Vmbo thematisch

Vmbo thematisch

1. Mechanica

Practicum videometen treintje

Ikea treintje Lillabo (https://www.ikea.com/nl/nl/p/lillabo-locomotief-op-batterijen-50320056/)
Ikea treintje Lillabo (https://www.ikea.com/nl/nl/p/lillabo-locomotief-op-batterijen-50320056/)

Onderwerp: Eenparige beweging

Docentenhandleiding

Omschrijving

In deze activiteit gaan leerlingen leren hoe ze met videometen een grafiek kunnen maken van de beweging van een speelgoed treintje. Het is bedoeld voor leerlingen die (bijvoorbeeld in de onderbouw) al een keer het practicum over de beweging van een treintje al gedaan hebben. Met deze activiteit herhalen ze wat ze weten over plaats,tijd- en snelheid,tijd- grafieken en oefenen ze met het opstellen van een vergelijking voor beweging.  Tot slot wordt de representatie van de bewegingskaart geïntroduceerd.

Leerdoelen

  • Een videometing kunnen ijken en uitvoeren.
  • Een beweging in woorden beschrijven (herhaling)
  • Een snelheid,tijd grafiek kunnen maken van een voorwerp met constante snelheid. (herhaling)
  • Een vergelijking opstellen bij een plaats,tijd-grafiek.
  • Een bewegingskaart kunnen maken

Voorkennis

  • Geoefend met het opstellen van vergelijkingen bij lineaire grafieken.

  • Eerder geoefend met plaats,tijd-grafieken en snelheids,tijd-grafieken

Benodigdheden

  • Laptops met Coach 7
  • Activiteit ‘videometen treintje’

Klassikale introductie van het practicum

  • Als de groep niet eerder met Coach heeft gewerkt, laat dan duidelijk zien hoe het programma start en waar ze de activiteit kunnen ophalen. Laat ook zien wat de verschillende vensters zijn en wat ze doen.
  • Leg uit dat ze eerst metingen gaan doen met het programma en dan de beweging op verschillende manieren gaan representeren op het whiteboard.
  • Laat zien welke representaties van de beweging uiteindelijk op het whiteboard moeten komen (beschrijving in woorden, plaats,tijd-grafiek, vergelijking, snelheids,tijd grafiek en het ‘spoor’. Het spoor is een knop in Coach waarmee je alle meetpunten van de videometing zichtbaar kan maken. Dit introduceer je niet: in de instructie staat welke knop ze moeten hebben. Leerlingen kunnen zelf nadenken over wat de betekenis is van dit spoor).

Uitvoering

  • Leerlingen volgen de instructies in het opdrachten scherm. In de instructievideo (gebaseerd op een video van Onne van Buuren) staat toegelicht hoe ze bijvoorbeeld metingen kunnen doen, de video kunnen ijken en de grafiek uit kunnen lezen.

  • Leerlingen zullen hulp nodig hebben met het programma.

Organisatie (optioneel)

Tijdsplanning:

  • Leerlingen kunnen de metingen in tweetallen doen, zodat ze allemaal voldoende werk hebben.
  • Leerlingen werken ongeveer 15 minuten aan het doen van de metingen en 10 minuten aan het opmaken van het whiteboard. Daarna wordt het practicum besproken in de kring.

Klassenorganisatie

  • Vraag leerlingen om groepjes van 3 of 4 te vormen om de whiteboards te maken.

Inhoud kringgesprek

  • Wat betekent de helling? Heb je daar bewijs voor (eenheden)?
  • Wat betekent het snijpunt met de y-as?
  • Wat stelt het ‘spoor’ voor?
  • Als je alleen het spoor ziet, weet je dan in welke richting de trein bewoog?
  • Hoe heb je de v,t-grafiek gemaakt?

Inhoud logboek (optioneel)

Laat ze een overzicht maken van verschillende representaties van beweging met constante snelheid.

Voorbeeld resultaten (optioneel)

In woorden: het treintje verplaatst zich van links naar rechts met een constante snelheid. Hij begint op 8,0 cm rechts van de oorsprong.

Plaats = 8,5·tijd + 8,0

Spoor:
+        +        +        +        +        +        +        +        +        +        +        +

Voorbeeld x,t-grafiek
Voorbeeld x,t-grafiek
Voorbeeld v,t-grafiek
Voorbeeld v,t-grafiek

Practicum botsende treintjes

Onderwerp: Eenparige beweging

Docentenhandleiding

Omschrijving

In deze activiteit passen leerlingen toe wat ze hebben geleerd over constante snelheid. Ze krijgen twee treintjes per groep (een snelle en een langzame) en mogen hier metingen aan doen. Daarna zullen de treintjes een bepaalde afstand uit elkaar worden gezet en op elkaar af rijden. Hun opdracht is te voorspellen waar dit gaat gebeuren en op die plek een stukje schilderstape op de vloer te plakken. Dit probleem kan met verschillende representaties van het constante snelheid model worden opgelost.

Leerdoelen

  • Het toe kunnen passen van verschillende representaties van het constante snelheid model voor het oplossen van een praktisch probleem.

Voorkennis

  • Leerlingen moeten bewegingen met een constante snelheid kunnen representeren als x,t-grafiek, als bewegingskaart en als formule.

Benodigdheden

  • Twee ikea treintjes (LILLABO locomotief op batterijen). Bij één van deze treintjes vervang je één batterij door een leeg exemplaar, die je omwikkeld hebt met aluminium folie. Hierdoor wordt hij langzaam.
  • Linialen
  • Stopwatches
  • Whiteboards, markers en doekjes
  • Schilderstape
  • Lang meetlint.

Klassikale introductie van het practicum

  • Leg het doel van het practicum uit. Geef niet te veel instructie: het ‘hoe’ is helemaal aan de leerlingen.
  • Geef wel aan dat ze whiteboards kunnen gebruiken om met elkaar te overleggen.
  • Geef aan dat ze 5 minuten krijgen om te meten. Daarna moeten ze hun treintjes inleveren met een briefje met hun naam erbij. Zo kunnen ze hun eigen treintjes terugvinden.
  • Pas dan krijgen ze te horen hoe ver de treintjes uit elkaar zullen worden gezet. Ze krijgen 10-15 minuten de tijd om uit te werken waar ze gaan botsen. Ze markeren deze plek met een stuk schilderstape.

Uitvoering

  • Zet van te voren (of tijdens het werken) een baan uit van ongeveer 2,5 m lang. Dit kan met een strook schilderstape. Het is handig om groepjes te nummeren en deze nummers op de strook schilderstape te schrijven. Zo krijgt ieder groepje een eigen plek om de treintjes neer te zetten.
  • Zorg dat leerlingen niet te vroeg weten hoe ver de treintjes uit elkaar staan. Anders gaan ze het gewoon uitproberen.

Organisatie (optioneel)

Tijdsplanning:

  • Leerlingen mogen 5 minuten metingen doen aan hun treintje. Vertel ze niet wat ze moeten meten.
  • Daarna wordt de baanlengte bekend gemaakt. Leerlingen mogen 10-15 minuten werken om de plaats van de botsing te bepalen.
  • Zet ieder groepje op een eigen plek. Laat de groepjes één voor één de treintjes starten, zodat goed te zien is wie goed heeft voorspeld

Inhoud kringgesprek

  • Welke verschillende oplossingsmethodes waren er?
  • Wat waren de voor- en nadelen van deze methodes?
  • Voorbeeld resultaten (optioneel)

Voorbeeld van een leerling uitwerking.
Voorbeeld van een leerling uitwerking.

Oefening krachten tekenen met snelle feedback

Werkblad: Krachtendiagrammen1

Bij beide aanpakken eerst de instructies voor krachten tekenen even klassikaal doornemen (pagina 2).

Belangrijk: alle krachten krijgen een label van … op …. Bijvoorbeeld kracht van hand op bal. Dit consistent labelen benadrukt dat krachten interacties zijn en onderscheidt wat de kracht veroorzaakt en wat de kracht ondergaat. Dit kan veel problemen voorkomen.

Aanpak 1 ontwikkelen van het krachtbegrip

  1. Leerlingen lezen de instructies en tekenen dan de krachtendiagrammen individueel op dit werkblad.
  2. In groepjes van drie vergelijken leerlingen resultaten en zetten de beste oplossingen op het whiteboard. Zet ook een foute oplossing op het whiteboard en waarom die fout is.
  3. In een klassikale discussie worden oplossingen besproken. Wanneer er veel fouten zijn, teken dan nog even een nieuwe situatie op het bord

Aanpak 2 na mechanica onderwijs formatief oefenen en toetsen van het krachtbegrip

  1. Leerlingen lezen de instructies en doen een oefenopgave.
  2. Vervolgens projecteert de docent de opgaven één voor één op het bord en leerlingen tekenen individueel het gevraagde krachtendiagram. Bij elke opgave loopt de docent even door de klas en ziet welke fouten worden gemaakt, geeft eventueel even kort individueel feedback. Een Powerpointbestand is beschikbaar.
  3. Zeer korte klassikale bespreking van de meest voorkomende fout en volgende slide. Houd de vaart erin!

Waarom bij aanpak 2 opgaven één voor één en individueel? Dat is om echt te werken aan individuele verbetering van misconcepties en om na elke opgave met feedback de leerling gelegenheid te geven de volgende opgave beter te doen. De leerling merkt dat hij of zij het steeds beter doet en dat motiveert! Eventueel een paar lessen later in 5 of 10 minuten nog enkele opgaven herhalen of nieuwe verzinnen. De verbetering is zeer zichtbaar!         

Instructies krachten tekenen

Krachten worden getekend als een pijl,

  • die aangrijpt op een voorwerp en begint in dat voorwerp (hoewel wrijvingskrachten en normaal krachten aangrijpen aan het oppervlak, worden ze in het object getekend opdat duidelijk is op welk object ze werken);
  • die wijst in de richting van de kracht;
  • met een lengte die de grootte van de kracht aangeeft;
  • waarbij het voorwerp dat de kracht uitoefent èn het voorwerp waarop de kracht werkt worden aangegeven, dus Faarde op steen.

De resultante of netto kracht is de som van alle krachten die op een voorwerp werken en we gebruiken een dubbele pijl (Þ) om die te onderscheiden van alle afzonderlijke krachten.

Voorbeeld 1: Figuur 1a laat een blok zien in vrije val en we verwaarlozen de wrijving met lucht. De pijl start in het blok en het label laat de oorzaak zien (aarde) en het voorwerp waarop de kracht werkt (het blok.

Voorbeeld 2: Figuur 2 laat een blok zien dat naar rechts glijdt met wrijving in tegengestelde richting. Hoewel de wrijving op het oppervlak werkt, tekenen we de kracht duidelijk in het blok opdat duidelijk is op welk voorwerp de kracht werkt. Het exacte punt waar de kracht aangrijpt, is alleen van belang bij

rotaties. Alleen de wrijvingskracht is getekend, andere krachten niet. De snelheidsvector is getekend als een pijl met puntjes om verschil te maken met de kracht pijl.

Voorbeeld 3: Figuur 3 laat de krachten op een steen zien die door twee touwtjes in positie wordt gehouden.

 

Opdracht

In de volgende figuren teken alle krachten die op de steen werken. Let op de grootte en richting van de krachten. Gebruik de correcte labels kracht van wat op wat zoals Faarde op steen, Ftouw1 op steen, etc.

Geen beweging

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Beweging

 

 

 

 

 

 

 

Versnelling

 

 

Practicum massa en gewicht

Onderwerp: mechanica

Omschrijving

In deze proef gaan de leerlingen zelf het verband ontdekken tussen massa en zwaartekracht. Ze hangen verschillende massa’s aan een krachtmeter en tekenen de grafiek van massa tegen zwaartekracht. Vervolgens stellen ze een formule op die bij de grafiek past en bespreken ze wat de betekenis is van de richtingscoëfficiënt van deze formule.

Deze proef is geschikt voor de onderbouw, vanaf de 2e klas.

Leerdoelen

  • Kunnen maken van goede meettabellen en grafieken

  • Een formule op kunnen stellen bij een grafiek die een rechte lijn door de oorsprong is.

  • De zwaartekracht op of de massa van kunnen berekenen met  Fz=m·g \(F_z=m⋅g .\)

  • Begrijpen wat de 'g' betekent in de formule \(F_z=m⋅g .\)

Voorkennis

  • Leerlingen weten wat een kracht is (duwen/trekken, een interactie tussen twee dingen).

  • Fijn als leerlingen al ervaring hebben met het maken van meettabellen, grafieken en formules, maar niet noodzakelijk.

Benodigdheden

  • Voorwerpen met verschillende (bekende) massa’s die je aan een krachtmeter kan hangen. Het hoeven niet allemaal dezelfde voorwerpen te zijn. Handig om de massa’s er op te schrijven.  Als je de tijd hebt, kun je de leerlingen zelf de massa laten bepalen met een balans (deze meet massa onafhankelijk van gewicht). Je kan ook volstaan met laten zien dat je van te voren de massa’s hebt bepaald met een balans.

  • Krachtmeters (bereik tot 5N; eventueel kun je ook een krachtmeter met een kleiner bereik geven voor kleinere massa’s).

  • Statieven met klemmen.

Klassikale introductie van het practicum

  • Laat zien hoe de krachtmeter werkt.

  • Vraag hoe je kan zien dat er een kracht werkt op de krachtmeter (de veer aan de binnenkant wordt vervormd).

  • Hang een voorwerp aan de krachtmeter. Vraag de leerlingen welke kracht nu wordt gemeten (Veerkracht; klopt! De veerkracht van de krachtmeter. Zwaartekracht wordt ook al snel genoemd. Zo niet; vraag dan of het de veerkracht zelf is die ervoor zorgt dat de veer wordt uitgerekt.) Als leerlingen al hebben gewerkt met krachtendiagrammen. Laat ze dan een diagram tekenen van de krachten op het gewicht. Laat ze iedere kracht een label geven van de vorm F[soort],van [voorwerp 1] op [voorwerp 2] . Dit zou het volgende op moeten leveren:

  • Vraag wat we moeten doen om de kracht die we meten te veranderen (een ander voorwerp ophangen).

  • Vraag welke grootheid we dan veranderen. (Gewicht). Op dit punt kan je een korte discussie voeren over het verschil tussen gewicht en massa. Definieer gewicht als hoe hard je op de grond duwt en massa als uit hoeveel ‘spul’ je bestaat. Vraag de leerling om zich voor te stellen dat we dit proefje in de ruimte doet. Is het voorwerp dan gewichtloos? Is het massaloos?

  • Indien de tijd het toelaat kun je een tabel maken met verschillen tussen massa en gewicht

Massa

Gewicht

Definitie

Hoeveelheid ‘spul’

Kracht waarmee je op de grond duwt.

Eenheid

Kilogram Kg

Newton N

Als je dit meet op de maan…

Blijft massa hetzelfde

Wordt het gewicht minder

Kan je meten met…

Een balans

Een weegschaal/veerunster

  • Wat zou de krachtmeter aanwijzen in de ruimte (niets). Hoe komt dat (het voorwerp is gewichtloos). Dan kunnen we concluderen dat de krachtmeter eigenlijk gewicht meet. Zwaartekracht en gewicht zijn kennelijk hetzelfde. Dan kunnen we in dit experiment beter massa kiezen als grootheid om te veranderen.

Uitvoering

  • Opdracht: onderzoek het verband tussen massa en zwaartekracht. Meet hiertoe bij verschillende massa’s de zwaartekracht. Verwerk je metingen in een meettabel. Maak een grafiek van je metingen. Een goede klas kun je vragen om te proberen een formule op te stellen bij de grafiek.
  • Spreek van te voren eenheden af (kracht in Newton, massa in kg)

Organisatie (optioneel)

Tijdsplanning:

  • Introductie practicum (10 minuten)
  • Uitvoering (10 minuten)
  • Opmaken whiteboard (5 minuten)
  • Whiteboard bespreking (15 minuten)

Klassenorganisatie

  • Laat de leerlingen in groepjes van 3 werken, groepjes random samengesteld.
  • Laat de leerlingen eerst, als groepjes, de proef uitwerken op papier. Pas als dat af is mogen ze een whiteboard pakken.
  • Laat leerlingen de onderzoeksvraag (Wat is het verband tussen massa en zwaartekracht?) en hun namen op het whiteboard vermelden, zodat duidelijk is wat ze doen en wie het doet.

