Modul nr. 1442 Måling og funksjoner 8.-10. kl Tilknyttet rom: Energi og miljørom, Harstad
1442 Newton håndbok - Måling og funksjoner 8.-10. kl Side 2 Kort om denne modulen Denne modulen tar for seg flere anvendelser av datalogging. En datalogger er en elektronisk enhet som ved hjelp av en sensor kan gjøre flere målinger over tid, og gjerne presenterer resultatene som tabeller eller grafiske kurver. Datalogging er i mange tilfeller veldig praktisk (og noen ganger nødvendig) for å få registrert et forsøk. Spesielt gjelder dette forsøk som tar veldig kort tid, veldig lang tid, eller i tilfeller der det er vanskelig å få gjort målinger med tradisjonelt måleutstyr. Elevene skal i denne modulen få prøve datalogging i flere praktiske sammenhenger, og de skal anvende et bredt spekter av sensorer. Modulen inneholder 3 aktiviteter: 1. Fart og akselerasjon 2. Sang og spill 3. Kraftige seigmenn og raske biler Slutten av dagen bør i tillegg inneholde en plenumsdiskusjon rundt aktivitetene, gjerne i forbindelse med digitale presentasjoner som elevene lager. Besøket på Newtonrommet tar en skoledag. Før elevene kommer til Newtonrommet bør de vite litt om hva datalogging er for noe. Det vil også være en fordel om elevene har litt kjennskap til avstandsgrafer og fartsgrafer. Les mer om dette under Forarbeid. Etter at elevene har vært på Newtonrommet kan de jobbe videre med sine digitale presentasjoner, og gjerne presentere de ferdige produktene for resten av klassen. Elevene kan også skrive rapport med utgangspunkt i en eller flere av aktivitetene som er gjennomført denne dagen. Les mer om dette under Etterarbeid. Praktisk informasjon 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. Besøkslærere vil da bli oppringt av Newtonlæreren. Klassen vil få anleding til å besøke rommet ved en senere anledning. Modulplan
1442 Newton håndbok - Måling og funksjoner 8.-10. kl Side 3 Forarbeid i skolen I Newton-rommet 08.30-09.00: Oppstart og introduksjon 09.00-11.15: Jobbe med aktivitet 1 og aktivitet 2 11.15-11.45: Lunsj (besøkslærer bestemmer sted) 11.45-14.00: Jobbe med aktivitet 3 og eventuell digital presentasjon 14.00-14.30: Avslutning og oppsummering Etterarbeid i skolen
1442 Newton håndbok - Måling og funksjoner 8.-10. kl Side 4 Didaktisk plan for for- og etterarbeid Forarbeid Kort beskrivelse Datalogging Informasjon til besøkslærer: På naturfag.no står det meget godt forklart hva datalogging er for noe, og hvorfor datalogging er blitt en viktigere del av undervisningen. Fordelene med datalogging er blant annet: Rask automatisk datainnsamling Pålitelige målinger Måle langsomme og raske endringer Hjelper oss med å bearbeide data Grafer hjelper oss til å se hvordan ting forandrer seg Vi kan se endringer i sann tid Gir muligheter for mer åpne undersøkelser og eksperimenter Fremhever naturfag som et moderne fag Datalogging bidrar til IKT-kompetanse Når elevene kommer til Newtonrommet skal de kunne beskrive hva avstands- og fartsgrafer er og hvilken informasjon vi kan hente ut fra dem. En avstandsgraf viser hvor langt unna man er (for eksempel en sensor) til enhver tid, mens en fartsgraf viser hastigheten til enhver tid. Kompetansemål med læringsmål Eleven skal kunne gjøre forsøk med datalogger med bevegelsessensor.
