快速演示和活动

实践活动对于11-14 14-16 16-19

此集合中的活动均易于设置,需要最小的套件,并将不到20分钟运行。他们的创建是为了支持所在学校的有目的,频繁和不同的实践科学盖茨比慈善基金会

能量守恒
能量与热物理学

叠层落球

课堂活动对于14 - 16的概率

在这项活动中,学生们探索一个乒乓球在自身掉下来时的高乒乓球反弹,然后用高尔夫球进行。您可以使用它来展示能源分析如何允许我们对可能结果进行限制。

设备

每组学生都需要:

  • 30厘米统治者
  • 高尔夫球
  • 乒乓球
  • 长凳/桌子弹开
  • 胶带
  • A4透明塑料(例如文件钱包)
  • 获得质量平衡(能够测量到最接近或更好的g)

程序

问学生:

  1. 将透明的塑料A4片材卷成管子,其直径略宽于高尔夫球。测量管的长度(这应该是30厘米)。
  2. 用胶带把管子固定成一定的形状,并把它直立地放在长凳或桌子上。请助手轻轻地握住试管的底部(或使用顶部的夹子使其保持直立)。
  3. 握住乒乓球,使球的底部在管的顶部。放手。测量一下乒乓球弹回的高度。
  4. 重复高尔夫球。
  5. 测量高尔夫球和乒乓球的质量。
  6. 把乒乓球举在高尔夫球的正上方,把两个球放在一起,使乒乓球直弹起来。测量高尔夫球的高度。

讨论提示

  • 当乒乓球撞到替补席上时,它的原始高度的百分比是多少?
  • 如果反弹效率是100%,反弹会有多高?
  • 在两个球的下落过程中,乒乓球所能达到的最大高度是多少?

教学笔记

能量分析的起始点和结束点如下所示。

T.he length of the tube is and, for the ping pong ball and golf ball respectively, the rebound heights are and ℎ and masses are and . For a perfectly elastic collision, we can say that the energy stored gravitationally before the drop would be the same as the energy stored gravitationally afterwards. Therefore:

(+)≥+

所以乒乓球的高度可以用以下方法来预测:

ℎ ≤ +( - )

用实验值代替应该给出ℎ的最大值,最高可达几米。实际的高度会更低,因为实际的反弹效率会低于100%。

学习的结果

学生使用能量分析在碰撞之后对物体可以到达的高度上限。

家庭学习

对于年轻学生在家尝试的这项活动的版本,看在家里尝试这个:第13集

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

镜头
光、声、波

反相图像

课堂活动对于11-14

在这项活动中,学生们看到箭头如何看起来更大并通过一杯水逆转。您可以使用它来介绍用于描述镜头创建的图像的术语。

设备

每组学生都需要:

  • 一个清晰,直侧的玻璃或烧杯
  • A4白皮书或卡片
  • 毡尖笔和尺子
  • 一个水壶或瓶水浇注

程序

问学生:

  1. 在A4纸上绘制两个短相同箭头。它们应具有等于玻璃直径的长度等于约三分之一,并指向相同的方式,一个在另一个之上。
  2. 把纸直立起来——必要时把它靠在书上或墙上。
  3. 放置空玻璃/烧杯,使其触摸纸张。
  4. 部分填充玻璃,使得其中一个箭头通过玻璃中的水可见,另一个可以通过水上的空气看到另一个箭头。
  5. 慢慢地把玻璃从纸上移开。

讨论提示

  • 你看到什么不同你画在纸上的东西?
  • 当你把玻璃从纸上移开时,它是如何变化的

教学笔记

一杯水是一个非常厚的镜片。它的焦距(从玻璃中心测量)等于玻璃的直径。当玻璃触摸纸张时,物体就是焦距的一半。介绍以下条款,以帮助学生描述他们所看到的内容。

单词 意义
目的 纸上画了什么
图像 你看到什么了
放大
减少 较小
逆转

要启动,他们将看到一个与对象相同的放大图像。随着它们增加距离,图像将变为“左右反转” - 当它们看镜子时,它们会看到它们自己的图像。倒置图像最初将是放大的图像,然后变得与对象相同的尺寸,并且在它们使玻璃远离纸张之外的倒置图像中变得倍数。

学习的结果

在描述由融合透镜形成的图像时,学生使用术语对象,图像,放大,反相和倒置和减小。

家庭学习

对于家庭和年轻学生的这项活动的版本,在家尝试,见在家尝试这个:第4集

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

权力
能量与热物理学

水壶的权力

课堂活动对于14-16

在这个演示中,学生预测哪个水壶首先沸腾。您可以使用它来说明电力是能量转移和介绍关系的速率P = 4。

设备

  • 3千瓦电水壶
  • 小功率电水壶(如酒店客房内的1千瓦旅行水壶)
  • 2带电压,电流和功率功能的插入式能量计
  • 500毫升量杯或烧杯
  • 温度计(可选)

准备

3 kW水壶吸引了大电流。不要使用延期铅。将每个水壶插入其自己的墙壁插座,并检查实验室中的RCD电路在同时打开时不跳闸。

仪表上的能量功能可能会在千瓦时校准。这项活动不需要它们。如果您决定使用它们记得在开始之前将仪表重置为零,并解释如何转换为焦点(1 kWh = 3 600 000 j)。

程序

  1. 把大水壶插到电表和电源上。小水壶也一样。
  2. 将仪表设置为电压函数并在船上的音符值。他们应该看到两个水壶都有相同的阅读(240 v)。
  3. 向每个水壶中倒入0.5升水。测量水温(可选)。
  4. 同时打开两个水壶。
  5. 将仪表切换到当前功能,并在船上注释值。
  6. 打开电源开关,让两个水壶都开着。

讨论提示

  • 哪个水壶将首先煮沸?
  • 这些水壶都插在同一电源插座上。哪个水壶能更快地将能量传递给水?
  • 你能看出功率、电流和电压之间的关系吗?

教学笔记

学生可能会认为较小的水壶将首先煮沸,因为套管的套管较少。提醒他们内部有大量的水。首先,不可能从外观上沸腾哪个水壶。

倒入每个水壶中的水质量是相同的。水的起始温度也是如此,因此最终温度也是如此,因为当水达到100℃时,两个水壶都会自动关闭。提高每个水壶中水温所需的能量是相等的。

瓦特的功率读数是焦耳中的能量通过加热元件电路在一秒钟内电动电动。对于小水壶,每秒率约为1,000焦耳。对于大型水壶,它每秒接近3,000焦耳。

目前的读数揭示了水壶越大变暖越快的原因。电流是电流的三倍,所以能量以三倍的速率传递。我们预计带有3kw加热元件的水壶的沸腾速度是带有1kw加热元件的水壶的三倍。

说明电力取决于电压(即每个电荷传输的能量)和电流。乘以电流(我)和电压(v)介绍电力的关系(P).表明,P.=IV.适用于两水果。

如果学生问为什么较大的水壶有较大的电流,用电压除以电流来计算电阻。大水壶的加热元件有一个较低的电阻,因此相同的“推”(电压)从电源内部电流将更大。

学习的结果

学生将权力定义为能量转移的速率并可以使用这种关系P = 4计算电器的功率。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

电路
电和磁

快速的相似之处

实践活动对于11-14

此活动允许学生在没有他们必须重建电路的情况下调查三个灯泡。您可以使用它来测试他们对并行电路中的电流的理解。

设备

每组学生都需要:

  • 低压电源(如1.5 V电池)
  • 三个相同的灯泡
  • 两个安培表
  • 八个4毫米的引线
  • 杯饮用水和吸管(可选)

准备

在课程开始之前,将一个电路设置为示例,因此如果需要,学生可以参考它。

用吸管喝水对于并联电路来说是一个有用的类比,但学生不应该在实验室里吃喝。只有在教室里进行活动时才提供吸管。

程序

要求学生:

  1. 设置下面的电路。只开始一个灯泡应该点亮。
  2. 记录电流表(A1和A2)上的读数。
  3. 预测当他们连接导线Y时会发生什么。
  4. 连接引线y并记录观察。
  5. 重复铅Z.

