Μάθημα : Χτίζοντας ένα κύκλωμα σε σειρά: ανακαλύπτω τη σχέση ρεύματος, τάσης και αντίστασης

Σκοπός της παρούσας διδακτικής παρέμβασης είναι η διερεύνηση της συνδεσμολογίας αντιστάσεων σε σειρά σε κύκλωμα συνεχούς ρεύματος, με τη χρήση της προσομοίωσης PhET. Οι μαθητές/τριες, μέσα από την κατασκευή κυκλώματος, τη μέτρηση της έντασης του ρεύματος και της τάσης, καθώς και την επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων, επιδιώκεται να κατανοήσουν ότι σε κύκλωμα σειράς το ρεύμα παραμένει ίδιο σε όλα τα σημεία, η ολική αντίσταση ισούται με το άθροισμα των επιμέρους αντιστάσεων και η τάση της πηγής κατανέμεται στις αντιστάσεις.

Μετά την ολοκλήρωση της διδακτικής παρέμβασης, οι μαθητές/τριες θα είναι σε θέση:

• Να αναγνωρίζουν τη συνδεσμολογία αντιστάσεων σε σειρά και να εξηγούν ότι το ίδιο ρεύμα διαρρέει όλα τα στοιχεία του κυκλώματος,
• Να υπολογίζουν την ισοδύναμη αντίσταση με τη σχέση Rολ = R1 + R2 + … και να επιβεβαιώνουν το αποτέλεσμα μέσα από την προσομοίωση του PhET,
• Να μετρούν ένταση και τάση με εικονικό αμπερόμετρο και βολτόμετρο και να καταγράφουν συστηματικά δεδομένα,
• Να ερμηνεύουν την κατανομή της τάσης ανάλογα με την τιμή κάθε αντίστασης και να επαληθεύουν ή να απορρίπτουν την αρχική τους υπόθεση.

Γεια σας και καλώς ήρθατε στο ψηφιακό μας μάθημα με τίτλο:

«Χτίζοντας ένα κύκλωμα σε σειρά: ανακαλύπτω τη σχέση ρεύματος, τάσης και αντίστασης»

Στην ενότητα αυτή θα αναλάβετε τον ρόλο του/της ερευνητή/τριας και θα προσπαθήσετε να ανακαλύψετε, μέσα από ψηφιακό πειραματισμό, τι συμβαίνει σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα όταν δύο αντιστάσεις συνδέονται σε σειρά.

Θα χρησιμοποιήσετε την προσομοίωση PhET – Circuit Construction Kit: DC, θα κατασκευάσετε ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος, θα κάνετε μετρήσεις με εικονικό αμπερόμετρο και βολτόμετρο και θα καταγράψετε τα συμπεράσματά σας στο φύλλο εργασίας.

Τι θα μάθετε;

Μέσα από δραστηριότητες διερεύνησης και ψηφιακού πειραματισμού θα είστε σε θέση:

• Να αναγνωρίζετε τη συνδεσμολογία αντιστάσεων σε σειρά.

• Να εξηγείτε ότι σε ένα κύκλωμα σειράς η ένταση του ρεύματος είναι ίδια σε όλα τα σημεία.

• Να υπολογίζετε την ολική αντίσταση δύο αντιστάσεων σε σειρά.

• Να εφαρμόζετε τη σχέση Rολ = R1 + R2.

• Να πραγματοποιείτε μετρήσεις έντασης ρεύματος με αμπερόμετρο.

• Να πραγματοποιείτε μετρήσεις τάσης με βολτόμετρο.

• Να παρατηρείτε πώς κατανέμεται η τάση στις επιμέρους αντιστάσεις.

• Να διατυπώνετε υποθέσεις, να τις ελέγχετε μέσα από την προσομοίωση και να καταλήγετε σε συμπεράσματα.

Πώς θα εργαστείτε;

Θα εργαστείτε σε μικρές ομάδες των δύο ή τριών ατόμων.

