Eğimli bir yol kullanarak yerçekimi ivmesinin hesaplanması – İş – enerji teoremi

Bilim alani:

MÜHENDİSLİK

Sinif seviyesi:

Lise

Öğrenci yaş grubu:

17

Toplam süre:

4 Saat

Hazirlik süresi:

1 Saat

Ders süresi:

3 Saat

Kullanilacak öğretim yöntemi:

Öğretim hem pratik hem de oyunlaştırma temelli bir öğrenme olacaktır. Öğrenciler, hızlandırılmış hareket, eğik düzlem hareketi, sabit makara ve iş – enerji teoremi ile ilgili teorinin önemli öğelerine sahip olacaklardır. Deneyin başarılı olması için öğrencilerin pratik kısma geçmeden önce teoriyi tam olarak anlamaları gerekir. Öğrencilerin daha iyi uygulamaları için yukarıdaki teorik ünitelerin her biri için 4 farklı quiz yapılacaktır. Sınavlar çoktan seçmeli sorularla çevrimiçi olacaktır.

Anahtar kavramlar:

Bir cismin hareketinin zamanın bir fonksiyonu olarak tanımlanması, kinematik adı verilen mekaniğin bir parçasıdır. Bununla birlikte, hareketi bir cisme etki eden kuvvetlerle ilişkilendirdiğimizde, dinamiklerle uğraşıyoruz. Bir cismin dinamiğinin temel bir sorunu, onu etkileyen kuvvetleri bildiğimizde cismin nasıl hareket edeceğini bulmaktır. Başka bir deyişle, incelenen vücudun pozisyonunun zamanla değiştiğini bulmalıyız. Öğrenciler bu şekilde, bir cismin eğimli bir düzlemdeki hareketine bağlı olarak ivmesini inceleyebilirler. Bu şekilde, gözlemlerini, hareket ve mekanik olayları inceleme yeteneklerini geliştirme becerisine sahip olurlar.

Overview

Deneyin amacı, g yerçekimi ivmesinin deneysel olarak belirlenmesi ve iş-enerji teoreminin doğrulanmasıdır.

Student mission

Siz bir Araştırma Ekibisiniz ve NASA tarafından, Dünya’ya çarpma tehdidinde bulunan bir göktaşı üzerinde çalışmak üzere uzaya gönderilecek bir roketin hareketini incelemek üzere işe alındınız. Göreviniz roketin hareketini ve özellikle yerçekimi nedeniyle ivmesini incelemektir. İş – enerji teoremi de doğrulanmalıdır.

21st century technical skills gained through this activity

Beceri listesi:

 

  • Problem Çözme,
  • Pratik analiz,
  • Rekabet,
  • Eleştirel düşünme,
  • Gerçeklere dayalı sonuçlar çıkarmak,
  • Sorgulamaya dayalı öğrenme.
  • Veri Bilimi
  • Mühendislik (Mekanik)
  • Araştırmacı
  • Fizik Bilimi Öğretmeni
  • Laboratuvar Araştırmacısı
  • Bina Kontrol Mühendisi

 

Differentiation strategies to meet diverse learning needs

Oyunlaştırma, “Geleneksel” öğrenme etkinlikleri, Sınıf yanıt sistemleri, sorular oluşturma ve tasarlama.

Lesson plan

4 Saat

Time to complete Lesson

Hızlandırılmış hareket

  • m kütleli bir cisme uygulanan F kuvveti sabittir, cismin elde edeceği a ivmesi de sabit olacak ve Newton’un 2. yasasına göre α = F / m’ye eşit olacaktır. (grafik 1.0, Ek.III)
  • Grafiğin her noktası, eğim, bize karşılık gelen zamandaki hızı (anlık hız) verir.
  • Bir cisim tarafından elde edilen ivmenin deneysel olarak hesaplanması ve karşılık gelen hareketin tanımı için, ölçüsü kolayca ayarlanabilen sabit bir kuvvet uygulamasını elde ettiğimiz eğik düzlem veya sabit makara kullanılabilir.

