Hana Tesařová - eXperimentuj

Transkript

eXperimentuj.eu
MANUÁL
EXPERIMENTŮ
VIERA HAVERLÍKOVÁ
JANA IVANČÍKOVÁ
MARIAN KIREŠ
HANA TESAŘOVÁ
INTERAKTIVNÍ EXPERIMENTÁLNÍ
WORKSHOP – TRNAVA
7- 8.4. 2014
Interaktivní experimentální workshop je realizovaný v rámci projektu "Po dpora talentů v
přírodovědných a technických oborech v slovensko-českém příhraničí" (ITMS
22410320042), který je financován z Operačního programu přeshraniční spolupráce SR -ČR
2007-2013.
Lektorský tým:
Viera Haverlíková študovala na Univerzite Komenského učiteľstvo predmetov matematika fyzika. Na Fakulte matematiky fyziky a informatiky UK pôsobila 13 rokov. Na čiastočný úväzok
učila fyziku na gymnáziu Hubeného a gymnáziu Grösslingova v Bratislave. V súčasnosti pracuje na
Lekárskej fakulte UK. Už od študentských rokov pôsobí v občianskom združení SCHOLA LUDUS,
kde sa venuje prepájaniu školského a neformálneho vzdelávania, zaujíma sa o diagnostiku a rozvoj
žiackych predstáv a vývoj netradičných foriem poznávania – organizuje a tvorí letné fyzikálne
tábory, tvorivo-objavné dielne, vzdelávacie hry, organizuje súťaž SCHOLA LUDUS: Vedecký
obrázkový vtip, podieľa sa na tvorbe interaktívnych vzdelávacích výstav. Rada pracuje v záhrade,
varí domáci lekvár a hrá sa so synom.
Jana Ivančíková vyštudovala PdF UK v Trnave, učiteľstvo pre 2.a 3. stupeň, aprobácie fyzikazáklady techniky. Učila fyziku a technické práce 14 rokov na ZŠ, potom fyziku 6 rokov na SOU
strojárskom a momentálne učí fyziku už 10.-ty rok na Gymnáziu Jána Hollého v Trnave.
Absolvovala sériu ďaľších vzdelávaní z oblasti počítačov - word, excel, powerpoint, corel draw.
Pracovala ako vedúca fyzikálneho interaktívneho krúžku pre mladších študentov . Zúčastňuje sa so
študentami popularizačných akcií z oblasti fyziky. Venuje sa svojej rodine, má rada deti, vo voľnom
čase rada pláva a relaxuje v záhrade.
Marián Kireš Ukončil štúdium učiteľstva matematika - fyzika na Prírodovedeckej fakulte UPJŠ
v Košiciach. Od roku 1992 vyučuje externe fyziku na gymnáziu. Je spoluautorom troch učebníc
fyziky a jedného pracovného zošita informatiky pre gymnázium. Od roku 2006 sa venuje príprave
družstiev na Turnaj mladých fyzikov, spoluorganizuje podujatia v rámci Science on Stage. Ako
vysokoškolský pedagóg sa venuje oblastiam: didaktika fyziky, fyzikálne úlohy, vybrané problémy
všeobecnej fyziky, moderná didaktická technika, ako aj celoživotnému vzdelávaniu učiteľov
a popularizácii vedy. Veľmi rád a možno aj celkom zručne manuálne pracuje, venuje sa turistike a
skialpinizmu.
Hana Tesařová absolvovala PřF UJEP Brno - obor matematika – fyzika pro 5. - 12. třídu. Již 30 let
vyučuje na ZŠ Edvarda Beneše v Lysicích. ZŠ Lysice je jednou z pilotních škol na Moravě. Od roku
2001 pracuje jako lektorka, nejprve pro Tvořivou školu, později pro Nakladatelství Fraus
a Akademii moderního vzdělávání. Pracuji také jako vedoucí kabinetu krajských metodiků
přírodních věd při SSŠ Brno. V současné době vede vlastní akreditované semináře ŠVP. Ve výuce
se aktivně věnuje fyzikálním hrám a skládačkám, zaměřuje se na projektovou výuku v hodinách
fyziky a na změny v hodnocení ve fyzice. Jejím hlavním cílem je fyziku co nejvíce přiblížit dětem
základní školy a vzbudit v nich zájem o tuto oblast vzdělávání. Ve volném čase se věnuje turistice
a horolezectví.
Úvod
Existuje lepší cesta, jak se něco naučit, než si to vyzkoušet? Věda je nejlepším způsobem poznání
světa a experiment je její nedílnou součástí. Fyzikální pokusy pomáhají porozumět věcem kolem
nás, zároveň probouzejí přirozenou zvídavost a žáky pozitivně motivují.
Nepříznivá finanční situace na většině škol experimentování bohužel nepřeje, takže tato
nenahraditelná část výuky fyziky trpí. Učitelé se potýkají s nedostatkem pomůcek a prostředků k
jejich koupi. Prozatímním, ale plnohodnotným řešením jsou jednoduché experimenty nenáročné
na materiály a přístupné pro všechny.
V této příručce naleznete soubor takových pokusů s přehledným návodem. Doufáme, že se stane
základem pro nové experimentování, podnětem k novému bádání a sdílení nápadů. Rádi bychom,
abyste v něm našli povzbuzení ke své práci.
Tým projektu
4
eXperimentuj.eu
Viera Haverlíková
Typ učiva: Pozorovanie, meranie, experiment
Časová náročnosť: 25 minút
Forma: práca vo dvojici
MERANIE HRÚBKY
PAPIERA
Pomôcky a materiál: odpadový kancelársky papier, pravítka, posuvné meradlá s nóniom,
mikrometrické meradlá, neotvorené balenie kancelárskeho papiera
Pracovný postup:
1. Odhadnite hrúbku listu bežného kancelárskeho papiera. Objasnite, na základe čoho ste
urobili svoj odhad.
Myslím si, že hrúbka jedného listu papiera je ............................................................................
Pri odhadovaní hrúbky papiera som vzal do úvahy, že..............................................................
...................................................................................................................... ..................................
2. V skupinách navrhnite , ako môžeme merať hrúbku papiera.
Náš postup:............................................................................................................................. ....
................................................................................................................................................... .....
3. Vyberte si potrebné pomôcky a svoj návrh realizujte.
Experimentálne sme zistili, že hrúbka jedného listu kancelárskeho papiera je ....................
4. Prezentácia výsledkov - každá skupina prezentuje získané výsledky, porovnanie výsledkov
skupín, diskusia o presnosti realizovaných, resp. navrhovaných metód merania, návrh
zlepšení, spresnení merania.
Myslím si, že presnejší výsledok by sme dosiahli, keby .......................................................
......................................................................................................................................................
5
eXperimentuj.eu
Viera Haverlíková
Metodické pokyny:
Aktivitu je možné motivovať otázkou: Koľkokrát sa dá papier preložiť na polovicu? Niektorí žiaci sa
dostávajú do konfliktu s predstavou o malej, zanedbateľnej hrúbke papiera. Kancelársky papier sa
vraj dá zložiť na polovicu maximálne 7-krát. Čo si o tom myslíte? Málokto si v rýchlosti uvedomí, že
každým zložením papiera na polovicu vlastne získame dvojnásobný počet vrstiev ako pred zložením.
Počet vrstiev papiera pri tomto skladaní teda tvorí geometrickú postupnosť s kvocientom 2. Keby sa
nám podarilo preložiť papier na polovicu 10-krát, koľko vrstiev by sme dostali? Keby sme mali takýto
počet listov kancelárskeho papiera poukladaných na seba, aká vysoká by bola kôpka? Ak chcem
vedieť, aká je to výška, potrebujem poznať hrúbku jedného listu papiera.
Žiaci nemajú skúsenosti s robením odhadov. Hrúbku papiera odhadujú od 1 µm až po 1 mm.
Žiaci merajú hrúbku papiera odmeraním hrúbky väčšieho množstva listov papiera. Rozdiely medzi
skupinami sú v tom, koľko papierov chcú použiť (akú celkovú hrúbku považujú za dostatočnú) a aké
meradlo chcú použiť. Počas merania učiteľ dbá na správne používanie meracích prístrojov, správe
odčítanie. V prípade potreby upozorní na význam opakovaného (niekoľkonásobného) merania.
Výrobcami udávaná hrúbka papiera je 104 - 111 µm.
Počas prezentácie výsledkov je možné rozprúdiť diskusiu o presnosti a chybách merania, zdôrazniť
proces výberu metódy merania a voľby meracieho prístroja.
Poznámka:
Podobným spôsobom možno riešiť úlohu „Meranie hmotnosti papiera“. Pre vyhodnotenie možno
použiť údaj o plošnej hmotnosti papiera uvedený na obale: pre bežný kancelársky papier je to 80
g/m2. T.j. papier formátu A0 má hmotnosť 80 g, A1 je z neho polovica, teda 40 g, A2 20 g, A3 10 g
a napokon
papier
formátu
A4
má
hmotnosť
5
g.
6
eXperimentuj.eu
Viera Haverlíková
Typ učiva: Trenie, skladanie síl
ROZPOJ KNIHY
Pomôcky a materiál: dve knihy (stačia 40-stranové zošity)
Pracovný postup:
1. Oddeľte knihy od seba. Dá sa to urobiť potiahnutím za ich chrbty?
 Áno
 Nie
 Áno, ale iba ak.................
2. Preskúmajte, od čoho závisí, ako pevne knihy držia spolu.
Skúmaný faktor
Zistený vplyv
7
eXperimentuj.eu
Viera Haverlíková
Metodické pokyny:
Vo vyučovaní fyziky je trenie často zanedbávané, modelové situácie sa väčšinou pripravujú tak, aby
trenie nezohrávalo významnú úlohu. Tento jednoduchý experiment umožňuje žiakom uvedomiť si
existenciu trenia a spoznať faktory, ktoré ovplyvňujú veľkosť trecej sily.
Aby mala aktivita spád, je vhodné, aby si učiteľ pre prvé predvedenie demonštrácie knihy vopred
pripravil tak, aby sa ich stránky striedavo prekrývali (viď obrázok na predchádzajúcej strane). Počas
následného experimentovania môžu žiaci použiť namiesto učebníc zošity. Počet listov v zošite (40) je
pre demonštrovanie dostatočný. Problémom však môže byť mäkká väzba zoši ta umožňujúca zmeniť
uchopenie zošitov a zmeniť tvar papiera a smer pôsobiacej sily.
Počas experimentu je veľmi jednoducho možné sledovať vplyv druhu papiera (rôzne zošity,
porovnanie priebehu demonštrácie pri použití drsného a kriedového papiera a pod.), meniť plochu
prekrývajúcej sa časti listov papiera.
Knihu možno uchopiť do svorky a silu vynaloženú na rozpojenie stránok knihy merať pomocou
silomera.
8
eXperimentuj.eu
Viera Haverlíková
Typ učiva: Pôsobenie sily, rozklad sily,
deformačné účinky sily, pevnosť v ťahu,
štruktúra materiálov
Časová náročnosť: 15 – 30 minút
Forma: individuálne experimentovanie
TRHANIE PAPIERA
Pomôcky a materiál: Rôzne druhy papiera – novinový papier (1 list na účastníka), použitý kancelársky
papier rôznych značiek (2 ks na účastníka), papierové utierky rôznych značiek (2 útržky na účastníka),
nožnice (1 ks na dvojicu), pravítka, ceruzky
Pracovný postup:
1.
2.
3.
4.
Roztrhnite list kancelárskeho papiera na polovicu.
Vzniknutú polovicu papiera opäť roztrhnite, zakreslite tvar vzniknutého okraja papiera.
Zopakujte predchádzajúci bod ešte raz ...
Celý doterajší postup zopakujte s papierovou utierkou a ďalším typom papiera (napríklad
s iným druhom kancelárskeho papiera, inou značkou papierových utierok)
1. Kancelársky papier
2. Papierová utierka
9
3. ..........
eXperimentuj.eu
Viera Haverlíková
Metodické pokyny:
Poznávanie možno motivovať krátkou súťažou „Koľko listov novinového papiera dokážeš pretrhnúť
naraz? Podporné otázky: Ako sa trhá papier? Koľko sily na to treba vynaložiť? Kedy to dokážem, kedy
nie? Usmerňujú žiakov k vyjadreniu podmienok trhania papiera a uvedomeniu si rozhodujúcich
faktorov (počet papierov, druh papiera, rozmer papiera, spôsob uchopenia papiera, smer pôsobenia
sily (v smere papiera – ťah, krútenie, ...).
Aby sme sa vyhli problémom s držaním papiera (papier sa šmýka, v mieste držania sa krčí, čo sa
prejaví jeho zoslabením a pretrhnutím), môžeme konce pevne natočiť na paličky (štetce, ceruzky).
Jadrom pozorovania je porovnanie roztrhnutých okrajov rôznych druhov papiera (s približne
homogénnou štruktúrou – kvalitný kancelársky papier, s výrazne nehomogénnou štruktúrou –
toaletný papier, alebo lacná papierová utierka, či papierový obrúsok). Záleží, či trhám papier po dĺžke
alebo po šírke?
Výsledkom experimentovania by malo byť poznanie, že vlastnosti papiera závisia od jeho štruktúry,
uvedomenie si súvislosti štruktúry papiera s konkrétnou technológiou jeho výroby (zloženie a spôsob
spracovania papierovej hmoty, smer valcovania, sušenia, následná povrchová úprava papiera).
O makroštruktúre papiera sa môžeme presvedčiť, aj keď sa pozrieme cez papier proti svetlu.
Pri bežnom trhaní papiera pôsobíme v dvoch blízkych miestach silami opačného smeru, čo spôsobí
deštrukciu spojov medzi vláknami. Keď papier ťaháme tak, že sily pôsobia v smere plochy papiera, sila
sa prenáša zo zhluku na zhluk, z vlákna na vlákno po väčšej ploche, rozkladá sa do strán a papier sa
neroztrhne.
Pri pokuse roztrhnúť papier pôsobením síl v rovine plochy papiera je vhodné papier navinúť tesne na
tenkú paličku a ťahať za paličky. Takto naťahovaný kancelársky papier „unesie zavesenie 50 kg
človeka.
Poznámka:
Na webovej stránke http://www.scholaludus.sk/papierova_fyzika/2_2_4.html možno nájsť
zobrazenie bežného kancelárskeho papiera (Volumax) elektrónovým mikroskopom pri 100- , 500-,
1000-, 2000-, a 3000- násobnom zväčšení a rôzne druhy papiera (bežný kancelársky papier,
vysokokvalitný kancelársky papier, fotopapier a novinový papier) pri 1000-násobnom zväčšení.
10
eXperimentuj.eu
Viera Haverlíková
PAPIEROVÉ MOSTY
Typ učiva: rozklad síl, pevnosť papiera pri
pôsobení tlakovej sily
Časová náročnosť: 25 - 40 minút
Pomôcky a materiál: odpadový papier (pre všetkých rovnaký druh, ak chceme porovnávať výsledky
skupín; rôzne druhy, ak chceme porovnávať vlastnosti rôznych druhov papiera); záťaže rôznych
hmotností a tvarov, alebo sady závaží; odpadové CD alebo iná jednotná podložka pod závažie (na
zjednotenie podmienok pri kladení závaží)
Pracovný postup:
1. Preložte papier cez „priepasť“ (medzeru medzi dvomi rovnako vysokými stolmi, medzeru
medzi dvoma kôpkami kníh na stole a pod.)Učiteľ vopred pripraví knihy tak, aby sa ich
stránky striedavo prekrývali tak, ako je znázornené na obrázku.
2. Oddeľte knihy od seba. Dá sa to urobiť potiahnutím za ich chrbty?
3. Preskúmajte, od čoho závisí, ako pevne knihy držia spolu.
Záznam:
Tvar „mosta“
Najťažšie
uniesol
bremeno,
Prečo je to tak:
11
ktoré
ešte
eXperimentuj.eu
Viera Haverlíková
Metodické pokyny:
„Priepasťou“ môže byť medzera medzi dvomi stolmi alebo medzi dvomi kôpkami kníh na stole. Žiaci
najprv odhadujú, akú záťaž unesie rovný voľne položený list kancelárskeho papiera. V prvom kroku
môžu odhadovať záťaž menovaním predmetov, ktoré sa podľa nich na rovnom papieri ešte udržia.
Pomocou otázok: Ako vyzerá „most“ z rovného listu papiera bez záťaže? Čo s ním urobí záťaž? Ako sa
„most“ rúca? Od čoho závisí, akú záťaž „most“ unesie? upriamime pozornosť žiakov na podmienky
experimentu a sledovanie jednotlivých ovplyvňujúcich faktorov. Jadrom experimentu je
porovnávanie mostov rôznych tvarov, napr.: voľným rovným listom papiera, rovným listom papiera,
ktorý je na koncoch zaťažený, listom papiera, ktorý je prehnutý do oblúka a zapretý .
Obr.: Mostovky z jednoduchého, neskladaného listu papiera
Ako záťaž možno použiť rôzne závažia – komerčné, alebo svojpomocne pripravené. Napríklad
navážené liekovky s pieskom, alebo fľaše s vodou. Namiesto menších závaží možno použiť list
kancelárskeho papiera alebo jeho časti – polovicu, štvrtinu, ... (V aktivite Meranie hrúbky a hmotnosti
papiera sme zistili, že list kancelárskeho papiera s plošnou hustotou 80 g/m2 má hmotnosť 5 g).
Ďalším cieľom je preskúmať vplyv profilu telesa na jeho pevnosť. Úlohou žiakov je navrhnúť
ľubovoľný tvar mostovky a odmerať jej nosnosť. Podmienkou však je, že v každom prípade môže byť
použitý len jeden list kancelárskeho papiera formátu A4. Úloha môže byť zadaná ako súťaž: Kto
vytvorí papierový most s najväčšou nosnosťou? Očakávané návrhy konštrukcie mostovky sú:
poskladanie papiera tak, že vytvorí užšiu mostovku s viacerými vrstvami papiera nad sebou;
poskladanie papiera do tvaru harmoniky (s rôznym počtom zhybov); zrolovanie papiera do rúrky.
Keďže lepidlo výrazne mení pevnosť papiera, nie je vhodné povoliť jeho použitie.
Nosnosť papierových mostov môže dosiahnuť aj niekoľko kilogramov, preto je potrebné dbať na
bezpečnosť – aby pri zrútení mosta nedošlo k poraneniu (pri páde záťaže na nohu experimentátora)
alebo k poškodeniu podlahy (možno podložiť tlmiacu podložku).
Záverom poznávacej aktivity môže byť abstrahovanie zamerané na odhalenie princípu rozkladania
sily: Ako sa prenáša sila, ktorou pôsobí záťaž na list papiera v jednotlivých prípadoch (rovný papier,
oblúk, rôzne profily)? a porovnanie navrhnutých a vytvorených modelov s reálnymi mostmi, ktoré
poznajú žiaci z bežného života a uvedomenie si ich charakteristických znakov: Aké rôzne tvary mostov
poznáme? Dá sa každý typ mostu postaviť nad akúkoľvek priepasť, rieku? Aký typ mostu je
najvhodnejší na dlhé vzdialenosti? a pod.
12
eXperimentuj.eu
STÁŤ NA PAPIERI
Viera Haverlíková
Typ učiva: pevnosť papiera pri pôsobení
tlakovej sily
Forma: práca vo väčších skupinách
Pomôcky a materiál: použitý kancelársky papier, lepiaca páska, tenká doska (známej hmotnosti),
nožnice, pravítka, ceruzky
Pracovný postup:
1. Odhadnite, na koľko papierových valčekov postavených na stojato je potrebné umiestniť
dosku, aby vás udržali nad zemou.
...................................................
2. Navrhnite spôsob merania:
3. Realizujte meranie, výsledok zapíšte:
........................................................................................
13
eXperimentuj.eu
Viera Haverlíková
Metodické pokyny:
Počas odhadovania je potrebné spresniť podmienky experimentu – špecifikovať veľkosť a hmotnosť
dosky, na ktorú sa budú žiaci stavať; dohodnúť, aké pomôcky môžu žiaci použiť (lepidlo / lepiaca
páska). Následne sa žiaci rozdelia do 3 – 4-členných skupín, určia spomedzi seba reprezentanta,
ktorého majú papierové piliere udržať nad zemou a realizujú experiment.
Prácu žiakov možno usmerňovať otázkami: Aké vysoké piliere chcete vyrobiť? Aký bude priemer
vašich pilierov? Sú pre riešenie tejto úlohy lepšie vysoké úzke piliere alebo nižšie široké? Je lepšie
piliere postupne pridávať alebo uberať?
V rámci vyhodnotenia experimentu je potrebné poukázať na význam normovania – určenia pomernej
hmotnosti, ktorú uniesol jeden valček papiera. Diskutovať možno vplyv precíznosti strihania
a tvarovania pilierov. Vplyv pokrčenia papiera na jeho pevnosť v opakovanom pokuse.
Poznámka:
50 kg človeka + 0,5 kg dosku udržalo 20 papierových pilierov vytvorených z pásikov papiera, ktoré
vznikli rozdelením papiera formátu A4 na štyri rovnaké dlhé pásiky.
14
eXperimentuj.eu
Cítime nižší
atmosferický tlak
Jana Ivančíková
Typ učiva: Vlastnosti plynov/ Atmosferický
tlak
Forma: skupinová práca
Pomôcky a materiál:
