Isolatoren und Leiter

Diese Lektion ermutigt die Schüler, verschiedene Unterrichtsmaterialien zu testen, um festzustellen, ob es sich um Leiter oder Isolatoren für Elektrizität handelt. Die Schüler arbeiten in Teams und testen ihre Vorhersagen zu jedem Material, dann vergleichen die Gruppen die Ergebnisse und diskutieren die Ergebnisse.

Erfahren Sie mehr über die elektrischen Eigenschaften verschiedener Materialien.
Erfahren Sie, wie Leiter und Isolatoren auf elektrischen Strom reagieren.
Lösen Sie einfache algebraische Manipulationen mit Quadraten und Quadratwurzeln.
Lernen Sie, Vorhersagen zu treffen und Schlussfolgerungen zu ziehen.
Lernen Sie Teamwork und das Arbeiten in Gruppen kennen.

Altersstufen: 8-11

Materialien & Vorbereitung

Baumaterialien (für jedes Team)

Benötigtes Material

3 Stück isolierter Draht (die Enden abisolieren)
Batterie der Größe D
1.5 Volt Glühbirne und Fassung
Papierverschlüsse

Leiter und Isolatoren (jedes Team wählt 5 Artikel aus)

Kleine Metallstücke (Löffel funktionieren gut)
Kleine Holzstücke (Bastel-/Eis am Stiel funktionieren gut)
Büroklammern
Essbare Kreide
Papierschnipsel
Radiergummis
Aluminiumfolie
Metallstifte
Gummibänder
Holzstifte
Coins
Haar Klammern
Tasten

Materialien und Verfahren testen

Materialien

Leitfähigkeitstester
Gegenstände testen

Verfahren

Die Teams verwenden ihren Leitfähigkeitstester, um jeden ihrer ausgewählten Artikel zu testen, indem sie den Artikel zwischen die beiden Metallbefestigungen legen. Wenn die Glühbirne aufleuchtet, leitet der Artikel Strom. Wenn die Glühbirne nicht aufleuchtet, leitet der Artikel keinen Strom. Die Teams sollten auf ihren Arbeitsblättern dokumentieren, welche Elemente Leiter und welche Isolatoren sind.

Herausforderung Konstruktionsdesign

Design-Herausforderung

Sie sind ein Team von Ingenieuren vor der Herausforderung, einen Leitfähigkeitstester aus einer Batterie, 3 Stück Draht und einer Glühbirne zu bauen. Anschließend testen Sie 10 Elemente, um zu bestätigen, ob es sich um Leiter oder Isolatoren handelt.

Eigenschaften

Wählen Sie 5 Elemente aus, die Sie für Leiter halten, und 5 Elemente, die Sie für Isolatoren halten.

Einschränkungen

Verwenden Sie nur die bereitgestellten Materialien.

Aktivitätsanweisungen und -verfahren

Teilen Sie die Klasse in Teams von 3-4 Personen auf.
Verteilen Sie das Arbeitsblatt Isolatoren und Leiter sowie einige Blätter Papier zum Skizzieren von Designs.
Besprechen Sie die Themen im Abschnitt Hintergrundkonzepte. Weisen Sie die Schüler an, dem Prüfaufbau für feste Leiter besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Bauen Sie einen Modell-Leitfähigkeitstester mit Drähten, Glühbirnen und einer Batterie auf. Demonstrieren Sie die Eigenschaften von Isolierung und Leitfähigkeit, indem Sie verschiedene Materialien testen.
Überprüfen Sie den Konstruktionsprozess, die Designherausforderung, die Kriterien, Einschränkungen und Materialien. Fragen Sie die Schüler, wie eine Glühbirne funktioniert.
Stellen Sie jedem Team seine Materialien zur Verfügung.
Erklären Sie, dass die Schüler ihren eigenen Leitfähigkeitstester mit einer Batterie, 3 Drähten und einer Glühbirne zusammenbauen müssen. Jedes Team wird zusammenarbeiten, um fünf Materialien auszuwählen, von denen sie glauben, dass sie Strom leiten, und fünf Materialien, von denen sie meinen, dass sie keinen Strom leiten. Jedes Team sollte die Punkte auf seinem Arbeitsblatt notieren.
Geben Sie die Zeit an, die sie zum Entwerfen und Bauen haben (1 Stunde empfohlen).
Verwenden Sie einen Timer oder eine Online-Stoppuhr (Countdown-Funktion), um sicherzustellen, dass Sie pünktlich sind. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Geben Sie den Schülern regelmäßige „Zeitprüfungen“, damit sie bei der Arbeit bleiben. Wenn sie Probleme haben, stellen Sie Fragen, die sie schneller zu einer Lösung führen.
Die Schüler treffen sich und entwickeln einen Plan für ihren Leitfähigkeitstester. Sie sollten ihr Design skizzieren.
Teams erstellen ihre Designs.
Die Teams verwenden ihren Leitfähigkeitstester, um jeden ihrer ausgewählten Artikel zu testen, indem sie den Artikel zwischen die beiden Metallbefestigungen legen. Wenn die Glühbirne aufleuchtet, leitet der Artikel Strom. Wenn die Glühbirne nicht aufleuchtet, leitet der Artikel keinen Strom.
Die Teams sollten auf ihren Arbeitsblättern dokumentieren, welche Elemente Leiter und welche Isolatoren sind.
Besprechen Sie als Klasse die Reflexionsfragen der Schüler.
Weitere Inhalte zum Thema finden Sie im Abschnitt „Tiefer graben“.

