Aan de slag met de nieuwe leerplannen fysica 2 de graad ASO

Transcriptie

1 Aan de slag met de nieuwe leerplannen fysica 2 de graad ASO M. De Cock, G. Janssens, J. Vanhaecht zaterdag 17 november 2012 Specifieke Lerarenopleiding Natuurwetenschappen: Fysica

2 Inhoud 4 varianten van onderzoeksopdrachten i.v.m. de veerkracht De MS-Wordversies zijn voor klasgebruik te verkrijgen. Contacteer: Mieke De Cock

3 VELEWE-congres Aan de slag met nieuwe leerplannen ONDERZOEKSOPDRACHT WET VAN HOOKE 1. Onderzoeksvraag Wat is de relatie tussen de grootte van de veerkracht en de uitrekking van de veer? In deze proef gaan we met behulp van een dynamometer na hoe groot de kracht is die een veer uitoefent op de dynamometer bij verschillende uitrekkingen van de veer. 2. Benodigdheden - Hooke-toestel - Meetlat of meetlint - Veer - Dynamometer 3. Stappenplan 1. Teken de veerkracht op de dynamometer op de onderstaande foto van de proefopstelling. 2. Leg het Hooke-toestel over de rand van de tafel en haak de veer aan het toestel. Aan het andere uiteinde van de veer bevestig je de dynamometer. 3. Leg de meetlat of het meetlint evenwijdig met de veer. 4. Noteer in de tabel voor een tiental uitrekkingen de lengte van de veer l en de overeenkomstige grootte van de veerkracht 5. Bereken de uitrekking Δl. 6. Maak een grafiek die de uitrekking Δl weergeeft als functie van de veerkracht 4. Proefopstelling Duid op de figuur de veerkracht aan die de veer uitoefent op de dynamometer. KU Leuven SLO NW: fysica pag november 2012

4 VELEWE-congres Aan de slag met nieuwe leerplannen 5. Meetresultaten en berekeningen (tip: dit kan ook in Excel, zie Wet van Hooke.xlsx) Meet voor een tiental uitrekkingen de lengte van de veer l en de overeenkomstige grootte van de veerkracht. Bereken daarna in de derde kolom de uitrekking Δl. l (cm) F (N) Δl (cm) 6. Grafiek (tip: Deze meting kan herhaald worden voor verschillende veren en uitgezet op 1 grafiek) Zet de grootte van de veerkracht uit als functie van de uitrekking Δl. Kies een duidelijke asverdeling en benoem de assen. KU Leuven SLO NW: fysica pag november 2012

5 VELEWE-congres Aan de slag met nieuwe leerplannen 7. Besluit (tip: dit besluit kan klassikaal ingevuld worden) De veerkracht aangrijpingspunt:... richting:... zin:... grootte: Uit de grafiek kan je besluiten dat de grootte van de veerkracht is met de uitrekking. Hieruit volgt dat de verhouding gelijk is aan een constante. Deze constante, die we met de letter k noteren, wordt de veerconstante of krachtconstante genoemd. Dus en de eenheid van k = Ter info Robert Hooke (Isle of Wight, 18 juli 1635 Londen, 3 maart 1703) was een Engels sterrenkundige, natuurkundige en architect. Hij is voornamelijk bekend door zijn wet van Hooke, die het verband aangeeft tussen de kracht op een lichaam en de vervorming van dat lichaam. Hooke was een begenadigd uitvinder en bracht ons zowel de spiraalveer als de fotografische iris. Hij introduceerde de term 'cel' in de biologie na zijn microscopische waarnemingen van kurkweefsel. Hij was een tijdgenoot van de architect Christopher Wren met wie hij samenwerkte aan de heropbouw van Londen na de Grote brand van Londen, en eeuwig rivaal van Isaac Newton. Toch bereikte hij nooit de roem van die laatste. Bron: Wikipedia KU Leuven SLO NW: fysica pag november 2012