plastová nádoba s vekom (2l) s otvorom na slamku , pumpička na
nafukovanie balónikov, 2 balóniky, tenký špagát, chemoprénové lepidlo
(vosk, zápalky), slamky, nožnice.
Pracovný postup:
Do otvoru balóna vsunieme krátku slamku a uviažeme ju. Do veka plastovej
nádoby urobíme otvor na slamku, slamku zasunieme polovicou dnu a otvor
okolo nej utesníme (lepidlom, voskom). Do nádoby vložíme slabo nafúkaný
balón so slamkou a vekom nádobu hermeticky uzavrieme (po obvode
utesníme lepidlom voskom ). Len čo cez slamku vo veku odsajeme vzduch z
nádoby, tlak okolo balóna sa zmenší a balón sa nafúkne. Ak cez slamku
nafúkame vzduch do nádoby, balón spľasne.
Metodické pokyny:
Pozorovanie zmien objemu balóna v dôsledku zmien tlaku v jeho okolí použiť
pri : 1.Získavaní poznatkov o vlastnostiach plynov – rozpínavosti a
stlačiteľnosti.
2. Na vysvetlenie, prečo sa na vrcholoch veľhôr ťažko horolezcom dýchapretože na vrcholoch veľhôr je atmosferický tlak oveľa menší a aj tlak na
hrudný kôš človeka zvonku je podstatne menší, preto…..
Poznámka:
Použitím tohto princípu môžete zostrojiť aj maličkú fontánu.
15
eXperimentuj.eu
Cylinder alebo obal CD
ako svetlovod
Jana Ivančíková
Typ učiva: Vlnová optika/ Úplný odraz
zdroj svetla , cylinder (obal CD), podložný hranol, tienidlo.
Pracovný postup:
Sklený cylinder užšou časťou oprieme o hranol. Za cylinder postavíme ženidlo
Zdrojom svetla osvetlíme užšiu časť cylindra. Na tienidle zachytíme svietiacu
kruhovú stopu.
Metodické pokyny:
Tenká zakrivená sklená stena cylindra je schopná viesť svetlo vstupujúce do
nej na jednom konci až k jej druhému koncu. Potvrdzuje to svietiaca kruhová
stopa,ktorú je vidieť na tienidle na opačnej strane cylindra. Pokusom možno
demonštrovať úplný odraz svetla, lebo okolie cylindra, teda vzduch, má nižší
index lomu ako sklo, čo je podmienka úplného odrazu svetla . To je jav, ktorý
sa využíva pri optických kábloch a umožňuje prenos informácií.
Poznámka: Pokus možno zrealizovať aj tak, že použijeme obal CD platne , ktorý oprieme o podložný
hranol, osvetlíme jeho hornú hranu a pozorujeme osvetlenie jeho dolnej hrany.
16
eXperimentuj.eu
Čo sa stane so
vzduchom, keď sa
zahrieva
Jana Ivančíková
Typ učiva: Vlastnosti pynov/ Rozpínavosť a
stlačiteľnosť plynov
Forma: práca v trojici
3 PET fľaše , 3 balóniky, 3 poháre s objemom 1.5l, nádoba so studenou
vodou,rýchlovarná kanvica s vodou.
Pracovný postup:
Na hrdlo každej fľaše natiahneme balónik . Potom každú fľašu postavíme do
pohára a nalievame do neho horúcu vodu. Balóniky sa nafúknu. Ale ak
preloží-me tieto fľaše do nádoby so studenou vodou, balóniky spľasnú.
Metodické pokyny:
Vzduch sa pri zohrievaní rozpína a preto sa balónik nafukuje. Vysvetliť, prečo
sa po vložení fľaše do nádoby so studenou vodou vtiahne balónik dnu do
fľaše. Pozorovanie tohto javu využiť pri osvojovaní poznatkov o zmene
objemu plynných telies vplyvom zmien teploty.
Poznámka:
Aplikovať poznatky o rozpínaní plynov v praxi, napr. prečo nemôžeme v lete
nechať bicykel veľmi dlho priamo na slnku ? Pozor na bezpečnosť pri práci
s vriacou vodou!
17
eXperimentuj.eu
Čo uvádza vodu do
pohybu
Jana Ivančíková
Typ učiva: Mechanika kvapalín a
plynov/Archimedov zákon
Forma: ukážka
kadička 1,5 l, malá fľaška (liekovka), studená voda, horúca voda,
potravinárske farbivo, špagát.
Pracovný postup:
Do kadičky nalejeme studenú vodu. Fľaštičku naplníme horúcou zafarbenou
vodou, na jej hrdlo priviažeme špagát a spustíme ju opatrne na dno nádoby
so studenou vodou Zafarbená voda stúpa z fľašky nahor.
Metodické pokyny:
Hustota teplej vody je menšia ako hustota studenej vody. Až po uplynutí
istého času sa zafarbená voda zmieša so studenou a klesne dolu. Pri
vysvetlení javu použiť poznatky: 1. Závislosť hustoty kvapaliny od jej teploty.
2. Archimedov zákon- plávanie telies.3. Prúdenie kvapalín.
Poznámka:
Počas pokusu je potrebné, aby boli kadička s liekovkou v pokoji a neboli
vystavené žiadnym otrasom.
18
eXperimentuj.eu
Dilema milovníkov kávy
Jana Ivančíková
Typ učiva: Vnútorná energia, teplo/ Rýchlosť
tepelnej výmeny
Forma: ukážka
2 šálky (3 dcl), 2 lyžičky, voda, káva, cukor, mlieko, rýchlovarná
kanvica,teplomer
Pracovný postup:
Do dvoch šálok nasypeme kávu a zalejeme vriacou vodou.Do jednej šálky
pridáme ihneď čajovú lyžičku cukru a dve polievkové lyžice mlieka. Obsah
zamiešame a necháme 10 minút stáť. Potom cukor a mlieko pridáme aj do
2.šálky a odmeriame ihned teploty obidvoch káv.
Metodické pokyny:
Káva, do ktorej dáme cukor a mlieko ako do prvej, je teplejšia ako tá druhá.
Výchylka môže dosiahnuť až 3°C. Čím je teplotný rozdiel dvoch telies väčší,
tým je tepelná výmena rýchlejšia (nastalo to u 2. kávy, lebo prvá sa ochladila
pri naliatí mlieka). Pozorovaný jav použiť pri preberaní učiva o rýchlosti
tepelnej výmeny.
Poznámka:
Možno využiť na riešenie problémov z bežného života, napr.: 1. Aby káva
(čaj) zostala čo najdlhšie najteplejšia, kedy do nej treba naliať studené mlieko
počas podávania alebo tesne pred vypitím? 2. Ako ušetriť v zime na kúrení?
(V zime teplejší dom stráca rýchlejšie teplo ako chladnejší dom. Preto pri
odchode z domu na dlhšie obdobie treba znížiť teplotu vykurovania na
minimum).
19
eXperimentuj.eu
Jemne praskajúce
bubliny
Jana Ivančíková
Typ učiva: Povrchové napätie kvapalín/ Tlak
vzduchu v mydlovej bubline
6 pohárikov vody, 0,5 pohárika saponátu, 1,5 pohárika glycerínu, kuchynský
lievik, špagát, plastová nádoba, nožnice.
Pracovný postup:
Z uvedených zložiek (voda, saponát, glycerín) pripravíme v plastovej nádobe
bublinový roztok. Okolo hrdla lievika priviažeme špagát. Na jeho druhom
konci urobíme slučku. Okraj lievika so slučkou zo špagátu namočíme do
roztoku, vytiahneme ich a vyfúkneme veľkú bublinu. Slučka vytvorí presný
kruh. Hrdlo lievika uzatvoríme prstom. Ostrou ceruzkou prepichneme bublinu
vo vnútri slučky. Bublina pomaly mizne, vzduch cez dieru postupne uniká.
Bublina nepraskne.
Metodické pokyny:
Neporušili sme rovnováhu zvyšku bubliny, lebo časť bubliny, ktorá sa
nachádza vo vnútri slučky je oddelená od jej zvyšku. Ak však prepichneme
bublinu mimo slučky, bublina praskne. Sila, ktorou pôsobí ceruzka na povrch
mydlovej blany,ju tlačí do opačného smeru ,narušíme jej rovnováhu a bublina
praskne. Aplikácia pokusu v učive o povrchovej sile a povrchovom napätí, o
kapilárnom tlaku.
Poznámka:
Bublinu tvorí tenká vrstvička molekúl vody, ktorú obklopujú 2 vrstvy molekúl
saponátu, tzv. "sendvičová" štruktúra. Blana mydlovej bubliny je jedna z
najtenších vecí, ktoré môžeme voľným okom pozorovať- je až 5 000x tenšia
než vlas.
20
eXperimentuj.eu
Model pľúc
Jana Ivančíková
Typ učiva: Vlastnosti plynov/Rozpínavosť
a stlačiteľnosť plynov
Forma:práca v trojici
nádoba na špagety s 2 otvormi na slamky, 2 slamky, gumička (na vlasy), 2
balóniky, pružná blana (chirurgické rukavice), izolepa, tenký špagát,
chemoprénové lepidlo.
Pracovný postup:
Do dna nádoby na špagety urobíme dva otvory. Na jeden koniec slamky
priviažeme balónik a zasunieme ho zvnútra nádoby do otvoru v jej dne. To
isté urobíme aj s druhou slamkou . Na druhý koniec nádoby na špagety
natiahneme pružnú blanu (alebo chirurgickú rukavicu). Zostavíme tak model
pľúc podľa obrázku. Slamky budú priedušky, balóniky pľúca a pružná blana
bude pohrudnica.
Metodické pokyny:
Ak pružnú blanu potiahneme nadol (nádych), zväčší sa vnútorný objem fľaše
(hrudníka), zmenší sa tlak vo fľaši (hrudníku) a vzduch sa nasáva do balónikov
(do pľúc). Ak zatlačíme blanu dovnútra, zmenší sa vnútorný objem fľaše
(hrudníka), zväčší sa tlak vo fľaši (hrudníku) a vzduch sa vyfukuje von
z balónikov (výdych). Pokus využiť v učive o atmosferickom tlaku a vplyvu
jeho veľkosti na dýchanie.
Poznámka:
Slamky aj pružnú blanu treba riadne utesniť, aby nenastalo nasávanie
vzduchu do fľaše. Vzduch môže byť nasávaný ( vytláčaný) len do (z) balónikov.
21
eXperimentuj.eu
Jana Ivančíková
Typ učiva: Newtonove pohybové
zákony/Zákon akcie a reakcie
Model rakety
rybárske lanko, syntetický lieh, PET fľaša, vrchnák na PET fľašu s malým
otvorom, špajľa, zápalky, tenký drôt, nožík, kliešte.
Pracovný postup:
Z drôtu vyrobíme dva držiaky (dve objímky) s očkom na PET fľašu. Do
vrchnáku fľaše urobíme otvor s priemerom asi 3 mm. Rybárske lanko dĺžky asi
3,5m natiahneme vo výške približne 1,5m a upevníme. Do PET fľaše nalejeme
trochu liehu, uzatvoríme zátkou a necháme lieh chvíľu vo vnútri vyparovať
a potom vylejeme. Fľašu ihned zavesíme na rybárske lanko a pomocou dlhej
špajle zapálime výpary liehu vo fľaši.
Metodické pokyny:
Zapálením výparov vo fľaši vznikne veľký tlak, ktorý spôsobí jej
vystrelenie.Fľaša-raketa vyletí opačným smerom ako je smer, ktorým unikajú
spaliny.
Vysvetliť javy:
1.Prúdenie vzduchu z oblasti vysokého tlaku do oblasti nízkého tlaku.
2.Praktická aplikácia Newtonovho zákona akcie a reakcie.
3.Rozpínavosť plynov.
Poznámka: Lieh z fľaše musíme nechať voľne vytiecť, inak by sme z fľaše vytlačili von aj výpary.
Z bezpečnostných dôvodov musíme dodržať nasledujúce pokyny:
1.Konce rybárského lanka nesmieme držať v ruke.
2.Nesmieme upevniť konce lanka v blízkosti okna alebo sklenenej plochy.
3.Z fľaše musíme vyliať všetok syntetický lieh, môžu tam zostať len jeho výpary.
22
eXperimentuj.eu
Octová raketa
Jana Ivančíková
sóda bicarbóna, ocot, jemný papierový obrúsok, tenký špagát, PET
fľaša(octová fľaša), korková zátka, pohár (7 dcl).
Pracovný postup:
Sódu zabalíme do papierového obrúska a zaviažeme špagátom. Jeden koniec
špagáta necháme dlhý asi 20cm. Do PET fľaše nalejeme ocot, dnu zavesíme
zabalenú sódu, uzatvoríme korkovou zátkou. Fľašu otočíme hore dnom a
ihneď postavíme do pohára.
Metodické pokyny:
Keď ocot zaleje sódu, zabalenú do obrúska, začne reakcia, pri ktorej vzniká
oxid uhličitý. Oxid uhličitý sa rozpína, zvyšuje sa tlak v PET fľaši. Zátka vyletí
nadol a PET fľaša (raketa) sa pohybuje opačným smerom (nahoru). Vysvetliť
na základe zákona akcie a reakcie, uviesť praktické využitie ( raketové
motory).
Poznámka:
Ocot nalejeme len do polovice PET fľaše a sódu bicarbónu v obrúsku
zavesíme dnu do fľaše tak, aby bola nad hladinou octu a do octu sa ponorila
až po otočení fľaše. Zátku utesníme tak, aby ocot nevytekal von.
23
eXperimentuj.eu
Optická želatína
Jana Ivančíková
Typ učiva: Vlnová optika/ Lom svetla
Forma: práca vo dvojiciach
potravinárska želatína extra silná (rôzne farby), 2 laserové ukazovadlá, varič,
nádoba s objemom 1l, plech, nôž.
Pracovný postup:
Želatínu uvaríme podľa návodu, vylejeme na plech a po stuhnutí z nej
vykrojíme rôzne tvary: spojku, rozptylku, model optického vlákna,.. Potom
pozorujeme chod laserového lúča cez tieto telesá. Laserovým ukazovadlom
meníme uhol dopadu lúča a môžeme tak demonštrovať prechod svetla
optickým prostredím, lom svetla, úplný odraz.
Metodické pokyny:
Stuhnutá želatína je čírym optickým prostredím, ktorým laserový lúč (svetlo)
prechádza a tak na rozhraní vzduch –želatína dochádza k optickým javom
podobne ako na rozhraní vzduch – sklo. Využiť pokus:
1. Pri zavádzaní pojmu optické prostredie.
2.Na reálne pozorovanie zmeny smeru chodu svetelného lúča rôznym
optickým prostredím.
Poznámka:
Pri pokusoch možno použiť rôznofarebnú číru želatinu. Veľkosť plechu , na
ktorý vylejeme želatinu, aby stuhla, nesmie byť veľká, aby vykrajované teleso
malo dostatočnú hrúbku.
24
eXperimentuj.eu
Jana Ivančíková
Reaktívny vzduchový
balón
balón, rybárske lanko, izolepa, kúsok slamky, plochý štipec, nožnice.
Pracovný postup:
Jeden koniec rybárskeho lanka priviažeme napr. na okennú kľučku. Baló
nafúkame a uzatvoríme štipcom. Na nafúkaný balón prilepíme izolepou kúsok
slamky (15cm), cez ňu prevlečieme druhý koniec rybárského lanka a
priviažeme ho napr. na kľučku dverí. Uvoľníme otvor balóna (štipec dáme
z balóna preč) a pozorujeme, čo sa bude diať.
Metodické pokyny:
Po uvoľnení otvora balóna začne otvorom prúdiť stlačený vzduch z balóna
von a balón sa začne pohybovať opačným smerom ako unikajúci vzduch z
balóna.
Vysvetliť možno dva javy :
1.Prúdenie vzduchu z oblasti vyššieho tlaku do oblasti nižšieho tlaku.
2.Pohyb balóna na základe zákona akcie a reakcie a využitie v praxi.
Poznámka:
Slamku treba prilepiť:
1.na nafúkaný balón, lebo izolepa by sa pri nafukovaní balóna odlepila ;
2.tak, aby os balóna bola rovnobežná s rybárskym lankom.
25
eXperimentuj.eu
Rôzne ľadovce
Jana Ivančíková
Forma: ukážka
voda, soľ, kocky ľadu z vody, kocky ľadu zo slanej vody, 2 poháre (7 dcl).
Pracovný postup:
Do obidvoch pohárov nalejeme slanú vodu. Do prvého pohára vložíme kocky
ľadu zo zafarbenej vody, do druhého pohára dáme kocky ľadu zo zafarbenej
slanej vody. V obidvoch pohároch necháme ľad roztopiť a pozorujeme, či
v pohároch vznikol rozdiel medzi kvapalinami .
Metodické pokyny:
V prvom pohári sa zafarbená voda, vzniknutá roztopením neslaného ľadu ,
drží hore. V druhom pohári voda, ktorá vznikla roztopením slaného ľadu,
zafarbí o chvíľu slanú vodu v celom pohári. Vysvetlenie javu: na základe
Archimedovho zákona- hustota neslanej vody je menšia ako hustota slanej
vody v pohári.
Poznámka:
Počas pokusu je potrebné, aby boli poháre v pokoji a neboli vystavené
žiadnym otrasom.
26
eXperimentuj.eu
Súťaž dvoch fliaš
Jana Ivančíková
plynov/Bernoulliho rovnica (výtoková
rýchlosť)
Pomôcky a materiál: 2 PET fľaše, 2 vrchnáčiky na PET fľaše s 2 otvormi pre slamky, 2 slamky rôznej
dĺžky,2 krátke slamky rovnakej dĺžky, chemoprénové lepidlo, nožnice, voda, potravinárske farbivo,
vedro.
Pracovný postup: Do jedného vrchnáčika zasunieme slamky dĺžky 3 cm a 6 cm, do druhého
vrchnáčika slamky dĺžky 3 cm a 12 cm a utesníme ich chemoprénovým lepidlom. Fľaše naplníme
zafarbenou vodou, zatvoríme vrchnáčikmi . Nad vedrom otočíme obidve fľaše súčasne dnom nahor.
Pozorujeme, či voda vytečie z fliaš naraz alebo z niektorej skôr.
Metodické pokyny: Voda z fľaše s dlhšou slamkou (12 cm) vytečie rýchlejšie, lebo pri jej výtokovom
otvore je väčší tlak. Pri vysvetlení pozorovaného javu použiť poznatky o výtokovej rýchlosti kvapaliny
(Bernoulliho rovnica).
Poznámka: Treba upozorniť študentov, že nesmú PET fľašu pri vytekaní kvapaliny stláčať.
27
eXperimentuj.eu
Teplovzdušný balón
Jana Ivančíková
mikroténové vrecko (sťahovacie), tenký drôt, alobalová miska, vata,
syntetický lieh, nehorľavá podložka, kliešte na drôt, zápalky.
Pracovný postup:
Spodný okraj mikroténového vrecka zahneme, prelepíme izolepou
a navlečieme do neho tenký drôt. Obidva konce drôtu spojíme. Potom
spodný okraj vyformujeme do tvaru kružnice . Vatu na nehorľavej podložke
polejeme liehom a zapálime. Nad plameň umiestnime mikroténové vrecko
otvorom nadol. Balón chvíľu podržíme nad plameňom a keď cítime, že sa
vznáša, pustíme ho. Balón stúpa hore.
Metodické pokyny:
Hustota teplého vzduchu je menšia ako hustota okolitého vzduchu. Až po
uplynutí istého času balón klesne dolu. Pri vysvetlení javu použiť poznatky :
1. Závislosť hustoty plynu od jeho teploty.
2. Archimedov zákon- plávanie telies.
Poznámka:
Pred pokusom je vhodné miestnosť vyvetrať, aby bola hustota vzduchu
v miestnosti väčšia. Ak budeme balón držať nad plameňom dlhšie, môže
vystúpiť až po strop.
Pozor: Balón musíme držať v bezpečnej vzdialenosti od plameňa, aby sa nevznietil!
28
eXperimentuj.eu
Topenie ľadu
v skúmavke s vodou
Jana Ivančíková
Typ učiva: Vnútorná energia, teplo/ voda
ako tepelný izolant
Forma: ukážka
Pomôcky a materiál: skúmavka so zátkou, držiak na skúmavku, plynový kahan, voda, malé kocky
ľadu.
Pracovný postup: Skúmavku naplníme vodou. Dáme do nej kúsok ľadu, ktorý zaťažíme závažím, aby
ľad klesol na dno. Skúmavku upevníme do držiaka a začneme zahrievať v jej hornej časti nad
plameňom kahana. Po čase pozorujeme, že voda v hornej časti skúmavky vrie, pričom ľad na dne
skúmavky je stále neroztopený.
Metodické pokyny: Prenos kinetickej energie( tepla) jej postupným odovzdávaním medzi časticami
vody prebieha veľmi pomaly. Merná tepelná vodivosť vody je malá. Vedením sa neprenesie na dno
skúmavky dostatočné množstvo tepla na roztopenie ľadu. Pokus uskutočniť pri opise procesu
tepelnej výmeny vedením a pri rozdelení látok na tepelné vodiče a tepelné izolanty.
Poznámka: Pokus môžme realizovať aj tak, že dolnú časť skúmavky (len s vodou) uchopíme do ruky a
zahrievame nad plameňom jej hornú časť. Zistíme, že voda v hornej časti skúmavky vrie a v dolnej
zostala studená. Dotykovým teplomerom možno zmerať ich teplotný rozdi el (na dĺžke 10cm zlou
tepelnou vodivosťou vody môže vzniknúť teplotný rozdiel 100 oC).
29
eXperimentuj.eu
Zeleninová pochúťka
Jana Ivančíková
Typ učiva: Vnútorná energia, teplo/ Merná
tepelná kapacita vody
Časová náročnost: 15 minút
Forma: práca vo dvojiciach
alobalová miska na pečenie, vata, syntetický lieh, nehorľavá podložka,
balónik, voda, kliešte(chemické), špagát, nakrájaná zelenina.
Pracovný postup:
Do balónika nasypeme zeleninu, nalejeme vodu a uviažeme ho tak, aby
v ňom nezostal vzduch. Alobalovú misku položíme na nehorľavú podložku. Na
misku položíme vatu, ktorú polejeme syntetickým liehom a zapálime. Balónik,
uchopený do klieští, držíme nad plameňom. Asi po 5 minútach je zelenina
uvarená. Balónik nepraskol.
Metodické pokyny:
Medzi balónikom a vodou prebieha tepelná výmena . Voda odoberá teplo
baló niku, zohrieva sa až na bod varu a následne sa vyparuje - balónik sa
nafukuje.Teplota varu vody je však nižšia ako zápalná teplota balónika. Preto
sa balónik zoškvarí až vtedy, keď sa všetka voda premení na paru. Pokus
realizovať: 1. Pri vysvetľovaní procesu tepelnej výmeny.2. Pri charakteristike
pojmu merná tepelná kapacita látok.
Poznámka:
Zeleninu treba nakrájať na drobné kúsky. Čeluste klieští treba odizolovať od
balónika kúskom papiera. Treba dať pozor na záver pokusu, ukončiť ho skôr,
než sa odparí všetka voda v balóne. Pozor , treba mať pripravenú nádobu
s vodou na prípadné zahasenie ohňa.
30
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Aktivita: Vrhá virtuálny obraz tieň?
Vyučovacie ciele:









Rozumieť, že rovinné zrkadlo svetlo odráža. 
Rozumieť, že uhol dopadu je rovný uhlu odrazu. 
Rozumieť, že rovinné zrkadlo vytvára virtuálny obraz. 
Rozumieť, že tieň je miesto kam nedopadá svetlo zo zdroja. 
Rozumieť, že virtuálny obraz nevytvára tieň. 
Pomôcky:
Rovinné zrkadlo, zdroj svetla (meotar, dataprojektor), maketa snehuliaka, tienidlo,
ceruzky, uhlomery, pravítka
Postup:
Na začiatku tejto aktivity si zo žiakmi zopakujeme základné poznatky z optiky rovinných
zrkadiel.
Na rovinné zrkadlo učiteľ umiestni maketu snehuliaka a osvieti ho zdrojom svetla, napr.
svetlom z meotaru. Žiaci vidia na tienidle dva tiene, jeden od makety snehuliaka a
druhý akoby od virtuálneho obrazu vytvoreného rovinným zrkadlom. Začneme diskusiu
o tom, či je možné aby virtuálny obraz vrhal tieň.
Následne žiakom rozdáme pracovné listy: Vrhá virtuálny obraz tieň? Ich prvou
úlohou bude zakresliť na základe diskusie a svojich poznatkov z optiky rovinných
zrkadiel svoj predpoklad, ako sa vytvoril tieň na tienidle. Následne položíme žiakom
otázku, či by sa niečo zmenilo s vytvoreným tieňom, ak by sme snehuliaka umiestnili
na zrkadle inde. Predvedieme im zmeny na vytváranom tieni pri posunoch snehuliaka
po zrkadle. V závere diskusie umiestnime snehuliaka najskôr na koniec zrkadla a
potom na začiatok zrkadla. Úlohou žiakov bude popísať, čo sa deje s tieňom v týchto
krajných polohách.
V záverečnej diskusii by sme mali dospieť k záveru, že virtuálny obraz nie je schopný
vrhať tieň a efekt dvojitého tieňa je spôsobený odrazom lúčov na zrkadle za ale aj pred
snehuliakom.
Hodnotenie aktivity uskutočníme pred koncom hodiny pomocou Sebahodnotiacej karty
žiaka.
Vedecký obsah:
Vrhá virtuálny obraz tieň?
V bežnom živote sa môžeme stretnúť so zvláštnym javom, keď sa nám zdá, že
virtuálny obraz vytvorený rovinným zrkadlom vrhá po osvetlení vlastný tieň (obr.1) Je to
naozaj tak? Aká je fyzikálna podstata tejto zvláštnosti, môže virtuálny obraz vrhať tieň?
Pozrime sa na situáciu podrobnejšie. Aké podmienky ovplyvňujú vznik dvojitého tieňa?
Čo by sa stalo ak by bola šálka z obr.1 umiestnená na okraji stola?
31
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Obr.1
Pomocou rovinného zrkadla, makety a meotaru si môžeme situáciu z obrázka 1.
predviesť aj v triede (obr.2). Vidíme, že nám vzniká dvojitý tieň. Zakryjeme časť zrkadla
za maketou resp. posunieme maketu na okraj zrkadla a budeme pozorovať, čo sa
stane (obr.3). Vidíme, že za vrchnú časť dvojitého tieňa zodpovedá časť zrkadla pred
maketou. Zatienime oblasť pred maketou resp. ju presunieme na druhý okraj zrkadla
(obr.4). Zisťujeme, že spodnú časť dvojitého tieňa vytvára oblasť zrkadla za maketou.
Obr.2
Obr.3
Obr.4
Pomocou známych vzťahov z lúčovej optiky si
zakreslime ako vznikajú tiene
v jednotlivých prípadoch. Najjednoduchšie bude začať prípadom, keď je zatienená časť
zrkadla za maketou (obr.5). Vidíme, že táto časť tieňa vzniká preto, lebo lúče odrazené
od zrkadla pred maketou sa vďaka tejto prekážke na tienidlo nedostanú a vzniká tieň.
Obr.5
V prípade, že je zatienená časť zrkadla pred maketou je situácia podobná (obr.6).
Lúče, ktoré by sa inak odrazili za zrkadlom, neprejdú maketou a teda vytvoria na
tienidle spodnú časť dvojitého tieňa, ktorý je navyše prevrátený.
Obr.6
Dvojitý tieň vzniká v dôsledku odrazu lúčov od zrkadla pred a za maketou (obr.5,
obr.6). Virtuálny obraz tieň nevrhá.
Literatúra: Mojca Čepic, 2006, Does a virtual image cast a shadow?
In Physics Education, July 2006, vol. 41, no. 4, p. 295-297
32
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Hodnotenie:
SEBAHODNOTIACA KARTA ŽIAKA po prebratí učiva
Meno:
Viem..
Trieda:
s výdatnou
pomocou
Dátum:
s pomocou
samostatne
Zakresliť odraz lúčov od rovinného
zrkadla
zrkadla na konci ktorého je prekážka
zrkadla na začiatku ktorého je
prekážka
zrkadla v strede ktorého je
umiestnená prekážka
Popísať vznik dvojitého tieňa
Možné otázky:
∙
∙
Čo by sa stalo s tieňom ak by sme použili iný zdroj svetla, napr. baterku?
Ak by sme použili osovo nesúmernú maketu, ako by vyzeral dvojitý tieň?
33
eXperimentuj.eu
Pracovný list:
Marián Kireš
Vrhá virtuálny obraz tieň?
obr. 1
Úloha 1: Zakreslite vašu predpoveď, ako sa vytvára dvojitý tieň na tienidle podľa
obrázka 1.
Úloha 2: Zakreslite vašu predpoveď, ako sa vytvára tieň, keď je snehuliak
umiestnený na konci zrkadla.
Úloha 3: Zakreslite vašu predpoveď, ako sa vytvára tieň, keď je snehuliak
umiestnený na začiatku zrkadla.
34
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Úloha 4: Na základe predošlých zistení zakreslite, ako sa vytvára dvojitý tieň na
tienidle.
Záver:
35
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Aktivita 1: Skúmame plameň sviečky
Vyučovacie ciele:



zistiť, z čoho je tvorený plameň sviečky
určiť teplotu plameňa
porovnať odlišné vlastnosti rôznych druhov plameňov
Pomôcky:
sviečka, liehový kahan, plynový kahan, zápalky, COACH 6, teplotné čidlá (do 110°C
a 1200°C), prístup k internetu
Postup:
Triedu rozdeľte do dvojíc/trojíc a rozdajte im pracovné listy. Žiaci postupujú po krokoch
podľa pracovného listu. Zapáľte im sviečku, nech ju pozorujú a zamyslia sa, čím je tvorený
plameň sviečky. Po krátkom pozorovaní, odhadujú teplotu plameňa, spravidla ju
porovnávajú s teplotou ľudského tela, alebo teplotou varu vody. Pri pozorovaní ich
upozornite, nech sú dôslední v sledovaní, ale aj v opisovaní plameňa a jeho častí. Pri
pozorovaní rôznych plameňov si majú všímať rôzne farby, tvary plameňov. Všetky
odlišnosti si musia zapísať. Pri meraní teploty plameňov v ich častiach, zapisujú namerané
údaje do tabuľky. V závere nasleduje zhrnutie, na čo prišli.
Možné otázky:

Z čoho pozostáva plameň?

Prečo má plameň taký zvláštny tvar?

Súvisí teplota plameňa s jeho farbou?

V čom všetkom sa líšia vybrané plamene (sviečka, liehový kahan, plynový kahan)?
Aktivita 2: Tepelný výkon sviečky
Vyučovacie ciele:

Pochopiť pojem výkon/tepelný výkon

Zmerať tepelný výkon sviečky a liehového kahana
Pomôcky:
Sviečka, liehový kahan, zápalky, COACH 6, teplotné čidlá (do 110°C a 1200°C), prístup
k internetu, špeciálne upravená plechovka, voda
Postup:
Žiaci opäť postupujú podľa pracovného listu. V úvode aktivity sa ich pýtame na princíp
fungovania aromalampy. Ďalej pracujú s internetom, vyhľadávajú tepelné výkony
vybraných tepelných zdrojov, porovnávajú ich. Vedia, že sviečka pri horení uvoľňuje svetlo
aj teplo. Musia si uvedomiť, že tepelný výkon je množstvo vyprodukovaného tepla za
jednotku času. Budú merať, koľko tepla odovzdá sviečka/liehový kahan známemu
množstvu vody, za jednotku času. Namerané údaje porovnajú
36
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Možné otázky:

Čo je to aromalampa a aké má použitie?


Na akom princípe funguje aromalampa?
Ako charakterizujeme tepelný výkon?

Aký vzťah použijeme na výpočet tepelného výkonu sviečky?
Aktivita 3: Spalné teplo sviečky
Vyučovacie ciele:



Zistiť, čo je spalné teplo a ak o sa meria
Zmerať spalné teplo sviečk y a liehového k ahana
Vyhľadať na internete spalné teplá rôznych aj nami meraných látok , porovnať ich
Pomôcky:

Sviečka, liehový kahan, Vernier, váhy, prístup k internetu
Postup:
Žiaci postupujú pri meraní spalných tepiel podľa pracovného listu. Ich úlohou je zistiť koľko
tepla vzniká pri spálení 1 gramu paliva (parafín, lieh). Spalné teplo vypočítajú ako
množstvo tepla vyprodukované zdrojom pri spálení 1 gramu paliva. Na internete
vyhľadajú hodnoty spalných tepiel parafínu a liehu, porovnajú ich s meranými hodnotami,
vyhľadajú a porovnajú aj spalné teplá iných látok.
Možné otázky:


Uvoľní sa rovnaké množstvo tepla pri spálení 1 gramu parafínu a 1g liehu?
Ako je definované spalné teplo?

Aké teplo vznikne pri spálení 1 gramu parafínu/liehu?

Prečo má liehový kahan vyšší výkon ale nižšiu hodnotu spalného tepla?
37
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
1. Skúmame plameň sviečky
1.1 Pozorujme plápolajúci plamienok horiacej sviečky. Sviečka je z vosku, horiaci knôt je z
bavlneného vlákna. Z čoho je tvorený plameň sviečky?
Údaje vyhľadajte na internete a pripravte krátke zhrnutie získaných informácií.
Predikcia (čo už viem)
Záver (čo so sa dozvedel)
1.2 Pri horení je teplota plameňa sviečky podstatne vyššia ako teplota okolia. Určte
teplotu plameňa sviečky.
Odmerajte a zapíšte hodnotu odmeranej teploty plameňa
sviečky.
1. Spustite program COACH 6.
2.Otvorte aktivitu plameň sviečky.
3.Zapáľte sviečku.
4.Senzor vložte do plameňa, odčítajte jeho teplotu.
Záver (čo som sa dozvedel)
1. 3 Pozorujme plameň horiacej sviečky. Popíšte odlišnosti v štruktúre plameňa.
Zakreslite typický tvar plameňa sviečky.
1.4 Iste ste si všimli odlišnosti v štruktúre plameňa
sviečky. Majú tieto odlišnosti vplyv na teplotu
plameňa v jednotlivých jeho častiach?
Odmerajte teplotu v jednotlivých častiach
plameňa sviečky.
Nakreslite obrázok plameňa sviečky. K obrázku plameňa zapíšte hodnoty teploty v jeho
jednotlivých častiach.
2.Otvorte aktivitu plameň sviečky.
3. Zapáľte sviečku.
4. Senzor vložte do plameňa, odčítajte teplotu plameňa v jeho jednotlivých častiach.
38
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
1.5 Pozorujme horiaci plameň plynového kahana, liehového kahana a parafínovej sviečky.
Popíšte odlišnosti v tvare plameňov.
Zakreslite typické tvary plameňov.
Sviečka
Liehový kahan
Plynový kahan
1.6 Odmerajte teplotu v jednotlivých častiach rôznych plameňov.
K obrázkom rôznych plameňov zapíšte hodnoty teploty v ich jednotlivých častiach.
2. Otvorte aktivitu plameň sviečky.
3. Zapáľte plameň sviečky, liehového a plynového kahana.
4. Senzor postupne vložte do jednotlivých plameňov. Odčítajte a zapíšte teploty plameňov
v ich jednotlivých častiach.
Sviečka
Liehový kahan
Plynový kahan
Zostavte prehľadné spracovanie teplôt rôznych plameňov v ich jednotlivých častiach.
Koniec knôtu
t [oC]
1/3 plameňa
t [oC]
Stred plameňa
t [oC]
2/3 plameňa
t [oC]
Vrchol plameňa
t [oC]
Sviečka
Liehový
kahan
Plynový
kahan
Formulujte svoje závery a odpovedzte na otázku:
Čím je podmienená rôzna teplota plameňov?
39
Okraj plameňa
t [oC]
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
2. Tepelný výkon sviečky
2.1 Na osvieženie vzduchu v domácnosti často využívame vonné oleje naliate do vody
umiestnenej v aromalampe. Opíšte ako aromalampa využíva čajovú sviečku a na akých
princípoch funguje.
2.2 V domácnosti získavame teplo prostredníctvom radiátorov ústredného kúrenia,
podlahového vykurovania, elektrického ohrievača, rýchlovarnej
kanvice,
teplovzdušného fénu a pod. Každý z uvedených zdrojov dokáže vyprodukovať určité
množstvo tepla za jednotku času, hovoríme o tepelnom výkone zdroja tepla.
Vyhľadajte údaje o tepelnom výkone zdrojov tepla, ktoré využívate.
Zapíšte do tabuľky ku každému zdroju tepla jeho tepelný výkon.
Hodnoty v tabuľke usporiadajte poľa veľkosti tepelného výkonu zdroja.
2.3 Už vieme, že sviečka pri horení okrem svetla produkuje aj teplo. Odhadnite, aké
množstvo tepla produkuje sviečka pri horení. Vyjadrite číselne veľkosť tepelného
výkonu sviečky.
2.4 Určte tepelný výkon čajovej sviečky.
1. Pripravte si aktivitu v prostredí na počítačom
podporované meranie - výkon sviečky.
3. Nad sviečku umiestnite upravenú plechovku
s vodou.
4. Do plechovky vložte senzor teploty.
5. Spustite meranie.
40
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
2.5
V časti 1. Skúmame plameň sviečky sme sa dozvedeli, že pri spaľovaní parafínu,
liehu a propán butánu je teplota plameňov rôzna. Aké sú tepelné výkony liehového a
plynového kahana?
Určte tepelný výkon liehového a plynového kahana
1. Pripravte si aktivitu v prostredí na počítačom
podporované meranie - výkon sviečky.
3. Nad sviečku utesnite upravenú plechovku
s vodou.
4. Do plechovky vložte senzor teploty.
6. Postup opakujte s liehovým a plynovým
kahanom.
2.6 Na základe nameraných údajov porovnajte tepelné výkonu rôznych zdrojov tepla.
Argumentujte, prečo sa sviečka zvyčajne nevyužíva na ohrev.
Formulujte svoje závery a odpovedzte na otázku:
Od čoho závisí veľkosť tepelného výkonu rôznych zdrojov tepla?
41
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
3 . Spalné teplo sviečky
3.1 Teplo je produkované pri horení „paliva“, ktorým je parafín u čajovej sviečky a lieh
v liehovom kahane. Ako rýchlo sa spotrebúva „palivo“ pri horení?
1. Pripravte si aktivitu v prostredí na počítačom podporované meranie.
2. Zapáľte sviečku a položte ju na váhy napojené na merací systém.
4. Postup opakujte s liehovým kahanom.
3.2 Určte, aké množstvo tepla vzniká pri spálení 1g parafínu, 1 g liehu.
3.3 Vyhľadajte údaje o spalnom teple látok. Najzaujímavejšie hodnoty si zapíšte.
Porovnajte vami namerané veľkosti spalného tepla pre parafín a lieh s tabuľkovými
hodnotami.
42
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Aktivita: Peltierov článok
Vyučovacie ciele:




Predstaviť Peltierov článok ako príklad alternatívneho zdroja elektrickej energie
Rozumieť ako fungujú prímesové polovodiče
Rozumieť čím je určený typ polovodiča
Rozumieť ako funguje p-n prechod


Rozumieť, ako vznikne z rozdielu teplôt elektrické napätie
Pomerať výkon a vnútorný odpor Peltierovho článku
Pomôcky:
Peltierov článok, počítač s meracím panelom a softvérom (napr. COACH6), senzor
prúdu, senzor napätia, (v prípade, že nemáme k dispozícii počítač s meracím
panelom a senzormi, môžeme použiť štandardný ampérmeter a voltmeter), odporová
dekáda
Postup:
Aktivita je zameraná na meranie VA charakteristiky Peltierovho článku, t.j. závislosti
elektrického prúdu od napätia na svorkách článku. Táto aktivita je realizovaná
na úrovni riadeného bádania s cieľom zistiť maximálny výkon, ktorý článok dodá
do obvodu. Z pohľadu prepojenia s priemyslom môžeme venovať pozornosť
nasledujúcim problémom:
 Navrhnite technické využitie Peltierovho článku.

