Opettajan opas Versio 2.1
Johdanto... 3 1. Laitteistovaatimukset ja ohjelman asentaminen... 3 2. Ohjelman yleisrakenne... 4 3. Harjoitukset... 6 3.1. Mittayksiköt... 6 3.1.1. Yksikköpeli... 6 3.2. Liike ja voima... 6 3.2.1. Liike 1... 6... 7 3.2.3. Voiman vaikutus 1... 7 3.2.4. Voiman vaikutus 2... 7 3.2.5. Kitka 1... 7 3.2.6. Kitka 2... 8 3.2.7. Kitka 3... 8 3.2.8. Työ... 8 3.2.9. Tasapaino 1... 8 3.2.10. Tasapaino 2... 9 3.2.11. Energian säilyminen... 9 3.3. Värähdys- ja aaltoliike... 9 3.3.1. Värähdysliike... 10 3.3.2. Poikittainen aaltoliike... 10 3.3.3. Pitkittäinen aaltoliike... 10 3.3.4. Valon taittuminen... 10 3.3.5. Kovera peili... 11 3.3.6. Kupera peili... 11 3.3.7. Kupera linssi... 11 3.3.8. Kovera linssi... 11 3.4. Lämpö... 12 3.4.1. Lämpötila... 12 3.4.2. Lämpölaajeneminen... 12 3.5. Sähkö... 13 3.5.1. Kytkentäharjoitus 1... 13 3.5.2. Kytkentäharjoitus 2... 14 3.5.3. Kytkentäharjoitus 3... 14 3.5.4. Lampun kytkeminen paristoon... 14 3.5.5. Vastus virtapiirissä... 14 3.5.6. Sähköenergian tuottaminen... 15 3.6. Luonnonilmiöt... 15 3.6.1. Vuorovesi... 16 3.6.2. Auringon- ja kuunpimennys... 16 3.6.3. Planeettojen etäisyydet... 16 3.6.4. Planeettojen kiertoajat... 16 4. Oppilaan etenemisen seuranta... 17 5. Kysymysten vastauksia... 18
Johdanto VirtuaaliEnergia on peruskoulun luokkien 5 ja 6 fysiikan opetukseen tarkoitettu opetusohjelma, jonka pohjana on käytetty opetushallituksen perusopetuksen opetussuunnitelman perusteita. Ohjelma ei seuraa erityisesti minkään oppikirjan asiajärjestytystä. Siksi se soveltuu luokkien 5 ja 6 fysiikan opetukseen tarkoitettujen kaikkien oppikirjojen tueksi. Mukana on myös harjoituksia, jotka eivät kuulu opetushallituksen perusopetuksen opetussuunnitelman perusteisiin. Nämä harjoitukset on tarkoitettu lähinnä oppilaiden eriyttämiseksi. Motivoituneet oppilaat voivat opiskella niitä jopa itsenäisesti, koska niissä on kattavat teoriaosuudet. Tämä ohjekirja on laadittu ohjelman versiolle 2.1. Versioon 1 nähden merkittävin muutos on teoriaosuuksien lisääminen. Lisäksi versiossa 2.1. ei ole tasaisen kiihtyvyyden käsitettä, ainoastaan kiihtyvyyskäsite. Lisäksi yksikköpelin kelvin on korvattu celsiusasteella. Versioiden 2.1. ja 2.0. merkittävimmät erot ovat uudempaan versioon lisätty tulostuspainike sivujen tulostamiseen ja ohjekirjaan lisätyt kysymysten vastaukset. Ohjelman lähestymistapa fysiikkaan on kokeellinen ja fysiikan ilmiöitä havainnollistava. Mukaan on liitetty myös muutama oppimispeli keventäväksi oppimateriaaliksi. Lähes kaikkien harjoitusten loppuun on liitetty asioiden ymmärtämistä testaavia kysymyksiä. Kysymyksiin löytyy vastaukset suoritetusta harjoituksesta. Ohjelmaa voidaan käyttää havainnollistamaan fysiikan ilmiöitä tavanomaisessa luokka-opetuksessa ja laboratoriotunnilla mittausten suorittamiseen, jopa korvamaan joitakin laboratoriomittauksia. Ohjelma on helppokäyttöinen, joten kirjallisia ohjeita ohjelman varsinaiseen käyttöön ei ole laadittu. Tämä opas on tarkoitettu opettajan tueksi, jotta opettaja voi valita oppituntia varten sopivan harjoituksen ohjelmaa katsomatta. 