Што е нанометар?
Лекцијата се фокусира на тоа како да се измери во нано скалата и им овозможува на студентите разбирање за тоа колку навистина е мал нанометар. Студентите работат во тимови и мерат низа секојдневни предмети во училницата, прво користејќи метрички правила и потоа ги претвораат резултатите во нано скала.
- Дознајте за нанотехнологијата.
- Дознајте за скалата.
- Дознајте за инженерскиот дизајн.
- Дознајте за тимска работа и работа во групи.
Возрасни нивоа: 8 - 12
Изградба на материјали (за секој тим)
Потребни материјали
- Владетел
- Бришач
- Молив
- Острилка
- Други предмети од училницата по ваш избор (т.е. ножици за деца, користен креон, индекс-картичка, парче креда, калкулатор, квака, лента)
Дизајн предизвик
Вие сте дел од тим инженери на кој му е даден предизвик да измери десет предмети во вашата училница во нано скала - во нанометри (nm). Измерете го секој предмет во милиметри и потоа преобразувајте користејќи ја следнава формула: 1 милиметар = 1,000,000 нанометри или 1 сантиметар = 10,000,000 нанометри.
Критериуми
- Измерете го секој предмет во милиметри и потоа претворете го користејќи ја формулата
Ограничувања
- Користете ги само дадените материјали
постапка
- Пауза од часови во тимови од 2-3.
- Поделете го работниот лист Што е нанометар, како и неколку листови хартија за скицирање на дизајни.
- Дискутирајте за темите во Делот за концепти за позадина.
- Прегледајте го процесот на инженерско дизајнирање, предизвик за дизајн, критериуми, ограничувања и материјали.
- Обезбедете им на секој тим свои материјали.
- Објаснете дека учениците мора да работат како тим за да се утврди мерењето во нанометри од десет предмети во училницата.
- Најавете го времето што го имаат за да ја завршат задачата (препорачан 1 час).
- Користете тајмер или он-лајн стоперка (одбројување одлика) за да се осигурате дека ќе бидете навреме. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Дајте им редовни „проверки на времето“ на студентите за да останат на задачата. Ако се борат, поставете прашања што побрзо ќе ги доведат до решение.
- Студентите се среќаваат и ја завршуваат задачата.
- Како час, дискутирајте ги прашањата за рефлексија на ученикот.
- За повеќе содржини на темата, видете во делот „Копање подлабоко“.
Факултативна наставка за изработка на модели
Учениците нека градат модел што претставува како кога работат во нано скала, површината може да се зголеми. Ова може да се направи со кошарка која има пинг-понг или топки за пинг-понг прикачени на целата површина. Ова ќе ви помогне визуелно да илустрира како може да се манипулира со површината на нано скалата.
Рефлексија на студентите (тетратка за инженеринг)
- Кое беше најизненадувачкото нешто што го научивте за нанотехнологијата за време на оваа активност?
- Дали мислите дека ќе можете да видите елемент кој беше широк 10 нанометри без помош на технологијата?
- Ако лист хартија е дебел околу 100,000 нанометри, како мислите дека еден инженер би се обидел да премести елемент со дебелина од само 30 нанометри - како златната честичка надесно?
- Дали мислите дека инженерите кои работат на нано скала потешко ја извршуваат својата работа отколку инженерите кои работат со поголеми предмети, како што се батерии, ракети или челични лимови? Зошто?
- Дали мислите дека нанотехнологијата може да има најголемо влијание врз развојот на материјалите, подобрувањата во енергетските опции или напредувањето во здравството? Зошто?
Модификација на времето
Лекцијата може да се заврши во период од само 1 час за постари ученици. Сепак, за да им помогнете на студентите да се почувствуваат избрзани и да обезбедат успех на студентите (особено за помладите ученици), поделете ја лекцијата во два периоди, давајќи им на студентите повеќе време за бура на идеи, тест идеи и финализирање на нивниот дизајн. Спроведете тестирање и дебрифија во следниот час.
Ресурс за наставници
Мерење на Нано - Завршен работен лист на ученикот
Вие сте дел од тим инженери на кои им е даден предизвик да измерат десет предмети во вашата училница во нано скала - во нанометри (nm). Измерете го секој предмет во милиметри, а потоа преобразувајте користејќи ја следнава формула:
1 милиметар = 1,000,000 нанометри
or
1 сантиметар = 10,000,000 XNUMX XNUMX нанометри
Значи, ако користевте моливче со должина од 4 сантиметри, тоа исто така ќе беше 40,000,000 нанометри во должина.
