Zaplanuj badanie 13
Powietrze jest najbardziej znanym nam przykładem stanu materii, który nazywamy gazem. Żyjemy zanurzeni w nim i zależymy od niego, aby utrzymać się przy życiu. Jest również niewidzialne, nie jest szczególnie namacalne i może być trudne do zbadania. Jednak, podobnie jak ciała stałe i ciecze, powietrze jest materią. Ma masę (większą niż mogłoby się wydawać), zajmuje przestrzeń i składa się z cząsteczek zbyt małych i zbyt rozproszonych, by je dostrzec. Powietrze, mieszanina gazów, ma te same właściwości co para wodna – gazowa forma wody, która jest częścią powietrza. Zrozumienie powietrza pomaga nam zrozumieć parę wodną.
Ocena formatywna
Czy Twoi uczniowie potrafią wykorzystać dane do uzasadnienia, że powietrze jest materią?
Dostępne online na stronie inquiryproject.terc.edu
Czy Twoi uczniowie potrafią wykorzystać dane do uzasadnienia, że powietrze jest materią?
Wpisy do zeszytu zawierają dowody na to, że uczniowie potrafią wykorzystać swoje dane obserwacyjne do twierdzenia, że powietrze zajmuje przestrzeń i ma masę, a zatem jest materią.
Użyj tych kryteriów, aby kierować się interpretacją pracy ucznia:
Opisany rysunek strzykawek
- Czy rysunek pokazuje, że powietrze jest ciągłe od jednej strzykawki, przez rurkę łączącą, do drugiej strzykawki?
- Czy adnotacja wskazuje, że uczeń rozumie, że jeśli zabierzesz miejsce na powietrze w jednej strzykawce, powietrze musi przejść gdzie indziej i dlatego tworzy to miejsce naciskając na tłok drugiej strzykawki?
Opisany rysunek nadmuchanego balonu
- Czy uczeń wyjaśnia, że kiedy balon z dodatkową ilością powietrza popycha szalkę wagi w dół, jest to dowód na wzrost wagi, który musiał pochodzić z dodanego powietrza?
Następnymi krokami może być dyskusja na temat doświadczeń z życia codziennego, które dostarczają podobnych dowodów na to, że powietrze zajmuje miejsce i ma wagę. Na przykład, włożenie powietrza do opony powoduje jej wypchnięcie, ponieważ powietrze wypełnia przestrzeń i zwiększa ciężar.
Badania ciał stałych i cieczy dostarczyły uczniom dowodów na to, że materiały te mają ciężar i zajmują przestrzeń, a zatem są materią. Teraz studenci szukają dowodów na to, że powietrze (gaz) ma masę i zajmuje przestrzeń, a więc jest również materią. To badanie jest pierwszym z serii czterech, w których uczniowie badają właściwości powietrza. Pomimo tego, że możemy swobodnie poruszać się w powietrzu, uczniowie ustalają, że powietrze zajmuje miejsce, manipulując systemem połączonych strzykawek. Dzięki przekonującej demonstracji balonu ustalają również, że powietrze ma masę.
Do końca tego badania uczniowie będą mieli dowody na to, że powietrze zajmuje przestrzeń, ma masę, a zatem jest materią. Uczniowie zapoznają się z ideą, że powietrze składa się z cząsteczek zbyt małych i zbyt rozproszonych, aby je zobaczyć.
Cele nauczania
- Uświadomienie sobie, że powietrze zajmuje przestrzeń, ma masę, i jest materią składającą się z cząsteczek zbyt małych i zbyt rozproszonych, aby je zobaczyć
| Sekwencja doświadczeń | ||
|---|---|---|
| 1. Zadaj pytanie | Wszystkie klasy | 10 minut |
| 2. Zbadaj powietrze w układzie zamkniętym | Pary | 10 Mins |
| 3. Zważ balony | Wszystkie klasy | 15 Mins |
| 4. Stwórz znaczenie | Cała klasa | 10 Mins |
Materiały i przygotowanie
Przygotowanie:
- Odetnij dwanaście kawałków o długości 16 cali ze zwoju przezroczystej plastikowej rurki 1/4 cala
- Złóż dwa zestawy 16-calowych podwójnych balonów. Podwójny balon to zestaw dwóch balonów, z jednym balonem włożonym do drugiego balonu. Przesunięcie balonów nad gumką ołówka pomoże włożyć jeden balon do drugiego.
- Naciśnij mocno gumową zatyczkę na końcówkę pompki do balonów (patrz zdjęcie).
- Praktykuj używanie pompki do balonów do nadmuchiwania i wiązania podwójnego balonu. Tylko wewnętrzny balon musi być zawiązany. Użyj jednej ręki, aby ścisnąć balony o gumowy korek. Drugą ręką użyj szybkiego, ciągłego ruchu rączki pompki, aby nadmuchać podwójny balon do prawie maksymalnego rozmiaru.
