Plan Onderzoek 13
Lucht is ons bekendste voorbeeld van de toestand van materie die we gas noemen. We leven erin ondergedompeld en zijn ervan afhankelijk om in leven te blijven. Het is ook onzichtbaar, niet echt tastbaar, en soms moeilijk te onderzoeken. Maar, net als vaste stoffen en vloeistoffen, is lucht materie. Het heeft gewicht (meer dan we ons kunnen voorstellen), het neemt ruimte in beslag, en het is samengesteld uit deeltjes die te klein en te verspreid zijn om te kunnen zien. Lucht, een mengsel van gassen, deelt eigenschappen met waterdamp, de gasvormige vorm van water die deel uitmaakt van lucht. Inzicht in lucht helpt ons waterdamp te begrijpen.
Formatieve beoordeling
Kunnen je leerlingen gegevens gebruiken om te beredeneren dat lucht materie is?
Beschikbaar online op onderzoeksproject.terc.edu
Kunnen uw leerlingen gegevens gebruiken om te beredeneren dat lucht materie is?
De aantekeningen in het schrift bevatten bewijzen dat leerlingen hun observatiegegevens kunnen gebruiken om te beweren dat lucht ruimte inneemt en gewicht heeft, en dus materie is.
Gebruik deze criteria om uw interpretatie van het werk van leerlingen te sturen:
Geannoteerde tekening van spuiten
- Blijkt uit de tekening dat lucht ononderbroken van de ene spuit, door de verbindingsbuis, naar de andere spuit stroomt?
- Blijkt uit de annotatie dat de leerling begrijpt dat als je ruimte voor lucht wegneemt in de ene spuit, de lucht ergens anders heen moet en daarom deze ruimte creëert door op de zuiger van de tweede spuit te duwen?
Geannoteerde tekening van opgeblazen ballon
- Leert de leerling zien dat wanneer de ballon met extra lucht de balanspan omlaag duwt, dit het bewijs is dat er een gewichtstoename is die moet zijn gekomen door de toegevoegde lucht?
De volgende stap zou een bespreking kunnen zijn van ervaringen uit het dagelijks leven die vergelijkbaar bewijs leveren dat lucht ruimte inneemt en gewicht heeft. Als je bijvoorbeeld lucht in een band stopt, duw je de band naar buiten omdat de lucht de ruimte vult en het gewicht doet toenemen.
Het onderzoek van vaste stoffen en vloeistoffen door de leerlingen leverde het bewijs dat deze materialen gewicht hebben en ruimte innemen en dus materie zijn. Nu zoeken de leerlingen bewijs dat lucht (een gas) gewicht heeft en ruimte inneemt en dus ook materie is. Dit onderzoek is het eerste in een reeks van vier waarin leerlingen de eigenschappen van lucht onderzoeken. Ondanks het feit dat we ons vrij door lucht kunnen bewegen, stellen de leerlingen vast dat lucht ruimte inneemt wanneer ze een systeem van gekoppelde spuiten manipuleren. Door middel van een overtuigende ballondemonstratie wordt ook vastgesteld dat lucht gewicht heeft.
Aan het eind van dit onderzoek hebben de leerlingen bewijs dat lucht ruimte inneemt, gewicht heeft, en dus materie is. De leerlingen zullen kennismaken met het idee dat lucht bestaat uit deeltjes die te klein zijn en te ver uit elkaar liggen om te kunnen zien.
Leerdoelen
- Begrijpen dat lucht ruimte inneemt, gewicht heeft, en materie is die bestaat uit deeltjes die te klein zijn en te ver uit elkaar liggen om te zien
| Opeenvolging van ervaringen | ||
|---|---|---|
| 1. Stel de vraag | Alle klas | 10 Mins |
| Paren | 10 Mins | |
| 3. Weeg ballonnen | Alle klas | 15 Mins |
| 4. Betekenis maken | Alle klas | 10 min |
Materialen en voorbereiding
Voorbereiding:
- Knip twaalf stukken van 16 inch lang uit de spoel van doorzichtige plastic 1/4-inch buis
- Samenstel twee sets dubbele ballonnen van 16 inch. Een dubbele ballon is een set van twee ballonnen, waarbij de ene ballon in de andere ballon wordt gestoken. Als je de ballonnen over de gum van een potlood schuift, kun je de ene ballon in de andere schuiven.
- Druk een rubberen stop stevig op het uiteinde van de ballonpomp (zie foto).
