INDHOLD. 1 Verdens-billeder 10

Transkript

1 INDHOLD Forord 7 1 Verdens-billeder 10 Myter eller naturvidenskab 11 Observationer 12 Modeller 20 Keplers model Teori og praksis 36 Solen 37 Mælkevejen verdensbilledet fra 1609 til Det moderne verdensbillede 39 Øvelser 50 Opgaver 52 Diskusioner 54 Projekter og tværfaglighed 58 2 Stof 60 Forstå det makroskopiske ud fra det mikroskopiske 61 Molekyler og atomer 71 Atomkerner 83 Øvelser 90 Opgaver 92 Diskussioner 94 Projekter 97 3 Energi 98 Egenskaber ved energi 99 Kinetisk og potentiel energi 102 Termisk energi 105 Formlen for termisk energi 111 Energi fra Solen 114 Øvelser 118 Opgaver 120 Diskussioner 122 Projekter og tværfaglighed 126 INDHOLD _spektrum fysik C_kp0 5 8/5/05 8:43:48

2 4 Lyd og lys 130 Bølgers egenskaber 131 Hvordan opstår bølger? 133 Lys 136 Lyd 145 Øvelser 150 Opgaver 154 Diskussioner 156 Projekter og tværfaglighed 160 Appendix: Sinus fra gitterformlen 162 Stikord FYSIK C 49639_spektrum fysik C_kp0 6 8/5/05 8:43:48

3 FORORD Spektrum-Fysik C dækker kernepensum i faget fysik C, således at den naturvidenskabelige metode går hånd i hånd med den elementære indføring i fysik. Bogen tager den udfordring op, at fysik er et obligatorisk fag for alle. Vi søger at fremstille fysikken som et spændende fag, der giver svar på en lang række grundlæggende problemstillinger, mere end det er et redskab for den lille ingeniør, der blot skal kende formlen for vands varmefylde. Ved at formulere problemstillingerne som konkrete spørgsmål, håber vi, at argumenter og pointer står tydeligere for læseren. Bogen er tænkt til alle, der starter på fysik C i gymnasiet uanset valget af studieretning. Der er naturligvis stor forskel på hold, der skal afslutte fysik med C-niveau og hold, der skal afslutte fysik på A-niveau. For at lærer og elever i samarbejde kan tilrettelægge en undervisning, som både er spændende, og som udfordrer nysgerrigheden og samtidig tager hensyn til faglige forudsætninger, har vi valgt at indlægge en høj progression i bogens fire kapitler. Kapitlerne har et lavt indgangsniveau og slutter på et forholdsvist højt niveau. Er der således enkelte afsnit i slutningen af et kapitel, som er for svære for holdet, kan de med fordel springes over. På hjemmesiden findes adresser og artikler, der kan bruges af enten hele holdet eller af grupper af elever, som laver tværfaglige forløb eller små projekter. Der vil man også finde artikler, som tilgodeser de specielt matematisk stærke hold. Bogens fire kapitler er: Verdensbilleder, der søger at give et rids af menneskets ideer om verden de sidste år. Det vil mere præcist sige fra afslutningen af den sidste istid til den nuværende opfattelse af Universet. Centralt i kapitlet står de græske naturfilosoffers tanker, der for ca år siden startede den naturvidenskabelige tænkning, som i renæssancen blev til den fysik og naturvidenskab, vi kender i dag. Kapitlet afsluttes med de helt aktuelle forestillinger, man har om Universet. FORORD _spektrum fysik C_kp0 7 8/5/05 8:43:49