Studentenreflexion (technisches Notizbuch)

Wie viel Prozent der Vorhersagen von Team One waren richtig?
Warum müssen Bauingenieure oder andere, die ein Bauwerk planen, mit Isolatoren und Leitern sehr vertraut sein?

Zeitänderung

Der Unterricht kann für ältere Schüler in nur 1 Unterrichtsstunde durchgeführt werden. Um den Schülern zu helfen, sich nicht gehetzt zu fühlen, und um den Erfolg der Schüler sicherzustellen (insbesondere für jüngere Schüler), teilen Sie die Lektion in zwei Abschnitte auf, damit die Schüler mehr Zeit für Brainstorming, Testideen und die Fertigstellung ihres Designs haben. Führen Sie die Tests und Nachbesprechungen in der nächsten Unterrichtsstunde durch.

Konstruktionsprozess

Hintergrundkonzepte

Was sind Leiter und Isolatoren?

Leiter/Leitfähigkeit

Leitfähigkeit ist die Fähigkeit oder Leistung, Wärme, Elektrizität oder Schall zu leiten oder zu übertragen. Leiter sind Materialien, durch die Strom leicht hindurchgeht, die dem Stromfluss nicht widerstehen. Beispiele sind Kupfer, Aluminium, Stahl, Silber, Gold, Elektrolyte. Nicht alle Materialien leiten Strom gleich gut. Isolatoren Isolatoren sind Materialien, die dem Stromfluss widerstehen, sodass Strom nicht leicht durchgelassen wird. Beispiele sind Kunststoff, Holz, Gummi, Stoff, Luft, Glas. Einige Materialien sind bessere Stromisolatoren als andere.

Denken Sie, dass die folgenden Gegenstände eher Leiter oder Isolatoren sind? Radiergummi, Metallstift, Papierumschlag, Bleistift, Büroklammer, Kreide, Münze, Löffel, Nagel.

Was ist eine einfache Schaltung?

Einfache Schaltung

Ein einfacher Stromkreis besteht aus mindestens drei Elementen, die erforderlich sind, um einen funktionierenden Stromkreis zu vervollständigen: eine Stromquelle (Batterie), einen Pfad oder Leiter, auf dem Strom fließt (Draht) und einen elektrischen Widerstand (Lampe), bei dem es sich um ein beliebiges Gerät handelt, das benötigt wird Strom zu betreiben. Die folgende Abbildung zeigt eine einfache Schaltung mit einer Batterie, zwei Drähten, einem Schalter und einer Glühbirne. Der Stromfluss erfolgt vom Hochpotential-Pol (+) der Batterie durch die Glühbirne (sie leuchtet auf) und zurück zum Minuspol (-) in einem kontinuierlichen Fluss, wenn der Schalter eingeschaltet ist, also Strom fließen kann.

Schematische Darstellung einer einfachen Schaltung

Das Folgende ist ein schematisches Diagramm der einfachen Schaltung, das die elektronischen Symbole für Batterie, Schalter und Glühbirne zeigt.

