Φυσική Α΄Γυμνασίου:Ενδεικτικές Απαντήσεις

images

Ενδεικτικές Απαντήσεις και Μετρήσεις 1. Μετρήσεις Μήκους

Φύλλο Εργασίας 1

α. παρατηρώ, πληροφορούμαι, ενδιαφέρομαι / έναυσμα ενδιαφέροντος

1η: Ένας άνθρωπος μετρά το μήκος με μονάδα μέτρησης το πέλμα του.

2η: Οι άνθρωποι μετρούν τη μάζα ενός σώματος ή υγρού με το ζυγό.

3η: Κλεψύδρα νερού με την οποία μετρούσαν στην αρχαιότητα το χρόνο.

4η, 5η & 6η: Μάσκες που δείχνουν συναισθήματα όπως χαρά, λύπη και φόβο.

Το μήκος, η μάζα και ο χρόνος είναι φυσικά μεγέθη και μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια με όργανα μέτρησης και με μονάδες μέτρησης. Τα συναισθήματα δεν μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια με αριθμούς.

β. συζητώ, αναρωτιέμαι, υποθέτω / διατύπωση υποθέσεων

Έχει αναφερθεί ότι: «Η μέτρηση είναι πρωταρχική και σημαντική διαδικασία για τη φυσική επιστήμη. Οι ποσότητες που μπορούν να μετρηθούν ονομάζονται φυσικά μεγέθη. Η μέτρησή τους γίνεται με σύγκριση με ομοειδή μεγέθη, που τα ονομάζουμε μονάδες μέτρησης». Επίσης, παρατηρώντας τις εικόνες, διαπιστώνουμε ότι το μήκος μπορεί να μετρηθεί με μετροταινία.

1) η αρχή της μετροταινίας (το 0) πρέπει να συμπίπτει με την αρχή της μετρούμενης απόστασης,

2) η μετροταινία δεν πρέπει να συστρέφεται,

3) η μετροταινία πρέπει να ακολουθεί ευθεία και παράλληλη προς τη μετρούμενη απόσταση γραμμή,

4) η ένδειξη της μετροταινίας που εκλαμβάνεται ως τιμή της μέτρησης πρέπει να συμπίπτει με το τέλος της μετρούμενης απόστασης.

γ. ενεργώ, πειραματίζομαι / πειραματισμός

Ο πειραματισμός με τη μέτρηση του μήκους ενός θρανίου με τη χρήση μετροταινίας από 10 ζευγάρια μαθητών, διαδοχικά, που προσπαθούν να τηρήσουν όσα υπέθεσαν ότι πρέπει να κάνουν –και χωρίς να ανακοινώνουν στα άλλα ζευγάρια την τιμή που μέτρησαν– είναι δυνατόν να έχει ως αποτέλεσμα τις εξής ενδεικτικές τιμές, οι οποίες αθροίζονται: 118,8 + 118,9 + 119,5 + 118,7 + 118,7 + 118,8 + 118,9 + 119,0 + 119,1 + 118,7 = 1189,1 (εκατοστά του μέτρου).  Συγκρίνοντας τις 10 τιμές του μήκους, οι μαθητές παρατηρούν ότι αυτές δεν είναι ίδιες μεταξύ τους. Οι διαφορές αποδίδονται σε λάθη (ή σφάλματα) που γίνονται κατά τη διαδικασία της μέτρησης, όπως αυτά που υπέθεσαν οι μαθητές παραπάνω.  Όλες αυτές οι τιμές που μετρήθηκαν είναι το ίδιο πιθανές. Μπορεί να υπολογιστεί η πιθανότερη τιμή, την οποία ονομάζουμε μέση τιμή των μετρήσεων, διαιρώντας το άθροισμά τους διά του αριθμού των μετρήσεων: 1189,1 : 10 = 118,91 (εκατοστά του μέτρου). Επειδή όλες οι μετρήσεις έχουν γίνει με ακρίβεια ενός δεκαδικού ψηφίου, στρογγυλοποιούμε τη μέση τιμή και γράφουμε 118,9 (εκατοστά του μέτρου). Αν η μέση τιμή είχε υπολογιστεί 118,97, η στρογγυλοποίηση θα έδινε 119,0 (εκατοστά του μέτρου).

δ. συμπεραίνω, καταγράφω / διατύπωση θεωρίας

Για τη μέτρηση του μήκους με μετροταινία, τα ενδεικτικά συμπεράσματα –που συμφωνούν με τις υποθέσεις των μαθητών– αναμένεται να είναι:

1) η αρχή της μετροταινίας (το 0) πρέπει να συμπίπτει με την αρχή της μετρούμενης απόστασης,

2) η μετροταινία δεν πρέπει να συστρέφεται,

3) η μετροταινία πρέπει να ακολουθεί ευθεία και παράλληλη προς τη μετρούμενη απόσταση γραμμή,

4) η ένδειξη της μετροταινίας που εκλαμβάνεται ως τιμή της μέτρησης πρέπει να συμπίπτει με το τέλος της μετρούμενης απόστασης.   Όσον αφορά στον υπολογισμό της πιθανότερης τιμής,  είναι χρήσιμη η διεξαγωγή πολλών μετρήσεων και ο υπολογισμός της μέσης τιμής τους, αφού εξομαλύνονται πιθανά λάθη κατά τις μετρήσεις και υπολογίζουμε μια τιμή πιο κοντά στην πραγματική.

ε. εφαρμόζω, εξηγώ, γενικεύω / συνεχής έλεγχος.

Οι παρακάτω προτεινόμενες απαντήσεις είναι ενδεικτικές και με κανέναν τρόπο δεν είναι δυνατόν να θεωρηθούν ως μοναδικές. Οποιεσδήποτε άλλες σωστές εναλλακτικές ή συμπληρωματικές απαντήσεις είναι αποδεκτές.

Συγκέντρωσε εικόνες και πληροφορίες για τη μέτρηση του μήκους με άλλους τρόπους και όργανα.