讨论提示

  • 为什么电流表读数必须始终相同?
  • 当你连接y和z时,为什么他们会上升?

教学笔记

大多数学生应该能够解释为什么AMMeters上的读数相同。仪表显示了电荷进出电池的速率。这两个值必须相同,因为电路中的电荷未使用。

对于那些很难解释为什么连接Y线和Z线后阅读量会增加的学生来说,一个有用的类比是用吸管喝水。平行添加更多灯泡就像增加吸管的数量:总体流量的增加是因为有更多的平行路径可以产生流量。

学习的结果

学生预测并解释当两个或多个灯泡并联时电流将如何变化。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

声波
光、声、波

跳舞洒

实践活动对于11-14

这项活动表明,响亮的声音能够使小谷物跳跃。您可以使用它来介绍声音是空气的振动。

设备

每组学生都需要:

  • 保鲜膜
  • 成千上万的蛋糕装饰用的那种糖屑
  • 大勺子或鼓槌
  • 金属烘焙托盘,鼓或类似于击中发出响亮的噪音

程序

要求学生:

  1. 用粘贴膜覆盖碗的顶部。紧紧伸展。
  2. 把成百上千的粉末撒在保鲜膜上。
  3. 将烤盘靠近保鲜膜,但不要接触保鲜膜,用勺子狠狠地敲打保鲜膜。

讨论提示

  • 为什么烤盘会发出声音?
  • 当他们没有被任何人感动时,洒水如何移动?

教学笔记

学生可能会听说过一个“声波”,但基于日常经历(例如喊叫或吹口哨),认为它涉及从源头到探测器的en Masse旅行。在这项活动中,没有明显的移动空气来源。在您的解释中识别源,媒体和探测器,并介绍声音是空气振动的想法。

烤盘是一个声源,因为它被敲击时会震动。振动通过空气(介质)传递到碗和薄膜(检测器)。传入的声波使保鲜膜表面上下移动,其表面上的水滴也随之起舞。

学习的结果

学生们把声波描述为空气的振动,由声音的振动源发起。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

声波
光、声、波

Slink-o-scope

实践活动对于14-16

在这个演示中,学生将看到纵波是如何产生正弦曲线的。你可以用它来介绍示波器上的声音显示。

设备

  • 紧身的春天
  • 米规则
  • 橡皮筋
  • 夹具架
  • 毡尖笔
  • 胶带
  • 几张A3方纸或方格纸(如将两张A4纸粘在一起制成)
  • 秒表(可选)

准备和安全

构建和测试你的潜行镜大约需要10分钟。有关说明,请观看上面的视频。

在这个活动中不需要精确的时间。负责计时的学生可以使用秒表或计数(如“一千零二千..”)来估计绘制图表所花的时间。

程序

  1. 找两个志愿者,一个是你的助手,负责拿笔下的纸,另一个负责计时。
  2. 保持一端的含水极在适当的地方来回移动以产生纵波。笔将在纸上移动。
  3. 将结果图显示给类 - 它们应该看到它接近直线。
  4. 在笔下面放一张新纸。
  5. 再次将纵向浪潮送下来。询问时序志愿者呼喊“开始”,以便您的助手可以开始以直线朝向夹住架的直线移动纸张。
  6. 当他们快写完的时候,让助手停下来并喊“停”。
  7. 将生成的跟踪显示到类 - 它们应该看到具有靠近正弦波的形状的曲线。

讨论提示

  • 坐标轴应该用什么标签?
  • 两个峰值显示的距离是什么?
  • 我怎样才能算出频率?

教学笔记

为坐标轴标识鼓励他们思考是什么导致了笔在纸上的移动。垂直轴上的运动是由弹簧线圈驱动的。在水平方向,纸以稳定的速度被推着。这是一个位移-时间图,所以图上两个峰值之间的距离代表了时间周期T.

展示如何估算频率F通过找到平均值T.超过一些振荡。例如,上面的视频中的图形拍摄了6秒,并具有12个峰值。所以T.= 6/12 = 0.5 s和F= 1 / 0.5 = 2 Hz。

介绍示波器作为隐藏式示波器的电子等效物。解释一下,打开示波器的时基相当于让助手推纸,连接麦克风就像在弹簧线圈和传入声波之间插入计量器规则,就像弹簧线圈上的纵波。提供一个声音轨迹的示例,并说明时间周期可以通过计算两个峰值之间的平方数并将其乘以时间基准设置(以秒为单位)来找到(s/div)。

学习的结果

学生从示波器轨迹确定声波的频率。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

相变
物质的性质

冰水油

实践活动对于11-14

在这示范中,学生观察漂浮在油的水和冰上的油。您可以使用它来测试对密度的理解。

设备

  • 两个50毫升的量筒
  • 250ml烧杯
  • 两个电子余额(能够测量最近的G或更好)
  • 400毫升植物油
  • 玻璃或透明塑料水壶(至少100毫升)的水
  • 蓝色食物着色
  • 冰块托盘
  • 组织(以擦拭任何溢出物)

准备

在活动前一天晚上通过在冰 - 立方体托盘和冷冻中加入一些食物到水中加入蓝冰块。蓝色食物染料将使学生更容易区分冰并从油中产生熔融水。

在进行活动时,避免将油弄到工作台或地板上,因为这可能会导致滑倒的危险。然后,在不可回收的废物中处理油,将吸收性材料(如报纸或猫砂)放入坚固的垃圾袋,并将钢瓶和烧杯的最上层油倒进垃圾袋。剩下的彩色水可以让水龙头开着往水槽里冲。

程序

  1. 在水壶中加入几滴蓝色着色。
  2. 向量筒中倒入40毫升蓝色的水,加入10毫升油。
  3. 向另一个量筒中倒入40毫升油,并加入10毫升蓝水。
  4. 将烧杯放在平衡上并零。
  5. 倒入剩下的油中进入烧杯并加入冰块。

讨论提示

  • 每个圆柱体中液体的总体积是相同的。群众吗?
  • 当烧杯里的冰融化时会发生什么?