Inhoud kringgesprek

  • Waar moet een goede tabel aan voldoen?
  • Waar moet een goede grafiek aan voldoen? (Deze vragen geven de leerlingen de kans om op een laagdrempelige manier te discussiëren over zaken die ze zelf goed snappen).
  • Wat is op alle borden hetzelfde? Wat is er anders?
  • Gaat de grafiek door 0,0 (de oorsprong)? Zou dat moeten?
  • Zie je een patroon in de datatabel? (Leerlingen zien twee patronen: als massa verdubbelt, verdubbelt ook de zwaartekracht én als je de massa met 10 vermenigvuldigt krijg je de zwaartekracht).
  • Kan je, met deze patronen, de zwaartekracht bij een massa van ….. voorspellen)? Test deze voorspelling.
  • Hoe kan je het tweede patroon opschrijven als wiskunde formule \(F_{z,vanAardeopgewicht} \) (oftewel) \(F_z=m⋅10\)
  • Wat betekent deze 10? Vraag de leerlingen wiskunde te gebruiken om de formule om te bouwen tot \(F_z/m=10\) . Laat zien welke eenheid de 10 krijgt (N/kg).
  • Vraag wat deze eenheid je vertelt over de betekenis van de 10.
  • Vraag of je op de Maan dezelfde grafiek zou vinden? (Ja, ook rechte lijnen). En vind je ook de 10? (Nee, die wordt lager). De ‘10’ zegt dus met hoeveel Newton de Aarde aan een massa van een kilogram trekt.
  • Hierna kan je aangeven dat je, met nog preciezere metingen, geen 10 maar 9,81 N/kg vindt. Introduceer de letter g = 9,81 N/kg

Inhoud logboek (optioneel)

  • Laat de leerlingen de formule noteren, met de betekenis van alle symbolen en de eenheden.
  • Laat ze opschrijven wat de waarde en betekenis van g is.

Voorbeeld resultaten (optioneel

 

Practicum veren

Omschrijving

In dit practicum leiden leerlingen zelf een formule af voor de kracht die een veer uitoefent bij uitrekking. Hiertoe doen ze zelf metingen aan een veer die wordt uitgerekt met een krachtmeter. De docent kan ervoor kiezen om de leerlingen een bepaalde context te bieden. Bijvoorbeeld: een ontwerper van fitness apparaten wil weten hoe hard je aan een veer moet trekken bij een bepaalde uitrekking.

Leerdoelen

  • Kunnen maken van goede meettabellen en grafieken
  • Een formule op kunnen stellen bij een grafiek die een rechte lijn door de oorsprong is.
  • De kracht die een veer uitoefent kunnen berekenen met \(F_v=C·u\).
  • De betekenis van de veerconstante C uit kunnen leggen.
  • (Extra: mogelijk ook laten zien dat het verband geldt binnen bepaalde grenzen (1 groepje bij extremere waarden laten meten of met elastiek)

Voorkennis

  • Leerlingen weten wat een kracht is (duwen/trekken, een interactie tussen twee dingen)
  • Fijn als leerlingen al ervaring hebben met het maken van meettabellen, grafieken en formules, maar niet noodzakelijk.

Benodigdheden

  • Statief (zonder klemmen)
  • Krachtmeters
  • Veer
  • Liniaal
  • Schilderstape (om meetpunt te markeren)
  • Whiteboard en toebehoren
  • Eventueel wat extra/alternatief materiaal voor 1 of 2 groepjes zoals elastiek, rekbanden van fysiotherapie met passende gewichten (bv 1 kg), elastiek dat in kleding wordt gebruikt, etc.

Klassikale introductie van het practicum

  • Als de leerlingen nog niet eerder met een krachtmeter hebben gewerkt, laat dan zien hoe de krachtmeter werkt.
  • Maak de veer zo vast aan het statief dat de veer horizontaal op tafel ligt.
  • Rek de veer uit met een krachtmeter. Vraag de leerlingen wat we aan deze situatie zouden kunnen meten. Ze moeten in ieder geval veerkracht en lengte en/of uitrekking van de veer noemen.
  • Bespreek met ze hoe je de veerkracht meet (met de krachtmeter).
  • Bespreek welke grootheid (lengte of uitrekking) bepaalt hoe groot de veerkracht wordt. Laat zien dat twee veren van verschillende lengte die je niet uitrekt allebei 0 N uitoefenen. Kan de lengte dan bepalen hoe groot de kracht wordt? (Nee).
  • Vraag of er een verband zou kunnen bestaan tussen uitrekking van de veer en veerkracht (zou kunnen).
  • Laat de leerlingen zelf nadenken hoe ze nauwkeurig de uitrekking van de veer kunnen meten. Noem expliciet dat ze hier over na moeten denken, maar geef (nog) geen tips.

Als alternatief zou je ook gewichtjes kunnen ophangen aan de krachtmeter. Dit heeft als nadeel dat de zwaartekracht de veer al een beetje uit zal rekken als er geen gewicht aan hangt. Leerlingen zien dit. Ook maakt het dit practicum complexer, omdat je uitgaat van krachtenevenwicht tussen zwaartekracht en veerkracht.

Uitvoering

  • Geef als opdracht om het verband tussen die twee te onderzoeken. Hiertoe maken ze een meettabel voor tenminste 5 verschillende uitrekkingen, een F,u-grafiek en een formule die past bij de grafiek.
  • Spreek van te voren af om uitrekking horizontaal uit te zetten en spreek af welke eenheden je gebruikt.

Organisatie (optioneel)

Tijdsplanning:

  • Introductie practicum (10 minuten)
  • Uitvoering (10 minuten)
  • Opmaken whiteboard (5 minuten)
  • Whiteboard bespreking (15 minuten)

Klassenorganisatie

  • Laat de leerlingen in random groepjes van 3 werken.
  • Laat de leerlingen eerst de proef uitwerken op papier. Pas als dat af is mogen ze een whiteboard pakken.
  • Laat leerlingen de onderzoeksvraag (Wat is het verband tussen uitrekking en veerkracht?) en hun namen op het whiteboard vermelden, zodat duidelijk is wat ze doen en wie het doet.

Inhoud kringgesprek

  • Wat is op alle borden hetzelfde? Wat is er anders?
  • Gaat de grafiek door 0,0 (de oorsprong)? Zou dat moeten? (Ja, want als de veer niet wordt uitgerekt, zou er ook geen veerkracht moeten zijn)
  • Wat betekent dat voor de formule (\(F_v=a·u+b\))? (De waarde van b moet 0 zijn).
  • Hoe bepaal je de waarde van a?  (Dat is de richtingscoëfficiënt, dus \(rc=\frac{F_v}{u}\))
  • Zijn de waarden van a voor alle grafieken gelijk? (Nee)
  • Welke eenheid heeft a? (N/cm)
  • Stel a = 2 N/cm. Hoe hard moet ik dan trekken om de veer 1 cm uit te rekken? (2 N) En 4 cm? (8 N). Benoem dat het getal dus iets zegt over hoe moeilijk het is om de veer uit te rekken. Dit noemen we stugheid.
  • Op dit punt kun je conformeren aan internationale afspraken. We gebruiken niet de letter a maar de letter C. Deze grootheid wordt de veerconstante genoemd. Deze wordt meestal gegeven in N/m (en niet per cm).
  • Wat voor nut heeft deze formule? De formule wordt OVERAL gebruikt, in weegschalen, sportscholen, auto’s en treinen, veren op deuren in huis, veren in ouderwetse horloges en klokken, etc.

Inhoud logboek (optioneel)

  • Laat de leerlingen de formule noteren, met de betekenis van alle symbolen en de eenheden.
  • Laat ze opschrijven wat de waarde en betekenis van C is.

Voorbeeld resultaten (optioneel)

2. Elektriciteit

Practicum vaardigheden: Ohmse weerstand

Schakelschema
Schakelschema

Docenthandleiding Wet van Ohm

Omschrijving

Als de spanning over een (Ohmse) weerstand twee keer zo groot wordt dan wordt de stroomsterkte door deze weerstand ook twee keer zo groot. Het verband tussen de stroomsterkte en de spanning is recht evenredig en dus voldoet een Ohmse weerstand aan de wet van Ohm (U=I∙R ). Met behulp van de schakeling uit figuur 1 maken de leerlingen een (I,U)-diagram van de weerstand. Door dit diagram met de wet van Ohm te combineren, bepalen ze de waarde van de gebruikte weerstand.

Er is ook een andere versie beschikbaar van het practicum Ohmse weerstand. De leerdoelen zijn hier anders.

Leerdoelen inhoud

  • Bij een Ohmse weerstand is het verband tussen de stroomsterkte door en de spanning over de weerstand recht evenredig. De Ohmse weerstand voldoet dus aan de wet van Ohm.
  • Begrippenlijst: Spanningsbron, stroommeter, spanningsmeter, Ohmse weerstand, , (I,U)-diagram

Leerdoelen vaardigheid

  • Praktische vaardigheden
    • Een schakeling aanvullen met een stroommeter en spanningsmeter voor het meten van de spanning over en de stroomsterkte door een component van de schakeling
    • Onderscheid maken tussen afhankelijke en onafhankelijke variabelen
  • Natuurkundige vaardigheden
    • Meetresultaten als meetpunten weergeven in een diagram en het verband tussen de twee grootheden tekenen met een rechte grafieklijn door de oorsprong
    • De richtingscoëfficiënt van een rechte lijn in een diagram bepalen
    • Wiskundige vergelijking van een lineaire lijn opstellen, uitgedrukt in natuurkundige grootheden

Voorkennis

  • De leerling kan een stroommeter en spanningsmeter op de juiste manier aansluiten en aflezen.
  • Een Ohmse weerstand voldoet aan de wet van Ohm.
  • De leerling kan een schematische tekening van een schakeling omzetten naar een fysieke representatie van de schakeling. Blijf er als docent alert op dat leerlingen hier fouten mee kunnen maken.

Benodigdheden

  • Stroommeter
  • Spanningsmeter
  • Regelbare spanningsbron
  • Ohmse weerstand (het maakt niet uit of de groepjes met gelijk of juist verschillende weerstanden werken)
  • Snoertjes

Klassikale introductie van het practicum

  • Wanneer leerlingen in de onderbouw niet met modeldidactiek hebben gewerkt, maken ze bij dit practicum voor het eerst kennis met deze didactiek. Neem de tijd om het idee achter deze didactiek uit te leggen. Voor meer informatie zie: Project Modeldidactiek - Bètapartners (betapartners.nl) en American Modeling Teachers Association – Transforming STEM Education (modelinginstruction.org)
  • Bespreek met de leerlingen het verschil tussen onafhankelijke en afhankelijke variabelen. Welke grootheid is de afhankelijke en welke de onafhankelijke variabele? Op welke plaats in de tabel en grafiek komt de (on)afhankelijke grootheid te staan? Leerlingen hebben een (I,U)-grafiek gemaakt waar de helling 1/R voorstelt.
  • Het klassikaal herhalen van de wet van Ohm en de Ohmse weerstand is niet nodig. Het activeren van de voorkennis gebeurt middels het practicum.

Aanrommelfase leerlingen

Leerlingen kunnen moeite hebben met het juist aansluiten en aflezen van de stroommeter en spanningsmeter.   

Meting leerlingen

Leerlingen kunnen te grote of juist te kleine tussenstapjes nemen waardoor het verband niet goed zichtbaar is en de waarde voor de weerstand onnauwkeurig bepaald wordt. In de leerlinghandleiding worden tussenstapjes van 0,4-0,6V geadviseerd.

Korte klassikale aanwijzingen

  • Korte herhaling over het juist aansluiten van de spanningsmeter en stroommeter wanneer veel leerlingen hier moeite mee lijken te hebben.
  • Bij het meten van de spanning worden tussenstapjes van 0,4-0,6 V geadviseerd.
  • Benadruk dat in de tabel en bij de assen in de grafiek de juiste grootheden en eenheden moeten komen te staan en niet alleen de titels ‘afhankelijke grootheid’ en ‘onafhankelijke grootheid’.
  • Er zullen zeker groepjes leerlingen zijn die scheurlijnen gebruiken. Je kunt er bewust voor kiezen minstens één grafiek met scheurlijn te behouden. Dit is een mooi punt voor de discussie.

Klassikale nabespreking

  • Geef leerlingen eerst de opdracht om naar elkaars borden te kijken. Welke verschillen zie je? Welke overeenkomsten zie je?
  • Welke grootheid is de onafhankelijke en welke de afhankelijke variabele? Kunnen zowel I als U de onafhankelijke variabele zijn? Hoe pas je de uitvoering dan aan?
  • Wat is het gevolg van het gebruik van scheurlijnen in de grafiek? In hoeverre is dit gebruik toegestaan gezien het doel van dit practicum?
  • Gegevens in de tabel worden door sommige leerlingen afgerond, andere leerlingen noteren metingen in 4 significante cijfers. Is de ene notatie beter dan de andere gezien het doel van dit practicum?
  • Sommige leerlingen noteren meetpunten als dikke stip of kruisje in de grafiek. Is dit ‘beter’ dan het gebruik van een dun stipje?
  • Welk verband is er tussen I en U? Hoe kun je dat zien aan de waarden in de tabel? Hoe kun je dit zien aan de vorm van de grafiek?
  • Hoe is de richtingscoëfficiënt zo nauwkeurig mogelijk bepaald? Gebruik je hier één meetwaarde voor of een punt op de trendlijn? Welke optie geeft een nauwkeuriger resultaat?
  • Op welke manier wordt de gevonden wiskundige vergelijking (uit de grafiek) gecombineerd met de wet van Ohm om de weerstandswaarde te vinden?
  • Hoe bepaal je de eenheid van de richtingscoëfficiënt?
  • Optioneel: laat leerlingen het beste bord uitkiezen en de gegevens hiervan netjes in hun schrift overnemen.
  • Tenslotte de vraag ‘wat heb je geleerd’ over natuurkunde (inhoudelijk) en over experimenteel onderzoek doen (vaardigheden).

Organisatie

  • Benodigde tijd: 50 minuten (introductie, uitvoering, verwerking, discussie).
  • Leerlingen werken in groepjes van drie en geven hun resultaten weer op een whiteboard.
  • Klassikale kringbespreking met whiteboards. De leerlingen staan achter hun bord.
  • Optioneel: laat leerlingen het beste bord uitkiezen en de gegevens hiervan netjes in hun schrift overnemen.

Voorbeeld resultaten

Uit de grafiek volgt: .

De wet van Ohm zegt:  \(\frac{U}{I}=constant = R\). De weerstand die bij dit practicum is gebruikt heeft dus een waarde van 9,6 Ω.

Practicum: Spanning in een schakeling

Model ontwikkelingles over spanning
Voor onderbouw havo/vwo en bovenbouw vmbo

Tijd 1 lesuur van 60 – 80 minuten, kan korter als de klassikale introductie in de les ervoor gedaan word.

Omschrijving

De leerlingen hebben de vorige les kennis gemaakt met stroomsterkte en eventueel hier een aantal opgaven overgemaakt. Nu gaan ze verder met het verschijnsel van elektriciteit, maar dan op het vlak van spanning. Hiervoor gebruiken we een analogie van de knikkerbaan. De hoogte van de knikkerbaan stelt de spanning voor. We meten nu het aantal knikkers per seconde in de knikkerbaan. Eventueel demo materiaal voor het maken van een baan volgt nog.

Leerdoelen inhoud

  • Het inzicht dat de knikkers een analogie zijn voor de stroomdeeltjes door een draad.
  • Het inzicht dat de stroom zich in een serie schakeling niet verdeelt maar in een parallelschakeling wel
  • Het inzicht dat de hoogte van de knikkerbaan belangrijk is voor de snelheid van de knikkers.
  • Dat het hoogteverschil als een maat voor de spanning kan worden beschouwd.
  • Dat het hoogteverschil in een serieschakeling moet worden verdeeld en in een parallelschakeling niet. Dus dat in een serieschakeling de spanning wordt verdeeld en in een parallelschakeling niet.
  • Beschrijven van eigenschappen van een serie en een parallelschakeling aan de hand van spanning.

Leerdoelen vaardigheden

  • Het kunnen bouwen van een serie en een parallelschakeling met twee of drie lampjes.
  • Het inzicht dat een voltmeter parallel geschakeld moet worden. Beschrijven van waarnemingen en uitkomsten uit experimenten en dit delen met anderen.

Voorkennis

  • De leerlingen moeten weten dat geladen deeltjes positief of negatief geladen kunnen zijn.
  • De leerlingen moeten weten dat stroomsterkte gezien kan worden als de hoeveelheid lading die per seconde passeert.
  • De leerlingen moeten kennis hebben over de eigenschappen van een serie- en parallelschakeling voor wat betreft stroomsterkte.
  • De leerlingen moeten een eenvoudige schakeling kunnen bouwen.

