Gęstość

Zagadnienia

• Gęstość
• Masa
• Objętość
• Prawo Archimedesa

Opis

Analizuj bloki z różnych materiałów; modyfikuj ich masę i objętość, aby zbadać wpływ na gęstość. Odkryj warunki tonięcia lub pływania ciał w wodzie.

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 (López i Rouinfar, maj 2023)

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

Poziom

Szkoła podstawowa, szkoła średnia

Przykładowe cele nauczania

• Opisz, w jaki sposób pojęcie gęstości odnosi się do masy i objętości obiektu.
• Wyjaśnij, w jaki sposób przedmioty o podobnej masie mogą mieć różną objętość, a przedmioty o podobnej objętości mogą mieć różną masę.
• Wyjaśnij, dlaczego zmiana masy lub objętości obiektu nie wpływa na jego gęstość (tzn. zrozum gęstość jako wielkość intensywną).
• Zmierz objętość obiektu, obserwując ilość płynu, który wypiera.
• Zidentyfikuj nieznany materiał, obliczając jego gęstość i porównując go z tabelą znanych gęstości.

Przykładowe materiały teoretyczne

• Rola gęstości substancji i ich mieszanin w życiu codziennym (ZPE)
• Wyznaczanie gęstości materii (ZPE)
• Mniejsze nie zawsze jest lżejsze (ZPE)
• Gęstość (Wikipedia)

Sterowanie symulacją

Ekran Wstęp (link bezpośredni)

Interakcja z blokami z różnych materiałów, w tym z opcją dostosowaną indywidualnie. Modyfikuj ich masę i objętość, aby zbadać wpływ na gęstość i odkryć warunki tonięcia lub pływania w wodzie.

Ekran Porównaj (link bezpośredni)

Porównaj podobieństwa i różnice czterech bloków o tej samej masie, objętości lub gęstości.

Ekran Wyznacz (link bezpośredni)

Zabaw się w detektywa, aby określić materiał każdego bloku, porównując jego gęstość z wartościami w tabeli.

Złożone sterowanie

• Na ekranie Wstęp zmiana masy danej substancji (takiej jak cegła) spowoduje zmianę jej objętości w celu utrzymania stałej gęstości i odwrotnie. Aby niezależnie ustalić masę i objętość, użyj opcji regulowane.
• Nagłe zmiany proporcji symulacji mogą spowodować przesunięcie bloków. W ekstremalnych sytuacjach bloki mogą zostać utracone poza ekranem, ale można je przywrócić za pomocą przycisku Resetuj wszystko.

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 symulacji Gęstość chcesz uwzględnić tylko pierwszy i drugi ekran (screens=1,2), z domyślnie otwartym drugim ekranem (initialScreen=2), użyj: https://www.edukator.pl/simulations/density_all.html?screens=1,2&initialScreen=2

Aby uruchomić to w języku polskim (locale=pl), adres URL będzie wyglądał następująco: https://www.edukator.pl/simulations/density_all.html?locale=pl&screens=1,2&initialScreen=2

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

Parametr query i opis	Przykładowe linki
volumeUnits - określa jednostki używane do wyrażania objętości, decimetersCubed lub liters (domyślnie). Menu Preferencje zawiera również przycisk do przełączania jednostek.	volumeUnits=decimetersCubed
screens - określa, które ekrany są włączone do symulacji i jaka jest ich kolejność. Każdy ekran powinien być oddzielony przecinkiem. Więcej informacji można znaleźć w Centrum pomocy.	screens=2,1 screens=3
initialScreen - otwiera kartę SIM bezpośrednio na określonym ekranie, z pominięciem ekranu głównego.	initialScreen=1 initialScreen=2
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)
allowLinks - jeśli false, wyłącza linki, które prowadzą uczniów do zewnętrznego adresu URL. Domyślnie jest true.	allowLinks=false
supportsPanAndZoom - gdy false, uniemożliwia przesuwanie i powiększanie symulacji za pomocą pinch-to-zoom lub elementów sterujących zoomem przeglądarki. Domyślnie jest true.	supportsPanAndZoom=false