教学笔记

学生可以谈论冰和水比油更轻或更重。鼓励他们在这些材料的密度方面进行思考。有些人可能认为单个冰块的质量或体积很重要,表明它们并非漂浮在烧杯中的大小。

在测量气缸中,水在底部沉淀,因为它具有比油更高的密度。油水混合物具有相同的体积,但具有较大百分比水的物质将具有较大的质量,因为水含有比油的每体积更多的质量。通过将每个测量气缸依次放置平衡(质量差应为约3G)来确认这一点。

冰漂浮在油上,因为它比石油少。当它融化时,它会变成水,所以我们希望它会下沉。如果他们看烧杯,他们可以确认这一点。蓝色水滴从冰块的底部脱落,滴过油并在烧杯的底部收集(如果冰块尚未开始融化,请使用统治者淹没它们以加速该过程)。

在状态变化期间,质量没有变化(烧杯下天平上的读数保持不变)。密度的增加一定是由于体积的减小。当冰融化时,分子必须更紧密地聚集在一起(在这方面,水很不寻常,因为大多数固体物质的密度都比液体时大)。

学习的结果

在分子重新排列的方面,学生描述在状态变化期间的密度变化。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

力量
力和运动

静态箱子

实践活动对于14-16

在这个活动中,学生们观察用两种不同的方法举起箱子。你可以用它来介绍水平和垂直的力分量。

设备

  • 装满书(或其他物品)的板条箱提供的总质量约为。2.5公斤
  • 两个长度的绳索每长时间约2米长

准备和安全

活动之前,在板条箱的两端各系一段绳子。确保绳子系牢,箱子升起时不会翻倒。在演示过程中,不鼓励志愿者试图用夸张的力量拉绳子,以给同学留下深刻印象。

程序

  1. 将绳索塞进箱子里,用手将其剥离地板或长凳。
  2. 用双臂直接保持箱子固定,然后把它放下。
  3. 请两名志愿者拉绳子,将箱子吊起来,用绳子以45度角将箱子固定在地面上。
  4. 现在挑战他们用力拉绳子直到他们水平。

讨论提示

  • 哪些力作用在板条箱上?
  • 这些力量是平衡的吗?
  • 为什么绳子不可能水平?

教学笔记

大多数学生应该能够识别手工上用手举起的箱子的力量,并解释为什么他们平衡。力是垂直的。每只手提供平衡重力拉动所需的一半。

对于由绳索提升的箱子,有些可能与提升力的方向斗争。解释它们是如何出现的。当箱子抬起地面时,绳索略微伸展,沿其长度施加力,以45°的角度施加。

要解释力量平衡如何,引入力量。他们可以思考每个力,因为两个部分侧向和称为水平和垂直部件的一个向上。在水平方向上,部件具有相同的尺寸,但在相反的方向上,彼此互相抵消。类似地,重力由垂直部件平衡。

无论你的学生拉扯多么努力,都是不可能完全水平的绳索,因为你总是需要垂直分量来平衡重力。

学习的结果

学生在垂直和水平力量方面解释均衡情况。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

引力(重量)
力和运动

稳定的勺子

课堂活动对于11-14

在这个课堂活动中,学生们平衡一把尺子和一个木勺。你可以用它来介绍重心的概念。

设备

每组学生都需要:

  • 木匙
  • 30厘米统治者
  • 电子天平(能够精确到g或更高)

您还需要:

  • 一个锯
  • 掩盖胶带

准备和安全

选择具有椭圆形碗和圆柱形手柄的相同勺子。检查每个勺子均在其手柄上的一个点。

在每把勺子的平衡点切开。再用胶带把把手和碗连在一起,再做一个勺子。

程序

问学生:

  1. 用他们伸出的手指作为枢轴,找到尺子的平衡点。
  2. 做勺子的时候重复这个步骤。
  3. 将遮蔽胶带从勺子上取下并分开地平衡勺子的每个部分。
  4. 测量手柄和碗段从平衡位置到切割边缘的距离。

讨论提示

  • 为什么统治者在其中点之间平衡,但不是勺子?
  • 主轴左右的质量比较如何?
  • 我应该在图中绘制重力力箭头?

教学笔记

学生将在其中点接受统治者平衡,因为它具有均匀的形状。枢轴的左右左右等于。重力以平等的效果拉下每侧。

学生可以建议画一个,两个或多个箭头来代表勺子或尺子上的重力。鼓励讨论。箭头的数量取决于我们如何考虑对象:单个实体,两个部分或许多人粘在一起。原则上,我们可以为弥补的许多原子中的每一个绘制小箭头。介绍术语“重心”,作为我们应该绘制一个箭头以表示整体的引力拉动的程度。

通过实验,通过找到物体余额的点,可以找到重心位置。如果手柄有碗的质量的一半,它的重心必须是距离平衡点的两倍。更一般地,对于碗和手柄,通过距离乘以质量以表明这些是勺子枢轴的等于两侧。

学习的结果

学生可以解释为什么不规则对象的重心沿其长度的一半。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

引力(重量)
力和运动

推翻瓶

课堂活动对于11-14

在这个课堂活动中,学生们将三瓶倾斜,看看哪一个倒倾斜。您可以使用它来介绍稳定的概念。

设备

每组学生都需要:

  • 3带帽的3个相同的小透明塑料瓶
  • 至少是一个瓶子容量两倍的烧杯
  • 足够的彩色水(食用色素)装满两瓶
  • 厚纸板
  • 铅笔
  • 胶带
  • 量角器(可选)

准备和安全

使用彩色液体使学生更容易看到瓶子的质量分布。每组学生在烧杯中加入一滴食用色素。

试着找到底部平坦的瓶子,这样瓶子接触板的面积就不会那么模糊了。

程序

问学生:

  1. 用彩色水填充一个瓶子。
  2. 另一只瓶子装半瓶水(最后一只空着)。
  3. 用胶带把铅笔固定在纸板的一端,做成一个唇形。
  4. 将三瓶连续沿着唇部旁边的董事会沿着船上的批量顺序排列。
  5. 慢慢抬起板的另一侧。

讨论提示

  • 什么力量让瓶子倒塌?
  • 你能预测瓶子倒塌的顺序吗?
  • 为什么中间的瓶子最稳定?

教学笔记

学生们可能会感到惊讶,质量最小的瓶子和质量最大的瓶子同时倒塌。鼓励他们思考质量是如何在瓶子中分布的。

如果学生不熟悉重力中心的概念,请解释说,我们可以考虑在物体上的重力作用点。它是物体中质量的平均位置。在满瓶和空瓶中,质量是均匀分布的,所以重心在瓶的中间。半满的瓶子不同,因为它的质量分布不均匀,重心较低。

当瓶子直立时,引力力通过瓶子的底部向下起作用(与板接触的区域)。当瓶子倾斜时,它将保持与电路板接触,直到引力的作用落在基地外,它将其倾向于且不再是稳定的。完整的和空瓶子首先倒下,因为它们具有更高的重心,因此首先达到其划分点;半满瓶子更稳定,因为它具有低的重心。

学习的结果

学生将物体与其基座相对于其基座的重心位置相关。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

电路
电和磁

短系列

实践活动对于11-14

这个课堂活动允许学生在不拆开电路的情况下研究多达三个灯泡的电路。你可以用它来测试他们对串联电路中电流的理解。

设备

每组学生都需要:

  • 低压电源(如1.5 V电池)
  • 三个相同的灯泡
  • 两个安培表
  • 八个4毫米的引线

准备

在课程开始之前,将一个电路设置为示例,以便如果需要,学生可以参考它。

在活动期间,学生需要通过连接围绕它们连接的一些灯泡来绕过一些灯泡。为避免损坏电流表,请确保它们不会短路所有灯泡。电路中必须至少有一个灯泡,以避免电流变得太高。

程序

问学生:

  1. 设置下面的电路。要开始,它们应该连接两个灯泡周围的引线,以便只有第一个灯泡点亮。
  2. 记录电流表(A1和A2)上的读数。
  3. 预测他们删除引导y时会发生什么。
  4. 断开导线Y并记录观察结果。
  5. 重复铅Z.

