Электрычныя выключальнікі
Гэты ўрок дэманструе, як можна кіраваць электрычнымі ланцугамі з дапамогай простага выключальніка. Студэнты працуюць у камандзе, каб пабудаваць працоўную схему з батарэяй і лямпай. Затым дадайце перамыкач, які ўключае і выключае лямпачку.
- Даведайцеся, як выключальнікі кіруюць патокам электрычнасці.
- Навучыцеся маляваць асноўныя схемы праводкі.
- Навучыцеся прадказваць вынікі і рабіць высновы.
Узроставыя ўзроўні: 8-11
Будаўнічыя матэрыялы (для кожнай каманды)
Неабходныя матэрыялы
- Розныя тыпы выключальнікаў
- Ізаляваны провад
- Трымальнік батарэі памеру D
- Акумулятар памерам D
- Разетка для святла 1.5 вольта
- Лямпа 1.5 вольт
- Сашчэпкі
- Зашпількі з паперы
- Алюмініевая фальга
- Абцугі (агульныя)
- Разетка (агульная)
матэрыялы
- Убудаваныя схемы і выключальнікі
Працэс
Каманды складаюць схемы і правяраюць, каб пацвердзіць, што лямпачка загараецца.
Затым каманды дадаюць перамыкач у свае схемы і дэманструюць, як выключальнік ўключае і выключае лямпачку.
- Калі ў вучняў узнікаюць цяжкасці пры стварэнні перамыкача, прапануеце ім сагнуць сашчэпку, каб яна ледзь дакранулася да кавалка фальгі або іншай сашчэпкі пры націску
- Або зашпілька для паперы, заціснутая паміж батарэяй і трымальнікам батарэі, якая прадухіляе іх кантакт пры націску.
Design Challenge
Вы - каманда інжынераў, якія ставяць задачу пабудаваць схему з дапамогай толькі батарэі і лямпы. Затым вам трэба будзе дадаць да вашай схемы пераключальнік, які ўключае і выключае лямпачку.
Крытэрыі
- У ланцугу неабходна выкарыстоўваць акумулятар і лямпу 1.5 вольта.
- Выключальнік павінен ўключаць і выключаць лямпачку.
Constraints
Выкарыстоўвайце толькі прадстаўленыя матэрыялы.
- Разбіце клас на каманды па 3-4 чалавекі.
- Раздайце ліст электрычных выключальнікаў, а таксама некалькі лістоў паперы для эскізавання малюнкаў.
- Абмяркуйце тэмы ў раздзеле "Асноўныя канцэпцыі". Папытаеце ў студэнтаў прыклады таго, як выкарыстоўваюцца выключальнікі.
- Азнаёмцеся з працэсам інжынернага праектавання, праектаваннем, крытэрыямі, абмежаваннямі і матэрыяламі.
- Перадайце кожнай камандзе свае матэрыялы.
- Растлумачце, што студэнты павінны пабудаваць працоўную схему толькі з батарэяй і лямпай. Затым яны павінны дадаць выключальнік, які ўключае і выключае лямпачку.
- Абвясціце колькасць часу, якое яны павінны пабудаваць (рэкамендуецца 1 гадзіна).
- Выкарыстоўвайце таймер або он-лайн секундамер (функцыя зваротнага адліку), каб гарантаваць своечасовае выкананне. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Рэгулярна давайце студэнтам "праверкі часу", каб яны заставаліся на задачы. Калі ім цяжка, задавайце пытанні, якія прывядуць іх да рашэння хутчэй.
- Студэнты сустракаюцца і распрацоўваюць план сваёй схемы і пераключэння. Яны павінны зрабіць эскіз свайго плана перад яго стварэннем і выкарыстоўваць схематычныя сімвалы, паказаныя ў раздзеле «Асноўныя паняцці».
- Каманды складаюць схемы і правяраюць, каб пацвердзіць, што лямпачка загараецца.
- Каманды дадаюць перамыкач у свае схемы і дэманструюць, як выключальнік ўключае і выключае лямпачку.
- Калі ў вучняў узнікаюць цяжкасці пры стварэнні перамыкача, прапануеце ім сагнуць сашчэпку, каб яна ледзь дакранулася да кавалка фальгі або іншай сашчэпкі пры націску
- Або зашпілька для паперы, заціснутая паміж батарэяй і трымальнікам батарэі, якая прадухіляе іх кантакт пры націску.
- У класе абмяркуйце пытанні разважанняў вучняў.
- Для атрымання дадатковай інфармацыі па гэтай тэме глядзіце раздзел «Капаць глыбей».
Ідэя пашырэння
Папрасіце студэнтаў шукаць выключальнікі ў выкінутых цацках, прыборах ці іншых электрычных прыладах. Вучні могуць разабраць прадметы, каб убачыць, як яны працуюць.
Студэнцкі роздум (інжынерны сшытак)
- Апішыце, што вы зрабілі, каб лямпачка загарэлася з дапамогай выключальніка.
- Якія матэрыялы вы выкарыстоўвалі, каб зрабіць уласны перамыкач?