Η μέτρηση του μήκους μπορεί να γίνει με τη χρήση ηχητικών κυμάτων που εκπέμπονται και ανιχνεύονται από κατάλληλους μετρητές μήκους / απόστασης. Υπέρηχοι εκπέμπονται και, όταν βρίσκουν ένα εμπόδιο, ανακλώνται και επιστρέφουν. Ο υπολογισμός του μήκους γίνεται με τη μέτρηση του χρόνου που μεσολαβεί από την εκπομπή των υπερήχων από το μετρητή μέχρι την επιστροφή τους σε αυτόν, μετά την ανάκλαση, με δεδομένη και γνωστή την ταχύτητα του ήχου στον αέρα, που είναι περίπου 340 μέτρα το δευτερόλεπτο.   Εξειδικευμένο όργανο μέτρησης μήκους / απόστασης με χρήση υπερήχων, κυρίως στη θάλασσα, είναι το sonar που λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο. Τον ίδιο τρόπο χρησιμοποιούν στην πλοήγησή τους οι φάλαινες και οι νυχτερίδες.  Το radar μετρά μήκος / απόσταση εκπέμποντας και ανιχνεύοντας ηλεκτρομαγνητικά κύματα, τα οποία έχουν ανακλασθεί σε κάποιο εμπόδιο.  Ένας πλέον σύγχρονος και κοινός πια τρόπος μέτρησης του μήκους είναι το παγκόσμιο σύστημα θεσιθεσίας (gps). Στο σύστημα αυτό, όργανα μέτρησης μήκους / απόστασης  δέχονται ηλεκτρομαγνητικά κύματα από δορυφόρους.  Ακριβέστερος τρόπος για τη μέτρηση του μήκους είναι η χρήση ακτίνων laser.

Πώς νομίζεις ότι λειτουργεί το όργανο μέτρησης μήκους το οποίο φαίνεται στη διπλανή εικόνα;

Το όργανο αυτό εκπέμπει μια ακτίνα laser που, όταν βρίσκει ένα εμπόδιο και ανακλάται, επιστρέφει. Το όργανο υπολογίζει το μήκος της απόστασης μέχρι το εμπόδιο, μετρώντας το χρόνο που μεσολαβεί από την εκπομπή της ακτίνας μέχρι την επιστροφή της σε αυτό.

Πώς νομίζεις ότι μετράμε την απόσταση γης – σελήνης;

Ειδικά όργανα εγκαταστημένα στην επιφάνεια της γης εκπέμπουν μια ακτίνα laser προς συγκεκριμένο σημείο της σελήνης, όπου έχει τοποθετηθεί από αστροναύτες ή τηλεκατευθυνόμενα διαστημικά οχήματα ανακλαστήρας. Τα όργανα υπολογίζουν την απόσταση γης – σελήνης, μέσω του χρονικού διαστήματος που μεσολαβεί από την εκπομπή της ακτίνας, μέχρι την επιστροφή της πίσω σε αυτά.

 

 

 

 

 

Ενδεικτικές Απαντήσεις και Μετρήσεις 2. Μετρήσεις Χρόνου

Φύλλο Εργασίας 2

α. παρατηρώ, πληροφορούμαι, ενδιαφέρομαι / έναυσμα ενδιαφέροντος

Συνήθως ζητάμε τη χρονική διάρκεια που μεσολαβεί μεταξύ δύο γεγονότων ή μεταξύ της αρχής και του τέλους ενός γεγονότος. Δεν μετράμε τον απόλυτο χρόνο, αλλά το σχετικό χρόνο που έχει «περάσει» από την αρχή έως το τέλος της μέτρησης.  Υπάρχει αναφορά στον τρόπο μέτρησης του χρόνου στην αρχαία Ελλάδα με κλεψύδρες νερού. Επίσης, υπάρχει εναυσματική εικόνα στο ΦΕ 2 για τη μέτρηση του χρόνου με ηλιακά ρολόγια, τα οποία βέβαια μετρούν το χρόνο με μικρή ακρίβεια. Σχετικά με τη μέτρηση του χρόνου σήμερα, με βάση τις εναυσματικές εικόνες του ΦΕ 2 είναι δυνατόν να γίνει η διάκριση μεταξύ αναλογικών και ψηφιακών ρολογιών και του τρόπου λειτουργίας τους. Όσον αφορά στην ακρίβεια μέτρησης, φαίνεται στις εικόνες ότι τα συνήθη αναλογικά ρολόγια μετρούν το χρόνο με ακρίβεια δευτερολέπτου, ενώ τα περισσότερα ψηφιακά ρολόγια μετρούν το χρόνο με ακρίβεια εκατοστού του δευτερολέπτου.

β. συζητώ, αναρωτιέμαι, υποθέτω / διατύπωση υποθέσεων

Υποθέσεις  για την απαιτούμενη ακρίβεια στη μέτρηση του χρόνου σε διάφορες περιπτώσεις:

Μεταξύ δύο επισκέψεών σου στον οφθαλμίατρο: ακρίβεια εβδομάδων ή μηνών (εκτός εκτάκτων προβλημάτων). Σε αγώνα δρόμου 100 μέτρων: ακρίβεια εκατοστού του δευτερολέπτου. Μιας διδακτικής «ώρας»: ακρίβεια μερικών λεπτών. Δημιουργίας ενός γεωλογικού πετρώματος: ακρίβεια εκατομμυρίων ετών.  Όσον αφορά στην ακρίβεια των μετρήσεων του χρόνου, υποθέτουμε ότι αυτή εξαρτάται τόσο από τα όργανα μέτρησης και την ακρίβεια που παρέχουν (αντικειμενικός παράγοντας), όσο και από τον τρόπο με τον οποίο γίνεται η μέτρηση από τον καθένα μας (υποκειμενικός παράγοντας).

