چراغ قوه و باتری
این درس نحوه عملکرد چراغ قوه را نشان می دهد ، مدارهای الکتریکی و عملکردهای این وسایل خانه را نشان می دهد. دانش آموزان می آموزند که چگونه باتری ها کار می کنند ، چگونه برق مدار ساده درون چراغ قوه ساده را تأمین می کنند و سوئیچ جریان الکترون ها را کنترل می کند. دانش آموزان در تیم هایی برای جدا کردن چراغ قوه و ترسیم شماتیک از طرح مدار چراغ قوه کار می کنند.
- بیاموزید که چگونه سوئیچ ها جریان برق را کنترل می کنند.
- ترسیم نمودارهای شماتیک الکتریکی اساسی را بیاموزید.
- نحوه عملکرد مدار الکتریکی و باتری درون چراغ قوه را بیاموزید.
- در مورد کار گروهی و کار در گروه ها اطلاعات کسب کنید.
سطح سنی: 8-11
ساخت مصالح
مواد مورد نیاز
- چراغ قوه
- باتری های 2 بعدی
- کلید 2
چالش طراحی
شما یک تیم مهندس هستید که چالش جدا کردن و مونتاژ مجدد چراغ قوه را برای شما فراهم کرده است ، به طوری که چراغ قوه کار می کند. سپس ، شما یک شماتیک برای یک چراغ قوه بهبود یافته (مواد جدید ، چندین لامپ ، باتری اضافی) طراحی و ترسیم می کنید و طرح خود را با کلاس به اشتراک می گذارید.
- کلاس را به تیم های 3-4 نفره تقسیم کنید.
- کاربرگ چراغ قوه و باتری ها ، و همچنین برخی از ورق های کاغذ را برای ترسیم طرح ها به دست دهید.
- درباره مباحث در بخش مفاهیم پیشینه بحث کنید. به دانش آموزان یک چراغ قوه فعال نشان دهید و توضیح دهید که چگونه سوئیچ چراغ قوه جریان برق را در سراسر مدار چراغ قوه کنترل می کند.
- مواد هر تیم را تهیه کنید.
- از تیم ها بخواهید چراغ قوه را جدا و دوباره مونتاژ کنند ، تا چراغ قوه کار کند.
- از تیم ها بخواهید یک شماتیک مدار الکتریکی را برای یک چراغ قوه در موقعیت "روشن" ترسیم کنند.
- تیم های دانشجویی در مرحله بعدی چراغ قوه بهبود یافته را طراحی می کنند و شماتیک الکترونیکی دیگری را برای طراحی جدید خود ترسیم می کنند. (ایده ها: مواد جدید ، چندین لامپ ، باتری اضافی)
- تیم ها طرح جدید خود را به کلاس ارائه می دهند.
- برای کسب مطالب بیشتر در مورد موضوع ، به بخش "حفاری عمیق تر" مراجعه کنید.
اصلاح زمان
این درس را می توان در کمتر از 1 دوره کلاس برای دانش آموزان مسن انجام داد. با این حال ، برای کمک به دانش آموزان از احساس عجله و تضمین موفقیت دانش آموزان (به ویژه برای دانش آموزان جوان) ، این درس را به دو دوره تقسیم کنید و به دانشجویان فرصت بیشتری برای طوفان فکری ، آزمایش ایده ها و نهایی کردن طرح آنها دهید. تست و تست را در دوره کلاس بعدی انجام دهید.
مدار ساده چیست؟
مدار ساده
یک مدار ساده شامل سه حداقل عنصر است که برای تکمیل مدار الکتریکی لازم مورد نیاز است: یک منبع برق (باتری) ، یک مسیر یا هادی که جریان برق روی آن جریان دارد (سیم) و یک مقاومت الکتریکی (لامپ) که هر وسیله ای است که نیاز دارد برق برای کارکردن. تصویر زیر یک مدار ساده حاوی ، یک باتری ، دو سیم ، یک سوئیچ و یک لامپ را نشان می دهد. جریان برق از ترمینال پتانسیل بالا (+) باتری از طریق لامپ (روشن کردن آن) و بازگشت به ترمینال منفی (-) است ، در یک جریان مداوم هنگامی که سوئیچ در وضعیت روشن است بنابراین جریان می تواند جریان یابد.
نمودار شماتیک یک مدار ساده
در زیر یک نمودار شماتیک از مدار ساده نشان داده شده است که نمادهای الکترونیکی باتری ، سوئیچ و لامپ را نشان می دهد.