Benodigdheden

  • Demonstratie knikkerbaan en een camera.
  • Voedingskast ingesteld op een vaste spanning.
  • Snoeren en lampjes in fitting.
  • Voltmeter

Klassikale introductie van het practicum

  • De docent en de leerlingen bespreken eerst het fenomeen spanning en verkennen daarna  wat er gebeurt met de knikkers in de knikkerbaan. En herhalen de uitkomsten van het stroomsterkte practicum.
  • Varieer de hoogte van de baan en laat zien dat de steilheid van de baan de snelheid van de knikkers beïnvloed. Laat de leerlingen nadenken over het hoogteverschil voor de knikkers in de serie en in de parallel baan en benoem de verschillen. Schrijf de mogelijke berekeningen op het bord.
  • De docent laat daarna het practicum materiaal zien en vraagt de leerlingen of de mogelijk berekeningen ook zullen gelden in een stroomkring, waarbij ze een Voltmeter als hoogteverschil meter mogen gebruiken.
  • Leerlingen gaan aan de slag met het doen van de experimenten. Ze gaan de spanning meten in een serie en een parallelschakeling. Dit kan met twee of drie lampjes of met twee of drie weerstanden. Als ze schakelingen bouwen met lampjes en de voltmeter staat in serie dan heb je dit als docent wel eerder door. De docent controleert of de leerlingen de Voltmeter ook daadwerkelijk parallel schakelen en de schema’s op het bord tekenen.
  • Let op: benoem consequent dat de stroom door het lampje loopt en de spanning over het lampje staat.

Aanrommelfase

De leerlingen zullen in het begin mogelijk wat problemen ondervinden met het bouwen van de schakelingen. Laat ze de schakelingen controleren door een lampje uit te draaien, zodat ze kunnen controleren of ze een serie of parallelschakeling hebben gebouwd. Controleer ook goed de aansluitingen van de Voltmeter. Mogelijk zullen er op een gegeven moment een aantal spaghetti schakelingen ontstaan. Dan de leerlingen even bij sturen. Let op dat zowel de serie als de parallelschakeling wordt gebouwd.

Metingen leerlingen

Bij dit practicum is het van belang dat alle leerlingen in principe op dezelfde antwoorden uitkomen. Is dit niet zo, dan is de schakeling niet juist gebouwd of de meter niet goed aangesloten.

Organisatie

  • Leerlingen werken in groepjes van twee tot drie.
  • Neem ongeveer 15 tot 20 minuten voor de start instructie. Zorg dat het duidelijk is hoe de voltmeter moet worden aangesloten.
  • Het practicum neem 20 tot 25 minuten in beslag
  • Het kringgesprek duurt ongeveer 20 minuten
  • Kap de onderdelen op tijd af, zodat er nog ca. 10 minuten overblijven voor de leerlingen om alles in hun logboek te schrijven.

Inhoud kringgesprek Klassikale nabespreking

Na afloop worden de borden per groepje gezamenlijk met de hele groep besproken, maak hier een galerie walk van een laat leerlingen met post-its vragen bij de borden plaatsen. Let daarbij op de volgende zaken:

  • Staat er een titel en de namen van het groepje op het bord.
  • Is het helder waar de metingen in de schakelingen zijn gedaan. Anders laten verduidelijken.
  • Zijn de uitkomsten van de metingen goed opgeschreven.
  • Hebben de leerlingen een koppeling gemaakt met de knikkerbaan. Zo niet dit met de leerlingen bespreken.
  • Hebben alle leerlingen hetzelfde gevonden. Zet de einduitkomst op het bord.

Inhoud logboek

Zorg ervoor dat de leerlingen aan het einde van de les hun aantekeningen en de einduitkomst kunnen overnemen of aanvullen in een logboek of schrift. Misschien is er daarna nog even tijd voor de leerling wat hij/zij geleerd heeft in deze les.

3. Elektromagnetisme

4. Straling

5. Trillingen

6. Golven

Practicum: echolocatie

Onderwerp: Bepalen van de geluidssnelheid met behulp van echolocatie

Algemene beschrijving

Omschrijving

In dit practicum schatten leerlingen de geluidssnelheid met behulp van echolocatie. De les start met een korte demonstratie waarin je laat zien hoe een echo kan worden geregistreerd met een meting in Coach 7.

De tijd tussen het moment waarop de microfoon het oorspronkelijke geluid registreert en het moment waarop de echo terugkomt, kan worden gebruikt om de geluidssnelheid experimenteel te bepalen. Je kunt zelf bepalen of je de lengte van de buis aan de leerlingen geeft, of dat zij deze zelf laten opmeten.

Na de demonstratie krijgen de leerlingen de opdracht om zelf een model van het experiment op te stellen. Voor een extra uitdagende variant kun je de microfoon enkele centimeters van de buis plaatsen. Leerlingen moeten dan inzien dat zij de extra afstand die het geluid aflegt, moeten meenemen om de geluidssnelheid correct te bepalen.

Leerdoelen

Na het practicum kan de leerlingen:

Natuurkundige doelen:

  • Uitleggen wat een echo is, hoe deze ontstaat door reflectie van geluid tegen een oppervlak en hoe deze gebruikt kan worden om de geluidssnelheid te bepalen.
  • Beschrijven dat geluid zich voortplant met een eindige snelheid.
  • Inzien dat het geluid bij een echo heen en terug reist en dat de afstand daarom twee keer zo groot is als de lengte van de buis.
  • De geluidssnelheid berekenen met behulp van afstand en tijd.

Modeldidactiek doelen:

  • Uitleggen dat een model een vereenvoudigde beschrijving is van de werkelijkheid.
  • Een vereenvoudigen modelvoorstelling geven van een experiment aan de hand van verschillende representaties (blokschema, schematische weergave opstelling, letterformule).
  • Reflecteren op de beperkingen van het model

Voorkennis

Leerlingen moeten weten dat;

  • Geluid een trilling is die zich voortplant door een medium (bijvoorbeeld lucht).
  • Afstand en tijd gebruikt kunnen worden om snelheid te berekenen.
  • Bij voortplanting van geluid sprake is van bron, medium en ontvanger.

Leerlingen moeten weten hoe;

  • De formule gebruikt wordt om een snelheid te berekenen.
  • Een onderzoeksvraag wordt opgesteld.
  • Een hypothese wordt geformuleerd.

Benodigdheden

  • Een laptop met Coach 7
  • Een Coachlab
  • Een geluidssensor die aangesloten kan worden op Coach (b.v. Sound sensor coach BT80i)
  • Een lange kartonnen buis van ongeveer 2,0 m
  • Een perspexplaat
  • Twee aluminiumstaafjes

Opstelling en instellingen

Sluit de Coachlab aan op de laptop en verbind de geluidssensor met de Coachlab. Leg de lange buis horizontaal op een tafel. Plaats aan het uiteinde van de buis de perspexplaat; hierop zal het geluid terugkaatsen. Zet de microfoon aan de andere kant van de buis.

Je kunt de verwerking uitdagender maken door de geluidssensor op enige afstand van de buis te plaatsen.

Stel Coach in met de volgende instellingen:

  • Tijdsduur: 20 ms
  • Samplefrequentie: 20.000 s-1
  • Aantal monsters: 400
  • Triggering: 0,5 Pa
  • Pretrigger: 1ms

Meting

Druk op de groene startknop op Coach en geef een korte tik met de aluminium staafjes. Het is belangrijk dat je de staafjes daarbij stevig vasthoudt.

Je krijgt nu een grafiek te zien op Coach die er ongeveer zo uitziet:

De geluidsnelheid kan je berekenen door:

Volgens de theorie geldt:

De temperatuur was T=21 °C:

De gemeten en theoretische waarde komen dus overeen binnen de meetonzekerheid.

Klassikale introductie van het practicum

Verdeel de klas in groepjes van twee tot drie leerlingen. Elk groepje gebruikt een whiteboard. Geef de leerlingen het stappenplan bij de uitvoering van het practicum om tot een model van het experiment te komen en dit te testen.

Als inleiding op de les laat je eerst de demonstratie zien. Geef daarbij aan wat het doel van de les is: het bepalen van de geluidssnelheid in lucht. In een klassengesprek dat hierop volgt kun je belangrijke voorkennis bespreken, zoals het idee dat geluid een trilling is die zich voortplant door lucht.

Leg ook uit of herhaal hoe geluid met een computer kan worden gemeten. Je kunt bijvoorbeeld uitleggen dat een microfoon geluid omzet in een elektrisch signaal, dat vervolgens via een interface naar de computer wordt doorgestuurd. Begrippen zoals frequentie en geluidssterkte kunnen ook kort worden herhaald als deze al eerder zijn behandeld.

Na deze klassikale introductie van het practicum gaan de leerlingen zelf aan de slag met het opstellen van een model van het experiment.

Uitvoering

De stappen hieronder kan je in een stencil delen met leerlingen.

Stap 1: Bedenk een onderzoeksvraag

  • Schrijf bovenaan je whiteboard wat je wilt onderzoeken.

Stap 2: Maak een schema van bron → medium → ontvanger

  • Geef aan wat de bron, het medium en de ontvanger is in de opstelling.
  • Noteer welke dingen je moet meten om de geluidssnelheid te berekenen.

Stap 3: Bedenk een model

  • Maak een duidelijke schets van de buis, microfoon en geluidsbron.
  • Laat zien hoe het geluid zich door de buis voortplant en waar de echo terugkomt.
  • Zet de meetbare grootheden op je tekening.
  • Bespreek in je groepje wat er volgens jullie gebeurt. Gebruik de meetbare grootheden in je uitleg.
  • Noteer de rekensom en de formule die daarbij hoort.

Stap 4:  Geef een hypothese

  • Geef een verwachting van de geluidssnelheid in het lokaal.
  • Hierbij kun je een voorbeeld uit de praktijk gebruiken: bliksem en donder.
  • Weet iemand van jullie hoe je met het verschil tussen het zien van bliksem en het horen van donder de afstand kunt inschatten?
  • Probeer op basis daarvan een verwachting van de geluidssnelheid in het lokaal te formuleren.
  • Denk ook na: wat gebeurt er met de tijd als de buis langer of korter is?

Stap 5: Geluidssnelheid bepalen

  • Verzamel alle meetgegevens die je nodig hebt.
  • Gebruik je model om de geluidssnelheid te berekenen.

Stap 6: Reflecteer op je model

  • Geef antwoord op je onderzoeksvraag.
  • Bekijk of je hypothese klopt of niet.
  • Bespreek of je tevreden bent met het resultaat.
  • Noteer de beperkingen van jouw aanpak
  • Schrijf op waarin de werkelijkheid misschien verschilt van je model (wat heb je weglaten of vereenvoudigd).
  • Bedenk hoe je model ook in andere situaties gebruikt kan worden (b.v. sonar in water).

Organisatie

Tijdsplanning:

  • 10 min demonstratie en inleidend klassengesprek
  • 25 min uitvoering stap 1 t/m 6
  • 10 min afronding kringgesprek

Het is de eerste keer niet gelukt om alle stappen te doorlopen in één les van 50 min. Daarom zijn er foto’s van de borden gemaakt. Het kringgesprek is gevoerd aan het begin van de tweede les. In dit kringgesprek is stap 6 gemeenschappelijk besproken. Na het kringgesprek is er een aantekening gegeven.  

Inhoud kringgesprek

  • Leerlingen moeten met woorden uitleggen wat het model is dat ze hebben bedacht.
  • Leerlingen geven aan hoe ze tot hun hypothese zijn gekomen.
  • Leerlingen bepreken hoe ze de geluidssnelheid hebben bepaald.
  • Leerlingen wordt gevraagd over eventuele beperkingen van hun model in een klassikaal gesprek

 

Inhoud logboek

  • Je hebt de geluidssnelheid bepaalt met behulp van echolocatie
  • De snelheid bereken je met
  • De afstand is 2 keer de lengte van de buis omdat het geluid op en neer gaat.
  • Een model is een vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid.
  • Je doet altijd aannames bij het maken van een model waardoor er afwijkingen kunnen ontstaan tussen de werkelijkheid en je voorspelling.

Voorbeeld resultaten

 

7. Optica

Demoles Optica: introductie licht

Docentenhandleiding

Omschrijving

In deze activiteit zetten de leerlingen hun eerste stap in het opbouwen van een model van licht. Dit wordt gedaan aan de hand van een serie korte demonstratie proeven.

Leerdoelen

Leerlingen kunnen laten zien dat:

  • deeltjes (kleine balletjes) veel eigenschappen gemeen hebben met licht:
    • ze komen ergens vandaan (een bron) en gaan ergens naartoe
    • ze bewegen in een rechte lijn
    • ze worden op een zelfde manier weerkaatst tegen een muur
  • er ook veel verschillen zijn tussen deeltjes en licht, o.a.:
    • lichtdeeltjes zijn veel kleiner
    • lichtdeeltjes zijn veel sneller
    • lichtdeeltjes wegen niks
  • objecten alleen door ons worden gezien als er licht van dat object komt en in ons oog valt.
  • objecten licht uitzenden in alle richtingen

Leerlingen leren hoe de volgende dingen er uit zien in een deeltjesmodel van licht:

Werkelijkheid

Natuurkundig model

Lichtstraal

Stroom van deeltjes

Licht zien

Deeltjes vallen in een oog

Directe lichtbron

Plek waar de deeltjes vandaan komen

Indirecte lichtbron

Plek waar de deeltjes vandaan weerkaatsen

Voorkennis

Geen

Benodigdheden

  • Laser
  • Rookspray
  • Scherm
  • Doos
  • Lamp, ingepakt in aluminiumfolie

Klassikale introductie van het practicum

  • Begin met een brainstorm. Vraag de leerlingen wat licht is. Laat ze eigenschappen van licht opschrijven. Ze zullen o.a. noemen:
    • Licht heeft kleur
    • Licht komt uit een lichtbron
    • Licht kan weerkaatsen tegen een oppervlak
  • Zeg de leerlingen dat je een model wil gaan maken van licht. Daarvoor zoek je iets dat er veel op lijkt en waarvan je helemaal snapt hoe het werkt. Dit is een lastige vraag, dus verwacht hier nog niet veel ideeën van ze. Gooi, om ze op een idee te brengen, een balletje tegen de muur.
  • Deel de klas in in groepjes. Ieder groepje krijgt een whiteboard. Vraag de leerlingen een analogie tabel te maken:

Overeenkomende eigenschappen

Niet overeenkomende eigenschappen

Eigenschappen waarvan je niet weet of ze overeenkomen

ze komen ergens vandaan (een bron) en gaan ergens naartoe

lichtdeeltjes zijn veel kleiner

ze bewegen in een rechte lijn

lichtdeeltjes zijn veel sneller

ze worden op een zelfde manier weerkaatst tegen een muur

lichtdeeltjes wegen niks
  • Bespreek met de leerlingen of we, op grond van deze tabel, over licht na kunnen denken als kleine, snel bewegende deeltjes.
  • Vraag de leerlingen wat, in een deeltjesmodel, een lichtbron is (lijkt op een ballenkanon) en wat een lichtstraal is (een stroom deeltjes)

Uitvoering

  • Vraag de leerlingen hoe wij dingen kunnen ‘zien’.
  • Zet de laser achter een scherm en laat hem in een doos schijnen. Let er op dat leerlingen niet in de doos kunnen kijken. Vraag de leerlingen of de laser aan staat.
  • Laat zien dat hij inderdaad aan staat door je hand in de laserstraal te houden. Bespreek waarom ze nu de rode stip zien. Kom tot een conclusie als: ‘We zien alleen iets als er licht in je ogen valt’.
  • Bespreek in welke richtingen de lichtstralen van de stip bewegen. Kom tot een conclusie dat, aangezien iedereen de stip kan zien, de lichtstralen in alle richtingen moeten bewegen. Teken dit als een stralendiagram op het bord.
  • Laat zien wat er gebeurt als we rook spuiten tussen de laser en de doos. Vraag de leerlingen waarom ze nu wel de straal kunnen zien en hoe het stralendiagram op het bord veranderd moet worden.
  • Laat de ingepakte lamp zien. De lamp staat uit. Maak een klein gaatje in het folie. Vraag de leerlingen de lamp te schetsen en te tekenen hoe de lichtstralen lopen die door het gaatje komen. Vraag de leerlingen of ze, met dit model, kunnen voorspellen of slechts één iemand het licht door het gaatje kan zien of dat iedereen in het lokaal dit kan zien.
  • Laat zien dat iedereen het gaatje kan zien. Vraag welk stralendiagram juist is.
  • Vraag wat het verschil is tussen de lamp (directe lichtbron; geeft zelf licht) en de stip op de hand (indirecte lichtbron; het licht komt ergens anders vandaan). Vraag naar andere voorbeelden van beiden.
  • Vraag, als de tijd het toelaat en je de mogelijkheid ervoor hebt, of je ook iets zou kunnen zien als er helemaal geen licht in het lokaal is. Verduister het lokaal volledig (denk aan kieren, lampjes van computers, enz.) en doe het licht uit. De leerlingen zullen zelf ervaren dat je echt helemaal niets ziet.

Organisatie

  • Je kunt ervoor kiezen om leerlingen in tweetallen te laten werken op kleine whiteboards of in grotere groepen (3 of 4 leerlingen) op grotere whiteboards. Belangrijk is dat de leerlingen elkaars whiteboards kunnen zien. Dit kan door de whiteboards aan de randen van het lokaal te plaatsen (in de vensterbank, op de demonstratietafel tegen een statief, enz.)

