Balony i pole elektrostatyczne

Zagadnienia

• Elektrostatyka
• Ładunki elektryczne
• Siła elektryczna

Opis

Symulacja Balony i pole elektrostatyczne pozwala uczniom w przystępny sposób poznawać pojęcia związane z elektrostatyką, takie jak przenoszenie ładunków, indukcja, przyciąganie, odpychanie i uziemienie.

PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, https://phet.colorado.edu Na licencji CC BY 4.0

W opracowaniu niniejszego poradnika wykorzystano materiały PhET: Strona źródłowa symulacji, Teacher Tips (Rouinfar & Fiedler, sierpień 2023)

W szablonie strony wykorzystano kod html/css: phydemo.app.

Poziom

Szkoła podstawowa

Przykładowe cele nauczania

• Opisz i narysuj modele typowych pojęć elektryczności statycznej (przenoszenie ładunku, indukcja, przyciąganie, odpychanie i uziemienie)
• Przewiduj siłę działającą na odległość dla różnych konfiguracji ładunku

Przykładowe materiały teoretyczne

• Podsumowanie wiadomości z elektrostatyki. (ZPE)
• Ładunek elektryczny i siła elektrostatyczna (Khan Academy)

Sterowanie symulacją

Ekran symulacji

Dlaczego balon trzyma się swetra? Zbierz balonem ładunki ze swetra, puść go i zobacz jak jest przez niego przyciągany. Sprawdź co się stanie, gdy naelektryzowany balon zbliżysz do ściany.

Opcje dostosowywania

Poniższe parametry query umożliwiają dostosowanie symulacji i można je dodać, dołączając znak '?' do adresu URL symulacji i oddzielając każdy parametr query znakiem '&'. Ogólny wzorzec adresu URL to: …html?queryParameter1&queryParameter2&queryParameter3

Na przykład, jeśli w aplikacji Balony i pole elektrostatyczne chcesz wyciszyć dźwięk (audio=muted) i wyłączyć przesuwanie i zoom (supportsPanAndZoom=false), użyj: https://www.edukator.pl/tik_edukator/balloons-and-static-electricity_all.html?audio=muted&supportsPanAndZoom=false

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/tik_edukator/balloons-and-static-electricity_all.html?locale=pl&audio=muted&supportsPanAndZoom=false

Wskazuje, że dostęp do tego dostosowania można uzyskać też z menu Preferencje w symulacji.

Parametr query i opis	Przykłady
locale - określa język symulacji przy użyciu kodów ISO 639-1. Dostępne wersje językowe można znaleźć na stronie symulacji w zakładce Tłumaczenia. Uwaga: działa to tylko wtedy, gdy adres URL symulacji kończy się na “_all.html”.	locale=pl (polski) locale=fr (francuski)
audio - jeśli muted, dźwięk jest domyślnie wyciszony. Jeśli disabled, cały dźwięk jest trwale wyłączony.	audio=muted audio=disabled
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.	allowLinks=false
supportsPanAndZoom - gdy true, umożliwia przesuwanie i powiększanie symulacji za pomocą pinch-to-zoom lub elementów sterujących zoomem przeglądarki. Domyślnie jest true.	supportsPanAndZoom=false

Ułatwienia dostępu

Sterowanie za pomocą klawiatury - skróty klawiszowe

Generalnie sterujemy symulacją za pomocą myszy lub dotyku. Alternatywnie uczniowie mogą też nawigować i sterować elementami interaktywnymi za pomocą klawiatury. Po kliknięciu otworzy się okno z listą obsługiwanych skrótów.

Tryb pełnoekranowy

Po kliknięciu logo PhET (na dole po prawej) pojawia się okno zawierające informacje dotyczące symulacji. Możemy tu zmienić sposób jej wyświetlania.

Klikając Pełny ekran przechodzimy do trybu pełnoekranowego (powrót - klawisz escape).

Wersje offline, niewymagające połączenia z internetem

Dostępne są również wersje symulacji niewymagające połączenia z internetem.

Aplikacja PhET Desktop zawiera wszystkie symulacje HTML5 i Java, w tym ich tłumaczenia, do użytku offline w systemach Windows i macOS (dostępne po zalogowaniu tu). Symulacje HTML5 nie wymagają dodatkowego oprogramowania, natomiast do uruchamiania dowolnych symulacji Java w aplikacji komputerowej jest wymagany Java SE Development Kit 8.

