LUCON-nascholing Aan de slag met de nieuwe leerplannen fysica 2 de graad ASO M. De Cock, G. Janssens, J. Vanhaecht woensdag 23 mei 2012 Specifieke Lerarenopleiding Natuurwetenschappen: Fysica
Proef-ideetjes In dit bundeltje vindt u de beschrijving van enkele proeven in verband met optica, snelheid en krachten. Elke proef staat kort beschreven in een fiche: naast de proefbeschrijving vindt u ook suggesties voor vragen en meetresultaten. Achteraan vindt u ook nog 2 uitgeschreven onderzoeksopdrachten. Meer proefbeschrijvingen vindt u ook op de website http://fys.kuleuven.be/alon Klik door naar Lesmateriaal.
Nascholing LUCON 23 mei 2012 Aan de slag met nieuwe leerplannen OPTICA: DUBBELE SCHADUW VAN BOMEN? 2 de graad Optica Onderwerp: Schaduwvorming demonstratie-experiment leerlingenpracticum gemakkelijk middelmatig moeilijk http://project.arteveldehs.be/physics/conceptcartoons Materiaal: Cartoon dubbele schaduw (Artevelde Hogeschool), boompjes (karton, kalkpapier) op houdertjes, sterke lichtbron Uitvoering: Cartoon tonen, leerlingen nemen eerst individueel standpunt in en overleggen dit vervolgens met buren. Nadien kunnen de beweringen/denkbeelden geverifieerd worden (zie foto voor proefopstelling). Opdrachten/Vragen: Wat is schaduw? Meetresultaten: Schaduwen worden vaak als op zichzelf staande voorwerpen gezien. Als je twee schaduwen optelt krijg je dan een schaduw die dubbel zo donker is? Schaduw wordt veroorzaakt door de afwezigheid van (een deel van het) licht. Je kan natuurlijk maar eenmaal het licht wegnemen, waardoor de overlap van twee schaduwen even donker is dan de afzonderlijke schaduwen. Toch stelt zich hier een iets complexere situatie. Afhankelijk van de dichtheid van de bladeren van de bomen kan het overlappingsgebied toch wat donkerder lijken. Meer info: http://project.arteveldehs.be/physics/conceptcartoons, klik door naar Optica KU Leuven SLON - fysica pag. 3
Nascholing LUCON 23 mei 2012 Aan de slag met nieuwe leerplannen OPTICA: ORANJE SCHADUW? 2 de graad Optica Onderwerp: Schaduwvorming demonstratie-experiment leerlingenpracticum gemakkelijk middelmatig moeilijk http://project.arteveldehs.be/physics/conceptcartoons Materiaal: Cartoon schaduw (Artevelde Hogeschool), oranje karton en glas (of plastic folie) op houdertjes, sterke lichtbron Uitvoering: Cartoon tonen, leerlingen nemen eerst individueel standpunt in en overleggen dit vervolgens met buren. Nadien kunnen de beweringen/denkbeelden geverifieerd worden (zie foto voor proefopstelling). Opdrachten/Vragen: Wat is schaduw? Is schaduw altijd zwart? Meetresultaten: Het schaduwbegrip wordt doorgaans aangebracht als de totale afwezigheid van licht. Dit verklaart het veel voorkomende denkbeeld dat schaduwen zwart zijn. Om toch tot het begrip oranje schaduw te komen, moet men het concept schaduw algemener definiëren. Schaduwen ontstaan doordat het licht gedeeltelijk of volledig wordt afgeschermd door voorwerpen. Bij de oranje filter worden alle kleuren met uitzondering van oranje afgeschermd, dus ontstaat er een oranje schaduw. Meer info: http://project.arteveldehs.be/physics/conceptcartoons, klik door naar Optica KU Leuven SLON - fysica pag. 4