Inhoud logboek

  • Laat leerlingen opschrijven hoe de volgende zaken er uit zien in het deeltjes model (zie ook leerdoelen in deze handleiding):
    • Lichtstraal
    • Licht zien
    • Directe lichtbron
    • Indirecte lichtbron

Oefenles Optica: stralendiagrammen

Docentenhandleiding

Omschrijving

In deze les wordt het stralendiagram en de bijbehorende conventies geïntroduceerd. De leerlingen oefenen met opgaven.

Leerdoelen

Leerlingen leren hoe ze de volgende zaken in een stralendiagram kunnen weergeven:

Werkelijkheid

Natuurkundig model

Stralendiagram

Lichtstraal

Stroom van deeltjes

Rechte lijn met een pijl

Licht zien

Deeltjes vallen in een oog

Lijnen vallen in een oog

Directe lichtbron

Plek waar de deeltjes vandaan komen

Plek waar lijnen vandaan wijzen

Indirecte lichtbron

Plek waar de deeltjes vandaan weerkaatsen

Plek waar minimaal één lijn aankomt en meer lijnen vandaan wijzen

Leerlingen leren het stralendiagram te gebruiken om voorspellingen te doen over of iets zichtbaar is of niet.

Leerlingen leren het begrip ‘gezichtsveld’.

Voorkennis

  • Leerdoelen les 01

Benodigdheden

  • Whiteboards

Klassikale introductie van het practicum

  • Introduceer het stralendiagram. Benadruk het gebruik geodriehoek en het aangeven van de richting van lichtstralen.
  • Geef een voorbeeld om te laten zien wat ‘zichtbaar’ is voor een waarnemer op een bepaalde plaats. Introduceer de term ‘gezichtsveld’.

Uitvoering

  • Selecteer een aantal opgaven uit je eigen lesmethode waarbij met stralendiagrammen bepaald moet worden of iets zichtbaar is of niet.
  • Leerlingen werken weer in groepjes van 3 of 4. Laat de leerlingen de opgaven eerst op papier uitwerken. (15 à 20 min)
  • Laat daarna ieder groepje één opdracht uitwerken op groot whiteboard. Zorg dat er van iedere opgave minimaal twee uitwerkingen zijn.
  • Groepjes die klaar zijn plaatsen hun bord aan de randen van het lokaal. Vertel de leerlingen dat ze straks vragen moeten stellen over elkaars borden. Geef leerlingen even de tijd om elkaars borden te bekijken en vragen te bedenken. (5 minuten)
  • Vorm daarna een kring. De leerlingen zitten in groepjes bij elkaar en houden hun borden voor zicht.

Inhoud kringgesprek

  • Laat de leerlingen benoemen of er verschillen zijn tussen de uitwerkingen. Zo niet, dan zijn we het eens. Anders moet er over gesproken worden.

Inhoud logboek (optioneel)

  • Laat leerlingen de conventies voor stralendiagrammen noteren

Practicum: schaduwen

Onderwerp: Optica

Algemene beschrijving

Omschrijving

Bij dit practicum passen de leerlingen toe wat ze hebben geleerd over het maken van stralendiagrammen op schaduwen. In eerdere lessen (01 Demo licht en 02 Oefenles stralendiagrammen) hebben licht gemodelleerd als deeltjes die zelf onzichtbaar zijn en die in rechte lijnen bewegen. Ze passen het dit model toe om te verklaren:

  • hoe schaduwen ontstaan
  • hoe schaduwen veranderen als je het object voor de lichtbron verplaatst.
  • hoe schaduwen veranderen als er meer lichtbronnen zijn
  • wat er gebeurt als de lichtbron uitgebreid is (zoals een tl-balk).

Leerdoelen

  • Leerlingen kunnen uitleggen hoe een schaduw ontstaat
  • Leerlingen kunnen een stralendiagram gebruiken om te voorspellen waar een schaduw van een object terecht zal komen en hoe deze zal veranderen bij het verplaatsen van het object of de lichtbron.

Bij een les langer dan 50 minuten of bij twee lessen:

  • Leerlingen kunnen uitleggen wat er wordt bedoeld met de begrippen kernschaduw en halfschaduw.
  • Leerlingen kunnen met een stralendiagram laten zien hoe kern- en halfschaduw ontstaan.

Voorkennis

  • Leerlingen kunnen zich lichtstralen voorstellen als een stroom deeltjes die kunnen weerkaatsen tegen voorwerpen.
  • Leerlingen kunnen lichtstralen weergeven in een stralendiagram.

Benodigdheden

  • Kaartje* met knijper
  • Spanningskastje
  • Twee snoertjes
  • Twee lampjes
  • Zaklamp
  • Klein whiteboard (als projectiescherm). Indien niet aanwezig kan de schaduw ook op de muur worden geprojecteerd.
  • Groot whiteboard (voor stralendiagrammen)

*Kaartjes

Een klein kartonnen kaartje is voldoende. Met een wasknijper kun je zorgen dat het kaartje rechtop blijft staan. Eventueel kunnen leerlingen ook hun eigen spullen uit hun tas of etui gebruiken, als ze niet te groot zijn.

*Lichtbron

Belangrijk is dat de lichtbron zo goed mogelijk puntvormig is. De fietslampjes die vaak gebruikt worden in een elektriciteitspracticum voldoen hier prima aan. Het lampje van een telefoon is vaak ook prima. Zaklampen hebben vaak een reflector, waardoor het een uitgebreidere lichtbron wordt. Dit geeft een wazige schaduw, terwijl je op grond van het model een scherpe schaduw verwacht. Anderen bestaan uit meerdere led lampjes, waardoor de schaduw ook wazig wordt. Je kan dit oplossen door een stukje karton met een gaatje voor de lamp te zetten. Als je naar uitgebreide bronnen gaat kijken, dan haal je het karton weer weg.

Klassikale introductie van het practicum

  • Maak alvast groepjes van drie leerlingen. Zorg dat ieder groepje een whiteboard heeft.
  • Sluit een lampje aan en zet een kaartje met een knijper voor het lampje. Vang de schaduw op op een whiteboard.
  • Vraag de klas hoe de schaduw ontstaat.
  • Vraag de klas om de situatie weer te geven in een stralendiagram. Herinner ze aan de conventies (lichtstralen als rechte lijnen met pijlen, lichtbronnen met lichtstralen die ervandaan wijzen, gebruik een geodriehoek, etc.)
  • Bespreek met de klas op wat voor manier je de schaduw kunt veranderen. Maak een lijst. Je komt uit op:
    • object links/rechts schuiven
    • object naar voren/naar achteren schuiven
    • lichtbron links/rechts schuiven
    • lichtbron naar voren/naar achteren schuiven
  • Vraag de leerlinge om zelf te onderzoeken hoe al deze mogelijkheden de schaduw veranderen. Bij iedere situatie moeten ze een stralendiagram tekenen om te laten zien wat er verandert. Handige conventie: Een voorwerp of lichtstraal die verandert teken je met een stippellijn in de oude situatie en met gewone lijnen in de nieuwe situatie.

  • Als je een les hebt die langer duurt dan 50 minuten, vraag de leerlingen dan om maar de helft van het whiteboard te gebruiken.

Uitvoering

  • Het aansluiten van lampjes is geen leerdoel van dit practicum. Doe het voor of vraag de toa dit alvast voor de leerling in orde te maken.
  • Leerlingen kunnen dit practicum, na de klassikale start, vrij zelfstandig uitvoeren. Wel hebben sommigen misschien nog moeite met de stralendiagrammen. Let scherp op de conventies.
  • Als je een les hebt die langer duurt dan 50 minuten kun je na 10 minuten het practicum kort tussentijds bespreken. Vervolgens kun je de leerlingen wijzen op de schaduwen die tl-balken maken van de kaartjes. Deze zijn veel waziger. In een kort gesprek kun je ze richting het idee sturen dat het te maken heeft met dat de tl-balk veel breder is en dat ze dit kunnen testen door meer lichtbronnen naast elkaar te zetten. Dit kunnen ze doen door een paar extra lampjes parallel te schakelen (met hulp van docent en toa).

Organisatie (optioneel)

Tijdsplanning:

  • 50 minuten voor een les over alleen het verschuiven van object en lichtbron. Dan nog 25 minuten voor een les over het ontstaan van half- en kernschaduw bij een uitgebreidere lichtbron.
  • Als je lessen van 70/80 minuten hebt kan het in één les.

Klassenorganisatie

  • Het tempo van leerlingen verschilt sterk. Hier kan je gebruik van maken. Leerlingen die verder zijn kun je vragen om te kijken wat voor schaduw de tl balken maken van het kaartje. Zij bespreken dan vervolgens bij het kringgesprek wat er gebeurt als de schaduw wordt gemaakt door een uitgebreidere lichtbron.

Inhoud kringgesprek

  • Laat verschillende groepjes onder woorden brengen hoe de schaduw verandert bij verschillende situaties. Leerlingen vinden het soms lastig om dit met woorden uit te leggen, maar dat is een goede oefening voor ze. Je kan helpen door:
    • De leerlingen te vragen om hun eigen bord te beschrijven.
    • Af en toe kort te herhalen wat de leerlingen hebben gezegd.
    • De leerlingen te parafraseren, zodat ze kunnen checken of wat ze wilde zeggen is overgekomen.
  • Als leerlingen zijn die naar meerdere lichtbronnen hebben gekeken, laat ze dan vertellen hoe dat de schaduw verandert.
  • Vraag ze wat er zou gebeuren als je nog meer lichtbronnen op een rij zet (bijvoorbeeld 10).
  • Vraag ze naar het verband tussen veel losse lichtbronnen en één lange lichtbron, zoals een tl-balk.
  • Werk toe naar een conclusie als: bij een uitgebreide lichtbron is er een gebied waar slechts een deel van het licht terecht komt (halfschaduw) en een gebied waar helemaal geen licht terecht komt (kernschaduw)

Inhoud logboek / reflectief schrijven (optioneel)

  • Een uitleg in eigen woorden van hoe schaduwen ontstaan, met een voorbeeld stralendiagram.
  • De conclusies van het kringgesprek.

Practicum spiegels met lichtkastjes

Onderwerp: optica

Algemene beschrijving

Omschrijving

Bij dit practicum ontdekken leerlingen zelf de spiegelwet.

Leerdoelen

  • Leerlingen kunnen het weerkaatsen van een lichtstraal weergeven in een stralendiagram.
  • Leerlingen kunnen het verschil uitleggen tussen diffuse en spiegelende reflectie.
  • Leerlingen kunnen de hoek van inval en de hoek van terugkaatsing aanwijzen in een stralendiagram en in een werkelijke situatie.
  • Leerlingen kunnen met een geodriehoek de hoek van inval en hoek van terugkaatsing meten.
  • Leerlingen weten dat, bij spiegelende reflectie, de hoek van inval en hoek van terugkaatsing gelijk zijn aan elkaar en dat dit bekend staat als de spiegelwet.

Voorkennis

  • Leerlingen kunnen zich lichtstralen voorstellen als een stroom deeltjes die kunnen weerkaatsen tegen voorwerpen.
  • Leerlingen kunnen lichtstralen weergeven in een stralendiagram.

Benodigdheden

Voor de demo vooraf

  • Een laser
  • Een demonstratiespiegel
  • Een whiteboard

Voor het practicum

  • Lichtkastje met enkele lichtspleet
  • Spanningskastje + twee snoeren
  • Geodriehoek

Klassikale introductie van het practicum

  • Deel de groep op in groepjes van 3. Geef iedere groep een whiteboard en stiften met verschillende kleuren.
  • Laat de leerlingen zien hoe een laserstraal weerkaatst tegen een whiteboard en tegen een spiegel. Vraag de leerlingen het verschil te benoemen. Vraag leerlingen wie de stip kan zien op het whiteboard (iedereen!) en wat dat betekent voor de lichtstralen die bij het bord vandaan gaan (die moeten in alle richtingen gaan).
  • Vraag leerlingen hoe een muur de laserstraal zal weerkaatsen. Lijkt het meer op hoe het whiteboard lichtstralen weerkaatst of op de spiegel (lijkt meer op het whiteboard). Vraag leerlingen om verschillen te benoemen en verklaren tussen hoe de muur en het whiteboard weerkaatst (op de muur is de stip iets minder helder. Dit komt door de kleur: een deel van het licht wordt door de muur geabsorbeerd).
  • Vraag de leerlingen om beide situaties weer te geven in een stralendiagram. Laat de borden aan de randen van het lokaal zetten, zodat iedereen alle whiteboards kan zien.
  • Bespreek de stralendiagrammen. Werk toe naar de conclusie dat een spiegel een lichtstraal in één richting weerkaatst (spiegelende reflectie) en dat andere voorwerpen lichtstralen in alle richtingen (diffuse reflectie).
  • Vaak zien leerlingen wel een vage stip op de spiegel. Vraag de leerlingen hoe dat kan. Werk toe naar een conclusie dat een ‘ideale’ spiegel dat niet doet. Spreek af dat we in opgaven voortaan uit gaan dat een spiegel ‘ideaal’ is.
  • Brainstorm met de leerlingen: hoe kunnen we met een getal vastleggen in welke richting een lichtstraal loopt? (De hoek meten). Ten opzichte waarvan moet de hoek worden gemeten. (Hier kan je twee kanten mee op: als je hierna nog kromme spiegels gaat doen kan je accepteren dat de leerlingen de hoek ten opzichte van het oppervlak van de spiegel willen meten. Zodra je kromme spiegels gaat doen wordt vanzelf duidelijk dat dat niet handig is. Als je alleen vlakke spiegels behandelt, bespreek het dan als een conventie om de hoek ten opzicht van de normaallijn te meten). Introduceer de begrippen normaallijn, hoek van inval en hoek van terugkaatsing.
  • Het is de moeite waard om op dit punt even te peilen hoeveel ervaring leerlingen hebben met het opmeten van hoeken bij wiskunde. Mogelijk moet er nog even geoefend worden. Doe voor hoe ze hun geodriehoek moeten houden om de juiste hoek te meten. Dit kan snel met een willekeurig figuur met een lichtstraal, bijvoorbeeld uit het natuurkundeboek.
  • De leerlingen krijgen de opdracht om het verband tussen de hoek van inval en de hoek van terugkaatsing te onderzoeken. Geef niet te veel instructie over hoe ze dit moeten doen. Geef wel aan dat ze hun metingen in een datatabel moeten zetten (zet een lege tabel op het bord als voorbeeld). Je kan ervoor kiezen om ze een grafiek te laten maken van deze metingen. Leerlingen zullen namelijk nog wel eens afwijkende metingen hebben, waarbij de hoeken niet helemaal gelijk zijn aan elkaar. Dit geeft een mooie gelegenheid om te bespreken hoe de lijn van de grafiek getekend moet worden: van punt naar punt of een rechte lijn tussen de punten door.
  • Demonstreer de werking van het lichtkastje en hoe je daar een zo smal mogelijke straal mee kan maken.
  • Vraag leerlingen een whiteboard op te maken met daarop:
    • Namen
    • Titel (de onderzoeksvraag)
    • Beschrijving van hoe er is gemeten (methode)
    • Meettabel
    • Grafiek  (optioneel)

 

Uitvoering

  • De leerlingen moeten zoveel mogelijk zelf uitzoeken hoe ze de metingen uitvoeren.
  • Hou hierbij wel in de gaten hoe ze hun geodriehoek aflezen.

Organisatie (optioneel)

Tijdsplanning:

  • 50 – 70 minuten.

Klassenorganisatie

  • Het maken en bespreken van de whiteboards kan eventueel de volgende les worden gedaan. Laat in dat geval de leerlingen de tabel en grafiek in hun schrift maken.

Inhoud kringgesprek

  • Laat leerlingen benoemen wat hetzelfde is op alle borden en welke verschillen er zijn. Verschillen kunnen zijn:
    • Sommige hebben de hoeken steeds exact gelijk, anderen net niet.
    • (Als grafiek gevraagd is) sommigen zullen de grafiek van punt naar punt tekenen, anderen tekenen een rechte lijn.
    • Sommigen zullen hoek van inval op de x-as hebben staan, anderen de hoek van terugkaatsing.
  • Vraag de leerlingen of het punt (0,0) mee doet: verwacht je dat als de hoek van inval 0° is dat de hoek van terugkaatsing ook 0° is?
  • Vraag wie denkt dat de hoeken écht gelijk zijn en wie denkt dat het toeval is.
  • Vraag hoe de grafiek er uit zou moeten zien als de hoeken echt gelijk zijn.
  • Bespreek wat het doel is van het tekenen van de lijn van een grafiek. Stuur naar een conclusie dat de lijn laat zien hoe je denkt dat de metingen écht moeten zijn (in een situatie zonder meetfout). Dan past het dus beter om een rechte lijn te tekenen. Omdat de lijn dus niet is wat we hebben gemeten, maar aangeeft wat wij denken dat de meting zou moeten zijn, noemen we de lijn een model. Benadruk dit: het is belangrijk dat leerlingen beseffen dat natuurkunde doen neer komt op modellen maken.
  • Laat de leerlingen onder woorden brengen wat voor verband er bestaat tussen hoek van inval en hoek van terugkaatsing. Benoem dat deze bekend staat als de spiegelwet. Introduceer een wiskundige manier om dit op te schrijven: ∠i = ∠t

Inhoud logboek / reflectief schrijven (optioneel)

  • De spiegelwet in woorden, in symbolen (∠i = ∠t) en eventueel als geschetste grafiek.
  • De betekenis van de begrippen normaal, hoek van inval en hoek van terugkaatsing.
  • De afspraak dat i en t ten opzichte van de normaal worden getekend.
  • Eventueel kunnen de leerlingen afspraken over het maken van grafieken noteren.