- Doskonałe wyważenie podwójnej szalki, która ma nienapompowany podwójny balon w każdej szalce.
Uwaga: Jeśli nie możesz używać balonów lateksowych w swojej klasie, zobacz wideo Balony na szalce wagi online na stronie inquiryproject.terc.edu, Grade 5 curriculum, Resource Quick Links lub Investigation 13.
Dla klasy:
- Zamieść pytanie dochodzeniowe w miejscu, gdzie wszyscy uczniowie mogą je zobaczyć.
- Parkusz 2 (Zobacz Szybkie Linki do Zasobów)
- 1 podwójna szalka wagi, idealnie wyważona z nienapompowanym podwójnym balonem w każdej szalce
- 1 pompka do balonów z gumowym korkiem włożonym na końcówkę
- 2 zestawy 16-calowych podwójnych balonów
- Balony na szalce wagi
Dla każdej grupy:
- 2 16-calowe odcinki przezroczystych plastikowych rurek 1/4 cala
- 4 strzykawki o pojemności 12 cm3
Karykatura koncepcyjna
Karykatura koncepcyjna Air Has Weight jest zazwyczaj używana jako ocena formatywna na końcu tego dochodzenia.
Strony notatnika
Zadaj pytanie
Przegląd
Przegląd niektórych ważnych idei dotyczących lodu, wody i cząsteczek.
- Kiedy pojemnik z wodą zamarza lub pojemnik z lodem topi się, waga pozostaje taka sama.
- Używamy wagi do pomiaru i śledzenia ilości materii.
- Gdy woda zamarza, jej objętość wzrasta.
- Gdy lód się topi, jego objętość maleje.
- Gdy woda zamarza lub lód się topi, zmieniają się właściwości, ale materiał nie.
- Lód i woda to różne stany tego samego materiału.
- Kondensacja tworzy się z pary wodnej w powietrzu.
- Kondensacja jest odwrotnością procesu parowania.
- Naukowcy uważają, że cała materia składa się z cząsteczek zbyt małych, aby je zobaczyć.
- W lodzie cząsteczki są zamknięte razem, nawet gdy drgają i zachowują swój kształt.
- W wodzie, cząsteczki ślizgają się obok siebie i zderzają się ze sobą, i przyjmują kształt swojego pojemnika.
Zapytaj uczniów, czy chcieliby coś dodać lub zmienić.
Rozpoczęcie nowego wątku
Wyjaśnij, że uczniowie spędzą cztery lekcje nauki badając powietrze. Kiedy cząsteczki są zbite razem, możemy zobaczyć materię i użyć naszych narzędzi klasowych do zmierzenia wagi i objętości. Kiedy małe cząsteczki są rozrzucone, nie możemy ich zobaczyć. Para wodna jest przykładem materiału, którego maleńkie cząsteczki są tak rozrzucone, że nie możemy ich zobaczyć. Innym przykładem jest powietrze. Powietrze jest w rzeczywistości mieszaniną, a para wodna jest częścią powietrza.
Dzisiejsze pytanie badawcze brzmi:
Czy powietrze jest materią?
Uczniowie zmierzyli wagę i objętość zarówno stałych jak i ciekłych materiałów i ustalili, że są one materią. Dzisiaj uczniowie używają nowych narzędzi w poszukiwaniu dowodów, aby ustalić, czy powietrze jest materią, czy nie.
Badanie powietrza w układzie zamkniętym
Zanim rozdasz rurki i strzykawki, przypomnij uczniom, że jeśli powietrze jest materią, musi zajmować miejsce. Pytanie to:
Jakie stanowiska przyjmują uczniowie? Upewnij się, że usłyszysz od uczniów stanowiska po każdej ze stron pytania. Poproś uczniów o sformułowanie twierdzenia i przedstawienie dowodów lub argumentów, na których opiera się ich twierdzenie.
Daj każdej parze uczniów dwie strzykawki i 16-calową długość przezroczystej plastikowej rurki, aby stworzyć następujący system:
- Ustaw tłok każdej strzykawki na środku jej cylindra (linia 6 cc).
- Wciśnij jeden koniec przezroczystej plastikowej rurki na końcówkę każdej strzykawki.
Opisz to ustawienie jako system.
- Dwie strzykawki, rurka i powietrze.
- Podobnie jak układ z dwiema butelkami, połączone strzykawki tworzą układ zamknięty. Nic nie może się dostać ani wydostać po utworzeniu systemu.
- Zewnętrzna strona rurek i strzykawek.
