Practicum P1: Ballon met trui
Omschrijving
V
oor dit practicum maken leerlingen gebruik van een Phet-simulatie, waarin leerlingen een ballon tegen een trui kunnen houden waardoor elektronen zich op de ballon verzamelen. Als de ballon tussen de trui en de muur wordt losgelaten, dan beweegt hij naar de trui toe. Als de ballon bij de muur wordt gehouden, dan verplaatsen de elektronen zich van de ballon af ook al wordt de muur niet aangeraakt. Je kunt ook de ballon aan de muur vastkleven.
Leerdoelen
Het doel van het gebruik van deze simulatie is:
- Het ophalen kennis over atoombouw (positieve kernen, negatieve elektronen)
- Inzicht dat elektronen bewegen en atoomkernen niet
- Inzicht dat een ballon een isolator is en dat daarom elektronen aan één kant blijven zitten
- Inzicht in aantrekkende kracht tussen positieve en negatieve lading
- Inzicht dat de (afstotende) kracht tussen geladen deeltjes op afstand werkt,
- Introductie van het begrip (elektrisch) veld
- Inzicht in elektrische influentie
Voorkennis
- Elementaire kennis over de bouw van een atoom (positieve kern, negatieve elektronen er om heen).
- Begrippen geleider, isolator (en halfgeleider)
Benodigdheden
- Chromebook of laptop
- https://phet.colorado.edu/sims/html/balloons-and-static-electricity/latest/balloons-and-static-electricity_en.html
Klassikale introductie van het practicum
Het is voor leerlingen aantrekkelijk om dit computerpracticum in te leiden met echte simpele experimenten. Hier onder staan een aantal ideeën:
Wrijf een staaf met een doek en houdt de staaf bij een dun straaltje water- Wrijf een staaf met een doek en houdt de staaf bij haar
- Wrijf een staaf met een doek en houdt dat bij een elektroscoop
- Wrijf een ballon langs je trui en plak hem aan de deur of muur
Uitvoering
Deel de klas in groepjes van drie en laat ze “spelen” met de simulatie. Leerlingen moeten de ballon een keer loslaten zonder lading en met lading. Laat ze de ballon op verschillende plaatsen loslaten. Stel onderstaande vragen en laat leerlingen brainstormen over de mogelijke oplossingen. Tot welke conclusie komen ze?
- Waarom beweegt de ballon als hij lading van de trui heeft opgenomen?
- Waarom blijft de lading op de ballon aan één kant zitten?
- Waarom neemt de ballon de negatieve lading op en niet de positieve lading?
- Waarom beweegt de negatieve lading uit de muur naar rechts als de ballon in de buurt komt?
- Wat wordt de totale lading van de trui als de ballon de negatieve lading heeft opgenomen?
De leerlingen hoeven nog geen voorkennis te hebben over losse ladingen en de krachten tussen ladingen. Het gaat er echt om dat ze zelf nadenken, ontdekken en proberen te verklaren. Hiermee kunnen ook misconcepties worden opgespoord. Leg vervolgens uit dat gelijke ladingen elkaar afstoten en verschillende ladingen elkaar aantrekken. Laat na deze uitleg de leerlingen voor een paar vragen controleren of het idee van afstotende en aantrekkende kracht tussen lading verklaart wat ze waarnemen.
Organisatie (optioneel)
Tijdsplanning (45 minuten):
- Introductie met experimenten (10 minuten)
- Werken met simulatie + whiteboard (15 minuten)
- Kringgesprek (15 minuten)
- Logboek (5 minuten)
Klassenorganisatie
Er zijn verschillende manieren waarop je deze simulatie kunt gebruiken:
- Klassikaal de simulatie laten zien van de bewegende ballon en in groepjes over laten nadenken en laten verklaren. Vervolgens de groepjes verschillende vragen geven.
- Alle vragen in groepjes laten maken en dan in een klassengesprek de antwoorden vergelijken.
- In combinatie met de simulaties van P2 en P3 kan deze simulatie door één of twee groepjes gedaan worden. Zij moeten dan alle bovenstaande vragen beantwoorden op hun whiteboard. Deze laatste vorm zorgt voor veel tijdwinst omdat je dan in 1 (dubbel) lesuur van statische elektrische tijd naar de wet van Coulomb kunt komen. Gevaar hierbij is wel dat niet alle leerlingen alle simulaties zien. Van belang is dan dat de leerlingen goede duidelijke tekeningen maken op hun whiteboards. In het afsluitende kringgesprek begin je met de leerlingen die dit practicum gedaan hebben. Dit is de basis waar in P2 en P3 mee verder gaat.
Inhoud kringgesprek
De volgende onderwerpen moeten aan bod komen tijdens het kringgesprek:
- De antwoorden op bovenstaande vragen
- Verschil tussen geleider en isolator ( en halfgeleider)
- Het besef dat atomen niet bewegen omdat zij het materiaal vormen
- Elektrische krachten op afstand werken
- Rond geladen bevindt zich een elektrisch veld. Je kunt dit koppelen aan de zwaartekracht. Ook rond de aarde is er een zwaartekrachtsveld. Je ziet het niet, maar je merkt het omdat alles valt.
- Eindig met de vraag hoe het veld zou kunnen worden weergegeven
Inhoud logboek
- Atoomkernen zitten vast want zij vormen het materiaal
- Elektronen kunnen verplaatsen
- Bij een isolator kunnen de elektronen zich niet makkelijk bewegen
- Bij een geleider kunnen de elektronen zich vrij verplaatsen (en zorgen voor een maximale afstand tussen elkaar)
- Positief geladen deeltjes stoten elkaar af, negatief geladen deeltjes stoten elkaar af, negatief en positief trekken elkaar aan
- Er is een elektrisch veld rond geladen deeltjes.
