FIZYKA W NAUCZANIU PRZYRODY
Wstęp
Jednym z trudniejszych zagadnień w przyrodzie są treści fizyczne. Fizyka jest to nauka, która ukazuje piękno świata, bada cały otaczający nas świat, wykrywa prawa i zasady wyjaśniające przebieg zjawisk i procesów fizycznych. . Przyswojenie treści fizycznych ułatwia wykonywanie doświadczeń.
Temu celowi służy poniższe opracowanie. Obejmuje ono główne zagadnienia fizyczne realizowane na lekcjach przyrody. Do każdego zagadnienia opracowano krótkie opisy doświadczeń, teoretyczne uzasadnienie ich efektów .
Pręt metalowy szybciej jest gorący i parzy w rękę.
Metale odznaczają się dobrym przewodnictwem cieplnym.
Napełniamy probówkę wodą. Górną jej część ogrzewamy nad płomieniem.
Woda zaczyna wrzeć u góry, a na dole dopiero po dłuższej chwili.
Szkło jest słabym przewodnikiem ciepła, nagrzewa się bardzo powoli.
„Naczynie” wykonane z kartki papieru napełniamy wodą i ogrzewamy nad płomieniem świecy lub palnika.
Papierowy garnuszek nie zapalił się, a woda zagrzała się.
Mokry papier nie chce się palić, ponieważ woda parując pobiera energię na sposób ciepła i nie pozwala na ogrzanie się papieru do temperatury zapłonu.
Mając do dyspozycji dwa identyczne termometry zbiorniczek jednego z nich pokrywamy gazą zwilżoną alkoholem lub acetonem. Dmuchamy kilka razy na gazę.
Termometr pokryty mokrą gazą wskazywał niższą temperaturę. Po kilkakrotnym dmuchnięciu temperatura jeszcze się obniżyła.
Wniosek
Ogrzane powietrze w strzykawce zwiększa swoją objętość i unosi tłok.
Obserwujemy rozszerzalność cieplną ciał stałych przy pomocy pierścienia Gravesanda i kulki.
Ogrzana kulka nie przechodzi przez pierścień.
Przy zmianie temperatury zmienia się objętość ciał stałych.
Doświadczenie 7
Różne przewodniki ciepła.
Włóż do szklanki łyżeczkę stalową, srebrną, plastikową i szklane mieszadełko. Trzonki tych wszystkich sztućców posmaruj na tej samej wysokości masłem, a na maśle umocuj suche ziarna grochu. Ciekawe, w jakiej kolejności będzie odpadał groch, gdy wlejesz do szklanki gorącą wodę?
Obserwacja.
Wniosek.
Srebro jest najlepszym przewodnikiem ciepła, plastik natomiast wcale go nie przewodzi.
Doświadczenie 8
Butelkowy termometr.
Nalej nieco zabarwionej wody do plastikowej butelki, która możesz zamknąć korkiem. Wywierć dziurę w korku i przesuń przez nią plastikową rurkę, tak, aby sięgnęła płynu. Uszczelnij korek klejem. Możesz odwzorować z termometru pokojowego skalę i umieścić ten rysunek na butelce. Ogrzewaj dłońmi butelkę.
Woda w rurce podniesie się do góry.
Zamknięte powietrze zwiększa swoją objętość pod wpływem ciepła, ponieważ jego cząsteczki uderzają w siebie częściej i silniej. Napiera ono na cząsteczki wody i zmusza wodę do wpłynięcia do rurki. Stan wody w rurce pokazuje stopień ocieplenia. Twój butelkowy termometr wskaże ci teraz różne temperatury.
.
Doświadczenie 9
Łowienie lodu.
Zrób wędkę z ołówka i kawałka nitki. Do szklanki napełnionej wodą wrzuć kostkę lodu. Ciekawe, czy uda się tą prowizoryczną wędką wyłowić lód? Opuść koniec nitki na lód i posyp go solą.
Nić natychmiast przymarznie do kostki lodu.
Sól powoduje topnienie lodu. Aby jakieś ciało stopniało, potrzebne jest jednak jeszcze ciepło. Pobierane jest ono z tej części powierzchni kostki, na którą nie podziałała sól. Dlatego wilgoć zamarza i kostkę można wyciągnąć za pomocą przymarzniętej do niej nitki.
Do długiej próbówki szklanej nalej połowę wody i połowę alkoholu np. denaturatu. Dokładnie zaznacz poziom cieczy pisząc mazakiem linię na szkle. Zatkaj próbówkę korkiem i dokładnie wymieszaj. Co można powiedzieć o objętości cieczy w naczyniu?
Doświadczenie modelowe.
Do wysokiego naczynia szklanego ( np. menzurki ) wsyp połowę grochu lub fasoli i uzupełnij ( połowę ) kaszy. Zaznacz dokładnie poziom substancji na szkle. Następnie dokładnie wymieszaj. Co można powiedzieć o objętości zajmowanej przez groch i kaszę po wymieszaniu? Czy na podstawie doświadczenia modelowego można wyjaśnić i zrozumieć wynik doświadczenia pierwszego?