- Oefen het gebruik van de ballonpomp om een dubbele ballon op te blazen en af te binden. Alleen de binnenste ballon hoeft te worden dichtgeknoopt. Gebruik één hand om de ballonnen tegen de rubberen stop aan te knijpen. Met de andere hand maakt u een snelle, continue beweging van de pomphendel om de dubbele ballon op te blazen tot bijna de maximale grootte.
- Perfect balanceer een dubbele panbalans met een onopgeblazen dubbele ballon in elke pan.
Aantekening: Als u in uw klas geen latexballonnen kunt gebruiken, bekijk dan de video Balloons on a Pan Balance online op inquiryproject.terc.edu, Grade 5 curriculum, Resource Quick Links of Investigation 13.
Voor de klas:
- Plak de onderzoeksvraag op een plek waar alle leerlingen hem kunnen zien.
- Streepjesblad 2 (zie Snelkoppelingen Hulpbronnen)
- 1 dubbele panbalans, perfect in balans met een onopgeblazen dubbele ballon in elke pan
- 1 ballonpomp met rubberen stop op het uiteinde
- 2 sets dubbele ballonnen van 16 inch
- Video over ballonnen op een panbalans
Voor elke groep:
- 2 lengtes van 16 inch van doorzichtige plastic 1/4-inch buizen
- 4 injectiespuiten van 12 cc
Concept Cartoon
De Concept Cartoon Lucht Heeft Gewicht wordt typisch gebruikt als een formatieve beoordeling aan het einde van dit onderzoek.
Notebook Pages
Ask the question
Review
Herbekijk enkele belangrijke ideeën over ijs, water en deeltjes.
- Wanneer een bak met water bevriest, of een bak met ijs smelt, blijft het gewicht hetzelfde.
- We gebruiken gewicht om de hoeveelheid materie te meten en bij te houden.
- Wanneer water bevriest, neemt het volume toe.
- Wanneer ijs smelt, neemt het volume af.
- Wanneer water bevriest of ijs smelt, veranderen de eigenschappen, maar het materiaal niet.
- Is en water zijn verschillende toestanden van hetzelfde materiaal.
- Condensatie ontstaat uit waterdamp in de lucht.
- Condensatie is het omgekeerde van het proces van verdamping.
- Wetenschappers geloven dat alle materie bestaat uit deeltjes die te klein zijn om te zien.
- In ijs zitten deeltjes, zelfs als ze trillen, aan elkaar vast en behouden hun vorm.
- In water glijden deeltjes langs en botsen ze tegen elkaar, en nemen ze de vorm aan van hun vat.
Vraag de leerlingen of ze nog aanvullingen of veranderingen willen aanbrengen.
Lanceer de nieuwe streng
Leg uit dat de leerlingen op het punt staan om vier wetenschapslessen te besteden aan het onderzoeken van lucht. Als de deeltjes samenklonteren, kunnen we de materie zien en met onze instrumenten in de klas het gewicht en het volume meten. Wanneer de kleine deeltjes uit elkaar liggen, kunnen we ze niet zien. Waterdamp is een voorbeeld van een materiaal waarvan de kleine deeltjes uit elkaar liggen, zodat we ze niet kunnen zien. Lucht is een ander voorbeeld. Lucht is eigenlijk een mengsel en waterdamp is een deel van lucht.
De onderzoeksvraag van vandaag is:
Is lucht materie?
De leerlingen hebben het gewicht en het volume van zowel vaste als vloeibare stoffen gemeten, en vastgesteld dat het om materie gaat. Vandaag gebruiken de leerlingen enkele nieuwe instrumenten om te bepalen of lucht al dan niet materie is.
Ontdek lucht in een gesloten systeem
Voordat u de slangen en spuiten uitdeelt, herinnert u de leerlingen eraan dat als lucht materie is, het ruimte moet innemen. Een vraag is:
Welke standpunten nemen de leerlingen in? Zorg ervoor dat u leerlingen hoort met standpunten aan beide kanten van de vraag. Vraag de leerlingen een bewering te doen en het bewijs of de redenering te geven waarop hun bewering is gebaseerd.
Geef elk tweetal leerlingen twee injectiespuiten en een doorzichtige plastic buis van 15 cm lang, om het volgende systeem op te zetten:
- Zet de zuiger van elke spuit in het midden van het vat (de 6 cc-lijn).
- Druk een uiteinde van het doorzichtige plastic slangetje op de punt van elke spuit.
Beschrijf deze opstelling als een systeem.
- De 2 spuiten, slangetje, en lucht.