讨论提示

  • 为什么电流表的读数总是相同的?
  • 当你断开引线时,为什么会下降?

教学笔记

学生可能不明白导致y和z如何更换电路中的灯泡数量。在目前占据最小阻的路径方面解释这一点。引线的电阻远低于其他组件。将引线连接在灯泡周围意味着(差不多)所有当前都会通过铅,而不是灯泡。

在串联电路中只有一个回路,因此安培计放置在电路的任何地方,其读数都是相同的。断开一根引线会增加另一个串联的灯泡,从而增加电路的总电阻,从而降低整个电路的电流。

学习的结果

学生预测并解释当时另一个灯泡串联添加的当前会发生什么。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

磁力
电和磁

磁力对

实践活动对于14-16

该示范表明,两个磁相互作用物体之间的吸引力相等且相反。您可以将其用作牛顿第三法的示例。

设备

  • 两个相同的小的,强的钕磁铁,有孔,孔的直径应该大到足以让线穿过(例如2.5毫米)
  • 三个30厘米的弦长
  • 两个夹具和支架
  • 小牛头犬剪辑
  • 两个G-clamps(可选)

准备和安全

稀土磁体易碎。不要将孔钻成现有的磁铁。具有预制孔的源钕磁铁或使绳子或钢丝中的线束。当处理或移动磁铁时,朝向彼此确保它们不碰撞。

在活动之前,穿过每个磁体的螺纹串并用结固定。还将串夹的一端绑在一起。悬挂两个磁铁从夹架上悬挂,使它们悬挂在绳子捆绑的地方10厘米。

设置磁铁和磁铁和剪辑之间的距离可以采取一点练习。事先尝试一下。标记板凳上的位置和/或固定站点搭配G夹以允许下次更快地设置。

程序

  1. 用绳子将一块磁铁连接到夹子上,并将绳子紧紧固定,使磁铁悬挂在绳子系紧位置下方约10厘米处。
  2. 将第二磁铁从第二夹悬挂。布置架子使两个磁铁靠近并彼此强烈地吸引它们,它们几乎水平。
  3. 重复步骤2,但用斗牛剪辑替换其中一个磁铁。

讨论提示

  • 是什么导致左磁铁上的磁力?右磁铁怎么样?
  • 是什么导致磁铁和夹子上的力量?
  • 力量的大小和方向如何比较?

教学笔记

学生们会意识到磁铁可以相互吸引,因此会接受两个相同的磁铁相互吸引的事实。左磁铁上的力来自右磁铁;右边的是左边的。

它们可能会惊讶地看到与磁铁和夹子相同的效果。这些需要更接近产生相同的尺寸力,但随着以前的力,力的尺寸等于尺寸和方向相反。像所有的互动一样,磁交互创造了牛顿的第三法力对。

学习的结果

学生识别牛顿的第三律法力对,用于磁通交互的物体。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

负责
电和磁

吸引可以

实践活动对于11-14

在这个课堂活动中,学生看到它在它擦拭衣服后,气球会吸引饮料可以让它滚动。您可以使用它来介绍为什么带电物体在不带电的物体上施加力量。

设备

每个学生都需要:

  • 空铝制软饮料可以
  • 橡胶气球
  • 布或羊毛服装

程序

问学生:

  1. 给气球充气并系好它的脖子。
  2. 将空罐侧放在一个平面上。
  3. 将气球靠近罐头。他们应该看到没有任何事情发生,因为气球最初没有收点。
  4. 在他们的衣服或一块布上摩擦气球,使它带电。
  5. 把气球靠近罐头。他们应该看到罐头开始向气球移动。
  6. 将气球逐渐远离罐子,使得可以滚动。

讨论提示

  • 擦过之后,气球会吸引罐子。你以前见过这种事吗?
  • 你怎么能判断铝上的力量不平衡?
  • 你觉得气球是如何对罐子产生作用力的?

教学笔记

带电物体吸引其他物体的现象可能与梳子吸引头发的现象很相似。你可以摩擦气球,表明它也会吸引学生的头发。为了帮助他们可视化充电过程,引入电子作为带负电荷的粒子在材料之间移动。

当气球被摩擦时就会带电,因为它是由一种比布更能吸引电子的材料制成的。电子从布料转移到气球上,因此气球整体上获得了一个负电荷。解释布上留有一个正电荷将帮助学生理解电荷是守恒的,但没有必要讨论原子结构或物体中正电荷的性质。

铝的充电过程可以不同。两个物体不接触。相反,可以通过气球排斥电子中的电子,因此移动到最远的部分。罐的背面变得带负电,正面阳性,但整体罐仍然是电中性的。铝可以启动轧制的原因是因为罐的背面还远离,因此罐后面的排斥力小于前面的吸引力。

如果学生们使用“静电”这个短语,请解释这可能是一个误导。气球的充电过程涉及布料和气球之间的电荷转移,铝罐的充电过程涉及罐内电荷移动。充电过程可能不同,但两者都不是“静态”的。

学习的结果

学生描述当我们擦拭它时,如何在绝缘材料制成的物体如何充电,为什么它会吸引其他物体。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

活动指数衰减
量子和核武器

甜蜜的模拟(放射性)

教学指导对于14-16

在这项活动中,学生们摇动糖果来模拟大量不稳定核的放射性腐烂。您可以使用它来引入衰减曲线。

准备和安全

糖果或巧克力为放射性衰变提供了丰富多彩的类比,但实验室不应该在实验室里吃或喝酒。消费也会歪曲结果。如果您认为吃甜食的诱惑可能对您的学生来说可能太大,您可能希望考虑替代品,如硬币或小骰子。无论你选择什么源是大量的。

设备

每组学生都需要:

  • 足够的糖果或巧克力,在一边有一个标志,以便每个学生可以有4个(例如,一个班25个学生100个糖果)
  • 给你自己多四颗糖
  • 七八八个测量汽缸,每个容量足够大,以保持糖果总数的一半

程序

  1. 把量筒排成一排,找一个志愿者当你的助手数糖果和收集糖果。
  2. 在董事会上写下糖果的总数,并向每个学生分发四个糖果。为自己保留四个。
  3. 让班级像你一样,当你喊'摇晃时握住杯子,让他们摇晃它们,以便甜食在他们的手里移动。你应该和你一样。
  4. 5秒后喊“停止”。他们应该打开双手掌心,删除任何标识的甜食。你应该这样做。
  5. 请您的助手收集所有丢弃的糖果,并将它们放入第一个量筒。
  6. 重复步骤3至5加注其他气缸。将你的“摇晃”叫声定时,以获得更好的放射性衰变模型。

讨论提示

  • 你认为第一个圆柱体里有多少糖果?那第二种呢?
  • 对于每一次摇动,一个人面朝上落地的机会有多大?
  • 有可能预测特定的甜蜜将落在面朝上吗?