Nascholing LUCON 23 mei 2012 Aan de slag met nieuwe leerplannen OPTICA: ZONSVERDUISTERING 2 de graad Optica Onderwerp: Schaduwvorming demonstratie-experiment leerlingenpracticum gemakkelijk middelmatig moeilijk http://project.arteveldehs.be/physics/conceptcartoons Materiaal: Cartoon zonsverduistering (Artevelde Hogeschool), zaklamp Uitvoering: Cartoon tonen en na onderstaande opdrachten kan in een verduisterd lokaal eenvoudig een levend model (met de leerlingen die de zon, maan en aarde spelen) construeren. Opdrachten/Vragen: - Maak individueel een tekening van elke bewering uit de spreekballonnen - Toon op de tekening duidelijk aan waar de bewering correct of foutief is - Wissel de tekeningen uit met de groepsleden geef commentaar op elkaars tekeningen Meetresultaten: In de cartoons worden de mogelijke verklaringen voor de zonsverduistering geformuleerd vanuit ofwel de schaduweffecten (de schaduw van valt op, cf. de 2 stellingen van de figuren links), ofwel de positionering van de hemellichamen in ons zonnestelsel (cf. de 2 stellingen van de figuren rechts). Beide pistes kunnen een correcte verklaring geven maar worden door leerlingen vaak verkeerd gebruikt. Sommige leerlingen zien ook niet in dat beide verklaringen correct kunnen zijn. In het dagelijkse leven wordt meer gesproken over afschermen van licht ( je staat in mijn licht ). Meer info: http://project.arteveldehs.be/physics/conceptcartoons, klik door naar Lesmateriaal KU Leuven SLON - fysica pag. 5
Nascholing LUCON 23 mei 2012 Aan de slag met nieuwe leerplannen OPTICA: WAAR PRECIES IS JE SPIEGELBEELD? 2de graad Optica demonstratie-experiment leerlingenpracticum Onderwerp: weerkaatsing aan vlakke spiegel gemakkelijk middelmatig moeilijk Materiaal: Kleine vlakke spiegel (bv. 20 cm x 20 cm), potlood (liefst met tekst), meetlat Uitvoering: - Verplaats het verticaal gehouden potlood langzaam van op armlengte naar je toe tot op het punt dat je het potlood nog net scherp ziet. - Meet de afstand tussen potlood en ogen zo precies mogelijk. - Kijk daarna naar je spiegelbeeld op armafstand. - Verplaats langzaam de spiegel naar je toe tot op het punt dat je je spiegelbeeld nog net scherp ziet. - Meet ook die afstand zo precies mogelijk. Opdrachten/Vragen: - Vergelijk de twee afstanden (potlood/ spiegelbeeld) - Vergelijk de gemeten afstanden ook met die van je medeleerling. - Teken de opstelling met voorwerp en beeld. Tips bij de uitvoering: Voor deze proef werk je best per 2 samen. Je kan ook een (of meerdere) hypothese(s) laten formuleren en die dan uittesten. Het spiegelbeeld wordt op de spiegel zelf gevormd. Het spiegelbeeld zit precies op dezelfde afstand als het voorwerp. Meetresultaten: Een spiegel hou je 2 keer korter bij je ogen dan een voorwerp om het beeld scherp te zien. KU Leuven SLON - fysica pag. 6
Nascholing LUCON 23 mei 2012 Aan de slag met nieuwe leerplannen OPTICA: LICHTBREKING DOOR EEN RONDE WATERKOLOM 2 de graad Optica Onderwerp: lichtbreking demonstratie-experiment leerlingenpracticum gemakkelijk middelmatig moeilijk Materiaal: blad papier, papierhouder, stift, ronde, doorzichtige vaas, water Uitvoering: 1. Vul de vaas voor de helft met water. 2. Teken op het blad papier 2 pijlen in dezelfde zin (zie foto s). 3. Houd het blad papier ±20 cm achter de vaas en kijk door de vaas naar de pijlen. Opdrachten/Vragen: In welke zin wijzen de pijlen? Wat verandert er als je de afstand tussen het blad en de vaas wijzigt? Plaats het blad papier heel dicht tegen de vaas en kijk wat er gebeurt. Tips bij de uitvoering: Zorg er voor dat de vaas mooi rond is. Een groot maatglas is prima. Meetresultaten: De zin van de pijl is omgekeerd als je door het water kijkt. De grootte van de pijl is afhankelijk van de afstand tussen het blad papier en de vaas. Heel dicht bij de vaas, keert de pijl niet om. Uitbreidingsopdracht: Construeer de stralengang van dit optisch verschijnsel. KU Leuven SLON - fysica pag. 7
