Изолатори и проводници
Този урок насърчава учениците да тестват различни материали в класната стая, за да определят дали са проводници или изолатори на електричество. Учениците работят в екипи, тествайки прогнозите си за всеки материал, след което групите сравняват резултатите и обсъждат констатациите.
- Научете за електрическите свойства на различни материали.
- Научете как проводниците и изолаторите реагират на електрически ток.
- Решете прости алгебрични манипулации, включващи квадрати и квадратни корени.
- Научете се да правите прогнози и да правите изводи.
- Научете за работата в екип и работата в групи.
Възрастови нива: 8-11
Строителни материали (за всеки екип)
Необходими материали
- 3 парчета изолиран проводник (отстранете краищата)
- Батерия с размер D
- 1.5 -волтова крушка и гнездо
- Закопчалки за хартия
Диригенти и изолатори (всеки екип избира 5 елемента)
- Малки парчета метал (лъжиците работят добре)
- Малки парчета дърво (занаятчийските пръчици за пръскане работят добре)
- Кламери
- Тебешир
- Лист хартия
- Гумени гумички
- Алуминиево фолио
- Метални химикалки
- Гумени ленти
- Дървени моливи
- Монети
- Щипки за коса
- Keys
материали
- Тестер за проводимост
- Тестване на артикули
Процес
Екипите използват своя тестер за проводимост, за да тестват всеки от избраните от тях артикули, като поставят елемента между двете метални крепежни елементи. Ако крушката светне, елементът провежда електричество. Ако крушката не светне, артикулът не провежда електричество. Екипите трябва да документират кои елементи са проводници и кои са изолатори в работните си листове.
Design Challenge
Вие сте екип от инженери, изправени пред предизвикателството да изградите тестер за проводимост от батерия, 3 парчета тел и крушка. След това ще тествате 10 елемента, за да потвърдите дали са проводници или изолатори.
Критерии
- Изберете 5 елемента, които смятате за проводници, и 5 елемента, които смятате за изолатори.
Ограничения
Използвайте само предоставените материали.
- Разбийте класа на екипи от 3-4.
- Раздайте работен лист за изолатори и проводници, както и няколко листа хартия за скициране на дизайни.
- Обсъдете темите в раздела „Основни понятия“. Инструктирайте учениците да обърнат голямо внимание на настройката за тестване на твърди проводници. Настройте моделен тестер за проводимост, като използвате проводници, крушки и батерия. Демонстрирайте свойствата на изолацията и проводимостта, като тествате няколко различни материала.
- Прегледайте процеса на инженерно проектиране, предизвикателството при проектиране, критериите, ограниченията и материалите. Помислете да попитате учениците как работи електрическата крушка.
- Предоставете на всеки екип своите материали.
- Обяснете, че учениците трябва да съберат свой собствен тестер за проводимост с батерия, 3 проводника и крушка. Всеки екип ще работи заедно, за да избере пет материала, които смятат, че ще провеждат електричество, и пет материала, които смятат, че няма да провеждат електричество. Всеки екип трябва да запише елементите в работния си лист.
- Обявете времето, необходимо за проектиране и изграждане (препоръчително 1 час).
- Използвайте таймер или онлайн хронометър (функция за обратно броене), за да сте сигурни, че сте навреме. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Давайте на учениците редовни „проверки на времето“, за да останат на задачата. Ако се борят, задавайте въпроси, които ще ги доведат до по -бързо решение.
- Учениците се срещат и разработват план за своя тестер за проводимост. Те трябва да скицират своя дизайн.
- Екипите изграждат своя дизайн.
- Екипите използват своя тестер за проводимост, за да тестват всеки от избраните от тях артикули, като поставят елемента между двете метални крепежни елементи. Ако крушката светне, елементът провежда електричество. Ако крушката не светне, артикулът не провежда електричество.
- Екипите трябва да документират кои елементи са проводници и кои са изолатори в работните си листове.
- Като клас обсъдете въпросите за размисъл на учениците.
- За повече съдържание по темата вижте раздела „Копаене по -дълбоко“.
Отражение на ученика (инженерна тетрадка)
- Какъв процент от прогнозите на Екип One бяха верни?
- Защо строителните инженери или други проектиращи конструкции трябва да са добре запознати с изолаторите и проводниците.
Модификация на времето
Урокът може да бъде направен само за 1 клас за по -големите ученици. Въпреки това, за да помогнете на учениците да не се чувстват прибързани и да осигурят успех на учениците (особено за по -малките ученици), разделете урока на два периода, като дадете на учениците повече време за мозъчна атака, тестване на идеи и финализиране на техния дизайн. Проведете тестването и разбора през следващия учебен период.
Какво представляват проводниците и изолаторите?
Кондуктори/проводимост
Проводимостта е способността или силата да провежда или предава топлина, електричество или звук. Проводниците са материали, през които електричеството преминава лесно, които не се съпротивляват на потока от електричество. Примери са мед, алуминий, стомана, сребро, злато, електролити. Не всички материали провеждат електричеството еднакво добре. Изолатори Изолаторите са материали, които издържат на потока електричество, така че електричеството не преминава лесно. Примери са пластмаса, дърво, гума, плат, въздух, стъкло. Някои материали са по -добри електрически изолатори от други.
Смятате ли, че следните елементи са по -вероятни проводници или изолатори? Ластик, метална писалка, хартиен плик, молив, кламер, креда, монета, лъжица, нокти.
Какво е проста схема?