شبیه سازی یک سوئیچ
شبیه سازی سوئیچ با قطع اتصال سیم یا افزودن مداد
روش های مختلفی وجود دارد که می توانید سوئیچ را در یک مدار ساده شبیه سازی کنید. به سادگی برداشتن و تعویض سیم از لامپ می تواند به عنوان یک سوئیچ عمل کند. با اتصال انتهای یکی از سیم ها به انتهای پاک کن مداد با استفاده از نوار لاستیکی می توان سوئیچ ساده دیگری را ایجاد کرد. سپس یک نوار لاستیکی دیگر به انتهای دیگر مداد وصل کنید ، و با قرار دادن انتهای دیگر بالای سیم اتصال - و سپس خاموش - ، یک سوئیچ ایجاد کرده اید. انواع دیگر رساناها را می توان در طراحی سوئیچ ها مانند فویل آلومینیوم ، گیره های مو ، گیره های کاغذ ، اتصال دهنده های کاغذ و برخی از قلم های فلزی نیز استفاده کرد.
باتری و چراغ قوه
تاریخچه باتری
اولین باتری در سال 1800 توسط Count Alessandro Volta به نمایش درآمد. آزمایش های او نشان داد که فلزات مختلف در تماس با یکدیگر می توانند برق ایجاد کنند. وی یک دسته از دیسکهای روی را ساخت که به طور متناوب با کاغذ بلات آغشته به آب شور و نقره یا مس ساخته شده است. وقتی سیمهای ساخته شده از دو فلز مختلف به هر دو دیسک بالا و پایین متصل می شدند ، ولتا قادر به اندازه گیری ولتاژ و جریان بود. وی همچنین کشف کرد که هرچه شمع بالاتر باشد ، ولتاژ نیز بیشتر است. جریان به دلیل واکنش شیمیایی ناشی از توانایی های مختلف جذب الکترون در دو فلز تولید می شود. اطلاعات بیشتر در مورد تاریخچه باتری را می توان در ویکی مهندسی و فناوری تاریخ یافت (https://ethw.org/Battery).
تاریخچه چراغ قوه
در دهه 1890 ، کنراد هوبرت ، بنیانگذار شرکت Ever-Ready American ، مشعل دستی دستی را اختراع کرد. هوبرت حق ثبت اولین چراغ قوه Eveready را در سال 1898 به دست آورد. اولین چراغ قوه های هوبرت از لوله های کاغذی و الیافی ، با یک لامپ و یک بازتابنده برنج ساخته شد. در آن زمان ، باتری ها بسیار ضعیف بودند و لامپ ها هنوز در حال تولید بودند ، بنابراین اولین چراغ قوه ها فقط یک "فلاش" نور کوتاه تولید می کردند - که نام خود را به این اختراع بخشید.
چراغ قوه ها چگونه کار می کنند
هفت جز main اصلی یک چراغ قوه وجود دارد:
- Case یا Tube: تمام اجزای دیگر چراغ قوه را در خود جای داده است.
- مخاطبین: فنر یا نوار فلزی نازک که معمولاً از مس یا برنج ساخته شده و به عنوان ارتباط بین باتری ، لامپ و کلید است.
- سوئیچ: می تواند در وضعیت روشن یا خاموش باشد.
- بازتابنده: پلاستیک پوشیده شده با یک لایه آلومینیوم بازتابنده برای کمک به روشن شدن نور موثر لامپ.
- لامپ: معمولاً بسیار کوچک است.
- لنز: پوشش پلاستیکی جلوی لامپ برای محافظت از لامپ که به راحتی شکسته می شود.
- باتری ها: برق چراغ قوه را تأمین کنید.
هنگامی که سوئیچ در وضعیت "روشن" قرار دارد ، دو نوار انقباض را که به الکترون اجازه جریان می دهد ، به هم متصل می کند. باتری ها برق چراغ قوه را تأمین می کنند و در بالای یک فنر کوچک قرار می گیرند که به یکی از نوارهای تماس متصل است. این نوار تماس در طول کیس اجرا می شود و با کلید تماس می گیرد. یک نوار تماس دیگر سوئیچ را با لامپ متصل می کند. سرانجام ، یک تماس دیگر لامپ را به باتری بالایی متصل کرده و مدار را کامل می کند.
- باتری: وسیله ای است که می تواند برق را ذخیره کند.
- مدار: مسیر کاملی است که جریان برق در اطراف آن جریان دارد.
- محدودیت ها: محدودیت در مواد، زمان، اندازه تیم و غیره.
- ضوابط: شرایطی که طرح باید رعایت کند مانند اندازه کلی آن و غیره.
- جریان الکترون: الکتریسیته.
- مهندسان: مخترعان و حل کننده های جهان. بیست و پنج تخصص اصلی در مهندسی به رسمیت شناخته شده است (به اینفوگرافیک مراجعه کنید).