Ako sú PN prechody v Peltierovom článku uložené?
Vedecký obsah:
Peltierov článok je polovodičový prvok, ktorý funguje ako malé tepelné
Vodi vý mostík
čerpadlo. Pozostáva z dvoch rôznych materiálov (polovodičov), ktoré
sú spojené vodivým mostíkom. Ak takýto termočlánok pripojíme na
zdroj jednosmerného napätia, nastane Peltierov jav. Pri pretekaní el.
prúdu sa jedna strana článku začne zohrievať a druhá ochladzovať,
v závislosti na polarite priloženého napätia. Peltierov článok sa dá
použiť na chladenie, ohrev aj výrobu el. prúdu.
Peltierov článok pozostáva z dvoch rôznych teliesok, jedno je
vyrobené z polovodiču typu N a druhé z polovodiču type P. Obe telieska sú spojené vodivým
mostíkom, ktorým sa privádza do článku elektrická energia a odvádza sa ním teplo z článku.
Vytvorili sme teda PN prechod.
Z polovodiča typu N, v ktorom sú majoritnými nosičmi náboja
Vyžarované
elektróny, sú tieto elektróny odvádzané smerom ku zdroju napätia.
teplo
Analogicky sú ku zdroju napätia z polovodiču typu P odvádzané jeho
majoritné nosiče náboja: diery. Na rozhraní PN klesne pár elektróndiera pod rovnovážnu hodnotu. Takže sa zmenší počet rekombinácií
elektrón-diera. Súčasne sa ale na tomto mieste zväčší proces tvorby
elektrón-diera. Na to, aby sa elektrón mohol uvoľniť z atómu
a putovať k zdroju napätia, musí energiu absorbovať. Preto na tomto
Absorbované
mieste dochádza „k chladeniu“.
teplo
43
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Naopak, ku druhému spoju je privádzaný dostatočný počet elektrónov a dier.
Na tomto mieste dochádza k zvýšenej tvorbe rekombinácií elektrón-diera. Ak
elektrón a diera rekombinujú, uvoľnia energiu, ktorá ohrieva materiál. Preto sa
táto strana Peltierovho článku ohrieva.
Hodnotenie:
1. Kontrola správneho zapojenia experimentu.
2. Hodnotenie predikcie, ako by mal priebeh VA charakteristiky vyzerať
(študenti napíšu svoju argumentáciu pre jednotlivé časti grafu).
Formulácia hypotéz
Otázky učiteľa, ktoré žiakom
pomôžu:
Čo si myslíš, že sa stane?
Prečo si myslíš, že sa to
stane?
Dokážeš to vysvetliť na
základe tvojich poznatkov
z príslušného vedného
odboru?
1b
2b
3b
Žiak je schopný
...sformulovať predpoveď
o tom, čo sa stane, ale
nedokáže vysvetliť prečo.
Žiaci nedokážu sami bez
pomoci učiteľa
predpovedať, čo sa
stane.
Žiak je schopný
...sformulovať predpoveď
o tom, čo sa stane
a vysvetliť prečo. Jeho
vysvetlenie je založené na
vlastnej skúsenosti alebo
skúsenosti iných.
Žiak je schopný
... formulovať hypotézy a
predpovedať, čo sa stane.
Vysvetlenie je vedecky
podložené.
3. Hodnotenie merania VA charakteristiky (študenti popíšu priebeh grafu,
slovne argumentujú jednotlivé časti nameraného grafu).
Realizácia skúmania
Otázky učiteľa, ktoré
žiakom pomôžu:
· Čo musíš mať na pamäti,
keď používaš túto
pomôcku?
· Čo by si mal urobiť, aby si
získal čo najpresnejšie
výsledky?
· Ako môžeš svoje výsledky
dokumentovať?
1b
2b
3b
Žiak je schopný
...porovnať vlastné
výsledky s výsledkami
a zá vermi ostatných.
...u važo vať do akej miery
sú dosiahnuté výsledky
správne.
...navrhnúť, ako by bolo
možné skúmanie
vylepšiť.
Žiak je schopný
...identifikovať možné
zdroje chýb a uvažo vať do
akej miery sú dosiahnuté
výsledky správne.
...navrhnúť, ako skúmanie
vylepšiť.
...upraviť skúmanie na
základe vlastných návrhov
alebo návrhov ostatných.
Žiak je schopný
...identifikovať
a vyhodnotiť možné zdroje
chýb, uvažo vať
nad správnosťou
dosiahnutých výsledkov
vzhľadom na
identifikované zdroje chýb.
...navrhnúť ako skúmanie
vylepšiť na základe
porovnania plánu
skúmania s reálnym
priebehom skúmania.
...upraviť skúmanie na
základe vlastných návrhov
alebo návrhov ostatných.
...prepracovať skúmanie
založené na návrhoch
(vlastných alebo
od ostatných).
...u važo vať do akej miery
sú dosiahnuté závery
správne.
44
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Možné otázky:
 Ako vyzerá Peltierov článok?
 Aký je základný princíp fungovania Peltierovho článku? Ako vzniká
v Peltierovom článku elektrické napätie?
 Aké materiály využíva Peltierov článok?
 Ako sú PN prechody v Peltierovom článku uložené?
 Prečo sa jedna strana Peltierovho článku ohrieva a druhá ochladzuje pri
pretekaní jednosmerného prúdu?
 Prečo „ženie“ elektrický prúd k jednej strane článku kladne nabité častice
a ku druhej záporne nabité častice?
 Prečo rastie termoelektrické napätie?
 Prečo klesá kontaktné napätie medzi spojovacím mostíkom a polovodičmi?
 Aká je účinnosť Peltierovho článku?
45
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Pracovný list: Peltierov článok
Aktivita: Kedy bude výkon elektrického prúdu generovaný Peltierovým
článkom maximálny?
Výkon elektrického prúdu vo vonkajšej časti obvodu závisí nielen od napätia
solárneho článku ale aj od odporu vonkajšej časti obvodu (záťaže). V tejto aktivite
budete k Peltierovému článku pripájať rezistory s rozličným odporom a následne
určíte elektrický výkon, resp. energiu, ktorá sa na záťaži spotrebuje. K určeniu
maximálnej hodnoty výkonu budete merať elektrický prúd, resp. napätie
na vonkajšej časti obvodu. Maximálny výkon môžete určiť z voltampérovej
charakteristiky, resp. zo závislosti výkonu elektrického prúdu vo vonkajšej časti
obvodu od odporu záťaže, resp. napätia na záťaži.
1. Zostavte elektrický obvod podľa obrázka. Otvorte súbor " Peltierov clanok".
Jednu stranu Peltierovho článku vložte do nádoby so studenou vodou, druhú do
nádoby s horúcou vodou. Počkajte asi 1 minútu aby ste sa vyhli prípadným
chybám spôsobeným teplotnými zmenami.
Počas merania dbajte na zachovaní rovnakých podmienok. Snažte sa
od vonkajšieho prostredia maximálne izolovať tekutiny, v ktorých je ponorený
Peltierov článok, aby ste sa vyhli zmene teploty tekutín.
Peltierov
článok
Obr. Experiment k určeniu maximálneho výkonu dodaného do elektrického
obvodu Peltierovým článkom
46
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
2. Odmerajte závislosť elektrického prúdu prechádzajúceho vonkajšou časťou
obvodu (záťažou) od napätia na záťaži. Ešte pred spustením merania zakreslite
do grafu svoju predpoveď o priebehu sledovanej závislosti a zdôvodnite, prečo si
myslíte, že priebeh voltampérovej charakteristiky Peltierovho článku bude vyzerať
takto.
Predpoveď
3. Meranie začnite pri otvorenom obvode (R = ∞) a následne zapojte do obvodu
rezistor, ktorého hodnotu odporu môžete meniť (napr. odporová dekáda).
Hodnoty odporu nastavujte postupne od najväčšej hodnoty (napr. 1000 Ω) až na
nulu (napr. 1000 Ω, 500 Ω, 300 Ω, 200 Ω, 100 Ω, 50 Ω, 30 Ω , 10 Ω, 5 Ω, 3 Ω, 2
Ω, 1 Ω, 0,5 Ω, 0,4 Ω, 0,3 Ω, 0,2 Ω, 0,1 Ω, 0 Ω). Pre každú hodnotu odporu
odmerajte elektrický prúd a napätie.
Medzi jednotlivými meraniami chvíľu počkajte (okolo 20 sekúnd).
4. Výsledky merania porovnajte so svojou predpoveďou. Popíšte priebeh
nameraného grafu.
Výsledok
5. Ktorý bod voltampérovej charakteristiky odpovedá maximálnemu výkonu?
Označte do grafu napätie, resp. prúd, ktorý odpovedá maximálnemu výkonu
elektrického prúdu.
47
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
6. Teraz určte elektrický výkon vo vonkajšej časti obvodu pre každé z meraní.
Zapíšte vzťah, na základe ktorého budete výkon určovať. Zapíšte hodnotu
maximálneho výkonu určeného na základe merania.
7. Zakreslite vašu predpoveď o tom, ako závisí elektrický výkon vo vonkajšej časti
obvodu (záťaž) od odporu záťaže, resp. napätia na záťaži.
Predpoveď
8. Vytvorte graf závislosti elektrického výkonu vo vonkajšej časti obvodu od odporu
záťaže, resp. napätia na záťaži.
Výsledok
9. Porovnajte výsledok merania s vašou predpoveďou. Aká je optimálna záťaž, aby
sme získali maximálny výkon?
10. Zhrňte výsledky vášho experimentu o tom, ako získať m aximálny výkon dodaný
Peltierovým článkom.
48
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Ako navrhnúť nízko-energetický dom
AKTIVITA 1: Pozorovanie topenia ľadu na platniach z rôzneho materiálu
Úvod
Kedykoľvek sa dotýkame rôznych materiálov pociťujeme teplo alebo chlad. Máme rôzne
pocity ak chodíme naboso po vlnenom koberci alebo po mramorovej podlahe. Rovnako, ak
sa dotýkame kovových predmetov pociťujeme chlad, ktorý je odlišný od pocitu ak sa
dotýkame kusu dreva. Pokúste sa ozrejmiť, prečo je tomu tak.
Akým školským experimentom v triede by ste dokázali overiť svoju odpoveď
z predchádzajúcej otázky? Opíšte váš experiment.
49
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Problém
Ak nechceme, aby sa zmrzlina alebo hlboko zmrazené potraviny (ktoré sme kúpili), počas
cesty z obchodu domov rozmrazili, musíme použiť špeciálne nádoby zaisťujúce tepelnú
izoláciu.
Aké materiály je potrebné použiť na výrobu nádob s dobrými izolačnými vlastnosťami?
Je lepšie použiť kov, sklo alebo plast?
Jednoduchým experimentom sa pokúsime získať odpoveď na túto otázku.
Pomôcky


6 rôznych platní (3 hliníkové s rôznou hrúbkou a plochou, 1 drevená, 1 plexisklová a 1
polystyrénová)
1 senzor snímania povrchovej teploty