Змена часу
Урок можна прайсці ўсяго за 1 клас для старэйшых школьнікаў. Аднак, каб дапамагчы студэнтам не адчуваць прыспешлівасці і забяспечыць поспех студэнтаў (асабліва для малодшых школьнікаў), падзеліце ўрок на два перыяды, даючы студэнтам больш часу на мазгавы штурм, тэставанне ідэй і дапрацоўку іх дызайну. Правядзіце тэставанне і аналіз у наступны класны час.
Што такое простая схема?
Простая схема складаецца з трох мінімальных элементаў, неабходных для завяршэння функцыянавання электрычнай ланцуга: крыніцы электрычнасці (батарэі), шляху або правадыра, па якім цячэ электрычнасць (провад), і электрычнага рэзістара (лямпы), які з'яўляецца любой прыладай, якая патрабуе электрычнасць для працы. На малюнку ніжэй паказана простая схема, якая змяшчае адну батарэю, два драты, выключальнік і лямпачку. Паток электраэнергіі ідзе ад клемы батарэі з высокім патэнцыялам (+) праз лямпачку (запальваючы яе), і назад да адмоўнай (-) клемы, у пастаянным патоку, калі выключальнік уключаны, каб ток мог паток
Прынцыповая схема простай схемы
Ніжэй прыводзіцца схематычная схема простай схемы, якая паказвае электронныя сімвалы для батарэі, выключальніка і лямпачкі.
Імітацыя камутатара шляхам адлучэння провада
Вы можаце зрабіць грубы выключальнік, проста адлучыўшы адзін з правадоў і па чарзе дакранаючыся да яго і дастаючы з металічнага корпуса лямпачкі. Чаму святло гасне, калі провад больш не датыкаецца? Калі провад выдаляецца, электроны павінны праходзіць па паветры, каб завяршыць ланцуг. Каб прымусіць электроны праходзіць праз паветра, патрабуецца нашмат больш энергіі, чым даступна, таму што амаль усе электроны ў паветры шчыльна звязаны з атамамі. Тое ж самае тычыцца і ўсіх іншых матэрыялаў, вядомых як ізалятары. Імправізаваны выключальнік, які вырабляецца шляхам адключэння і падлучэння провада, робіць сапраўды гэтак жа, як і выраблены выключальнік, за выключэннем таго, што вырабленыя больш надзейныя. Усё, што яны робяць, гэта адключыць і падключыць правады, калі вы рухаеце рычаг, націскаеце кнопку, паварочваеце ручку або ссоўваеце кнопку.
- Батарэя: прылада, якая можа назапашваць электрычнасць.
- Ланцуг: Поўны шлях, вакол якога можа цячы электрычнасць.
- Абмежаванні: абмежаванні з матэрыялам, часам, памерам каманды і г.д.
- Крытэрыі: умовы, якім павінен задавальняць дызайн, напрыклад, агульны памер і г.д.
- Інжынеры: вынаходнікі і вырашальнікі праблем свету. Дваццаць пяць асноўных спецыяльнасцей прызнаны ў інжынерыі (гл. інфаграфіку).
- Працэс інжынернага праектавання: інжынеры-тэхнолагі выкарыстоўваюць для вырашэння праблем.
- Інжынерныя звычкі розуму (EHM): шэсць унікальных спосабаў мыслення інжынераў.
- Ітэрацыя: тэставанне і рэдызайн - гэта адна ітэрацыя. Паўтор (некалькі паўтораў).
- Прататып: рабочая мадэль рашэння для тэставання.
- Схематычная схема электраправодкі: схема, якая выкарыстоўваецца для планавання электраправодкі ланцуга.
- Простая схема: складаецца з трох мінімальных элементаў, неабходных для завяршэння функцыянавання электрычнай ланцуга: крыніцы электрычнасці (батарэі), шляху або правадыра, па якім цячэ электрычнасць (провад) і электрычнага рэзістара (лямпы), які ўяўляе сабой любую прыладу, якая патрабуе электрычнасць для працы.
- Пераключальнік: прылада для стварэння, разрыву або змены злучэнняў у электрычнай ланцугу.
Рэкамендуемы літаратура
- Серыя відавочцаў DK: Электрычнасць (ISBN: 0751361321)
- Электрычнасць відавочцы, Стыў Паркер (DK Publishing, ISBN: 0789455773)
- Як працуе навука, Джудзіт Хан (Readers Digest, ISBN: 0762102497)
Пісьменніцкая дзейнасць
Напішыце эсэ або абзац, у якім апісваецца, як выключальнікі, якія сустракаюцца на звычайных бытавых прыборах, робяць гэтыя прыборы больш функцыянальнымі або лягчэйшымі ў эксплуатацыі.