γ. ενεργώ, πειραματίζομαι / πειραματισμός

Ο πειραματισμός γίνεται πολλές φορές, επαναληπτικά και συγχρόνως από πολλούς μαθητές. Όσοι χρησιμοποιούν αναλογικά ρολόγια με ακρίβεια δευτερολέπτου διαπιστώνουν από τις πρώτες μετρήσεις την περιορισμένη ακρίβειά τους στη μέτρηση του χρόνου, σε σχέση με αυτούς που χρησιμοποιούν ψηφιακά ρολόγια με ακρίβεια εκατοστού του δευτερολέπτου. Παρατίθενται μερικές ενδεικτικές τιμές μετρήσεων με αναλογικό ρολόι ακρίβειας ενός δευτερολέπτου, οι οποίες αθροίζονται: 13 + 13 + 14 + 14 + 14 + 14 + 14 + 13 + 14 + 13 = 136 s. Με διαίρεση του αθροίσματος διά του αριθμού (10) των μετρήσεων προκύπτει: 136 : 10 = 13,6 s. Στρογγυλοποιώντας αυτή την τιμή, υπολογίζουμε τη μέση τιμή του χρόνου των ταλαντώσεων με ακρίβεια δευτερολέπτου (με όση δηλαδή ακρίβεια έγιναν οι μετρήσεις): 14 s   Παρατίθενται, επίσης, μερικές ενδεικτικές τιμές μετρήσεων με ψηφιακό ρολόι ακρίβειας εκατοστού του δευτερολέπτου, οι οποίες αθροίζονται: 14,20 + 14,09 + 14,34 + 14,40 + 14,51 + 14,28 + 14,23 + 14,21 + 14,24 + 14,17 = 142,67 s. Με διαίρεση του αθροίσματος διά του αριθμού (10) των μετρήσεων προκύπτει: 142,67 : 10 = 14,267 s. Στρογγυλοποιώντας αυτή την τιμή, υπολογίζουμε τη μέση τιμή του χρόνου των ταλαντώσεων με ακρίβεια εκατοστού του δευτερολέπτου (με όση δηλαδή ακρίβεια έγιναν οι μετρήσεις): 14,27 s . Οι τιμές που έχουν μετρηθεί με ακρίβεια δευτερολέπτου διαφέρουν μεταξύ τους. Αν υποτεθεί ότι τα ρολόγια λειτουργούν σωστά, οι διαφορές πρέπει να οφείλονται στον τρόπο με τον οποίο ο κάθε μαθητής αντιδρά εγκαίρως και μετρά το χρόνο. Η μέση τιμή τους έχει υπολογιστεί, επίσης, με ακρίβεια δευτερολέπτου. Οι τιμές που έχουν μετρηθεί με ακρίβεια εκατοστού του δευτερολέπτου διαφέρουν, επίσης, μεταξύ τους. Αν υποτεθεί ότι τα ρολόγια λειτουργούν σωστά, οι διαφορές πρέπει να οφείλονται και πάλι στον τρόπο με τον οποίο ο κάθε μαθητής αντιδρά εγκαίρως και μετρά το χρόνο. Η μέση τιμή τους έχει υπολογιστεί με ακρίβεια εκατοστού του δευτερολέπτου. Συγκρίνοντας όμως τις παραπάνω μέσες τιμές: 14 s και 14,27 s διαπιστώνουμε ότι και αυτές διαφέρουν. Η μέση τιμή των μετρήσεων με ακρίβεια εκατοστού του δευτερολέπτου, όμως, έχει μετρηθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια και πρέπει να προσεγγίζει περισσότερο την «πραγματική» τιμή (που ποτέ δε γνωρίζουμε).

δ. συμπεραίνω, καταγράφω / διατύπωση θεωρίας

Πολλαπλές μετρήσεις του ίδιου χρόνου δίνουν διαφορετικές τιμές. Οι διαφορετικές τιμές είναι δυνατό να οφείλονται στη διαφορετική ακρίβεια κάθε οργάνου ή/και στον τρόπο μέτρησης κάθε πειραματιστή. Όσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια του οργάνου που μετράει το χρόνο, τόσο μεγαλύτερη είναι και η ακρίβεια της μέτρησης. Επίσης, ο υπολογισμός της μέση τιμής των μετρήσεων εξομαλύνει τις διαφορές. Η μέση τιμή πολλών μετρήσεων που έχουν γίνει με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια πλησιάζει περισσότερο στη ζητούμενη «πραγματική» τιμή του χρόνου.

ε. εφαρμόζω, εξηγώ, γενικεύω / συνεχής έλεγχος

Οι παρακάτω προτεινόμενες απαντήσεις είναι ενδεικτικές και με κανέναν τρόπο δεν είναι δυνατόν να θεωρηθούν ως μοναδικές. Οποιεσδήποτε άλλες σωστές εναλλακτικές ή συμπληρωματικές απαντήσεις είναι αποδεκτές, κατά την κρίση του/της εκπαιδευτικού.

Συγκέντρωσε εικόνες και πληροφορίες για τη μέτρηση του χρόνου με άλλους τρόπους και όργανα.

Κατά το παρελθόν, για τη μέτρηση του χρόνου έχουν χρησιμοποιηθεί: Πέτρινες (συνήθως μεγαλιθικές και κυκλικές) κατασκευές με τις οποίες πιστεύεται ότι γινόταν πρόβλεψη των ισημεριών ή των ηλιοστασίων. Ηλιακά Ρολόγια που έδειχναν το χρόνο μέσω της σκιάς μιας στήλης. Κλεψύδρες νερού ή άμμου. Αναμμένα κεριά και καντήλια λαδιού, στα οποία μετρούσαν το μήκος του κεριού ή την ποσότητα του λαδιού, κά.  Σήμερα χρησιμοποιούνται κυρίως μηχανικά ρολόγια με γρανάζια, που κινούνται από ελατήρια ή βαρίδια και μερικές φορές έχουν εκκρεμές, αλλά και ηλεκτρονικά ρολόγια που λειτουργούν με κρυστάλλους χαλαζία και ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Το ακριβέστερο όργανο μέτρησης του χρόνου στην εποχή μας είναι το «ατομικό ρολόι». Αναζήτησε πληροφορίες για τη λειτουργία του. Ποια είναι η ακρίβεια μέτρησης του χρόνου που επιτυγχάνουμε με αυτό;  Η ακρίβεια του είναι 0,0000000000000000001 δευτερόλεπτα. Η αρχή λειτουργίας του βασίζεται στην «ταλάντωση» ατόμων καισίου όταν σε αυτά προσπίπτει ακτινοβολία μικροκυμάτων (μετρά το χρόνο που κάνουν τα ηλεκτρόνια των ατόμων καισίου για να αλλάξουν επίπεδα ενέργειας όταν προσπίπτει σε αυτά ακτινοβολία μικροκυμάτων). Σε αυτή τη διαδικασία βασίζεται και ο ορισμός του δευτερολέπτου.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ενδεικτικές Απαντήσεις και Μετρήσεις 3. Μετρήσεις Μάζας

Φύλλο Εργασίας 3

α. παρατηρώ, πληροφορούμαι, ενδιαφέρομαι / έναυσμα ενδιαφέροντος

Μάζα:

Για να μετρήσουμε τη μάζα ενός σώματος αρκεί να τη συγκρίνουμε με σώματα γνωστής μάζας, τα σταθμά.

