Energisk! - Vi utforsker energi

Energisk! - Vi utforsker energi

2.2.1 Aktivitet 1: Kula triller!
2.2.2 Aktivitet 2: Loddet faller!
2.2.3 Aktivitet 3: Bilen kjører!


Aktivitet 1: Kula triller!

Læringsmål:

  • Eleven skal kunne forklare begrepene stillingsenergi og bevegelsesenergi.
  • Eleven skal kunne gjøre rede for energibevaringsloven.
  • Eleven skal kunne gi eksempler på og beskrive ulike energioverføringer.
  • Eleven skal kunne beskrive hvordan han/hun har utforsket noen sammenhenger mellom masse, høyde, fart og omdannet energi.

Gjennomføring og metodikk

Aktiviteten er delt i tre deler: 

Del 1: Bygging av kulebane og faglig innledning 
Oppstart i hovedrommet. Elevene står rundt Newton-lærer. Etter en kort velkomst introduserer Newton-lærer dagens første aktivitet: Elevene skal bygge en bane til en kule. Banen skal inneholde en loop. Ved enden av banen skal det stå en bil og kula skal få bilen til å trille bortover gulvet. Elevene har følgende utstyr tilgjengelig: Et høyt og et lavt stativ, to typer kuler (klinkekule, stålkule), teip, bil (Smart Cart). Utstyret vises fram. Det eneste som har fast plassering er startstativet. Gruppe 1 går til stativ nr. 1, gruppe 2 til nr. 2 osv. Klasselærer har delt inn elevene på forhånd.

Elevene får 10 minutter på oppgaven. De vil sannsynligvis velge ulike strategier, noe som er fint. Når de fleste har fått bilen til å trille greit, går alle til amfi for gjennomgang av dagens plan og mål. Newton-lærer innleder om energibegrepet, stillingsenergi, bevegelsesenergi, energibevaring og energioverføring. Underveis legges det opp til kort samtale med utgangspunkt i elevens forarbeid og praktisk erfaring med kulebanen i oppstartsaktiviteten. Se ark 3 – 10 i presentasjonen for snakkekonsept.

Del 2: Optimalisering av banen

I neste oppgave skal elevene optimalisere banen. Nå er målet å få bilen til å kjøre så langt som mulig. For å få dette til, skal de utforske forholdet mellom banens konstruksjon, bilens fart og bilens kjørte lengde. Noen grupper får kanskje tid til å utvide utforskningen til også å gjelde kulas fart.

Newton-lærer viser fram Smart Cart med sensorer og gir en kort innføring i SparkVue for logging og avlesning av data. Elevene blir også gjort oppmerksomme på hva de har av tilgjengelig av utstyr. Gi tips om at iPadene kan brukes til å filme treffpunktet mellom kula og Smart Cart i sakte film. Se ark 11 – 15 i presentasjonen. Så går elevene tilbake til kulebanen og jobber med å få denne så optimal som mulig. De noterer resultater i Elevark De får 40 minutter på arbeidet. Hvis noen grupper ønsker, eller hvis de trenger mer utfordring, kan de få en fotocelle for å måle kulas utgangsfart. Farten kan noteres i elevarkets siste åpne kolonne.

Under arbeidet går Newton-lærer rundt og veileder. Eksempel på spørsmål Newton-lærer kan bruke: (En ønsker ikke å gi elevene konkrete svar, men utfordre dem til å tenke selv, og eventuelt finne ut:)

  • Har starthøyden til kula noe å si? (Høyden på startpunktet har betydning for mengden energi)
  • Har type kule noe å si? (Større masse gir mer stillingsenergi)
  • Hva forteller bilens fart oss? (Bilen har fått overført overført bevegelsesenergi fra kula. Dess mer fart, dess mer bevegelsesenergi)
  • Hva kan være årsaken hvis bilen får veldig lav fart? (Kula hadde lav fart – lite bevegelsesenergi eller Mye av energien fra kula ble overført til andre ting enn til bilen. Dårlig treffpunkt)
  • Hva har skjedd hvis bilen får høy fart? (Kulas har hatt stor bevegelsesenergi og mye av denne er overført til bevegelsesenergi i bilen)
  • Har det noe å si at banen er festet godt eller ikke? (Dersom banen er løs og vinglete vil mer av energien gå over i bevegelse i banen)
  • Plassering av loop? (Har ikke noe å si bare kula kommer gjennom loopen, men plassering av loop høyt oppe kan gi problemer med å opparbeide nok bevegelsesenergi/fart til å komme gjennom loopen)

To grupper plukkes ut og demonstrerer sine løsninger for klassen. Gruppene velges ut fra det Newton-lærer har observert. Elevene samles rundt gruppenes kulebaner. Under fremvisningen beskriver gruppene hvordan de har løst oppgaven. 