Bild zum Einrichten von Festleiterprüfungen

Wortschatz

Stromkreis: Ein vollständiger Pfad, um den Strom fließen kann.
Leitfähigkeit: Die Fähigkeit oder Leistung, Wärme, Elektrizität oder Schall zu leiten oder zu übertragen.
Leiter: Material, das Elektrizität leicht durchdringt und dem Stromfluss nicht standhält.
Einschränkungen: Einschränkungen bei Material, Zeit, Teamgröße usw.
Kriterien: Bedingungen, die das Design erfüllen muss, wie seine Gesamtgröße usw.
Strom: Stromfluss.
Ingenieure: Erfinder und Problemlöser der Welt. In den Ingenieurwissenschaften werden XNUMX Hauptfachgebiete anerkannt (siehe Infografik).
Engineering Design Process: Verfahrensingenieure verwenden, um Probleme zu lösen.
Engineering Habits of Mind (EHM): Sechs einzigartige Denkweisen von Ingenieuren.
Isolator: Material, das dem Stromfluss widersteht, sodass Strom nicht leicht durchgelassen wird.
Iteration: Test & Redesign ist eine Iteration. Wiederholen (mehrere Iterationen).
Vorhersage: Sagen, was in der Zukunft passieren wird oder könnte.
Prototyp: Ein Arbeitsmodell der zu testenden Lösung.

Dig Deeper

Literatur-Empfehlungen

DK Augenzeugenserie: Elektrizität (ISBN: 0751361321)
Machen Sie coole Gadgets für Ihr Zimmer von Amy Pinchuk und Teco Rodriques (ISBN: 1894379128)
My World of Science: Conductors and Insulators von Angela Royston (Heinemann Educational Books, ISBN: 0431137269)

Aktivität schreiben

Schreiben Sie einen Aufsatz (oder je nach Alter einen Absatz), der ein Produkt beschreibt, das nicht gut funktionieren würde, wenn andere Materialien bei seiner Konstruktion verwendet würden. Zum Beispiel würde eine Glühbirne mit einem Kunststofffaden für einen Glühfaden nicht funktionieren.

Lehrplanausrichtung

Anpassung an Curriculum Frameworks

Hinweis: Die Unterrichtspläne dieser Reihe richten sich nach einem oder mehreren der folgenden Standards:

US-amerikanische Standards für den naturwissenschaftlichen Unterricht (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
Wissenschaftsstandards der nächsten Generation der USA (http://www.nextgenscience.org/)
Standards der International Technology Education Association für technologische Kompetenz (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
US National Council of Teachers of Mathematics' Principles and Standards for School Mathematics (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
US Common Core State Standards für Mathematik (http://www.corestandards.org/Math)
Computer Science Teachers Association K-12 Standards für Informatik (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Nationale Standards für den naturwissenschaftlichen Unterricht Klasse K-4 (4 - 9 Jahre)

INHALTSSTANDARD A: Wissenschaft als Anfrage

Als Ergebnis von Aktivitäten sollten sich alle Schüler entwickeln

Fähigkeiten, die für wissenschaftliche Untersuchungen erforderlich sind
Verständnis für wissenschaftliche Forschung

INHALTSSTANDARD B: Physikalische Wissenschaft

Als Ergebnis der Aktivitäten sollten alle Schüler ein Verständnis für

Licht, Wärme, Elektrizität und Magnetismus

INHALTSSTANDARD E: Wissenschaft und Technologie

Als Ergebnis von Aktivitäten sollten sich alle Schüler entwickeln

Wissen über Wissenschaft und Technik

Nationale Standards für den naturwissenschaftlichen Unterricht Klasse 5-8 (Alter 10 - 14)

INHALTSSTANDARD A: Wissenschaft als Anfrage

Als Ergebnis von Aktivitäten sollten sich alle Schüler entwickeln

Fähigkeiten, die für wissenschaftliche Untersuchungen erforderlich sind
Verständnis für wissenschaftliche Forschung

INHALTSSTANDARD B: Physikalische Wissenschaft

Als Ergebnis ihrer Aktivitäten sollten alle Schüler ein Verständnis für

Eigenschaften und Veränderungen von Eigenschaften in Materie
Energieübertragung

INHALTSSTANDARD E: Wissenschaft und Technologie
Als Ergebnis von Aktivitäten sollten sich alle Schüler entwickeln

Verständnis für Wissenschaft und Technologie

Wissenschaftsstandards der nächsten Generation, Klassen 3-5 (Alter 8-11)

Materie und ihre Wechselwirkungen

Schüler, die Verständnis zeigen, können:

2-PS1-2. Analysieren Sie Daten aus dem Testen verschiedener Materialien, um zu bestimmen, welche Materialien die Eigenschaften haben, die für einen beabsichtigten Zweck am besten geeignet sind.
5-PS1-3. Machen Sie Beobachtungen und Messungen, um Materialien anhand ihrer Eigenschaften zu identifizieren

Standards für technologische Kompetenz - alle Altersgruppen

Design

Standard 10: Die Studierenden entwickeln ein Verständnis für die Rolle von Fehlerbehebung, Forschung und Entwicklung, Erfindung und Innovation sowie Experimentieren bei der Problemlösung.