Σχέδια μαθήματος και φύλλα εργασίαςγια τη Φυσική της Α' Γυμνασίου: (νέα) 4η εργαστηριακή άσκηση: μέτρηση όγκου

Η μέτρηση όγκου υγρών σωμάτων έχει ήδη αποτελέσει αντικείμενο πραγμάτευσης στην 3η εργαστηριακή άσκηση (1^η διδακτική ώρα, 1^η δραστηριότητα).

Σε αυτή την εργαστηριακή άσκηση στόχοι προτείνεται να είναι:

1.     Η μέτρηση όγκου στερεών σωμάτων

2.     Ο χειρισμός προβληματικών καταστάσεων που σχετίζονται με τη μέτρηση του όγκου

1^η διδακτική ώρα: Μέτρηση όγκου στερεών σωμάτων

1^η Δραστηριότητα (στην ολομέλεια)

Μέσα σε έναν ογκομετρικό κύλινδρο τοποθετώ συγκεκριμένη ποσότητα νερού, π.χ. 100 ml. Σε ένα δεύτερο ογκομετρικό κύλινδρο τοποθετώ ομοίως π.χ. 50 ml νερού. Ζητάω από τους μαθητές να προβλέψουν τι θα συμβεί στη στάθμη του νερού αν το νερό του δεύτερου ογκομετρικού σωλήνα προστεθεί στον πρώτο.

Αναμένεται η απάντηση ότι η στάθμη θα ανεβεί.

Ζητάμε να προβλέψουν τη νέα ένδειξη του ογκομετρικού κυλίνδρου.

Αναμένεται η απάντηση ότι η ένδειξη θα είναι 100+50=150 ml.

Ζητάμε από τους μαθητές να δικαιολογήσουν την άποψή τους (δίνοντας το λόγο και σε όσους έχουν ενδεχομένως προβλέψει κάτι διαφορετικό).

Γιατί άραγε συμβαίνει αυτό; Τα αντικείμενα καταλαμβάνουν χώρο, έχουν όγκο, και μία περιοχή του χώρου μπορεί να καταλαμβάνεται από ένα «αντικείμενο».

Ρίχνω μέσα σε ένα ποτήρι με νερό ένα στερεό αντικείμενο, π.χ. ένα βαρίδι δεμένο με πετονιά, και το βγάζω. Επαναλαμβάνω μερικές φορές μπροστά στους μαθητές και ζητώ να μου πουν τι παρατηρούν:

Η στάθμη του νερού ανεβαίνει όταν βάζω το βαρίδι μέσα στο νερό και κατεβαίνει όταν το βγάζω.

Γιατί άραγε συμβαίνει αυτό;

Τι μπορώ να μετρήσω βασιζόμενος σε αυτή την παρατήρηση;

2^η Δραστηριότητα (σε ομάδες)

Κάθε ομάδα διαθέτει έναν ογκομετρικό κύλινδρο στον οποίο υπάρχει διαφορετικός αρχικός όγκος νερού. Σε κάθε ομάδα δίνεται ένα βαρίδι των 150 g και ζητείται να υπολογιστεί ο όγκος του. Πώς θα εξασφαλιστεί η καλύτερη δυνατή ακρίβεια των μετρήσεων; Προσφυγή σε 3-4 μετρήσεις και υπολογισμός του μέσου όρου.

Ερώτηση: Όλες οι ομάδες έχετε ένα όμοιο βαρίδι αλλά ο αρχικός όγκος του νερού στο σωλήνα της διαφέρει. Η Α’ ομάδα έχει 100 ml νερού, η Β’ ομάδα 120 ml, η Γ’ ομάδα 140 ml, η Δ’ ομάδα 150 ml και η Ε’ ομάδα 160 ml. Πώς επηρεάζει αυτό το γεγονός κατά τη γνώμη σας το αποτέλεσμα της μέτρησης του όγκου του βαριδίου που θα κάνει κάθε ομάδα;

2^η διδακτική ώρα: διαχείριση προβληματικών καταστάσεων

Κάνουμε σύντομη ανασκόπηση των δραστηριοτήτων της 1^ης ώρας και τονίζουμε ως συμπέρασμα τον τρόπο μέτρησης όγκου στερεών αντικειμένων.

3^η δραστηριότητα (στην ολομέλεια)

Διαθέτεις μία μικρή βίδα και θέλεις να μετρήσεις τον όγκο της. Την τοποθετείς μέσα στον ογκομετρικό σωλήνα, η στάθμη του νερού ανεβαίνει, αλλά ανεβαίνει τόσο ελάχιστα που είναι αδύνατο να εκτιμήσεις τη μεταβολή του όγκου και άρα τον όγκο της βίδας. Τι θα μπορούσες να κάνεις για να μπορέσεις να μετρήσεις με ακρίβεια τον όγκο της βίδας;

Προκαλούμε συζήτηση στην ολομέλεια και καθοδηγούμε τους μαθητές στην ιδέα ότι για να είναι αισθητή η άνοδος της στάθμης για ένα τόσο μικρό αντικείμενο όπως η βίδα, ο σωλήνας θα πρέπει να είναι στενός.

Δείχνουμε έναν δοκιμαστικό σωλήνα, το γεμίζουμε με νερό και σημειώνουμε με μαρκαδόρο τη στάθμη του. Ρίχνουμε τη βίδα και η στάθμη ανέρχεται πλέον αισθητά. Ο σωλήνας όμως δεν είναι βαθμολογημένος: Πώς μπορούμε να βαθμολογήσουμε το σωλήνα;

Δίνουμε σε κάθε ομάδα ένα δοκιμαστικό σωλήνα, έναν ογκομετρικό σωλήνα, έναν χάρακα, μαρκαδόρο και νερό και ζητάμε να υπολογίσουν τον όγκο της βίδας (βλ. το προτεινόμενο φύλλο εργασίας).

Θέλουμε οι μαθητές να αντιληφθούν ότι ο όγκος του νερού στον κυλινδρικό σωλήνα είναι ανάλογη με το ύψος του νερού. Τους καθοδηγούμε να φτιάξουν ένα διάγραμμα όγκου (όπως μετριέται από τον ογκομετρικό σωλήνα) – ύψους για τρία ζευγάρια τιμών. Αυτό μπορεί να γίνει προσθέτοντας διαδοχικά 5 ml νερού στο δοκιμαστικό σωλήνα και μετρώντας το ύψος της στάθμης του νερού από καθορισμένο σημείο (πάνω από το καμπυλωμένο μέρος του σωλήνα). Ο όγκος της βίδας μπορεί να προσδιοριστεί από το διάγραμμα μετρώντας το ύψος που ανέρχεται το νερό όταν τοποθετηθεί η βίδα.

Γενίκευση-Εφαρμογές

Εξαρτάται η πειραματική διαδικασία που ακολουθήσαμε σε αυτή την άσκηση από το είδος του υγρού; Μπορεί, π.χ. να χρησιμοποιηθεί υδράργυρος; (βλ. ενδεικτικά: https://www.youtube.com/watch?v=EGv_YVQHu7U)

Διαθέτεις ένα αντικείμενο που δεν χωράει στο δοκιμαστικό σωλήνα. Περίγραψε μία διαδικασία για να μετρήσεις τον όγκο του.