Pozwolić uczniom zbadać układ. Nie potrzeba więcej niż minutę lub dwie, aby uczniowie zbadali, jak działa system. Chodzi o to, aby pozwolić im doświadczyć sytuacji, w której powietrze wyraźnie zajmuje przestrzeń.
- Co się stanie, gdy popchniesz jeden tłok bardzo powoli, nie dotykając drugiego tłoka?
- Co się stanie, gdy popchniesz jeden tłok bardzo szybko, nie dotykając drugiego tłoka?
- Czy znajdziesz dowody na to, że powietrze zajmuje przestrzeń?
Zbierz strzykawki, podczas gdy uczniowie napiszą odpowiedź na stronie w swoich Zeszytach Naukowych.
Ważenie balonów
Waga powietrza
Jeśli nabierzesz kubek wody z dużego garnka, poczujesz jego wagę. Jeśli wlejesz tę wodę z powrotem do garnka, nie spodziewasz się, że ten ciężar spowoduje, że woda opadnie na dno garnka i tam pozostanie, tak jakby była kamieniem. Woda z kubka będzie mieszać się z resztą wody i dryfować w niej tak, jakby była nieważka, ponieważ ma taką samą gęstość jak woda w garnku.
Z tego samego powodu każda określona ilość powietrza w atmosferze wydaje się być nieważka. Jednak powietrze ma swoją wagę. Ciśnienie powietrza, o którym słyszymy w raportach pogodowych, wynika z jego ciężaru. Ponieważ żyjemy z ciśnieniem powietrza wokół nas, a nawet w nas samych (np. w płucach), nie odczuwamy go. Nawet wagi nie wyczuwają ciężaru powietrza, ponieważ są całkowicie otoczone ciśnieniem powietrza.
Jednym ze sposobów zademonstrowania, że próbka powietrza ma ciężar, jest uczynienie jej gęstszą niż otaczające ją powietrze. W takim przypadku próbka będzie tonąć w atmosferze. Zimne powietrze jest gęstsze niż ciepłe; więcej cząsteczek jest upakowanych w każdym centymetrze sześciennym. Otwórz drzwi zamrażarki, a poczujesz jak zimne powietrze rozlewa się w kierunku podłogi. Sprężone powietrze jest gęstsze niż nieskompresowane, więcej cząsteczek jest upakowanych w każdym centymetrze sześciennym.
Dlaczego podwójny balon?
Balon nie wytrzymuje rozciągania, więc kiedy jest nadmuchiwany, ściska cząsteczki powietrza bliżej siebie, przez co jest ono gęstsze niż niesprężone powietrze w pomieszczeniu. Podwójny balon stawia jeszcze większy opór przy nadmuchiwaniu i ściska cząsteczki powietrza jeszcze bliżej siebie, co sprawia, że zamknięte powietrze jest wystarczająco gęste, aby ilość wielkości balonu mogła przechylić szalę.
Studenci mogą nie potrzebować tak wielu informacji. Demonstracja mówi sama za siebie.
Przypomnij uczniom, że jeśli powietrze jest materią, musi mieć masę. Pytanie brzmi:
- Nie, nie można poczuć powietrza i nie rejestruje się ono na wadze.
- Tak, ponieważ moja piłka nożna czuje się cięższa po napompowaniu jej powietrzem.
Jakie stanowiska przyjmują uczniowie? Upewnij się, że usłyszysz od uczniów stanowiska po każdej stronie pytania. Poproś uczniów o przedstawienie twierdzenia i dowodów lub argumentów, na których to twierdzenie się opiera.
Pokazać uczniom nienapompowane podwójne balony umieszczone po każdej stronie wagi podwójnej patelni. Zwróć uwagę, że obie strony się równoważą, a więc po obu stronach są równe ciężary. Następnie poproś uczniów, aby wyobrazili sobie, że balony po jednej stronie wagi są nadmuchane.
- Co zaobserwujemy, jeśli powietrze nic nie waży?
- Co zaobserwujemy, jeśli powietrze ma wagę?
Użyj pompki do balonów (z gumowym korkiem), aby nadmuchać jeden zestaw podwojonych balonów do pełnego rozmiaru. Użycie pompki do balonów pozwala uniknąć dodawania wilgoci z płuc do balonu, co z kolei pomaga ustalić fakt, że „suche” powietrze ma masę.
Odwiąż otwór wewnętrznego balonu i zwróć napompowany podwójny balon do wagi podwójnej patelni. Panewka z nadmuchanym podwójnym balonem przesunie się w dół.
Czy mamy dowód na to, że powietrze ma masę?
Uczniowie zapisują swoje odpowiedzi na stronie w Zeszytach Naukowych.
