Bijlage 7 Doorlopende leerlijnen

Voorbeelden van doorlopende leerlijnen

- mind map op papier en digitaal

- ordenen live, op papier, met steekkaarten, digitaal

- werking computer, tweetallig stelsel, programmeren met steekkaarten, met
eigenwijskaarten, toepassing in speeldoosje en draaiorgel

- experimenten live, op film/foto, met beschrijving/tekening

In onderstaande module-fragmenten doorlopende leerlijnen wat betreft:

- natuur- en scheikunde(-onderwerpen) naar techniek(toepassingen)

- (introductie van) (soorten) modellen waaronder een bolletjesmodel

- toepassing van geleidend vermogen (geleidbaarheidsmeter, druksensor,
koolmicrofoon)

- handmatig meten en (introductie van) meten met de computer

Uit Module 4 Practicum 3

3.3 Om te onderzoeken of de poeders en korrels uit de flesjes 1, 2, 4, 7, 8, 9, 11, 12 en 22 geleiders zijn gebruiken we niet de flesjes maar petrischalen.

Vraag een petrischaal met ijzerpoeder (uit flesje 1) en een petrischaal met suikerpoeder (uit flesje 2).

a. Maak een doorsnedetekening van een petrischaal.

Onderzoek het geleidend vermogen van de poeders in de

petrischalen. Werk voorzichtig en ruim eventueel gemorst poeder meteen op.

b. Brandt het lampje met ijzerpoeder?

c. Brandt het lampje met suikerpoeder?

Het principe is eenvoudig: twee uiteinden van snoertjes, poeder ertussen en onderzoeken maar. Maar de praktijk is lastiger, dat heb je waarschijnlijk wel gemerkt. In de volgende opdracht staat een technische aanpassing beschreven waarmee het meten van geleidend vermogen van poeders makkelijker is.

3.4 Even wat techniek.

Als je het ijzerpoeder in een petrischaal onderzoekt kun je niet zo goed zien of er wel of niet ijzerpoeder tussen de uiteinden van de snoertjes zit.

Dat kun je wel zien als je op de volgende manier een poedergeleidbaarheidstester maakt.

Overleg met je begeleider of je zelf zo’n tester maakt of dat je de tester gebruikt die je begeleider gemaakt heeft.

a. Maken jullie zelf zo’n tester of gebruik je de tester die je begeleider gemaakt heeft?

Steek het uiteinde van een
snoertje in een stukje plastic
slang (zoals uit flesje 6).

Doe met een spateltje
een portie ijzerpoeder
in het stukje slang.

Duw dan het uiteinde van een
ander snoertje in het stukje slang.

Neem deze ijzerpoedergeleidbaarheidstester op in een schakeling zoals hieronder getekend.

Druk het ijzerpoeder in het slangetje eerst zachtjes samen en daarna steeds harder totdat het lampje brandt.

b. Bedenk hoe het kan dat het lampje niet brandt als je het ijzerpoeder zacht aandrukt en wel als je het hard aandrukt.

Wij hebben voor jullie al slangetjes gevuld met de poeders en

korrels uit de andere flesjes.

Onderzoek voor elk van de poeders en korrels of het lampje brandt.

c. Noteer je waarnemingen (niet in dit boekje) zoals in een tabel hieronder.

flesje nummer	lampje brandt wel bij stevig aandrukken	lampje brandt niet bij stevig aandrukken
1	x
2
4
7
8
9
11
12
22

In deze opdracht heb je een stukje slang van kleurloos doorzichtig plastic gebruikt als hulpmiddel bij het meten van het geleidend vermogen van korrels en poeders.

d. Leg uit dat het in dit geval van belang is dat je al uitgevonden had dat het stukje slang zelf geen geleider is.

e. Leg uit dat het in dit geval handig is dat het stukje slang van doorzichtig plastic is gemaakt.

Uit Module 6 Practicum 6

6.5 In de vorige opdracht heb je een manometer gebruikt.

a. Zijn jullie geïnteresseerd in de werking van zo’n meter of ben je al tevreden als je ermee kunt weken?

Overleg met je begeleider of jullie de werking van drukmeters nader gaan bestuderen.

Als je dat wel doet ga je verder met deze opdracht.

Als je dat (nu) niet doet kun je meteen verder met
opdracht 6.7.