教学笔记

学生可以通过写下迷你白板上的甜数的预测来“赌注”。在活动结束时转回它们。讨论结果,然后从气缸中取出糖果以进行任何最终计数。

在奶昔后面朝上吃甜食的概率是二分之一,或者他们可以说有50%的概率。强调每次震动都是一个独立的事件。发生在一个人身上的事,并不取决于过去发生的事,也不影响未来发生的事。无论是第一次还是最后一次摇晃,单次正面着地的概率是50%。

放射源中不稳定的核心以类似的方式行事。衰减的概率是固定的,但是当特定核素衰减时不可能预测。提供一个放射源衰减曲线的示例,以表明它就像甜蜜的仿真一样向下扫描。

学习的结果

学生描述一个不稳定核的甜/硬币模型,并绘制衰减曲线。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

牛顿第三定律
力和运动

火箭气球

实践活动对于14 - 16的概率

在这个演示中,学生们看到了一个正在运行的简单火箭。你可以用它来说明牛顿第三运动定律。

设备

  • 气球
  • 吸管
  • 衣服钉或其他夹子
  • 字符串的长度
  • 胶带
  • 剪刀

准备

在房间内找到合适的固定点(如橱柜把手),以便将绳子的长度系在其上。

程序

  1. 把绳子通过稻草。
  2. 将弦的两端连接到房间的固定点。
  3. 气球充气并使用衣服钉闭上嘴巴。
  4. 使用粘带将气球连接到稻草上。
  5. 撤消钉子以释放空气。

讨论提示

  • 是什么使气球膨胀?
  • 力量是否平衡或不平衡?
  • 哪种力量导致气球加速?

教学笔记

在描述火箭的运动时,学生可以参考“行动和反应”力对。强调这些可能是误导性的。他们暗示牛顿第三法中的一个力量呈对另一个部队。讨论气球内部发生的事情,以说明气球上的前向力如何在与向后推动的瞬间相同的瞬间。

当木栓附着在气球上时,气球仍然保持膨胀状态,因为气球内部的空气颗粒会与气球的内表面发生碰撞。它们向左右上下等量推,所以气球上的力是平衡的(气球内部的力也是平衡的)。

当移除PEG时,空气颗粒不再推动球囊的开口端。球囊前端上的前端不再被向后力均衡,因此球囊加速前方。同样,如果我们考虑在气球中的空气上作用的力,我们可以看出,在左侧有一个作用的力,因此空气向后加速。

要强调的是,就像所有牛顿第三定律的力对一样,产生的两种力作用于不同的物体(气球和空气)。

学习的结果

学生描述如何充满空气的气球推出自身,并识别纽约州第三次法律力量对。

家庭学习

对于家庭和年轻学生的这项活动的版本,在家尝试,见在家里尝试这个:第7集

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

太阳
地球和太空

恒星对流

课堂活动对于14-16

在这个演示中,学生们看到,如果有色液体的底部和顶部之间存在温差,顶部表面就会移动。你可以用它来引入太阳对流。

设备

  • 电电炉
  • 平底铝食品托盘或馅饼锡
  • 5硬币所有相同的面额
  • 50ml液体皂(例如保湿面洗涤)
  • 几滴红色食用色素
  • 500毫升水
  • 火炬(或其他白色光源)

准备和安全

液体肥皂/洗发剂需要含有硬脂酸甲酸酯,乙二醇异解或甘油硬脂酸酯,以使对流细胞可见。具有珠光外观的保湿产品通常含有其中一种。检查瓶子上的成分。

小心不要碰到热销。液体温度不应超过50°C(用温度计检查)。

程序

  1. 关闭加热盘后,将五枚硬币交叉放置在盘的顶部。
  2. 把食物盘放在硬币上面。
  3. 倒入冷水,直到托盘半满。
  4. 加入50毫升液体肥皂和几滴食物着色;使用手指混合良好。
  5. 将热板切换到低设置。离开几分钟。
  6. 将火炬闪耀成一定角度的托盘,让学生更容易看到水上升水和水槽。

讨论提示

  • 为什么水面会移动?
  • 太阳的表面也会移动。你认为这是为什么?

教学笔记

学生可以谈论热量或能量上升。强调既不能源也不是物质。对流是在较高温度膨胀和漂浮的术语中最好地描述的机械过程,然后冷却和下沉。在该实验中,它由由托盘底部的硬币产生的热点驱动。

上升和下降流体的柱称为对流细胞。当我们俯视托盘时,我们看到细胞的顶部:当它上升到表面时,液体会在表面上移动,然后在下面的沉没时消失。该过程是重复一个,因此随着底部和顶部的温差而连续地循环。

通过提供太阳表面的图像将演示与恒星对流联系起来。它们可以看到的巨粒颗粒是通过从热的内部到冷却器表面向上上升的等离子体形成的非常大的对流电池顶部。

教学笔记

学生描述了如何形成对流细胞以及为什么它们负责太阳的颗粒状外观。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

对流加热
能量与热物理学

五颜六色的对流

课堂活动对于11-14

在这个演示中,学生们看到,如果热水低于冷水,他们会混合,但如果情况相反,他们不会。学生们可以用他们关于漂浮和下沉的知识来解释这一点。你可以扩展这个想法来引入对流。

设备

  • 2托盘
  • 红色和蓝色食物着色
  • 搅拌器
  • 来自热水龙头的水(例如在热水瓶烧瓶中)
  • 室温下从冷水龙头流出的水(如水壶里的水)
  • 四个大型相同的罐子或瓶子
  • 2张卡片(用于铝箔容器的盖子工作良好)
  • 软木塞(可选)

准备和安全

在进行课堂前进行大槽或盆地的演示。如果您使用玻璃瓶/瓶子,请确保它们可以安全地设置并安全地放下而不会破损危险。或者,使用塑料容器。

程序

  1. 在托盘上放置两个罐子。
  2. 在一个罐子里放一滴红染料并用热水填充。确保水到达罐子的敞口。
  3. 在另一个罐子里放一滴蓝色染料并用冷水填充。确保水到达罐子的敞口。
  4. 将一张卡片放在热(红色)水瓶的口中,并牢牢地压制到位。将这个罐子倒置并直接放在罐子里的冷(蓝色)水上。
  5. 小心地将卡从两瓶之间滑出,使其嘴巴接触。
  6. 对另一个托盘重复步骤1-5,但这次把蓝色的罐子放在红色的上面。

讨论提示

  • 如果我删除卡会发生什么?
  • 为什么有些东西漂浮和其他人汇?
  • 为什么热水在上面时水不混合?