 

Eğim hareketi

  • Kütlesi m olan bir cisim, θ açısına sahip eğimli bir düzlemdedir ve sabit bir F = mgsinθ kuvvetinin etkisi altında hareket eder. Sürtünme kuvveti ihmal edilebilir olarak kabul edilir. (resim 1.1, Ek.III)

 

Sabit Makara

  • Düzgün yatay bir yüzey üzerinde bulunan M kütleli bir küp, Şekil 1.2, Ek III’te gösterildiği gibi, m kütleli bir ağırlığa bağlı bir iplik tarafından bir makaradan çekilmektedir.
  • Pürüzsüz yüzey, vücut üzerinde hareket ettiğinde sürtünme göstermez. Ayrıca makaranın kütlesi olmadığını ve sürtünmeye neden olmadığını ve bağlı olduğu noktada iplik geriliminin T yönünü değiştirdiğini düşünüyoruz. Küp M üzerine uygulanan kuvvetler de Resim 1.2, Ek.III’de gösterilmiştir. T kuvvetinin etkisi altındaki küp sadece yatay yönde hızlanacaktır.

 

İş – Enerji Teoremi

  • Cismin o yönde kat ettiği x mesafesinde, hareket yönündeki kuvvet bileşeninin ürünü olan bir cisme sabit bir kuvvet oluşturan iş olarak tanımlanır, yani W = Fx X x, burada Fx x yer değiştirme yönündeki kuvvet bileşenidir. Uluslararası Birimler Sisteminde (S.I.) projenin birimi 1 Joule = 1 Nm’dir.

Expected Learning Outcomes

Hızlandırılmış hareket, Eğim hareketi, Sabit makara, İş-enerji teoremi

Prior knowledge and vocabulary

Öğrencilere, araştırma sorularına yardımcı olmaları için Bilimsel Sorgulama modelinin çıktısını ve Fikir Test Şablonunu sağlayın. Ek I. ve II’ye bakınız.

Science and Engineering/Math Practices

Bu derste kazanılan bilgiler yerçekimi ivmesinin kanıtlanmasında kullanılabilir. Bazı örnekler, uçakların hareketinin, gemilerin yüzdürme yasasıyla yüzdürülmesinin, hatta arabaların hareketinin incelenmesidir, çünkü lastiklerdeki sürtünme yerçekimi ivmesine bağlıdır. Fizik, Matematik ve Mühendislik alanlarında kullanılabilir.

Curriculum Alignment

Giriş: Öğretmen, öğrencilerin zaten bildiklerini yansıtmalarına ve bilgi boşluklarını belirlemelerine yardımcı olur. Öğrencilerin öğrenmeye hazır olmaları için gelecek kavramlara ilgiyi teşvik etmek önemlidir. Öğretmenler öğrencilere açılış soruları sormaları veya konu hakkında zaten bildiklerini yazmaları konusunda görev verebilir. Bu aynı zamanda kavramın öğrencilere ilk kez tanıtıldığı zamandır.

Öncelikle öğrenciler 2 gruba ayrılır. Öğretmen herkese evde izleyecekleri bazı video bağlantıları ve bazı notlar verecektir. Bu videolar, öğrencilerin deneye başlamadan önce bilmeleri gereken teorinin bazı bölümlerini içerir. Öğrencilerin çalışılacak kavram ve olguları tam olarak anlamaları önemlidir. Daha sonra öğrencilerin bu videoların içeriğine göre çoktan seçmeli soruları yanıtlamaları gerekmektedir. Daha sonra sınıfta tartışılacak olan teori hakkındaki sorularını bir kağıda yazmaları gerekecektir. Bu alıştırmanın amacı, A grubunun sorularını B grubuna ifade etmesi ve bir tartışma ve dolayısıyla gruplar arasında bilgi alışverişi yapmasıdır. Herhangi bir grup tarafından cevaplanmayan sorular öğretmen tarafından cevaplanacaktır. Soru-cevap süreci, öğrencilere sorularını ifade etme ve ardından sınıf arkadaşlarının sorularını yanıtlamaya çalışma fırsatı verecektir. Son olarak, öğrenciler deneyin sonuçları hakkında varsayımlarda bulunmalı ve sonunda bu sonuçların gerçekten doğru olup olmadığını incelemelidir.