1. Laitteistovaatimukset ja ohjelman asentaminen Laitteistovaatimukset: - 5 MB kiintolevytilaa (yksittäisille koneille asennus) - 7 MB kiintolevytilaa (verkkoasennus palvelimelle) - Käyttöjärjestelmä Win95 ja kaikki sitä uudemmat Windows-versiot - 200 MHz prosessori - 32 MB keskusmuistia Asennus yksittäisille koneille: Asentaminen tapahtuu mukana olevalla Asenna-ohjelmalla. Ohjelma tarvitsee toimiakseen lisäksi Macromedian Flash Playerin 6.0. Myös tämä ohjelma on mukana CD-levyllä. Palvelinohjelmaa ei tarvita tässä asennuksessa.. Verkkoasennus: Asentaminen tapahtuu mukana olevalla Asenna-ohjelmalla. Mikäli ohjelmaa käytetään verkon välityksellä, palvelimena toimivalle koneelle asennetaan sekä VirtuaaliEnergia että palvelinohjel- 3
ma. Flash Player on asennettava kaikille tietokoneille, joilla ohjelmaa käytetään. Jos palvelinohjelma on kerran asennettu jonkin muun Teho-Opetuksen ohjelman yhteydessä, ei sitä tarvitse enää uudestaan asentaa. Kaikissa tapauksissa on kuitenkin palvelinkone käynnistettävä uudelleen, kun kaikki asennukset on tehty. 2. Ohjelman yleisrakenne Harjoitukset on luokiteltu kolmeen vaikeusasteeseen. Harjoitukset, joiden vaikeusaste on joko 1 tai 2, on tarkoitettu kaikkien oppilaiden suoritettavaksi. Vaikeusasteen 1 tehtävät ovat kuitenkin helpompia ja useasti lyhyempiä kuin vaikeusasteen 2 tehtävät. Vaikeusasteen 3 tehtävät saattavat olla sellaisia, että esimerkiksi lukihäiriöisillä oppilailla saattaa olla vaikeuksia selviytyä niistä. Jokaisen harjoituksen vaikeusaste selviää tästä opettajan oppaasta. Ohjelma koostuu 32:sta eri harjoituksesta, joissa on 2 oppimispeliä ja 30 joko virtuaaliseen laboratoriomittaukseen tai animaatioon perustuvaa harjoitusta. Harjoitukset on jaettu kuuteen osaalueeseen (ks. seuraava kuva). Alla olevan kuvan päävalikosta voidaan aina myös tulostaa todistus tehdyistä harjoituksista. Opettaja voi seurata oppilaiden etenemistä myös tietokoneruuduilta, koska suoritetun harjoituksen kohdalle kyseisen osa-alueen valikossa tulee oikein-merkki. Samoin, jos kyseessä on oppimispeli, tulee harjoituksen kohdalle myös saavutettu pistemäärä. Kaikki ohjelman ikkunat voidaan tulostaa ikkunan oikeassa yläkulmassa olevasta TULOSTApainikkeesta. Ikkunan yläreunassa olevat painikkeet ja niiden tausta eivät tule mukaan tulosteeseen. 4
Harjoituksen käyttöliittymä on kaikissa harjoituksissa samanlainen, mikä tekee ohjelmasta helppokäyttöisen. Tehtävä-osiossa on tehtäväasettelu. Harjoituksen mittaukset ja mahdolliset animaatiot ovat aina Työpaja-osiossa. Mittaustulokset merkitään Työkirja-osioon, jossa sijaitsevat myös oppimista testaavat kysymykset (ks. seuraava kuva). Lähes kaikissa harjoituksissa on käytössä myös nelilaskin. 5
3. Harjoitukset Yksi harjoitus. 3.1. Mittayksiköt 3.1.1. Yksikköpeli Vaikeusaste: Fysiikan tärkeiden suureiden yksiköiden oppiminen. Suureita ja yksiköitä on yhteensä 13. Oppimispeli, jossa formula-autolla on etsittävä yksiköitä. Lopputuloksen pistemäärän ratkaisee nopeus ja virheettömyys. 2, koska mukana muutama opetussuunnitelmaan kuulumaton yksikkö. 3.2. Liike ja voima 11 harjoitusta. 3.2.1. Liike 1 Oppilas oppii tasaisen liikkeen käsitteen ja sen esityksen koordinaatistossa. Työpajassa mitataan auton 10, 20, 30, 40 ja 50 sekunnissa kulkemat matkat. Tulokset merkitään taulukkoon ja koordinaatistoon. Matkoja taulukkoon merkittäessä on osattava muuttaa kilometrit metreiksi. 6
