Rela%vt moderne fysikkundervisning: Kvantefysikk og generell rela%vitetsteori

Størrelse: px

Begynne med side:

Download "Rela%vt moderne fysikkundervisning: Kvantefysikk og generell rela%vitetsteori"

Andrea Tollefsen
5 år siden
Visninger:

1 Rela%vt moderne fysikkundervisning: Kvantefysikk og generell rela%vitetsteori Sørlandske lærerstevne 2018 Carl Angell

2 Vi studerer bruken av ressursene i klasserommet.

3 Vi utvikler og prøver ut læringsressurser gjennom ﬂere sykluser. Utvikling av læringsressurser Analyse og refleksjon Utprøving i klasserom

4 Vi forsker på elevers læring og moavasjon.

5 Program for i dag Introduksjon: ReleKvant kvantefysikk Hva er lys? Pause Å undervise med Viten- programmet: Kvantefysikk Introduksjon: ReleKvant generell relaavitetsteori Lunsj Å undervise med Viten- programmet: Generell rela0vitetsteori Ekvivalensprinsippet RelaAvisAske fenomener Krumt Adrom

6 Læreplanen i Fysikk 2 gi en kvalitaav beskrivelse av den generelle relaavitetsteorien gjøre rede for Einsteins forklaring av fotoelektrisk effekt, og kvalitaavt gjøre rede for hvordan resultater fra forsøk med fotoelektrisk effekt, comptonspredning og paraklers bølgenatur representerer et brudd med klassisk fysikk gjøre rede for Heisenbergs uskarphetsrelasjoner, beskrive fenomenet sammenfiltrede fotoner og gjøre rede for erkjennelsesmessige konsekvenser av dem beskrive fysiske prinsipper bak medisinske undersøkelser som røntgen,

7 Læreplanen i Fysikk 2 gjøre rede for hvordan ulike fysiske teorier kan eksistere ved siden av hverandre, Al tross for at de kan være motstridende gi eksempel på en vitenskapelig strid som ble avklart, og hvordan avklaringen kom, og gi eksempel på en vitenskapelig strid som ennå ikke er avklart, og gjøre rede for hvorfor den ikke er avklart I «Formålet for faget»: i Allegg skal programfaget gi innsikt i at fysikk er en del av kulturarven, og at faget må ses i et historisk perspekav.

8 ReleKvant- prosjektet utvikler nexbaserte læringsressurser i kvantefysikk og generell relaavitetsteori viten.no/kvantefysikk viten.no/relativitetsteori

Prinsipper for utviklingen av ReleKvant- programmene «Å snakke fysikk» «Å skrive fysikk» Læring i fellesskap Animasjoner, simuleringer Vitenskapshistoriske og filosofiske

9 Prinsipper for utviklingen av ReleKvant- programmene «Å snakke fysikk» «Å skrive fysikk» Læring i fellesskap Animasjoner, simuleringer Vitenskapshistoriske og filosofiske perspektiver Teknologiske anvendelser, relevans til dagligliv Videosnutter med forskere i fysikk viser mangfoldet blant fysikere, at ikke alle tolker fysikken likt, og at ikke alt har en fasit

10 Snakk med sidemannen! Diskuter med en annen elev: Går det an å tenke seg at lys er både bølge og partikkel?

11 Vi ser på programmet i fellesskap En guide gjennom tre av de fem modulene, med innlagte par- diskusjoner underveis viten.no/kvantefysikk

13 Hva er lys? Elevers skriftlige svar «Lys kan sees på som bølger og partikler. Slik jeg har forstått det, er lys partikler med bølgeegenskaper. Altså beveger partiklene seg i bølgebevegelser» «Lys er både en partikkel og en bølge. Partiklene kalles fotoner, som har en frekvens, bølgelengde og energi.» «Lys er energi i form av små partikler, fotoner. Lyset får forskjellig farge avhengig av hvilken bølgelengde den har»

«motsier seg selv, liksom» Jeg skrev at lys har bølgenatur og par<kkel- natur og lys har ikke masse, men bølgelengde og frekvens. Nei. Bølgelengde og frekvens?

14 «motsier seg selv, liksom» Jeg skrev at lys har bølgenatur og par<kkel- natur og lys har ikke masse, men bølgelengde og frekvens. Nei. Bølgelengde og frekvens? Men hvis de oppfører seg som fotoner som er par<klene så er det vel ikke bølgelengde og frekvens som par<kler? Ja, de har vel ikke bølgenatur heller hvis man ser på det som fotoner. Det er det som problemet da, er det ikke? At det kan oppføre seg fint som begge deler. Og begge deler er gyldig, mens begge deler også motsier seg selv liksom, det er paradoksalt. Nei. Da ville det bare være bølgenatur, da.

15 Brudd med klassisk fysikk Fra læreplanen: gjøre rede for Einsteins forklaring av fotoelektrisk effekt, og kvalitativt gjøre rede for hvordan resultater fra forsøk med fotoelektrisk effekt, comptonspredning og partiklers bølgenatur representerer et brudd med klassisk fysikk Kontinuitet Determinisme Lokal virkelighet 15

17 2 - Lys som parakler (denne ser dere på hjemme!)

18 3 - Røntgenstråling (denne ser dere på hjemme!) Hvilke kvantefysiske prosesser er involvert når vi tar et røntgenbilde?