 

Materyaller: Video bağlantıları, notlar, anket, kağıt

1.Dersten Önce:

2. Dersten Önce:

3.Dersten Önce:

4.Dersten Önce:

 

Hazırlık: Labaratuarın deneylere hazırlanması için [20] Dakika

Öğrenme Deneyiminin Kolaylaştırılması :[10] Dakika

Geçiş: [5] Dakika

Öğretmen: Soru-Cevap oturumlarını yönetecek, 4 dersin her birinin başında kavramları açıklayacak

Öğrenciler: Dikkatle dinleyecekler, notlar alacaklar ve sorular soracaklar.

 

Keşfetme: Keşif aşamasında, öğrenciler somut öğrenme deneyimleri yoluyla yeni kavramı aktif olarak keşfederler. Bilimsel yöntemden geçmeleri ve gözlem yapmak için akranlarıyla iletişim kurmaları istenebilir. Bu aşama, öğrencilerin uygulamalı bir şekilde öğrenmelerini sağlar.

 

Materyaller: Pratik ekipman ve her parçanın analizi

Hazırlık: [20] Dakika

Öğrenme Deneyiminin Kolaylaştırılması: [30] Dakika 

Geçiş: [2] Dakika

Öğretmen : Uygulamalı dersi kolaylaştıracak, öğrencilere talimat verecek ve onları sağlık ve güvenlik konusunda bilinçlendirecektir.

  • 1. Ders : Kinematik test – laboratuvarda Pratik
  • 2. Ders: θ eğim açısına sahip eğik bir düzlemde bulunan m kütleli bir cismin testi – laboratuvarda Pratik
  • 3. Ders: Düz bir yatay yüzey üzerinde duran M kütleli bir küp, m kütleli bir ağırlığa bağlı bir iplik tarafından bir makara vasıtasıyla çekiliyor – laboratuvarda Pratik
  • 4.Ders : Tartışması – enerji teoremi


Öğrenciler: Pratiklerini güvenli ve doğru bir şekilde yapacaklar, öğrenciler uygulamaya başlamadan önce talimatları okuyacak ve anlayacaklar.

 

Açıklama: Bu, öğrencilerin yeni bilgileri sentezlemelerine ve daha fazla açıklamaya ihtiyaç duyarlarsa sorular sormalarına yardımcı olan, öğretmen liderliğindeki bir aşamadır. Açıklama aşamasının etkili olması için öğretmenler, “5E Öğretim Modeli: Sorgulamaya Dayalı Fen Öğretimi için Öğrenme Döngüsü Yaklaşımı”na göre teknik bilgileri daha doğrudan bir şekilde sunmadan önce Keşfetme aşamasında öğrendiklerini öğrencilerden paylaşmalarını istemelidir. ” Bu aynı zamanda öğretmenlerin anlamayı artırmak için video, bilgisayar yazılımı veya diğer yardımcıları kullandığı zamandır.

Öğrenciler herhangi bir uygulamayı yapmakta zorlanıyorlarsa, öğretmen daha fazla açıklar ve uygulama sırasındaki zorluğu ele alabilir.

Materyaller: Daha fazla açıklamayı desteklemek için laboratuvar ekipmanı

Hazırlık: [2] Dakika

Öğrenme Deneyiminin Kolaylaştırılması: [5] Dakika

Geçiş: [0] Dakika

Öğretmen: Laboratuarda uygulanacak konsepti veya tekniği daha fazla açıklayacaktır.

Öğrenciler: Dikkatle dinleyecekler ve bilgiyi uygulayacaklar

 

Derinleştirme: 5E Modelinin detaylandırma aşaması, öğrencilere öğrendiklerini uygulamaları için alan vermeye odaklanır. Bu onların daha derin bir anlayış geliştirmelerine yardımcı olur. Öğretmenler, öğrencilerden yeni becerileri pekiştirmek için sunumlar hazırlamalarını veya ek araştırmalar yapmalarını isteyebilir. Bu aşama, öğrencilerin değerlendirmeden önce bilgilerini pekiştirmelerini sağlar.

 

Her dersten sonra öğrencilerden gruplar halinde çalışmaları ve konuyu daha detaylı araştırmaları istenir. Daha sonra ev ödevi olarak bir sunum hazırlayacaklar ve sınıfa uygulamanın farklı bir yönünü öğretecekler.