教学笔记

如果物体(如软木塞)的密度小于水,学生应熟悉漂浮在水中的物体(如软木塞)的概念。通过解释水在加热时会略微膨胀,将这一想法扩展到漂浮的液体。冷水的密度(998 kgm3在20°C)比热水的高度高(988千克)m3在50°C)。如果他们想象一卷被冷水包围的热水,那么如果它被淹没然后释放,就会像软木塞一样漂浮在表面上。

在第一个托盘上,热水在上面。几乎没有混合,因为热水已经浮在水面上了。在第二个托盘上,热水在下面,所以它上升,冷水向下流动,取代它,两者混合。

提供两个罐子中颗粒的布置简单图。强调水密度随着颗粒之间的(平均)空间而增加时,水的升高会增加。颗粒本身不会膨胀。

学习的结果

学生解释为什么在构成水的颗粒之间的距离差异方面,热水升起和冷水水槽。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

电流
电和磁

绳环电路

实践活动对于11-14

在这项活动中,学生观察绳索环被循环。您可以将其用作介绍电路的模型。

设备

  • 绳索长度约3米 - 理想地由尼龙制成
  • 胶带(可选)
  • 引线,电池和灯泡(可选)

准备和安全

将绳索绑在循环中,或者如果您使用尼龙绳索将末端熔化在一起,然后将连接带胶带覆盖。通过确保学生不要太紧密地抓住绳索,避免绳索烧伤。

程序

  1. 设置或绘制具有一个单元格和一个灯泡的串联电路图。解释您将使用绳索循环建模。
  2. 请一只手轻轻地握住绳子的学生志愿者,以便它可以轻松滑动。它们代表电路中的灯泡。
  3. 握住绳圈的另一端,以稳定的速度,用手交替拉动,使其循环。你,老师,就像牢房一样。移动的绳子就像水流一样。

讨论提示

  • “电流”首先从哪里开始流动?
  • 电灯泡/电池的电流如何比较?
  • 我怎样才能使电流变大?

教学笔记

学生们常常认为电路中的电荷必须从电池到灯泡行进,以便灯泡光。使用此活动强调在接通电路和灯泡上的电路之间没有(可察觉)延迟。电路中的电荷均同时开始移动,流量率在整个中。将摩擦力与电阻摩擦。绳索移动的速度如何取决于电阻的大小以及您提供的“推送”(电压)的大小。

有关如何将此模型纳入教学方法的更详细讨论,请参阅我们的建模电气循环集合。

学习的结果

学生将当前描述为整个电路发生的流动。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

波粒二象性
量子和核武器

领导光电管

实践活动对于16-19

在这项活动中,学生们看到只有某些颜色的光线在闪耀到LED时产生电压。您可以使用它来测试对光的光子模型的理解。

设备

  • 绿色LED(透明型,无涂层)
  • 火炬(或其他白色光源)
  • 红色和绿色的激光笔
  • 数字电压表,内阻10 MΩ或更大
  • 2连接引线和鳄鱼夹
  • 黑牌
  • 衍射光栅(可选)

准备和安全

在本演示中,LED充当光电池。确保电压表的电阻为10 MΩ 或更大,或当光线照射到其上时产生的小电流将泄漏得太快而无法给出读数。

任何落在LED上的阳光或房间光线也会产生读数。在一个黑暗的房间里进行演示,或者用一个黑色的纸板管挡住LED的杂散光。

只使用来自信誉良好的供应商的2级激光。将激光牢固地固定在一个夹子里,并引导它们远离学生朝向屏幕。

程序

  1. 使用铅笔在一小块卡中制作一个孔,将LED推动通过并将其安装在夹住架中。
  2. 在LED上连接一个电压表。使用黑色硬纸板管挡住任何环境光,使电压表读数为零。
  3. 将火炬安装在夹子中,并直接瞄准LED的圆顶端。电压表应该显示一小读。
  4. 用红色激光指示器重复。电压表应读取零。
  5. 重复操作绿色激光笔。电压表应再次提供非零读数。

讨论提示

  • 你觉得为什么我们得到的读数是白光和绿光,而不是红光?
  • 光线表现为波还是粒子?

教学笔记

学生可能会建议红灯不会产生读数,因为红色激光器不够亮。强调两个激光器产生比火炬更强烈的光束。在波幅度的差异方面无法解释结果。它是重要的频率。

当光子撞击LED时,它被吸收,如果其能量足够高,则它将释放电子。红色光子是无效的,因为它们具有最低频率和最低能量。绿色光子更精力充沛。白光由所有可见频率组成,因此将包含一些具有足够高的光子。您可以通过衍射光栅闪耀到墙壁上的割炬并讨论光子的能量如何在光谱上变化。

学习的结果

学生们描述了一个实验,显示了光作为粒子的行为。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

反射
光、声、波

消失硬币

实践活动对于14-16

在这项活动中,学生们看看如何通过它的旁边看到烧杯下的硬币。您可以使用它来引入全部内部反射。

设备

每个学生都需要:

  • 小直边的空烧杯(或玻璃杯)
  • 一个较大的水壶/水烧杯
  • 一枚硬币
  • 纸张或卡片
  • 剪刀
  • 用纸巾或抹布擦去溢出的东西

程序

问学生:

  1. 将烧杯/玻璃倒置在纸上。在它周围抽签并切出来制作盖子。
  2. 将硬币放在长凳/桌子上,确保两者都完全干燥。
  3. 把杯子放在硬币上。
  4. 将水倒入玻璃杯中,使其完全充满。
  5. 把盖子盖上。从玻璃的侧面看硬币是看不见的。
  6. 抬起盖子。他们应该能够看到硬币的图像(如果它们使用高玻璃)。

讨论提示

  • 我们需要发生什么让我们能够看到硬币?
  • 当杯子满了的时候,光去了哪里?

教学笔记

在这个实验中,确保硬币完全干燥是很重要的。硬币上的脊在玻璃底部和硬币之间形成了一个小的气隙。当光从空气传播到玻璃时的折射确保了玻璃侧面的入射角大于临界角。如果硬币是湿的,硬币就不会消失。

讨论硬币的光线需要进入我们的眼睛让我们看到它。为空玻璃提供射线图,显示通过玻璃侧面的光线和全玻璃,因为它反射,光不能逃逸。介绍“全内反映”术语。

学习的结果

学生了解当光从水(或玻璃)到空气时,可以发生全内反射。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

摩擦
力和运动

总是平衡的规则

实践活动对于16-19

在这项活动中,学生们看到两个手指支持的统治者在将手指滑向其中心时仍然平衡。您可以使用它来介绍摩擦的共同效率。

设备和材料

  • 米规则

程序

问学生:

  1. 使用每只手的指数手指在任一端支撑仪表规则。轻轻地将手指更靠近,直到它们在中点相遇 - 该规则应保持水平和平衡。
  2. 然后,用一个手指靠近10cm标记的手指支撑仪表规则,另一个手指接近70 cm标记。注意他们在手指上感受的下行力量更大。然后将手指滑动在一起,并注意首先移动哪个手指。
  3. 在30cm标记处用一个手指重复步骤2,另一个在90cm标记处。

讨论提示

  • 哪种手指由于规则而经历了更大的接触力?
  • 当你试图移动哪根手指时,它受到的摩擦力更大?
  • 你能给这个规则画一个力图吗?合力的方向是什么?

教学笔记

对于许多学生来说,当手指向内移动时,尺子保持水平,这似乎是违反直觉的。当两根手指相互移动时,第一根手指粘在一起,另一根手指滑动。然后第二个手指粘住了,第一个手指滑倒了。

偏离规则中点的手指。你可以感觉到这个手指上(向下)的接触力小于另一个手指上的接触力。这可以通过考虑规则中点的力矩来解释。下图说明了过程中的第2步,力一种进一步来自中点而不是力B.由于规则是平衡的,一种必须小于B.

