Imię i nazwisko autora:

Krystyna Wosińska

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Badanie zmian gęstości wody w przedziale temperatur od 273K do 293K

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.
III. Planowanie i przeprowadzanie obserwacji lub doświadczeń oraz wnioskowanie na podstawie ich wyników.

Zakres podstawowy
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
10) przeprowadza wybrane obserwacje, pomiary i doświadczenia korzystając z ich opisów; wyróżnia kluczowe kroki i sposób postępowania oraz wskazuje rolę użytych przyrządów i uwzględnia ich rozdzielczość;
14) przeprowadza obliczenia i zapisuje wynik zgodnie z zasadami zaokrąglania oraz zachowaniem liczby cyfr znaczących wynikającej z dokładności pomiaru lub z danych.
V. Termodynamika. Uczeń:
1) opisuje zjawisko rozszerzalności cieplnej: liniowej ciał stałych oraz objętościowej gazów i cieczy.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
10) przeprowadza wybrane obserwacje, pomiary i doświadczenia korzystając z ich opisów; planuje i modyfikuje ich przebieg; formułuje hipotezę i prezentuje kroki niezbędne do jej weryfikacji;
15) posługuje się pojęciem niepewności pomiaru wielkości prostych i złożonych; zapisuje wynik pomiaru wraz z jego jednostką oraz z uwzględnieniem informacji o niepewności; uwzględnia niepewności przy sporządzaniu wykresów;
16) przeprowadza obliczenia i zapisuje wynik zgodnie z zasadami zaokrąglania oraz zachowaniem liczby cyfr znaczących wynikającej z dokładności pomiaru lub z danych.
VI. Termodynamika. Uczeń:
1) opisuje zjawisko rozszerzalności cieplnej: liniowej ciał stałych oraz objętościowej gazów i cieczy.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenie Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje cyfrowe,

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

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

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. definiuje gęstość, jako cechę substancji materiału,

2. objaśnia pojęcie współczynnika rozszerzalności objętościowej,

3. przytacza wzory opisujące rozszerzalność cieplną cieczy,

4. opisuje, na czym polega anomalna rozszerzalność wody,

5. planuje i (w ramach wirtualnego laboratorium) przeprowadza eksperyment, w którym bada, jak w przedziale temperatury od 0°C do 20°C zmienia się gęstość wody.

Strategie nauczania:

strategia eksperymentalno‑obserwacyjna (dostrzeganie i definiowanie problemów)

Metody nauczania

wykład informacyjny, eksperyment w wirtualnym laboratorium (WL‑S)

Formy zajęć:

praca w grupach, praca w parach, praca indywidualna

Środki dydaktyczne:

komputer z rzutnikiem lub laptopy lub tablety do dyspozycji każdego ucznia

Materiały pomocnicze:

e‑materiały: „Na czym polega zjawisko rozszerzalności objętościowej cieczy?”, „Szczególne własności wody”

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Wprowadzenie zgodnie z treścią w części pierwszej „Czy to nie ciekawe?”.
Odwołanie do wiedzy uczniów o anomalnej rozszerzalności cieplnej wody.

Faza realizacyjna:

Uczniowie przypominają definicję gęstości. Nauczyciel pyta, co może, a jeśli tak to w jaki sposób, spowodować zmianę gęstości wody. W wyniku dyskusji uczniowie ustalają, że można tego dokonać zmieniając temperaturę wody. Nauczyciel wprowadza pojęcie współczynnika rozszerzalności cieplnej cieczy. Korzystając ze wzoru na współczynnik rozszerzalności objętościowej (tj. $\alpha=\frac{\Delta V}{V_0\Delta t}$) uczniowie wyprowadzają wzory na przyrost objętości i objętość końcową. Następnie nauczyciel zapowiada badanie, w wirtualnym laboratorium, zależności gęstości wody od temperatury w przedziale temperatur od 0°C do 20°C i omawia zagadnienie wyboru wartości temperatur, przy których będzie wykonywany pomiar. Uczniowie w grupach projektują położenie punktów pomiarowych dla zależności dwóch wielkości, w której występuje maksimum lub minimum. Następnie uczniowie wykonują doświadczenie w wirtualnym laboratorium w parach. Przed wykonaniem doświadczenia uczniowie dyskutują, od jakiej temperatury najwygodniej zacząć pomiar, najwyższej czy najniższej, uzasadniając swoje stanowisko. Po wykonaniu pomiarów, uczniowie w parach wykonują obliczenia i wykres zależności gęstości wody od temperatury, korzystając np. z arkusza kalkulacyjnego.

Faza podsumowująca:

Zespoły prezentują swoje wyniki doświadczenia całej klasie. W zależności od tego, czy klasa realizuje rozszerzoną podstawę programową, czy nie, nauczyciel porusza kwestię niepewności pomiarowych (patrz Polecenie 2. pod WL‑S), ich oszacowania i sposobu ich uwzględnienia na wykresach.

Praca domowa:

Zadania 1 - 5 z zestawu ćwiczeń obowiązkowo, a zadania 6‑8 dla chętnych.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium:

Wirtualne laboratorium (WL‑S) może być wykorzystane przez uczniów poza lekcjami w celu samodzielnego wykonania doświadczenia. Nauczyciel można je także wykorzystać podczas realizacji innych lekcji, w których omawiane są własności wody.