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Categoria: Didattica Fisica
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Continuiamo l'esperienza di laboratorio povero sull’energia con la seconda parte. In questa fase si continuano gli esperimenti e vengono affrontate (anzi discusse) le varie forme di energia, in un modo assolutamente originale e multidisciplinare.

Buona lettura e se avete curiosità o domande scrivetemi ad Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

Fase 3

Acquisita la distinzione tra i concetti di forza ed energia, inizieranno i percorsi paralleli attuati dall'insegnante di tecnologia e da quello di scienze.

Tecnologia: Le fonti energetiche

Il collega di tecnologia introdurrà il discorso sulle fonti di energia, a partire dal passato fino al presente, facendo emergere l'aspetto problematico delle fonti esauribili, le alternative offerte dalle fonti rinnovabili ed il problema dell'ecosostenibilità. Successivamente approfondirà il tema dell'energia solare prevedendo un laboratorio per la costruzione di un pannello solare, che farà muovere un apparato simile a quello in foto, e la partecipazione di un esperto sul tema.

Le motivazione di tale approfondimento sono:

-  il pretesto iniziale che ha introdotto il discorso sull'energia  (il pannello dell'atrio collegato all'impianto fotovoltaico);

-  la considerazione che il Sole è la prima fonte di energia da cui scaturiscono tutte le altre.

 

Scienze: Le forme di energia, la loro efficienza, il principio di conservazione dell’energia  e le sue trasformazioni. In questo percorso sarà condotta l’esperienza descritta nell’approfondimento.

Fase 4

Dopo la fase di laboratorio seguirà un intervento di teorizzazione in cui vengono formalizzati i concetti di: differenza tra forza ed energia, forme di energia, conservazione dell’energia e sue trasformazioni. Come supporto verranno utilizzati video, simulazioni e applet sull’energia (vedi sitografia).

Fase 5

Azioni di rinforzo-recupero

Al termine delle attività è prevista un’uscita didattica al Parco delle Energie Rinnovabili “La Fenice”, nelle vicinanze di Padova. Qui i ragazzi avranno modo di rinforzare le conoscenze acquisite, mediante le tappe didattiche “Energia fotovoltaica”, “Eolico ed idroelettrico” scelto dagli insegnanti tra quelle proposte dal Parco.

Tempi, calcolando un modulo di 6-8 ore - circa 2-3 settimane di lavoro

-  Fase 1: Osservazione del Pannello solare e brainstorming (1 ora)

-  Fase 2: Esperimento su energia e forza e discussione (1 ora)

-  Fase 3: Esperimento energia…in movimento (2 ore)

-  Fase 4: Lezione frontale con TIC (2 ore)

-  Fase 5: Uscita didattica (mezza giornata)

-  Fase 6: Verifica sommativa (1 ora)

4. Approfondimento/analisi di una fase di lavoro in classe

(come viene preparata, iniziata, condotta e terminata esplicitando che cosa fa l'alunno e che cosa fa l'insegnante, giustificando il metodo)

LE FORME DELL'ENERGIA

I ragazzi (a gruppi di 4 alunni) vanno in laboratorio di scienze, ogni gruppo con il proprio apparato costruito nelle ore di tecnologia. Il laboratorio rispetta tutte le norme di sicurezza.

In laboratorio trovano 5 scatole chiuse, precedentemente preparate dal docente, all’interno delle quali, a loro insaputa ci sono:

scatola 1:

fonte 1: 2 bottiglie d’acqua da 1,5 l

fonte 2: magneti

fonte 3: manovella (innestabile sull’apparato)

una ballerina in alluminio con supporto

           istruzioni

scatola 2:

fonte 1: corpo materiale con un filo

fonte 2: motorino elettrico collegato ad una pila

fonte 3: fogli di alluminio + lampada ad incandescenza

una ballerina in alluminio con supporto

           istruzioni

scatola 3:

fonte 1: phon

fonte 2: elastico ancorato su un piccolo piano

fonte 3: bacchetta di plastica + panno di lana

una ballerina in alluminio con supporto

           istruzioni

scatola 4:

fonte 1: vaporella

fonte 2: motorino elettrico collegato ad un pannello solare

fonte 3: candela

una ballerina in alluminio con supporto

           istruzioni

scatola 5:

fonte 1: 2 bottiglie d’acqua da 1,5 l

fonte 2: elastico ancorato su un piccolo piano

fonte 3: fogli di alluminio + lampada ad incandescenza

una ballerina in alluminio con supporto

           istruzioni

Ogni gruppo sceglie una scatola, senza conoscerne il contenuto. Sul biglietto di istruzioni all’interno c’è scritto “Con ciascuna delle fonti a disposizione, ideate un’esperienza che determini il movimento o della ruota dell’apparato sperimentale o della ballerina o di entrambi”.