6 Naam: Datum: Nr.: Nr. verslag: Samengewerkt met: Veerkracht Attitudes: Orde, netheid en veiligheid Attitude i.v.m. veiligheid Materiaal gereinigd Materiaal terug op de juiste plaat Afval verwijderd Tafel proper en ordelijk achtergelaten Gedrag, samenwerking en werkwijze Opletten tijdens voorstelling van de proef Storend gedrag/ Heen en weer lopen/ Praten Samenwerking met medeleerlingen Uitvoeren experiment, correct en nauwkeurig Omgang met het materiaal Waarnemingen dadelijk genoteerd Verslag Verwerking van de resultaten Gebruik van beduidende cijfers Maken van grafieken Maken van tekeningen Besluitvorming / formuleren van waarnemingen Beoordeling: Attitudes: / Vormgeving: / Inhoud: / Algemene opmerkingen: Totaal: p.1 K.U.Leuven-SLO NW: fysica

7 1. Oriënteren: Als je een veer uitrekt en je laat los, dan neemt de veer zijn oorspronkelijke vorm aan. Als je aan een veer trekt, dan voel je dat die veer ook aan jou trekt. Deze kracht die de veer op jou uitoefent, noemen we de veerkracht. We zoeken in dit practicum een antwoord op de volgende onderzoeksvraag: Hoe verandert de veerkracht als de uitrekking groter wordt? Formuleer zelf een hypothese: Als de veer meer uitgerekt wordt, dan zal de veerkracht worden. 2. Voorbereiden: Onderzoeksplan: We willen een antwoord zoeken op de onderzoeksvraag door het uitvoeren van een experiment. Welke grootheden zal je moeten meten? Met welke meettoestellen kan je deze grootheden meten? Welke grootheid verander je gecontroleerd? Deze grootheid noemen we de onafhankelijke grootheid. Welke grootheid verandert er dan mee? Deze grootheid noemen we de afhankelijke grootheid. Materiaal: - houdertje met haakje om veer te bevestigen - 2 veren - dynamometer - meetlat Teken de proefopstelling. p.2 K.U.Leuven-SLO NW: fysica

8 3. Uitvoeren: 1. Soepele veer - Bevestig de veer aan het haakje (horizontaal). Bepaal de rustlengte van de veer. - Rek de veer uit over verschillende afstanden. Bepaal telkens de veerkracht. - Geef je meetgegevens weer in de tabel. Δl (...) F (...) Gemiddelde 2. Stugge veer Volg dezelfde werkwijze als voor de soepele veer. Wat verwacht je? Bij een zelfde uitrekking zal de veerkracht groter / kleiner zijn. Stel je meetgegevens voor in een analoge tabel. p.3 K.U.Leuven-SLO NW: fysica

9 4. Reflectie: Stel de twee metingen grafisch voor in eenzelfde F (Δl)-diagram. Welke grafieken bekom je? Welk wiskundig verband bestaat er dan tussen F en Δl? F Formuleer dit verband wiskundig op een andere manier: l Bereken die constante in de derde kolom van je tabellen. We vragen ons eerst af welke betekenis er in die constante verborgen zit. Bij welke veer hoort de grootste constante? Die constante is dus een soort van stijfheidsconstante. Die constante stellen we voor door k en [k] = p.4 K.U.Leuven-SLO NW: fysica

10 Formuleer nu een antwoord op de onderzoeksvraag. Als de veer meer uitgerekt wordt, dan zal de veerkracht worden. Wiskundig kunnen we dit verband schrijven als: Uit onze metingen volgt dat voor a) k =... =... b) k =... =... p.5 K.U.Leuven-SLO NW: fysica