  • Όργανο μέτρησης είναι ο ζυγός
  • Μονάδα μέτρησης στο S.I. είναι το κιλό kg.
  • Υποπολλαπλάσιο του κιλού είναι το γραμμάριο g.
  • Πολλαπλάσιο είναι ο τόνος tn.

Βάρος:

  • Όργανο μέτρησης είναι το δυναμόμετρο.
  • Μονάδα μέτρησης στο S.I. είναι το  Νιούτον Ν.

Δεν πρέπει να συγχέουμε τη μάζα με το βάρος, γιατί είναι διαφορετικά φυσικά μεγέθη.

β. συζητώ, αναρωτιέμαι, υποθέτω / διατύπωση υποθέσεων

γ. ενεργώ, πειραματίζομαι / πειραματισμός

Πείραμα 1: Το άθροισμα των τιμών που αναγράφονται ανάγλυφα στα σταθμά που χρησιμοποιήθηκαν για την ισορροπία σε οριζόντια θέση του ζυγού είναι η μάζα του σώματος που ζυγίστηκε. Ο υπολογισμός του βάρους του (σε Newton) γίνεται με τον πολλαπλασιασμό της τιμής της μάζας (σε χιλιόγραμμα) επί 9,8. Εναλλακτικά, μπορεί να υπολογιστεί από το άθροισμα των βαρών των σταθμών ζύγισης που χρησιμοποιήθηκαν. Ενδεικτικά, το βάρος των σταθμών ζύγισης υπολογίζεται από τις τιμές των μαζών τους: 1 γραμμάριο = 1 : 1000 χιλιόγραμμα = 0,001 χιλιόγραμμα   0,001 χιλιόγραμμα x 9,8 = 0,0098 Newton, 2 γραμμάρια = 2 : 1000 χιλιόγραμμα = 0,002 χιλιόγραμμα   0,002 χιλιόγραμμα x 9,8 = 0,0196 Newton, 5 γραμμάρια = 5 : 1000 χιλιόγραμμα = 0,005 χιλιόγραμμα   0,005 χιλιόγραμμα x 9,8 = 0,049 Newton, 10 γραμμάρια = 10 : 1000 χιλιόγραμμα = 0,01 χιλιόγραμμα   0,01 χιλιόγραμμα x 9,8 = 0,098 Newton, …, 50 γραμμάρια = 50 : 1000 χιλιόγραμμα = 0,05 χιλιόγραμμα   0,05 χιλιόγραμμα x 9,8 = 0,49 Newton, 100 γραμμάρια = 100 : 1000 χιλιόγραμμα = 0,1 χιλιόγραμμα   0,1 χιλιόγραμμα x 9,8 = 0,98 Newton κ.ο.κ.

Πείραμα 2: Από τις ακόλουθες ενδεικτικές πειραματικές τιμές μάζας (σε γραμμάρια) και επιμήκυνσης (σε εκατοστά του μέτρου): (5 και 4), (10 και 7), (15 και 12), (20 και 17), ( 25 και 20), (30 και 24), προκύπτει το παρακάτω ενδεικτικό διάγραμμα. Εξυπακούεται ότι αν ελεγχθεί το σημείο ισορροπίας χωρίς σταθμά (0 και 0) πρέπει να περιληφθεί στο διάγραμμα Από την παρατήρηση των μετρήσεων και του διαγράμματος διαπιστώνεται ότι όσο περισσότερα σταθμά βάζουμε στο πιατάκι, τόσο περισσότερο επιμηκύνεται το ελατήριο. Για διπλάσια σταθμά η επιμήκυνση είναι περίπου διπλάσια, κ.ο.κ.

 diagram

Πείραμα 3: Από το παραπάνω ενδεικτικό διάγραμμα (σύροντας κόκκινες, οριζόντιες και κάθετες στους άξονες, γραμμές, σύμφωνα με τις οδηγίες) από την ενδεικτική τιμή της επιμήκυνσης του ελατηρίου 8,5 εκατοστά προκύπτει η αντίστοιχη τιμή 66 γραμμάρια της μάζας. Το βάρος υπολογίζεται: 66 γραμμάρια = 0,066 χιλιόγραμμα   0,066 χιλιόγραμμα x 9,8 = 0,65 Newton.

δ. συμπεραίνω, καταγράφω / διατύπωση θεωρίας

Τα παρακάτω ενδεικτικά συμπεράσματα προκύπτουν από τα πειράματα: Τη μάζα των σωμάτων συνήθως τη μετράμε με ζυγό, συγκρίνοντάς τη με τη συνολική μάζα των σταθμών που ισορροπούν το ζυγό.  Επίσης, η μάζα μπορεί να μετρηθεί και με δυναμόμετρο, συγκρίνοντας την επιμήκυνσή του κατά τη μέτρηση με την επιμήκυνση που προκαλούν σταθμά γνωστής μάζας, αφού οι επιμηκύνσεις του δυναμόμετρου είναι ανάλογες με τις μάζες των σωμάτων που τις προκαλούν.  Το βάρος των σωμάτων είναι δυνατόν να υπολογιστεί από τη μάζα τους.

Από το πείραμα 3 προκύπτει, επίσης, ως συμπέρασμα ότι η σχεδίαση διαγραμμάτων είναι χρήσιμη, αφού από τις μετρούμενες τιμές ενός από τα φυσικά μεγέθη που συσχετίζουν είναι δυνατό να υπολογιστούν οι αντίστοιχες τιμές του άλλου.

ε. εφαρμόζω, εξηγώ, γενικεύω / συνεχής έλεγχος.