Kysymyksissä kysytään, millainen liike on kyseessä ja nopeuden yksiköitä. Vaikeusaste: 3, koskee lähinnä mittauspisteiden koordinaatistoon merkitsemistä. Muuten vaikeusaste on 2. 3.2.2. Liike 2 Oppilas oppii tasaisesti liikkeen käsitteen ja sen esityksen koordinaatistossa. Työpajassa mitataan auton 10, 20, 30, 40 ja 50 sekunnissa kulkemat matkat. Tulokset merkitään taulukkoon ja koordinaatistoon. Matkoja taulukkoon merkittäessä on osattava muuttaa kilometrit metreiksi. Kysymyksissä kysytään, millainen liike on kyseessä. Lisäksi on valittava kolmesta kuvavaihtoehdosta se, joka kuvaa kiihtyvän liikkeen nopeutta ajan funktiona. Vaikeusaste: 3, koskee lähinnä mittauspisteiden koordinaatistoon merkitsemistä. Muuten vaikeusaste on 2. 3.2.3. Voiman vaikutus 1 Oppilas oppii, miten voima muuttaa kappaleen muotoa. Työpajan puristimessa puristetaan kolmea kappaletta, joista kaksi muuttaa muotoaan lopullisesti. Tulokset merkitään työkirjaan. Ohjelma tiivistää asian lauseeseen: Voima muuttaa kappaleen muotoa. Vaikeusaste: 1 3.2.4. Voiman vaikutus 2 Oppilas oppii, miten voima vaikuttaa auton liiketilaan. Työpajassa kohdistetaan tasaisesti ja suoraviivaisesti liikkuvaan autoon erisuuntaisia voimia ja tutkitaan niiden vaikutusta auton liiketilaan. Tulosten perusteella vastataan työkirjan väittämätyyppisiin kysymyksiin. Lopuksi kysytään vielä voiman yksikköä. Vaikeusaste: 2 3.2.5. Kitka 1 Oppilas oppii, miten ajoneuvon massa vaikuttaa jarrutusmatkaan. Työpajassa mitataan henkilöauton ja rekka-auton jarrutusmatkat, kun niiden nopeus on 80 km/h ja ulkoiset olosuhteet ovat samanlaiset. Tulokset merkitään työkirjaan. Työkirjassa kysytään vielä moottoripyörän jarrutusmatkaa, kun sen nopeus on myös 80 km/h ja ulkoiset olosuhteet samat kuin autoilla. 7
Vaikeusaste: 2, koskee lähinnä kysymystä. Mittauksen vaikeusaste on1. 3.2.6. Kitka 2 Vaikeusaste: Oppilas oppii, miten kitkakerroin vaikuttaa auton jarrutusmatkaan. Työpajassa mitataan henkilöauton jarrutusmatkoja, kun sääolosuhteet ja samalla kitkakerroin muuttuvat. Kitkakerroin on kuivalla asfaltilla 0,80, märällä asfaltilla 0,40 ja jäisellä asfaltilla 0,20. Tulokset merkitään työkirjaan. Työkirjassa kysytään vielä saman auton jarrutusmatkaa, kun sen nopeus on edelleen 50 km/h ja kitkakerroin 0,10. 2, koskee lähinnä kysymystä. Mittauksen vaikeusaste on1. 3.2.7. Kitka 3 Vaikeusaste: Oppilas oppii, miten auton nopeus vaikuttaa auton jarrutusmatkaan. Työpajassa mitataan henkilöauton jarrutusmatkoja eri nopeuksilla. Tutkittavat nopeudet ovat 30 km/h, 60 km/h ja 120 km/h. Tulokset merkitään työkirjaan. Työkirjassa kysytään vielä saman auton jarrutusmatkaa, kun sen nopeus on 120 km/h. 3, koskee lähinnä kysymystä. Mittauksen vaikeusaste on1. 