نکات آموزشی، روش تدریس و طرح درس
کتاب: علوم تجربی
پایـه: هفتم (دوره ی اول متوسطه)
فصل10 : گرما و بهینه سازی مصرف انرژی
در این فصل، دانش آموزان ابتدا به اهمیت دما در حیات جانداران می پردازد؛ سپس آموزش مفهوم دما و دماسنجی را پیگیری می کند. در این مبحث به نحوه مدرّج کردن دماسنج و این موضوع که با حس لامسه نمی توان مقدار دمای اجسام را تشخیص داد، پرداخته می شود. در ادامه، آموزش مفاهیم گرما، دمای تعادل و انتقال انرژی از جسم گرم به سرد و دیدگاه میکروسکوپ مطرح می شود و روش انتقال گرما یعنی؛ رسانش، همرفت و تابش بیان می گردد. در انتهای فصل به فناوری و کاربرد مفاهیم درس داده شده در زندگی می پردازد و نقش تنظیم دما در موتور خودرو، جلوگیری از اتلاف گرما در منزل و فلاسک های خلا مورد بحث قرار می گیرد.
در آموزش این فصل می توان از فراخوانی تجربه های آموزشی دانش آموزان، فعالیت های فکری و عملی، آزمایش ها و جمع آوری اطلاعات و تحقیق و پژوهش استفاده کرد. برخی از آزمایش ها و فعالیت ها حتماً باید در حضور معلم یا اولیا انجام شود. هدف کلی و پیامد محور درس مذکور این است که دانش آموزان با مفاهیم دما، گرما و روش های انتقال گرما آشنا شده و به نقش گرما در زندگی پی ببرند و مهارت استفاده از دماسنج را پیدا کنند.
** نکات آموزشی و روش تدریس **
* توصیه ها و پیشنهادات
از دانش آموزان بخواهید به شکل ابتدای فصل توجه کنند، متن زیر آن را به دقت بخوانند، برداشت خود را در گروه مطرح کنند و پس از بحث و گفت وگو با اعضای گروه خود، در مورد منظور متن به یک جمع بندی برسند؛ سپس نظر خود را درباره متن درس بیان کنند و گروه های دیگر نیز نظر خود را در مورد نظر گروه ارائه کننده، مطرح کنند و با بحث و گفت وگو به اهمیت و نقش دما در زندگی بپردازند.
از دانش آموزان می خواهیم که در گروه های خود درباره نوع و نحوه لباس پوشیدن خود در فصل های مختلف با هم بحث وگفت وگو کنند و دلایل آن را توضیح دهند؛ سپس در مورد شکل گیاهان و جانوران در مناطق گرمسیری و سردسیری بحث کنند. با این فعالیت می توان دانش آموزان را به اهمیت دما در زندگی جانداران بیشتر آشنا کرد.
دانش آموزان به طور مقدماتی با مفهوم دما آشنا هستند. در اینجا می خواهیم این مفهوم به صورت عمیق وگسترده تر برای آنها قابل درک شود.
یک فنجان آب گرم و یک فنجان آب سرد را به کلاس می بریم. از دانش آموزان می خواهیم با دست زدن به فنجان ها بگویند دمای کدام یک بیشتر است؟ پس از پاسخ دادن از آنها می خواهیم بگویند دمای آب درون هر یک از فنجان ها چقدر است؟
دانش آموزان نمی توانند به این سوال پاسخ دهند و این مقدمه ای برای این بحث می شود که با حس لامسه نمی توان مقدار دمای یک جسم را تعیین کرد و فقط می توان به طور نسبی میزان سردی و گرمی دو جسم را با هم مقایسه کرد.
* آزمایش کنید صفحه ٨٣
هدف این آزمایش آن است که دانش آموزان متوجه شوند فقط نباید به حس لامسه اعتماد کرد. در این آزمایش یکی از دست ها، آب ولرم را سرد حس می کند و دست دیگر آب ولرم را گرم حس می کند. در اصل حس لامسه دست بر اساس مقایسه دمای آب با دمای دست تشخیص می دهد که آب سردتر از دست است یا گرم تر از آن.
با این آزمایش و موضوع قبل دانش آموزان آماده می شوند تا بفهمند چرا از دماسنج ها برای تعیین دما استفاده می کنیم. از دانش آموزان می خواهیم درباره کاربرد دماسنج ها و افرادی که دائم با آن سروکار دارند بحث کنند و نتیجه بحث خود را بیان کنند؛ مثلاً اندازه گیری دمای بدن بیمار توسط پزشک یا پرستار یک ضرورت است.
با آوردن دماسنج، آب داغ، آب سرد و قراردادن مخزن دماسنج در آنها دانش آموزان را با حرکت مایع درون دماسنج (انبساط و انقباض) آشنا می کنیم و توضیح می دهیم که دماسنج ها چگونه کار می کنند. درباره مدرج کردن دماسنج در کلاس بحث می کنیم و از دانش آموزان می خواهیم فعالیت صفحه بعد را در منزل انجام دهند.