Фаза на мерење
Завршете ги следниве мерења како група: (примери подолу) Оригинално мерење на објектите во училницата во нанометри
- Детски ножици досаден раб 11 сантиметри 110,000,000 нанометри
- Нов молив со гума за бришење 19 сантиметри 190,000,000 нанометри
- Користен боички 9 сантиметри 90,000,000 нанометри
- Бришач со молив 5.5 сантиметри 55,000,000 XNUMX XNUMX нанометри
- Острилка за моливи 2.55 сантиметри 25,500,000 XNUMX XNUMX XNUMX нанометри
- Индекс картичка висина 12.55 сантиметри 125,500,000 XNUMX XNUMX нанометри
- Користено парче креда 23.5 милиметри 23,500,000 XNUMX XNUMX нанометри
- Калкулатор 92.75 милиметри 92,750,000 нанометри
- Мечка од врата 50.25 милиметри 50,250,000 нанометри
- Ролна лента 47.55 милиметри 47,550,000 нанометри
Што е нанотехнологија?
Замислете дека можете да го набудувате движењето на црвените крвни клетки додека се движат низ вашата вена. Како би било да се набудуваат атомите на натриум и хлор кога тие се приближуваат доволно за вистински да пренесат електрони и да формираат солен кристал или да ги набудуваат вибрациите на молекулите додека температурата се зголемува во тава со вода? Поради алатките или „опсегот“ што се развиени и подобрени во последните неколку децении, можеме да набудуваме ситуации како што се многу од примерите на почетокот на овој пасус. Оваа можност за набудување, мерење, па дури и манипулирање со материјали во молекуларна или атомска скала се нарекува нанотехнологија или нано-наука. Ако имаме нано „нешто“, имаме еден милијардити дел од тоа нешто. Научниците и инженерите го применуваат нано префиксот на многу „нешта“, вклучувајќи метри (должина), секунди (време), литри (волумен) и грамови (маса) за да претставуваат што е разбирливо многу мала количина. Најчесто нано се применува на скалата на должина и мериме и зборуваме за нанометри (nm). Индивидуалните атоми се со дијаметар помал од 1 nm, при што се потребни околу 10 атоми на водород по ред за да се создаде линија со должина од 1 nm. Другите атоми се поголеми од водородот, но сепак имаат дијаметар помал од нанометар. Типичен вирус има дијаметар од околу 100 nm и бактерија е околу 1000 nm од глава до опашка. Алатките што ни овозможија да го набудуваме претходно невидливиот свет на нано скалата се микроскоп за атомска сила и електронски микроскоп за скенирање.
Колку е мало големо?
Може да биде тешко да се визуелизира колку се мали нештата во нано скалата. Следната вежба може да ви помогне да визуелизирате колку големи можат да бидат малите! Размислете за топка за куглање, топка за билјард, топка за тенис, топка за голф, мермер и грашок. Размислете за релативната големина на овие предмети.
Електронски микроскоп за скенирање
Електронскиот микроскоп за скенирање е посебен вид електронски микроскоп што создава слики од површината на примерокот скенирајќи ја со високоенергетски зрак на електрони во шема на растерско скенирање. Во растерско скенирање, сликата се сече во низа (обично хоризонтални) ленти познати како „линии за скенирање“. Електроните комуницираат со атомите што го сочинуваат примерокот и произведуваат сигнали кои обезбедуваат податоци за обликот, составот на површината, па дури и за тоа дали може да спроведе електрична енергија. Многу слики направени со електронски микроскопи за скенирање може да се прегледаат на www.dartmouth.edu/~emlab/gallery.
Колку е мал мал?
Може да биде предизвик да се замисли колку е мал нанометарот! Што е нанометар? Лист хартија е дебел околу 100,000 XNUMX нанометри. Но, колку е големо тоа?
Графиконот подолу треба да ви помогне да разберете колку е навистина мал нано. Забележете дека еден сантиметар е 1/100 метар. Тоа исто така значи дека метар е 100 пати поголем од сантиметар. Ако некој предмет би бил широк метар, тој би бил широк и 1,000,000,000 нанометри. Значи, нешто што е широко само 1 nm е навистина мало.
симбол | Релативна големина | |
метар | m | Три стапки или еден двор |
сантиметар | cm | 1/100 метар, околу половина инч |
милиметар | mm | 1 / 1,000 метар |
микрометар или микрон | μm | 1 / 1,000,000 метар, честопати наречен микрон |
нанометар | nm | 1 / 1,000,000,000 метар |
Интернет конекции
Препорачано четиво
- Нанотехнологија за амили (ISBN: 978-0470891919)
- Нанотехнологија: Разбирање на малите системи (ISBN: 978-1138072688)
Активност за пишување
Напишете есеј или пасус со три примери за тоа како пронајдокот на електронскиот микроскоп има влијание врз светот.