Οι παρακάτω προτεινόμενες απαντήσεις είναι ενδεικτικές και με κανέναν τρόπο δεν είναι δυνατόν να θεωρηθούν ως μοναδικές ή δεσμευτικές. Οποιεσδήποτε άλλες σωστές εναλλακτικές ή συμπληρωματικές απαντήσεις είναι αποδεκτές, κατά την κρίση του/της εκπαιδευτικού.

Συγκέντρωσε πληροφορίες για τη μέτρηση της μάζας με άλλους τρόπους και όργανα:  Η μάζα ενός αντικειμένου μπορεί να μετρηθεί με ηλεκτρονικές ζυγαριές μέσω της παραμόρφωσης ενός κρυστάλλου. Επίσης, από τη μέτρηση του χρόνου ταλάντωσής του όταν προσαρτάται σε ένα ελατήριο και εξαναγκάζεται σε ταλάντωση. Η μέτρηση της μάζας των άστρων γίνεται  από τη μέτρηση του μήκους και της περιόδου της τροχιάς τους. Πολλές φορές η μάζα των σωματιδίων του μικρόκοσμου υπολογίζεται με τη μέτρηση της ενέργειας τους και με βάση την αρχή της ισοδυναμίας μάζας – ενέργειας.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ενδεικτικές Απαντήσεις και Μετρήσεις 4. Μετρήσεις Θερμοκρασίας

Φύλλο Εργασίας 4

α. παρατηρώ, πληροφορούμαι, ενδιαφέρομαι / έναυσμα ενδιαφέροντος

Στην περίπτωση της εναυσματικής εικόνας αριστερά γίνεται μέτρηση –με ακρίβεια– της θερμοκρασίας με χρήση θερμομέτρου, ενώ στην περίπτωση της εικόνας δεξιά γίνεται προσπάθεια εκτίμησης –κατά προσέγγιση– της θερμοκρασίας με επαφή του χεριού (συγκρίνοντας τη θερμοκρασία του ανθρωπίνου σώματος με την εκτιμώμενη και βασιζόμενοι στην εμπειρία μας)..

β. συζητώ, αναρωτιέμαι, υποθέτω / διατύπωση υποθέσεων

Όμως, και οι μετρήσεις της θερμοκρασίας με θερμόμετρο δεν είναι πάντα ακριβείς. Μια λανθασμένη μέτρηση της θερμοκρασίας είναι δυνατόν να οφείλεται στο θερμόμετρο που χρησιμοποιούμε ή στον τρόπο με τον οποίο μετράμε. Το θερμόμετρο μπορεί να δυσλειτουργεί λόγω κακής κατασκευής του ή λόγω κακής  βαθμονόμησής του, δηλαδή οι ενδείξεις του μπορεί να μην είναι στις σωστές θέσεις ή η χάραξη της κλίμακάς του να είναι λανθασμένη (πχ. οι γραμμές να μην ισαπέχουν κτλ.). Πιθανότατα, όμως, μια λανθασμένη μέτρηση της θερμοκρασίας οφείλεται στον τρόπο με τον οποίο εμείς κάναμε τη μέτρηση.

γ. ενεργώ, πειραματίζομαι / πειραματισμός

Πείραμα 2 (για την έρευνα του τρόπου μέτρησης)

Κατά τη διεξαγωγή του πειράματος, είναι χρήσιμο να αναφερθεί ο όρος «παράλλαξη» που αποδίδει το σφάλμα ανάγνωσης λόγω εσφαλμένης οπτικής γωνίας (γωνία μέτρησης) και το γεγονός του επηρεασμού των ενδείξεων ενός θερμομέτρου με την αναπνοή μας ή το χέρι μας που απρόσεκτα ακουμπάμε σε αυτό. Είναι προφανές ότι στη δεύτερη εικόνα γίνεται η σωστότερη –και γι’ αυτό αναμένουμε να είναι πιο ακριβής– μέτρηση. Ο παρατηρητής κοιτάζει το θερμόμετρο κάθετα προς αυτό.

δ. συμπεραίνω, καταγράφω / διατύπωση θεωρίας

Από το Πείραμα 1

Οι μετρήσεις θερμοκρασίας είναι δυνατό να δίνουν λανθασμένες τιμές της, λόγω κακής κατασκευής ή κακής βαθμονόμησης του θερμομέτρου που χρησιμοποιείται. Η βαθμονόμηση των θερμομέτρων γίνεται με βάση κάποιες τιμές αναφοράς (φυσικές σταθερές), όπως η θερμοκρασία πήξης και βρασμού του νερού.  Όταν απαιτούνται ακριβείς μετρήσεις θερμοκρασίας, πρέπει να ελέγχουμε το θερμόμετρό μας και να διορθώνουμε τις τιμές του, αν χρειάζεται.

Από το Πείραμα 2

Οι μετρήσεις θερμοκρασίας είναι δυνατό να δίνουν λανθασμένες τιμές της και λόγω κακής μέτρησης από εμάς. Η απόσταση και η γωνία μέτρησης είναι οι σημαντικότεροι παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν τις μετρήσεις μας. Συγκεκριμένα: – η απόσταση παρατήρησης να είναι τέτοια ώστε η τιμή του θερμομέτρου να μην επηρεάζεται από την αναπνοή μας ή από το άγγιγμά μας – η παρατήρηση να γίνεται κάθετα προς το θερμόμετρο (η γωνία παρατήρησης σε σχέση με το θερμόμετρο να είναι 90ο)

ε. εφαρμόζω, εξηγώ, γενικεύω / συνεχής έλεγχος.

Οι παρακάτω προτεινόμενες απαντήσεις είναι ενδεικτικές και με κανέναν τρόπο δεν είναι δυνατόν να θεωρηθούν ως μοναδικές ή δεσμευτικές. Οποιεσδήποτε άλλες σωστές εναλλακτικές ή συμπληρωματικές απαντήσεις είναι αποδεκτές, κατά την κρίση του/της εκπαιδευτικού.

