Imię i nazwisko autora:

Krystyna Wosińska

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Badanie przewodnictwa cieplnego wybranych ciał stałych

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;
15) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.
V. Termodynamika. Uczeń:
2) odróżnia przekaz energii w postaci ciepła między układami o różnych temperaturach od przekazu energii w formie pracy.

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;
19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.
VI. Termodynamika. Uczeń:
2) odróżnia przekaz energii w postaci ciepła między układami o różnych temperaturach od przekazu energii w formie pracy.

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. opisze mechanizm przewodzenia ciepła przez ciała stałe,

2. wyjaśni, od czego zależy szybkość przepływu energii cieplnej,

3. zdefiniuje przewodnictwo cieplne (właściwe),

4. zbada w wirtualnym laboratorium (WL) przewodnictwo cieplne kilku materiałów,

5. zaplanuje i przeprowadzi rzeczywiste doświadczenie, w którym zbada przewodnictwo cieplne wybranych materiałów.

Strategie nauczania:

strategia eksperymentalno‑obserwacyjna (dostrzeganie i definiowanie problemów)

Metody nauczania

praca uczniów pod kierunkiem nauczyciela, wykonanie doświadczenia w wirtualnym laboratorium, wykonanie rzeczywistego doświadczenia

Formy zajęć:

wykład informacyjny, praca z aplikacją komputerową (WL), pomiary i wspólna analiza wyników.

Środki dydaktyczne:

do wykonania rzeczywistego doświadczenia: palnik turystyczny, wazelina, kilkanaście spinaczy biurowych, kilka prętów wykonanych z różnych materiałów o różnych powierzchniach przekroju poprzecznego, stopery;

Materiały pomocnicze:

e‑materiały: „Jak definiuje się przewodnictwo właściwe”, „Badanie przewodnictwa cieplnego wybranych cieczy”, „Jak odróżnić przekaz energii w formie pracy mechanicznej od przekazu energii w postaci ciepła?”

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Na poprzedniej lekcji nauczyciel zapowiedział, że tematem kolejnej będzie „Badanie przewodnictwa cieplnego wybranych ciał stałych” i poprosił uczniów o zapoznanie się z częścią „Warto przeczytać” materiału o tym samym tytule oraz o zapoznanie się z dołączonym do materiału wirtualnym laboratorium (WL) i przeprowadzenie najprostszych, sugerowanych w instrukcji, obserwacji.

Na początku lekcji nauczyciel prosi uczniów o zapisanie na tablicy wzoru na szybkość przenoszenia ciepła wzdłuż pręta o zadanym polu przekroju poprzecznego i zadanej długości ($\frac{Q}{t}=k\frac{S\mathrm{\Delta }T}{l}$). Uczniowie omawiają poszczególne zmienne występujące w tym wzorze. Nauczyciel podsumowuje dyskusję uczniów, wprowadzając pojęcie przewodnictwa cieplnego, jako parametru charakteryzującego zdolność określonego materiału do przewodzenia ciepła i prosi uczniów o zdanie relacji z obserwacji, które poczynili podczas domowych eksperymentów z WL. Uczniowie odpowiadają na pytanie: Który z badanych materiałów (grafit, miedź, czy marmur) jest lepszym przewodnikiem ciepła i dlaczego?

Faza realizacyjna:

Nauczyciel, przy asyście uczniów, przeprowadza rzeczywiste doświadczenie opisane w Poleceniu 2. w części pt. Wirtualne‑Laboratorium WL‑I. Jeśli jest wystarczająca ilość zestawów doświadczalnych, uczniów można podzielić na kilka grup i wykonywać doświadczenie równolegle, na kilku stanowiskach. W tym drugim przypadku, wyniki, zamiast na tablicy, mogą być zapisywane we współdzielonym pliku (np. w dowolnym arkuszu kalkulacyjnym online), który powinien być wcześniej przygotowany przez nauczyciela i powinien umożliwiać konstrukcję wykresów i porównanie różnych serii pomiarowych, dla różnych materiałów. Po zakończeniu obserwacji i pomiarów nauczyciel pokazuje uczniom, w jaki sposób można porównać wyniki dla różnych materiałów i/lub uzyskane na różnych stanowiskach pomiarowych.

Faza podsumowująca:

Uczniowie dyskutują, w jaki sposób na podstawie wykonanych pomiarów można wnioskować o przewodnictwie cieplnym materiałów.

Praca domowa:

Uczniowie zostają poproszeni o sporządzenie notatki podsumowującej obserwacje i wnioski z wykonanego eksperymentu.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium:

Multimedium bazowe może być wykorzystane jako przygotowanie do przeprowadzenia rzeczywistego eksperymentu mającego na celu zbadanie przewodnictwa cieplnego ciał stałych.

Z uwagi na wykorzystanie w aplikacji WL kamery termowizyjnej, MB może być również wykorzystane podczas lekcji nt. promieniowania cieplnego.