Nonverbální úlohy - tepelně děje, optika Jiří Tesař Katedra fyziky PF JU Č. Budějovice
KDF MFF UK PRAHA 1. 3. 2007
Zahřívání vody
11 oC
Obr. 1a
Obr. 1b
Zahřívání vody Obr. 2b
Obr. 2a
Jaké otázky vyvolá zadání u žáků?
Co můžeme usoudit z obrázků 1a a 1b? Jakou teplotu má napuštěná voda? Kolik vody je v rychlovarné konvici? Jakou vodou zaléváme kávu? Při jaké teplotě automaticky konvice vypíná? Co můžeme určit, známe všechny potřebné údaje?
Řešení m = 1 kg
Q = m . c . Dt
kJ kgo C Dt = 89 oC
Q = 1 . 4,2 . 89
c = 4,2
Q =? kJ
Q = 373,8 kJ
Didaktické poznámky
Aktualizace – fyzika v každodenní činnosti.
Teplota vody v kohoutku, optimální teplota na koupání, sprchování,…. Žáci si musí uvědomit některé známé hodnoty (1 l vody 1 kg; var vody 100 oC; měrná tepelná kapacita).
Porovnat dodané teplo s mechanickou prací (10 kg do zvednout do výše 3,738 m).
Didaktické poznámky
Diskutovat spotřebu teplených spotřebičů.
Diskutovat nebezpečí opaření – první pomoc. Diskutovat nebezpečí požáru – odpojování přívodu ze zásuvky, nehořlavá podložka,….
Domácí spotřebiče Obr. 2a
Jističe v rozvodné skříňce Obr. 2b
Co by měli žáci svým pozorováním objevit?
Oba spotřebiče (konvice i mixér) jsou zapojeny na jednu zásuvku. Zásuvky jsou jištěny 10 A jističem. Konvice má příkon 1850 – 2200 W. Mixér má příkon 250 W.
Jaký poznatek musí znát děti z vlastní praxe?
Elektrické napětí v zásuvce je 230 V. (Také na štítku konvice mohou naleznout údaj 220–240 V/50 Hz.) Vztah pro výpočet příkonu: P = U. I .
Další otázky a problémy
Proč nemá konvice na štítku uvedenu pouze jednu hodnotu příkonu? Kterou hodnotu příkonu budeme uvažovat při řešení naší situace? Který štítek (nápis) pod jističem patří ke kterému jističi? Jaké proudové hodnoty mají jističe v domácnosti?
Řešení a diskuse problému
Zapneme samotný mixér – nebude jistič přetížen? Zapneme samotnou konvici – nebude jistič přetížen? Zapneme konvici i mixér současně – nebude jistič přetížen? Co se stane, když zapneme nejdříve mixér a po chvilce i konvici? Co se stane, když zapneme nejdříve konvici a po chvilce i mixér? Co se stane, když zapneme oba spotřebiče současně?
Fyzikální rozbor problému
I v tomto případě není řešení zcela jednoznačné především vzhledem k měnící se hodnotě příkonu varné konvice. Při zapnutí je spirála konvice chladná, má tedy menší odpor, tudíž jí prochází větší proud (její příkon je 2 200 W). Když se topná spirála postupně zahřeje na provozní teplotu, zvětší se její odpor, prochází menší proud (její příkon je 1 850 W).
Řešení a diskuse dalších možností
Ze vztahu pro příkon elektrického proudu snadno určíme hodnotu proudu, který prochází konvicí při zapnutí a v průběhu ohřívání vody. Stejně určíme velikost proudu procházejícího mixérem. Z vypočtených hodnot diskutujeme možnosti časového zapojení spotřebičů vzhledem k proudové hodnotě jističe.
Didaktická poznámka
Velké množství domácích elektrických spotřebičů dává mnoho kombinací zapojení. Mohou nastat situace, kdy za současného provozu několika spotřebičů jistič přeruší elektrický obvod.
Letecké spojení
Letecké spojení Jaké náměty a otázky vyvstanou?
Ve 12 h 35 min z letiště v Praze vzlétne letadlo letící do New Yorku, kde přistane v 15 h 50 min tamního času. Jakou průměrnou rychlostí letadlo letělo? Můžeme určit vzdálenost mezi Prahou a New Yorkem ? (školní atlas). Jaký význam má časový posun.
Letecké spojení Didaktický rozbor úlohy:
Některé údaje mohou být hůře čitelné žák u tabule diktuje známé hodnoty, co máme počítat?
rychlost letadla
jaké hodnoty potřebujeme znát? doba letu (pozor na časový posun), velikost dráhy letu letadla.
Určení doby letu
od doby odletu odečíst dobu příletu, z mapy časových pásem žáci vyčtou časový posun, Zvážit zda ho budeme přičítat nebo odečítat navést žáky na správný směr výpočtu.
Určení dráhy letu
Žáci namítnou, že dráhu neznáme,
učitel by měl žáky navést k použití mapy a pomocí pravítka a měřítka mapy zjistit vzdálenost měst, každý žák použije svůj školní zeměpisný atlas odchylky ve výsledku kvůli chybám v měření. využít nástěnné mapy světa - jeden žák změří vzdálenost a nadiktuje měřítko mapy. z těchto hodnot určíme dráhu letu letadla.
Řešení – rychlost letadla
Vzdálenost Praha – New York: (určena z mapy s měřítkem 1:80000000)
s = 6560 km
Čas odletu 12:35, čas příletu 15:50 + časový posun 6 h. t = 9 h 15 min = 9,25 h
s v t
km v 709 h
Didaktické poznámky
Dráha letu určená pomocí mapy.
Letecké koridory.
Skutečná dráha letu Praha – New York.
Porovnat vypočtenou rychlost s rychlostí udávanou leteckými společnostmi. Porovnat rychlosti civilních letadel a vojenských nadzvukových stíhaček.