* فعالیت مدرج کردن
هدف از فعالیت صفحه ٨٤ درگیر کردن عملی دانش آموزان با ساخت یک وسیله است که به نظر ساده می رسد. در ساخت این وسیله بهتر است از الکل و کمی رنگ استفاده شود و به هیچ وجه از جیوه استفاده نشود. (جیوه بسیار سمی است) مخزن دماسنج باید نسبتاً بزرگ و لوله آن نازک باشد و هوای بالای لوله خالی شود تا اختلالی در اندازه گیری به وجود نیاورد.
شیوه اندازه گیری دما توسط دماسنج را آموزش می دهیم (تماس مخزن دماسنج با جسم مورد نظر و مدتی صبر کردن تا اینکه ارتفاع مایع ثابت شود و خواندن درست عدد، چشمان ما باید با سطح مایع در یک تراز باشد. )
هدف از فعالیت دوم صفحه ٨٤ آن است که:
* دانش آموزان با برخی از دماهای مهم در زندگی روزمره آشنا شوند.
* مقدار دما را پیش بینی و تخمین خود را محک بزنند.
* بتوانند دمای یک جسم را به درستی اندازه گیری کنند.
* دماسنج ها چگونه کار می کنند؟
وقتی دمای جسمی تغییر می کند، برخی از ویژگی های فیزیکی جسم نیز تغییر می کند، مثلا افزایش دمای جسم در اغلب موارد سبب افزایش حجم جسم می شود. رنگ برخی از جسم ها با تغییر دما عوض می شود (کریستال های مایع) و همچنین خواص الکتریکی برخی از اجسام با تغییر دما، تغییر می کند. این تغییرات مبنایی برای اندازه گیری دما محسوب می شوند؛ مثلا تغییر حجم یک جسم مانند الکل یا جیوه داخل دماسنج معمولی، سبب اندازه گیری دما می شود یا تغییر رنگ کریستال های مایع در دماسنج های نواری سبب اندازه گیری دمای بدن یک بیمار یا یک آکواریوم می شود. در دماسنج های الکترونیکی تغییر مقاومت الکتریکی دماسنج عامل اندازه گیری است.
* آزمایش کنید صفحه ٨٥
هدف از انجام این آزمایش، رسیدن به مفهوم دمای تعادل و گرما است. توصیه می شود هنگام انجام این آزمایش حتماً موارد ایمنی آن به طور کامل رعایت شود. به جای انبرک می توان از دم باریک یا انبردست نیز استفاده کرد. به گروه های دانش آموزی فرصت لازم برای پاسخ دادن به سوالات بند الف و ب داده شود؛ زیرا پاسخ به این سوالات و بحث درباره آنها ما را با مفهوم دمای تعادل و مفهوم گرما رهنمون می سازد.
در شکل پایین صفحه ٨٥ جسم گرم با رنگ زرد و جسم سرد با رنگ آبی نشان داده شده است. وقتی دو جسم گرم و سرد در تماس با یکدیگر قرار می گیرند، پس از تبادل انرژی به دمای تعادل می رسند؛ یعنی دمای هر دو به یک مقدار می رسد که این دما از دمای جسم گرم، کمتر و از دمای جسم سرد، بیشتر است؛ بنابراین در این وضعیت هر دو جسم با یک رنگ سبز نشان داده شده اند.
پس از تعریف گرما، دوباره به سوالات آزمایش صفحه ٨٥ برمی گردیم و از آنها می خواهیم که بگویند وقتی میخ داغ را درون آب سرد می اندازیم، کدام جسم گرما از دست داده و کدام جسم گرما گرفته است؟ مثلاً وقتی در زمستان بخاری روشن می کنیم، پس از مدتی هوای اتاق گرم می شود.
هوای اتاق گرما از دست داده و یا گرما گرفته است؟ بخاری چطور؟
توجه داریم وقتی دو جسم سرد و گرم در تماس با یکدیگر قرار می گیرند، مثلاً وقتی یک قطعه یخ را در آب می اندازیم به طور طبیعی گرما از جسم گرم به جسم سرد منتقل می شود، یعنی آب گرما می دهد و یخ گرما می گیرد و به همین دلیل یخ آب می شود.
* فعالیت صفحه 86
انتقال خود به خود گرما همواره از اجسام گرم تر به اجسام سردتر صورت می گیرد. اگرچند جسم نزدیک به هم دماهای متفاوتی داشته باشند، اجسام گرم تر، خنک تر و اجسام خنک، گرم تر می شوند، تا تمام آنها دارای دمای یکسان شوند. این تساوی دما به سه روش صورت می گیرد: رسانش، همرفت و تابش.
در آموزش رسانش می توانیم از فراخوانی تجربه آموزشی دانش آموزان استفاده کنیم. اغلب دانش آموزان تجربه کباب درست کردن و داغ شدن سیخ ها را دارند. بعد از بیان اینکه سر سیخ یا میله که از آتش دور است، نیز داغ می شود و این نوع انتقال گرما، رسانش گرمایی نام دارد، از دانش آموزان می خواهیم توضیح دهند چرا این اتفاق می افتد و آنها را راهنمایی می کنیم تا به این موضوع اشاره کنند که جنبش مولکولی قسمت گرم شده بیشتر است.
