| Andrzej Kajetan Wróblewski Włodzimierz Natorf |
| |
| W poszukiwaniu pierwszego prawa elektrolizy Faradaya |
| III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony; rozszerzenie zapisów podstawy programowej |
| Cele kształcenia - wymagania ogólne:
IV. Posługiwanie się informacjami pochodzącymi z analizy materiałów źródłowych, w tym tekstów popularnonaukowych. Zakres rozszerzony
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
8) rozpoznaje zależność rosnącą bądź malejącą na podstawie danych z tabeli lub na podstawie wykresu; rozpoznaje proporcjonalność prostą na podstawie wykresu;
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;
11) opisuje przebieg doświadczenia lub pokazu; wyróżnia kluczowe kroki i sposób postępowania oraz wskazuje rolę użytych przyrządów i uwzględnia ich rozdzielczość;
12) przestrzega zasad bezpieczeństwa podczas wykonywania obserwacji, pomiarów i doświadczeń;
17) przedstawia wybrane informacje z historii odkryć kluczowych dla rozwoju fizyki;
18) przedstawia własnymi słowami główne tezy tekstu popularnonaukowego z dziedziny fizyki lub astronomii;
19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.
VIII. Prąd elektryczny. Uczeń:
1) opisuje przewodnictwo w metalach, elektrolitach i gazach; wyjaśnia procesy jonizacji w gazach, wskazuje rolę promieniowania, wysokiej temperatury i dużego natężenia pola;
2) posługuje się pojęciami natężenia prądu elektrycznego, napięcia elektrycznego oraz mocy wraz z ich jednostkami. |
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. |
| Uczeń:
dokona analizy warunków przepływu prądu przez elektrolit; objaśni termiczne oraz wybrane chemiczne skutki przepływu prądu przez elektrolit; zinterpretuje wyniki doświadczeń, w których mierzona jest zależność masy wydzielonej na elektrodzie substancji od czasu trwania elektrolizy oraz od natężenia prądu; uogólni otrzymane wyniki i sformułuje 1. prawo elektrolizy Faradaya; zinterpretuje równoważnik elektrochemiczny i jego jednostki. |
| IBSE, strategia eksperymentalno‑obserwacyjna |
| eksperyment pokazowy, dociekanie heurystyczne, analiza wypowiedzi |
| wspólna praca całego zespołu klasowego |
| szkolna tablica, komputer z rzutnikiem, zestaw doświadczalny zgodnie z opisem we wstępie do zadania 3.
Uwaga: jest bardzo pożądane, by nauczyciel przygotował zestaw doświadczalny w porozumieniu z nauczycielem chemii, w szczególności by skonsultował z nim dobór odpowiednich elektrod. Korzystne będzie także skonsultowanie z nauczycielem chemii celowości proponowania uczniom wykonania zadania 5. |
| niniejszy e‑materiał; tablice równoważników elektrochemicznych metali |
|
|
Nauczyciel zapowiada temat lekcji i prezentuje obwód elektryczny przygotowany zgodnie z ćwiczeniem 3.
Uczniowie przez cały czas lekcji mają wyświetlony na ekranie „zestaw ćwiczeń”. Nauczyciel koncentruje uwagę uczniów na tym ćwiczeniu, które jest powiązane danym etapem lekcji, odpowiednio ujawniając, w wybranych momentach, podpowiedzi i odpowiedzi.
Nauczyciel przeprowadza kolejno czynności opisane jako 1a, 1b oraz 1c, prosząc każdorazowo uczniów o zinterpretowanie wskazań amperomierza.
Nauczyciel pozostawia obwód włączony, zapowiadając uczniom cel takiego postępowania. |
|
Etap I
Podczas trwania elektrolizy nauczyciel informuje uczniów, kolejno, o każdym z trzech spodziewanych efektów, opisanych w ćw. 4., 5. (wariantowo) oraz 6.
Uczniowie każdorazowo proponują, w formie dyskusji, właściwe uzasadnienia dla tych efektów. Nauczyciel podsumowuje wypowiedzi uczestników dyskusji, upewniając się, że są zrozumiałe dla pozostałych uczniów. Wymienione przez uczniów czynniki wpływające na „wydajność” elektrolizy (zad. 6.) nauczyciel zapisuje na tablicy (bez rozstrzygania o ich trafności).
Po wyłączeniu prądu w obwodzie nauczyciel zachęca uczniów, by przekonali się o występowaniu trzech efektów, o których uczniowie właśnie rozmawiali.
Etap II
Uczniowie wykonują ćwiczenie 7. Nauczyciel na bieżąco komentuje wypowiedzi uczniów. Zachęca ich do przewidzenia wyników zaprojektowanego doświadczenia. Prosi o określenie matematycznego związku pomiędzy masą osadzonej miedzi a czasem trwania elektrolizy; zapisuje ten związek w postaci m(t) = kIndeks dolny 11·t.
Uczniowie wykonują ćwiczenie 8. Nauczyciel na bieżąco komentuje propozycje uczniów. Prosi o określenie matematycznego związku pomiędzy masą osadzonej miedzi a natężeniem prądu, użytego podczas elektrolizy; zapisuje ten związek w postaci m(I) = kIndeks dolny 22·I. |
|
Na bazie ćwiczenia 9. uczniowie uogólniają otrzymane dwie zależności do wspólnej postaci m(I; t) = k·I·t. Nauczyciel podaje nazwę stałej k (równoważnik elektrochemiczny miedzi), prosi uczniów o określenie jej jednostki. |
|
Nauczyciel zaleca uczniom, by każdy z zapisanych na tablicy czynników wpływających na „wydajność” elektrolizy opatrzyli komentarzem „wpływa i zwiększa masę / wpływa i powoduje zmniejszenie masy / nie wpływa” z krótkim uzasadnieniem. Polecenie to nauczyciel formułuje na zakończenie etapu I lekcji.
Na koniec lekcji nauczyciel proponuje zapoznanie się z życiorysem i dokonaniami Faradaya i wykonanie ćwiczeń 1., 2. oraz 10.
Proponuje także – jako zadanie trudne, dla zainteresowanych – znalezienie związku wartości stałej k z masą molową miedzi, jej wartościowością, liczbą Avogadra NIndeks dolny AA i ładunkiem elementarnym e lub stałą Faradaya F. |
Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium | Notkę biograficzną i/lub audiobook można wykorzystać jako kilkuminutowy wstęp (zainteresowanie tematem) do lekcji wprowadzającej do zagadnień związanych z indukcją elektromagnetyczną i prawem indukcji Faradaya. |