Obserwacje:
Objętość substancji po wymieszaniu uległa zmniejszeniu.
Wnioski:
Obydwie substancje woda i alkohol składają się z cząsteczek. Jednak ich rozmiary są różne.
Szklanka z wodą i ołówek. Zanurz ołówek do wody i bardzo powoli unoś go do góry. Obserwuj powierzchnię wody w pobliżu ołówka, patrz z boku.
Podczas unoszenia ołówka do góry woda oblepia brzeg ołówka i również unosi się do góry przez chwilę, tworząc wyraźne wzniesienie. Po wyjęciu ołówka ze szklanki część wody pozostaje na jego końcu. Powstała w ten sposób kropla nie opada mimo, że przecież działa na nią przyciąganie ziemskie.
Między cząsteczkami występują tzw. oddziaływania międzycząsteczkowe. Istnieją one na niewielkich odległościach i są różne w ciałach stałych ( najsilniejsze ) i najsłabsze ( gazy ).
a) Dwie gładkie szybki połóż jedna na drugiej.
Szybki z łatwością można oddzielić.
Brak między nimi oddziaływań międzycząsteczkowych.
b) Te same dwie szybki zwilż wodą, ponownie przyłóż je do siebie.
Woda między szybkami działa jak klej. Trudno je od siebie oddzielić.
Między cząsteczkami wody i powierzchnią płytek działają siły międzycząsteczkowe.
Potrzebne pomoce: zlewka lub szklanka, żyletka, cienka igła, pasek bibuły lub ręcznika papierowego, szpilka, woda
Przebieg doświadczenia:
a) zlewkę lub szklankę napełnij wodą
b) przy pomocy modeli atomów przedstaw model cząsteczki wody
c)połóż w kolejności wypisanej w doświadczeniu kolejne przedmioty na wodę (szpilkę należy położyć na pasku bibuły).
d) obserwuj przebieg doświadczenia.
Żyletka położona na powierzchni wody utrzymuje się. Podobnie zachowuje się igła. Szpilka utrzymuje się na powierzchni, ale bibuła opada na dno. Przedmioty, które kładziemy poziomo na powierzchnię wody nie rozrywają jej, ale tylko ugniatają „skórkę wodną”.
Cząsteczki wody na powierzchni przyciągają się do siebie z taką siłą, że tworzą jakby "skórkę". Ta "skórka" - to napięcie powierzchniowe.
Napięcie powierzchniowe to wielkość równa sile działającej na jednostkę powierzchni swobodnej cieczy, wywołane działaniem sił międzycząsteczkowych.
a) do szklanki nalej pełno wody
b) następnie wsuń kolejno kilka monet. Obserwuj, co dzieje się z wodą?
Obserwacja:
Poziom wody unosi się ponad szklankę, nie spływając po jej ściankach. Po dodaniu następnych monet skórka pęknie.
Cząsteczki wody na powierzchni przyciągają się na tyle mocno, że powstrzymują wodę przed rozlaniem. Jeżeli dodasz następne monety, to w końcu "skórka" pęknie - cząsteczki rozłączają się i woda się przeleje. Ponad szklankę znalazło się tyle wody, że cząsteczki rozdzieliły się i woda się przelała.
Potrzebne pomoce: łyżeczka, woda, czysta powierzchnia stołu, słomka, płyn do mycia naczyń.
Zanurz łyżeczkę w wodzie, potem spuść kroplę wodę z łyżeczki na czystą powierzchnię stołu.
Woda utrzymuje się w małych kroplach o kształcie kopułki.
Wniosek:
Jest to wynik przyciągania się cząsteczek wody.
Potrzebne pomoce: słomka, płyn do mycia naczyń.
Słomkę zanurz w płynie do mycia naczyń, następnie dotknij końcem słomki kopułki na stole.
Kropla rozsuwa się na płaską plamę na stole.
Związki chemiczne zawarte w płynie do mycia naczyń powodują, że cząsteczki wody słabiej przyciągają się do siebie. Dlatego łatwiej rozsuwają się i woda rozpływa się tworząc plamę.
Potrzebne pomoce: długopis-zabawka, cienki drut (strzelniczy), łyżka, woda, płyn do mycia naczyń, słoma zbóż (okrągła i sucha), zlewka
Zrób pętlę z drutu. Wykonaj mieszankę wody z płynem do mycia naczyń ( na łyżkę wodę 3 łyżki płynu). Zanurz pętlę w przygotowanej mieszaninie.
Po wyjęciu pętli z mieszaniny widać cienką warstwę mydlaną, która rozciąga się w cieniutką skórkę w poprzek pętli z drutem.
Kiedy w nią dmuchamy - wodna skórka rozciąga się jak może, aż przyjmuje kształt bańki
Taki sam wynik nastąpi, jeżeli doświadczenie wykonamy z długopisem-zabawką, lub przy użyciu suchej, okrągłej słomki ze zbóż, którą nacinamy na 4-ry części długości 1 cm i zaginamy nacięte końce. Może ona zastąpić pętlę wykonaną z drutu. Dalej w doświadczeniu postępujemy się tak samo jak poprzednio.