 

Materyaller: Power point yazılımı, notlar

Hazırlık: Öğrencilerin araştırma yapması ve slaytları hazırlaması için yaklaşık [90] Dakika

Öğrenme Deneyiminin Kolaylaştırılması: Derslerini sunmak için grup başına 15 dakika

Geçiş: [1] Dakika

Öğretmen:Pratik analizden sonra öğrencilerin yaptıkları sunumu değerlendirecektir.

Öğrenciler: Sunumlarını yapacak ve öğretmen tarafından sorulan soruları cevaplayacaklar.

 

Değerlendirme5E Modeli hem resmi hem de gayri resmi değerlendirmeye izin verir. Bu aşamada, öğretmenler öğrencilerini gözlemleyebilir ve temel kavramları tam olarak kavrayıp kavramadıklarını görebilirler. Öğrencilerin öğrendiklerine dayalı olarak sorunlara farklı bir şekilde yaklaşıp yaklaşmadıklarını not etmek de yararlıdır. Değerlendirme aşamasının diğer yararlı unsurları arasında öz değerlendirme, akran değerlendirmesi, yazma ödevleri ve sınavlar yer alır.

Teorinin temel noktalarını tam olarak anlayabilmeleri için öğrencilerin ellerinde notlar ve video bağlantıları bulunur. Öğretmen daha sonra, söylenenleri ne düzeyde anladıklarını belirleyebilmeleri için onlara bir anket verecektir.

 

Materyaller: Anket

Hazırlık: [10] Dakika

Öğrenme Deneyiminin Kolaylaştırılması: Öğrencilere anketi sağlamak için 5 dakika ve öğrencilerin soruları yanıtlamaları için [45] dakika

Geçiş: [0] Dakika

Öğretmen: Öğrencilere prosedür hakkında talimatlar verecek ve öğrencilerin sahip olabileceği soruları cevaplayacaktır.

Öğrenciler: Teoriyi video bağlantıları ve notlarla tam olarak anlayacaklar ve ardından anketi cevaplayacaklar.

 

Bağımsız öğrenme görevleri (ILT):  Öğrencilere bir sonraki dersten önce tamamlamaları için iki-üç meydan okuma önerin.

  • Öğrenciler, bilgilerini geliştirmek için öğretmen tarafından kendilerine verilen video bağlantılarını izleyecektir.
  • Öğrenciler sınıfta öğrendiklerinin gerçek hayattaki uygulamalarını araştıracaklar.
  • Öğrenciler ders sonrası soruları cevaplayacak
  • Öğrenciler, sunumlar hazırlamak ve sınıflarına sunmak için gruplar halinde çalışacaklardır.

 

Lesson

Öğrenciler, hem anketteki hem de genel olarak dersteki performansları hakkında geri bildirim alacaklardır. Öğrenciler ayrıca dersin işleniş biçimini ve içeriğini beğenip beğenmedikleri konusunda geri bildirimde bulunacaklardır.

Student feedback

Öğrencilerin 4 konunun tamamında edindiği bilgiler Fizik ve Matematik alanında da faydalı olabilir.

Curriculum mapping of outcomes attained

Pratik, öğrenci sunumu, zamana bağlı değerlendirme ve Soru-Cevap.

Jump to:

Materials

Pist

Hava kompresörü

Rotor

Sonar korucusu

Bilgisayar

Yazılım

Parçacık

Patin

Varil

Hassas Mekanik Teraziler

Uzay ölçer

Gözlük

Laboratuvar önlükleri

Eldivenler

Preparation

Öğretmen, öğrencilerin sürece başlamadan önce çalışabilmeleri için teorinin ana noktaları ile uygun video bağlantılarını ve notları sağlamalıdır. Ayrıca öğretmen, öğrencilerin incelenmesi için anketleri hazır bulundurmalıdır. Öğrenciler, öğretmenin kendilerine verdiklerini incelemeli ve sınıfta cevaplanacak sorular sormalıdır.