19 4 - ParAkler som bølger

21 5 - Kvantefysikk og filosofi

23 Schrödingers kaj Københavner- elever? Man kan tenke på kajen som om den er i en superposisjon, men vi vet ikke noe om den fak<sk er det. Usikkert om den bestemmes av at vi observerer, men det passer sannsynlighetsmodellene vi har.

24 Københavnerfortolkningen av kvantefysikken: Det er ikke fysikkens oppgave å fortelle oss hvordan naturen egentlig er. Fysikken gir regneverktøy som brukes til å forutsi utfallet av eksperimenter. Shut up and Et kvantesystem har ikke en bestemt fysisk tilstand før det gjøres en måling på systemet. calculate! Realisme: Universet eksisterer uavhengig av om det gjøres observasjoner eller målinger. Fysikkens begreper og lover representerer objektive aspekter ved den fysiske virkeligheten.

25 Skjulte variable? (Fra opptak av elevsamtale) Elev 1:KaJen vil jo enten være død eller levende. Altså det er egentlig bare våre egne sansebegrensninger som dikterer denne superposisjonen i det hele taj. For atomer er det noe helt annet, og det er det jeg egentlig tror vi skal se på, ikke kajer. Elev 2: Nei Elev 1: Så det er vik<gere. Men jeg føler også det er vik<g å si at hva er det som avgjør 0lfeldigheten? Fordi at det må være et eller annet som ligger <l grunn for denne <lfeldigheten

26 Albert Einstein godtok ikke københavnerfortolkningen; han hadde et realisme-syn på fysikken. Einstein mente at kvantefysikken var ufullstendig og at det finnes ukjente, skjulte variable som kunne forklare oppførselen til kvantefysiske systemer.

27 Strider mot all fornun ʺ Som et slags tankeeksperiment gir det jo mening, men det at fysiske <ng kan være i ulike situasjoner avhengig om man observerer eller ikke plager meg. Fordi det er ikke håndfast og det strider mot all fornut. Hvordan kan vi stole på det vi observerer hvis det kan endre egenskaper ved et fysisk objekt?

28 Tips for å holde klassen (ganske) samlet: - Se gjerne filmsnuttene i plenum - Velg et punkt et stykke ut i modulen, og be elevene jobbe i smågrupper fram til det punktet når de har kommet dit, kan de gå til «Vil du vite mer» mens de venter på de andre - Gjennomfør oppsummeringene i plenum! Elevene har antakelig stort behov for at læreren samler trådene.

30 Relativitetsteori i undervisning

31 «Gi en kvalita%v beskrivelse av den generelle rela%vitetsteorien.»

32 Hva er en kvalita%v beskrivelse?!

34 I generell rela%vitet har elever særlig vansker med to ideer: 34 krumt tidrom treghetssystemer

35 Workshop: Arbeid med ReleKvant- ressurser om generell relaavitet

36 Workshop: Ekvivalensprinsippet

37 Ekvivalensprinsippet Einsteins lykkeligste tanke Plutselig kom jeg på en tanke da jeg sax i en stol i patentkontoret i Bern. Hvis en person faller frix, vil han ikke føle sin egen vekt. Jeg ble helt oppjaget. Denne enkle tanken gjorde et dypt inntrykk på meg. Den drev meg mot en gravitasjonsteori.

39 Hva sier elever om ekvivalensprisippet? I intervjuene kunne mange elever forklare ekvivalensprinsippet, MEN Nei, for meg, det er lij vanskelig, liksom, å tro at du ikke kan gjøre noe eksperiment for å teste om du er i et akselerert rom eller være i et rent gravitasjonsfelt. Det er noe som jeg synes et lij vanskelig å forstå

40 Ekvivalensprinsippet og den fallende flasken Jeg husker at det var mye enklere eksempler å forstå, fordi boka bruker eksempler som du ikke kan relatere deg selv <l. Men i prosjektet brukte vi eksempler som vi kunne føle angikk oss. Noen eksempler? For eksempel, det med vannflaska

41 Workshop: Relativistiske fenomener

42 Befinner du deg i et treghetssystem ifølge den generelle relaavitetsteorien? Elev 1: Jeg trodde vi var enige om at vi var i et treghetssystem Elev 2: Vi er ikke det Elev 1: Jo, vi er helt sikkert ikke i frix fall, så da er vi i et treghetssystem Elev 2: Ja, vi er påvirket av akselerasjon.

43 Workshop: Krumt Adrom

44 Krumt Adrom Diskuter tegneserien. Lag en liste: Hva er bra/ikke bra med trampolinemodellen?

45 OBS: Analogier er ikke %lstrekkelige %l å forklare ALLE gravitasjonsfenomener! 45

46 Trampolinemodellen

47 Kan %d være krum?

48 Om elever er bevisste på begrensninger, kan analogier hjelpe %l å få grep om abstrakte ideer.

49 Oppsummering i plenum

50 Avslutning og oppsummering

51 Ny`ge lenker: Lærerveiledning fysikk ReleKvant hjp:// Program i generell rela%vitet hxps://filarkiv.viten.no/relaavitetsteori Program i kvantefysikk hxps://filarkiv.viten.no/kvantefysikk

Like dokumenter

ReleKvant Kompetanse: Samarbeid mellom forskere, lektorstudenter og lærere om forskningsbasert utvikling av læringsressurser i fysikk

ReleKvant Kompetanse: Samarbeid mellom forskere, lektorstudenter og lærere om forskningsbasert utvikling av læringsressurser i fysikk Ellen Karoline Henriksen Utdanningskonferansen 8/11 2016, Oslo kongressenter