Potrzebne pomoce: czysty szklany słoik ( 2 sztuki ), kawałki nici, spinacze, łyżeczka, sól kuchenna, siarczan miedzi, gorąca woda, patyczki
Łyżkę włóż do słoika, aby nie pękł. Wlej gorącą wodę. Wsyp tak dużo siarczanu miedzi ( do drugiego słoika soli kuchennej), aż otrzymasz roztwór nasycony. Na nitce zawieś spinacz, dowiąż patyczek i zanurz w danym roztworze. Postaw w ciepłym miejscu i obserwuj (ok. 2 tygodni).
Woda stygnie, stopniowo jej ubywa. Na nitce tworzą się turkusowe kryształy, które przyciągają następne kryształy itd. Podobnie zachowują się kryształy soli kuchennej.
Przy pomocy lupy można obserwować kształty tych kryształów.
Woda z roztworu wyparowała do powietrza. Wokół nitki w pierwszym słoiku powstały kryształu siarczanu miedzi. Wokół nitki w drugim słoiku powstały kryształy soli kuchennej.
Krystalizacja – to tworzenie się i wzrost kryształów z roztworu, stopu lub gazu np. wskutek obniżenia temperatury.
Doświadczenie 19
Rozszerzanie się i kurczenie powietrza pod wpływem zmian temperatury.
Napełnij szklaną butelkę ciepłą wodą. Zostaw ją na kilka minut, by butelka się zagrzała. Wylej wodę. Odetnij szyjkę balonu. Naciągnij balon na butelkę. Potem wstaw butelkę do miski z zimną wodą. Zaobserwuj, co dzieje się z balonem?
Balon zostaje wepchnięty do środka butelki.
W miarę jak powietrze w butelce ochładza się, kurczy się ono, zajmuje coraz mniej miejsca. Aby wypełnić to dodatkowe miejsce, powietrze z zewnątrz wpływa do butelki. Ponieważ po drodze znajduje się balon, i on zostaje wepchnięty do butelki.
Doświadczenie 20
Zmiana objętości powietrza pod wpływem oziębiania.
Włóż kawałki lodu do plastikowej torebki i rozgnieć je. Wsyp lód do plastikowej butelki. Zakręć butelkę. Wstrząśnij butelką, potem ją postaw. Zaobserwuj, co dzieje się z butelką, gdy lód ochładza powietrze wewnątrz niej?
Boki butelki wciągane są do środka.
W miarę jak powietrze w butelce ochładza się, zmniejsza swoją objętość, kurczy się a ścianki butelki są wciągane do środka.
Doświadczenie 21
Rozszerzalność powietrza.
Do słoika wlej kilka łyżek wody. Wstaw słoik do garnka i doprowadź wodę do wrzenia Nadmuchaj lekko balon, szczelnie go zawiąż, wrzuć do słoika, zakręć pokrywkę i szybko ostudź słoik. Po chwili włóż go do lodówki.
Balonik w słoiku powiększy swoją objętość a po wstawieniu do lodówki zmniejszy objętość.
Podczas wrzenia woda intensywnie paruje. Wytwarzająca się w słoiku para wyparła zeń całe powietrze i zajęła jego miejsce. W trakcie studzenia, w wyniku kondensacji- zamieniła się w wodę i jako ciecz, zajęła znacznie mniejszą objętość. Każdy gaz ma tendencję do wypełniania wolnej przestrzeni. Powietrze znajdujące się w baloniku zajęło więc miejsce zwolnione przez parę. Odwrotną sytuację można zaobserwować po włożeniu balonu do lodówki. Pod wpływem niskiej temperatury powietrze znajdujące się w balonie zmniejsza swoją objętość.
Doświadczenie 22
Ciśnienie atmosferyczne.
Zrób dziurkę w wieczku 0,5 l słoika. Włóż w nią słomkę i uszczelnij to miejsce płynnym woskiem. Wlej do słoika trochę wody, zakręć wieczko i spróbuj ssać wodę przez słomkę. Uda się to tylko wtedy, gdy wieczko będzie poluzowane. Spróbuj wdmuchać do słoika jak najwięcej powietrza.
Gdy wypuścimy słomkę z ust, wytryśnie przez nią woda.
Kiedy wysysamy wodę ze słoika, znajdujące się w nim powietrze zajmuje coraz większą objętość, jego ciśnienie zatem obniża się. Jeżeli będziemy ssać dostatecznie silnie, słomka może się zacisnąć pod wpływem wyższego niż w słoiku ciśnienia zewnętrznego (atmosferycznego). Powietrze jest bardzo ściśliwe, możemy więc wdmuchać go dość dużo do słoika, przy czym jego ciśnienie będzie rosło. Zwiększający się nacisk powietrza na wodę w słoiku będzie ją wypychać przez słomkę.
Doświadczenie 23
Czy powietrze waży?
Nadmuchaj dwa balony, dokładnie je zawiąż i przymocuj do końców linijki. Doprowadź linijkę do stanu równowagi np.za pomocą spinacza do papieru. Przebij jeden z balonów.
...
jaaania