Nascholing LUCON 23 mei 2012 Aan de slag met nieuwe leerplannen OPTICA: LICHTBREKING EN WEERKAATSING BIJ SPIEGEL 2 de graad Optica Onderwerp: lichtbreking en weerkaatsing demonstratie-experiment leerlingenpracticum gemakkelijk middelmatig moeilijk laserpen scherm spiegel Materiaal: Laserpen, papier, meetlat, vlakke spiegel (voldoende dik, bijv. badkamerspiegel) Uitvoering: Schijn met laserpen onder hoek van ±45 op spiegel en vang het spiegelbeeld op op een scherm dat loodrecht op spiegel staat. Markeer de lichtpunten en meet daarna de afstand tussen deze punten. Opdrachten/Vragen: Wat stel je vast? Zijn de lichtpunten even sterk? Kan je dit verklaren? KU Leuven SLON - fysica pag. 8
Nascholing LUCON 23 mei 2012 Aan de slag met nieuwe leerplannen Tips bij de uitvoering: M.b.v. een stevig stuk karton kan vrij eenvoudig een constructie gemaakt worden waarop de laserpen kan bevestigd worden. Meetresultaten: Op het scherm zie je verschillende lichtpunten op gelijke afstand van elkaar. Bij een invalshoek van 45 is de afstand tussen de punten een goede benadering van de dikte van het glas van de spiegel (brekingsindex glas 1,5) Opm: Vermits hiervoor enige goniometrische kennis vereist is, ligt het aantonen van deze stellingniet in het bereik van leerlingen 3 e jaar. Uitbreidingsopdracht: Construeer de stralengang van dit optisch verschijnsel. KU Leuven SLON - fysica pag. 9
Fz (N) Nascholing LUCON 23 mei 2012 Aan de slag met nieuwe leerplannen KRACHTEN: METEN VAN DE ZWAARTEKRACHT MET KRACHTSENSOR 2 de graad Materie Onderwerp: Zwaartekracht demonstratie-experiment leerlingenpracticum gemakkelijk middelmatig moeilijk Materiaal: Krachtsensor (bv. PASCO PS-2104), statief, weegschaal, (schijf)massa s, pc (+beamer) Uitvoering: - Hang de krachtsensor op aan statief en sluit de sensor aan. - Zet een groot display met de grootte van de kracht (2 cijfers na komma) op een scherm. - Druk op de zero -knop. - Bepaal voor verschillende voorwerpen telkens de massa (op weegschaal) en de overeenkomstige zwaartekracht (krachtsensor). - Op bord (of in Excel) kan een tabel met m en Fz opgemaakt worden. Opdrachten/Vragen: Bepaal de relatie tussen m en Fz. Maak een grafiek Fz(m). Tips bij de uitvoering: Je kan dit ook uitvoeren met willekeurige massa s (pennenzak, GSM, bekertje water, ) Meetresultaten: m (kg) Fz (N) 0,150 1,48 0,500 4,91 0,090 0,88 0,320 3,15 0,122 1,19 6 5 4 3 2 1 0 0,0 0,2 0,4 0,6 m (kg) KU Leuven SLON - fysica pag. 10