Aktiviteten avsluttes med en faglig samtale i amfi. (Varighet ca. 15 min.) Newton-lærer bruker ark 16 – 20. Her kommer man inn på at elevene nå har funnet fram til sammenhenger som er svært viktige i energisammenheng. Disse sammenhengene kan formuleres i formler for stillingsenergi og bevegelsesenergi.

Faglige observasjoner/konklusjoner så langt:

  • Massen og høyden til en gjenstand har betydning for mengde stillingsenergi.
  • Massen og farten til en gjenstand har betydning for mengde bevegelsesenergi.

 

Del 3: Gradvise energioverganger

Elevene presenteres for en skisse av en kulebane med seks ulike posisjoner på ei kule (1-6) og seks ulike energifordelinger (A-F). Se ark 21. Elevene skal kombinere kuleposisjon med riktig fordeling av stillingsenergi og bevegelsesenergi. Det påpekes at elevene skal gå ut fra lite eller ingen energioverføring fra kule til omgivelsene. Gruppene får hvert sitt oppgaveark. Oppgaven gjøres i amfi der gruppene sitter samlet.

Aktiviteten oppsummeres i plenum. Noen grupper blir oppfordret til å komme med sin løsning. Er det noen som har svart noe annet? Dersom det kommer opp ulike svar, ligger det godt til rette for diskusjoner ledet av Newton-lærer.

Newton-lærer viser en animasjon som illustrerer kulens ferd ned banen og hvordan energien til kula omdannes underveis. Se ark 22. - Var vi enige med "fasit"?






Aktivitet 2: Loddet faller!

Læringsmål:

  • Eleven skal kunne forklare begrepene stillingsenergi og bevegelsesenergi.
  • Eleven skal kunne gjøre rede for energibevaringsloven.
  • Eleven skal kunne gi eksempler på og beskrive ulike energioverføringer.
  • Eleven skal kunne beskrive hvordan han/hun har utforsket noen sammenhenger mellom masse, høyde, fart og omdannet energi.

Gjennomføring og metodikk

Innledning i plenum (Se ppt-ark 23-27.)
I aktiviteten skal elevene studere omdanning av stillingsenergi og bevegelsesenergi til elektrisk energi. Newton-lærer repeterer først definisjonen på energi fra forrige aktivitet i samtale med elevene. Newton-lærer viser fram utstyret som skal brukes i aktiviteten. - Hvordan skjer overføringen av energi her? Newton-lærer forklarer kort overgangen fra bevegelsesenergi i håndtaket – som driver akslingen rundt - som driver generatoren - som produserer strøm. Videre demonstreres det hvordan dataloggingen gjøres gjennom et ferdiglaget oppsett i SparkVue på iPad/nettbrett.

Forskerspørsmål presenteres:

  • Forskerspørsmål 1: Hva skjer med energien når dere endrer loddets masse?
  • Forskerspørsmål 2: Hva skjer med energien når dere endrer loddets fallhøyde?

Newton-lærer gjennomgår elevarket som elevene skal bruke i arbeidet. Tabellen vil hjelpe elevene å holde oversikt over hvilke parametere som endres, og gjøre det lettere å se sammenhenger og konkludere. En poengterer at siste kolonne med virkningsgrad, regnes til slutt for de som får tid. Denne delen av aktiviteten regnes som en utvidelse for enkeltgrupper.

Newton-lærer tipser gruppene om hvordan det er lurt å starte på arbeidet:

A. Lag hypoteser til forskerspørsmålene. Viktig at alle får komme med sitt synspunkt før hypotesen bestemmes, og at de forstår at en hypotese ikke kan være "feil".

B. Legg en plan for arbeidet, - bestem hvordan uttestingen skal foregå. Elevene går til arbeidsstasjonene eller annet egnet sted for aktiviteten. (Gjerne et sted der gruppen kan stå.)

Praktisk arbeid
Elevene arbeider i grupper a tre elever. De noterer resultatene sine i tabellen på elevarket. 
Elevene kan oppmuntres til å gjøre samme forsøk 2 ganger, for å se om de kan stole på resultatene. Hvis resultatene avviker mye, bør de vurdere et tredje forsøk.