Κάθε ομάδα θα ακολουθήσει τα βήματα του φύλλου εργασίας:

1. Θα διαβάσετε το ερευνητικό ερώτημα.

2. Θα κάνετε την αρχική σας πρόβλεψη.

3. Θα ανοίξετε την προσομοίωση PhET.

4. Θα κατασκευάσετε κύκλωμα με δύο αντιστάσεις σε σειρά.

5. Θα μετρήσετε την ένταση του ρεύματος σε διαφορετικά σημεία του κυκλώματος.

6. Θα μετρήσετε την τάση στα άκρα κάθε αντίστασης.

7. Θα υπολογίσετε την ολική αντίσταση.

8. Θα αλλάξετε τις τιμές των αντιστάσεων και θα συγκρίνετε τα αποτελέσματα.

9. Θα συμπληρώσετε το τελικό συμπέρασμα της ομάδας σας.

10. Θα υποβάλετε το συμπληρωμένο φύλλο εργασίας στην εργασία του e-class.

Τι θα χρειαστείτε;

Για την ολοκλήρωση της δραστηριότητας θα χρειαστείτε:

• Το φύλλο εργασίας του μαθήματος.

• Την προσομοίωση PhET – Circuit Construction Kit: DC.

• Προσοχή στις οδηγίες.

• Συνεργασία μέσα στην ομάδα.

• Καλή καταγραφή των μετρήσεων και των παρατηρήσεών σας.

Τελικός στόχος

Στο τέλος της δραστηριότητας θα μπορείτε να εξηγήσετε με δικά σας λόγια τι συμβαίνει στο ρεύμα, στην τάση και στην ολική αντίσταση όταν οι αντιστάσεις συνδέονται σε σειρά.

Στο μάθημα αυτό θα διερευνήσουμε τη σύνδεση αντιστάσεων σε σειρά. Θα χρησιμοποιήσουμε την προσομοίωση PhET – Circuit Construction Kit: DC, για να κατασκευάσουμε ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος και να μετρήσουμε την ένταση του ρεύματος, την τάση και την ολική αντίσταση.

Στόχος μας είναι να ανακαλύψουμε τι συμβαίνει στο ρεύμα, στην τάση και στην ολική αντίσταση όταν οι αντιστάσεις συνδέονται σε σειρά.

Κατεβάστε το φύλλο εργασίας «Διερευνώ τη συνδεσμολογία σε σειρά με το PhET».

Πριν ανοίξετε την προσομοίωση, διαβάστε το ερευνητικό ερώτημα και απαντήστε στις ερωτήσεις πρόβλεψης.

Στη συνέχεια θα χρησιμοποιήσετε το φύλλο εργασίας για να καταγράψετε τις μετρήσεις, τις παρατηρήσεις και τα συμπεράσματα της ομάδας σας.

Ανοίξτε την προσομοίωση PhET – Circuit Construction Kit: DC.

Επιλέξτε την ελληνική έκδοση και μεταβείτε στην οθόνη «Εργαστήριο».

Εκεί θα κατασκευάσετε κύκλωμα με:

• μία μπαταρία,
• δύο αντιστάσεις σε σειρά,
• καλώδια σύνδεσης.

Ρυθμίστε την τάση της πηγής στα 12 V και τις αντιστάσεις στις τιμές R1 = 4 Ω και R2 = 8 Ω

Μετρήστε την ένταση του ρεύματος σε τρία σημεία του κυκλώματος:

• πριν από την R1,
• ανάμεσα στην R1 και την R2,
• μετά την R2.

Στη συνέχεια μετρήστε την τάση:

• στα άκρα της R1,
• στα άκρα της R2,
• στα άκρα της πηγής.

Καταγράψτε όλες τις τιμές στους πίνακες του φύλλου εργασίας και υπολογίστε την ολική αντίσταση.