* آزمایش کنید صفحه 87
هدف از این آزمایش بررسی آهنگ رسانندگی گرمایی در مواد مختلف است. این آزمایش نشان می دهد رسانندگی گرمایی مس، فولاد و آهن بسیار زیاد است و رسانندگی گرمایی شیشه بسیار کم است. همین جا می توانیم نارسانا ها یا عایق ها را معرفی می کنیم.
گازها رساناهای بسیار ضعیف گرما هستند. در واقع آنها نارساناهای خیلی خوبی اند و اغلب برای ممانعت از انتقال گرما از آنها استفاده می شود. یک مثال خوب برای این مورد شیشه دو جداره است.
نارسانا بودن لایه هوایی که بین دو جداره شیشه محبوس شده است، اتلاف گرما را از طریق پنجره، کاهش می دهد. گرمایی را که از طریق سقف یک خانه تلف می شود، می توان با استفاده از عایق پشم شیشه یا یونولیت به شدت کاهش داد. مقدار زیادی هوا درون پشم شیشه محبوس شده است. این نارسانا بودن هواست که از اتلاف گرما به روش رسانش جلوگیری می کند.
* فعالیت صفحه 88
هدف از انجام فعالیت صفحه ٨٨ طراحی و ساخت یک نوع ظرف عایق رسانندگی گرمایی است. ظرف حتماً باید در داشته باشد تا مانع انتقال گرما از طریق رسانش و همرفت بشود. چون می توان دمای آب را در شروع و یک ساعت پس از آن اندازه گیری کرد. ارزشیابی از این فعالیت به طور کمی امکان پذیر است.
برف و برفک نیز به علت محبوس کردن هوا، عایق گرمایی محسوب می شود. جمع شدن مقدار زیادی برفک درداخل یخچال سبب کاهش انتقال گرما می شود و بازدهی یخچال را پایین می آورد. امروزه یخچال ها به گونه ای طراحی می شوند که در آنها برفک تولید نشود.
توصیه: می توانیم با مقدمه زیر، آموزش همرفت را شروع کنیم. انتقال گرما از مایع ها و گازها به روش رسانش بسیار دشوار است. با این حال وقتی در یک گوشه اتاق بخاری روشن می کنیم، تمام اتاق گرم می شود. با توجه به شکل زیر چگونه این اتفاق می افتد؟ به دانش آموزان فرصت کافی داده شود تا در مورد انتقال هوا توضیح دهند.
هوای بالای بخاری گرم می شود و انبساط می یابد. در این حالت چگالی آن کمی کمتر از چگالی هوای اطراف بخاری می شود و در نتیجه هوای گرم رو به بالا از بخاری فاصله می گیرد. هوای سرد که چگالی بیشتری دارد، جای هوای گرم را که بالا می رود، می گیرد. هوای سرد نیز گرم می شود و این فرایند انتقال گرما به تمام قسمت های اتاق ادامه می یابد. این روش انتقال هوا جریان همرفتی نامیده می شود.
* آزمایش کنید صفحه ٨٨
با این آزمایش می توان مشاهده کرد که چگونه مایع گرم شده به سمت بالا حرکت می کند و مایع سرد، جای آن را می گیرد و با تکرار این فرایند همه آب گرم می شود. از دانش آموزان می خواهیم در مورد علت حرکت مایع در این آزمایش توضیح دهند.
با انجام فعالیت دوم صفحه ٨٨ درمی یابیم ماسه خیلی سریع تر از آب گرم می شود و دمایش بالا می رود. بعد از انجام این فعالیت از دانش آموزان می خواهیم توضیح دهند که چرا در روز از طرف دریا به طرف ساحل باد و نسیم می وزد.
* فکر کنید صفحه ٨٩
با توجه به توضیحی که درباره علت جهت نسیم و باد در روز به طرف ساحل و در شب به طرف دریا داده شد، در روز هوا به طرف ساحل حرکت می کند و دود ناشی از آتش به طرف خشکی کشیده می شود و در شب پدیده عکس اتفاق می افتد؛ یعنی هوا به طرف دریا حرکت می کند و دود نیز به تبع این جریان هوا به طرف دریا کشیده می شود.
* خود را بیازمایید صفحه ٨٩
هوای بالای رادیاتور گرم می شود و انبساط پیدا می کند و چگالی آن کم می شود؛ در نتیجه به طرف بالا حرکت می کند و هوای سرد بالا و اطراف که چگالی آنها بیشتر است، به طرف پایین حرکت می کند و به رادیاتور نزدیک می شود. این هوای سرد نزدیک شده نیز گرم و منبسط می شود و چگالی آن کم می شود و به طرف بالا حرکت می کند. بدین ترتیب گردش هوا در خانه اتفاق می افتد و هوای قسمت های دور از رادیاتور نیز گرم می شود.