viacero približne rovnakých kúskov ľadu
Návrhy k experimentovaniu
Na stôl uložíme 6 rôznych platní.
Každá platňa je označená
písmenom (A - F). Prvé tri platne
(A, B, C) sú vyrobené z hliníka
pričom sa odlišujú veľkosťou plochy
a hrúbkou. D je drevená platňa, E
plexisklová, kým posledná (F) je
z polystyrénu.
Dotknite sa jednotlivých platní a opíšte svoje tepelné pocity. Svoje pozorovania zapíšte.
Učiteľ vyberie z mrazničky šesť približne rovnakých ľadových kociek a uloží ich na jednotlivé
platne. Skôr než začneme pozorovať čo sa bude diať, pokúste sa formulovať svoju
predpoveď ohľadne rýchlosti topenia ľadu, počnúc najrýchlejším.
Do tabuľky zapíšte poradie (1 - 6) prislúchajúce rýchlosti topenia ľadu (1 najrýchlejšie) na
jednotlivých platniach.
A
B
C
D
E
F
Pokúste sa vysvetliť vami predpokladané poradie v rýchlosti topenia.
Ak chcete, požiadajte učiteľa aby vám pomohol s meraním povrchovej teploty platní pomocou senzora
teploty.
50
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Pozorujte topenie kocky ľadu.
Opíšte svoje pozorovania a porovnajte ich s formulovanými predpokladmi.
Diskusia
Prečo sa kocky ľadu uložené na platniach roztápajú?
Ktoré vlastnosti platní ovplyvňujú rýchlosť topenia ľadu?
Myslíte si, že rýchlosť topenia ľadu môže závisieť od počiatočnej teploty platní?
Ktorá platňa je podľa vášho názoru najlepším izolantom a ktorá najlepším vodičom tepla?
Je teplo absorbované každou z ľadových kociek rovnaké?
51
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Podrobnejšia analýza
Prenos tepla v pevnej látke je známy pod pojmom tepelná vodivosť. Rýchlosť prenosu
tepla vedením cez vrstvu s plochou S, hrúbkou d, a rozdielom teplôt T vonkajších
povrchov je daná Fourierovým zákonom, ktorý matematicky zapíšeme:
pričom Q/t udáva rýchlosť prestupu tepla a k je tepelná vodivosť. Ide o charakteristiku
vrstvy materiálu, jednotkou je W/m.K. Tepelné izolanty, ako napr. vzduch, majú nízku
hodnotu tepelnej vodivosti (rádovo 10-2 W/m.K), kým dobré tepelné vodiče, ako napr.
kovy, majú vysokú hodnotu tepelnej vodivosti (rádovo 10 2 W/m.K).
Pre daný materiál je jeho tepelná vodivosť vlastnosťou odlišnou od jeho tepelnej kapacity.
Tepelná kapacita telesa udáva množstvo tepla potrebné na zmenu teploty telesa o 1 oC. Na
druhej strane, tepelná vodivosť udáva množstvo tepla prestupujúceho za jednotku času,
vrstvou s jednotkovou plochou a hrúbkou, ak rozdiel povrchových teplôt je 1 oC. Inými
slovami, tepelná kapacita telesa je spájaná so schopnosťou telesa byť zohrievané alebo
chladené, kým tepelná vodivosť reprezentuje schopnosť telesa viesť teplo. Dobrý tepelný
izolant, ako napr. polystyrén, má nízku hodnotu tepelnej vodivosti a zároveň aj nízku
hodnotu tepelnej kapacity. Na základe týchto parametrov, dochádza k jeho rýchlemu
zohriatiu alebo ochladeniu, ale prestup tepla cez neho je pomalý.
Kovové telesá tiež rýchlo menia svoju teplotu, pretože majú nízku tepelnú kapacitu, ale
prestup tepla je u nich omnoho väčší, ako u dobrých tepelných izolantov. Látky ako napr.
voda, ktorá má vysokú tepelnú kapacitu, sa preto používa ako chladiaca kvapalina (napr. u
vodou chladených benzínových motorov).
Ak zvážite všetky uvedené informácie, vysvetlite údaje súvisiace s rýchlosťou topenia ľadu
na troch hliníkových platniach.
Myslíte si, že všetky získané údaje môžu byť interpretované len pomocou Fourierovho
zákona?
Je vhodné (relevantné) uvažovať tepelnú kapacitu platní?
Zapíšte svoje komentáre nižšie.
52
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
AKTIVITA 2: Meranie izolačných vlastností rôznych materiálov
Problém
Tepelná izolácia domov hrá kľúčovú úlohu, ak chceme znížiť energetické úniky. Avšak, aké
materiály je vhodnejšie použiť na stavbu stien alebo strechy domu? Aké vlastnosti
materiálov sú najviac vyhovujúce? Argumenty, ktoré ideme študovať, nám umožnia nájsť
niektoré odpovede na položené otázky. Naše štúdium začneme pomocou jednoduchých
experimentov zameraných na odlišné správanie sa pevných látok pri prestupe tepla
vedením.
Pomôcky

2 senzory povrchovej teploty


polystyrénový pohár
5 štvorcových platní z rôznych materiálov s hrúbkou 1 cm (hliník, plexisklo, drevo,
sadrokartón a polystyrén)

3 hliníkové štvorcové platne rôznych hrúbok (0,1 cm, 1 cm and 3 cm)