从中点进一步滑动的手指表示该手指的摩擦力较少,而不是粘。因此规则上的水平力量不平衡(FB.大于F一种)规则侧向推动(到左侧,图中)。

这个实验表明,当两个物体之间的接触力越大时,它们之间的摩擦力越大。这可以用来引入摩擦系数的概念μ., 在哪里

μ.=摩擦力/接触力

也就是说,摩擦力与接触力成正比(并取决于接触表面的性质)。

学习的结果

学生认识到摩擦力与接触力成比例,并确定摩擦的共同效率为比例常数。

该实验于2020年3月进行了安全性测试。

磁力
电和磁

最简单的电机

实践活动对于14-16

在这项活动中,学生构建一个简单的电机。您可以使用它来说明弗莱明的左手规则。

装置

每组学生都需要:

  • 钕磁铁
  • 螺丝钉
  • 电缆短长度有两个光端
  • 1.5 v elt.

准备和安全

稀土磁体易碎。学生不要把磁铁举得离凳子太高。

准备和安全

要求学生:

  1. 将螺钉的头部放在磁铁上,使它们彼此连接。
  2. 将电池的负极接在螺丝的尖头上,使其也能附着。
  3. 抓住电池,将组件提离工作台,使工作台和磁铁之间有一个小间隙。
  4. 将一端的电缆握在电池顶部,然后触摸另一端到磁体的边缘。磁铁和螺钉应开始旋转。

讨论提示

  • 磁铁中的电流是哪个方向?
  • 哪个方向是使其旋转的力?
  • 磁场是哪个方向?

如果学生们努力识别电流的方向,请提醒它们它从电池的负端子流过。在磁铁内部电流从边缘向内径向向内。

为了解决力的方向,他们可以看看磁铁是顺时针还是逆时针旋转。为了解决磁场的方向,他们可以使用弗莱明的左手规则。如果磁铁横向逆时针,则磁场向下,如果它顺时针旋转它是向上的。

学习的结果

学生们应用弗莱明左手定则来确定磁场的方向。

该实验于2020年3月进行了安全性测试。

声波
光、声、波

吹口哨波形

实践活动对于11-14 14-16

学生们将示波器应用程序下载到手机上,调查声音的音调和响度。

设备

每个学生都需要:

  • 智能手机
  • 两个不同大小的长颈瓶(可选)

准备

学生将需要下载一个具有暂停功能的示波器应用程序。例如,他们可以使用Play商店中的Oscilloscope (xyz应用程序)(点击屏幕停止跟踪)或应用商店中的Oscilyzer(使用暂停按钮停止跟踪)。

程序

问学生:

  1. 下载示波器应用到他们的手机上。
  2. 吹口哨并观察屏幕上的痕迹。如果他们不能吹口哨,吹过一个瓶子来发出声音。
  3. 吹口哨,稳定的便条暂停跟踪。如果他们错过了,请重复尝试捕捉波形中哨。
  4. 重复一遍,但这次吹得轻一些。
  5. 用高音吹口哨,然后用低音吹。

讨论提示

  • 波形如何随响度变化?
  • 波形如何随音调变化?

教学笔记

如果学生不能吹口哨,他们可以吹过瓶子或使用吉他或录音机等乐器。他们应该看到,当声音更响亮时,波形的峰值更大,并且当间距较高时,峰值更近。

学习的结果

学生为不同音量和频率的声音绘制波形。

宇宙膨胀
地球和太空

弹性乐队宇宙

实践活动对于14 - 16的概率

在这个活动中,学生们用垫圈和橡皮筋建立一个模型宇宙。你可以用它来介绍哈勃定律。

准备

以下学生工作表包括有关如何制作模型宇宙的信息。或者,为了节省时间,您可能希望在课程之前为每个组制作这些时间。

设备

每个学生都需要:

  • 6个配套的洗衣机(或回形针)
  • 5条相同厚度的松紧带(最好是不同长度的)
  • 小贴纸表示“家”
  • 尺子或卷尺
  • 图纸(或微软Excel或类似的笔记本电脑)
  • 胶带

程序

问学生:

  1. 选择一个洗衣机,成为家庭银河系,并用贴纸标记它。用字母a标记另一个星系。
  2. 测量从主星系到星系A的距离。对其他星系重复上述步骤。
  3. 将宇宙膨胀到原来长度的两倍,然后用胶带将两端固定在桌子或地板上。
  4. 测量与家屋到其他星系的新距离。
  5. 计算每个星系的距离变化。
  6. 绘制“距离变化”的图形,反对“初始距离”并绘制一线最适合。

讨论提示

  • 距离的变化如何取决于银河系的距离?
  • 我们把哪个星系归为家有关系吗?

教学笔记

当学生策划到距离图的距离的变化时,他们应该发现它是一条直线。星系以与距离我们的星系距离成比例的速度向他们远离他们。这被称为哈勃的法律。

模型 宇宙
垫圈不能膨胀 星系不会膨胀(它们被引力束缚)
弹性带膨胀,带着垫圈 星系之间的空间在膨胀,星系也随之膨胀

作为延伸,学生可以按照工作表(以下)上的说明从其他星系探索视角。图形的梯度是相同的,而不管他们认为哪个“洗衣机”是“家”。像真实的星系一样,模型中的星系似乎远离家园,但家园并不是扩张的中心。

学习的结果

学生解释为什么星系远离我们的银河系,速度与他们的距离成比例。

感谢周边理论物理研究所的许可,以适应他们的活动

下一个

季节和天空

季节变革
地球和太空

季节和天空

实践活动对于11-14

用一个透明的圆顶、地球仪和灯来展示为什么夏天白天更长。

准备

这项活动在一个黑暗的房间里效果最佳。

设备

  • 直径约40厘米的球体
  • 一个小透明的圆顶(例如4厘米透明塑料摆设的一半)
  • 蓝钉或胶带
  • 用于调节灯高的书(可选)

程序

  1. 使用blu-tac或胶带将圆顶固定在地球仪上,以覆盖感兴趣的国家(如英国)。
  2. 将地球从灯(太阳)放在1米。调整灯的距离,使其与地球赤道的高度相同。
  3. 将地球定位,使北半球倾斜远离太阳。
  4. 围绕其轴线逆时针旋转地球,使灯的反射出现在圆顶的东部边缘的底部,向圆顶传播并落在西边。
  5. 重复一遍,但这一次地球仪的北半球向太阳倾斜(当你旋转时地球仪的手臂可能会挡住你的方向)。根据需要拆卸和重新安装圆顶)。

讨论提示

  • 哪个持续时间更长:白天或黑夜?
  • 它在英国是什么季节?
  • 为什么夏天比冬天热?