 

Voorbeeld resultaten

Hoek van inval (°)

Hoek van terugkaatsing (°)

20

21

40

40

60

59

80

78

 

 

Practicum: spiegelen met blokken

Onderwerp: licht

Algemene beschrijving

Leerjaar: 2e klas

Schoolsoort: vmbo-vwo

Omschrijving

Leerlingen onderzoeken de plaats van een spiegelbeeld en ontdekken dat de beeldafstand gelijk is aan de voorwerpsafstand. De docent presenteert de analogie dat kijken in een spiegel net is als kijken door een raam, waardoor leerlingen de stralengang van voorwerp naar oog kunnen tekenen. 

Leerdoelen

  • Leerlingen kunnen de plaats van het spiegelbeeld aangeven.
  • Leerlingen kunnen de voorwerpsafstand (v) en beeldafstand (b) meten.
  • Leerlingen ontdekken dat bij een spiegel geldt dat b = v.
  • Leerlingen kennen de analogie tussen kijken in een spiegel en kijken door een raam.
  • Leerlingen kunnen bij een simpel voorbeeld de stralengang van voorwerp naar oog tekenen.

Voorkennis

  • Leerlingen kunnen lichtstralen tekenen als rechte lijnen (bijvoorbeeld voor het tekenen van half- en kernschaduw of een gezichtsveld).

Benodigdheden

Per groepje een set van:

  • 2x blokje waaruit een stokje omhoog komt, zie de foto’s hieronder. Het mooist is als het ene blokje (dat achter de spiegel komt te staan) een langer stokje heeft dan het andere, bijvoorbeeld 10 cm en 5 cm. Bij de blokjes op de foto is dat niet zo, gelukkig werkt dat ook.
  • een spiegeltje (10 bij 15 cm)
  • twee houdertjes zodat het spiegeltje rechtop kan staan op het whiteboard
    (3D-print ontworpen door TOA’s, delen we graag)
  • een liniaal
  • drie plexiglas platen van ongeveer A4-grootte, verbonden met schilderstape

Klassikale introductie van het practicum

Laat de materialen zien. Zet een blokje voor de spiegel. Vraag de leerlingen om het andere blokje achter de spiegel te zetten, daar waar je het spiegelbeeld van het eerste blokje ziet. Als je het goed hebt gedaan, loopt het stokje door, onafhankelijk van de hoek waaronder je kijkt (zie foto’s). Markeer de plek van je spiegel, het blokje en het spiegelbeeld.

Uitvoering, kort kringgesprek en logboek

  • Laat zien hoe je de voorwerpsafstand (v) en beeldafstand (b) kunt meten (stippellijn door de spiegel, kortste afstand naar die lijn). Vraag leerlingen om een paar metingen in een tabel op hun whiteboard te zetten.
    Bij het rondlopen kun je zo sturen dat zowel kleine als grote v’s gemeten worden.
  • Vraag tijdens het rondlopen waar ze het spiegelbeeld verwachten als je het blokje naast de spiegel zet (ipv recht ervoor). Laat leerlingen ook die meting op hun whiteboard zetten.


          

  • Vraag elk groepje om een meting toe te voegen aan de tabel en het diagram op het bord voor in de klas.
  • Bespreek de resultaten en concludeer samen: b = v. Geef leerlingen wat logboektijd om de metingen en de conclusie in hun schrift te zetten.
  • Introduceer de analogie dat kijken in een spiegel net is als kijken door een raam. Je kijkt naar het spiegelbeeld, dus de lichtstraal komt van die richting in je oog. Waar komt de lichtstraal in werkelijkheid vandaan? Leerlingen schrijven en tekenen mee in hun logboek.
  • Geef de opdracht om op hun whiteboard de stralengang te tekenen van het blokje naar een (getekend) oog.
  • Opdracht voor een les die langer is dan 50 min of voor het begin van de volgende les: laat het drieluik van plexiglas (3 panelen van 15 bij 21,5 cm, schilderstape) zien en geef de opdrachten

Welke spiegelbeelden kun je vinden? Markeer ze.

Teken een stralengang voor het kijken naar een van de spiegelbeelden.

Organisatie

Tijdsplanning:

  • Introductie en eerste spiegelbeeld zoeken – 10 min
  • Metingen v en b – 15 min
  • Kringgesprek b = v en analogie spiegel/raam bespreken – 15 min
  • Opdracht stralengang tekenen op het whiteboard – 5 min
  • Opdracht plexiglas drieluik – 10 min

Voorbeeld resultaten

Practicum: Lichtstraal bij twee spiegels

Onderwerp: licht

Algemene beschrijving

Jaar: 2e klas

Schoolsoort: vmbo/havo/vwo

Omschrijving

Leerlingen passen hun opgedane kennis over het kijken naar spiegelbeelden toe in een opstelling met twee spiegels.

Leerdoelen

  • Leerlingen oefenen nogmaals met het aangeven van de plaats van een spiegelbeeld en met het tekenen van lichtstralen.
  • Leerlingen kunnen de plaats aangeven van spiegelbeelden bij enkele en dubbele reflecties.
  • Verdiepend: leerlingen kunnen de stralengang aangeven bij een dubbele reflectie (niet erg als niet iedereen dit leerdoel haalt).

Voorkennis

  • Leerlingen kunnen de plaats van het spiegelbeeld aangeven.
  • Leerlingen kunnen de voorwerpsafstand (v) en beeldafstand (b) meten.
  • Leerlingen weten dat bij een spiegel geldt dat b = v.
  • Leerlingen kennen de analogie tussen kijken in een spiegel en kijken door een raam.
  • Leerlingen kunnen bij een simpel voorbeeld de stralengang van voorwerp naar oog tekenen.

Benodigdheden

Per groepje een set van:

  • blokje met op de zijden verschillende, asymmetrische afbeeldingen
  • twee spiegeltjes (10 bij 15 cm)
  • vier houdertjes zodat de spiegeltjes rechtop kunnen staan op het whiteboard
    (3D-print ontworpen door TOA’s, delen we graag)
  • een liniaal

Klassikale introductie van het practicum

Zet de spiegels parallel aan elkaar, met het blokje ertussen. Opdracht: kijk goed naar wat je ziet, noteer drie observaties op jullie whiteboard.
      

Uitvoering

  • Opdracht voor oneven groepen: verschoven parallelle spiegels. Markeer de plekken van spiegelbeelden. Laat voor het kijken naar één van die spiegelbeelden de lichtstraal naar een oog zien.
              
  • Opdracht voor even groepen: spiegels onder een hoek van 90 graden. Zelfde opdracht.
               

    Stuur bij groepen die het lastig vinden aan op het tekenen van de lichtstralen voor een enkele reflectie, bij groepen die het al goed door hebben bij het tekenen van de dubbele reflectie.

    Bij het rondlopen: stuur aan op het tekenen van een spiegelbeeld van een spiegelbeeld. Laat een groepje waarbij dit lukt aan de klas uitleggen hoe ze dit aangepakt hebben. Het is niet erg als niet iedereen hier zelf op komt; twee spiegels is een behoorlijk complexe toepassing voor de onderbouw!

    Als een groep snel klaar is, kun je de situatie tweaken door een van de spiegels de hoek tussen de spiegels iets te veranderen (dus net iets meer dan 90 graden of net niet parallel). Hoe verandert de plek van je spiegelbeelden en de loop van je lichtstralen?
              

Organisatie

Tijdsplanning:

  • Introductie, observaties noteren – 5 min
  • Uitvoering – 15 min
  • Kringgesprek – 15 min
  • Logboektijd – 10 min

Inhoud kringgesprek

  • Laat leerlingen hun constructies uitleggen in het kringgesprek, beginnend bij een uitgewerkte enkele reflectie en opbouwend naar de complexere stralengangen.

Voorbeeld resultaten

Werkblad: spiegelen

Onderwerp: licht

Met deze opdrachten pas je je kennis over spiegelen toe door te tekenen op dit blad. Maak bij elke opdracht gebruik van een constructie; meet nauwkeurig de afstanden met je geodriehoek en werk met een scherp potlood.

Opdracht 1 - driehoek

  1. Construeer het spiegelbeeld van de driehoek ABC.
  2. Check je constructie door een spiegeltje loodrecht op het papier te zetten.
  3. Geef in de figuur aan wat de voorwerpsafstand v is van punt A.
  4. Construeer de stralengang naar het oog voor het kijken naar punt B in de spiegel.
  5. Geef in de figuur aan wat de beeldafstand b is van punt C.

     

Opdracht 2 – je naam in spiegelbeeld

Op ambulances staan de letters zo geschreven, dat iemand die in de achteruitkijkspiegel kijkt ze kan lezen.

  1. Noteer drie letters van jouw naam op de stippellijn. Tip: schrijf groot.
  2. Construeer hoe de letters er in het echt moeten uitzien om dat spiegelbeeld te geven.
  3. Check je constructie met een spiegeltje.

 

Opdracht 3 – jezelf in de spiegel zien

Als je thuis in de spiegel kijkt, dan zie je vaak een deel van je lichaam. Zou je meer van jezelf kunnen zien als je verder van de spiegel gaat staan?

  1. Omcirkel hier je eerste ingeving:

    Ik denk dat ik meer / even veel / minder van mezelf kan zien als ik verder van de spiegel sta.
     
  2. Onderzoek met twee constructies het kijken naar jezelf in de spiegel, dichtbij en verder weg.
    Tip: begin met het construeren van het spiegelbeeld van je lichaam.

  1. Formuleer nu je hypothese:

    Ik denk dat ik meer / even veel / minder van mezelf kan zien als ik verder van de spiegel sta.

  1. Tijd om te testen met een echte spiegel!

  1. Formuleer nu je conclusie:

    Ik zie meer / even veel / minder van mezelf als ik verder van de spiegel sta, omdat

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Ik mag mijn hypothese aannemen / verwerpen.

Verdiepende onderzoeksopdracht voor snelle werkers

Stel, je bent een binnenhuisarchitect en wordt gevraagd te helpen bij het inrichten van een nieuwbouwhuis. Je krijgt de opdracht om in een gang een spiegel te plaatsen waar de bewoners zichzelf van top tot teen in kunnen zien. Hoe groot moet die spiegel minimaal zijn en hoe hoog moet je ‘m op de muur hangen? Onderzoek dit met behulp van een constructie van de lichtstralen, op een soortgelijke manier als bij opdracht 3. Leg uit hoe je de grootte en de plek van de spiegel bepaald hebt.

  1. Ruimte voor je constructietekening(en):

 

 

 

 

 

 

  1. Uitleg over je aanpak van deze opdracht:
    ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………    …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

8. Stoffen en materialen

Practicum Warmtetransport

Warmteoverdracht

2 lessen voor onderbouw vmbo en havo/vwo

Warmteoverdracht is een practicum dat start met een elementaire oefening in het meten van temperatuur en tijd in een afkoelingsproces en dat eindigt met een open onderzoek naar effecten van isolatie. Nuttig voor de energietransitie! Het practicum werd ontwikkeld voor onderbouw vmbo maar is ook productief gebruikt voor andere onderwijsvormen. Het werd ook gepubliceerd in de School Science Review (VK) in 1987.

Het eerste deel van het practicum is een kookboekachtige oefening in meten en gegevensverwerking. Het tweede deel is open met veel ruimte voor leerlingideeën. Opdracht 3 is een isolatieopdracht nog zonder theorie. Verolgens worden de begrippen stroming, straling, en geleiding uitgelegd en dan volgt isloatieopdracht 4 waarin leerlingen vrij zijn om op wat voor manier dan ook isolatie aan te brengen en experimenteel te toetsen, maar waarin ze wel heen-en-weer moeten denken tussen het theoretisch model (stroming, straling, geleiding, deeltjes) en hun isolatiemethode. 

Uiteindelijk zijn de isolatieopstellingen vaak zo goed dat er soortelijke warmten mee kunnen worden gemeten. Dat kan dan een volgend practicum zijn waarbij dan de nadruk ligt op zorgvuldig meten en rekenen.

Practicum Warmteoverdracht Leerlingwerkblad

Een practicum voor onderbouw vmbo/havo/vwo

Introductie

Thuis verwarmen we vaak vloeistoffen zoals water voor thee of koffie. Soms hebben we haast en is onze thee of koffie te warm om te drinken. Vervolgens proberen we het af te koelen door te roeren of te blazen. Op andere momenten willen we onze koffie zo lang mogelijk warm houden en doen we een soort deksel op onze koffiepot of gebruiken we een thermosfles. In een reeks activiteiten gaan we enkele methoden bedenken om vloeistoffen af te koelen of warm te houden, en we gaan zien hoe goed deze methoden werken.

Materialen

Per groepje van 2 of 3 leerlingen: 2 glazen van 250 ml, 1 bekerglas van 500 ml, 2 thermometers van 0 – 100 oC, stopwatch of eigen telefoon.

Algemeen materiaal voorin de klas verkrijgbaar: thermosflessen met heet water en elektrische waterkoker, isolatiematerialen zoals handdoeken, karton, piepschuim, katoen, aluminiumfolie.

Experiment 1

Vul met heet water uit de thermoskan twee identieke glazen tot ze elk voor de helft vol zijn. Label het ene glas A en het andere glas B. Wees voorzichtig, het water is HEET. Plaats een thermometer in elk glas en registreer gedurende zeven minuten elke 30 seconden de temperatuur van elk glas. Noteer je resultaten in tabel 1.

Vragen

  1. Koelt het water in de twee glazen even snel af? Waarom wel of waarom niet?
  2. Kun je, om vraag 1 te beantwoorden, de begin- en eindtemperaturen gebruiken in plaats van alle gegevens?
  3. Gebruik Excel om grafieken te maken van temperatuur A en temperatuur B versus de tijd.
  4. Is de afkoelsnelheid constant of verandert deze in de loop van de tijd?
  5. Kun je alleen de eindtemperatuur gebruiken om bovenstaande vraag te beantwoorden? Waarom of waarom niet?
  6. Waarom is het nuttig om elke halve minuut de temperatuur te registreren?
  7. Als we glas A vullen met water zodat het vol is en glas B zodat het halfvol is, welke zal dan sneller afkoelen? Waarom?

(Als je tijd over hebt, doe dan dit experiment om je voorspelling te controleren).

Experiment 2 (alleen vmbo)

Versnelt roeren het afkoelen van een kopje water? Ontwerp een experiment om te controleren of roeren het afkoelen versnelt. Controleer je plannen met de docent en voer je experiment uit. Je kunt voorzichtig roeren met je thermometer. Noteer je resultaten in Tabel 2.

(Alternatief: zou een deksel het afkoelen sterk vertragen? Ontwerp een experiment om dat te onderzoeken.)

Beschrijf hier je experiment in een schets:

Vragen

  1. Waarom kun je hier voor B het beste een ongeroerd glas gebruiken?
  2. Gebruik Excel om grafieken te maken.
  3. Denk je dat roeren het afkoelen versnelt? Gebruik je metingen om je antwoord te ondersteunen.
  4. Zal het soort roerstaafje een verschil maken? Zou roeren met een lepel een ander resultaat geven dan roeren met de thermometer? Leg uit.
  5. Wat zou voor een betere koeling zorgen: van de bodem naar de bovenkant van het kopje roeren (het onderste water naar boven brengen) of in cirkels roeren (het water laten rondstromen)? Waarom?

Experiment 3

In eerdere experimenten onderzochten we het koelen van twee glazen water en de invloed van roeren op het afkoelen van heet water. In dit experiment gaan we manieren bedenken om warm water zo lang mogelijk warm te houden. Bedenk een manier om water warm te houden en beschrijf een experiment om jouw methode te testen. Neem contact op met je docent voordat je je experiment uitvoert.

Beschrijf hier je experiment met een tekening.

Noteer je gegevens in een geschikte tabel.