- Zoals het 2-flessensysteem vormen de aangesloten spuiten een gesloten systeem. Er kan niets in of uit als het systeem eenmaal is opgezet.
- De buitenkant van de slangen en de spuiten.
Laat leerlingen het systeem onderzoeken. Het kost de leerlingen niet meer dan een minuut of twee om te onderzoeken hoe het systeem werkt. Het gaat erom hen een situatie te laten ervaren waarin lucht duidelijk ruimte inneemt.
- Wat gebeurt er als je de ene zuiger heel langzaam indrukt zonder de andere aan te raken?
- Wat gebeurt er als je de ene zuiger heel snel indrukt zonder de andere aan te raken?
- Vind je bewijs dat lucht ruimte inneemt?
Haal de spuiten op terwijl de leerlingen een reactie op de pagina in hun wetenschapsnotitieboek schrijven.
Ballonnen wegen
Het gewicht van lucht
Als je een kopje water uit een grote pan schept, kun je het gewicht voelen. Als je dat water weer in de pot giet, verwacht je niet dat het water door dat gewicht naar de bodem van de pot zinkt en daar blijft, alsof het een steen is. Het water uit het kopje zal zich vermengen met de rest van het water en er doorheen drijven alsof het gewichtloos is, omdat het dezelfde dichtheid heeft als het water in de pot.
Om dezelfde reden lijkt een bepaalde hoeveelheid lucht in de atmosfeer gewichtloos te zijn. Lucht heeft echter wel degelijk gewicht. Luchtdruk, waarover we horen in weerberichten, is het gevolg van het gewicht van lucht. Aangezien wij overal om ons heen leven met luchtdruk, en zelfs in ons (bv. longen), voelen wij die niet. Zelfs weegschalen voelen het gewicht van lucht niet, omdat ze volledig omgeven zijn door luchtdruk.
Een manier om aan te tonen dat een luchtmonster gewicht heeft, is het dichter te maken dan de omringende lucht. In dat geval zal het monster in de atmosfeer zinken. Koude lucht is dichter dan warme lucht; er zitten meer deeltjes in elke kubieke centimeter. Open de deur van de vriezer en u voelt de koude lucht naar de vloer stromen. Samengeperste lucht is dichter dan niet-samengeperste lucht, met meer deeltjes in elke kubieke centimeter.
Waarom een dubbele ballon?
Een ballon kan niet worden uitgerekt, dus als hij wordt opgeblazen, drukt hij de luchtdeeltjes dichter op elkaar, waardoor de lucht dichter is dan de niet-gecomprimeerde lucht in de kamer. Een dubbele ballon biedt nog meer weerstand tegen het opblazen, en drukt de luchtdeeltjes nog dichter op elkaar, waardoor de ingesloten lucht zo dicht wordt dat een hoeveelheid ter grootte van een ballon het evenwicht in de pan kan doen omslaan.
Studenten hebben misschien niet zoveel informatie nodig. De demonstratie spreekt voor zich.
Herinner de leerlingen eraan dat als lucht materie is, het gewicht moet hebben. Een vraag is:
- Nee, je kunt lucht niet voelen en het wordt niet geregistreerd op een weegschaal.
- Ja, want mijn voetbal voelt zwaarder nadat ik hem heb opgepompt met lucht.
Welke standpunten nemen de leerlingen in? Zorg ervoor dat je leerlingen hoort met standpunten aan beide kanten van de vraag. Vraag de leerlingen een bewering te doen en het bewijs of de redenering te geven waarop hun bewering is gebaseerd.
Laat de leerlingen de onopgeblazen dubbele ballonnen zien die aan elke kant van de dubbele panbalans zijn geplaatst. Wijs erop dat de twee zijden in evenwicht zijn en dat er dus aan beide zijden evenveel gewicht is. Vraag de leerlingen vervolgens zich voor te stellen dat de ballonnen aan één kant van de balans zijn opgeblazen.
- Wat zien we als lucht niets weegt?
- Wat zien we als lucht wel gewicht heeft?
Gebruik de ballonpomp (met de rubberen stop) om één set dubbele ballonnen op te blazen tot zijn volledige grootte. Als je een ballonpomp gebruikt om een ballon op te blazen, voorkom je dat er vocht uit je longen in de ballon komt, wat weer helpt om vast te stellen dat “droge” lucht gewicht heeft.
Bind de opening van de binnenste ballon af en breng de opgeblazen dubbele ballon terug naar de balans van de dubbele pan. De pan met de opgeblazen dubbele ballon zal naar beneden bewegen.