La scelta delle fonti all’interno di ciascuna scatola non è casuale. L’impiego delle prime è sicuramente alla portata dei ragazzi, anche alla luce delle attività realizzate con il docente di tecnologia. L’ultima fonte richiederà senz’altro uno sforzo di immaginazione.

Il docente, durante l’attività, ha proprio il compito di intervenire in situazioni di stallo, inducendo riflessioni e chiarendo le eventuali misconcezioni /conoscenze alternative.

Analizziamo un esempio di impiego per ciascuna delle fonti più impegnative.

fonteElastico ancorato su un piccolo piano


Se gli alunni non riescono, il docente  può indurli a costruire l’apparato in figura.

Un elastico esercita sempre due forze (da entrambi gli estremi), pertanto per “agire” deve essere ancorato in un punto (un piano).

fonte: Magnete

Sulle pale vengono posizionati dei magneti, tutti con lo stesso polo rivolto esternamente. Avvicinando un magnete a uno dei poli, la ruota gira.

fonte: Alluminio + Lampada ad incandescenza

(ci ispiriamo al radiometro di Crookes)

I pali vengono ricoperti da carta di alluminio, sulla quale viene fatta incidere la luce della  lampada.

fonte: Bacchetta di plastica + panno di lana

Questo esperimento è di difficile conduzione (va fatto in una giornata poco umida). Si avvicina la bacchetta carica al dispositivo da loro scelto che si metterà in moto rotante.

RIFLESSIONI SULL’EFFICIENZA DELLE FONTI

Movimento con forza muscolare

A parità di forza, la ruota gira più velocemente utilizzando la manovella o toccando direttamente le pale?

A parità di forza e individuato il punto di applicazione, qual è, secondo voi, la direzione migliore per ottenere una rotazione più veloce?

Movimento con l’acqua

Cambiando l’altezza dell’acqua fatta cadere sopra le pale, cosa notate?

A parità di altezza cosa cambia buttando più o meno acqua?

Movimento con un magnete

Come cambia la velocità del dispositivo rotante se invertite i poli del magnete avvicinato?

Come cambia la velocità del dispositivo rotante se aumenta o diminuisce il numero dei magneti avvicinati?

Movimento con Phon

Come cambia la velocità del dispositivo rotante cambiando la direzione del getto d’aria?

Come cambia la velocità del dispositivo rotante utilizzando vari tipi di diffusore?

Movimento con vapore

Come cambia la velocità del dispositivo rotante cambiando la direzione del getto di vapore?

Come cambia la velocità del dispositivo rotante utilizzando vari tipi di diffusore?

Movimento generato dalla luce solare

Quali vantaggi/svantaggi possiede rispetto alle altre fonti utilizzate?

Movimento generato da cariche

Come cambia la velocità del dispositivo avvicinando o allontanando le cariche?

Movimento generato dalla caduta di un corpo

Cosa cambia modificando la massa dell'oggetto?

IL PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA E LE TRASFORMAZIONI DELL'ENERGIA

Dopo la realizzazione delle varie esperienze, i ragazzi sono invitati a riflettere sul fatto che i movimenti rotazionali sono stati possibili solo in presenza di certe condizioni iniziali, per es. la ruota ha cominciato a girare solo quando il corpo materiale è stato lasciato cadere da una certa altezza, l’ elastico ha fatto girare la ruota solo se compresso o allungato … Durante il suo moto, la ruota possiede energia cinetica. Poiché uno degli assiomi fondamentali della fisica afferma che “l’energia non si crea dal nulla, ma si conserva trasformandosi”, il docente chiede di descrivere le trasformazioni di energia per ciascuna delle esperienze realizzate, proponendo le seguenti domande guida:

-  Quale energia posseduta dalla fonte utilizzata, si è trasformata in energia cinetica?

-  Il passaggio è avvenuto direttamente o ha avuto ulteriori passaggi intermedi?                                                   

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