1442 Newton håndbok - Måling og funksjoner 8.-10. kl Side 5 Eleven skal kunne beskrive hvordan avstands-, farts- og akselereasjonsgrafer ser ut for ulike bevegelser. Eleven skal kunne gjøre forsøk med datalogger for å finne fart og akselerasjon til en person som løper. Eleven skal kunne gjøre rede for bevegelsesenergi, og hvordan denne avhenger av både masse og fart. Eleven skal kunne regne om mellom enhetene km/h og m/s. Eleven skal kunne gjøre forsøk med datalogger med lydsensor. Eleven skal kunne gjøre rede for hvordan et lydsignal ser ut, også i frekvensdomenet. Eleven skal kunne bruke datalogging til å avgjøre hvem som kan plystre den lyseste tonen. Eleven skal kunne identifisere et systems egenfrekvens, og hvordan dette kan brukes for å endre tonen når man spiller på et glass med vann. Eleven skal kunne bruke datalogging til å bestemme nødvendig vannmengde i et glass for å få en bestemt note, og igjen bruke dette til å samle noter til en bestemt melodi. Eleven skal kunne gjøre forsøk med datalogger med kraftsensor. Eleven skal kunne bruke datalogging til å avgjøre hvor stor kraft man kan slite i en seigmann med før den slites. Eleven skal kunne forklare hvordan akselerasjon kan finnes fra en fartsgraf. Eleven skal kunne bruke datalogging til å se på sammenhengen mellom kraft og akselerasjon på en Lego-bil. Gjennomføring og metodikk Det følgende gjennomgås med elevene før besøket på Newtonrommet: Kort om avstandsgrafer og fartsgrafer Avstandsgrafen over viser at vi beveger oss lengre og lengre unna sensoren som måler avstanden vår. Etter 2 sekunder er
1442 Newton håndbok - Måling og funksjoner 8.-10. kl Side 6 vi 1 meter unna sensoren, og etter 10 sekunder er vi 5 meter unna sensoren. Dette må bety at vi har en fart som er bort fra sensoren. Siden grafen er en rett linje betyr det at denne farten er konstant. Det går fint an å regne ut denne farten ved å bruke grafen over. Formelen med konstant fart er s=vt, der s er strekningen, v er farten og t er tiden. Snur vi på denne formelen får vi at v=s/t, som betyr at vi kan finne farten ved å dele strekningen på tiden. Fra figuren ser vi at strekningen etter 6 sekunder er 3 meter, og farten blir dermed 3m/6s = 0.5 m/s. Når farten er konstant kan vi hente uansett tid og strekning på grafen, farten blir hele tiden den samme. For eksempel kan vi hente ut strekningen 1 meter etter 2 sekunder, og farten blir nok en gang 1m/2s = 0.5 m/s. Avstandsgrafen over viser at vi de første 3 sekundene beveger oss bort fra sensoren. De neste 3 sekundene er strekningen den samme, og dette må bety at vi står i ro. Fra 6 sekunder til 10 sekunder minker strekningen, og det betyr at vi nå beveger oss mot sensoren. Man kan også bruke avstandsgrafen til å se hvor stor farten er. Jo brattere grafen er, jo større er farten. På grafen over ser vi at grafen er brattere de første 3 sekundene enn de siste 4 sekundene. Dette betyr at farten bort fra sensoren er større enn farten tilbake mot sensoren. I midten er grafen helt flat, som betyr at farten her er null. Ovenfor har vi tegnet en fartsgraf. Denne viser at farten blir større og større når tiden går. Etter 2 sekunder er farten 1 m/s, mens den etter 8 sekunder er 4 m/s. Det at farten endrer seg kaller vi akselerasjon, og jo mer farten endrer seg dess større akselerasjon har vi. Man kan bruke fartsgrafen til å finne ut hvor stor akselerasjonen er. Fartsgrafen over er en rett linje, som betyr at akselerasjonen i dette tilfellet er konstant. Konstant akselerasjon vil si at farten øker like mye hele tiden. For hvert sekund vi beveger oss bortover tidsaksen (førsteaksen), ser vi at farten øker med 0.5 m/s. Vi kan dermed si at akselerasjonen er 0.5 m/s pr sekund.
1442 Newton håndbok - Måling og funksjoner 8.-10. kl Side 7 Fartsgrafen over viser at farten øker jevnt de første 5 sekundene. De neste 3 sekundene er det ingen endring i farten, mens farten de 2 siste sekundene minker raskt. Man kan si noe om størrelsen på akselerasjonen ved å se på fartsgrafen. Jo brattere fartsgrafen er dess større er akselerasjonen. På grafen over ser vi at det er ingen endring i farten mellom 5 sekunder og 8 sekunder. Her er farten konstant, og akselerasjonen er null. De første 5 sekundene øker farten gradvis, som betyr at vi her har en positiv akselerasjon (fartsøkning). De siste 2 sekundene synker farten gradvis, og her har vi en negativ akselerasjon (bremsing). Grafen er brattere i slutten enn i starten, og dette betyr at bremsingen foregår raskere enn fartsøkningen. Grafen over kunne godt vært hentet fra