3.2.8. Työ Vaikeusaste: Oppilas oppii työn käsitteen sekä työn ja energian välisen yhteyden. Harjoituksen aluksi mitataan työpajassa voima, jolla traktori vetää peräkärryä. Tulos merkitään työkirjaan. Työkirjaan lasketaan myös tehty työ ja peräkärryn vetämiseen kulunut energia eri matkoilla. Lopuksi lasketaan vielä traktorin kuluttama energia, jos puolet traktorin kuluttamasta energiasta menee hukkaan. 3, koskee lähinnä kysymyksiä. Mittauksen vaikeusaste on1. 3.2.9. Tasapaino 1 Oppilas oppii tärkeimmät massan yksiköt, yksiköiden gramma ja kilogramma välisen yhteyden sekä tasapainotilanteen orsivaa an tapauksessa. Työpajassa mitataan orsivaa alla kolmen eri esineen massa. Tulokset merkitään taulukkoon. Tuloksia merkittäessä on osattava muuttaa 500 g kilogrammoiksi. Lopuksi kysytään vielä massan yksiköitä. Vaikeusaste: 1 8
3.2.10. Tasapaino 2 Oppilas oppii tasapainottamaan orsivaa an, kun vaa an varsien pituudet vaihtelevat. Oppilas oppii myös laskemaan yksinkertaisia tasapainotusongelmia.. Työpajassa tasapainotetaan kolme orsivaakaa, joilla on erilaiset varsien pituudet. Tulokset merkitään työkirjan taulukkoon. Tuloksia merkittäessä on osattava muuttaa 500 g kilogrammoiksi. Lopuksi oppilas joutuu laskemaan viiden eri orsivaa an tapauksessa joko toisen puolen varren pituuden tai massan, jotta vaaka olisi tasapainossa. Vaikeusaste: 3 3.2.11. Energian säilyminen Vaikeusaste: Oppilas oppii, miten putoavan kappaleen energia säilyy. Työpajassa mitataan tornista pudotetun pallon liike- ja asemaenergia putoamisen eri vaiheissa. Työkirjassa kysytään, muuttuuko kokonaisenergia liikkeen aikana ja jos muuttuu, niin miten. Lisäksi kysytään lopputilanteen liike-energiaa verrattuna alkutilanteen asemaenergiaan. 2, lähinnä työn vaatiman tarkkuuden takia. 3.3. Värähdys- ja aaltoliike 9
8 harjoitusta, jotka eivät kuulu opetushallituksen laatimiin opetussuunnitelmaperusteisiin. Nämä harjoitukset on tarkoitettu lisäoppiainekseksi ja oppilaiden eriyttämiseen. 3.3.1. Värähdysliike Oppilas oppii käsitteet värähdysliike ja värähdysaika. Oppilas oppii myös, miten jousen päässä värähtelevän punnuksen värähdysaika riippuu punnuksen massasta. Työpajassa mitataan jousen päässä värähtelevän punnuksen värähdysaika kymmenellä erimassaisella punnuksella. Tulokset merkitään työkirjaan. Työkirjassa kysytään monivalintatehtävän avulla, miten värähdysaika muuttuu, jos punnuksen massa nelinkertaistuu. Vastaus pyydetään päättelemään mittaustulosten perusteella. Vaikeusaste: 1. 3.3.2. Poikittainen aaltoliike Oppilas oppii ymmärtämään poikittaisen aaltoliikkeen sekä siihen liittyvät suureet jaksonaika ja aallonpituus. Työpajassa mitataan poikittaisen aaltoliikkeen jaksonaika ja aallonpituus. Tulokset merkittään työkirjaan. Poikittaisen aaltoliikkeen käsitteen ymmärtämistä testataan työkirjan tehtävällä. Vaikeusaste: 1. 3.3.3. Pitkittäinen aaltoliike Oppilas oppii ymmärtämään pitkittäisen aaltoliikkeen sekä siihen liittyvät suureet jaksonaika ja aallonpituus. Työpajassa mitataan pitkittäisen aaltoliikkeen jaksonaika ja aallonpituus. Tulokset merkittään työkirjaan. Poikittaisen aaltoliikkeen käsitteen ymmärtämistä testataan työkirjan tehtävällä. Vaikeusaste: 1. 3.3.4. Valon taittuminen Oppilas oppii, miten valo taittuu ilman ja veden rajapinnassa. Oppimispeli, jossa laserpistoolilla ammutaan veden alla olevia tauluja. Yksi peli jatkuu, kunnes on ammuttu 5 ohilaukausta. Työkirjan kysymyksessä kysytään monivalintatehtävän avulla, miten valo taittuu ilman ja veden rajapinnassa. Vaikeusaste: 1. 10