Συγκέντρωσε εικόνες και πληροφορίες για τη μέτρηση της θερμοκρασίας με άλλα όργανα και άλλους τρόπους:

Τα συνηθισμένα θερμόμετρα οινοπνεύματος (και υδραργύρου, τα οποία όμως πρέπει να χρησιμοποιούνται με μεγάλη προσοχή, γιατί ο υδράργυρος είναι επικίνδυνος για την υγεία μας, αν σπάσει το θερμόμετρο) λειτουργούν με βάση τη διαστολή ή συστολή των υλικών, όταν θερμαίνονται ή ψύχονται, όπως διαπιστώθηκε με το πείραμα 1. Άλλα θερμόμετρα λειτουργούν μετρώντας την ηλεκτρική αγωγιμότητα ενός μετάλλου (κοινά ψηφιακά θερμόμετρα) ή την πυκνότητα ενός υγρού (θερμόμετρο Γαλιλαίου).      Η μέτρηση της θερμοκρασίας μπορεί να γίνει και με τη μέτρηση της ακτινοβολίας που εκπέμπουν τα σώματα λόγω της θερμοκρασίας τους, με τη χρήση υπέρυθρων αισθητήρων (πυρόμετρα, θερμοκάμερες κ.α.).

Συγκέντρωσε εικόνες και πληροφορίες για τη λειτουργία της θερμοκάμερας, τις δυνατότητές της και τις εφαρμογές της. Πρότεινε εξειδικευμένες εφαρμογές της στα πειράματα φυσικών επιστημών.

Η θερμοκάμερα σχηματίζει εικόνες με τη χρήση υπέρυθρης ακτινοβολίας, όπως οι συνηθισμένες κάμερες σχηματίζουν εικόνες χρησιμοποιώντας την ορατή ακτινοβολία. Με τη θερμοκάμερα μπορούμε να μετρήσουμε με μεγάλη ακρίβεια τη θερμοκρασία από απόσταση, καθώς και τη θερμοκρασία διαφόρων περιοχών ενός αντικειμένου. Χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της θερμικής μόνωσης κτιρίων, για τη μέτρηση θερμοκρασίας ατόμων από μακριά (για διάσωση, για καταπολέμηση της εξάπλωσης ιών κ.α.), για τη μέτρηση της θερμοκρασίας εξαρτημάτων μηχανών σε ώρα λειτουργίας, για την ανίχνευση διαρροών πετρελαίου καθώς και τον εντοπισμό παγόβουνων.  Σε ένα εκπαιδευτικό εργαστήριο φυσικών επιστημών, η θερμοκάμερα μπορεί να εντοπίσει περιοχές διαφορετικής θερμοκρασίας σε πειράματα τριβής στερεών σωμάτων, ηλεκτρικών κυκλωμάτων, χημικών αντιδράσεων κτλ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ενδεικτικές Απαντήσεις και Μετρήσεις 5. Από τη Θερμότητα στη Θερμοκρασία – Η Θερμική ισορροπία

Φύλλο Εργασίας 5

α. παρατηρώ, πληροφορούμαι, ενδιαφέρομαι / έναυσμα ενδιαφέροντος  Όπως αναφέρεται στο ένθετο του φύλλου εργασίας «Θερμοκρασία – Θερμότητα: Δύο έννοιες διαφορετικές»: η θερμότητα είναι ενέργεια που ρέει πάντοτε από τα σώματα με υψηλότερη θερμοκρασία προς τα σώματα με χαμηλότερη θερμοκρασία, ενώ η θερμοκρασία μάς δείχνει πόσο θερμό ή ψυχρό είναι ένα σώμα.  Στο ερώτημα ποια εικόνα, η Α ή η Β, προηγείται χρονολογικά, η απάντηση είναι ότι η Β προηγείται χρονολογικά.  Ενδεικτική εξήγηση: Στην εικόνα Β, στο ποτήρι αριστερά πρέπει να υπάρχει νερό υψηλής, αφού από την επιφάνειά του βγαίνουν υδρατμοί, ενώ στο ποτήρι δεξιά, όπου υπάρχει νερό και πάγος πρέπει η θερμοκρασία να είναι χαμηλότερη. Η θερμοκρασία στο ποτήρι αριστερά θα μειώνεται και δεν θα βγαίνουν υδρατμοί, ενώ η θερμοκρασία στο ποτήρι δεξιά θα αυξάνεται και θα λιώσει ο πάγος, όπως φαίνεται να συμβαίνει στα ποτήρια της εικόνας Α.

β. συζητώ, αναρωτιέμαι, υποθέτω / διατύπωση υποθέσεων

Αφού «η θερμότητα είναι ενέργεια που ρέει πάντοτε από τα σώματα με την υψηλότερη θερμοκρασία προς σώματα με χαμηλότερη θερμοκρασία» και «τα σώματα από τα οποία ρέει (ή εκπέμπεται) θερμότητα ψύχονται, ενώ τα σώματα στα οποία ρέει (ή απορροφούν) θερμότητα θερμαίνονται»: το ποτήρι με το θερμότερο νερό θα ψύχεται, ενώ το ποτήρι με το ψυχρότερο νερό θα θερμαίνεται έως ότου οι θερμοκρασίες γίνουν ίσες μεταξύ τους και ίσες με τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Εξυπακούεται ότι για αυτή την εξέλιξη του πειράματος η θερμοκρασία του περιβάλλοντος πρέπει να έχει κάποια ενδιάμεση τιμή (μεταξύ της θερμοκρασίας του θερμού νερού με υδρατμούς και της θερμοκρασίας του ψυχρού νερού με πάγο), όπως συμβαίνει τις περισσότερες εποχές στη χώρα μας.

γ. ενεργώ, πειραματίζομαι / πειραματισμός

Παρατίθενται μερικές ενδεικτικές τιμές των μετρήσεων (χρόνος, θ1): (1, 67), (2, 61), (3, 55), (4, 50), (5, 47), (6, 45), (7, 44), (8, 43), (9, 42), (10, 42), (11, 41), (12, 41), (13,

41), (14, 40), (15, 40), (16, 40), (17, 40), (18, 40) και (χρόνος, θ2): (1, 23), (2, 26), (3, 29), (4, 32), (5, 34), (6, 35), (7, 36), (8, 36), (9, 36), (10, 36), (11, 36), (12, 37), (13, 37), (14, 37), (15, 37), (16, 37), (17, 38), (18, 38) και το σχετικό διάγραμμα.