Vragen

  1. Als je twee kopjes of glazen gebruikte, was de temperatuurdaling dan voor beide hetzelfde?
  2. Heeft jouw manier om het water langer warm te houden gewerkt?
  3. Als iemand jouw experiment zou willen kopiëren en het ene glas dicht bij een open raam zou zetten en het andere glas weg van het raam, zou dat dan een eerlijk experiment zijn? Waarom of waarom niet?
  4. Waarom is het beter om een glas te gebruiken dat je niet isoleert, naast het glas dat in dit experiment wel geïsoleerd is?
  5. Leg je experimentele resultaten uit.
  6. Wat zijn de bronnen van onnauwkeurigheden in dit experiment? Hoe kunnen deze bronnen van onnauwkeurigheid onder controle worden gehouden als je jouw experiment zou aanpassen en het opnieuw zou doen?
  7. Welke nieuwe vragen heeft dit experiment bij je opgeroepen?
  8. Beschrijf de manieren waarop warmte-energie je glazen verlaat om uit te leggen waarom de temperatuur van water daalt. Welke mechanismen of modellen kun je identificeren die ons kunnen helpen begrijpen hoe warmte-energie uit de glazen gaat, waardoor de temperatuur daalt?

Intermezzo theorie: hoe werkt warmteoverdracht?

In alle voorgaande experimenten werd het water na enige tijd koud, de warmte-energie verplaatste zich van het hete water naar de koudere omgeving. In de natuurkunde zijn er drie manieren waarop warmte van de ene plaats naar de andere kan bewegen (overdracht):

Geleiding:

Bij warmteoverdracht door geleiding wordt de warmte-energie van het ene molecuul doorgegeven aan het aangrenzende molecuul, dat op zijn beurt de warmte-energie doorgeeft aan het buurmolecuul. Wanneer we bijvoorbeeld één kant van een metalen staaf in een vlam verwarmen, wordt de warmte-energie van molecuul naar molecuul doorgegeven totdat deze de andere kant van de staaf bereikt. Merk op dat de moleculen zelf niet van hun plaats komen, alleen de warmte-energie verplaatst zich.

In sommige materialen, zoals metalen, kan de warmte gemakkelijk van het ene molecuul naar het andere worden verplaatst. In andere materialen zoals papier, textiel, piepschuim, en plastic kan de warmte zich niet gemakkelijk op deze manier verplaatsen.

Convectie:

Bij warmteoverdracht door convectie beweegt de warmte-energie mee met de moleculen. De moleculen bewegen van de ene plaats naar de andere en nemen de warmte-energie mee. Wanneer we bijvoorbeeld water in een pan verwarmen, verplaatsen de ‘hete’ watermoleculen aan de onderkant van de pan zich naar koelere plaatsen, waarbij ze de warmte- energie meenemen en deze afgeven aan koelere watermoleculen, waardoor al het water wordt verwarmd. Merk op dat bij convectie de moleculen van de warmere naar de koelere plaats bewegen, terwijl bij geleiding alleen de warmte-energie zich verplaatst en de moleculen op hun plaats blijven. Convectie kan alleen plaatsvinden in gassen en vloeistoffen, niet in vaste stoffen. (Waarom?)

Straling:

Bij warmteoverdracht door straling wordt de warmte-energie net als lichtenergie overgedragen. De warmte wordt uitgestraald als warmtestralen (zoals lichtstralen) van een warme plaats naar een koelere plaats. Op deze manier kan warmte-energie door een vacuüm bewegen, er zijn geen moleculen nodig om energie over te dragen. De warmte-energie van de zon verplaatst zich bijvoorbeeld door de ruimte naar de aarde door middel van straling. Warmtestraling kan worden gereflecteerd door metalen spiegels.

Naast deze belangrijkste manieren van warmteoverdracht is er nog een andere manier waarop warmte-energie kan bewegen, hoewel dit als een speciaal geval van convectie kan worden beschouwd. Wanneer vloeibaar water verdampt, absorbeert een molecuul veel energie en wordt het stoom. Wanneer de stoom een koud oppervlak raakt, geeft het zijn warmte-energie af en wordt het weer vloeibaar. Dit proces zou warmteoverdracht door verdamping en condensatie kunnen worden genoemd.

Experiment 4

Probeer met de hierboven gegeven informatie over warmteoverdracht een betere manier te bedenken om water zo lang mogelijk warm te houden. Denk goed na over hoe je warmteverlies via elk van de hierboven genoemde processen van warmteoverdracht kunt voorkomen. Voer vervolgens een experiment uit om je methode te testen en noteer de resultaten in een tabel.

 

Practicum Verdamping en Condensatie met Concept Cartoon

Beschrijving

Dit is een onderzoeksactiviteit voor leerlingen uit groep 7 of 8 primair onderwijs en onderbouw voortgezet onderwijs. Een glas water met ijsklontjes of een glas water direct uit de ijskast wordt op tafel gezet. De buitenkant wordt nat. Waarom? De verklaringen in de cartoon inspireren leerlingen tot discussie en onderzoek, maar leerlingen kunnen ook eigen verklaringen verzinnen en onderzoeken. Dat onderzoek kan alle kanten opgaan, maar de modeldidactiek whiteboards kunnen helpen om daar zicht op te houden en faciliteren discussie tussen groepjes en de docent.

Domeinen

(Leeftijd: 10 – 16 jaar): faseovergangen, temperatuur, deeltjes, onderzoek/ontwerp vaardigheden.

Voorkennis

Geen

Figuur 1 Concept cartoon over condensatie (Naylor & Keogh 2010).

Leerdoelen (inhoud)

  • Leerlingen kunnen uitleggen wat er gebeurt bij condenseren en verdampen met een simpel deeltjes model en kunnen voorbeelden geven uit het dagelijks leven.

Leerdoelen (vaardigheden)

  • Leerlingen kunnen een plan bedenken om een uitspraak te verifiëren en falsifiëren en gebruiken daarbij een controle experiment.
  • Leerlingen voeren het plan gedisciplineerd en stap-voor-stap uit.
  • Leerlingen formuleren een redelijke conclusie.
  • Leerlingen suggereren verbeteringen in het eigen experiment.

Benodigdheden

  • glazen
  • ijsblokjes
  • koud water in kan, thermosfles of plastic fles uit de ijskast
  • heet water in thermosfles of uit een waterkoker
  • maatbeker, of maatcilinder
  • nauwkeurige weegschaal
  • wat extra materialen die leerlingen zouden kunnen gebruiken en die hun creativiteit kunnen inspireren zoals oude kranten, plastic, deksels voor de glazen (bv schotels), plastic of metalen bekers, isolatiemateriaal.

Introductie van het practicum en uitvoering

  1. Klassikaal: De docent haalt een glas koud water uit de ijskast. Zeer snel vormt zich condens op de buitenkant van het glas. Hoe komt dat? Waarschijnlijk kennen de leerlingen het verschijnsel al en weten sommige leerlingen misschien heel zeker hoe het komt. In de praktijk blijkt dat geen probleem te zijn in deze activiteit omdat de nadruk ligt op het verzamelen van bewijsmateriaal voor en tegen de verschillende standpunten.
  2. Klassikaal of in de groepjes: Laat leerlingen even praten over wie er gelijk zou kunnen hebben in de cartoon en waarom. Zijn er ook andere mogelijke antwoorden?
  3. Groepjes: Verdeel nu de leerlingen in random groepjes van 3 of hooguit 4 leerlingen met de opdracht een experiment te bedenken. Ze doen dat aan de hand van vragen op het planning werkblad maar noteren antwoorden links op het whiteboard. Zie leerling versie.
  4. Groepjes: organiseren zichzelf, bijvoorbeeld 1 leerling per groepje haalt de spullen die ze denken nodig te hebben, een andere leerling ontfermt zich over verslaggeving (zie organisatie).
  5. Groepjes: leerlingen voeren hun experiment uit en noteren observaties en conclusie rechts op het whiteboard. De leerkracht/docent loopt rond, observeert, luistert, stelt vragen.

Klassikale post-lab discussie

De whiteboards en een rondgang door de klas tijdens het experimenteren helpen de docent een didactisch slim pad te kiezen door de whiteboard presentaties. Daarbij zijn er twee aandachtspunten: 1) wat hebben we geleerd over verdamping en condensatie (conceptueel), en 2) wat hebben we geleerd over experimenteren en de kwaliteit van bewijsmateriaal.

Organisatie

  • In modeldidactiek werken we meestal met random groepjes van 3 of 4 leerlingen.
  • Bij grote klassen in het primair onderwijs is het vaak handig te werken met een taakverdeling in de groep (coöperatief leren): 1 leerling zorgt voor de spullen, 1 leerling noteert resultaten op het whiteboard, 1 leerling houdt in de gaten dat het plan wordt gevolgd (andere taakverdelingen zijn mogelijk). De taakverdeling rouleert een volgende keer.

          

Tips

Het ligt voor de hand om in de einddiscussie eerst in te gaan op experimenten die rechtstreeks verband houden met de uitspraken in de cartoon. Dan conclusie formuleren en daarna wat hebben we nog meer geleerd over het verschijnsel condenseren. Vervolgens een discussie over de kwaliteit van experimenten en bewijsmateriaal. Wat zou je een volgende keer anders doen?

Ervaringen

Bij deze activiteit blijkt de drempel naar onderzoek heel laag te zijn. Leerlingen, maar ook workshops met leerkrachten of docenten, hebben er vertrouwen in dat ze dit wel kunnen en ze leren ook onderweg. De eerste groep kinderen (groep 7 & 8) rende meteen enthousiast weg om spullen te zoeken die ze dachten nodig te hebben, zonder enig nadenken. Vandaar de introductie van een planning worksheet om dat nadenken af te dwingen. In de basisschool hebben we in het werken met concept cartoons (ook andere cartoons) vaak de start discussie en planning van een experiment gedaan tegen het eind van de vorige les om dan de volgende les met experimenteren te beginnen. Bijkomend voordeel is dat er gezorgd kan worden voor eventuele extra materialen.

Natuurkunde van condensatie (voor docenten/leerkrachten van andere vakken)

  • IJs, water, en waterdamp bestaan uit watermoleculen (H2O). Die moleculen zitten strak aan elkaar vast (ijs), of trekken elkaar sterk aan maar kunnen wel vrij bewegen (water) of bewegen zo snel vanwege de temperatuur dat ze elkaars’ aantrekkingskracht niet of nauwelijks voelen en zich verspreiden over een grote ruimte (waterdamp). Wanneer die snel bewegende waterdamp moleculen tegen een koud oppervlak aankomen (zoals de buitenkant van een glas ijswater), dan verliezen ze snelheid en condenseren ze vervolgens door de onderlinge aantrekkingskracht tot waterdruppels. Dat is wat er aan de buitenkant van een glas ijswater gebeurt. Waterdampmoleculen uit de lucht condenseren tot druppels.
  • Bij een glas heet water zie je ook condensatie op het glas, maar dan op de binnenkant boven het water. Er vindt verdamping plaats, de damp komt tegen de koudere binnenrand van het glas en condenseert weer tot water. In het begin is het temperatuurverschil van onderste deel van het glas dat in contact is met het hete water, en het bovenste deel (geen water) heel duidelijk te voelen. De binnenrand van het glas is dus kouder dan de waterdamp van het hete water. Resultaat …… dampvorming tegen de binnenrand.
  • De drie aggregatietoestanden zijn al genoemd: IJs (vast), water (vloeibaar), waterdamp (gas). Om van de een naar de ander te gaan is energie nodig. Verdampen gebeurt bij elke temperatuur. Bij elke temperatuur kunnen moleculen aan het oppervlak toevallig wat extra energie op doen en ontsnappen uit de vloeistof (verdampen). Het verschil met koken is dat bij koken verdamping overal in de vloeistof plaatsvindt en niet alleen aan het oppervlak. Dat koken gebeurt bij een heel specifieke temperatuur (water 100 oC) terwijl verdamping bij elke temperatuur plaatsvindt. De was droogt ook in de winter al kan het langer duren.
  • Emma uit groep 6 (!) suggereerde na enkele experimenten die anders uitkwamen dan ze voorspeld had, dat als adem tegen een kouder oppervlak komt, er condens ontstaat. Maar als adem tegen een warmer oppervlak aankomt, dan ontstaat er geen condens. En dat klopt! Als er een hoge graad van verzadiging is, zoals waterdamp in adem, dan vindt condensatie plaats tegen elk voorwerp dat een lagere temperatuur heeft dan de damp, dus bij adem een lagere temperatuur dan 37 graden.
  • In het glas met heet water besloeg de binnenkant van het glas. Bij heet water vindt veel verdamping plaats en wordt veel damp gevormd. Als de wand van het glas die boven het water uitsteekt toch kouder is dan die waterdamp, dan gaat het daarop condenseren.

Mogelijke experimenten (zie ook tabel 1)

In onze lessen kwamen we o.a. de volgende experimenten tegen:

  • Als het water uit de lucht komt, dan zou het glas zwaarder moeten worden. Glas direct uit de ijskast op een weegschaal zetten en zien wat er gebeurt. Wordt het glas zwaarder? Komt het vocht aan de buitenkant van het glas van buiten of van binnen het glas? Het moet een nauwkeurige weegschaal zijn want het gaat om druppels. Deksel op het glas om verdamping te voorkomen.

  • Je kunt ook ademen op het glas en zien wat er dan gebeurt, ook dan wordt het nat en de adem komt duidelijk van buiten het glas. Maar is massatoename te meten?

  • Emma (10 of 11 jaar in een plus klas) stelde voor om te zien of adem op de buitenkant van een glas heet water ook condenseert. Nee dus. Ze concludeerde: als waterdamp tegen iets aankomt dat kouder is (kouder dan de damp), dan condenseert het. Dus adem op een glas water met kamertemperatuur en er is condensatie. Adem uit op een glas water van 40 of 50 graden en je krijgt geen condensatie van waterdamp in adem.
    • Dit is een schitterend idee. In werkelijkheid is het als volgt: lucht kan per liter een bepaalde hoeveelheid waterdamp bevatten. Die hoeveelheid is afhankelijk van de temperatuur. Bij hogere temperatuur kan lucht meer waterdamp bevatten dan bij lagere temperatuur. Als vochtige lucht afkoelt, dan zal er dus waterdamp uit moeten en die condenseert dan. Dat gebeurt als warmere vochtige lucht tegen iets aankomt dat kouder is. Om het nog ingewikkelder te maken spreken we over verzadigde lucht als de hoeveelheid waterdamp maximaal is en over onverzadigde lucht als er bij die temperatuur nog wel meer waterdamp bij kan.

  • Als (volgens leerlingen) ijs aan de buitenkant van het glas gesmolten zou zijn: doe een deksel op het glas. Wordt de buitenkant nu nog nat?

  • Als water (volgens leerlingen) door het glas lekt, dan zou het waterniveau in het glas moeten dalen. Is dat zo? Neem bv een maatbeker of maatcilinder. Laat eerst zien dat die ook van buiten nat wordt. Doe dan een experiment waarbij de maatcilinder met koud water + ijs wordt gevuld en zie of het waterniveau naar beneden gaat bij condensatievorming op de buitenkant. Een handiger experiment is gewoon een deksel op het glas te zetten en kijken of condensatievorming wel of niet gebeurt.
    • Luca en Lloyd (10 jaar) voorspelden dat het waterniveau zou stijgen want ijs wordt water en in het begin steekt het ijs eruit. Dus hun experiment was de eigen voorspelling van stijging van water versus Bea’s voorspelling dat het waterniveau zou dalen. Maar het waterniveau stijgt niet, klasgenoot Joost herinnerde zich dat ijs een kleiner volume aanneemt wanneer het water wordt.

  • Als water door het glas lekt: neem een glas van ander materiaal, probeer diverse materialen (bij sommige isolerende materialen zoals piepschuim zal condensvorming aan de buitenkant minder zijn doordat de buitenkant misschien niet koud genoeg is).

  • Als waterdamp uit de lucht condenseert: breng het koude glas in een zeer droge omgeving, bv een gesloten doos met silicakristallen die vocht absorberen. Is er nu nog condensvorming op de buitenkant? Eventueel vochtigheid met hygrometer controleren.

  • Doet een koud glas zonder water het ook? Ja met adem, maar niet met waterdamp op kamertemperatuur. Maar zie commentaar over warmtecapaciteit hieronder al zal dat een stap te ver zijn voor een deel van de leerlingen.

  • Verkennen van het verschijnsel: experimenteren met andere materialen en bv ook met de Starbucks beker met dubbele isolatie. Nou dat is een mooi model voor dubbele ramen!

  • Verkennen van het verschijnsel: Zou het ook met andere koude vloeistoffen kunnen? Neem een flesje schoonmaak alcohol (gedenatureerde alcohol 96% van Etos) en laat het ’s nachts in de ijskast staan en haal het eruit. Komen er druppels op de buitenkant? Of schenk het in een glas en doe er ijsklontjes in, komen er druppels op de buitenkant? N.B. de ijsklontjes zullen niet drijven maar zinken in alcohol!

  • Joost en Rosa stelden voor het glas in plastic te verpakken. Ze voorspelden dat er nu water gevormd zou worden aan de buitenkant van het plastic en niet tussen het plastic en het glas. Ze gebruikten bubbelplastic. Ze vonden dat de buitenkant droog en warm aanvoelde terwijl de binnenkant van het plastic (dat tegen het glas zat) koud en nat was. 

