Imię i nazwisko autora:

Tomasz Cap

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Masa spoczynkowa i energia spoczynkowa

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

Zakres podstawowy
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
1) przedstawia jednostki wielkości fizycznych, opisuje ich związki z jednostkami podstawowymi; przelicza wielokrotności i podwielokrotności;
4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem.
XI. Fizyka jądrowa. Uczeń:
1) posługuje się pojęciami pierwiastek, jądro atomowe, izotop, proton, neutron, elektron do opisu składu materii; opisuje skład jądra atomowego na podstawie liczb masowej i atomowej.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
1) przedstawia jednostki wielkości fizycznych, opisuje ich związki z jednostkami podstawowymi; przelicza wielokrotności i podwielokrotności;
4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem.
XII. Elementy fizyki relatywistycznej i fizyka jądrowa. Uczeń:
5) posługuje się pojęciami pierwiastek, jądro atomowe, izotop, proton, neutron, elektron; opisuje skład jądra atomowego na podstawie liczb masowej i atomowej;
8) oblicza dla dowolnego izotopu energię spoczynkową, deficyt masy i energię wiązania.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. przelicza masę spoczynkową na energię spoczynkową i na odwrót,

2. stosuje różne jednostki masy i energii używane w fizyce atomowej i subatomowej,

3. oszacowuje dokładność przybliżenia masy atomu poprzez iloczyn jego liczby masowej i wartości jednego unitu.

Strategie nauczania:

IBSE

Metody nauczania:

wykład informacyjny, rozwiązywanie zadań rachunkowych

Formy zajęć:

praca indywidualna, praca w parach

Środki dydaktyczne:

rzutnik lub ekran do wyświetlania multimedium

Materiały pomocnicze:

-

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Realizując strategię IBSE nauczyciel omawia zjawiska wynikające z równoważności masy i energii a następnie wprowadza wzór Einsteina $E=m{c}^2$ oraz pojęcia energii spoczynkowej i masy spoczynkowej. Na przykładzie zadania 6 z zestawu ćwiczeń (obliczanie energii spoczynkowej ziarenka piasku) nauczyciel pokazuje, w jaki sposób obliczyć energię spoczynkową ciała w dżulach znając jego masę w kg. Nauczyciel prosi następnie uczniów o obliczenie energii spoczynkowej elektronu w dżulach (zadanie 4 z zestawu ćwiczeń). Nauczyciel wyjaśnia, że masy obiektów atomowych i subatomowych są wiele rzędów wielkości mniejsze od masy ziarenka piasku, i z tego powodu przyjęło się stosować w tych dziedzinach inne jednostki masy i energii.

Faza realizacyjna:

Nauczyciel wprowadza jednostki: elektronowolt oraz elektronowolt na cIndeks górny 2². Nauczyciel pokazuje definicje tych jednostek oraz wyprowadza przeliczniki na J i kg. Nauczyciel pokazuje jak zamienić masę elektronu z kg na $\frac{eV}{c^2}$ oraz jak, w łatwy sposób stosując tę jednostkę obliczyć energię spoczynkową elektronu. Nauczyciel prosi uczniów o wyrażenie masy spoczynkowej wybranego obiektu (np. neutronu) podanej w kg w jednostkach $\frac{eV}{c^2}$.
Nauczyciel podaje definicję atomowej jednostki masy i pokazuje jak przeliczyć masę atomu węgla‑12 z unitów na gramy (zadanie 2 z zestawu ćwiczeń). Następnie, prosi uczniów, aby przeliczyli masę spoczynkową wybranego atomu, np. atomu azotu‑16 z $\frac{MeV}{c^2}$ na unity (zadanie 2 z zadań aktywizujących do multimedium). Nauczyciel na podstawie wyników zadania argumentuje, że masę dowolnego atomu można przybliżyć poprzez iloczyn jego liczby masowej i wartości jednego unitu. Nauczyciel, razem z uczniami, rozwiązuje zadanie 8 z zestawu ćwiczeń, które pokazuje dokładność takiego przybliżenia. Uczniowie oglądają filmik z multimedium. Nauczyciel wprowadza pojęcie nadwyżki masy i nawiązuje do wyników zadania 8. Następnie prosi uczniów o obliczenie nadwyżki masy dla atomu węgla‑13 (zadanie 3 z zestawu ćwiczeń aktywizujących do multimedium).

Faza podsumowująca:

Nauczyciel pokazuje powtórnie wzór Einsteina i rozwiązuje z uczniami zadanie 7 z zestawu ćwiczeń, w którym oblicza się masę spoczynkową cząstki alfa w unitach na podstawie znajomości jej energii spoczynkowej.

Praca domowa:

Zadania 1, 3 i 5 z zestawu ćwiczeń.
Zadanie 1 z zestawu zadań aktywizujących do multimedium.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Multimedium bazowe może być wykorzystane przez uczniów w domu w ramach powtórzenia i utrwalenia wiadomości.