et løp over en gymsal. Løperen starter på den ene siden ved 0 sekunder, og øker farten de neste 5 sekundene. Etter 5 sekunder har løperen kommet opp i toppfart (5 m/s), og denne farten holdes til veggen på den andre siden begynne å nærme seg (etter 8 sekunder). Da bremser løperen opp (fra 8 sekunder til 10 sekunder), slik at farten ved veggen blir 0 m/s. Velkommen til Newtonrommet. Vedlegg til aktivitet Det er ingen vedlegg til aktivitet. Etterarbeid Kort beskrivelse Etterarbeid etter besøket i Newtonrommet: I løpet av dagen på Newtonrommet har elevene jobbet med datalogging, og fått prøvd ulike sensorer til forskjellige forsøk. Hvis tid, har også elevene startet på en digital presentasjon om et eller flere av temaene som har vært behandlet denne dagen. Etterarbeidet blir å ferdigstille denne presentasjonen, og gjerne presentere resultatet for resten av klassen. Forslag til aktuelle rapporter: Hva er fart og akselerasjon? (Gjerne ta utgangspunkt i grafer fra forsøkene på Newtonrommet) Hvordan lages og høres lyd? (Gjerne bruke grafer fra forsøkene på Newtonrommet) Hva er sammenhengen mellom kraft og akselerasjon? (Gjerne bruke grafer fra forsøkene på Newtonrommet)
1442 Newton håndbok - Måling og funksjoner 8.-10. kl Side 8 Digital presentasjon i PhotoStory: I den digitale presentasjonen har elevene brukt et program som kalles PhotoStory. Dette er en gratisvare som fritt kan lastes ned fra nett. Hvis elevene skal fortsette på en eksisterende presentasjon, må de huske å få med seg prosjektfilen fra Newtonrommet. Linken for nedlasting av programmet Photo Story er: Last ned Photo Story Kompetansemål med læringsmål Eleven skal kunne gjøre forsøk med datalogger med bevegelsessensor. Eleven skal kunne beskrive hvordan avstands-, farts- og akselereasjonsgrafer ser ut for ulike bevegelser. Eleven skal kunne gjøre forsøk med datalogger for å finne fart og akselerasjon til en person som løper. Eleven skal kunne gjøre rede for bevegelsesenergi, og hvordan denne avhenger av både masse og fart. Eleven skal kunne regne om mellom enhetene km/h og m/s. Eleven skal kunne gjøre forsøk med datalogger med lydsensor. Eleven skal kunne gjøre rede for hvordan et lydsignal ser ut, også i frekvensdomenet. Eleven skal kunne bruke datalogging til å avgjøre hvem som kan plystre den lyseste tonen. Eleven skal kunne identifisere et systems egenfrekvens, og hvordan dette kan brukes for å endre tonen når man spiller på et glass med vann. Eleven skal kunne bruke datalogging til å bestemme nødvendig vannmengde i et glass for å få en bestemt note, og igjen bruke dette til å samle noter til en bestemt melodi. Eleven skal kunne gjøre forsøk med datalogger med kraftsensor. Eleven skal kunne bruke datalogging til å avgjøre hvor stor kraft man kan slite i en seigmann med før den slites. Eleven skal kunne forklare hvordan akselerasjon kan finnes fra en fartsgraf. Eleven skal kunne bruke datalogging til å se på sammenhengen mellom kraft og akselerasjon på en Lego-bil.
1442 Newton håndbok - Måling og funksjoner 8.-10. kl Side 9 Gjennomføring og metodikk Vedlegg til aktivitet
1442 Newton håndbok - Måling og funksjoner 8.-10. kl Side 10 Forankring i læreplanene i Kunnskapsløftet (LK 06) Eleven skal kunne gjøre forsøk med datalogger med bevegelsessensor. Eleven skal kunne beskrive hvordan avstands-, farts- og akselereasjonsgrafer ser ut for ulike bevegelser. Eleven skal kunne gjøre forsøk med datalogger for å finne fart og akselerasjon til en person som løper. Eleven skal kunne gjøre rede for bevegelsesenergi, og hvordan denne avhenger av både masse og fart. Eleven skal kunne regne om mellom enhetene km/h og m/s. Eleven skal kunne gjøre forsøk med datalogger med lydsensor. Eleven skal kunne gjøre rede for hvordan et lydsignal ser ut, også i frekvensdomenet. Eleven skal kunne bruke datalogging til å avgjøre hvem som kan plystre den lyseste tonen. Eleven skal kunne identifisere et systems egenfrekvens, og hvordan dette kan brukes for å endre tonen når man spiller på et glass med vann. Eleven skal kunne bruke datalogging til å bestemme nødvendig vannmengde i et glass for å få en bestemt note, og igjen bruke dette til å samle noter til en bestemt melodi. Eleven skal kunne gjøre forsøk med datalogger med kraftsensor. Eleven skal kunne bruke datalogging til å avgjøre hvor stor kraft man kan slite i en seigmann med før den slites. Eleven skal kunne forklare hvordan akselerasjon kan finnes fra en fartsgraf. Eleven skal kunne bruke datalogging til å se på sammenhengen mellom kraft og akselerasjon på en Lego-bil.