Solcellebilen trinn 90 minutter

Transkript

1 Lærerveiledning Passer for: Varighet: Solcellebilen trinn 90 minutter Solcellebilen er et skoleprogram hvor elevene får bli kjent med energibegrepet og energikilder gjennom å løse praktiske oppgaver i LEGO. De får blant annet bygge en bil som beveger seg ved hjelp av solenergi. Programmet består av en teoridel, der vi viser måter å skaffe, transportere og utnytte energi på og en praktisk del, der elevene bygger og eksperimenterer med energi. Det beste er at elever og lærere er forberedt når de kommer på INSPIRIA science center. Lærerveiledningen inneholder viktig informasjon om skoleprogrammet, og det er derfor fint om den blir lest i god tid før besøket. Vi ønsker at lærerne skal få en best mulig opplevelse og læringsutbytte av å ta med klasser til senteret. Vi oppfordrer til aktivt å ta del i opplegget sammen med elevene. Skoletilbudet til INSPIRIA science center er ment å være en integrert del av opplæringen. Ved å utføre for- og etterarbeid til programmet vil elevenes læringsutbytte økes, og lærerne vil kunne benytte aktivitetene som et verktøy til å nå konkrete mål i kunnskapsløftet. 1

2 Hovedområder og kompetansemål fra kunnskapsløftet: Etter 10. trinn Fenomener og stoffer: bruke begrepene strøm, spenning, resistans, effekt og induksjon til å forklare resultater fra forsøk med strømkretser forklare hvordan vi kan produsere elektrisk energi fra fornybare og ikkefornybare energikilder, og diskutere hvilke miljøeffekter som følger med ulike måter å produsere energi på gjøre rede for begrepene fart og akselerasjon, måle størrelsene med enkle hjelpemidler og gi eksempler på hvordan kraft er knyttet til akselerasjon gjøre forsøk og enkle beregninger med arbeid, energi og effekt Forarbeid Før besøket på INSPIRIA science center bør elevene ha utført enkelte aktiviteter og ha kjennskap til en del begreper knyttet til skoleprogrammet. Nedenfor følger aktivitetene og begrepene. Aktiviteter 1. Batteriretur Batterier er den mest bærbare energikilden vi kan tenke oss. Vet elevene at moderne batterier inneholder verdifulle ressurser som kan gjenvinnes? Hvor mange batterier kaster familiene i klassen? La elevene lage en oversikt over alle tingene som går på batteri i husstandene deres. Hvem har flest batteridrevne saker i klassen? Hva er gjennomsnittet for klassen? Hvor mange batterier finnes det i husene til klassen totalt? Hvilke rutiner har elevene i klassen for retur av batterier? La elevene ta med seg brukte batterier når de kommer til INSPIRIA science center. Vi har eget returpunkt for brukte batterier. På INSPIRIA finnes også en oversikt over alle returpunkter for batterier i Østfold. 2

3 2. Fart og akselerasjon Begrepene fart og akselerasjon kan være vanskelige å skille mellom. Et lite eksperiment og følgende tankerekke kan være med på å oppklare litt: Utstyr: Skråplan (1-2 m) Stoppeklokke Hjul/vogner av forskjellig størrelse Bruk et skråplan av litt lengde. Kan lages av en plate eller planke. Får man til å lage lave karmer på det, er det en fordel. Det bør ha en viss lengde, ca. 2 m er bra. Hellingen bør ikke være for bratt, hjulene bør få litt tid på seg ned planet. Dette hjelper for å få bedre tidtagninger. Framgangsmåte: Mål lengden av skråplanet fra der hjulene settes i gang til enden der klokken stoppes. Mål også diameteren på hjulene som brukes. Ta tiden på forskjellige hjul/vogner når de triller ned skråplanet, og lag en oversiktstabell. Se kopieringsmaler bak i dette dokumentet. Regn ut gjennomsnittsfarten etter S=V*T: V=S/T Før resultatene inn i tabellen og finn ut hva som er felles for hjulene/vognene som triller fortest. Dette er informasjon som blir nyttig når elevene skal bygge bil på INSPIRIA science center. En tilnærming til akselerasjon: Akselerasjon er fartsøkning. Vi kan tenke oss at fartsøkningen er lineær, det vil si at vi kan tenke oss at hjulet/vogna når halv hastighet ved halvkjørt bane og full hastighet ved enden av banen. (Her ser vi bort fra en del modifiserende faktorer, men prinsippet kan hjelpe med å få et begrep om hva akselerasjon er). Siden starthastigheten er 0, kan vi da anta at gjennomsnittshastigheten tilsvarer halvparten av topphastigheten ved enden av skråplanet. (Vi antar da at hjulet/vogna ikke når makshastighet (Terminal velocity, bestemt av skjæringspunktet mellom akselerasjonskrefter og luftmotstand) før enden av skråplanet). Topphastigheten finner vi da ved å doble gjennomsnittshastigheten. Etter at vi på denne måten har stipulert topphastigheten, kan vi regne ut akselerasjonen: A=Vmax/T (forenkling av A= ΔV/T; A= (Vmax-Vmin)/T når Vmin =0) Før besøket på INSPIRIA er det nyttig for elevene å se at større hjul triller lettere og raskere enn små hjul. Dette kan hjelpe elevene til å bygge raskere biler på INSPIRIA. 3