Oppsummering i plenum
Aktiviteten avsluttes etter ca. 1 t, uavhengig av om at alle gruppene har fått beregnet virkningsgrad. Newton-lærer bruker en eksempel-tabell under gjennomgangen. (Denne består av resultater fra flere ulike grupper under pilotering.) 

 

Noen ganger vil elevenes tabeller/notater være ganske så entydige og vise de sammenhengene en ønsker, andre ganger må Newton-lærer improvisere sammen med elevene i tolkningen av resultatene.

Stemmer hypotesene? Er gruppene enige?

Oppsummeringen skal ende i noen faglige konklusjoner (ark 29).

  • Jo større masse på loddet, jo mer energi produseres. 
  • Jo større fallhøyde, jo mer energi produseres.  
  • Vi klarer ikke å utnytte all stillingsenergien. Noe av energien omformes til andre former enn elektrisk energi. Vi har et "tap". Ikke all energien er tilgjengelig for oss. Dette ser vi som differanse mellom stillingsenergi og overført energi.


Til slutt i oppsummeringen skal en dreie fokus til virkningsgrad (utvidelse av aktivitet). Dette er sannsynligvis et ukjent begrep for elevene på forhånd, og en må vurdere om elevene er klare for dette. Se ark 30 - 33 i ppt. Hvis knapt med tid, eller slitne elever; snakk kun kort om bilde 31 og 32. 

 






Aktivitet 3: Bilen kjører!

Læringsmål:

  • Eleven skal kunne forklare begrepene stillingsenergi og bevegelsesenergi.
  • Eleven skal kunne gjøre rede for energibevaringsloven.
  • Eleven skal kunne gi eksempler på og beskrive ulike energioverføringer.

Gjennomføring og metodikk

Newton-lærer introduserer elevene for oppgaven. De skal nå lage en bil som skal trille lengst mulig ved hjelp av energien fra kula. Gruppene bruker samme kulebane som i aktivitet 1. 

Newton-lærer tipser gruppene om hvordan det er lurt å starte på arbeidet: Diskuter på gruppa hva dere må tenke på for å få en bil til å trille lengst mulig. La alle på gruppa komme med sitt synspunkt. Legg en plan for designet på bilen.

Elevene går til arbeidsstasjonene.

Spørsmål Newton-lærer kan stille underveis i arbeidet: - Har det noe å si om kula bare støter bort i bilen eller om den blir med? Har treffpunktet til kula på bilen betydning? Har vekten (massen) på bilen betydning? Formen på bilen? Filming i sakte film kan gi ny informasjon til elevene. Be gjerne elevene forklare energioverføringen i banen sin når de prøver ut bilen.

Etter ca. 20 minutter er det konkurranse. Alle grupper får to forsøk. Klasselærer hjelper Newton-lærer med å måle kjørt lengde. Lengdene noteres på flipover/tavle/skjerm. 

Oppsummering i plenum:

Hva tenkte dere på når dere skulle få bilen til å kjøre så langt som mulig? Hvilke faktorer var viktige for dere? Hva har dere lært før i dag som dere fikk bruk for?  Var det noen som modifiserte banen sin? Hvorfor gjorde dere det? Hvilken gruppe tenker dere har klart å omdanne mest mulig av energien fra kula til bilen? Bilen er vinglete/spinkel/lett, dermed mindre retningsstabil, - avhengig av at kula treffer "presist".

Faglige konklusjoner: 

  • For å få bilen til å trille lengst mulig, må vi få overført mest mulig av energien fra kula og til bilen.
  • Energibevaringsloven sier at energi aldri kan forsvinne. Men når energi skal skifte form, vil bare en del av energien omdannes til det vi ønsker. Energien blir mindre og mindre tilgjengelig for oss etter hvert som den overføres. For å få bilen til å trille lengst mulig, må vi overføre mest mulig energi fra kula og til bilen. Mye friksjon vil gi mindre bevegelsesenergi til bilen. Friksjon vil gi energioverføring til omgivelsene i form av varme, og det vil vi unngå i størst mulig grad. 
  • Energi kan ikke oppstå, og den blir heller ikke borte. Energien er alltid bevart. De som fikk bilen til å trille langt, har fått til en god energioverføring, - de bevarte mye energi underveis! 



Vedlegg til aktivitet:


Presentasjon ENERGISK.pptx

 



Newton-modul nr. 2273

Best egnet for 8.-10. årstrinn
Tidsbruk 5 timer