Tabel 1: Nog meer mogelijke experimenten

Experiment

Vraag

Verwacht resultaat

   

Koud    koud met              deksel

Wordt de buitenkant ook nat als je een deksel gebruikt? Bv, als Judith gelijk heeft, dan zou de buitenkant nog steeds nat worden.

Beide glazen beslaan

      

Koud    warm

Wordt de buitenkant ook nat bij warm water, warmer dan de omgevingstemperatuur?

Het glas met warm water zal niet nat worden aan de buitenkant. Als het water echt heel warm is, dan beslaat het glas aan de binnenkant.

 

       

Koud        koud   

            geïsoleerd

Als je het glas goed isoleert met bv papier/karton/watten, wordt de buitenkant dan nog nat?

Het geïsoleerde glas wordt soms wel en soms niet nat aan de buitenkant, afhankelijk van de kwaliteit van isolatie en hoeveel lucht er nog tussen glas en isolatie zit. Het kan zelfs extra nat worden want vanwege de isolatie verdampt de condens niet gemakkelijk opnieuw.

    

Olie     water

Koud   koud

Hangt het van de vloeistof af of de buitenkant van het glas nat wordt?

Nee, beide glazen worden nat aan de buitenkant. Wel zal het effect bij water sterker zijn vanwege de grotere soortelijke warmte van water.

   

Water     metaal

Koud       koud

Is er ook condensatie bij vaste voorwerpen, bv koud metaal?

Ja, ook het metaal wordt nat als het maar koud is, bv metaal uit de ijskast halen en afdrogen en dan neerzetten.

Beide glazen water kamertemperatuur

       

Geen     adem

adem

Kan een glas met water op kamertemperatuur beslaan als je erop ademt?

Ja, het glas met de adem beslaat, het andere glas niet of langzamer (met waterdamp uit de lucht om het glas).

       

Water       water

kamer      heet

temperatuur

Als je ademt op glazen met water op kamertemperatuur en heet water, beslaan de glazen?

Glas met kamertemperatuur beslaat, glas met heet water beslaat niet aan de buitenkant, maar alleen aan de binnenkant door verdamping en condensatie van het hete water.

Een simpele verklaring die voor alle situaties opgaat: als vochtige lucht langs een kouder oppervlak (kouder dan de lucht) gaat, dan beslaat het oppervlak. Als vochtige lucht langs een even warm of warmer oppervlak gaat, dan beslaat het niet, dan is er geen condensatie.

 

[1] Werkblad ontworpen door Elmer Roze

Practicum dichtheid

Onderwerp: Stoffen en materialen

Omschrijving
In dit practicum zien leerlingen dat de verhouding tussen de massa en het volume van een stof altijd hetzelfde blijft. In deze vorm kan het practicum begin 2e klas worden gegeven. Als de leerlingen al wat verder zijn kunnen ze zelf een formule opstellen.

Leerdoelen

  • Kennismaken met het bestaan van intrinsieke variabelen zoals materiaaleigenschappen die onafhankelijk zijn van de hoeveelheid materie (m, V) ondanks dat m en of V kunnen voorkomen in de formule. (andere voorbeelden zijn T en g).
  • Het kunnen maken van goede meettabellen en grafieken.
  • Inzien dat, bij een grafiek die een rechte lijn door de oorsprong is, de verhouding tussen de grootheden op de as altijd hetzelfde is.
  • Eventueel: het op kunnen stellen van een formule bij een grafiek die een rechte lijn door de oorsprong is.

Voorkennis

  • Het begrip stofeigenschap (= eigenschap van een stof waaraan je een stof kan herkennen) moet zijn geïntroduceerd.
  • Fijn als leerlingen al ervaring hebben met het maken van meettabellen, grafieken en formules, maar niet noodzakelijk.

Benodigdheden

  • Blokjes van verschillende materialen met een dichtheid groter dan 1 g/cm3, gesorteerd op soort materiaal. Minstens 5 van iedere materiaalsoort. Liefst hebben de blokjes massa’s die onderling flink verschillen. Als je dat niet hebt, kun je ook werken met blokjes die dezelfde massa hebben. In dat geval meten de leerlingen achtereenvolgens de massa’s en volumes van meerdere blokjes tegelijk (dus eerst van één blokje, dan van twee samen, dan van drie, enzovoort).
  • Maatcilinders met water. Het volume moet voldoende zijn om 5 blokjes in onder te kunnen dompelen.
  • Elektronische weegschalen.
  • Whiteboards en toebehoren.

Klassikale introductie van het practicum

  • Herhaal kort wat we bedoelen met stofeigenschappen.
  • Is massa van een stof een stofeigenschap? (Nee, want als je er meer van neemt is de massa anders, maar is het nog steeds dezelfde stof) Is volume van een stof een stofeigenschap? (Nee, om dezelfde reden).
  • Is ijzer zwaarder dan hout? (Ja… of nee, wacht! Dat hangt ervan af hoeveel ijzer en hout je neemt).
  • Hoe zou je de massa van ijzer dan kunnen vergelijken? (Je moet er evenveel van nemen). Dus hetzelfde volume? (Ja).
  • Zou de massa per volume eenheid dan een stofeigenschap kunnen zijn? (Dat zou kunnen).
  • Dan moeten we dus onderzoeken of de massa per volume eenheid niet verandert als je meer of minder van een stof neemt.
  • Hoe meten we de massa van een stof? (Met de weegschaal). Als je werkt met blokjes van dezelfde massa, laat dan zien dat als je steeds maar één blokje op de weegschaal legt, dan de massa’s dan heel dicht bij elkaar liggen. Hoe zou je veel grotere verschillen is massa kunnen krijgen? (Leg meer blokjes op de weegschaal)
  • Hoe meten we het volume van een blokje? (Lengte x breedte x hoogte). Laat een blokje zien dat geen balk is (Oh…). Lees het volume van water in een maatcilinder af, dompel het blokje onder en lees het nieuwe volume af. Waarom is het volume van het water gestegen? (Het blokje duwt het water weg). Kan ik hieraan misschien zien wat het volume van het blokje was? (Ja, het verschil tussen de twee volumes).

Uitvoering

  • Je opdracht is om het verband tussen massa en volume van een stof te onderzoeken. Maak een meettabel en meet massa en volume van ieder blokje (of, als je met blokjes van dezelfde massa werkt, eerst van één blokje, dan van twee, enzovoort). Maak een m,V-grafiek.
  • Spreek af om volume horizontaal te zetten. Dit kan je introduceren als een afspraak om te zorgen dat onze grafieken goed te vergelijken zijn. Aangezien je massa én volume bij aanvang van het proefje niet weet, voldoet de conventie om de onafhankelijke variabele horizontaal te zetten hier niet.
  • Spreek ook af welke eenheden je gebruikt (g en cm3 of mL).

Organisatie (optioneel)

Tijdsplanning:

  • Introductie practicum (10 minuten)
  • Uitvoering (10 minuten)
  • Opmaken whiteboard (5 minuten)
  • Whiteboard bespreking (15 minuten)

Klassenorganisatie

  • Laat de leerlingen in random groepjes van 3 werken.
  • Laat de leerlingen eerst de proef uitwerken op papier. Pas als dat af is mogen ze een whiteboard pakken.
  • Laat leerlingen de onderzoeksvraag (Wat is het verband tussen massa en volume van een stof?) en hun namen op het whiteboard vermelden, zodat duidelijk is wat ze doen en wie het doet.

Inhoud kringgesprek

  • Wat is hetzelfde? Wat is verschillend?
  • Lopen alle grafieken even steil? (Nee). Welke grafieken zijn steiler? (Stoffen als ijzer en koper). Welke gaan minder steil (kunststof en hout)
  • Wat zegt de steilheid over de stof? (Of het een grote massa per volume heeft)
  • Hoe kunnen we de steilheid vergelijken met een getal? (Bereken hoeveel de grafiek omhoog gaat per stap naar rechts. Gebruik eventueel de term richtingscoëfficiënt).
  • Kennen we een naam voor dit getal? (Als ze hier niet zelf op komen, introduceer de term dichtheid).
  • Kan ik dit getal ook uitrekenen met een ander punt? Probeer dat eens uit. De leerlingen vinden steeds hetzelfde getal.
  • Noteer dichtheid als verhouding: \(\rho=\frac{m}{V}\).  Introduceer de symbolen (

  • ρ ) en veelgebruikte eenheden (g/cm3 of kg/m3).
  • Checkvraag: een ijzeren staaf wordt in twee delen gezaagd. Het volume van deel X is twee keer zo groot als het volume van deel Y. We vergelijken de dichtheid van X met de dichtheid van Y. Welke uitspraak is waar?
    1. De dichtheid van X is twee keer zo klein als die van Y.
    2. De dichtheid van X is gelijk aan die van Y
    3. De dichtheid van X is twee keer zo groot als die van Y.

Inhoud logboek (optioneel)

  • De dichtheid als verhouding: \(\rho=\frac{m}{V}\)
  • De betekenis van de symbolen en eenheden

Voorbeeld resultaten (optioneel)

 

 

Demo molecuulmodel

Onderwerp: Stoffen & materialen

Omschrijving

In deze les denken leerlingen na over welk bewijs er is voor het idee dat stoffen uit moleculen bestaan. Ze ervaren zelf dat het niet mogelijk is om iets voor 100% te bewijzen, maar dat een model wel bevestigd kan worden, doordat je de resultaten van proeven ermee kan verklaren.

Leerdoelen

  • Leerlingen kunnen een voorbeeld geven van dingen die opgebouwd zijn uit bouwstenen die zo klein zijn dat je ze met het blote oog niet kan zien.
  • Leerlingen kunnen, met het molecuulmodel, verklaren dat een vloeistof in een zakje blijft zitten, maar dat je die stof wel kan ruiken.
  • Leerlingen kunnen, met het molecuulmodel, verklaren waarom het lijkt alsof een stof ‘verdwijnt’ als je die oplost in een vloeistof.

Voorkennis

  • Geen

Benodigdheden

  • Krantenfoto’s
  • Sterke vergrootglazen/microscoop
  • Boterhamzakjes
  • Vanille aroma
  • Druppelaar
  • Maatcilinders (het is het handigst als je 2 gelijke maatcilinders gebruikt)
  • Water
  • Suiker
  • Weegschaal
  • Warmhoudplaatje

Klassikale introductie van het practicum

  • Zet alvast een maatcilinder met 200 mL water op een warmhoudplaat. Dit is voor later in de les.
  • Stel de vraag wat we zouden zien als je extreem veel zou kunnen inzoomen op materie. Inventariseer welke ideeën er zijn.
  • Deel foto’s en vergrootglazen uit. Laat leerlingen beschrijven wat ze zien.
  • Stel de vraag of het mogelijk is dat iets is opgebouwd uit bouwstenen die te klein zijn om met het blote oog te zien.
  • Deel de boterham zakjes uit. Loop langs met de druppelaar en geef alle leerlingen een druppeltje vanille aroma in hun boterham zakje. Laat ze ruiken aan de zakjes en laat ze vervolgens het zakje goed dichtknopen. Vraag ze om opnieuw te ruiken.
  • Vraag de leerlingen te beschrijven wat ze waarnemen. Zorg dat ze noemen dat de vloeistof in het zakje zit en dat ze het aroma kunnen ruiken, ook als het zakje dicht zit.
  • Meet de massa van de tweede maatcilinder. Vul deze met 50 mL suiker. Meet van beide maatcilinders (die met suiker en die met water) de massa (zie tabel). Noteer ook de volumes.
  • Doe de suiker in het water. Roer nog niet. Meet opnieuw massa en volume en noteer in de tabel.
  • Roer nu goed, meet daarna opnieuw massa en volume en noteer in de tabel.
  • Bereken de massa’s van de stoffen voor in de laatste kolom. Je kan dit ook aan de leerlingen over laten, maar het rekenwerk is niet het doel van dit practicum.
  • Laat de leerlingen goed kijken of ze nog suiker in de cilinder zien zitten.
  • Laat leerlingen de tabel goed bekijken. Vraag wat ze opvalt. Ze moeten in ieder geval noemen dat de massa gelijk blijft aan de som van de massa’s van suiker en water, maar dat het volume, zeker na het roeren, kleiner is dan de som van de volumes van suiker en water.

Voorbeeld

Volume stof (mL)

Massa maatcilinder (g)

Massa cilinder + stof (g)

Massa stof (g)

Maatcilinder met suiker

50

86

165

79

Maatcilinder met water

250

86

336

250

Maatcilinder met water + suiker (ongeroerd)

290

86

415

329

Maatcilinder met water + suiker (geroerd)

280

86

415

329

Uitvoering

  • Deel de klas op in groepjes. Laat ze hun whiteboards in tweeën delen.
  • Op het linker deel moeten de leerlingen, met een tekening van deeltjes, duidelijk maken hoe het komt dat de vloeistof in het zakje blijft, maar dat ze toch een geur waarnemen.
  • Op het rechter deel moeten de leerlingen, met een tekening van deeltjes, laten zien wat er met de suiker is gebeurt. Ook moeten ze verklaren waarom het volume niet gelijk is aan de som van de volumes van suiker en water, maar de massa wel.

Organisatie (optioneel)

Tijdsplanning:

  • Demonstratieproeven: 15 min.
  • Whiteboardopdracht: 15 min.
  • Bespreken: 15 min.

Klassenorganisatie

  • Je kan ervoor kiezen om, na de demonstratie met het vanille aroma, eerst de leerlingen deze proef te laten verklaren. Doordat je meer moet schakelen tussen werkvormen, zal dit iets meer tijd kosten.

Inhoud kringgesprek

  • Voor de eerste opdracht moeten de leerlingen bedenken dat er iets door de wand van het zakje moet komen. Dit zouden deeltjes kunnen zijn. Dit kan alleen maar, als er gaatjes in de wand zitten, die zo klein zijn dat er alleen losse deeltjes doorheen kunnen en geen druppels vloeistof (die uit veel deeltjes bestaan). Dat zou kunnen als de wand van het zakje ook uit deeltjes bestaat die niet heel dicht tegen elkaar liggen.
  • Voor de tweede opdracht moeten de leerlingen bedenken dat de suikerdeeltjes tussen de waterdeeltjes kunnen gaan zitten. Omdat het nu losse suikerdeeltjes zijn, zie je ze niet meer.
  • Doordat de suikerdeeltjes voor een deel ruimte innemen die eerst leeg was, is het volume iets kleiner dan de som van de volumes van water en suiker apart.
  • Vraag de leerlingen of je de waarnemingen ook op een andere manier kan verklaren.
  • Vraag de leerlingen of nu bewezen is dat stoffen uit kleine deeltjes bestaan (niet definitief)
  • Vraag de leerlingen of het nu bevestigd is dat stoffen uit kleine deeltjes bestaan (dat wel). Bespreek dat het vaak zo gaat met modellen: je kan een model als het molecuulmodel blijven gebruiken zo lang het bevestigt wordt. Maar het is niet uit te sluiten dat er in de toekomst een waarneming wordt gedaan die het model ontkracht.

Inhoud logboek (optioneel)

  • Laat leerlingen in eigen woorden beschrijven welk bewijs ze hebben gezien voor de hypothese dat stoffen zijn opgebouwd uit kleine deeltjes, genaamd moleculen.

Voorbeeld resultaten (optioneel)

Practicum stofeigenschappen

Onderwerp: stoffen & materialen

Omschrijving

In dit practicum krijgt ieder groepje leerlingen een set van blokjes van allerlei verschillende stoffen (een houtblokje, een suikerklontje, een schroef, etc.). Ze maken een eigen manier van indelen en denken na over wat stofeigenschappen zijn en wat niet. Ze presenteren de manieren van indelen aan elkaar.

Leerdoelen

  • Leerlingen kunnen onderscheid maken tussen eigenschappen waaraan je de stof kan herkennen (stofeigenschappen) en andere eigenschappen.
  • Leerlingen kunnen onderscheid maken tussen mengsels en zuivere stoffen.
  • Leerlingen weten wat er bedoelt wordt met het begrip fase. Ze weten dat de fase een stof geen stofeigenschap is.

Voorkennis

  • Geen

Benodigdheden

  • Per groepje een set van verschillende stoffen. Hier kan je van alles voor gebruiken, maar zorg in ieder geval voor meerdere vaste stoffen, vloeistoffen en gassen. Zorg ook dat je er een paar hebt waarbij het niet zo duidelijk is in welke fase ze zitten. Je kan denken aan:
    • Schroeven
    • Stenen
    • Suiker
    • Klei
    • Meel
    • Elastiekjes
    • Shampoo
    • Lijm
    • Schoonmaak azijn
    • Scheerschuim
    • Water
    • Lucht (in een zakje)
    • Helium (in een ballon)

Klassikale introductie van het practicum

  • Laat de bakken met verschillende stoffen zien.
  • Maak groepjes van leerlingen en geef de opdracht om zelf een indeling te maken van de stoffen in de bak. Moedig ze aan om een indeling te bedenken die de andere groepen niet hebben bedacht, zodat je echt verschillen krijgt.
  • Op het whiteboard moet staan:
    • Titel
    • Namen
    • Kolommen met de verschillende categorieën die ze bedacht hebben.