Усогласување со рамки на наставните програми
Забелешка: Плановите за лекции во оваа серија се усогласени со еден или повеќе од следниве групи на стандарди:
- Стандарди за образование на науки во САД (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Научни стандарди на следната генерација на САД (http://www.nextgenscience.org/)
- Стандарди за меѓународна технолошка асоцијација за технолошка писменост (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Национален совет на наставници по математика на САД, принципи и стандарди за училишна математика (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Заеднички основни државни стандарди на САД за математика (http://www.corestandards.org/Math)
- Здружение на наставници по компјутерски науки К-12 Стандарди за компјутерски науки (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Национални стандарди за образование во наука Оценки К-4 (возраст 4 - 9)
СТАНДАРД СОДРИНА А: Наука како истражување
Како резултат на активности, сите ученици треба да се развиваат
- Способности неопходни за вршење на научни истражувања
СОДРИНА СТАНДАРД Б: физички науки
Како резултат на активностите, сите ученици треба да развијат разбирање за
- Карактеристики на предмети и материјали
СТАНДАРД СОДРИНА Е: Наука и технологија
Како резултат на активности, сите ученици треба да се развиваат
- Способности на технолошки дизајн
- Разбирање за науката и технологијата
СТАНДАРД СОДРИНА Г: Историја и природа на науката
Како резултат на активности, сите ученици треба да развијат разбирање за
- Науката како човечки потфат
Национални стандарди за образование во наука Одделение 5-8 (возраст од 10 до 14 години)
СТАНДАРД СОДРИНА А: Наука како истражување
Како резултат на активности, сите ученици треба да се развиваат
- Способности неопходни за вршење на научни истражувања
- Разбирање за научни истражувања
СОДРИНА СТАНДАРД Б: физички науки
Како резултат на нивните активности, сите студенти треба да развијат разбирање за
- Својства и промени на својствата во материјата
СТАНДАРД СОДРИНА Е: Наука и технологија
Како резултат на активности во 5-8 одделение, сите ученици треба да се развиваат
- Способности на технолошки дизајн
- Разбирање за науката и технологијата
Стандарди за наука на следната генерација оценки 2-5 (7-11 возраст)
Материјата и нејзините интеракции
Студентите кои демонстрираат разбирање можат:
- 5-ПС1-1. Развијте модел за да опишете дека материјата е составена од честички премали за да може да се видат.
Принципи и стандарди за училишна математика (возраст од 6 до 18 години)
Број и стандард за работење
- Разберете ги броевите, начините на претставување на броевите, односите меѓу броевите и броевите системи
- Разберете ги значењата на операциите и како тие се поврзани едни со други
- Течно пресметајте и направете разумни проценки
Мерење
- разбере мерливи атрибути на објектите и единиците, системите и процесите на мерење.
- примени соодветни техники, алатки и формули за одредување на мерењата.
Принципи и стандарди за училишна математика (возраст од 6 до 18 години)
Решавање на проблеми
- градат нови математички знаења преку решавање на проблеми.
- решаваат проблеми што се јавуваат во математиката и во други контексти.
- применуваат и прилагодуваат различни соодветни стратегии за решавање на проблемите.
- следи и размислува за процесот на решавање на математички проблеми.
Врски
- да препознава и применува математика во контексти надвор од математиката.
Застапеност
- создаваат и користат репрезентации за организирање, снимање и комуницирање на математички идеи.
- изберете, применете и преведете меѓу математички претстави за решавање на проблеми.
Заеднички основни државни стандарди за училишна математика одделение 2-8 (возраст 7-14)
Мерење и податоци
- Измерете ги и проценете ги должините во стандардни единици.
- CCSS.Math.Содржина.2.MD.A.1 Измерете ја должината на објектот со избирање и користење на соодветни алатки како што се правила, мерила, стапчиња за мерење и ленти за мерење.
- Претставуваат и толкуваат податоци.
- CCSS.Math.Содржина.2.MD.A.3 Проценете ги должините користејќи единици инчи, стапки, сантиметри и метри.
Заеднички основни државни стандарди за училишна математика одделение 2-8 (возраст 7-14)
Мерење и податоци (продолжение)
- Решавајте проблеми што вклучуваат мерење и претворање на мерењата.