Hoe een manometer werkt kun je begrijpen door te vergelijken met een kermisfluitje. Zo’n kermisfluitje kun je zien als een model van een manometer. Aan de hand van dit model kun je te weten komen hoe de manometer werkt.

Bekijk het “binnenwerk” van een manometer en een kermisfluitje.

b. Welke overeenkomst(en) zie je tussen het binnenwerk van de manometer en het kermisfluitje?

Verhoog de druk van de lucht in de manometer en in het kermisfluitje. Dat kan met een injectiespuit zonder naald maar gewoon blazen kan ook.

c. Leg uit hoe de manometer “werkt”.

Als een schaalverdeling is aangebracht kun je de druk méten.

Bij een kermisfluitje verandert overigens, net als in een ballon, niet alleen de druk maar ook het volume.

d. Heb je gezien dat bij het kermisfluitje het volume (ook) verandert?

e. Hoe is er bij de manometer voor gezorgd dat het volume van de lucht in de meter niet of nauwelijks kan veranderen?

In de manometer wordt een heen-en-weer-beweging omgezet in een draaiende beweging van de wijzer.

f. Leg uit of teken hoe dat in de manometer gebeurt.

g. Noem nog eens een voorbeeld van een heen-en-weer-beweging die wordt omgezet in een draaiende beweging?

Bij het vak natuurkunde leer je meer over dit soort en andere zogenaamde overbrengingen.

In de volgende opdracht wordt (een model van) een drukmeter gepresenteerd die een elektrisch signaal afgeeft.

h. Ken je nog meer voorbeelden van meters die elektrische signalen afgeven?

Overleg met je begeleider of jullie dat stukje techniek ook gaan bestuderen.

i . Gaan jullie de technische opdracht 6.6 uitvoeren of ga je meteen verder met opdracht 6.7?

6.6

1 2 3

Vraag aan je begeleider een doorzichtig stukje slang dat aan

één kant is afgesloten met een stroomsnoertje.

Vul met een spateltje boven een petrischaal het stukje slang

met ijzerpoeder en sluit het stukje slang dan af met een tweede stroomsnoertje.

Maak een serieschakeling waarin je opneemt: een spanningsbron (bijvoorbeeld een paar batterijen), een lampje en het stukje slang met ijzerpoeder.

Druk (!) het ijzerpoeder eerst zachtjes en dan steeds harder op elkaar.

a. Wat merk je op?

b. Welke technische aanpassingen zou je zoal moeten doen om er een drukméter van te maken?

Stel je eens voor dat je die technische aanpassingen hebt aangebracht en dat je er dus een drukmeter van hebt gemaakt.

c. Leg dan uit hoe die meter werkt.

Het elektrisch signaal kan in plaats van aan het lampje ook aan een computer worden afgegeven. Als je dat technisch allemaal netjes regelt heb je een druksensor gemaakt.

Vraag of er bij jullie op school zo’n druksensor beschikbaar is en ook of je er mee mag meten, bijvoorbeeld de druk van de lucht in een injectiespuit.

d. Mag het?

Uit Module 7 (= ns-module 5) Practicum 3

3.7 In de vorige opdracht heb je gezien en gehoord hoe je met een toongenerator geluid kunt genereren.

Hoe lucht geluid doorgeeft kun je ook afleiden uit de proef met de toongenerator die een vel in trilling brengt: het vel trilt, de lucht bij het trillende vel beweegt ook even op en neer, de lucht wat verderop beweegt ook even op en neer, de vlam beweegt ook even op en neer.

Bij vraag 3.4b hebben jullie opgeschreven hoe een touw geluid kan doorgeven zonder van plaats te veranderen.

a. Lijkt jullie beschrijving van de geluidsoverdracht door touw (een beetje) op bovenstaande beschrijving van de geluids-overdracht door lucht?

b. Leg uit dat de blikjestelefoon niet (zo goed) werkt als iemand het strak gespannen touw vasthoudt.

Om te kunnen snappen dat touw geluid doorgeeft wordt een stuk strak gespannen touw wel eens voorgesteld met allemaal verende bolletjes die tegen elkaar liggen.

Als het eerste bolletje aan het trillen wordt gebracht, wordt de trilling naar het tweede bolletje overgebracht enz.

c. Is zo’n model met bolletjes ook geschikt om te kunnen snappen dat lucht een medium voor geluid is?
Als je denkt van niet, leg dan uit waarom niet.
Als je denkt van wel, teken dan hoe een portie lucht er met zo’n bolletjesmodel uitziet. Schrijf erbij waarom jullie het model juist zo getekend hebben.