Uitvoering

  • Let er tijdens het werken op dat er niet te veel groepjes komen met dezelfde indeling.
  • Er zijn allerlei indelingen mogelijk. Denk aan kleur, vorm, hard of zacht, etc.
  • Als er al groepjes zijn die een indeling maken op grond van fase, dan kan je hier bij de bespreking gebruik van maken. Zo niet, dan kun je, na de bespreking, de groepjes vragen om een nieuwe indeling te maken op basis van fase.
  • Hetzelfde geldt voor mengsels vs zuivere stoffen: maak er gebruik van als het vanzelf gebeurt. Zo niet, dan stuur je de groepjes nog eens terug.

Organisatie (optioneel)

Tijdsplanning:

  • Totaal: 25 – 50 minuten (afhankelijk van of leerlingen zelf al met indeling op basis van fase en indeling op basis van mengsel vs zuivere stof komen)

  • Klassikale introductie: 5 min.
  • Eerste indeling maken: 10 min.
  • Bespreken: 10 min.
  • (optioneel) Indeling op basis van fase: 5 min.
  • Bespreken: 10 min
  • (optioneel) Indeling op basis van mengsel vs. zuivere stof (5 min)
  • Bespreken: 5 min

Inhoud kringgesprek

Na de eerste opdracht:

  • Vergelijk de verschillende manieren van indelen. Vraag de leerlingen welke indeling je kan gebruiken om de stof te herkennen (bijvoorbeeld kleur, hardheid, etc.) en bij welke niet kan (vorm, massa). Definieer het begrip stofeigenschap als een eigenschap waaraan je kan herkennen om wat voor stof het gaat.
  • Als er al een indeling is op basis van fase, dan kan de eerste vervolgopdracht worden overgeslagen. Zo niet, breng dit idee dan zelf in en geef de opdracht om een indeling op basis van fase te maken.
  • Als er al een indeling is op basis van zuivere stof vs mengsel, dan kan de tweede vervolgopdracht worden overgeslagen. Zo niet, breng dit idee dan zelf in en geef de opdracht om een indeling op basis van mengsel vs. zuivere stof te maken.

 

Na de eerste vervolgopdracht:

  • Bespreek de verschillen tussen de borden.
  • Bespreek waar bijvoorbeeld shampoo of scheerschuim moet staan. Doel is niet om een correct antwoord te geven, maar om duidelijk te maken dat bij iedere indeling die je maakt er twijfelgevallen zijn.
  • Vraag de leerlingen of fase een stofeigenschap is. Stuur de discussie zo dat ze zien dat iedere stof in deze drie fases kan voorkomen, dus dat het niet kenmerkend is voor een bepaalde stof.

Na de tweede vervolgopdracht:

  • Bespreek de verschillen tussen de borden.
  • Vraag de leerlingen hoe ze weten dat bepaalde stoffen mengsels zijn. Voorbeeld: in water zit kalk opgelost. Dit kan je zien als witte aanslag op de kraan.

Inhoud logboek (optioneel)

  • Laat leerlingen in hun eigen woorden noteren wat stofeigenschappen zijn, wat fases zijn en wat zuivere stoffen zijn. Laat ze voorbeelden geven van hoe je die kan herkennen.

Practicum Dichtheid (VMBO)

Modelvormingsles over het verschijnsel dichtheid
Voor vmbo bovenbouw en aangepast voor vmbo onderbouw

Tijd: 80 minuten. Dit kan ook verdeeld worden over twee lesuren.

Omschrijving

Dit practicum speelt zich af rondom het begrip dichtheid. In dit practicum gaan leerlingen de massa en het volume van een stof vergelijken. Ze ontdekken dat dit een stofeigenschap is, waar je een stof aan kunt herkennen.

In de onderbouw van het vmbo leg je tijdens deze les de nadruk op het feit dat er voor een stof een diagram met een rechte lijn ontstaat en dat dit altijd zo is voor een deze stofeigenschap.

In de bovenbouw van het vmbo(-tl) zijn leerlingen met de wiskunde ver genoeg om een formule op te kunnen stellen bij een lijn. In deze klassen kun je tijdens deze les de nadruk leggen op de wiskunde achter de natuurkunde en ze de formule voor de dichtheid zelf laten opstellen. Verder kun je het hebben over nauwkeurigheid en meetfouten.

Leerdoelen inhoud / vaardigheden

Onderbouw/Bovenbouw

  • Kennismaken met materiaaleigenschappen die een verhouding weergeven van twee (of meer) grootheden.
  • Het kunnen maken van goede tabellen en grafieken.
  • Het met een gedachte experiment bepalen van het gratis meetpunt in de oorsprong

Bovenbouw

  • Het herkennen van de wiskundige kennis van het opstellen van een formule bij een lijn in natuurkundige context.
  • Het wendbaarder worden in het omschrijven van formules door het te koppelen aan wiskundige voorkennis
  • Het kunnen omgaan met meetonnauwkeurigheid en het inzien waarom meerdere metingen noodzakelijk zijn.
  • Het herkennen van de formule voor dichtheid als mathematisch model en de grenzen van dit model kunnen aangeven.

Voorkennis

  • Het begrip stofeigenschap (= eigenschap van een stof waaraan je een stof kan herkennen) is bekend.
  • Leerlingen moeten weten dat de inhoud en het volume hetzelfde zijn en hoe ze het volume kunnen bepalen (eventueel met de onderdompelingsmethode.)
  • Leerlingen hebben bij wiskunde ervaring opgedaan met het maken van tabellen en grafieken.
  • Voor de bovenbouw hebben leerlingen bij wiskunde al kennis gemaakt van het opstellen van een (woord)formule bij een lineaire grafiek.

Benodigdheden

  • Blokjes van messing met verschillende afmetingen en volumes.
  • Blokjes van perspex met verschillende afmetingen en volumes.
  • Blokjes van aluminium met verschillende afmetingen en volumes. (Je kunt eventueel ook andere materialen gebruiken.)
  • In het geval van rechthoekige blokjes is alleen een liniaal of geodriehoek nodig. Anders is het handig ook een maatcilinder bij te geven voor de onderdompelingsmethode.
  • (Elektronische) weegschalen.
  • Whiteboards en toebehoren.

Klassikale introductie van het practicum

  • Herhaal kort wat we bedoelen met stofeigenschappen. Is de massa van een stof een stofeigenschap? (Nee, want als je er meer van neemt is de massa anders, maar is het nog steeds dezelfde stof.) Is volume van een stof een stofeigenschap? (Nee, om dezelfde reden).
  • Is ijzer zwaarder dan hout? (Ja… of nee, wacht! Dat hangt ervan af hoeveel ijzer en hout je neemt). Hoe zou je de massa van ijzer dan kunnen vergelijken? (Je moet er evenveel van nemen, eerlijk vergelijken). Zou de massa per volume eenheid dan een stofeigenschap kunnen zijn?
  • Dan moeten we dus onderzoeken of de massa per volume eenheid niet verandert als je meer of minder van een stof neemt. Welke grootheden gaan we dan bepalen/meten en in welke eenheden doen we dit.
  • Hoe meten we de massa van een stof? (Met de weegschaal).
  • Hoe meten we het volume van een blokje? Hoe noem je het volume in de Wiskunde. Wat is de inhoud van een balk (Lengte x breedte x hoogte).
  • Als extra kan hier de onderdompel methode worden aangeleerd, tenzij dit al bekend is. Dit kan op de volgende manier: Laat een blokje zien dat geen balk is (Oh…). Lees het volume van water in een maatcilinder af, dompel het blokje onder en lees het nieuwe volume af. Waarom is het volume van het water gestegen? (Het blokje duwt het water weg). Kan ik hieraan misschien zien wat het volume van het blokje was? (Ja, het verschil tussen de twee volumes).)

Organisatie

  • Leerlingen werken in groepjes van twee of drie.
  • Neem ongeveer 10 minuten voor het startgesprek over de stofeigenschappen en de grootheden massa en volume. De opdracht is om het verband tussen massa en volume te onderzoeken. Vertel de leerlingen hoe hun whiteboard in te delen en waar de tabel, het diagram en eventueel de wiskunde moet komen te staan. Laat de leerlingen ook de onderzoeksvraag, een tekening van de spullen en hun namen op het whiteboard zetten.
  • Spreek af om volume horizontaal op de x-as te zetten. En de massa verticaal op de y-as. Eventueel kun je 3 en 4 vmbo ook de x en de y bij de assen laten plaatsen, zodat de wiskunde beter gekoppeld wordt. Dit kan je introduceren als een afspraak om te zorgen dat de grafieken op de borden goed te vergelijken zijn.
  • Spreek ook af welke eenheden je gebruikt (g en cm3 of g en mL).
  • Hierna gaan de leerlingen aan het werk. Meldt de leerlingen na 10 à 15 minuten dat ze hun whiteboards moeten klaarmaken. Bespreek niet lang daarna de borden. Als dit niet lukt maak er dan foto’s van en bespreek de borden de volgende les.

Inhoud kringgesprek

Onderbouw

In de onderbouw kun je de volgende vragen stellen en/of bespreken

  • Wat is hetzelfde? Wat is verschillend?
  • Lopen alle grafieken even steil? (Nee). Welke grafieken zijn steiler? Welke gaan minder steil?
  • Wat zegt de steilheid over de stof? (Of het een grote massa per volume heeft en dus een grotere dichtheid.)
  • Lees een coördinaat af uit de grafiek. Bereken met de formule van dichtheid de dichtheid. Klopt het getal dat je hebt uitgerekend met het getal dat je vindt voor de stof in je tabel (binas)? Welke stof is het dan?

Bovenbouw

Voor de bovenbouw kun je ook nog de volgende vragen gebruiken.

  • Hoe kunnen we de steilheid vergelijken met een getal? (Bereken hoeveel de grafiek omhoog gaat per stap naar rechts. Gebruik eventueel de term richtingscoëfficiënt).
  • Kennen we een naam voor dit getal? (Als ze hier niet zelf op komen, introduceer de term dichtheid).
  • Kan ik dit getal ook uitrekenen met een ander punt? Probeer dat eens uit. De leerlingen vinden steeds hetzelfde getal.
  • Noteer dichtheid als verhouding, introduceer de symbolen (ρ) en veelgebruikte eenheden (g/cm3 of kg/m3).

Checkvragen voor onder en bovenbouw:

Een ijzeren staaf wordt in twee delen gezaagd. Het volume van deel X is twee keer zo groot als het volume van deel Y. We vergelijken de dichtheid van X met de dichtheid van Y.

Welke uitspraak is waar?

1. De dichtheid van X is twee keer zo klein als die van Y.

2. De dichtheid van X is gelijk aan die van Y

3. De dichtheid van X is twee keer zo groot als die van Y.

Inhoud logboek

Laat leerlingen het eind bord met de eindverklaring in hun logboek of periode schrift schrijven.

Bijvoorbeeld:

De dichtheid als verhouding en de betekenis van de symbolen en eenheden

Practicum: sorteren chemische stoffen

Model toepassingsles over het indelen van chemische stoffen in metalen, zouten en moleculaire stoffen
Voor onderbouw havo/vwo en bovenbouw vmbo

Omschrijving

Atoomsoorten worden in het periodieksysteem onderverdeeld in metalen en niet-metalen. Met deze twee soorten atomen kun je drie combinaties maken. Hierdoor kun je de stoffen indelen in 3 groepen met elk hun eigen eigenschappen en bindingen. Tijdens deze les verkennen leerlingen de groepen en hun eigenschappen. Een toepassing hiervan zou kunnen zijn dat je de gevonden eigenschappen nogmaals bij andere stoffen uit dezelfde groep kunt controleren.

Leerdoelen inhoud

  • Het herkennen van het verschil tussen metaal en niet-metaal atomen
  • Beschrijven van de basissamenstelling van metalen, zouten en moleculaire stoffen.
  • Beschrijven van de eigenschappen van metalen, zouten en moleculaire stoffen.

Leerdoelen vaardigheden

  • Gebruikmaken van kennis in leerboeken zonder uitleg.
  • Maken van een werkplan, om eigenschappen van stoffen te onderzoeken.
  • Beschrijven van waarnemingen en uitkomsten uit experimenten en dit delen met anderen.

Voorkennis

  • Kennis van het periodiek systeem
  • Het verschil kennen tussen atomen en moleculen
  • Het verschil kennen tussen metaal atomen en niet-metaal atomen

Benodigdheden

  • Voedingskast, snoeren, lampje, elektrode of metalen plaatjes en krokodillen klemmen.
  • Brander, reageerbuizen, demi-water, reageerbuis knijper, bekerglazen.
  • Drie voor de leerling bekende stoffen bv. Keukenzout, suiker, ijzer, koper krullen.

Klassikale introductie van het practicum

  • De docent en de leerlingen verkennen eerst op het bord de twee soorten atomen (metalen en niet-metalen) en de combinaties die mogelijk zijn. De docent zet deze combinaties in een schema op het bord.
     

Atoom 1

Atoom 2

Kenmerken

Stof

metaal

Metaal

metaal

Niet-metaal

Niet-metaal

Niet-metaal

  • De docent laat daarna de drie stoffen zien. De leerlingen benoemen de drie stoffen. De docent geeft de leerlingen de opdracht uit te zoeken tot welke categorie in het schema de drie stoffen behoren en vervolgens de categorie een naam te geven.
  • De docent laat de leerlingen het materiaal zien dat ze voor de experimenten mogen gebruiken.
  • Leerlingen gaan aan de slag met het maken van werkplannen en het doen van de experimenten. (Dit wordt in het klassengesprek gepresenteerd.)

Aanrommelfase

De leerlingen zullen in het begin wat rommelig reageren op de weinige informatie die ze hebben. Al snel volgt de vraag of ze het boek mogen gebruiken. Het is verstandig de leerlingen wel de mogelijkheid te geven in hun boek te kunnen kijken, omdat ze dan hun onderzoek een beetje kunnen sturen. Wil je zonder boek werken dan zul je de leerlingen bij de mogelijke experimenten meer moeten sturen. Je kunt gebruik maken van vragen als:

  • Op wat voor manieren kunnen stoffen van elkaar verschillen?
  • Geleiden alle stoffen even goed elektriciteit? Hoe zou je dat kunnen testen?
  • Geleiden alle stoffen even goed warmte? Hoe zou je dat kunnen testen?.
  • Zijn alle stoffen even brandbaar? Hoe zou je dat kunnen testen?
  • Keukenzout lost op in water. Kunnen alle stoffen dat?

Metingen leerlingen

De metingen van leerling zullen heel divers zijn. Het is vooral van belang dat ze hun onderzoek en resultaten evt. met verkort werkplan of tekening goed op het bord schrijven, zodat ook andere leerlingen begrijpen wat ze hebben gedaan. Neem de tijd voor het uit testen en benoemen van de stoffen. Aan het einde maken de leerling het schema af. Dit schema kan op een later tijdstip verder worden aangevuld.

Organisatie

  • Tijd 1 lesuur van 60 – 80 minuten, kan korter als de klassikale introductie in de les ervoor gedaan word.
  • Leerlingen werken in groepjes van twee tot drie, eventueel met een taakindeling.
  • Neem ongeveer 15 tot 20 minuten voor de klassikale introductie. Zorg dat het schema goed duidelijk op het bord staat, zodat helder is waar naar gezocht wordt
  • Het practicum neem 20 tot 25 minuten in beslag
  • Het kringgesprek duurt ongeveer 20 minuten
  • Kap de onderdelen op tijd af, zodat er nog ca. 10 minuten overblijven voor de leerlingen om alles in hun logboek te schrijven.

Inhoud kringgesprek Klassikale nabespreking

Na afloop worden de borden per groepje gezamenlijk met de hele groep besproken. Let daarbij op de volgende zaken:

  • Staat er een titel en de namen van het groepje op het bord.
  • Is de aanpak van het onderzoek helder. Anders laten verduidelijken.
  • Naar welke stof eigenschap is gezocht en wat zijn de verschillen voor de verschillende stoffen.
  • Hebben alle leerlingen hetzelfde gevonden. Maak een groot schema op het klassikale bord en laat alle groepjes de door hen gevonden eigenschap bij de stoffen schrijven.
  • Eindig met het afmaken van het schema door de verschillende namen (metalen, zouten en moleculaire stoffen) erbij te schrijven of laat dit leerlingen doen.

Inhoud logboek

Zorg er voor dat de leerlingen aan het einde van de les hun aantekeningen en het schema kunnen overnemen of aanvullen in een logboek of schrift. Misschien is er daarna nog even tijd voor de leerling wat hij/zij geleerd heeft in deze les.