Как да направим самолет невидим за радарите?
Цели по предметно знание:
Учениците:
- дефинират понятията: топлинна енергия, топлинно излъчване, вътрешна енергия, абсолютно черно тяло, светлинни кванти, вълнови свойства, корпускулярни свойства,фотони;
- обясняват Закона на Вин;
- анализират теорията на Планк;
- изчисляват енергията на фотона по формулата E = hc/λ;
- правят връзка между температура, дължина на вълната и енергия.
Необходими материали
- Малък RGB модул с вграден контролер и USB захранване (Като алтернатива могат да се използват резистори, проводници, лустер клеми, RGB LED модул и USB захранване, с които да се изгради електрическа верига);
- Резистори;
- Проводници;
- USB захранване;
- Картонена кутия;
- Дифузер (матово парче фолио);
- Черна хартия;
- Ножица;
- Лепило;
- Телефони с приложения за измерване на цвят/спектър;
- Работен лист за изследване на квантовите свойства на светлината;
- Задание за домашна работа “Приложение на квантовите свойства на светлината”;
- Задание за домашна работа “Спектър на абсолютно черно тяло”;
- Изработен прототип на абсолютно черно тяло с RGB LED модул;
- Технологична карта “Изработка на LED черно тяло”.
В началото на часа направете кратка дискусия върху въпросите от домашната работа. Обсъдете до каква температура трябва да се нагрее абсолютно черно тяло, за да промени цвета си в конкретен нюанс. Разгледайте следните казуси:
- Излъчва ли електромагнитни вълни човешкото тяло?
- Какъв вид са тези вълни?
- По какво се различават от вълните, които телата ни отразяват?
Инструкции
“В началото на днешния час ще разгледаме изводите, които сте направили за връзката между температурата на телата и дължината на вълните, които те излъчват. ”
Обобщение
“Установихме, че промяната в цвета на нагрято абсолютно черно тяло се дължи на промяната в дължините на вълните, които то излъчва.”
Важно
- Насърчете учениците да се изслушват и да проявяват уважение към мнението на другите.
Учениците изработват прототип на абсолютно черно тяло и монтират в него RGB LED модул. С така направената опитна установка работните групи изследват аналогия на промяната в излъчването при нагряване на абсолютно черно тяло, като използват безопасен LED модел. При реално нагряване максимумът на излъчването се измества към късите вълни. При аналогичния опитен модел учениците ще предизвикат същия визуален ефект чрез смесване на пикови емисии.
Инструкции
“За следващите дейности ще ви разделя в малки групи. Всеки екип трябва да създаде прототип на абсолютно черно тяло, в което ще монтира LED източник на светлина. Следвайте стъпките в технологичните карти, които ви раздадох и спазвайте правилата за безопасност при работа с режещи инструменти и електрически вериги.”
Обобщение
“С помощта на тази дейност създадохме условия за измерване на топлинно излъчване от абсолютно черно тяло. Те са аналогични на тези от дигиталната симулация, но са безопасни, тъй като в нашата установка визуалният ефект няма да бъде предизвикан от нагряване на тялото, а от наслагване на пикови емисии.”
Важно
- Преди началото на часа подгответе необходимите материали за всяка група;
- Разделете класа в пет групи, като внимавате те да имат равни шансове за изпълнение на задачата;
- Следете работата на учениците и им помагайте, ако срещат затруднения.
Учениците измерват с мобилните си телефони каква е дължината на вълната при включване на трите цвята поотделно и при комбиниране на два или три цвята. Всяко измерване се прави в три повторения, след което се изчислява средната дължина на вълната в nm и се преизчислява в m. Получените резултати се използват за пресмятане на енергията на фотоните за всяка дължина на вълна. Накрая, по Закона на Вин, се определя каква би била температурата на тялото, ако измерените дължини на вълните бяха максимуми на излъчване от абсолютно черно тяло.
Инструкции
“Сега всеки екип трябва да провери каква е дължината на вълната при включване на трите цвята поотделно и при комбиниране на два или три цвята. Направете по 3 повторения за всяко измерване и запишете резултатите в работните листове. За всяка дължина на вълната определете енергията на фотоните и температурата на абсолютно черно тяло, при която биха били излъчени.”
Обобщение
“Тази дейност ни помогна да изследваме топлинното излъчване в безопасна среда. Проследихме как се изменя ефективната температура при различни дължини на вълните и така установихме при каква температура абсолютно черно тяло би излъчвало вълни с такива дължини. В следващия час ще съпоставим получените резултати от експеримента с данните от дигиталната симулация.”
Важно
- Следете работата на гимназистите и им помагайте, ако срещат затруднения.
За домашна работа възложете на учениците да изследват по какъв начин направените наблюдения могат да бъдат използвани за практически и производствени цели.
Инструкции
“За домашна работа трябва да проучите по какъв начин изследваните процеси и явления могат да бъдат използвани в ежедневни или производствени цели.”
Обобщение
“Тази задача ще ви помогне да се подготвите за следващия етап от проекта, когато ще влезете в ролята на предприемачи, предлагащи на пазара нов продукт.”
Важно
- Насърчете учениците да използват достоверни източници на информация.
