Modul nr. 1219 Elektrisitet med digitale hjelpemidler - vgs Tilknyttet rom: Ikke tilknyttet til et rom
1219 Newton håndbok - Elektrisitet med digitale hjelpemidler - vgs Side 2 Kort om denne modulen Denne modulen tar for seg praktiske elektrisitetsoppgaver, der bruk av digitale hjelpemidler som Excel, digitale multimetre og dataloggere skal hjelpe elevene på veien. Elevene skal i løpet av dagen få koble og gjøre målinger og beregninger i serie- og parallellkretser, de skal bruke digitale multimetre og regresjonsverktøy til å finne resistivitet i en motstandstråd og resistansen i en motstand, og de skal ved hjelp av datalogging med høy frekvens se på hva som skjer i en glødepære når denne antennes. Modulen inneholder 5 aktiviteter: 1. Resistiviteten i en motstandstråd 2. Ohms lov 3. Seriekobling av motstander 4. Parallellkobling av motstander 5. Opptenning av en glødelampe Slutten av dagen bør i tillegg inneholde en plenumsdiskusjon rundt aktivitetene, gjerne i forbindelse med eventuelle digitale presentasjoner som elevene lager. Besøket på Newtonrommet tar en skoledag. Før elevene kommer til Newtonrommet skal de ha kjennskap til begrepene strøm, spenning og resistans. Videre skal de ha kjennskap til bruken av digitalt multimeter, og hvordan dette kobles inn i en krets for å måle strøm og spenning. Det antas også at elevene har grunnleggende ferdigheter i Excel. Les mer om dette under Forarbeid. Etter at elevene har vært på Newtonrommet anbefales det å bruke data fra modulen til å skrive en digital rapport. Elevene kan også ta for seg problemstillinger innenfor bruken av dataloggere. Tidsbruken på dette trenger ikke være mer enn to skoletimer. Les mer om dette under Etterarbeid. Praktisk informasjon En del praktisk informasjon rundt besøket på Newtonrommet: Besøkslærer skal på forhånd ha delt inn elevene i grupper på to til fire, som skal samarbeide på Newtonrommet. Besøkslærer bør på forhånd orientere Newtonlæreren om hvilket forarbeid klassen har gjort. Hvis ønskelig, kan deler av aktivitetene utelates, for heller å bruke mer tid på det resterende stoffet. Regler for Newtonrommet må være gjennomgått med elevene på forhånd. Newtonrommet ligger i 3.etasje. Det finnes dessverre ikke heis i bygget. Hvis nødvendig (avhengig av avstand), sørger prosjekteier for transport til og fra Newtonrommet. Besøkslæreren følger med klassen på bussen (eller båten). Elevene skal ha med matpakke, skrivesaker, notatblokk og kalkulator. Annet utstyr deles ut i Newtonrommet. Newtonlærer informerer om krav til sikkerhet i Newtonrommet når klassen kommer. Dersom newtonlærer blir syk, vil dagen i Newtonrommet bli avlyst. Besøkslæreren vil da bli oppringt av Newtonlæreren. Klassen vil få anledning til å besøke rommet ved en senere anledning. Modulplan Forarbeid i skolen Arbeid med nøkkelspørsmål. Gruppeinndeling før avreise til Newton-rom I Newton-rommet 08.30-09.00: Oppstart og introduksjon 09.00-11.15: Aktivitet 1 til Aktivitet 3, hvis ferdig begynne med Aktivitet 4 11.15-11.45: Lunsj 11.45-13.00: Aktivitet 4 og 5, hvis ferdig begynne med digital rapport 13.00-14.00: Digital rapport
1219 Newton håndbok - Elektrisitet med digitale hjelpemidler - vgs Side 3 14.00-14.30: Avslutning og eventuell visning av digital rapport Etterarbeid i skolen Rapporter knyttet til aktivitetene i Newton-rommet, 2 skoletimer.