* فعالیت صفحه89
هر جسم داغی قسمتی از انرژی اش را به صورت تابش منتقل می کند. با این آزمایش، دانش آموزان با روش انتقال انرژی به روش تابش آشنا می شوند. وقتی دستمان را زیر اتوی داغ و در فاصله مناسب قرار می دهیم، امکان انتقال انرژی به روش همرفت وجود ندارد؛ زیرا در روش همرفت هوای گرم شده به طرف بالا حرکت می کند نه به طرف پایین. هوا، رسانای بسیار ضعیف گرماست؛ بنابراین دست به روش رسانش نیز گرم نشده است و تنها به روش تابش گرم می شود.
* آزمایش کنید صفحه 90
هدف از انجام این آزمایش آن است که دریابیم میزان تابش دو جسم هم دما به رنگ و برخی از ویژگی های سطح دو جسم بستگی دارد. از این آزمایش نتیجه می گیریم آب داغ در قوری یا لیوان سفید و براق دیرتر سرد می شود؛ در حالی که در قوری یا لیوان سیاه و مات زودتر سرد می شود. به همین دلیل معمولاً رنگ قوری ها را نقره ای یا سفید انتخاب می کنند.
پرسش پیشنهادی: به نظر شما چرا جانوران قطبی مانند خرس قطبی، روباه و… به رنگ سفیدند؟
جلوگیری از افزایش دما از یک حد مشخصی در بسیاری از دستگاه ها الزامی است؛ مثلاً اگر دما در کیس رایانه از یک حدی بالاتر رود، سبب سوختن ترانزیستور ها و… می شود. یکی از وسایلی که باید دمای آن را به صورت جدی کنترل کنیم، موتور خودرو است. اگر دمای موتور از یک حد بالاتر رود، انبساط سیلندر سبب مخلوط شدن آب و روغن و مواد سوختنی می شود و موتور خودرو از کار می افتد. از این رو انتقال گرما از موتور خودرو یک امر اساسی است.
بدین منظور سامانه خنک کننده خودرو ها طراحی و ساخته می شود. می توانیم از گروه های دانش آموزی بخواهیم در مورد سوالات زیر فکر کنند: چرا سامانه خنک کننده خودرو ها طراحی می شود؟ این سامانه چگونه کار می کند؟ نقش رادیاتور، آب و فن ها چیست؟ دانش آموزان نظرات خود را یادداشت کنند. هنگام شنیدن نظرات گروه ها بهتر است عبارت های غیر تکراری مربوط به هر گروه را روی تخته یادداشت کنیم و بر اساس همین یادداشت ها به جمع بندی موضوع و در صورت نیاز به کامل کردن آنها بپردازیم. هدف کاهش اتلاف گرما در خانه، آشنایی با عایق بندی گرمایی و نقش آن در صرفه جویی در مصرف انرژی است.
ابتدا از دانش آموزان می خواهیم در گروه های خود، شکل کتاب درسی را به دقت مشاهده کرده و نظرات خود را در قالب چند جمله یا عبارت بیان کنند. هنگام شنیدن نظرات گروه ها، عبارت های غیرتکراری مربوط به هر گروه را روی تخته یادداشت می کنیم و براساس همین یادداشت ها، به جمع بندی موضوع و در صورت نیاز به کامل کردن آنها می پردازیم. میزان اتلاف انرژی در هرقسمت به طور مقایسه ای بیان می شود. در جریان این فعالیت می توانیم از دانش آموزان بخواهیم، موضوع اتلاف گرما را در منزل یا مدرسه خود بررسی کنند.
بهتر است از دانش آموزان بخواهیم در گروه های خود درباره عوامل موثر بر اتلاف انرژی بحث کنند مثلاً به نوع مصالح ساختمانی، درز پنجره ها و درها، آجرهای تک لایه و … اشاره کنند.
در طراحی فلاسک ها به گونه ای عمل می شود تا گرما نتواند از جداره آن عبور کند. می دانیم گرما از سه روش رسانش، همرفت و تابش انتقال پیدا می کند. بنابراین در طراحی فلاسک ها باید به گونه ای عمل شود تا جلوی عبور گرما از هر سه طریق گرفته شود. می توانیم از گروه های درسی بخواهیم به شکل فلاسک و اجزای آن به دقّت نگاه کنند و در مورد نقش قسمت های مختلف جداره در گروه خود بحث کنند و نظر خود را درباره آنها بگویند. (مثلاً بگویند چرا درپوش فلاسک پلاستیکی، توخالی انتخاب می شود؟ چرا بین دیواره های شیشه ای خلا است؟ و… )
** پاسخ فعالیت های کتاب **
* فعّالیت صفحه 83
در مورد پوشش، رنگ لباس و روش گرم کردن منزل مسکونی و عایق بندی ساختمان ها در نواحی سردسیر و نواحی گرمسیر تحقیق کنید و به کلاس گزارش دهید (تشابه ها و تفاوت ها را مشخص کنید).
در نواحی گرمسیر: لباس ها به رنگ روشن است. خیلی نیازی به گرم کردن خانه نیست. برای گرم کردن آب از تانکرهایی در پشت بام منزل ها استفاده می شود و نیازی به گرم کننده آب نیست.
