kundta. Jeden z końców rury jest zatknięty korkiem, przez drugi natomiast przechodzi pręt zakończony krążkiem ebonitowym. Średnica krążka jest nieco mniejsza od średnicy rury, aby pręt mógł swobodnie wykonywać drgania. Pręt umocowany jest w połowie swojej długości. Pobudzanie go do drgań osiąga się poprzez pocieranie szmatką nawilżoną alkoholem. Wewnątrz rury powstaje wówczas akustyczna fala stojąca, w strzałkach której gromadzi się drobny proszek korkowy rozsypany na dnie rury.
Długości fal w pręcie i w powietrzu obliczamy z równań:
Prędkość dźwięku w pręcie dana jest wzorem:
- rozprowadzamy równomiernie proszek korkowy na dnie rury,
- wyznaczamy długość L badanego pręta,
- obliczamy długość pret fali dźwiękowej w pręcie,
- mocujemy pręt w środku jego długości,
- pobudzamy pręt do drgań poprzez pocieranie jego wolnego końca szmatką nawilżoną alkoholem,
- przesuwając rurę, dobieramy takie położenie, dla którego w rurze następuje rezonans słupa powietrza,
- wyznaczamy odległość l pomiędzy dwoma jak najdalszymi wyraźnymi węzłami i ustalamy liczbę n połówek długości fali odpowiadającą tej odległości,
- obliczamy długość pow fali dźwiękowej w powietrzu,
- prędkość vpow rozchodzenia się dźwięku w powietrzu,
- obliczamy prędkość vpret rozchodzenia się dźwięku w pręcie,
- powtarzamy pomiary z innymi prętami,
- wykonujemy także pomiary z rurą otwartą - opisujemy i wyjaśniamy zaobserwowane zmiany położeń węzłów i strzałek.
| pręt | L(m) | l(m) | n | λpret (m) | λpow (m) | λpret (m/s) |
Jak wyjaśnić wynik doświadczenia?
- Podsumowania doświadczenia:
- Nauczyłem się wyznaczać długość fali.
- Wiem jaki parametr wpływa na długość fali.
- Dyskusja o błędach.
Podstawa programowa
- Cele, które zostaną osiągnięte w wyniku przeprowadzenia doświadczenia przez nauczyciela i uczniów pod kierunkiem nauczyciela:
a) wymagania ogólne – cele
- II Przeprowadzanie doświadczeń i wyciąganie wniosków z otrzymanych wyników.
b) wymagania szczegółowe - treści nauczania
- 6.6 wymienia, od jakich wielkości fizycznych zależy wysokość i głośność dźwięku;
- 8.1 opisuje przebieg i wynik przeprowadzanego doświadczenia, wyjaśnia rolę użytych przyrządów, wykonuje schematyczny rysunek obrazujący układ doświadczalny;
- 8.10 posługuje się pojęciem niepewności pomiarowej;
- 8.11 zapisuje wynik pomiaru lub obliczenia fizycznego jako przybliżony (z dokładnością do 2–3 cyfr znaczących).
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
- T. Drynski, „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”, wyd. VI, PWN, Warszawa 1977.
- H. Szydłowski, „Pracownia fizyczna”, wyd. IX, PWN, Warszawa 1997.