Za symboliczną opłatą możemy pobrać w postaci jednej aplikacji wszystkie materiały PhET, które zostały opublikowane w html5. Telefony, tablety i Chromebooki (z systemem Android): Google Play. iPhone'y i iPady (aplikacja na iOS): App Store

Darmową wersję desktopową tej aplikacji pobierzemy bezpośrednio klikając tu - wersja _pl zawiera polską (domyślną) i angielską wersję językową i tu - wersja _all zawiera angielską (domyślną) i wszystkie inne dostępne wersje językowe lub ze strony PhET (klikając przycisk ze strzałką przy wybranej wersji językowej):

Funkcje włączające

Dźwięk i sonifikacja

• Za każdym razem, gdy zbierzesz ładunek ze swetra do balonu, rozlegnie się "trzaskający" dźwięk. Każdy kolejny zebrany ładunek odtwarza wyższy dźwięk niż poprzedni.
• Gdy naładowany balon powoduje ruch ładunków ujemnych w ścianie, odtwarzana jest seria delikatnych dźwięków w skali pentatonicznej.
• Dźwięk podobny do gwizdka jest odtwarzany, gdy naładowany pierwszy balon jest uwalniany i unosi się w kierunku dodatnich ładunków w swetrze lub ścianie. W miarę zbliżania się do swetra lub ściany dźwięk staje się coraz wyższy. Gdy drugi naładowany balon zostanie wypuszczony, rozlegnie się gwizdek o niższej tonacji.
• Jeśli w dowolnym momencie chcesz wstrzymać sonifikację, wyłącz pole wyboru dźwięku lub całkowicie wyłącz dźwięk w symulacji za pomocą przełącznika Wszystkie dźwięki na pasku nawigacyjnym u dołu symulacji.
• Więcej przydatnych wskazówek na temat tego, jak pojęcia i dźwięki są łączone w tej symulacji, można znaleźć w filmie Funkcje dźwiękowe. Więcej szczegółów na temat wszystkich dźwięków w tej symulacji można znaleźć w opublikowanej dokumentacji Sound Design Documentation.

Interaktywny opis

• Ta symulacja zawiera interaktywny opis wspierający dostęp niewizualny, dostarczany tylko podczas korzystania z oprogramowania czytnika ekranu. Więcej informacji na temat korzystania z tej funkcji można znaleźć w filmie Wprowadzenie do interaktywnego opisu (en).
• Nauczyciele mogą uzyskać dostęp do A11y View tutaj, aby zdecydować, czy interaktywny opis tej symulacji spełnia ich potrzeby instruktażowe. Przypomnienie: A11y View nie jest przeznaczony do użytku przez uczniów i nie zapewni dobrego doświadczenia uczniom korzystającym z oprogramowania do odczytu ekranu.

Wszystkie obsługiwane funkcje ułatwień dostępu można znaleźć na stronie symulacji.

Spostrzeżenia na temat korzystania z aplikacji przez uczniów

• Podczas rozmów kwalifikacyjnych wielu uczniów przypuszczało, że balony są wypełnione helem (a zatem doświadczają siły wyporu). Aby uniknąć tego wrażenia, sznurki przytrzymujące balony zostały nieco poluzowane.

Uproszczenia modelu

• Ładunki dodatnie i ujemne mają dać ogólne pojęcie o ładunku. Ważne jest, aby pomóc uczniom zrozumieć, że elektrony są przenoszone lub przemieszczane, ale nie protony.
• Opcja "Pokaż wszystkie ładunki" wyświetli wszystkie ładunki w modelu, a nie rzeczywistą liczbę ładunków w świecie rzeczywistym.
• Nienaładowane balony pozostaną tam, gdzie zostaną umieszczone. Siła wyporu działająca na balony celowo nie jest modelowana w tej symulacji, aby uczniowie nie mylili pojęcia siły wyporu balonu z siłami elektrycznymi działającymi na balon.
• Po uruchomieniu symulacji balon nie jest naładowany i nie działają na niego żadne siły poziome. Jeśli nienaładowany balon zostanie umieszczony na ścianie, pozostanie w kontakcie ze ścianą. Balon nie jest jednak przyklejony do ściany. Jeśli zostanie lekko przesunięty, nienaładowany balon nie będzie przyciągany do ściany i w rezultacie pozostanie w miejscu, w którym został umieszczony. Gdy balon zostanie naładowany, zaczyna być przyciągany i odpychany elektrycznie, a jego położenie jest określane przez wypadkową działających na niego sił.
• Ściana zachowuje się jak dielektryk.

Sugestie dotyczące wykorzystania

Wskazówki dotyczące wszystkich symulacji zawarte są w informacjach ogólnych.

Więcej porad dotyczących korzystania z symulacji z uczniami można znaleźć na stronach PhET w sekcji Wskazówki dotyczące korzystania z PhET.

Prezentacja wykładowa

• Poproś uczniów, aby potarli balon o sweter i przedstawili, co ich zdaniem dzieje się z ładunkami. Porównaj z symulacją.

Przykładowe polecenia

• Przewiduj, co się stanie, gdy naładowany balon zbliży się do obojętnej ściany. Zrób rysunek.
• Po potarciu balonu o sweter, jaki jest ładunek balonu w porównaniu z ładunkiem swetra? Co dzieje się z ładunkami dodatnimi? Co dzieje się z ładunkami ujemnymi? Wykonaj rysunek.
• Usuń ścianę i użyj dwóch balonów, aby zbadać przyciąganie i odpychanie. W jaki sposób symbole +/- pomagają Ci zdecydować, czy coś przyciąga, czy odpycha?
• Wyjaśnij, dlaczego balon może być silnie lub słabo przyciągany do swetra.

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Balony i pole elektrostatyczne tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).