3.3.5. Kovera peili Oppilas oppii, mitä tarkoitetaan koveran peilin polttopisteellä ja mihin koveraa peiliä käytetään. Työpajassa mitataan kolmen eri koveran peilin polttopisteet. Tulokset merkittään työkirjaan. Työkirjassa kysytään myös koveran peilin käyttökohteita monivalintatehtävän avulla. Vaikeusaste: 1. 3.3.6. Kupera peili Oppilas oppii, mitä tarkoitetaan kuperan peilin polttopisteellä ja mihin kuperaa peiliä käytetään. Työpajassa mitataan kolmen eri kuperan peilin polttopisteet. Tulokset merkittään työkirjaan. Työkirjassa kysytään myös kuperan peilin käyttökohteita monivalintatehtävän avulla. Vaikeusaste: 1. 3.3.7. Kupera linssi Oppilas oppii, mitä tarkoitetaan kuperan linssin polttopisteellä ja mihin kuperaa linssiä käytetään. Työpajassa mitataan kolmen eri kuperan linssin polttopisteet. Tulokset merkittään työkirjaan. Työkirjassa kysytään myös kuperan linssin käyttökohteita monivalintatehtävän avulla. Vaikeusaste: 1. 3.3.8. Kovera linssi Oppilas oppii, mitä tarkoitetaan koveran linssin polttopisteellä ja mihin koveraa linssiä käytetään. Työpajassa mitataan kolmen eri koveran linssin polttopisteet. Tulokset merkittään työkirjaan. Työkirjassa kysytään myös koveran linssin käyttökohteita monivalintatehtävän avulla. Vaikeusaste: 1. 11
3.4. Lämpö Kaksi harjoitusta. 3.4.1. Lämpötila Oppilas oppii veden kiehumis- ja jäätymislämpötilan normaaliolosuhteissa ja sen, että lämpötila pysyy vakiona koko olomuodonmuutoksen ajan. Lisäksi oppilas oppii mittaamaan lämpötilaa. Työpajassa mitataan viisi eri lämpötilaa. Tulokset merkitään työkirjaan. Työkirjassa kysytään veden kiehumis- ja sulamislämpötilaa. Monivalintatehtävällä testataan vielä tietämystä lämpötilan muuttumattomuudesta olomuodon muutosprosessissa. Vaikeusaste: 1 3.4.2. Lämpölaajeneminen Oppilas oppii, että kappaleet laajenevat lämmetessään. Työpajassa mitataan alumiini-, teräs- ja messinkitankojen pituuden muutokset, kun tankoja lämmitetään 180 EC. Tulokset merkitään työkirjaan. Vaikeusaste: 1 12
3.5. Sähkö 6 harjoitusta 3.5.1. Kytkentäharjoitus 1 Oppilas oppii tekemään yksinkertaisen sähkökytkennän sekä oppii jännitteen merkityksen lampun kirkkauteen. Oppilas oppii myös, miten jännite muuttuu, kun paristoja kytketään sarjaan. Työpajassa kytketään kaksi 4,5 voltin paristoa sarjaan ja yhdistetään lamppuun. Tämä on ns. kädestä pitäen opastava harjoitus, jossa jokaisen johtimen kytkentä näyttään erikseen kytkentäruudun vieressä olevassa kuvassa. Kytkennän jälkeen kytkentää voidaan muuttaa kolmen eri kytkennän välillä. Kytkentä A on edellä esitetty, kytkennässä B 4,5 voltin paristot on korvattu 1,5 voltin paristoilla ja kytkennässä C on vain yksi 4,5 V:n paristo. Kytkennät vaihdetaan painikkeesta. Vaikeusaste: 2 Työkirjan kysymyksissä täytyy kytkennät asettaa järjestykseen sen mukaan, miten kirkkaasti lamppu palaa kussakin kytkennässä. Lisäksi kysytään, missä kytkennöissä rikkoutuu sellainen lamppu, jossa on merkintä 4,5 V/0,3 A. 13