4 Stoffer, der søger at give et overblik dels over stoffets fordeling, og dels hvordan det opfører sig. Kapitlet starter med en kalejdoskopisk billedserie fra de yderste galakser i den ene ende til atomkernernes inderste dele i den anden. Her eksemplificeres genstandsområder for fagene biologi, fysik, geografi og kemi. Mod sædvane har vi valgt at give en fremstilling af den moderne opfattelse af atomer og molekyler efter 1930, dvs.med orbitaler og elektrontætheder. Fremstillingen er uden formler og kan opfattes som en billedfortælling om, hvordan stof er sammensat af molekyler, der igen er sammensat af atomer som legoklodser i flere niveauer. Kapitlet afsluttes med en kort introduktion til atomkernerne. Energi er det første kapitel, hvor formler, grafer, tabeller og andre repræsentationer af data indføres. Vi har ladet os inspirere af HOT fysik, hvor man gør meget ud af at kunne overskue variabler i en formel. Det gøres dels gennem variabelkontrol, hvor man ser på en variabel ad gangen, og dels gennem udstrakt brug af grafer. Kapitlet søger at give et overblik over, hvad energi er, hvorfor energibegrebet er relevant, og endelig hvordan vi skal forstå energistrømmene på den store skala. Det vil sige Solens energistrøm til Jorden og dens betydning for vejr og klima, men også som forudsætning for livet på Jorden. Dermed træder overvejelser om brændselstyper i kraftværkerne eller i fyret noget i baggrunden. Bølger er det sidste emne, der indgår som kernepensum på fysik C. Kapitlet indledes med generelle overvejelser om bølger og er delt op i et afsnit om lys og et afsnit om lyd med særlig vægt på sanserne, bl.a. vores opfattelse af farver. De enkelte kapitler afsluttes med øvelser, opgaver og diskussioner samt projekter og tværfaglighed. Øvelser er åbne problemfelter, der er velegnet til gruppearbejde i timerne. Opgaver er lidt sværere end øvelser og velegnet til hjemmearbejde. Diskussioner er inspireret af Galileis Diskussioner mellem to store verdenssystemer. Formålet med diskussionerne er både at provokere til spørgsmål og debat om begreber, at komme en række hyppige uklarheder og hverdagsforestillinger i forkøbet, samt at opøve elevens evne til at se nuancerne i den konkrete situation. Diskussioner er et vigtigt redskab til at lære et emne. Først når man bruger 8 FYSIK C 49639_spektrum fysik C_kp0 8 8/5/05 8:43:49

5 de nye begreber som en aktiv del af sit eget sprog, kan emnet betragtes som indlært. Projekter og tværfaglighed er en samling forslag til det arbejde, der ligger ud over kernepensum i samarbejde med de øvrige fag. Her tænkes på samarbejdet dels med Det Naturvidenskabelige Grundforløb, hvis fysik C er placeret i grundforløbet, og dels med Almen Studieforberedelse. Det er op til brugerne af bogen, om man vil tilrettelægge samarbejdet som tematisk parallelle forløb, hvor to eller flere fag underviser mere eller mindre traditionelt i samme tema, eller om man vil tilrettelægge arbejdet tværfagligt projektorienteret, hvor elever enkeltvis eller i grupper arbejder selvstændigt ud fra en problemformulering Eksperimenter indgår siden Galilei centralt i al fysik, og således også i fysik C. Vi har valgt ikke at medtage øvelsesvejledninger i bogen af flere grunde: Dels findes sådanne allerede vidt udbredt, og dels skal en vejledning altid tilpasses den enkelte lærer og skolens apparatur. Endvidere er det at udtænke eksperimentet ofte en væsentlig del af det eksperimentelle arbejde specielt ved mindre eksperimentelle projekter. Endelig mener vi, at eksperimenter indlagt i bogens tekst ville fastlåse undervisningen for meget. Det foreslås, at eksperimenterne får høj prioritet, og at de tilrettelægges som en naturlig del af undervisningsforløbene. Bogens to sidste kapitler er mest velegnet dertil. Forfatterne retter en varm tak til 1c 04 og 1x 04 på Langkær Gymnasium & HF for afprøvning af dele af materialet. Endvidere tak til: Erik Strandgaard Andersen, Keld Bak, Johan Fynbo, Jens Holbech, Stinne Høst, Claus Jensen, Jan Oxholm Jensen, Aage Jørgensen, Hans Keldsen, Jørgen Kjems, Lena Kjems, Helge Kragh, René Trolle Linderoth, Jes Madsen, Henry Nielsen, Jeppe Olesen, Christian Schmidt, Birgite Schönheinz og Poul Thomsen for sparring og inspiration. En særlig tak til bogens redaktører, som har bidraget med megen konstruktiv kritik. Marie-Louise Ebert Lauritsen, Jens Peter Touborg, Erik Both, Søren Lundberg, Jesper Frænde og Stine Kock. Søren Halse og Niels Henrik Würtz 2005 FORORD _spektrum fysik C_kp0 9 8/5/05 8:43:49