Uit Module 7 (= ns-module 5) Practicum 4

4.6 In de opdrachten 4.4 en 4.5 is het trillingspatroon van een stemvork zichtbaar gemaakt op papier.

Maar dat kan ook (en handiger) op een beeldscherm.
Via een geluidsensor (= microfoon) wordt dan geluid eerst omgezet in elektrische informatie. Die elektrische informatie wordt via een draad doorgegeven, bijvoorbeeld aan een beeldscherm (: beeld) of aan een luidspreker (: geluid).

Overleg met je begeleider of
- jullie de omzetting van geluid in elektrische informatie
nader gaan bestuderen à 4.7

- aannemen dat geluid omgezet kan worden in elektrische
informatie

- de omzetting van elektrische informatie in geluid nader
gaan bestuderen à 4.8

- aannemen dat elektrische informatie kan worden omgezet
in geluid

- jullie de omzetting van elektrische informatie in beeld
nader gaan bestuderen à 4.9

- aannemen dat elektrische informatie kan worden omgezet
in beeld à 4.10.

a. Wat is het resultaat van het overleg?

4.7 Omzetting van geluid in elektrische informatie

Als geluid in je oor terecht komt wordt het trommelvlies in trilling gebracht.

Door geluid kunnen ook andere voorwerpen in trilling worden

gebracht. In deze opdracht zie je hoe zo’n trilling kan worden omgezet in een elektrisch signaal.

In een koolmicrofoon wordt een vlies (= membraan) in trilling gebracht: de lucht drukt afwisselend hard en zacht tegen het vlies. De koolstofkorreltjes in de microfoon worden daardoor afwisselend meer of minder samengeperst.

Kun je bij jullie op school zo’n (opengewerkte?) koolmicrofoon bekijken?

Vraag aan je begeleider een model van zo’n koolmicrofoon.

Het model bestaat uit een stukje slang waarin koolstofpoeder kan worden samengeperst.

Neem het model op in een elektrische schakeling zoals hieronder getekend.

Druk het koolstofpoeder in het slangetje eerst zachtjes samen en daarna steeds harder totdat het lampje brandt.

a. Leg uit hoe het kan dat het lampje niet brandt als je het koolstofpoeder zacht aandrukt en wel als je het hard aandrukt.

b. Zie je dat drukverschil wordt omgezet in een elektrisch signaal?

De drukverschillen die je zelf veroorzaakte door het koolstofpoeder in het slangetje hard en zacht samen te persen, zijn veel groter dan de drukverschillen ten gevolge van luchttrillingen.

Aan het model kun je alleen zien dát drukverschillen kunnen worden omgezet in een elektrisch signaal. Het is een kwestie van techniek om dat ook met kleine drukverschillen te realiseren.

c. Vind jij het interessant om die techniek ook precies te bestuderen of vind je het voldoende om het principe van de omzetting te kennen?

In deze module ben je al twee typen modellen tegengekomen.

Het eerste type zou je kunnen omschrijven als de visualisering van een concept. Een voorbeeld van dit type is het bolletjes-model waarmee je kunt begrijpen hoe geluidsoverdracht in een touw werkt.

Het tweede type is een vereenvoudigde weergave van de werkelijkheid. Een voorbeeld van dit type is het model waaraan je kunt zien hoe een oor werkt.

d. Op welk type model lijkt het stukje slang met koolstofpoeder het meest: op het bolletjesmodel of het oormodel? Licht je antwoord toe door overeenkomsten en verschillen te noemen.

Uit Module 7 (= ns-module 5) Practicum 6

6.5 In de vorige opdracht heb je opgemerkt dat de snelheid van geluid in vloeistoffen (zoals water) groter is dan in gassen (zoals lucht) en in vaste materialen (zoals ijzer) nog weer veel groter.

a. Probeer eens te bedenken hoe dat kan, dat geluid zich in vaste materialen veel sneller voorplant dan in vloeistoffen en gassen.
Besteed aan deze vraag maximaal drie minuten.

Om te kunnen snappen hoe een touw geluid doorgeeft is een strak gespannen touw in practicum 3 voorgesteld met een model van verende bolletjes die allemaal tegen elkaar liggen:

b. Leg met dit model uit dat het even duurt voordat een trilling zich van het ene eind van het touw naar het andere verplaatst heeft.