1219 Newton håndbok - Elektrisitet med digitale hjelpemidler - vgs Side 4 Didaktisk plan for for- og etterarbeid Forarbeid Kort beskrivelse Før elevene kommer til Newtonrommet skal de ha kjennskap til begrepene elektrisk strøm, spenning og resistans. Videre skal de ha kjennskap til bruken av digitalt multimeter, og hvordan dette kobles inn i en krets for å måle strøm og spenning. Det antas også at elevene har grunnleggende ferdigheter i programvaren Excel. Under følger forslag til noen aktiviteter som kan være aktuelle før Newtonbesøket: Begrepene strøm og spenning: Sprut og Spenning Strøm i en enkel strømkrets: Strømkrets Under følger en link til programmet OhmZone. Dette er et nettbasert verktøy som er gratis å bruke, og her kan elevene leke seg med kobling av strømkretser på egen hånd. OhmZone Litt om bruken av multimeter: Multimeteret skal i denne modulen brukes både som amperemeter, voltmeter og ohmmeter, men avanserte multimetere kan i tillegg måle en rekke andre størrelser. Det er det dreibare hjulet på multimeteret som bestemmer hvilken størrelse som skal måles. På bildet under er multimeteret stilt inn som amperemeter, og måler dermed strømmen i den enkle kretsen.
1219 Newton håndbok - Elektrisitet med digitale hjelpemidler - vgs Side 5 Så litt over til generell kobling ved måling av strøm og spenning i en krets. I modulen skal det brukes multimeter, men for enkelthets skyld illustreres koblingene med analogt amperemeter og voltmeter. Bildet under viser en enkel strømkrets, med batteri, lyspære, amperemeter og voltmeter. Amperemeteret er merket med en A, og på samme måte er det viktig at multimeteret dreies over til likestrøm når det skal brukes som amperemeter. Tilsvarende blir det med voltmeteret, som på bildet er merket med en V. Når multimeteret skal brukes til å måle spenning må det dreies over til likespenning. For at multimeteret skal vise mest mulig nøyaktige verdier er det viktig at hjulet settes på den laveste verdien som er høyere enn den verdien du forventer å måle. Når man skal måle strømmen i kretsen må amperemteret kobles slik at strømmen i kretsen går gjennom amperemeteret. På den måten kan amperemeteret "telle" antall elektroner på det stedet i kretsen som amperemeteret er koblet inn. Voltmeteret skal derimot kobles inn på en helt annen måte. Man sier at voltmeteret skal kobles over den komponenten (for eksempel en lyspære) man skal måle spenningen. I praksis betyr dette at de to ledningene fra voltmeteret skal kobles på hver sin siden av for eksempel lyspæra, slik bildet over viser. Hvis verdiene på multimeteret blir negative er det bare å bytte om på ledningene, og multimeteret vil vise de riktige verdiene (i mer avanserte kretser er det ikke uvanlig å jobbe både med negative strømmer og spenninger, men for våre enkle kretser bruker man alltid de positive verdiene). Litt om lineær regresjon i Excel:
1219 Newton håndbok - Elektrisitet med digitale hjelpemidler - vgs Side 6 Det antas i denne gjennomgangen at elevene har grunnleggende kjennskap til programvaren Excel, slik at det her bare fokuseres på regresjonsverktøyet i programmet. I det følgende forklares det hvordan man finner den lineære sammenhengen mellom to variabler, x og y. Skriv inn de aktuelle tallene i to kolonner. Merk disse, og velg "Sett inn" -> "Punkt" -> "Punktdiagram med bare indikatorer". Titler og utseende på grafen kan endres ved å trykke på grafen, og velge fanene "Utforming" eller "Oppsett". Merk alle punktene ved å trykke med venstre museknapp på en av dem. Høyreklikk, og velg "Legg til trendlinje...". Følgende vindu vil nå komme opp: Excel vil automatisk foreslå lineær regresjon. I denne modulen ønskes det at linjen skal gå gjennom origo, slik at skjæringspunktet må angis til 0,0. Videre må det trykkes av slik at formel vises (det er denne man primært er ute etter), og avslutningsvis kan det være greit å vise R-verdien. R-verdien er et tall mellom 0 og 1, og er et statistisk mål på hvor godt regresjonslinjen passer til punktene. For linjer som går oppover bør den være nærmest mulig 1, og for linjer som går nedover bør den ligge nærmest mulig -1. Den linære regresjonen er nå gjort, og vinduet bør se noe slik ut:
1219 Newton håndbok - Elektrisitet med digitale hjelpemidler - vgs Side 7 Siden linjen ble tvunget gjennom origo inneholder ikke funksjonsuttrykket noe konstantledd (det er null). Videre er stigningstallet 3.0312, som betyr at for hver enhets økning i x, vil y øke med verdien 3.0312. R-verdien er 0.9922, som betyr at det lineære funkjsonsuttrykket passer veldig bra til punktene våre. Kompetansemål med læringsmål Eleven skal kunne bruke multimeter til å måle resistans. Eleven skal kunne bruke Excel til graftegning og lineær regresjon, samt tolke resultatene. Eleven skal kunne gjøre rede for hvordan fysiske størrelser kan finnes ut fra et lineært funksjonsuttrykk. Eleven skal kunne bruke multimeter til å måle strøm og spenning. Eleven skal kunne bruke en motstands U-I-karakteristikk til å vurdere om motstanden er ohmsk eller ikke. Gjennom praktiske øvelser lære grunnleggende egenskaper ved en seriekobling. Eleven skal kunne sammenligne observerte og teoretiske verdier, og gjøre drøftinger av eventuelle avvik. Gjennom praktiske øvelser lære grunnleggende egenskaper ved en parallellkobling. Få kjennskap og øvelse i bruken av datalogger for å måle strøm og spenning. Få kjennskap og øvelse i å bearbeide loggerdata i digital programvare. Få kjennskap til hvordan resistansen endres i en glødetråd under opptenning. Gjennomføring og metodikk Vedlegg til aktivitet
1219 Newton håndbok - Elektrisitet med digitale hjelpemidler - vgs Side 8 Etterarbeid Kort beskrivelse Etterarbeidet for denne modulen trenger ikke ta mer enn to skoletimer, og kan eksempelvis ta for seg: Skriving av rapporter eller fullførelse av rapporter tilknyttet modulen Avgjøre type metall ved å se på resistiviteten i en metalltråd. Bestemme om en motstand er ohmsk eller ikke. Egenskaper ved en seriekobling. Egenskaper ved en parallellkobling. Resistansen i en glødepære som antennes. Problemstillinger rundt bruken av dataloggere I hvilke tilfeller er dataloggere mer hensiktsmessig å bruke i stedet for mer tradisjonelle måleinstrumenter som multimetere? Hvilke praktiske forsøk innenfor fysikkfaget kan man med fordel bruke dataloggere som måleverktøy? Hvordan kan bruk av dataloggere hjelpe elevene til bedre forståelse av fysikkfaget? Fordeler og ulemper med dataloggere i skolesammenheng.
1219 Newton håndbok - Elektrisitet med digitale hjelpemidler - vgs Side 9 Kompetansemål med læringsmål Eleven skal kunne bruke multimeter til å måle resistans. Eleven skal kunne bruke Excel til graftegning og lineær regresjon, samt tolke resultatene. Eleven skal kunne gjøre rede for hvordan fysiske størrelser kan finnes ut fra et lineært funksjonsuttrykk. Eleven skal kunne bruke multimeter til å måle strøm og spenning. Eleven skal kunne bruke en motstands U-I-karakteristikk til å vurdere om motstanden er ohmsk eller ikke. Gjennom praktiske øvelser lære grunnleggende egenskaper ved en seriekobling. Eleven skal kunne sammenligne observerte og teoretiske verdier, og gjøre drøftinger av eventuelle avvik. Gjennom praktiske øvelser lære grunnleggende egenskaper ved en parallellkobling. Få kjennskap og øvelse i bruken av datalogger for å måle strøm og spenning. Få kjennskap og øvelse i å bearbeide loggerdata i digital programvare. Få kjennskap til hvordan resistansen endres i en glødetråd under opptenning.
1219 Newton håndbok - Elektrisitet med digitale hjelpemidler - vgs Side 10 Gjennomføring og metodikk Vedlegg til aktivitet
1219 Newton håndbok - Elektrisitet med digitale hjelpemidler - vgs Side 11 Forankring i læreplanene i Kunnskapsløftet (LK 06) Eleven skal kunne bruke multimeter til å måle resistans. Eleven skal kunne bruke Excel til graftegning og lineær regresjon, samt tolke resultatene. Eleven skal kunne gjøre rede for hvordan fysiske størrelser kan finnes ut fra et lineært funksjonsuttrykk. Eleven skal kunne bruke multimeter til å måle strøm og spenning. Eleven skal kunne bruke en motstands U-I-karakteristikk til å vurdere om motstanden er ohmsk eller ikke. Gjennom praktiske øvelser lære grunnleggende egenskaper ved en seriekobling. Eleven skal kunne sammenligne observerte og teoretiske verdier, og gjøre drøftinger av eventuelle avvik. Gjennom praktiske øvelser lære grunnleggende egenskaper ved en parallellkobling. Få kjennskap og øvelse i bruken av datalogger for å måle strøm og spenning. Få kjennskap og øvelse i å bearbeide loggerdata i digital programvare. Få kjennskap til hvordan resistansen endres i en glødetråd under opptenning.