در نواحی سردسیر: لباس و پوشش به رنگ تیره است. پشت بام ها عایق بندی و ایزوگام می شوند. از شوفاژ و بخاری برای گرم کردن منزل استفاده می شود. برای جلوگیری از اتلاف انرژی از پنجره دو جداره استفاده می شود. برای عایق بندی سقف های شیروانی خانه ها از یونولیت و پشم شیشه استفاده می شود. دیوارهای آجری که برای ساختن این بناها استفاده می شود. به صورت دیوار آجری دو لایه است که یک ماده عایق گرما در وسط آن قرار می گیرد.
* آزمایش کنید صفحه 83
در سه ظرف مشابه به طور جداگانه، آب سرد، آب معمولی و آب گرم بریزید. دست راست را در آب گرم و دست چپ را در آب سرد قرار دهید و حدود ۳۰ ثانیه صبر کنید. حال هر دو دست را بیرون آورید و در آب معمولی قرار دهید و احساس خود را بیان کنید.
احساس می کنیم دست راست سرد و دست چپ گرم می شود. وقتی دست خود را در آب گرم قرار می دهیم دمای سطحی پوست زیاد می شود. وقتی دما زیاد شود یعنی انرژی گرمایی گرفته ایم، و وقتی دست خود را در آب سرد قرار می دهیم دمای سطحی پوست کاهش می یابد. وقتی دما پایین می آید یعنی انرژی گرمایی از دست داده ایم. حال وقتی بعد از 30 ثانیه دو دست را در آب معمولی قرار می دهیم دستی که سرد بود در حال گرفتن گرما و دستی که در آب گرم بود در حال از دست دادن گرما می باشد و دست ما حالت گزگز می گیرد ولی بعد از تقریباً 30 دقیقه هر دو دست ما دوباره هم دما شده و اصطلاحاً به دمای تعادل می رسد.
* فعّالیت صفحه 84
به همراه گروه خود نخست به طراحی یک دماسنج بپردازید و سپس با آوردن وسایل مورد نیاز، آن دماسنج را بسازید ودرجه بندی کنید. با استفاده از این دماسنج چند اندازه گیری را انجام دهید.
1- یک بالن آزمایشگاهی 500 سی سی را برداشته و آن را با یک محلول رنگی پر می کنیم.
2- یک درپوش چوب پنبه ای را به اندازه قطر لوله شیشه ای سوراخ می کنیم. لوله را طوری نصب می کنیم که هیچ منفذی برای عبور محلول و هوا نباشد.
3- درون لوله کمی از محلول اضافه می کنیم.
4- بالن را در مخلوط آب و یخ فرو می کنیم و مقابل سطح محلول رنگی، روی لوله علامت می گذاریم و عدد صفر را به آن نسبت می دهیم.
5- بالن را داخل آب در حال جوش وارد می کنیم و مقابل سطح آن، روی لوله علامت می گذاریم و عدد 100 را به آن نسبت می دهیم. بین دو علامت را به 100 قسمت مساوی تقسیم می کنیم و هر قسمت را یک درجه سلسیوس می نامیم.
* آزمایش کنید صفحه 85
نتیجه مشاهده خود را گزارش کنید. در این آزمایش دمای آب چگونه تغییر کرده است؟ دمای میخ چطور؟ آب انرژی از دست داده است یا میخ؟ کدام یک انرژی گرفته اند؟
وقتی میخ داغ را درون آب سرد بشر (لیوان) بیاندازیم در آن لحظه آب اطراف میخ شروع به جوشیدن می کند و ناگهان قطع می شود. چون دمای میخ حدوداً به 100 درجه رسیده است در لحظه تماس با آب سرد 20 درجه می شود. در نتیجه به صورت ناگهانی میخ گرمای خود را به آب می دهد و ما جوشش را می بینیم. ولی بعد از چند دقیقه میخ و آب هر دو به یک دما رسیده اند. دمای آب بالا رفته است ولی دمای میخ پایین آمده است. میخ انرژی را به شکل گرمایی از دست داده است و آب انرژی گرفته است و هم دما می شوند یعنی به دمای تعادل می رسند.
* فکر کنید صفحه 85
اگر درون آب به جای میخ داغ، میخ سردی که درون یخ زن (فریزر) یا جایخی قرار داشته است، بیندازیم، چه اتفاقی می افتد؟ دمای میخ و آب چگونه تغییر می کنند؟ این بار کدام یک انرژی از دست می دهد و کدام یک انرژی می گیرد؟ دمای آب کاهش می یابد و دمای میخ افزایش می یابد. آب انرژی از دست می دهد و میخ انرژی می گیرد.
* فعّالیت صفحه 86
دو محفظه A و B که در آن ها مولکول های یکسانی قرار دارند را در نظر بگیرید، محفظه A داغ و محفظه B سرد است.
الف) جنبش مولکولی A و B را با هم مقایسه کند.