lepiaca páska
Návrhy k experimentovaniu
Experiment pozostáva z merania rozdielu
teplôt na opačných povrchoch štvorcovej
platne, pri známom prestupe tepla.
Použijeme aparatúru, ako je na znázornená
na obrázku vpravo.
Platňu položíme na vrch pohára
naplneného horúcou vodou. Pomocou
senzorov budeme merať časovú závislosť
povrchovej teploty na vnútornej a vonkajšej
strane platne.
Vyberte štvorcovú platňu s hrúbku 1 cm.
Páskou pripevnite senzory povrchovej
teploty do stredu na opačné strany platne.
Teplotné
senzory
Vonkajšia
teplota
Polystyrénový pohár naplňte do ¾ výšky
horúcou vodou. Odmerajte izbovú teplotu
(Tizba) a teplotu horúcej vody (Tvoda).
Zapíšte výsledky merania:
Tizba =
Tvoda =
Horúca voda
Štvorcovú platňu umiestnite na vrch
pohára, ako je zobrazené na obrázku
vpravo, aby doliehala a držala pevne na
mieste. Oba senzory povrchovej teploty
pripojte k počítaču a spustite zber dát.
53
Vnútorná
teplota
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Sledujte priebeh zaznamenávaného časového priebehu vonkajšej a vnútornej teploty
povrchov platne až kým obe krivky teplôt nedosiahnu s tabilnú úroveň. Odčítajte
prislúchajúce teploty a zapíšte ich do tabuľky uvedenej nižšie.
Zopakujte predchádzajúci postup s ostatnými štvorcovými platňami z rozličných materiálov
s hrúbkou 1 cm. Na základe nameraných údajov skompletizujte potrebné údaje v tabuľke.
Materiál
Vnútorná teplota
(oC)
Vonkajšia teplota
(oC)
Rozdiel teplôt T
(oC)
Drevo
Plexisklo
Polystyrén
Sadrokartón
Hliník
Diskusia
Prečo vzniká rozdiel teplôt na opačných povrchoch štvorcových platní?
Usporiadajte materiály v poradí od najväčšieho k najmenšiemu rozdielu teplôt na
povrchoch.
Ktorý materiál si myslíte, že je najlepším tepelným vodičom?
Ktorý materiál je najlepším tepelným izolantom?
54
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Pokúste s vysvetliť, prečo aj napriek tomu, že ani tepl ota vody ani izbová teplota sa
nemenia, závisí vnútorná teplota na povrchu štvorcovej platne od materiálu platne.
Následne budeme analyzovať, ako hrúbka štvorcových platní vplýva na tepelnú vodivosť.
Aby sme to zistili, zopakujeme predchádzajúce meranie, avšak s použitím troch hliníkových
štvorcových platní s hrúbkami 0,1; 1,0 a 3,0 cm. Získané údaje zapíšte do tabuľky nižšie.
Materiál
Vnútorná teplota
(oC)
Vonkajšia teplota
(oC)
Rozdiel teplôt T
(oC)
Hliník 0,1 cm
Hliník 1,0 cm
Hliník 3,0 cm
Diskusia
Ako sa mení rozdiel teplôt na povrchoch s rastúcou hrúbkou štvorcovej platne?
Našou snahou je zvyšovanie efektívnosti tepelnej izolácie stien budov.
Čo si myslíte, je lepšie používať hrubšie steny alebo nie?
Svoje tvrdenie vysvetlite a podložte argumentami.
55
eXperimentuj.eu
Marián Kireš
Podrobnejšia analýza
Rýchlosť prenosu tepla vedením cez vrstvu s plochou S, hrúbkou d, a rozdielom teplôt T
vonkajších povrchov je daná Fourierovým zákonom, ktorý matematicky zapíšeme:
pričom Q/t udáva rýchlosť prestupu tepla a k je tepelná vodivosť materiálu.
Parameter K = k/d je udávaný v kJ/hod.m2.oC a predstavuje množstvo tepla, ktoré
prestúpilo cez vrstvu s jednotkovou plochou 1m2 za hodinu pri rozdiele teplôt 1oC medzi
povrchmi materiálu.
V tabuľke sú uvádzané hodnoty parametra K pre vybrané materiály bežne využívané pri
stavbách obytných domov.
Vonkajšia stena
26 cm dierovaná tehla
5,01
Vnútorná deliaca stena
12 cm dierovaná tehla
6,27
Podlaha
Betónové platne
4,18
Okno
4 mm sklo
17,97
Dvere
Drevo
15,05
Pokúste sa na základe údajov z tabuľky, určiť množstvo tepla, ktoré sa „stratí“ vedením cez
steny, podlahu, okná a dvere vašej triedy počas dopoludňajšieho (5 hodinového)
vyučovania v zime (predpokladajte izbovú teplotu 20 oC, vonkajšiu teplotu 5 oC).
Ktorá stavebná časť vašej triedy uvoľňuje najviac tepla vedením?
Závery:
Pre každú aktivitu formulujte, čo ste sa v nej naučili a vysvetlite ako ste formulovali svoje
závery.
56
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
Workshop Trnava 7. dubna 2014
„Řekni mi a já zapomenu.
Ukaž mi a já si zapamatuji.
Nech mě to dělat a já pochopím.“
(čínské přísloví)
Metodické poznámky pro účastníky:
Vážení kolegové, dovolte mi, abych Vás informovala o jedné z metod, jak provádět ve třídě se
žáky jednoduché laboratorní úlohy a experimenty. Ve škole narážíme na nedostatek pomůcek, a
proto hledáme cestu „nejmenšího odporu“, jak tuto situaci vyřešit. Kruhová laboratorní práce je
jednou z nich. S nápadem přišel Mgr. Václav Piskač a mně velmi pomohl zvládat experimenty, k
jejichž realizaci pomůcky vážně chybí.
Systém kruhových laboratorních prací spočívá v tom, že nachystáte pomůcky na jednotlivá
stanoviště (při větším počtu dětí a větším počtu pomůcek lze stanoviště opakovat). Stanoviště
očíslujete a navrhnete postup přesunu v rámci jedné hodiny. Dětem předložíte pracovní list s pokyny
pro práci na jednotlivých stanovištích a seznam úkolů, které mají na stanovištích plnit. Podle počtu
dětí a stanovišť určíte, jak početné budou jednotlivé týmy. Úkoly na stanovištích by měly být časově
stejně náročné, aby byl i vrámci jedné vyučovací hodiny možný přesun skupin.
Před zahájením takto organizovaných laboratorních prací je nutné naučit žáky práci v týmu –
roli vedoucího, časomíry, počtáře, experimentátora, zapisovatele apod. V úvodu první hodiny je
nutné tyto zásady se žáky projednat, upozornit je na úskalí této práce (odbíhání od tématu, nevyužití
času k práci, dublování plnění úkolů, týmová spolupráce …),
upozornit na důkladné přečtení pokynů a zadání úkolů na jednotlivých stanovištích.
Při tvorbě pracovního listu musíte vycházet z toho, co očekáváte jako výstup z této práce.
Jestli se jedná o objevování nových poznatků, ověření sdělených informací či „výzkumný“ projekt, ve
kterém je potřeba zapojit více „profesí“. Pro první zkušenosti doporučuji jen jednoduché časově
nenáročné úkoly, které zvládají žáci v krátkém čase. Jakmile se stane metoda dětem známou, je
možné úkoly ztěžovat. Pokud nám jde o „výzkumné“ projekty, tak v rámci zachování obtížnosti
musíme úkoly na jednotlivých stanovištích obměňovat, pokud se práce bude provádět ve více
hodinách. „Nevhodná“ spolupráce mezi týmy by ochudila další pracovní skupiny o radost
z objevování.
Experimenty, se kterými se budete seznamovat, nejsou většinou moje autorské. Mezi
kreativními fyzikáři se těžce vymýšlí vymyšlené. Většinu nápadů jsem viděla u různých kolegů nebo mi
je předvedli moji žáci díky vydatné pomoci svých šikovných rodičů. Byla by ale velká škoda se s nimi
nepochlubit.
Nejlépe se žák s postupem seznámí při samotné práci, takže dovolte, abych se držela motta
v úvodu a nabídla Vám vyučovací hodinu touto metodou .
57
eXperimentuj.eu
Kouzelné vajíčko
Hana Tesařová
Typ učiva: Mechanika kapalin a plynů, 7.
ročník
Časová náročnost: 5 minut
Forma: demonstrační pokus
Pomůcky a materiál:
vejce, PET-lahev, miska
Pracovní postup:
Vejce rozklepneme do misky nebo na talíř. Poté opatrně přiložíme ke žloutku
PET-lahev a jemně ji zhruba uprostřed zmáčkneme. Při uvolnění stisku se
žloutek "nasaje" do lahve.
Metodické pokyny:
Tím, že zmáčkneme lahev, dojde k její dočasné deformaci, která nepřekročí
mez pružnosti a zmenší se její objem. Při uvolnění stisku se lahev vrací do
původního tvaru a vlivem podtlaku v lahvi "nasaje" první možnou věc, tedy v
našem případě žloutek.
Poznámka:
Pokus pro svoje jednoduché provedení a dostupné pomůcky je vhodný pro
žáky základní školy s širokým použitím - i v kuchyni.
58
eXperimentuj.eu
Plamínek pod vodou
Hana Tesařová
Typ učiva:
Mechanika kapalin a plynů, 7. ročník
hlubší nádoba s vodou, seříznutá plastová PET-lahev, polystyrenové kolečko,
čajová svíčka, zapalovač
Pracovní postup:
Na vodu položíme polystyrénové kolečko se zapálenou svíčkou. Překlopíme
jej seříznutou PET lahví a ponoříme na dno nádoby s vodou. Díky
dostatečnému množství vzduchu pod lahví plamínek hoří.
Metodické pokyny:
Pod PET lahví je vzduch. Vzduch má menší hustotu než voda a proto zůstává
pod lahví. Pokud je pod lahví dostatek vzduchu, svíčka hoří.
Poznámka:
Pokus je pro svoje jednoduché provedení a dostupné pomůcky vhodný pro
žáky základní školy s širokým použitím.
59
eXperimentuj.eu
Herónova fontána
Hana Tesařová
Typ učiva: Mechanika kapalin a plynů, 7.
ročník
60
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
model Herónovy fontány
Pracovní postup:
Nalitím vody do horní nádoby uvedeme fontánu do činnosti.
Metodické pokyny:
Hadičkou (1) začne voda stékat do láhve A. Hladina vody v této láhvi začne
stoupat. Ve srovnání s atmosférickým tlakem se zvýší tlak vzduchu nad
hladinou vody v láhvi A, v hadičce (2) a nad hladinou vody v láhvi B.
Přetlaková síla způsobuje vytlačování vody hadičkou (3) do trubice se
zúženým koncem v láhvi C. Vznikne fontána. Voda stříká do té chvíle, dokud
není vyčerpána zásoba vody v láhvi B. Pak stačí vyměnit láhve A a B, dobře je
utěsnit a celý postup se může opakovat. Platí tu Pascalův zákon, tedy jestliže
na kapalinu působí vnější tlaková síla, pak tlak v každém místě kapaliny
vzroste o stejnou hodnotu.
Poznámka:
Model jsem získala od hochů Romana a Ladislava Kozáka, kteří se s modelem
zúčastnili fyzikální soutěže OSEL2013.
Heron Alexandrijský (asi 10 – 70 n.l.) byl velký řecký matematik, fyzik a vynálezce. Zabýval se zejména
mechanikou a hydraulikou. Navrhl téměř 80 geniálních vynálezů (sifony, fontány a stroje) – většinou
jako hračky. Mezi ně patří i vodotrysk na bázi hydrostatického tlaku. Voda, nalitá do nálevky, zvyšuje
tlak ve spodní nádobě. Zvýšený tlak je přenášen do vedlejší nádoby, odkud vytlačuje vodu trubičkou
ven, do místa o atmosférickém – tedy nižším – tlaku.
61
eXperimentuj.eu
Délková roztažnost
Hana Tesařová
Typ učiva: Termika_ 8. ročník,
Těžiště_ 7. ročník
Forma: ukázka i skupinová práce
kovová tyč dlouhá asi 30cm, stojánek na podepření (vhodné je podepření se
žlábkem), svíčka či zapalovač
Pracovní postup:
Kovovou tyč vyvážete na stojánku do rovnovážné polohy. Potom jeden z
konců tyče zahřívejte. Díky objemové a délkové roztažnosti se zvětší délka
rameny vyvážené páky a rovnováha se poruší.
Metodické pokyny:
Je vhodné mít označený střed tyče a vhodně upravený stojánek. Jinak je
provedení dost náročné.
Poznámka:
62
eXperimentuj.eu
Objemová roztažnost
Hana Tesařová
Typ učiva: Termika 8. ročník, 6. ročník
Pomůcka vyrobená žákem
63
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
svíčka nebo kahan, zapalovač, kulička, stojan pro měření
Pracovní postup:
Kuličku nech projít "mírkou". Při pokojové teplotě kulička mírkou projde. Pak
kuličku umísti nad plamen a zahřívej. Pomocí držáku vezmi kuličku a nech ji
znovu propadnout mírkou. Zahřátím se její objem zvětší a kulička mírkou
neprojde.
Metodické pokyny:
Působením tepla se objem většiny látek zvětšuje - platí princip objemové
roztažnosti.
Poznámka:
Pomůcku jsem získala od Michala Haška, který se s ní zúčastnil fyzikální
soutěže OSEL.
Profesionálně vyráběná pomůcka - nevýhodou je, že zvětšení objemu je časově velmi náročné.
64
eXperimentuj.eu
Zvonkohra
Hana Tesařová
Typ učiva: Termika 8. ročník, 6. ročník,
Těžiště 7. ročník
4 čajové svíčky, zapalovač, zvonkohra
Pracovní postup:
Sestav vyváženou soustavu zvonkohry, zapal 4 svíčky a pozoruj probíhající
děje. Pozorované jevy popisuj a fyzikálně zdůvodni.
Metodické pokyny:
Tento experiment nabízí celou řadu možností, jak jej ve fyzice využít.
6. ročník - důkaz, že teplý vzduch stoupá vzhůru (koloběh v přírodě, proudění vzduchu)
7. ročník - učivo o těžišti - vyvážená soustava podepřená v těžišti
8. ročník - změna hustoty vzduchu (plynu) při zahřívání (při stejné hmotnosti se zvětšuje objem)
Poznámka: Pomůcku lze vyrobit i v pracovních činnostech.
65
eXperimentuj.eu
Tepelné vodiče
Hana Tesařová
Typ učiva: Termika 8. ročník
Časová náročnost: 10-15 minut
soustava pro měření, kahan nebo svíčka, zapalovač
Pracovní postup:
Sestav soustavu, voskem přilep dva špalíky ve stejné vzdálenosti od středu
spojených kovů, zapal svíčku či kahan a plamen umísti na střed a pozoruj
probíhající děj. Odhadni, který z kovů je lepší tepelný vodič. Pozorovaný jev
popisuj a fyzikálně zdůvodni.
Metodické pokyny:
Experiment je názorný a jednoduchý. Časová náročnost záleží na tepelném
zdroji.Ve fyzice označuje tepelná vodivost schopnost daného kusu látky,
konstrukce, (např. zdi) vést teplo. Představuje rychlost, s jakou se teplo šíří z
jedné zahřáté části látky do jiných, chladnějších částí.Tepelná vodivost dané
látky je charakterizována součinitelem tepelné vodivosti.
Látka λ (W·m-1 ·K-1 ) při 25 °C
diamant 895-2300
stříbro 429
měď
386
zlato
317
hliník 237
66
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
mosaz 120
železo
80,2
Poznámka:
Pomůcku lze vyrobit i v pracovních činnostech.
Vedení tepla: Vedení (kondukce) tepla je jeden ze způsobů šíření tepla v tělesech, při kterém částice
látky v oblasti s vyšší střední kinetickou energií předávají část své pohybové energie prostřednictvím
vzájemných srážek částicím v oblasti s nižší střední kinetickou energií. Částice se přitom nepřemísťují,
ale kmitají kolem svých rovnovážných poloh.
Vedení tepla je způsob šíření tepla v pevných tělesech, jejichž různé části mají různé teploty. Teplo se
vedením šíří také v kapalinách a plynech, kde se však uplatňuje také šíření tepla prouděním.
Rychlost vedení tepla určuje tzv. tepelnou vodivost. Porovnat látky podle jejich tepelné vodivosti
umožňuje veličina součinitel tepelné vodivosti. Podle tohoto součinitele se látky dělí na:
tepelné vodiče - látky s vysokou rychlostí vedení tepla a velkým součinitelem tepelné vodivosti
tepelné izolanty - látky s nízkou rychlostí vedení tepla a malým součinitelem tepelné vodivosti
67
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
Další varianta pokusu
68
eXperimentuj.eu
Zobrazení
zrcadlem
rovinným
Hana Tesařová
Typ učiva: Optika 9. ročník
Časová náročnost: 1 - 2 vyučovací hodiny
Forma: skupinová práce podle pracovního
listu
2 rovinná zrcadla, laserové ukazovátko (je-li k dispozici různé barvy), bílý
papír, úhloměr, rýsovací potřeby, malé figurky či nesymetrické obrazce
Pracovní postup:
Pracuj podle pokynů v pracovním listu, plň jednotlivé úkoly a závěry zapisuj.
Na stanovištích se střídej podle dohodnutého směru se spolužáky.
Metodické pokyny:
V příloze je přiložen pracovní list. Časová náročnost záleží na počtu žáků ve
třídě a schopnosti žáků si práci dobře zorganizovat.
Poznámka:
Práci lze rozdělit i na jednotlivé pokusy, stačí jen mít dostatek pomůcek pro
všechny žáky. "Kruhové laboratorní práce" učitel používá, jestliže nemá
dostatek pomůcek pro všechny žáky.
69
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
70
eXperimentuj.eu
Zobrazení kulovým
zrcadlem
Hana Tesařová
Časová náročnost: 1 vyučovací hodina
listu
nerezová polévková lžíce, kulové zrcadlo - duté i vypuklé, laserové
ukazovátko (je-li k dispozici různé barvy), bílý papír, rýsovací potřeby, malé
figurky či nesymetrické obrazce
Pracovní postup:
Metodické pokyny:
Poznámka:
Práci lze rozdělit i na jednotlivé pokusy, stačí jen mít dostatek pomůcek pro
všechny žáky. "Kruhové laboratorní práce" učitel používá, jestliže nemá
dostatek pomůcek pro všechny žáky.
71
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
72
eXperimentuj.eu
Spojná čočka
Hana Tesařová
listu
stínítko (bílý papír, zeď pracovny), spojné čočky různých ohniskových
vzdáleností
Pracovní postup:
Vytvoř pomocí spojné čočky obraz pracovny. Pozorování prováděj s čočkami
s různými ohniskovými vzdálenostmi a pozorování zapisuj.
Metodické pokyny:
Pokusy se lépe daří za slunného dne, obraz je mnohem ostřejší.
Poznámka:
73
eXperimentuj.eu
Světelná komunikace
Hana Tesařová
Typ učiva: např. Optika 9. ročník
Forma: např. skupinová práce
světelné zdroje - baterka, laserová ukazovátka, optické vlákno
Pracovní postup:
Úkolem v této vyučovací hodině je navrhnout způsob a systém komunikace
bez použití elektřiny. Do problému, který budou řešit prací ve skupinách, je
uvedeme nejlépe nějakým příběhem. Vhodné je využít znalostí žáků z
dějepisu či v předchozí hodině zadat žákům tento úkol do domácí přípravy.
Prakticky vyzkoušejte různé způsoby komunikace, sestavte vlastní "jazyk"
vysílání světlem a předejte si zprávu.
Metodické pokyny:
Žáci pravděpodobně navrhnou řešení přímo či nepřímo založená na přenosu
signálu světlem nebo pomocí vlajek, světelných záblesků, kouřových signálů
nebo odrazů slunečních paprsků zrcadlem. Pomocí otázek typu „čím budete
signál přijímat?“ (obvykle okem) můžete žáky přivést k poznání, že přenos
signálu ve skutečnosti zajišťuje světlo.
Poznámka:
Aktivita má bohaté využití i jako součást projektu, náročnost se bude odvíjet
od zájmu žáků o dané téma.
74
eXperimentuj.eu
Elektromotor
Hana Tesařová
Typ učiva: Elektřina a magnetismus, 9. ročník
Forma: ukázka
magnet, cívka s několika závity, plochá baterie 4,5V
Pracovní postup:
Zapojíme plochou baterii k závitům cívky.
Metodické pokyny:
Průchodem proudu závity cívky vzniká v okolí cívky magnetické pole. Vlivem
magnetického pole trvalého magnetu a magnetického pole v okolí cívky
dochází k pohybu cívky v závěsech.
Poznámka:
Pomůcka je modelem stejnosměrného
elektromotoru lze realizovat různými způsoby.
75
elektromotoru.
Výrobu
eXperimentuj.eu
Hra světla a stínu
Hana Tesařová
Forma: práce ve trojici….
tvrdý papír A3, měkká tužka či uhel, zdroj světla, místnost, kterou lze
částečně zastínit
Pracovní postup:
Na stěnu pracovny umístěte výkres, spolužáka postav v profilu před stínítko a
třetí z vás pracuje se zdrojem světla, aby vznikl co nejostřejší stín na stínítku.
Úkolem je zakreslit profil spolužáka. Obrázek lze po načrtnutí dokončit na
lavici.
Metodické pokyny:
Úkol lze použít také jako "výtvarnou" soutěž, úkolem je vytvořit tak dokonalý
profil spolužáka, aby jej ostatní poznali.
Poznámka:
Výkres lze přichytit magnety na magnetickou tabuli.
76
eXperimentuj.eu
Newtonova houpačka
Hana Tesařová
Typ učiva: Energie, 8. ročník
Forma: ukázka
Pomůcka je vyrobena z kovového rámu, na kterém jsou zavěšeny plastové
kuličky. Rovinu kmitání zajišťuje plastová lišta.
Pracovní postup:
Zvednutím krajní kuličky získá polohovou energii, kterou při dopadu předává
pomocí rázů ostatním kuličkám v řadě. Poslední v řadě se zvedá. Pokud
zvedneme dvě krajní koule, tak "vystřelí" také dvě krajní na druhé straně
řady.
Metodické pokyny:
Pomůcka je vhodná pro názornou demonstraci srážek a zákonů zachování
energie a hybnosti. Slouží také k vysvětlení přeměny polohové a pohybové
energie.
Poznámka:
Tato houpačka je z dílny Vladimíra Kozáka.
Poznámka 2:
Rychlá výroba snadného rázostroje:
Potřebujeme osm stejných koulí, dvě stejně velké knihy a list kancelářského
papíru. Knihy přiložte hřbety k sobě. Mezi hřbety knih nechte mezeru. Přes
knihy položte list a vtlačte jej mezi hřbety knih, čímž vytvoříme kanálek. Do
kanálku vložte sedm koulí tak, aby se dotýkaly. Osmou koulí narazte do první
krajní.
77
eXperimentuj.eu
Kouzelná plechovka
Hana Tesařová
Typ učiva:
Mechanika tuhého tělesa, 7. ročník
Forma: např. ukázka/skupinová práce/práce
ve dvojici….
obyčejná hliníková plechovka
Pracovní postup:
Zadejte dětem úkol, aby postavili plechovku na hranu tak, jak ji vidí na
obrázku.
Metodické pokyny:
Plechovky od piva či alkoholických nápojů nejsou vhodné.
Poznámka:
Jeden z efektivních pokusů s minimálními náklady. Jen pro vysvětlení, v
plechovce je asi 1 dcl vody.
78
eXperimentuj.eu
Levitace
Hana Tesařová
Typ učiva: Magnetizmus, 6. ročník
Časová náročnost: 5 - 10 minut
Forma: ukázka
sada feritových magnetů, použitý CD disk, prázdná krabička od CD, tavná
pistole, lesklá folie pro překrytí spodní sady magnetů
Pracovní postup:
Výrobu pomůcky zvládne šikovný žák. Magnety stejnými póly vlepujeme
vedle sebe na spodní strany krabičky od CD kolem obvodu. Spodní sadu
zakryjeme fólií. Druhou sadu magnetů nalepíme po obvodu CD disku stejnými
póly. Vlivem magnetické síly se souhlasné póly magnetů odpuzují a disk
"levituje".
Metodické pokyny:
Experiment lze použít jako motivaci v úvodu učiva. Magnety lze také vložit do
zkumavky shodného průměru a magnety se budou volně "vznášet" ve
vzduchu.
Poznámka:
Experiment má mnoho podob a variant.
79
eXperimentuj.eu
Úhel pohledu
Hana Tesařová
Typ učiva: Optika, 9. ročník
Forma: práce ve dvojici
dva barevné obrázky stejných rozměrů, rýsovací potřeby, nůžky, izolepa
Pracovní postup:
Obrázky rozdělte svisle na proužky o stejné šířce (asi 1,5cm). Potom proužky
postupně stříhejte a nalepujte střídavě z obou obrázku. Díly k sobě slepujte
na zadní straně. Spojené obrázky ve spojích ohněte. A pak už stačí jen různý
úhel pohledu.
Metodické pokyny:
Jako optická hračka.
Poznámka:
80
eXperimentuj.eu
Těžiště
Hana Tesařová
Typ učiva: Mechanika tuhého tělesa
Forma: domácí příprava a výstup v hodině
Domácí laboratorní úloha pro 7. ročník
Téma: Mechanika tuhého tělesa
Námět: Těžiště
Termín zadání:
Termín vystoupení:
Metodická poznámka:
Zadejte projekt alespoň na tři týdny. Já práci zadávám na pět týdnů, žáci nosí průběžně práce
do školy a vystavují své výrobky v pracovně na okno. K výrobku přiloží cedulku se jménem a
uměleckým názvem svého výrobku, dokumentaci ukládají do krabice označené svou třídou.
V termínu odevzdání musí mít každý žák svůj výrobek ve škole. Nerespektuji omluvy, že
výrobek právě dnes zapomněli doma a nejsou jim přiděleny žádné body do hodnocení.
Projekt mezi zadáním a odevzdáním několikrát připomínám.
Základní informace pro zpracování v domácí přípravě:
 vyrob alespoň ze tří různých částí vyváženou soustavu, která bude postavena na špičce hřebíku
či špendlíku. Soustavu lze umístit na zátku láhve či desku stolu
 výrobek musí být ve škole odevzdán nejpozději v dohodnutém termínu s označením výrobce a
uměleckým názvem výrobku. Výrobky budou vystaveny v multimediální učebně na okenním
parapetu
 všechny výrobky budou doplněny stručným popisem výroby, použitým materiálem a případnými
poznámkami, které umožní tento výrobek postavit i ostatním
 všechny soustavy budou vystaveny ve třídě a vybraná porota žáků hlasováním vybere pět
nejlepších soustav a ty získají prémiové body do hodnocení pro první pololetí.
Výstup ve vyučovací hodině:
 v úvodu hodiny si žáci přemístí své výrobky na lavici s cedulkou a z krabice si nachystají
dokumentaci
 podle dohodnutého schématu představují svým spolužákům svůj výrobek
 pokud žák splnil zadání projektu, obdrží po své prezentaci kamínek jako hlasovací žeton a
jsou mu přiděleny body do hodnocení
 po ukončení všech vystoupení si procházejí výrobky svých spolužáků, vyberou si podle svého
ten nejlepší a k němu pak položí hlasovací kamínek
 tři nejlepší výrobky jsou pak odměněny prémiovými body
Poznámka: Tuto aktivitu zařazuji již dlouho a mezi žáky je velmi oblíbená.
81
eXperimentuj.eu
Herónova baňka
Hana Tesařová
Typ učiva: Termika, zákon akce a reakce
Časová náročnost: 10 - 15 minut
Forma: ukázka
Model Herónovy baňky, čajové svíčky
Pracovní postup:
Do baňky dáme trošku vody, utěsníme horní otvor a pod baňku vložíme
zapálené čajové svíčky. Voda v baňce se začne přeměňovat ve vodní páru,
čímž se zvětšuje její objem a uvnitř baňky dojde k nárůstu tlaku. Horký vzduch
je vytlačován ven otvory v baňce a baňka se začne pohybovat.
Metodické pokyny:
Experiment lze vhodně zařadit v různých kapitolách - přeměna energie,
objemová roztažnost, akce a reakce, jednoduché stroje - reaktivní motor
apod.
Poznámka:
U pokusu je nutné dbát bezpečnosti - pára unikající z baňky by mohla
způsobit popáleniny.
82
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
83
eXperimentuj.eu
Objemová roztažnost
Hana Tesařová
Typ učiva: Termika 8. ročník
Forma: ukázka
měděná trubka dole zavařená a v horní části uzavřená zátkou, kleště, voda a
zdroj tepla
Pracovní postup:
Do trubičky dáme trošku vody, uzavřeme zátkou a vložíme zavařený konec
nad zdroj tepla. Voda i vzduch v trubičce se zahřívají, voda se mění v páru a v
uzavřené trubičce se zvyšuje tlak. Po čase dojde k nárůstu tlakové síly natolik,
že překoná třecí sílu mezi víčkem a nádobkou , která drží víčko na místě a tím
ho "vystřelí".
Metodické pokyny:
Plynový vařič je vhodným zdrojem tepla. Se svíčkou trvá pokus mnohem delší
dobu.
Poznámka:
Opět je nutné dbát bezpečnosti, rychlost zátky je dost velká a mířit s ní
musíme do prostoru, ve kterém nejsou žáci. Experiment patří mezi velmi
efektní, ale je rizikový z hlediska bezpečnosti.
84
eXperimentuj.eu
Hry světla
Hra barev na fólii
Hana Tesařová
Typ učiva: Optika
Časová náročnost: 2 vyučovací hodiny
Forma: např. ukázka/skupinová práce/práce
ve dvojici….
Duha nad Bořitovem
použité CD, barevné filtry, barevné papíry, rozkladný hranol, sadu tří LED
diod
Pracovní postup:
Metodické pokyny:
Metodické pokyny:
Lze také zajistit pomůcky pro jednotlivé skupiny.
Poznámka:
Náplň úkolů lze přizpůsobit dostupným pomůckám.
85
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
Pracovní list
Barevná kouzla nejen v
přírodě
Typ učiva: Optika
Časová náročnost: 3 vyučovací hodiny
Forma: samostatná domácí práce a
skupinová práce
Pracuj podle pokynů v pracovním listu, plň zadané úkoly, závěry svého pozorování zapisuj do sešitu.
Při práci s barevnými filtry postupuj tak, abys filtr neušpinil a ber je jen za kraje, otisky prstů kazí
výsledný efekt.
Obrázek 1: Polární záře
Obrázek 2: Duha nad Bořitovem
Obrázek 3: Cirkumzenitální oblouk
1)
2)
3)
4)
Viděl jsi některý z těchto úkazů? Pokud ano, tak kde a který.
Navrhni jednoduchý pokus, jak vytvořit duhu. Pokus popiš. Vypiš další příklady.
Pokusy doma vyzkoušej a pořiď fotodokumentaci nebo nákres. Pokusy jednoduše popiš.
Jakou barvu má sluneční světlo? Jakou barvu má obloha bez mráčku? Jakou barvu má voda
ve sklenici? Jakou barvu má tvoje oblečení?
5) Napiš svoji teorii, kde berou tělesa své barvy.
Práce pro druhou vyučovací hodinu:
Diskuze a závěry z domácí práce zadané předchozí hodinu.
86
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
Práce pro třetí vyučovací hodinu:
1) Z obálky vyjmi barevné filtry a rozlož je na bílý papír v pořadí: červená, zelená, modrá,
tyrkysová, purpurová a žlutá. Jak se mění barva slunečního světla při průchodu barevným
filtrem? Pozoruj světlo po průchodu filtrem na bílém papíře. Napiš svoji teorii, jak pracují
barevné filtry. Pokud nevíš, prováděj další pokusy.
2) Podívej se na dvě tělesa ve třídě postupně přes modrý a červený filtr. Své pozorování zapiš.
Umíš podat vysvětlení pozorovaného jevu? Pokud ano, zapiš jej do sešitu.
3) Ve druhé obálce jsou barevné papíry různých barev a lístečky s názvy odstínů barev. Nejprve
označ barvy správným názvem. Pro lepší pozorování pokládej barevné papíry na bílý papír.
Kontrolu proveď podle listu v obálce. Pak jednotlivé barvy pozoruj přes barevné filtry.
Pozorování zapisuj.
4) Jak tedy fungují barevné filtry? Pokud stále váháš se správnou odpovědí, vyžádej si destičku
se třemi LED diodami a připoj ji k baterii. Nejprve rozsviť zelenou diodu a pozoruj ji přes
barevné filtry. Pak pokusy opakuj s dalšími diodami. Pozorování zapiš. Už znáš odpověď?
5) Pokud ne, vezmi si CD disk a pokus s filtry zopakuj. Tvoje odpověď na otázku, jak fungují
barevné filtry je..........
87
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
Pracovní list
Zobrazení kulovým
zrcadlem
Typ učiva: Optika
Forma: skupinová práce
Při práci s laserovým paprskem v žádném případě nesviť do očí, paprsek pozoruj tak, aby nemířil do
očí.
Úkoly:
1) Pozoruj svůj obraz v polévkové lžíci, nejprve vně a pak uvnitř. Zjisti, jak se mění obraz
drobného tělesa (např. hrot propisovací tužky) při změně vzdálenosti předmětu od zrcadlící
plochy vně i uvnitř lžíce.
2) Pomoci laseru (dbej bezpečnosti) zakresluj průchod paprsku a jeho odraz v dutém zrcadle.
Zrcadlo polož na pracovní list a zakresluj odražený paprsek podle návodu. Závěr napiš do
sešitu.
3) Pomoci laseru zakresluj průchod paprsku a jeho odraz ve vypuklém zrcadle. Zrcadlo polož na
pracovní list a zakresluj odražený paprsek podle návodu. Závěr napiš do sešitu.
4) Jaké jsou výhody kulového zrcadla? Uveď příklady jeho použití z vlastní zkušenosti.
88
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
Pracovní list
Zobrazení rovinným
zrcadlem
Typ učiva: Optika
Forma: skupinová práce
Př i práci s laserovým paprskem v žádném případě nesviť do očí, paprsek pozoruj tak, aby nemířil do
očí.
Úkoly:
1) Před rovinu rovinného zrcadla postav drobnou figurku. Jak se zobrazí figurka v rovině
zrcadla?
2) Pomocí laserového paprsku zakresli průběh odraženého paprsku od roviny zrcadla. Zrcadlo
polož na úhloměr, zapisuj velikost úhlu měřeného ke kolmici spuštěné k rovině zrcadla.
Velikost úhlu přeměřuj úhloměrem. Zapiš závěr pozorování.
Počet měření
1
2
3
4
5
Úhel dopadu α
Úhel odrazu α´
Tabulka 1
3) Vezmi spojená zrcadla a pozoruj, jak se odráží paprsek od roviny dvou zrcadel, která svírají
různé úhly. Průchod paprsku postupně zakresluj přesně podle skutečnosti.
4) Proveď experiment, ze kterého vyvodíš závěr, jak se mění počet obrazů figurky v závislosti na
úhlu, který svírají dvě zrcadla. Postup zapiš do sešitu, sestav tabulku pro měření a zapiš závěr.
5) Prohlédni si optické hračky, přiřaď k nim správné názvy a u jedné z nich vysvětli její princip.
89
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
Pracovní list pro workshop
Stanoviště č.1
Fyzikální hračky
Úkoly:
1) Prohlédni si fyzikální hračky, každý z týmu si vybere jednu a vysvětlí svým
spolužákům její princip. Pro vás je „herna“ spíše inspirací pro oživení hodiny
fyziky, pro zadání mimořádných domácích úloh, náplň do volitelných předmětů či
fyzikálních kroužků. Náměty jsou většinou z dílny paní učitelky Věry Bdínkové
nebo z různých fyzikálních workshopů, kterých jsem se zúčastnila.
2) Vyrobte si kaleidoskop. Všechny pomůcky naleznete v krabici na stanovišti (díly
kaleidoskopu, černá lepicí páska, nůžky, různobarevné korálky, izolepa). Ocením
každé zdokonalení vystaveného modelu, o které se se mnou podělíte. Tento
kaleidoskop je malým dárkem pro každého z vás.
Pracovní postup:
 Vezměte si tři odrazové díly kaleidoskopu, položte dva díly užší stranou k
sobě, nechte mezi díly drobnou mezeru a na zadní straně je slepte černou
páskou k sobě, pak stejným způsobem připojte třetí díl.
 Než spojíte všechny díly k sobě, sejměte opatrně ochrannou fólii z
odrazové plochy a díly zvenku slepte. Na užší stranu přilepte "zaslepenou"
izolepu tak, aby šly na ni nasypat drobné barevné korálky. Dejte takové
množství korálek, aby vzniklé "obrázky" byly co nejhezčí. Korálky je
vhodné dát mezi dvě vrstvy, aby bylo možné kaleidoskop naklánět. Dvě
vrstvy by šlo udělat i z euro-fólie.
 Horní stranu zase zalepte "zaslepenou" izolepou.
3) Ve své složce najdete jednoduché hračky pro určení těžiště pro vlastní využití. Ať
se vám podaří je vhodně použít.
90
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
Stanoviště č. 2
Optika
Úkoly:
6) Z obálky vyjmi barevné filtry a rozlož je na bílý papír v pořadí: červená, zelená,
modrá, tyrkysová, purpurová a žlutá. Jak se mění barva slunečního světla při
průchodu barevným filtrem? Pozoruj světlo po průchodu filtrem na bílém papíře.
Napiš svoji teorii, jak pracují barevné filtry. Pokud nevíš, prováděj další pokusy.
7) Podívej se na dvě tělesa ve třídě postupně přes modrý a červený filtr. Své
pozorování zapiš. Umíš podat vysvětlení pozorovaného jevu? Pokud ano, zapiš jej
do sešitu.
8) Ve druhé obálce jsou barevné papíry různých barev a lístečky s názvy odstínů
barev. Nejprve označ barvy správným názvem. Pro lepší pozorování pokládej
barevné papíry na bílý papír. Kontrolu proveď podle listu v obálce. Pak jednotlivé
barvy pozoruj přes barevné filtry. Pozorování zapisuj.
9) Jak tedy fungují barevné filtry? Pokud stále váháš se správnou odpovědí, vyžádej
si destičku se třemi LED diodami a připoj ji k baterii. Nejprve rozsviť zelenou
diodu a pozoruj ji přes barevné filtry. Pak pokusy opakuj s dalšími diodami.
Pozorování zapiš. Už znáš odpověď?
10)Pokud ne, vezmi si CD disk a pokus s filtry zopakuj. Tvoje odpověď na otázku, jak
fungují barevné filtry je..........
Další varianta práce na stanovišti podle pracovního listu Zobraz ení
kulovým zrcadlem
1) Zakresli průchod paprsku, který dopadá na plochu dutého zrcadla. Postupuj tak,
že zrcadlo položíš na přílohu pracovního listu a dopadající paprsek laseru nech
procházet na zrcadlo v předkresleném směru. Odražený paprsek zakresluj
tužkou, celý průchod dokresli podle pravítka. Porovnej s teorií v sešitě. Dokážeš
najít pomocí laseru optický střed dutého zrcadla? Dokážeš najít pomocí
laserového paprsku ohnisko? Zakresli je do pracovního listu.
2) Dokážeš najít ohnisko přiloženého kosmetického dutého zrcadla? Popiš, jak
budeš postupovat.
3) Zakresli průchod paprsku, který dopadá na plochu vypuklého zrcadla. Zrcadlo
polož na přílohu pracovního listu a dopadající paprsek laseru nech procházet na
zrcadlo v předkresleném směru. Odražený paprsek zakresluj tužkou, celý
průchod dokresli podle pravítka. Porovnej s teorií v sešitě nebo v učebnici.
Dokážeš najít pomocí laseru optický střed vypuklého zrcadla? Dokážeš najít
pomocí laserového paprsku ohnisko? Zakresli je do pracovního listu.
4) Vytvoř ostrý obraz pracovny na stínítko (zeď pracovny, bílý papír). Jak tento
obraz vzniká? Dokážeš to vysvětlit spolužákům?
5) Na stanovišti jsou optické hračky a optické klamy. Vyzkoušej si, jak fungují, a
vysvětli princip svým spolužákům.
91
eXperimentuj.eu
Hana Tesařová
Stanoviště č. 3
Termika
Metodická poznámka: Tyto pokusy jsou určeny pouze jako ukázkové, žáci je sami
neprovádějí, protože pracujeme s ohněm, horkou párou, vařičem. Je nutné dbát zvýšené
bezpečnosti a opatrnosti při jejich provádění. Přesto je považuji za velmi efektivní a pro
výklad velmi důležité. I pro žáky jsou velmi atraktivní.
Na stanovišti je ke každému experimentu přiložen návod.
Úkoly:
1) Objemová roztažnost trošku jinak - Herónova baňka je jednoduchým modelem
pro vysvětlení celé řady jevů. Vyzkoušejte si podle návodu její činnost.
2) Vyzkoušejte si další z efektivních pokusů na objemovou roztažnost. Měděnou
trubičku naplňte troškou vody, uzavřete zátkou, uchopte do kleští a zahřívejte na
vařiči. Zátku miřte mimo účastníky či vybavení pracovny.
3) Do třetice pokus na objemovou roztažnost - srovnání pomůcky profesionálně
vyrobené a pomůcky z dílny mého žáka. Porovnejte jejich výhody a nevýhody.
4) Podle přiloženého návodu sestavte kolotoč, pozorujte probíhající děj a vyhledejte
fyzikální úkoly a děje, které lze vysvětlit.
5) Proveďte podle návodu pokus s tepelnými vodiči.
92

Hana Tesařová - eXperimentuj

Transkript

Podobné dokumenty

Bdinková - nápady ze semináře

Table of contents - Transactions of the VŠB

Text práce - black

Charles Kuen Kao a optická vlákna - Ústav fotoniky a elektroniky AV

Mechatronika - TU Chemnitz