- CCSS.Math.Содржина.4.MD.A.1 Да знаете релативни големини на мерни единици во рамките на еден систем на единици, вклучувајќи км, м, см; кг, г; lb, oz .; л, мл; час, мин, сек. Во рамките на единствен систем на мерење, експресни мерења во поголема единица во смисла на помала единица. Евиденција на мерење запишете во табела со две колони. На пример, знајте дека 1 ft е 12 пати подолг од 1 in. Изразете ја должината на змија од 4 ft како 48 in. Создадете табела за конверзија за стапки и инчи наведувајќи ги паровите со броеви (1, 12), (2, 24 ), (3, 36),
- Конвертирајте како единици за мерење во даден систем за мерење.
- CCSS.Math.Содржина.5.MD.A.1 Претворете меѓу стандардни мерни единици со различна големина во рамките на даден систем за мерење (на пр., Претворете 5 см во 0.05 м) и искористете ги овие конверзии во решавање на повеќестепени, реални проблеми.
Стандарди за технолошка писменост - сите векови
Природата на технологијата
- Стандард 1: Студентите ќе развијат разбирање за карактеристиките и обемот на технологијата.
- Стандард 3: Студентите ќе развијат разбирање за односите меѓу технологиите и врските помеѓу технологијата и другите области на студии.
дизајн
- Стандард 9: Студентите ќе развијат разбирање за инженерскиот дизајн.
Способности за технолошки свет
- Стандард 13: Студентите ќе развијат способности за проценка на влијанието на производите и системите.
Колку е мало големо?
Може да биде тешко да се визуелизира колку се мали нештата во нано скалата. Следната вежба може да ви помогне да визуелизирате колку големи можат да бидат малите!
Следното е цртеж на предмети што може да ги препознаете. топка за куглање, топка за билјард, топка за тенис, топка за голф, мермер и грашок. Размислете за релативната големина на овие предмети.
Сега разгледајте ја табелата подолу, развиена од Националниот институт за карцином (САД) и размислете колку се помали различните предмети ... се движат надолу од познатата тениска топка. „„ “ на оваа страница се наоѓаат 1,000,000 микрони - прилично гигантски во споредба со вирус или единствена молекула вода (Х.20).
Може да биде предизвик да се замисли колку е мал нанометарот!
Што е нанометар?
Лист хартија е дебел околу 100,000 1 нанометри. Но, колку е тоа големо? Графиконот подолу треба да ви помогне да разберете колку е навистина мал нано. Забележете дека еден сантиметар е 100/XNUMXth на метар. Тоа исто така значи дека метар е 100 пати поголем од сантиметар. Ако некој предмет би бил широк метар, тој би бил широк и 1,000,000,000 нанометри. Значи, нешто што е широко само 1 nm е навистина мало.
Сликата надесно е кристали на единствени златни наночестички формирани со употреба на радиолиза во објектот за гама-зрачење на Националната лабораторија Сандија.
Златната наночестичка е со големина приближно 30 nm.
симбол | Релативна големина | |
метар | m | околу три стапки или еден двор |
сантиметар | cm | 1/100 метар, околу половина инч |
милиметар | mm | 1 / 1,000 метар |
микрометар или микрон | μm | 1 / 1,000,000 метар, честопати наречен микрон |
нанометар | nm | 1 / 1,000,000,000 метар |
Мерење во нанометри:
Вие сте дел од тим инженери на кој му е даден предизвик да измери десет предмети во вашата училница во нано скала - во нанометри (nm).
Измерете го секој предмет во милиметри, а потоа преобразувајте користејќи ја следнава формула:
1 милиметар = 1,000,000 нанометри
or
1 сантиметар = 10,000,000 XNUMX XNUMX нанометри
Значи, ако користениот креон беше долг 4 сантиметри, тој исто така би бил 40,000,000 нанометри во должина.
Фаза на мерење
Завршете ги следните мерења како група:
Предмет во училница | Оригинално мерење | Мерење во нанометри |
1. | ||
2. | ||
3. | ||
4. | ||
5. | ||
6. | ||
7. | ||
8. | ||
9. | ||
10. |
Фаза на евалуација
Пополнете ги следниве прашања како група:
1. Кое беше најизненадувачкото нешто што го научивте за нанотехнологијата за време на оваа активност?
2. Дали мислите дека ќе можете да видите елемент кој беше широк 10 нанометри без помош на технологијата?
3. Ако еден лист хартија е дебел околу 100,000 нанометри, како мислите дека еден инженер би се обидел да премести елемент со дебелина од само 30 нанометри - како златната честичка надесно?
4. Дали сметате дека на инженерите кои работат во нано скала потешко им е да ја завршат својата работа отколку инженерите кои работат со поголеми предмети, како што се батерии, ракети или челични лимови? Зошто?
5. Дали мислите дека нанотехнологијата може да има најголемо влијание врз развојот на материјалите, подобрувањата во енергетските опции или напредувањето во здравството? Зошто?