چون گرما شکلی از انرژی است پس جسمی A که داغ است ذرات آن دارای انرژی زیادی است. بنابراین جنبش مولکولی ماده زیاد، در نتیجه هر مولکول به مولکول مجاور ضربه می زند. ذرات ماده جامد در جای خودشان در حال جنبش و نوسان و لرزش اند. هر چه دما بیشتر باشد مولکول ها با سرعت بیشتری می لرزند ولی در جسم B که سرد است جنبش مولکولی کم و لرزش مولکول ها در سر جایش بسیار کمتر است.
ب ) اگر دو محفظه را در تماس با یکدیگر قرار دهیم، جنبش مولکولی کدام محفظه کم و کدام محفظه زیاد می شود؟ چون جسم گرم انرژی گرمایی را به جسم سرد منتقل می کند تا به دمای تعادل برسند. بنابراین جنبش مولکولی جسم B که سرد است در حال زیاد شدن و جسم Aکه گرم است بر اثر از دست دادن گرما جنبش آن کم می شود تا به دمای تعادل برسند.
پ) پس از رسیدن به حالت تعادل، جنبش مولکولی دو محفظه را با هم مقایسه کنید. دمای تعادل دیگر مقدار انرژی که جسم از دست می دهد و مقدار انرژی که جسم به دست می آورد یکسان است. بنابراین جنبش مولکولی جسم A B یکسان می شود.
* آزمایش کنید صفحه 87
4- نتیجه مشاهدات خود را بنویسید و درباره آن گفت وگو کنید. در این آزمایش کدام میله سریع تر از بقیه گرما را منتقل می کند؟ به مس زودتر از بقیه می افتد. بعد چوب کبریت متصل به آلومینیوم می افتد و بعد چوب کبریت متصل به آهن
کدام میله گرما را بسیار کند منتقل می کند؟ میله مسی سریع تر از بقیه گرما را منتقل می کند و میله آهنی گرما را بسیار کند منتقل می کند.
* فعّالیت صفحه 88
با استفاده از وسایل در دسترس، یک لیوان عایق دردار طراحی کنید و بسازید؛ سپس مقداری آب داغ در آن بریزید و دمای آب را اندازه بگیرید. پس از یک ساعت دوباره دمای آب را اندازه بگیرید. ظرف کدام گروه گرمای کمتری را منتقل کرده است؟ کدام ظرف گرمای بیشتری را منتقل کرده است؟ ظرف گروهی که لیوان آنها عایق بهتری است کم ترین انتقال گرما را دارد. (دمای آب تغییر چندانی نداشته است) و ظرف گروهی که لیوان آن ها عایق خوبی برای گرما نیست بیشترین انتقال گرما را دارد. (داخل آن خیلی سرد شده است. )
* آزمایش کنید صفحه 88
3- به مسیر حرکت جوهر توجه، و مشاهدات خود را به طور دقیق یادداشت کنید. مشاهده می کنیم جوهر از بالای ظرف به سمت پایین می آید سپس به طرف قسمتی از ظرف که بالای شمع قرار دارد رفته، دوباره به سمت بالا می رود و حرکت چرخشی پیدا می کند و به تدریج جوهر در کل آب پخش می شود.
4- در گروه خود درباره علت رفتار مشاهده شده، بحث کنید. وقتی آب را از پایین گرم می کنیم، مولکول های آن تندتر حرکت می کنند و بیشتر از هم دور می شوند؛ یعنی آب منبسط می شود. در نتیجه چگالی آن کم می شود و به طرف بالا رانده می شود. در این هنگام آب خنک تر، جای آبی را می گیرد که گرم شده و به طرف بالا رفته است با تکرار این فرایند، همه آب گرم می شود. علت این است که مولکول های قسمتی از آب که نزدیک شمع هستند زودتر از بقیه قسمت ها گرم شده، سبک می شوند و به سمت بالا می روند و آب قسمت دیگر ظرف که خنک تر است، جای آن را می گیرد. به این ترتیب گرما به روش همرفت منتقل می شود.
* فعّالیت صفحه 88
دو بشر هم اندازه انتخاب کنید. یکی را از آب و دیگری را از ماسه پر کنید و آن را در آفتاب قرار دهید. هر 30 دقیقه یک بار دمای آنها را اندازه گیری و یادداشت کنید و سپس نمودار دما برحسب زمان آنها را رسم کنید، از این آزمایش چه نتیجه ای می گیرید؟ مشاهد می شود که ماسه به علت جامد بودن با روش رسانایی گرم بسیار سریع گرم می شود. ولی آب به علت رسانایی کم و ظرفیت گرمایی بالایی که دارد و اینکه با روش همرفتی باید گرم شود میزان گرفتن گرما و گرم شدنش بسیار کم تر از ماسه است. مثل دریا، شما وقتی در طول روز در ساحل هستید، شن های ساحل بسیار داغ هستند در صورتی که در همان زمان وقتی شما در آب می روید خنک است.
* فکر کنید صفحه 89
اگر در ساحل، آتش روشن کنید، متوجه می شوید در طول روز، دود به طرف خشکی و در طول شب به طرف دریا کشیده می شود. علت را توضیح دهید.