Hebben we bewijs dat lucht gewicht heeft?
Studenten noteren hun antwoorden op de pagina in hun wetenschapsschrift.
Betekenis
Notitie: Leerlingen kunnen beweren dat lucht alleen gewicht heeft en ruimte inneemt als het in een vat zit. Is het logisch dat gewicht en volume verdwijnen zodra het gesloten systeem open is? Gewicht en volume van lucht zijn gemakkelijker waar te nemen en te meten wanneer het zich in een gesloten systeem bevindt en daarom hebben we de ballonnen in dit onderzoek gebruikt.
Doel van de discussie
Het doel van deze discussie is de leerlingen te helpen de resultaten van de ervaringen van vandaag te begrijpen, die bewijzen dat lucht gewicht heeft en ruimte inneemt. De leerlingen kunnen het gevoel hebben dat de resultaten van vandaag in strijd zijn met andere ervaringen die ze met lucht hebben gehad. Richt de discussie op de onderzoeksvraag: Is lucht materie?
Breng de leerlingen bij de focusvraag?
Is lucht materie of niet?
- Neemt lucht ruimte in? Wat is je bewijs?
- Heeft lucht gewicht? Wat is je bewijs?
Stelling of standpunt: Lucht neemt ruimte in:
- Als ik heel diep ademhaal, zet mijn borstkas uit.
- Een opgeblazen ballon neemt meer ruimte in beslag dan een onopgeblazen ballon.
Beroep of stelling: Lucht neemt geen ruimte in:
- Ik kan dwars door lucht lopen. (We kunnen ook door water lopen, maar we zijn het erover eens dat water ruimte inneemt.)
- Als een klaslokaal “gevuld” is met lucht, hoe kan er dan ruimte zijn voor leerlingen om erin te komen? (In tegenstelling tot de injectiespuiten is het klaslokaal een open systeem; als er leerlingen in komen, duwen ze een deel van de lucht eruit.)
Stelling of standpunt: Lucht heeft gewicht:
- Toen we lucht toevoegden aan één set ballonnen ging de balans naar beneden aan de kant met de opgeblazen ballon.
Bewering of stelling: Lucht heeft geen gewicht:
- Wegschalen registreren het gewicht van lucht niet.
- We kunnen gewicht niet voelen, zelfs niet als er een heleboel bovenop ons ligt.
Samenvatten van de discussie en recapituleren van het onderzoek
Samenvatten van de argumenten voor elk standpunt. Kijk of er consensus is over het argument dat lucht ruimte inneemt en gewicht heeft, en dus materie is.
Het beschouwen van lucht als materie, waardoor het in dezelfde categorie valt als het zand, het grind en het water in de mini-meren, kan een aanpassing in ons denken vergen.
Herinner de leerlingen aan het opgeloste zout. Het is gemakkelijk om aan zout te denken als materie, maar zelfs nadat de zoutdeeltjes te klein werden en te ver uit elkaar lagen om te zien, behield het zout zijn gewicht en nam het nog steeds ruimte in: het behield zijn classificatie als materie. Dit is misschien wel het sterkste verband dat leerlingen kunnen leggen tussen lucht en een andere stof die zij als materie beschouwen.
Herhaal het concept dat lucht gewicht heeft en ruimte inneemt, en dus materie is. De reden waarom we lucht niet kunnen zien, is dat de deeltjes piepklein zijn op een schaal die moeilijk voor te stellen is en ver uit elkaar liggen.
Lucht heeft gewicht Concept Cartoon
Lees over Concept Cartoons in de sectie Concept Cartoons beschikbaar in de zijbalk.door te klikken op de tab Assessment bovenaan de Grade 5 curriculum Home Page.
Deze cartoon is ontworpen om leerlingen te peilen naar hun ideeën over gewicht als een eigenschap van lucht. Drie stripfiguren geven uitleg over waarom het moeilijker is om tegen een leeggelopen voetbal te schoppen dan tegen een bal gevuld met lucht. Vraag de leerlingen om mee te kijken terwijl u de aanwijzingen en aanwijzingen van de cartoon voorleest. Herinner de leerlingen eraan te reageren op de voors en tegens van elk idee. De antwoorden van de leerlingen zullen u inzicht geven in hun begrip van het bewijs dat lucht gewicht heeft en materie is. Aan de hand van deze beoordeling kunt u beslissen of de klas als geheel of individuele leerlingen klaar zijn om verder te gaan, of dat ze baat hebben bij een herhaling of extra ervaring met klassikale activiteiten.