4 Begreper Fart Akselerasjon Kraft Energi: Fart er strekning pr tidsenhet, regne vei, fart og tid. Forskjellige benevninger for fart. Akselerasjon er fartsendring pr. tidsenhet Kunne regne med kraft ganger strekning, sammenheng mellom kraft/akselerasjon og kraft/arbeid. Kunne Newtons lover om krefter. Bevegelsesenergi og stillingsenergi. Kunne bruke E=mgh, regneeksempler på stillingsenergi Etterarbeid 1. Refleksjonsnotat La elevene skrive et refleksjonsnotat. Her er det viktig at elevene bruker begrepene de har lært og definerer dem generelt, og ved å bruke eksempler. Det kan være nyttig å bruke tegninger elevene lager selv som utgangspunkt for refleksjon. Det er lurt at elevene får noen regneeksempler tilknyttet energi med i refleksjonsnotatet. Kopieringsmal for refleksjonsnotatet følger bakerst i lærerveiledningen. 2. Energi i en peanøtt Hvor mye energi som egentlig er i maten vår, er noe de færreste har et forhold til. De fleste vet at fett er energirikt, men hvor mye energi er det egentlig snakk om? Dette eksperimentet viser flere ting, blant annet at det er enormt mye energi i peanøtter, at energiinnhold er vanskelig å måle og at energiloven gjelder, men at feilkildene kan være mange. Aktiviteten krever 2 skoletimer. 4

5 Utstyr: Vernebriller Peanøtter med emballasje som viser energiinnhold Elektronisk vekt som viser tiendedels gram, helst hundredeler Lighter Digeltang (man kan bruke en nål montert i et stykke kork for å eliminere en feilkilde) Målekolbe (20 ml vann må måles ut) Brannsikker flate Reagensrør som tar mer enn 20 ml Treklype til reagensrøret Termometer Kalkulator, om en ikke vil trene hoderegning med det samme Romtemperert vann Framgangsmåte: Elevene jobber 2 og 2 eller i små grupper. Vei en peanøtt og noter vekten (Ofte veier en stor peanøtt ca. 0,6-0,7 gram). Mål ut 20 ml vann og hell over i et reagensrør. Plasser termometeret i vannet og kontroller at det viser konstant temperatur. Om det ikke viser konstant temperatur, er ikke vannet romtemperert, noe som gir en mulig feilkilde. Noter starttemperaturen. La termometeret stå i reagensrøret under hele forsøket. Bruk vernebriller! En elev holder termometeret og reagensrøret i en treklype, mens en holder peanøtten med digeltangen. (Dersom dere heller vil bruke en nål montert i kork, stikkes nålen forsiktig fast i peanøtten, og det hele plasseres på en sikker flate Mens peanøtten holdes under reagensrøret, tenner den ene eleven nøtten med lighteren. La peanøtten brenne under reagensrøret med termometeret i. Det er lurt at termometeret ikke er i kontakt med glasset i reagensrøret. Les av temperaturen når peanøtten har slukket og noter sluttemperaturen. Undersøk restene av nøtten, digeltangen og reagensglasset. Noter det dere observerer. 5

6 Utregninger: På forpakningen står det opplyst hvor mye energi det er i 100 g peanøtter. Bruk informasjonen til å regne ut hvor mye energi det er i peanøtten til hver gruppe. Regn ut energimengden i kalorier. Husk at det som er oppgitt er kcal, dvs. at energimengden som er oppgitt må multipliseres med 1000 for å få energien i kalorier. For å regne ut den målte energimengden i forsøket, er det lurt å bruke den gamle kaloribetegnelsen. En kalori er definert som den energimengden som kreves for å varme opp 1 ml vann fra 20 C til 21 C. Her modifiserer vi litt og sier at 1 kalori er den energimengden som kreves for å varme opp 1 ml vann med 1 C. Dette gjør det enkelt å finne energimengden: Vi multipliserer bare volumet med temperaturstigningen, altså 20*temperaturstigningen i C. Sammenlign det målte resultatet med det som står på pakken. Her må det forventes en viss diskrepans Normalt klarer man å varme opp vannet tilsvarende ca. 20 % av det man kunne forvente ut fra peanøttens energiinnhold. Det mest interessante med forsøket er diskusjonen rundt hvor det ble av resten av energien. Husk energiloven! Tallet på pakken stemmer, energien er ikke blitt borte, men hvor ble den av? Elevene kan med hell gjennomføre forsøket på nytt, denne gangen som energidetektiver. Hvor går energien tapt? 6

7 Kopieringsmaler forarbeid 2. Fart og akselerasjon Fart og akselerasjon Tabell: # Hjuldiam. Tid Gjennomsnittsfart: V=S/T Stipulert maksfart: V max =V snitt *2 Akselerasjon: A=V max /T 7

8 Kopieringsmal Etterarbeid 1. Refleksjonsnotat Refleksjonsnotat Navn på skoleprogrammet; Navn; Skole; Klassetrinn; Dato; 1. Gi en kort beskrivelse av programmet; 2. Hva var hensikten med programmet? 3. Hva er de 3 viktigste tingene du har lært? 4. Er kunnskapen nyttig å ha med seg videre i livet? 8