11 Naam: Datum: Nr.: Nr. verslag: Samengewerkt met: Veerkracht Attitudes: Orde, netheid en veiligheid Attitude i.v.m. veiligheid Materiaal gereinigd Materiaal terug op de juiste plaat Afval verwijderd Tafel proper en ordelijk achtergelaten Gedrag, samenwerking en werkwijze Opletten tijdens voorstelling van de proef Storend gedrag/ Heen en weer lopen/ Praten Samenwerking met medeleerlingen Uitvoeren experiment, correct en nauwkeurig Omgang met het materiaal Waarnemingen dadelijk genoteerd Verslag Verwerking van de resultaten Gebruik van beduidende cijfers Maken van grafieken Maken van tekeningen Besluitvorming / formuleren van waarnemingen Beoordeling: Attitudes: / Vormgeving: / Inhoud: / Algemene opmerkingen: Totaal: p.1 KU Leuven-SLO NW: fysica

12 1. Oriënteren: Als je een veer uitrekt en je laat los, dan neemt de veer zijn oorspronkelijke vorm aan. Als je aan een veer trekt, dan voel je dat die veer ook aan jou trekt. Deze kracht die de veer op jou uitoefent, noemen we de veerkracht. In de vorige les hebben we vastgesteld dat de veerkracht groter wordt als de uitrekking toeneemt. Het wiskundig verband dat dit verschijnsel beschrijft, noemden we de wet van Hooke. Zoek opnieuw op hoe we dit verband wiskundig beschreven. In dit practicum gaan we na of dit verband ook geldt voor verschillende soorten elastiek. Kan het verband tussen de uitrekking en de kracht uitgeoefend door het elastiek beschreven worden met de wet van Hooke? Formuleer zelf een hypothese: Het verband tussen de uitrekking van een elastiek en de kracht uitgeoefend door het elastiek voldoet wel / niet aan de wet van Hooke. 2. Voorbereiden: Onderzoeksplan: We willen een antwoord zoeken op de onderzoeksvraag door het uitvoeren van een experiment. Kijk na hoe de wet van Hooke experimenteel bepaald werd. Welke grootheden zal je hier moeten meten? Materiaal: Noteer het materiaal dat je nodig hebt. Met welke meettoestellen kan je deze grootheden meten? Welke grootheid verander je gecontroleerd? Deze grootheid noemden we de onafhankelijke grootheid. Welke grootheid verandert er dan mee? Deze grootheid noemden we de afhankelijke grootheid. Teken de proefopstelling. p.2 KU Leuven-SLO NW: fysica

13 3. Uitvoeren: - Bevestig het elastiek aan het haakje (horizontaal). Bepaal de rustlengte van het elastiek, l 0. - Rek het elastiek uit over verschillende afstanden. Bepaal telkens de veerkracht. - Geef je meetgegevens weer in de tabel. l (...) Δl (...) F (...) l 0 = Doe dit nog voor een tweede elastiek. Stel een analoge tabel op. 4. Reflectie: Welk wiskundig verband zou er moeten bestaan tussen de uitrekking en de veerkracht als de elastieken voldoen aan de wet van Hooke? Hoe kan je dit controleren? Doe dit. p.3 KU Leuven-SLO NW: fysica

14 Zet de meetgegevens ook grafisch uit. Formuleer nu een antwoord op de onderzoeksvraag. Het verband tussen de uitrekking van een elastiek en de kracht uitgeoefend door het elastiek voldoet wel / niet aan de wet van Hooke. Meet opnieuw de rustlengte van het elastiek. Wat stel je vast? Was dit ook zo bij een veer? p.4 KU Leuven-SLO NW: fysica

15 Naam: Datum: Nr.: Nr. verslag: Samengewerkt met: Veerkracht Attitudes: Orde, netheid en veiligheid Attitude i.v.m. veiligheid Materiaal gereinigd Materiaal terug op de juiste plaat Afval verwijderd Tafel proper en ordelijk achtergelaten Gedrag, samenwerking en werkwijze Opletten tijdens voorstelling van de proef Storend gedrag/ Heen en weer lopen/ Praten Samenwerking met medeleerlingen Uitvoeren experiment, correct en nauwkeurig Omgang met het materiaal Waarnemingen dadelijk genoteerd Verslag Verwerking van de resultaten Gebruik van beduidende cijfers Maken van grafieken Maken van tekeningen Besluitvorming / formuleren van waarnemingen Beoordeling: Attitudes: / Vormgeving: / Inhoud: / Algemene opmerkingen: Totaal: p.1 KU Leuven-SLO NW: fysica