3.5.2. Kytkentäharjoitus 2 Oppilas oppii tekemään yksinkertaisen sähkökytkennän.. Työpajassa kytketään lamppu jännitelähteeseen ja säädetään jännitelähteen jännite vaadituksi. Tämä on ns. kädestä pitäen opastava harjoitus, jossa jokaisen johtimen kytkentä näytetään erikseen kytkentäruudun vieressä olevassa kuvassa. Vaikeusaste: 1. Harjoitus, jolla kannattaa aloittaa sähköopin kytkentöjen tekeminen, jos oppilaalla on niissä vaikeuksia. 3.5.3. Kytkentäharjoitus 3 Oppilas oppii tekemään lamppujen sarjaan kytkennän.. Työpajassa kytketään kaksi lamppua sarjaan ja yhdistetään jännitelähteeseen ja säädetään jännitelähteen jännite vaadituksi. Tämä on ns. kädestä pitäen opastava harjoitus, jossa jokaisen johtimen kytkentä näytetään erikseen kytkentäruudun vieressä olevassa kuvassa. Vaikeusaste: 1. Harjoitus, joka kannattaa tehdä kytkentäharjoituksen 2 jälkeen vahvistamaan sähkökytkentöjen tekovarmuutta. 3.5.4. Lampun kytkeminen paristoon Oppilas oppii tekemään yksinkertaisen sähkökytkennän mallikuvan perusteella sekä ymmärtämään, millä tavoin paristoon kytketty lamppu palaa. Työpajassa kytketään lamppu 4,5 voltin paristoon. Kaikille tarkoitettu perusharjoitus. Vaikeusaste: 1 Työkirjan kysymyksissä kysytään monivalintatehtävän avulla, millä tavoin paristoon kytketty lamppu palaa. 3.5.5. Vastus virtapiirissä Oppilas oppii tekemään yksinkertaisen sähkökytkennän kytkentäkuvan perusteella sekä oppii suureen resistanssi ja sen yksikön. Kytkettävä virtapiiri muodostuu jännitelähteestä, virtamittarista ja vastuksesta. Piirissä kulkeva virta mitataan neljällä jännitteellä. Tulokset merkitään työkirjaan. Jokaisesta mittaustuloksesta lasketaan jännitteen ja virran suhde. Minivalin- 14
Vaikeusaste: 2 tatehtävässä kysytään harjoituksen lopuksi, miten tämä suhde vaihteli eri mittauksissa, vai vaihteliko se ollenkaan. 3.5.6. Sähköenergian tuottaminen Vaikeusaste: Oppilas oppii, millaisia sähkövoimalaitoksia on ja miten niissä tuotetaan sähköä. Lisäksi oppilas oppii eri sähköntuottotapojen hyöty- ja haittapuolia sekä eri sähköntuottotapojen prosentuaaliset osuudet Suomessa. Animaatiopohjainen harjoitus, jossa on kuvattu animaatiolla kivihiilivoimala, vesivoimala, tuulivoimala, ydinvoimala, maakaasuvoimala ja aurinkovoimala. Animaatioiden yhteydessä on kyseiseen voimalatyyppiin liittyvää tietoa. Työkirjassa kysytään niitä voimalatyyppejä, joissa käytetään uusiutuvia luonnonvaroja. Lisäksi kysytään, mitkä ovat kolme yleisintä sähköntuotantotapaa Suomessa. Vastaukset löytyvät animaatioissa olevista teoriaosuuksista. 2. Lukihäiriöisillä saattaa olla vaikeuksia löytää vastauksia teoriaosuuksista, jotka ovat pisimpiä tässä ohjelmassa. 3.6. Luonnonilmiöt Neljä harjoitusta. 15