教学笔记

学生们应该看到,当地球的北半球远离太阳时,太阳沿着一条低路径穿过天空。从日出到日落不到半圈。在英国,白天比黑夜短,所以是冬天。

第二部分为英国夏季模特示范。太阳沿着一条高高的路径划过天空,白天比黑夜长。

夏天比较暖和的一个原因是白天比较长。地面被加热的时间比冬天更长。另一个原因是太阳的光束分散在更小的区域(你可以用火炬和董事会或者热变色塑料)。

学习的结果

学生们解释为什么夏天白天更长。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

干涉
光、声、波

减噪音叉

实践活动对于14 - 16的概率

学生倾听调谐叉子的响度如何在旋转它时变化。破坏性干扰介绍。

设备

每对学生需要:

  • 调整叉子

程序

问学生:

  1. 在合适的表面上撞击调谐叉子,并将叉子直立在耳朵旁边。
  2. 重复但在听听时慢慢地旋转叉子。他们应该听到响度各不相同。
  3. 重复,但这次确定每次旋转有多少次沉默。

讨论提示

  • 调谐叉子有多少个声源?
  • 两个声波如何相互抵消?

教学笔记

音叉有两个完全相同的尖头。当它们振动时,每一个都充当一个音源。

来自两个声源的声波可以同步(相位)到达并产生建设性干扰以产生更大的声音,也可以不同步(相位)到达并产生破坏性干扰。当学生旋转音叉时,他们应该听到四个区域的寂静。

绘制图表是挑战,以说明调谐叉的破坏性干扰。两个尖头(几厘米)之间的距离小于声音的波长(通常是仪表甚至)。如果要绘制图表以说明重叠的波前,则使用源分离的示例大于波长的距离(例如两个喇叭).

学生可能熟悉降噪耳机。他们可以研究它们是如何工作的。像音叉一样,它们使用相消干扰来消除声音。耳机包括一个从环境中接收声波的麦克风和一个产生这些声波的倒置版本的电子电路,因此当这些声波被播放到听者的耳朵中时,这两组声波相互抵消。

学习的结果

学生描述两个来源的声音如何通过破坏性干扰来消除。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

简单的谐波运动
力和运动

摆包

实践活动对于14 - 16的概率

一个简单的演示来介绍用日常物品制作钟摆的概念。

设备

  • 学生的袋子
  • 具有大显示的定时器
  • 简单的摆锤由一端用金属鲍勃制成的绳子(可选)

准备

在挑选学生包的时候,要挑选顶部有环的包,或者有长带子的包。你将需要不同的袋子选择,以给一个范围的振荡周期,当他们摆动。

程序

  1. 从课堂上选择3或4名学生的袋子。选择一个袋子并从手指悬挂它。
  2. 把袋子拉到一边,松开,让它从一边到另一边摆动。重复,表明它与周期相同。
  3. 用另一个包重复,以表明它具有不同的振荡时期。

讨论提示

  • 为什么一个袋子以不同的速度摆动到另一个速度?
  • 我们如何测量时间周期呢?
  • 我们如何改变摆动袋的时期?

教学笔记

本演示利用学生的日常经验介绍钟摆。解释这个时间段(T.)是一个完整的前后摆动的时间,很难测量一次摆动的时间,所以最好计时一个数字(如10)T.)找到一个平均值。还讨论了从袋子穿过摆动的中点而不是两端的点来计算,而不是在两端瞬间静止,所以难以判断的时间)。

学生可以建议改变质量,长度或幅度作为改变摆动袋的时期的方法。为了说明这个时期不依赖于大量添加书籍。

这一活动可以作为一个前兆,对影响摆周期的因素进行更正式的调查。与简单的钟摆联系起来,解释说,在科学中,我们试图设计实验,以消除多余的复杂性。一个袋子的摆动可以用一个由绳子组成的摆来模拟,一个重物作为移动的质量。

学习的结果

学生衡量摆锤的时期

该实验于2020年3月进行了安全性测试。

季节变革
地球和太空

季节:传播阳光

课堂活动对于11-14

学生们使用手电筒和倾斜板来模拟阳光在一年中不同时间如何在地面上传播。

设备和材料

每对学生需要:

  • 有纸的迷你白板或董事会附着
  • 火炬或灯
  • 纸板圆筒
  • 两支不同颜色的记号笔
  • 量角器(可选)

程序

要求学生:

  1. 在灯/手电筒的一端放一个硬纸板圆筒。
  2. 放置电路板使其垂直于光源。照明区域应大致圆形。
  3. 用记号笔画出光线照射的区域。
  4. 将电路板以一定角度放置并使用不同的彩色标记,以围绕光落下的新区域。照明区域现在将是eliiptical。

讨论提示

  • 什么角度导致光线散布少?
  • 您如何显示英国夏季和冬季之间的区别?

教学笔记

当它垂直撞击板时,光线差异。有些学生可能认为这对应于英国的夏天。解释为什么这不是这种情况。我们不在赤道上。我们的北部纬度意味着阳光始终以一定角度撞击地面。

为了在夏季的第一天(夏至)做正午模型,他们应该将板的角度与水平线成58°。冬天的第一天,英国的气温是12度。

学习的结果

学生在夏天和冬天在地面上模拟阳光的传播。

该实验于2020年3月进行了安全性测试。

磁力
电和磁

磁火车

实践活动对于14 - 16的概率

用电池、两块磁铁和一个线圈造一列火车,测试他们对电磁力和楞次定律的理解。

设备

  • AA细胞
  • 小螺帽(安装在细胞正极上的)
  • 两个球形钕磁铁,直径为15毫米或更高
  • 裸铜线
  • 50厘米长杆,直径与磁铁相似(例如扫帚手柄或铜管)
  • 粘性或胶带

准备

在课程将铜线缠绕在杆周围之前,使40至50厘米的线圈。

您可以使用标准圆柱钕磁铁来构建您的火车,但它们可能会陷入卷中。对于更可靠的演示,源球形磁铁。

程序

  1. 将小螺母放在细胞的正末端。连接磁铁
  2. 将磁铁连接到电池的负端子以完成您的火车。
  3. 将火车插入线圈。如果它向后移动,请转动火车。如果它根本没有移动,请转动电池之一。说明像杆子需要面对这个演示的牢房工作。
  4. 将线圈制成圆形轨道形状,通过开槽将两端线圈连接到一起。用胶带把履带固定在长凳上。
  5. 分离结束线圈,插入火车和重新加入线圈再次。你的火车应该绕着圈走。

讨论提示

  • 电流流过线圈的哪一部分?
  • 为什么火车加速?
  • 为什么它达到恒定速度?

教学笔记

起初,学生可能会努力解释列车如何工作。使用讨论提示和图表构建解释。

火车在细胞的任一端的两个永磁体组成。磁铁接触线圈的裸铜线,从而完成电路,使得线圈的一部分中存在电流。

电流在线圈内部产生磁场,该磁场在两个永磁体上施加力。它吸引了左手磁铁的N极,并排斥右手磁铁的N杆。这两种力在火车上行动,因此它加速了右侧。

如果学生询问磁铁南极上的力量,请解释这些将与n杆上的相反方向相反。这些力比N极较弱,因为S杆位于电流流动的区域之外。每个磁铁上的所得的力将是右侧。

火车很快以恒定的速度绕着轨道行驶。这是因为移动的磁体在线圈中产生了一个与磁体运动相反的磁场(楞次定律的一个例子)。当加速列车前进的力与电磁感应产生的力平衡时,列车就达到了最终速度。

学习的结果

学生解释一个简单的磁火车如何工作。

这项实验在2020年3月进行了安全检查。

Iop领域物理学CPD课程

空间CPD视频

我们的新视频给教师和教练的物理的一个预习,我们提供了这个学期的现场支持会议之前的培训。

了解更多