Οι τιμές των θερμοκρασιών του θερμότερου αρχικά νερού του δοχείου μειώνονται και η καμπύλη που τις απεικονίζει (ονομάζεται καμπύλη ψύξης) έχει καθοδική πορεία. Αντίθετα, οι τιμές των θερμοκρασιών του ψυχρότερου αρχικά νερού της λεκάνης αυξάνονται και η καμπύλη που τις απεικονίζει (ονομάζεται καμπύλη θέρμανσης) έχει ανοδική πορεία. Αυτό συμβαίνει μέχρι τη χρονική στιγμή που οι θερμοκρασίες του νερού στο δοχείο και στη λεκάνη γίνουν περίπου ίσες. Από το σημείο αυτό και μετά οι θερμοκρασίες εμφανίζονται να ακολουθούν παράλληλες, οριζόντιες ευθείες οι οποίες μετά από αρκετό χρόνο θα συμπέσουν.

δ. συμπεραίνω, καταγράφω / διατύπωση θεωρίας

Όπως έχει υποτεθεί, το θερμότερο νερό του δοχείου ψύχεται, χάνοντας θερμότητα, ενώ το ψυχρότερο νερό της λεκάνης θερμαίνεται, παίρνοντας θερμότητα, έως ότου οι θερμοκρασίες γίνουν τελικά ίσες. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται «θερμική ισορροπία» (ή «θερμοκρασιακή ισότητα»).

ε. εφαρμόζω, εξηγώ, γενικεύω / συνεχής έλεγχος.

Οι παρακάτω προτεινόμενες απαντήσεις είναι ενδεικτικές και με κανέναν τρόπο δεν είναι δυνατόν να θεωρηθούν ως μοναδικές ή δεσμευτικές. Οποιεσδήποτε άλλες σωστές εναλλακτικές ή συμπληρωματικές εφαρμογές και απαντήσεις είναι αποδεκτές, κατά την κρίση του/της εκπαιδευτικού.

Τα φαινόμενα της θέρμανσης και της ψύξης ή το φαινόμενο της θερμικής ισορροπίας παρατηρούνται πολύ συχνά στην καθημερινή ζωή γύρω μας. Ένα ζεστό ποτήρι γάλα κρυώνει σε ένα κρύο δωμάτιο, το παγωμένο σώμα μας ζεσταίνεται σε ένα ζεστό δωμάτιο, ένα παγάκι στο αναψυκτικό θερμαίνεται και λιώνει, ενώ το αναψυκτικό ψύχεται. Μάλιστα, παρατηρείται ότι η ψύξη και η θέρμανση γίνονται τόσο ταχύτερα όσο η διαφορά της θερμοκρασίας είναι μεγαλύτερη.

Παρατίθεται ενδεικτική εξήγηση της αύξησης ή μείωσης της θερμοκρασίας των σωμάτων του μακρόκοσμου με τις κινήσεις των μορίων του μικρόκοσμου. Όπως έχει αναφερθεί και αποδειχθεί με πειράματα, η αύξηση της θερμοκρασίας ενός σώματος οφείλεται στην προσφορά στο σώμα θερμότητας, δηλαδή ενέργειας. Η ενέργεια – θερμότητα αυτή αυξάνει τις συνεχείς και τυχαίες κινήσεις των μορίων του σώματος και, επομένως, αυξάνει την κινητική ενέργειά τους την οποία ονομάζουμε θερμική ενέργεια. Όμως τη θερμική ενέργεια ενός σώματος την αντιλαμβανόμαστε από τη θερμοκρασία του. Η αύξηση της θερμικής ενέργειάς του σημαίνει και αύξηση της θερμοκρασίας του. Αντίστροφα εξηγούμε τη μείωση της θερμοκρασίας ενός σώματος.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ενδεικτικές Απαντήσεις και Μετρήσεις 6.  Οι Αλλαγές Κατάστασης του Νερού – Ο «Κύκλος» του Νερού

Φύλλο Εργασίας 6

α. παρατηρώ, πληροφορούμαι, ενδιαφέρομαι / έναυσμα ενδιαφέροντος

Το νερό βράζει στο καζάνι και μετατρέπεται σε υδρατμούς. Το νερό εξατμίζεται  από την επιφάνεια της λίμνης και του ποταμού και μετατρέπεται σε υδρατμούς. Όταν οι υδρατμοί ψύχονται και συμπυκνώνονται πέφτουν στη γη με τη μορφή βροχής, χαλαζιού ή χιονιού. Η βροχή και η τήξη χιονιού και πάγου επιστρέφει το νερό στα ποτάμια και στις λίμνες. Παρατηρούνται τα φαινόμενα του βρασμού, της εξάτμισης, της συμπύκνωσης και υγροποίησης, της πήξης και της τήξης.

β. συζητώ, αναρωτιέμαι, υποθέτω / διατύπωση υποθέσεων

Το νερό εξατμίζεται και μάλιστα τόσο ταχύτερα όσο η θερμοκρασία του περιβάλλοντος είναι μεγαλύτερη, το φαινόμενο ονομάζεται εξάτμιση ή εξαέρωση (πρώτη εικόνα), το νερό βράζει και μετατρέπεται σε υδρατμούς που ανεβαίνουν προς την ατμόσφαιρα, το φαινόμενο ονομάζεται βρασμός ή εξαέρωση (δεύτερη εικόνα), οι υδρατμοί συμπυκνώνονται και μετατρέπονται σε σταγονίδια, το φαινόμενο ονομάζεται συμπύκνωση και υγροποίηση (τρίτη εικόνα), το νερό ψύχεται και μετατρέπεται σε πάγο, το φαινόμενο ονομάζεται πήξη (τέταρτη εικόνα), τα παγάκια λιώνουν και μετατρέπονται σε νερό, το φαινόμενο ονομάζεται τήξη (πέμπτη εικόνα).  Στην ερώτηση «σε ποιες θερμοκρασίες συμβαίνουν αυτά τα φαινόμενα» η θερμοκρασία στην οποία βράζει το νερό είναι 1000C, οι θερμοκρασίες στις οποίες συμπυκνώνεται, υγροποιείται και παραμένει υγρό το νερό είναι μικρότερες από 1000C και μεγαλύτερες από 00C, η θερμοκρασία στην οποία μετατρέπεται το νερό σε πάγο και ο πάγος σε νερό είναι 00C, ενώ οι θερμοκρασίες στις οποίες παραμένει πάγος είναι μικρότερες από 00C.