Прывядзенне ў адпаведнасць з рамкамі навучальных праграм
нататка: Планы ўрокаў гэтай серыі ўзгадняюцца з адным або некалькімі з наступных набораў стандартаў:
- Стандарты навуковай адукацыі ЗША (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Навуковыя стандарты наступнага пакалення ЗША (http://www.nextgenscience.org/)
- Стандарты Міжнароднай тэхналагічнай адукацыйнай асацыяцыі тэхналагічнай пісьменнасці (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Прынцыпы і стандарты школьнай матэматыкі Нацыянальнага савета настаўнікаў матэматыкі ЗША (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Агульныя асноўныя дзяржаўныя стандарты ЗША па матэматыцы (http://www.corestandards.org/Math)
- Стандарты інфарматыкі K-12 Асацыяцыі настаўнікаў інфарматыкі (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Нацыянальныя стандарты навуковай адукацыі К-4 класы (ва ўзросце 4-9)
ЗМЕСТ СТАНДАРТ А: Навука як запыт
У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца
- Здольнасці, неабходныя для правядзення навуковых даследаванняў
- Разуменне навуковых пошукаў
ЗМЕСТ СТАНДАРТ Б: Фізічныя навукі
У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны сфарміраваць разуменне
- Святло, цяпло, электрычнасць і магнетызм
ЗМЕСТ СТАНДАРТ E: Навука і тэхніка
У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца
- Разуменне навукі і тэхнікі
Нацыянальныя стандарты навуковай адукацыі 5-8 класы (10-14 гадоў)
ЗМЕСТ СТАНДАРТ А: Навука як запыт
У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца
- Здольнасці, неабходныя для правядзення навуковых даследаванняў
- Разуменне навуковых пошукаў
ЗМЕСТ СТАНДАРТ Б: Фізічныя навукі
У выніку сваёй дзейнасці ва ўсіх вучняў павінна скласціся разуменне
- Перадача энергіі
ЗМЕСТ СТАНДАРТ E: Навука і тэхніка
У выніку дзейнасці ўсе вучні павінны развівацца
- Разуменне навукі і тэхнікі
Навуковыя стандарты наступнага пакалення-3-5 класы (узрост 8-11)
Студэнты, якія дэманструюць разуменне, могуць:
- 4-PS3-4. Ужывайце навуковыя ідэі для распрацоўкі, тэсціравання і ўдасканалення прылады, якая пераўтворыць энергію з адной формы ў іншую.
Інжынерны дызайн
Студэнты, якія дэманструюць разуменне, могуць:
- 3-5-ETS1-1. Вызначце простую канструктыўную задачу, якая адлюстроўвае патрэбу ці жаданне, якая ўключае ў сябе зададзеныя крытэрыі поспеху і абмежаванні па матэрыялах, часу або кошту.
- 3-5-ETS1-2.Стварыце і параўнайце некалькі магчымых рашэнняў праблемы, зыходзячы з таго, наколькі кожны з іх можа адпавядаць крытэрам і абмежаванням праблемы.
Навуковыя стандарты наступнага пакалення-6-8 класы (узрост 11-14)
Інжынерны дызайн
Студэнты, якія дэманструюць разуменне, могуць:
- MS-ETS1-1 Вызначце крытэрыі і абмежаванні праблемы праектавання з дастатковай дакладнасцю для забеспячэння паспяховага рашэння з улікам адпаведных навуковых прынцыпаў і патэнцыйнага ўздзеяння на людзей і навакольнае асяроддзе, якія могуць абмежаваць магчымыя рашэнні.
- MS-ETS1-2 Ацэньвайце канкуруючыя дызайнерскія рашэнні, выкарыстоўваючы сістэматычны працэс, каб вызначыць, наколькі яны адпавядаюць крытэрам і абмежаванням праблемы.
Стандарты тэхналагічнай пісьменнасці - усе стагоддзі
дызайн
- Стандарт 8: Студэнты будуць развіваць разуменне атрыбутаў дызайну.
- Стандарт 9: Студэнты будуць развіваць разуменне інжынернага праектавання.
- Стандарт 10: Студэнты выпрацуюць разуменне ролі ліквідацыі непаладак, даследаванняў і распрацовак, вынаходніцтваў і інавацый і эксперыментаў у вырашэнні праблем.
выклік
Апішыце функцыю выключальнікаў на наступнай бытавой тэхніцы. Ці ёсць больш чым адзін перамыкач на любым з гэтых элементаў?
партатыўны вакуумны
|
тостар
|
Фен для валасоў
|
Кававарка
|
электрычны вентылятар
|
Настольная лямпа
|
Вы інжынер!
Інструкцыя:
- Вам трэба спраектаваць сістэму, якая будзе ўключаць і выключаць святло ў калідоры новага адміністрацыйнага будынка.
- Стварыце працоўную схему толькі з батарэяй і лямпай.
- Далей дадайце выключальнік такім чынам, каб ён уключаў і выключаў лямпачку.
- Намалюйце і апішыце вашыя схемы і выключальнікі ў ніжэйпрынятай прасторы, выкарыстоўваючы схематычныя сімвалы, паказаныя на лісце студэнцкіх рэсурсаў.
- Абмяркуйце з класам свой дызайн і вопыт.
Схема без выключальніка | Схема з выключальнікам |
|
Апішыце, што вы зрабілі, каб лямпачка загарэлася з дапамогай перамыкача:
Якія матэрыялы вы выкарыстоўвалі, каб зрабіць уласны перамыкач?