3.6.1. Vuorovesi Oppilas oppii vuorovesi-ilmiön sekä sen syyt ja esiintymistiheyden. Animaatioon ja lyhyeen teoriaosuuteen perustuva harjoitus. Kysymyksissä kysytään oikein/väärin -väittämien avulla vuorovesi-ilmiön syntyyn ja esiintymistiheyteen liittyviä asioita. Vaikeusaste: 1 3.6.2. Auringon- ja kuunpimennys Oppilas oppii auringon- ja kuunpimennyksen sekä niiden syyt ja esiintymistiheyden. Animaatioon ja lyhyeen teoriaosuuteen perustuva harjoitus. Kysymyksissä kysytään monivalintatehtävien avulla auringon- ja kuunpimennyksen syntyyn ja esiintymistiheyteen liittyviä asioita. Vaikeusaste: 1 3.6.3. Planeettojen etäisyydet Oppilas oppii aurinkokuntamme planeettojen nimet sekä niiden järjestyksen Auringosta lukien ja kokosuhteet. Työpajassa mitataan Auringon valon kulkuaika eri planeetoille. Tulokset merkitään työkirjaan. Lisäksi vastataan kysymyksiin, joiden vastaukset löytyvät harjoituksesta. Ehkä vaikein on vastata kysymykseen punaisesta planeetasta (= Mars). Vastaus tähän kysymykseen on nimittäin pääteltävä planeettojen värien perusteella. Vaikeusaste: 2. Pitkä harjoitus, jota kaikkein lyhytjännitteisimmät oppilaat eivät välttämättä jaksa tehdä. 3.6.4. Planeettojen kiertoajat Harjoitus vahvistaa edellisessä harjoituksessa opittua. Lisäksi oppilas oppii aurinkokuntamme planeettojen kiertoaikoja Auringon ympäri. Työpajassa mitataan aurinkokuntamme planeettojen kiertoajat Auringon ympäri. Kysymyksissä verrataan Jupiterin ja Saturnuksen kiertoaikoja Maan kiertoaikaan. Vaikeusaste: 2. 16
Pitkä harjoitus, jota kaikkein lyhytjännitteisimmät oppilaat eivät välttämättä jaksa tehdä. 4. Oppilaan etenemisen seuranta Opettaja voi seurata jatkuvasti oppilaan suorituksia. Suoritukset näkyvät joko tehtävävalikoista (ks. kuva sivulla 9) tai sitten opiskelijan tulostamasta todistuksesta (ks. kuva alla). 17
5. Kysymysten vastauksia Liike ja voima Liike 1 1. kysymys. Liike on tasaista. 2. kysymys. Nopeuden yksiköitä ovat m/s ja km/h. Liike 2 1. kysymys. Liike on kiihtyvää. 2. kysymys. 1. kuva vastaa mittausta. Voiman vaikutus 1 Kokeessa kappaleet 1 ja 3 muuttivat muotoaan pysyvästi. Voiman vaikutus 2 1. kysymys. Liikesuunnan suuntainen voima lisää nopeutta. 2. kysymys. Liikesuunnalle vastakkaissuuntainen voima pienentää nopeutta. 3. kysymys. Liikesuunnalle kohtisuora voima muuttaa liikesuuntaa. 4. kysymys. Voi muuttaa sekä kappaleen nopeutta että liikerataa. 5. kysymys. Voiman yksikkö on newton. Kitka 1 Moottoripyörällä on (teoriassa) sama jarrutusmatka kuin henkilöautolla ja rekkaautolla. Kitka 2 Jarrutusmatka = 2 * viimeisen mittauksen tulos. Kitka 3 Jarrutusmatka = 4 * viimeisen mittauksen tulos. Voiman tekemä työ Ensimmäisen taulukon energiat ovat yhtä suuret kuin voiman tekemät työt. Toisen taulukon energiat = 2 * ensimmäisen taulukon energiat. Tasapaino 1 Massan yksiköitä ovat kilogramma, gramma ja tonni. 18
Tasapaino 2 Energian säilyminen 1. kysymys. Kokonaisenergia ei muuttunut putoamisliikkeen aikana. 2. kysymys. Kun pallo oli pudonnut puolet putoamismatkastaan, liike-energia oli yhtä suuri kuin asemaenergia. Värähdys- ja aaltoliike Värähdysliike Punnuksen värähdysaika kaksinkertaistuu, kun punnuksen massa nelinkertaistuu. Poikittainen aaltoliike 1. kysymys. Aallon etenemissuunta on vasemmalta oikealle. 2. kysymys. Poikittaisessa aaltoliikkeessä yksittäinen värähtelijä liikkuu kohtisuorasti aaltoliikkeen etenemissuuntaa vastaan. Pitkittäinen aaltoliike 1. kysymys. Aallon etenemisuunta on vasemmalta oikealle. 2. kysymys. Pitkittäisessa aaltoliikkeessä yksittäinen värähtelijä liikkuu yhdensuuntaisesti aaltoliikkeen etenemissuunnan kanssa Valon taittuminen Valon kulkiessa ilmasta veteen se taittuu pinnan normaaliin päin. Kovera peili Koveraa peliä käytetään aurinkoenergian keräämiseen ja parranajopeilinä. Kupera peili Kuperaa peliä käytetään auton taustapeilinä ja liikennepeilinä. 19