Team Work

Öğrenciler gruplar halinde çalışacaklardır. Bu, aralarında bir ekip çalışması ve dayanışma duygusu yaratmaya yardımcı olacaktır. Akranlarını dinlemeyi ve onlara yardım etmeyi öğrenecekler. Aynı zamanda takım verimliliğini artırabilecek bir rekabet duygusu yaratılacaktır.

Rubrics

Rubrikler
Sıfır Bağımsızlık Biraz Bağımsızlık için Çok Fazla Yardım  Yarı Bağımsız Tam Bağımsız
Öğretmen, öğrencilere deneylerin nasıl gerçekleştirileceği konusunda net talimatlar içeren eksiksiz bir yöntem sunar. Öğretmen öğrencilere prosedür için bir taslak verir ancak farklı adımlarda seçeneklere* izin verir. Öğretmen öğrencilere deneyleri gerçekleştirme prosedürü için bir taslak verir, ancak bazı teknik ve ekipman seçenekleri vardır. Öğretmen çözeltinin bileşimini ve konsantrasyonunu belirtir. Öğrenciler, deneyin hazırlanması için uygulanacak yöntemi araştırırlar. Öğrenciler, sağlanan ekipmanı kullanarak deneyleri gerçekleştirmek için yöntemler araştırır. Öğrenciler yapılacak kimyasalı ve konsantrasyonu seçerler. Öğrenciler deneyi gerçekleştirme yöntemlerini araştırır ve kullanılacak yöntemi, kimyasalları ve ekipmanı seçer.
Yazılı ve sözlü prosedürlerin takip edilmesi Öğrenciler yazılı ve sözlü talimatları takip eder. Öğrenciler, teknik veya ekipman konusunda bireysel seçimler yaparak yazılı ve sözlü talimatları takip eder. Öğrenciler araştırdıkları bir yöntemi takip ederler. Öğrenciler araştırdıkları bir yöntemi takip ederler.
Bir dizi pratik ekipman ve malzemenin güvenle kullanılması Öğrenciler ekipmanı güvenli bir şekilde kullanmalıdır. Öğrenciler ekipmanı güvenli bir şekilde kullanmalıdır. Öğrenciler, minimum yönlendirme ile riskleri en aza indirir. Öğrenciler tam bir risk değerlendirmesi yapmalı ve riskleri en aza indirmelidir.
Alet ve ekipmanı kullanırken araştırmacı yaklaşımları ve yöntemleri uygular Öğrenciler uygun ekipmanları doğru şekilde kullanmalıdır. Prosedür metodik olarak izlenmeli ve uygun değişkenler ölçülmeli veya kontrol edilmelidir. Öğrenciler uygun ekipmanları doğru şekilde kullanmalıdır. 

Prosedür metodik olarak izlenmeli ve uygun değişkenler tanımlanmalı, ölçülmeli ve kontrol edilmelidir.

Öğrenciler uygun ekipmanı doğru bir şekilde seçmeli ve kullanmalıdır. Prosedürel adımlar iyi bir şekilde sıralanmalı ve gerektiğinde ayarlanmalıdır. Uygun değişkenler tanımlanır, ölçülür ve kontrol edilir. Öğrenci uygun bir metodik yaklaşım, ekipman ve teknik seçmelidir. Prosedürel adımlar iyi bir şekilde sıralanmalı ve gerektiğinde ayarlanmalıdır. Ölçüm ve kontrol için uygun değişkenler tanımlanmalıdır. Değişkenlerin kolaylıkla kontrol edilemediği durumlarda, yaklaşımlar bunu dikkate alacak şekilde planlanmalıdır.
Gözlemler yapar ve kaydeder Öğrenciler verileri belirtilen şekillerde kaydeder. Öğrenciler doğru verileri belirtilen yollarla kaydeder. Öğrenciler, belirli şekillerde, uygun birimleri kullanarak metodik olarak kesin ve doğru verileri kaydederler. Öğrenciler, uygun birimleri kullanarak metodik olarak kesin ve doğru verileri kaydetmenin en etkili yolunu seçmelidir.
Araştırmalar, referanslar ve raporlar Veriler rapor edilir ve sonuçlar çıkarılır. Öğrenciler, birçok rehberlik eşliğinde pratik etkinlikler hakkında sunumlar yaparlar. Veriler rapor edilir ve sonuçlar çıkarılır. Öğrenciler sonuçları karşılaştırır ve farklılıkların nedenlerini belirler. Öğrenciler, rehberlik eşliğinde pratik etkinlikler hakkında sunumlar yaparlar. Öğrenciler mevcut yöntemleri araştırmalıdır. Sonuçları karşılaştırırlar ve farklılıklar hakkında rapor verirler. Verileri işlemek ve bulguları raporlamak için uygun yazılım kullanılır. Öğrenciler, asgari öğretmen yardımı ile pratik etkinlikler hakkında sunumlar yaparlar. Öğrenciler, çalışmalarını planlamak için alternatifleri araştırmalıdır. Raporlama, sonuçlarının planlanmasını, yürütülmesini ve analizini kapsar. Verileri işlemek ve bulguları raporlamak için uygun yazılım ve/veya araçlar kullanılır. Öğrenciler, öğretmen yardımı olmadan uygulamalı etkinliklerle ilgili sunumlar yaparlar.