- فرآیند طراحی مهندسی: مهندسین فرآیند برای حل مسائل از آن استفاده می کنند.
- عادات ذهنی مهندسی (EHM): شش راه منحصر به فرد که مهندسان فکر می کنند.
- تکرار: تست و طراحی مجدد یک تکرار است. تکرار (تکرارهای متعدد).
- نمونه اولیه: یک مدل کاری از محلول مورد آزمایش.
- نمودار شماتیک: نموداری که نمادهای الکترونیکی یک مدار را نشان می دهد.
- مدار ساده: شامل سه عنصر حداقلی است که برای تکمیل یک مدار الکتریکی در حال کار لازم است: منبع برق (باتری)، مسیر یا هادی که جریان برق روی آن جریان دارد (سیم) و یک مقاومت الکتریکی (لامپ) که هر وسیله ای است که نیاز دارد. برق برای کار کردن
- کلید: وسیله ای برای ایجاد، قطع یا تغییر اتصالات در یک مدار الکتریکی.
اتصال به اینترنت
خواندن توصیه می شود
- سری شاهد عینی DK: برق (شابک: 0751361321)
- برق عینی شاهد ، توسط استیو پارکر (انتشارات DK ، شابک: 0789455773)
- How Science works ، نوشته جودیت هان (خوانندگان خلاصه ، شابک: 0762102497)
- کتاب باتری و آهنربا Usborne (نحوه ساخت سری) ، تالیف پائولا بورتون ، غار ویکی (انتشارات EDC ، شابک: 074602083X)
فعالیت نوشتن
یک مقاله یا یک پاراگراف بنویسید که نحوه عملکرد چراغ قوه های لنگ را توصیف می کند
تراز به چهارچوب برنامه درسی
توجه داشته باشید: برنامه های درسی در این مجموعه با یک یا چند مجموعه از استانداردهای زیر مطابقت دارد:
- استانداردهای آموزش علوم ایالات متحده (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- استانداردهای علمی نسل بعدی ایالات متحده (http://www.nextgenscience.org/)
- استانداردهای سواد فناوری انجمن بین المللی آموزش فناوری (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- اصول و معیارهای شورای ملی معلمان ریاضیات ریاضیات مدارس ایالات متحده (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- استانداردهای هسته هسته ای مشترک ایالات متحده برای ریاضیات (http://www.corestandards.org/Math)
- استانداردهای علوم کامپیوتر K-12 انجمن معلمان علوم کامپیوتر (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
استانداردهای ملی آموزش علوم کلاس K-4 (سنین 4 تا 9 سال)
استاندارد استاندارد A: علم به عنوان تحقیق
در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند
- توانایی های لازم برای انجام تحقیقات علمی
- درک در مورد تحقیق علمی
استاندارد B محتوا: علوم فیزیکی
در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند
- نور ، گرما ، برق و مغناطیس
استاندارد استاندارد E: علم و فناوری
در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند
- درک در مورد علم و فناوری
استانداردهای ملی آموزش علوم کلاس 5-8 (سن 10 - 14)
استاندارد استاندارد A: علم به عنوان تحقیق
در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند
- توانایی های لازم برای انجام تحقیقات علمی
- تفاهماتی در مورد تحقیق علمی
استاندارد B محتوا: علوم فیزیکی
در نتیجه فعالیتهایشان ، همه دانش آموزان باید درک درستی از آنها داشته باشند
- انتقال انرژی
استاندارد استاندارد E: علم و فناوری
در نتیجه فعالیت ها ، همه دانش آموزان باید رشد کنند
- تفاهماتی در مورد علم و فناوری
استانداردهای علمی نسل بعدی - نمرات 3-5 (سنین 8-11)
دانش آموزانی که درک درستی از خود نشان می دهند می توانند:
- 4-PS3-4. ایده های علمی را برای طراحی ، آزمایش و تصفیه دستگاهی که انرژی را از شکلی به شکل دیگر تبدیل می کند به کار گیرید.
استانداردهای سواد فناوری - همه اعصار
طرح
- استاندارد 8: دانش آموزان درک درستی از ویژگی های طراحی پیدا می کنند.
- استاندارد 9: دانش آموزان درک درستی از طراحی مهندسی خواهند داشت.
- استاندارد 10: دانش آموزان درک درستی از نقش عیب یابی ، تحقیق و توسعه ، اختراع و نوآوری و آزمایش در حل مسئله خواهند داشت.
در کادر زیر یک نمودار شماتیک از طرح مدار برای چراغ قوه استاندارد در موقعیت "روشن" رسم کنید.
|
نمودار شماتیک چراغ قوه بهبود یافته خود را در کادر زیر ترسیم کنید.
|