Nadawanie znaczenia
Uwaga: Uczniowie mogą twierdzić, że powietrze ma masę i zajmuje miejsce tylko wtedy, gdy jest w pojemniku. Czy to ma sens, że ciężar i objętość znikają, gdy układ zamknięty jest otwarty? Ciężar i objętość powietrza są łatwiejsze do zauważenia i zmierzenia, gdy znajduje się ono w układzie zamkniętym i dlatego w tym badaniu użyliśmy balonów.
Cel dyskusji
Celem tej dyskusji jest pomoc uczniom w zrozumieniu wyników dzisiejszych doświadczeń, które dostarczają dowodów na to, że powietrze ma ciężar i zajmuje przestrzeń. Uczniowie mogą mieć wrażenie, że dzisiejsze wyniki są sprzeczne z innymi doświadczeniami, które przeprowadzili z powietrzem. Skup dyskusję na pytaniu badawczym: Czy powietrze jest materią?
Zaangażuj uczniów w pytanie fokusowe?
Czy powietrze jest materią czy nie?
- Czy powietrze zajmuje przestrzeń? Jakie są twoje dowody?
- Czy powietrze ma wagę? Jakie są twoje dowody?
Twierdzenie lub stanowisko: Powietrze zajmuje przestrzeń:
- Kiedy biorę naprawdę duży oddech powietrza, moja klatka piersiowa się rozszerza.
- Nadmuchany balon zajmuje więcej miejsca niż nienapompowany balon.
Twierdzenie lub stanowisko: Powietrze nie zajmuje przestrzeni:
- Mogę przejść przez powietrze. (Możemy też przejść przez wodę, ale zgodzimy się, że woda zajmuje miejsce.)
- Gdy klasa jest „wypełniona” powietrzem, jak może być w niej miejsce dla uczniów? (W przeciwieństwie do strzykawek, klasa jest systemem otwartym; kiedy uczniowie wchodzą, wypychają część powietrza na zewnątrz.)
Twierdzenie lub stanowisko: Powietrze ma wagę:
- Gdy dodaliśmy powietrza do jednego zestawu balonów, waga spadła na stronę z nadmuchanym balonem.
Twierdzenie lub stanowisko: Powietrze nie ma wagi:
- Wagi nie rejestrują wagi powietrza.
- Nie czujemy wagi, nawet jeśli jest jej dużo na nas.
Podsumowanie dyskusji i podsumowanie dochodzenia
Podsumuj argumenty dla każdego stanowiska. Sprawdź, czy istnieje konsensus dla argumentu, że powietrze zajmuje przestrzeń i ma wagę, a zatem jest materią.
Uważanie powietrza za materię, co stawia je w tej samej kategorii co piasek, żwir i wodę w mini-jeziorkach, może wymagać zmiany naszego sposobu myślenia.
Przypomnij uczniom o rozpuszczonej soli. Łatwo jest myśleć o soli jako o materii, ale nawet po tym jak cząsteczki soli stały się zbyt małe i zbyt rozproszone, by je zobaczyć, sól zachowała swój ciężar i nadal zajmowała miejsce: zachowała swoją klasyfikację jako materia. To może być najsilniejszy związek, jaki uczniowie mogą stworzyć pomiędzy powietrzem a inną substancją, którą uznają za materię.
Powtórz koncepcję, że powietrze ma wagę i zajmuje przestrzeń, a więc jest materią. Powodem, dla którego nie możemy zobaczyć powietrza jest to, że jego cząsteczki są maleńkie w skali, którą trudno sobie wyobrazić i są rozrzucone daleko od siebie. W wietrzny dzień, łatwiej jest nam wyczuć obecność powietrza.
Kreskówka koncepcyjna Powietrze ma wagę
Poznaj kreskówki koncepcyjne w sekcji Kreskówki koncepcyjne dostępnej na pasku bocznym.
Klikając zakładkę Ocenianie na górze strony głównej programu nauczania dla klasy 5.
Ta kreskówka ma na celu sprawdzenie pomysłów uczniów na temat wagi jako właściwości powietrza. Trzy postacie z kreskówki wyjaśniają, dlaczego trudniej jest kopnąć piłkę nożną bez powietrza niż piłkę wypełnioną powietrzem. Poproś uczniów, aby podążali za Tobą, czytając na głos wskazówki i polecenia z kreskówki. Przypomnij uczniom, aby ustosunkowali się do wad i zalet każdego z pomysłów. Odpowiedzi uczniów dadzą Ci wgląd w ich rozumienie dowodów na to, że powietrze ma wagę i jest materią. Ocena ta pomoże zdecydować, czy klasa jako całość lub poszczególne osoby są gotowe do przejścia dalej, czy też przydałby im się przegląd lub dodatkowe doświadczenie w pracy z klasą.