*Seçenekler: Daha fazla seçenek, daha fazla öğrenci özerkliği. Öğretmenler, öğrencilerin problem çözme becerilerini geliştirebilmeleri için öğrencilere seçenekler sunar. Öğretmen öğrencilere ne kadar çok seçenek sunarsa, öğrenci probleme dayalı öğrenme ve bağımsız öğrenme için daha fazla fırsata sahip olur. Bu, sıfır bağımsızdan tam bağımsız öğrenmeye kadar pratik değerlendirme listelerine göre ölçülür.

Ek

Print or Download

Ek. I.

Bilimsel Araştırma

 

Ek II. 

Fikir Şablonunuzu Test Edin

 

Fikir Düzenleyicinizi Test Etme   
  • Araştırma Sorusu 

Sorunuz, manipüle edilen değişkeni yanıt veren değişkenle ilişkilendirmelidir.

Araştırma Sorusu: Yerçekimi ivmesi yokuş aşağı giden bir arabanın hareketini nasıl etkiler? 

 

  • Hipotez

Hipoteziniz EĞER, ÖYLEYSE, ÇÜNKÜ ifadesi olarak yazılmalıdır.

  

  

  

  

  • Değişkenler 
  • Manipüle Edilen Değişken (Neyi değiştireceksiniz)
  • Yanıt Veren Değişken (Neyi ölçeceksiniz)
  • Kontrollü Değişkenler (Test boyunca ne sabit kalacak)
  
  • Materyaller

İhtiyacınız olan tüm malzemelerin bir listesini oluşturun.   

  
  • Prosedür aşağıdakileri içermelidir… 
  • Manipüle Edilmiş Değişken 
  • Yanıt Veren Değişken 
  • Kontrollü Değişkenler 
  • Mantıksal, Tekrarlanabilir Adımlar 
  • Belirli Verilerin Kaydedilmesi 
  • Tekrarlanan Denemeler 
  
  • Veri
  • Testiniz sırasında toplayacağınız verileri düzenlemek için bir tablo tasarlayın.
  • Veri toplamak ve kaydetmek için prosedürünüzü kullanın.
  • Uygun grafikler ve/veya çizelgeler kullanarak verilerinizi görüntüleyin

 

  
  • Sonuç/Çıkarım 
  • Manipüle edilen değişkenle yanıt veren değişkenle ilgili sonucunuzu belirtin.
  • Vardığınız sonucu doğrulamak için verileri kullanın.
  • Gözlemlenen verilere dayanarak hipotezinizin kabul edilip edilemeyeceğini belirtin. 

 

  
  • Analiz
  • Olası hata kaynaklarını ve sonuçlarınız üzerindeki olası etkisini tartışın
  • Deneysel tasarımın nasıl ve neden geliştirilebileceği konusunda fikir verin.  
  • Şaşırtıcı verileri tanımlayın 

Test fikirlerinizi gözden geçirerek listeleyin 

  
  • Bulgularınızı sınıfınıza sunun.
  

  

  

 

Ek III. 

Grafik 1.0

 

Görsel 1.1

 

Görsel 1.2