در طول روز دمای خشکی بیشتر از دمای دریاست. پس هوای مجاور خشکی گرم تر و در نتیجه سبک تر از هوای مجاور دریاست. بنابراین هوای مجاور خشکی بالا رفته و هوای مجاور دریا جای آن را می گیرد. به این ترتیب هوا از سمت دریا به طرف خشکی حرکت می کند. برعکس، در طول شب، دمای هوای مجاور دریا گرم تر و سبک تر از دمای هوای مجاور خشکی است. بنابراین، هوای مجاور دریا بالا رفته، هوای خشکی جای آن را می گیرد و هوا از سمت خشکی به طرف دریا حرکت می کند.
* خود را بیازمایید صفحه 89
شکل زیر نحوه گرم شدن اتاق را به وسیله یک رادیاتور نشان می دهد. توضیح دهید چگونه قسمت هایی از اتاق که با رادیاتور فاصله دارند، گرم می شوند. ابتدا هوای مجاور رادیاتور توسط آن گرم شده، سبک می شود و به سمت بالا می رود و هوای سرد اطراف جای آن را می گیرد و این پدیده تکرار می شود. به این ترتیب، هوای قسمت های دور از رادیاتور نیز گرم می شوند. در واقع گرما به روش همرفت مستقل می شود.
* فعّالیت صفحه 89
با همکاری معلم یا والدین خود یک اتوی برقی را روشن، و مدتی صبر کنید تا سطح اتو کاملاً داغ شود. پشت دست خود را مطابق شکل در فاصله چند سانتی متری زیر اتو قرار دهید. آیا گرمای اتو را در پشت دست خود احساس می کنید؟ آیا ممکن است گرما از طریق رسانش یا همرفت به پشت دست شما رسیده باشد؟ توضیح دهید.
خیر، زیرا رسانایی در جامدات و همرفتی در مایع و گاز اتفاق می افتد. در صورتی که بین دست ما و اتو فاصله بسیار اندکی وجود دارد. گرمای خورشید از طریق تابش از خلا می گذرد و به ما می رسد. در تابش خورشید و اتو پرتوهای نامرئی وجود دارد. اتو مقدار زیادی موج نامرئی به نام فروسرخ تولید می کند.
* فکر کنید صفحه 90
کدام مورد بیشتر تابش گرمایی خورشید را جذب می کند؟ چرا؟
الف) آسفالت ب) آینه
آسفالت، زیرا اجسام تیره و ناهموار انرژی تابشی بیشتری را جذب می کنند و سطوح صاف و براق مقدار کمتری از انرژی تابشی را جذب و بیشتر آن را بازتابش می کنند.
* آزمایش کنید صفحه 90
2- هر 5 دقیقه دمای آب درون ظرف ها را اندازه گیری کنید و نمودار دما را بر حسب زمان برای هر یک از ظرف ها رسم کنید. از این آزمایش چه نتیجه ای می گیرید؟ لیوان تیره رنگ نسبت به لیوان سفید رنگ گرمای بیشتری جذب می کند و دمای آب درون آن زودتر پایین می آید. بنابراین آب داغ در لیوان تیره رنگ زودتر و آب داغ در لیوان سفید رنگ دیرتر سرد می شود. نتیجه می گیریم سطح تیره انرژی تابشی بیشتری جذب می کند.
** چگونگی تدریس(طرح درس) **
* هدف کلی
آشنایی دانش آموزان با گرما و بهینه سازی مصرف انرژی
* اهداف مرحله ای
دانش آموزان پس از پایان جلسه آموزشی به اهداف زیر دست می یابند:
شناخت دما و انواع آن
رسانش گرمایی و نحوه آزمایش آن
دماسنج وکاربرد استفاده از آن را بتوانند درک کنند.
دانش آموزان با انتقال گرما وچگونگی انتقال آن آشنا می شوند.
شناخت گرما و کاربرد آنها
شناخت گرما و سرما و تاثیر آن در محیط پیرامون
* هدف های رفتاری آموزشی
دانش آموز نحوه انجام آزمایش گرما و سرما در محیط پیرامون را بتواند درک کند. (دانش)
دانش آموز با تاثیرگرما و سرما در محیط و کره زمین آشنا شود. (درک و فهم)
دانش آموز روش گرم نگه داشتن منزل و عایق بندی ساختمان در نواحی سردسیر وگرم سیر تحقیق کند. (ترکیب)
دانش آموز تاثیر گرما و سرما بر گیاهان و جانوران را توضیح دهد. (تحلیل)
دانش آموز به سوالات مطرح شده پاسخ دهد. (ارزشیابی)
دانش آموز از نحوه انتقال گرما آگاهی داشته باشد. (دانش)
دانش آموز با بررسی دماسنج فعالیت های عملی انجام دهد. (مستقل)
دانش آموز برای انجام فعالیت های کلاسی داوطلب شود. (واکنش)
دانش آموز از انواع وسایل گرم سیر و سرد سیر آگاه شود. (دانش)
* رئوس مطالب
دما، دماسنج و کاربرد آن، مفهوم دمای تعادل وگرما، انتقال گرما، جریان های همرفتی
* مواد و رسانه های آموزشی
رایانه، کتاب درسی، لوح فشرده حاوی فیلم و اسلاید های پاورپوینت، ماژیک وایت برد، جدول تشویقی
* پیش بینی رفتار ورودی
بررسی تکالیف فردی و گروهی و دادن بازخورد به آن ها و انعکاس دادن آن به مسئولین مدرسه و نصب بهترین بروشور ها و مقالات علمی در مورد علمی سالن مدرسه به منظور تشویق گروه های فعال هر کلاس
* ایجاد ارتباط اولیه
سلام و احوالپرسی، حضور و غیاب، بررسی حالات روحی دانش آموزان و بررسی کلی وضعیت کلاس، ارتباط رابطه عاطفی اولیه، ارتباط دانش آموزان با کلاس و محتوا از طرین توجه به کتاب، پاورپوینت موجود در کلاس
* گروه بندی، مدل و ساختار کلاسی
چینش و طراحی کلاس با توجه به امکانات کلاس صورت می گیرد. در این کلاس با توجه به روش تدریس، به دلیل شلوغی کلاس و صندلی دانش آموزان در حد امکان به صور ردیفی چیده می شوند تا حداقل فضای کلاس اشغال شود.