Kupera linssi Kuperaa linssiä käytetään suurennuslaskina, polttolasina ja pitkänäköisen ihmisen silmälaseissa. Kovera linssi Koveraa linssiä käytetään likinäköisen ihmisen silmälaseissa. Lämpö Lämpötila 1. kysymys. Kun vesi kiehuu keittoastian kansi auki, veden lämpötila pysyy samana koko kiehumisen ajan. 2. kysymys. Kun jään ja veden seosta sekoitetaan koko jään sulamisen ajan, seoksen lämpötila pysyy samana koko jään sulamisen ajan. 3. kysymys. Normaaliosuhteissa jään sulamislämpötila on 0 EC. 4. kysymys. Normaaliosuhteissa veden kiehumislämpötila on 100 EC. Sähkö Kytkentäharjoitus 1 1. kysymys. Kytkennät lampun kirkkausjärjestyksessä 1. Kytkentä A 2. Kytkentä C 3. Kytkentä B 2. kysymys. Lamppu menee rikki kytkennässä A. Lampun kytkeminen paristoon Lamppu palaa, jos sinisen ja punaisen johtimen paikat vaihdetaan pariston puolella. Muut väittämät ovat vääriä. Vastus virtapiirissä Kun jännite kasvaa, jännitteen ja virran suhde pysyy vakiona. Sähköenergian tuottaminen 1. kysymys. Uusiutuvia luonnonvaroja käytetään vesivoimalassa, tuulivoimalassa ja aurinkovoimalassa. 2. kysymys. Harjoituksessa esiintyvät voimalaitostyypit sen mukaan kuinka paljon niillä tuotetaan sähköenergiaa: 20
ydinvoimala (25 %) kivihiilivoimala (21 %) maakaasuvoimala (13 %) vesivoimala (11 %) tuulivoimala (alle 1 %) aurinkovoimala (0 %) Lisätietoa: Muita merkittäviä tapoja tuottaa sähköenergiaa ovat turve (8 %), muut kotimaiset (13 %), öljy (2 %). Lisäksi vuonna 2003 tuontisähkön osuus oli 6 %. Luonnonilmiöt Vuorovesi 1. kysymys. Miamissa on nousuvesi 2 kertaa vuorokaudessa. 2. kysymys. Oikeat väittämät ovat: Vuorovedeksi kutsutaan noin 12 tunnin jaksoissa tapahtuvaa merenpinnan korkeuden vaihtelua. Vuorovesi-ilmiö johtuu pääasiassa Maan ja Kuun välisestä vetovoimasta ja Maan pyörimisliikkeestä akselinsa ympäri. Muut väittämät ovat vääriä. Auringon- ja kuunpimennys 1. kysymys. Auringonpimennyksen aikana Kuu on Maan ja Auringon välissä. 2. kysymys. Kuunpimennyksen aikana Maa on Kuun ja Auringon välissä. 3. kysymys. Täydellisen kuunpimennyksen aikana Kuun näyttää punaiselta. 4. kysymys. Auringonpimennyksiä tapahtuu kaksi kertaa vuodessa. 5. kysymys. Täydellisiä auringonpimennyksiä tapahtuu yhden tai kahden vuoden välein. 6. kysymys. Kuunpimennyksiä tapahtuu kaksi kertaa vuodessa. Planeettojen etäisyydet 1. kysymys. Aurinko paistaa lämpöisemmin Merkuriuksella ja Venuksella kuin maassa. 2. kysymys. Punaiseksi planeetaksi kutsutaan Marsia. 3. kysymys. Jupiter ja Saturnus ovat aurinkokuntamme suurimmat planeetat. Planeettojen kiertoajat 1. kysymys. Maa kiertää Auringon ympäri 11 kokonaista kertaa siinä ajassa, kun Jupiter kiertää kerran Auringon ympäri. 2. kysymys. Maa kiertää Auringon ympäri 29 kokonaista kertaa siinä ajassa, kun Saturnus kiertää kerran Auringon ympäri. 21