16 1. Oriënteren: Als je een veer uitrekt en je laat los, dan neemt de veer zijn oorspronkelijke vorm aan. Als je aan een veer trekt, dan voel je dat die veer ook aan jou trekt. Deze kracht die de veer op jou uitoefent, noemen we de veerkracht. In de vorige les hebben we vastgesteld dat de veerkracht groter wordt als de uitrekking toeneemt. Het wiskundig verband dat dit verschijnsel beschrijft, noemden we de wet van Hooke. Zoek opnieuw op hoe we dit verband wiskundig beschreven. Wat was de betekenis van de verschillende symbolen? In dit practicum zoeken we een antwoord op volgende onderzoeksvraag: Hangt de veerconstante k van een veer af van de rustlengte? Formuleer zelf een hypothese: Als de rustlengte van een veer groter wordt, dan 0 wordt de veerconstante groter. 0 wordt de veerconstante kleiner. 0 blijft de veerconstante gelijk. 2. Voorbereiden: Onderzoeksplan: We willen een antwoord zoeken op de onderzoeksvraag door het uitvoeren van een experiment. Kijk na hoe de wet van Hooke experimenteel bepaald werd. Welke grootheden zal je hier moeten bepalen? Materiaal: - lange plastieken veer - touwtje - Hooke toestel - Meetlat of millimeterpapier - dynamometer Welke grootheden moet je daarvoor meten? Met welke meettoestellen kan je deze grootheden meten? Welke grootheid verander je gecontroleerd? Deze grootheid noemden we de onafhankelijke grootheid. Welke grootheid verandert er dan mee? Deze grootheid noemden we de afhankelijke grootheid. p.2 KU Leuven-SLO NW: fysica

17 Teken de proefopstelling. 3. Uitvoeren: - Bevestig de veer aan het haakje (horizontaal). Bepaal de rustlengte van de veer, l 0. - Bepaal de veerconstante van de veer. Kijk na hoe dit gebeurde bij de proef i.v.m. de wet van Hooke. - Geef je meetgegevens weer in de tabel. - Verander de rustlengte van de veer door een deel van de veer met een touwtje samen te binden of in te klemmen, zodat dit niet meer meedoet. - - Herhaal de metingen en geef ze weer in de tabel. l (...) Δl (...) F (...) k (.) l 0 = l 0 = Gemiddelde: l 0 = Gemiddelde: l 0 = Gemiddelde: Gemiddelde: p.3 KU Leuven-SLO NW: fysica

18 l (...) Δl (...) F (...) k (.) l 0 = l 0 = Gemiddelde: l 0 = Gemiddelde: l 0 = Gemiddelde: Gemiddelde: p.4 KU Leuven-SLO NW: fysica

19 - Maak nu een overzichtstabel met daarin de rustlengte en telkens de bijhorende veerconstante. l 0 (...) k (.) p.5 KU Leuven-SLO NW: fysica

20 4. Reflectie: Stel je metingen voor in een k(l 0 )-diagram. Welk wiskundig verband bestaat er dan tussen k en l 0? Formuleer dit verband wiskundig op een andere manier: Bereken die constante in de derde kolom van je tabellen. p.6 KU Leuven-SLO NW: fysica

21 Maak nu een grafiek waarin je k uitzet als functie van. Wat stel je vast? Formuleer nu een antwoord op de onderzoeksvraag. Als de rustlengte van een veer groter wordt, dan 0 wordt de veerconstante groter. 0 wordt de veerconstante kleiner. 0 blijft de veerconstante gelijk. Hoe kan je het wiskundig verband tussen de veerconstante en de rustlengte neerschrijven? p.7 KU Leuven-SLO NW: fysica