Nascholing LUCON 23 mei 2012 Aan de slag met nieuwe leerplannen KRACHTEN: METEN VAN DE VEERKRACHT MET KRACHT- EN BEWEGINGSSENSOR 2 de graad Materie Onderwerp: Veerkracht Wet van Hooke demonstratie-experiment leerlingenpracticum gemakkelijk middelmatig moeilijk Materiaal: Krachtsensor(bv. PASCO PS-2104), bewegingssensor (bv. PS-2103A), massa s, veren Uitvoering: - Hang de krachtsensor op aan statief, plaats de bewegingssensor er recht onder en sluit deze sensoren aan. - Creëer een diagram met de kracht F (Y-as) als functie van de uitrekking Δl (X-as). - Hang verschillende massa s aan de veer. Opdrachten/Vragen: Wat kan je besluiten uit deze grafiek? Tips bij de uitvoering: I.p.v. massa s aan de veer te hangen kan de veer ook met de hand uitgerekt worden. Hiervoor kan je een bierkaartje aan het massahoudertje hangen en zo de veer uitrekken. Meetresultaten: De krachsensor is ingesteld zodat een trekkracht (pull) een positieve kracht levert. De uitrekking wordt berekend door het verschil tussen de afstand tot veer in rust en de gemeten afstand. KU Leuven SLON - fysica pag. 11
Nascholing LUCON 23 mei 2012 Aan de slag met nieuwe leerplannen SNELHEID: KARRETJE OP SCHUINE BAAN + BEWEGINGSSENSOR 3de graad - Kinematica Onderwerp: Inleiding 1Dbewegingen demonstratie-experiment gemakkelijk leerlingenpracticum middelmatig moeilijk Materiaal: PC, Pasco bewegingssensor, interface met Datastudio, rolbaan (1 m lengte), karretje, gradenboog, statief, bierkaartje Uitvoering: - Plaats de baan hellend m.b.v. een statief (bv. 15 ). - bevestig een bierkaartje aan de voorkant van het karretje (om een betere detectie van de sensor te verkrijgen) - Stel het programma zo in dat de registratie van de meetpunten start vanaf 15 cm en eindigt bij 95 cm bij een samplefrequentie van 50 Hz. - Leerling 1 start de meting en laat dan het karretje los. Leerling 2 houdt zich achteraan klaar om het karretje op te vangen indien het van de baan botst. Opdrachten/Vragen: - De proef kan uitgevoerd worden onder verschillende hoeken - Als de snelheidsgrafiek ook wordt weergegeven, Berekeningen kunnen ook bv. in Excel gebeuren. Tips bij de uitvoering: KU Leuven SLON - fysica pag. 12
Nascholing LUCON 23 mei 2012 Aan de slag met nieuwe leerplannen Meetresultaten: Hellingshoek 20, 15 en 10 KU Leuven SLON - fysica pag. 13
Nascholing Vliebergh-Scenciecentrum 23 mei 2012 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 F. 5. Bereken de uitrekking Δl. 6. Maak een grafiek die de uitrekking Δl weergeeft als functie van de veerkracht F. 4. Proefopstelling Duid op de figuur de veerkracht aan die de veer uitoefent op de dynamometer. KU Leuven SLON - fysica pag. 1 23 mei 2012
Nascholing Vliebergh-Scenciecentrum 23 mei 2012 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 F. 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 F uit als functie van de uitrekking Δl. Kies een duidelijke asverdeling en benoem de assen. KU Leuven SLON - fysica pag. 2 23 mei 2012
Nascholing Vliebergh-Scenciecentrum 23 mei 2012 Aan de slag met nieuwe leerplannen 7. Besluit (tip: dit besluit kan klassikaal ingevuld worden) De veerkracht F aangrijpingspunt:... richting:... zin:... grootte: Uit de grafiek kan je besluiten dat de grootte van de veerkracht F is met de uitrekking. Hieruit volgt dat de verhouding F gelijk is aan een constante. Deze constante, die we met de letter k noteren, wordt l de veerconstante of krachtconstante genoemd. Dus k = F l 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 SLON - fysica pag. 3 23 mei 2012
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: Vormgeving naar een idee van Tamara Diels DPB Gent p.1 K.U.Leuven-SLO NW: fysica