* روش ایجاد و تداوم انگیزه
دانش آموزان در ابتدای سال تحصیلی با توجه به پرسش نامه هایی که پر کرده اند گروه بندی شده اند. به گونه ای که هر گروه شامل افراد گوناگون از دید شخصیتی باشد. هر گروه از دانش آموزان با توجه به حساس بودن پایه تحصیلی به دلخواه یک نام انگیزشی را برای گروه خود انتخاب کرده اند. در هر ماه یک گروه به عنوان یار معلم به غیر از انجام وظایف گروه یادگیری وظایف دیگری مانند یاری رساندن به معلم در امر آموزش به عهده دارند.
* ارزشیابی آغازین
با طراحی سوالاتی در زمینه ی بحث، با جلب توجه به تصاویر موجود در متن، با استفاده از پرسش های زمینه محور زمینه ی مناسب برای شروع تدریس را فراهم می کنیم.
در مورد رنگ لباس و روش گرم کردن منزل مسکونی در نواحی سردسیر را توضیح دهید؟
رسانش گرمایی و نحوه انتقال گرما را بنویسید؟
* روش های تدریس
روش تدریس، ترکیبی از روش های مختلف: سخنرانی، پرسش و پاسخ، بحث و فعالیت های گروهی و طرح همیاری مشارکت جمعی گروهی (الگوی مفهوم و اصل، الگوی به یادسپاری، مباحثه و نمایش) است که هر کدام به اقتضای ضروری در جای مناسب به کار می رود.
* آماده سازی
پرسش های شفاهی از طریق رایانه، از درس جلسه گذشته انجام می شود. گاهی با یک گریز از دانش آموزان که معمولا شامل سه تا سوال هست ارزشیابی می شوند انتظار می رود که دانش آموزان پاسخ سوالات را بدانند و فعالانه در پاسخگوی شرکت کنند.
* ارائه درس جدید
از دانش آموزان خواسته می شود به اسلایدهای پیرامون درس توجه کنند
از دانش آموزان خواسته می شود مروری گذرا بر درس داشته باشند و تا حد امکان آن درک کلی از مطلب داشته باشند.
دانش آموزان به توضیحات معلم توجه کرده و به سوالات پاسخ می دهند.
از دانش آموزان خواسته می شود در یک فعالیت گروهی علت اصلی بوجود آمدن گرما و انتقال آن را بیان نمایند.
با هدایت دانش آموزان، علت همرفت گرما و سرما را به صورت خود اکتشافی درک می کنند.
دانش آموزان سعی در یاد گرفتن مبحث کرده و با اعضای گروه خود همفکری و مشورت می کنند.
در ادامه توضیحاتی کامل کننده از درس مربوطه ارائه شده و مثال هایی برای درک بهتر زده می شود.
* فعالیت های خلاقانه دانش آموزان
هر کدام از گروه های مختلف می توانند رئوس مطالب را مرور کرده و خلاصه ای از آن را در کلاس برای معلم و بقیه دانش آموزان بیان می کنند و در این میان سوالاتی نیز از دانش آموزان پرسیده می شود.
* ارزشیابی تکوینی
ارزشیابی به صورت شفاهی و حل مسئله در پای تابلو
* ارزشیابی تراکمی
سوالات به صورت چاپ شده قبلا در اختیار دانش آموزان قرار گرفته و از آنها خواسته می شود به صورت گروهی آنها را حل کنند.
از دانش آموزان پاسخ فعالیت ها ی موجود در متن را می پرسیم.
هر گروه با توجه به گروه بندی جلسه قبلی کنار هم قرار می گیرند و سوالات را پاسخ می دهند.
* جمع بندی و ساخت دانش جدید
توضیح کلی درس، بررسی مفاهیم گفته شده، رفع اشکالات دانش آموزان
* تعیین تکالیف و اقدامات بعدی
انجام تکالیف فردی و گروهی، تهیه ی تحقیق برای جلسه بعد