 

γ. ενεργώ, πειραματίζομαι /

Παρατίθενται μερικές ενδεικτικές τιμές των μετρήσεων (χρόνος σε λεπτά, θερμοκρασία σε οC): (0, -4), (1, -2), (2, 0), (3, 0), (4, 0), (5, 0), (6, 4), (7, 7), (8, 11), (9, 17), (10, 22), (11, 29), (12, 36), (13, 45), (14, 55), (15, 64), (16, 73), (17, 82), (18, 89) (19, 95), (20, 97), (21, 97), (22, 97), (23, 97) και το σχετικό διάγραμμα.

Από την παρατήρηση της εξέλιξης του πειράματος και της καμπύλης του διαγράμματος Η θερμοκρασία του πάγου (στερεό) αυξάνεται έως ότου φτάσει τους 0οC. Στη σημείο αυτό παρατηρείται το φαινόμενο της τήξης (κατά τη διάρκεια του οποίου συνυπάρχουν η στερεή και υγρή κατάσταση του νερού) και η θερμοκρασία παραμένει σταθερή μέχρι όλος ο πάγος να μετατραπεί σε υγρό. Κατόπιν η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται και μέρος του υγρού μετατρέπεται σε αέριο (εξατμίζεται). Όταν το νερό φτάσει κοντά στους 100οC παρατηρείται το φαινόμενο του βρασμού με τη δημιουργία φυσαλίδων που ανεβαίνουν στην επιφάνεια (βρασμός, εξαέρωση). Καθόλη τη διάρκεια του βρασμού η θερμοκρασία παραμένει σταθερή μέχρι όλο το υγρό να μετατραπεί σε αέριο. Η θερμοκρασία τήξης-πήξης και η θερμοκρασία βρασμού του νερού δεν προκύπτουν από όλα τα πειράματα ακριβώς ίσες με τις τιμές 0οC και 100οC, αντίστοιχα, αλλά εξαρτώνται από την καθαρότητα του νερού, την ατμοσφαιρική πίεση, το υψόμετρο στο οποίο γίνεται ο πειραματισμός και άλλους παράγοντες.

δ. συμπεραίνω, καταγράφω / διατύπωση θεωρίας

Από τις παρατηρήσεις κατά τη διάρκεια του πειράματος, τις συσχετίσεις που προκύπτουν από το διάγραμμα Όταν προσφέρεται ενέργεια–θερμότητα: Η θερμοκρασία του πάγου αυξάνεται. Ο πάγος αρχίζει να μετατρέπεται σε νερό στους 0οC. Η θερμοκρασία του πάγου και του νερού (συγχρόνως) παραμένει σταθερή στους 0οC έως ότου όλος ο πάγος να μετατραπεί σε νερό. Η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται σταδιακά πάνω από τους 0οC και αρχίζει η εξάτμιση από την επιφάνειά του. Στη θερμοκρασία των 100οC αρχίζει ο βρασμός και η εξαέρωση του νερού από όλον το όγκο του με τη δημιουργία φυσαλίδων. Σε όλη τη διάρκεια του βρασμού και μέχρι όλο το νερό να μετατραπεί σε υδρατμούς η θερμοκρασία του νερού παραμένει σταθερή στους 100οC.

6 σχόλια στο Φυσική Α΄Γυμνασίου:Ενδεικτικές Απαντήσεις

  1. Ο/Η Ροξάνη λέει:

    Αν και δυσκολεύτηκα σε κάποια σημεία να καταλάβω ποια απάντηση αντιστοιχεί σε ποια ερώτηση,όλα αυτά με βοήθησαν αρκετά.Τώρα θα ήθελα να ρωτήσω κάτι:Υπάρχει περίπτωση να πέσουν στις εξετάσεις ερωτήσεις των ΦΕ από το ε:Εφαρμόζω,Εξηγώ,Γενικεύω;και θα πρέπει να διαβάσουμε και το φυλλάδιο που πήραμε από τον κο Καρανδρέα για τις σημειώσεις φυσικής α γυμνασίου;

    • Ο/Η ΠΟΝΤΙΚΑΣ ΣΑΒΒΑΣ λέει:

      Φυσικά υπάρχει περίπτωση να πέσουν στις εξετάσεις ερωτήσεις των ΦΕ από το ε:Εφαρμόζω,Εξηγώ,Γενικεύω;και θα πρέπει να διαβάσετε και το φυλλάδιο που πήραμε από τον κο Καρανδρέα για τις σημειώσεις φυσικής α γυμνασίου

  2. Ο/Η Άννα λέει:

    Πώς θα γράψουμε από το ε.Εφαρμόζω,Εξηγώ,Γενικεύω αφού για να τα απαντήσουμε έπρεπε να μπούμε στο Internet;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

    • Ο/Η ΠΟΝΤΙΚΑΣ ΣΑΒΒΑΣ λέει:

      Όλοι οι μαθητές γνωρίζουν ότι οι απαντήσεις των φύλλων εργασίας είναι αναρτημένες εδώ και πολλές μέρες στο περιοδικό μας. Είναι λοιπόν υποχρέωση τους να τις αναζητήσουν και να τις διαβάσουν. Στην περίπτωση που κάποιο παιδί δεν έχει πρόσβαση στο internet έχουμε πει να έρθει στο σχολείο και να βρει τον κύριο Καρανδρέα ή τον κύριο Ποντίκα και να τις πάρει σε έντυπη μορφή.

  3. Ο/Η Άννα λέει:

    Μα εγώ μιλούσα μόνο για το ε.Όχι για τις απαντήσεις των Φ.Ε.

  4. Ο/Η Άννα λέει:

    Ελπίζω τα θέματα να είναι εύκολα,έτσι ώστε να μπορέσουν όλοι να απαντήσουν τουλάχιστον ένα θέμα.Εύχομαι καλή επιτυχία σε όλους!!!!!!!!!!!!!!! ;)

Σχολιάστε

Top