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. Vormgeving naar een idee van Tamara Diels DPB Gent p.2 K.U.Leuven-SLO NW: fysica
3. Uitvoeren: 1. Soepele veer - Bevestig de veer aan het haakje (horizontaal). Bepaal de rustlengte van de veer, l 0. - Rek de veer uit over verschillende afstanden. Bepaal telkens de veerkracht. - Geef je meetgegevens weer in de tabel. l (...) Δl (...) F (...) l 0 = 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. Vormgeving naar een idee van Tamara Diels DPB Gent p.3 K.U.Leuven-SLO NW: fysica
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. In welke eenheid wordt k uitgedrukt? Vormgeving naar een idee van Tamara Diels DPB Gent p.4 K.U.Leuven-SLO NW: fysica
Formuleer nu een antwoord op de onderzoeksvraag. Als de de uitrekking van de veer verdubbeld wordt, dan zal de veerkracht worden. Wiskundig kunnen we dit verband schrijven als: Uit onze metingen volgt dat voor a) k =... =... b) k =... =... Vormgeving naar een idee van Tamara Diels DPB Gent p.5 K.U.Leuven-SLO NW: fysica
Naam: Datum: Nr.: Nr. verslag: Samengewerkt met: Hoe ga je een spiegel in je kamer hangen? 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: Vormgeving naar een idee van Tamara Diels DPB Gent p.1 K.U.Leuven-SLO NW: fysica
1. Oriënteren: Om je kamer in te richten moet je een spiegel aankopen. De enige persoon die ervan gebruik zal maken ben jij. Vooraleer je die aankoop doet, wil je het antwoord weten op volgende twee vragen: 1. Wat zijn de afmetingen (hoogte en breedte) van de kleinste spiegel waarin je een volledig beeld hebt van jezelf zonder je hoofd te bewegen? 2. Op welke hoogte precies moet je die spiegel ophangen? 2. Voorbereiden: Beschikbaar materiaal: Vlakke spiegel die je op verschillende hoogtes kan ophangen, papierfolie waarmee je delen van de spiegel kan afdekken, papiertape, rolmeter. Gebruik je kennis van weerkaatsing om op beide vragen te antwoorden. Tips: 1. Teken de stralengang op een aparte figuur. 2. Gebruik de verhoudingen van deze figuur om de juiste afmetingen van de spiegel te berekenen in functie van je eigen hoogte en breedte. 3. Doe een gelijkaardige berekening om de ophanghoogte te bepalen. 4. Voeg een kleine foutenmarge toe. Denk eraan: je moet gelijktijdig het topje van je hoofd en het puntje van je tenen zien, en ook je beide armen. Vormgeving naar een idee van Tamara Diels DPB Gent p.2 K.U.Leuven-SLO NW: fysica
3. Uitvoeren: Voer het experiment uit met het beschikbare materiaal om je berekeningen te controleren. Tips: 1. Als je niet je volledige lichaam kan zien, breng je de nodige verbeteringen aan op de spiegel. 2. Meet nauwkeurig de aanpassingen die je moest maken. Kan je die aanpassingen controleren met de berekeningen die je maakte? Waar zat de fout? Vormgeving naar een idee van Tamara Diels DPB Gent p.3 K.U.Leuven-SLO NW: fysica
4. Reflectie: Ben je in staat om op verschillende afstanden ten opzichte van de spiegel je volledige lichaam te zien? Zoniet, probeer te verklaren waarom. Controleer je verklaringen. Bepaal daarom welk effect elke wijziging heeft op het beeld dat je ziet: wordt het beeld groter/kleiner of verandert er niets als je iets wijzigt aan de opstelling? Probeer ook in te schatten hoe groot die verandering is. Welke factor heeft het grootste effect? Vormgeving naar een idee van Tamara Diels DPB Gent p.4 K.U.Leuven-SLO NW: fysica