Обикновена схема
Една проста верига се състои от три минимални елемента, необходими за завършване на функционираща електрическа верига: източник на електричество (батерия), път или проводник, по който тече електричество (проводник) и електрически резистор (лампа), което е всяко устройство, което изисква електричество за работа. Илюстрацията по -долу показва проста схема, съдържаща една батерия, два проводника, превключвател и крушка. Потокът на електричество е от клемата с висок потенциал (+) на батерията през крушката (осветява я), и обратно към отрицателната (-) клема, в непрекъснат поток, когато превключвателят е във включено положение, така че токът може да тече.
Схематична диаграма на проста верига
По -долу е схематична диаграма на простата схема, показваща електронните символи за батерията, превключвателя и крушката.
Тестване на твърд проводник Настройване на изображение
- Верига: Пълен път, около който може да тече електричество.
- Проводимост: Способността или мощността за провеждане или предаване на топлина, електричество или звук.
- Проводник: Материал, през който електричеството лесно преминава, което не се съпротивлява на потока на електричество.
- Ограничения: Ограничения с материал, време, размер на екипа и т.н.
- Критерии: Условия, на които дизайнът трябва да отговаря, като общия му размер и др.
- Ток: Потокът на електричество.
- Инженери: изобретатели и решаващи проблеми на света. Двадесет и пет основни специалности са признати в инженерството (виж инфографиката).
- Процес на инженерно проектиране: Процесните инженери използват за решаване на проблеми.
- Инженерни навици на ума (EHM): Шест уникални начина, по които инженерите мислят.
- Изолатор: Материал, който издържа на потока на електричество, така че електричеството не преминава лесно през него.
- Итерация: Тестването и редизайнът е една итерация. Повторете (многократни итерации).
- Прогноза: Акт на казване какво ще или може да се случи в бъдеще.
- Прототип: Работен модел на решението, което ще се тества.
Препоръчителна четене
- DK Серия очевидци: Електричество (ISBN: 0751361321)
- Направете готини джаджи за вашата стая от Ейми Пинчук и Теко Родрикс (ISBN: 1894379128)
- Моят свят на науката: Диригенти и изолатори от Анджела Ройстън (Heinemann Educational Books, ISBN: 0431137269)
Писателска дейност
Напишете есе (или параграф в зависимост от възрастта), описващ продукт, който не би работил добре, ако в конструкцията му са използвани алтернативни материали. Например крушка, изградена с пластмасова нишка за нажежаема жичка, няма да работи.
Привеждане в съответствие с учебните програми
Забележка: Плановете за уроци от тази поредица са съобразени с един или повече от следните набори от стандарти:
- Стандарти за научно образование в САЩ (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Научни стандарти на САЩ от следващо поколение (http://www.nextgenscience.org/)
- Стандарти на Международната асоциация по технологично образование за технологична грамотност (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Принципите и стандартите за училищна математика на Националния съвет на учителите по математика на САЩ (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Американски общи основни държавни стандарти за математика (http://www.corestandards.org/Math)
- Асоциация на учителите по компютърни науки K-12 Стандарти за компютърни науки (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Национални стандарти за научно образование К-4 клас (на възраст 4-9)
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ А: Науката като запитване
В резултат на дейностите всички ученици трябва да се развиват
- Способности, необходими за извършване на научни изследвания
- Разбиране за научните изследвания
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Б: Физически науки
В резултат на дейностите всички ученици трябва да развият разбиране за
- Светлина, топлина, електричество и магнетизъм
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Д: Наука и технологии
В резултат на дейностите всички ученици трябва да се развиват
- Разбиране за науката и технологиите
Национални стандарти за научно образование 5-8 клас (на възраст 10-14)
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ А: Науката като запитване
В резултат на дейностите всички ученици трябва да се развиват
- Способности, необходими за извършване на научни изследвания
- Разбиране за научното изследване
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Б: Физически науки
В резултат на своите дейности всички ученици трябва да развият разбиране за
- Свойства и промени на свойствата в материята
- Прехвърляне на енергия
СЪДЪРЖАНИЕ СТАНДАРТ Д: Наука и технологии
В резултат на дейностите всички ученици трябва да се развиват
- Разбиране за науката и технологиите
Научни стандарти от следващо поколение 3-5 степени (на възраст 8-11)
Материята и нейните взаимодействия
Учениците, които демонстрират разбиране, могат:
- 2-PS1-2. Анализирайте данните, получени при тестване на различни материали, за да определите кои материали имат свойствата, които са най -подходящи за определена цел.
- 5-PS1-3. Направете наблюдения и измервания, за да идентифицирате материали въз основа на техните свойства
Стандарти за технологична грамотност - всички възрасти
Дизайн
- Стандарт 10: Студентите ще развият разбиране за ролята на отстраняване на неизправности, изследвания и разработки, изобретения и иновации и експериментиране при решаването на проблеми.
Индустриално инженерство
Компютърно инженерствоПрогнози на ученическия екип едно:
| Материали Прогнозите на екип One са диригенти | Материали Прогнозите за екип едно са изолатори |
| 1 | 1 |
| 2 | 2 |
| 3 | 3 |
| 4 | 4 |
| 5 | 5 |
Ученически екип Два резултата:
Тествайте избраните от екипа материали, след което избройте всеки в съответното поле.
| Проводници | Изолатори |
|
|
въпроси:
1. Какъв процент от прогнозите на Екип XNUMX са верни?
2. Защо строителните инженери или други проектиращи конструкции трябва да са добре запознати с изолаторите и проводниците?