Menu Preferencje

Po kliknięciu ikony menu Preferencje otworzy się okno, w którym w sekcji Symulacja możemy zaznaczyć żądane opcje:

Gdy adres URL symulacji kończy się na "_all.html", dodatkowo pojawia się sekcja Lokalizacja, w której możemy dokonać wyboru języka:

Ułatwienia dostępu

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):

Spostrzeżenia na temat korzystania z aplikacji przez uczniów

• Uczniom nie trzeba mówić, aby włożyli blok do wody; często jest to ich pierwszy ruch.
• Uczniowie, którzy nie znają jeszcze gęstości wody, mogą ją poznać, bawiąc się symulacją.
• Niektórzy uczniowie zauważają, że gdy obiekty unoszą się na wodzie, wypierają swoją masę, ale gdy obiekty toną, wypierają swoją objętość.
• Uczniowie odkrywają, że gęstość decyduje o tym, czy obiekt tonie, czy unosi się na wodzie.
• Uczniowie są czasami zdezorientowani neutralnie wypornym zachowaniem bloków; później odkrywają, że sytuacja ta dotyczy bloków mających gęstość taką samą jak woda.
• Uczniowie odkrywają, że mogą zmierzyć objętość bloku, umieszczając go w zbiorniku, ale niektórzy mogą nie zdawać sobie sprawy, że blok musi być całkowicie zanurzony w wodzie, aby prawidłowo zmierzyć jego objętość.

Uproszczenia / założenia modelu

• W symulacji jako separator dziesiętny stosowana jest kropka.
• Gęstość wody celowo nie została uwzględniona w odczycie gęstości na ekranie wprowadzającym, ponieważ zauważyliśmy, że prowadzi to do większego zaangażowania uczniów w symulację.
• Materiały oznaczone w odczycie gęstości na ekranie wprowadzającym nie pojawiają się w rozwijanych menu bloków. To pośrednio zachęca uczniów do budowania niestandardowych bloków z tymi oznaczonymi gęstościami.
• Kolor obiektu w jednym trybie nie oznacza takiej samej gęstości w innych trybach. Zostało to zrobione, aby zachęcić uczniów do korzystania z innych cech w celu zrozumienia gęstości.
• Na ekranie Porównaj kolor bloków zmienia się, gdy suwak zmienia masę, objętość lub gęstość. Im ciemniejszy kolor, tym większa wartość. Zostało to zrobione, aby zapewnić wizualne wskazanie, że bloki zmieniły się po przesunięciu suwaka.
• Podczas rozmów z uczniami zaobserwowaliśmy, że uczniowie budują prawidłowe skojarzenia gęstości, masy i objętości za pomocą kombinacji ekranów Wstęp i Porównaj.
• Więcej informacji dotyczących założeń modelu można uzyskać tu (en)

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.

Przykładowe polecenia

• Opisz, w jaki sposób masa i objętość są powiązane z gęstością materiału.
• Wyjaśnij, dlaczego zmiana objętości lub masy materiału nie powoduje zmiany jego gęstości.
• Znajdź sposób na zmierzenie objętości bloku.
• Opisz, dlaczego dwa bloki mogą mieć taką samą masę, ale różną objętość i odwrotnie.
• Użyj narzędzi w symulacji, aby odkryć, jak obliczyć gęstość bloku.
• Znajdź warunek, który określa, czy blok pływa, czy tonie w wodzie.
• Zbuduj blok, który ma taką samą gęstość jak tytan. Czy istnieje tylko jedna prawidłowa odpowiedź na to zadanie?
• Zidentyfikuj nieznane materiały bloków na ekranie Wyznacz, obliczając ich gęstość i porównując je z materiałami w tabeli gęstości.

Zobacz wszystkie opublikowane na stronach PhET aktywności dla Gęstość tutaj (dostęp do materiałów wymaga zalogowania).

Symulacje zbliżone tematycznie