Een portie gas wordt met dit bolletjesmodel wel eens zo voorgesteld:

c. Leg met dit model uit dat geluid zich in een portie gas langzamer voortplant dan in een strak gespannen touw.

d. Teken zelf een model van een portie vloeistof zodat je daarmee kunt snappen dat de voorplantingssnelheid van geluid in vloeistoffen groter is dan in gassen maar kleiner dan in vaste materialen.

Uit Module 8 Practicum 3

3.9 In dit practicum heb je gemerkt dat verschillende gasvormige stoffen een verschillend litergewicht hebben.

Zo vind je met de plastic-zakje-methode voor koolzuurgas als litergewicht 0,50 gram (per liter) en voor butagas 1,1 gram (per liter).

b. Bereken hoeveel keer meer 1 liter butagas zwaarder is dan een liter koolzuurgas.

Om die verschillende litergewichten (en ook andere eigenschappen) te verklaren stellen natuurwetenschappers gassen soms voor met bolletjes, die ze moleculen noemen.

Hieronder zie je hoe een portie gas met dat bolletjesmodel getekend kan worden.

c. Denk je dat je bolletjes ziet als je een portie gas door een microscoop bekijkt? Licht je antwoord toe.

Je kunt met dit bolletjesmodel (ook wel deeltjesmodel of molecuulmodel genoemd) het verschil in litergewicht op verschillende manieren verklaren.

Manier 1: in een liter koolzuurgas en in een liter butagas zitten evenveel bolletjes maar die bolletjes zijn niet even zwaar.

d. Hoeveel keer zwaarder zouden de butagasbolletjes zwaarder moeten zijn dan de koolzuurgasbolletjes om het verschil in litergewicht te kunnen verklaren?

Manier 2: de koolzuurgasbolletjes en de butagasbolletjes zijn even zwaar maar het aantal verschilt per liter.

e. Hoeveel bolletjes moet je dan in een liter butagas tekenen als er in een liter koolzuurgas 100 getekend zijn?

Manier 3: de butagasbolletjes zijn 1,1 keer zo zwaar als de koolzuurgasbolletjes.

f. Leg uit hoe je dan toch het verschil in litergewicht kunt verklaren.

g. Snap je dat er nog meer manieren te bedenken zijn om het verschil in litergewicht met dit bolletjesmodel te verklaren?

h. Welke van de drie hierboven beschreven manieren vind jij het minst geschikt om het verschil in litergewicht mee te verklaren? Licht je antwoord toe.

i. Welke van de drie hierboven beschreven manieren vind jij het meest geschikt om het verschil in litergewicht mee te verklaren? Licht je antwoord toe.

Uit Module 8 Practicum 4

4.4 Omdat je weet dat 1 cm³ hetzelfde is als 1 mL kun je ook berekenen hoeveel 1 liter koper weegt.

a. Bereken het litergewicht van koper.

Controleer je antwoord op a in de tabel op bladzijde 4-4w. Daarin staat voor de gassen (en voor koper) een litergewicht vermeld en voor de vaste stoffen en vloeistoffen een cm³-gewicht.

b. Geef de namen van de vloeistoffen die in de tabel vermeld staan.

c. Bereken op basis van de in de tabel vermelde dichtheid voor de vaste stoffen en vloeistoffen uit de tabel een litergewicht en vul dat (niet in dit boekje) in zo’n tabel in.

d. Bereken op basis van het in de tabel vermelde litergewicht voor de gassen uit de tabel een dichtheid en vul die (niet in dit boekje) in zo’n tabel in.

	litergewicht in lucht (gram)	dichtheid in lucht (gram per cm^3)
aluminium		2,7
butagas	1,10
eikenhout		0,8
ether		0,71
freon	3,65
gips		2,3
glas		2,7
glycerol		1,3
koolzuurgas	0,50
koper		9,0
kwik		13,6
kurk		0,3
messing		8,5
ozon	0,65
perspex		1,2
pvc		1,3
spiritus		0,85
suiker		1,6
water		1,0
ijs		0,9
ijzer		7,9
zwaveldioxide	1,35

Zie je dat met litergewicht en dichtheid hetzelfde bedoeld wordt: het gewicht per volume-eenheid? Bij litergewicht is de eenheid gram per liter en bij dichtheid gram per cm³.

e. Waarom zou bij vloeistoffen en vaste stoffen de dichtheid meestal worden uitgedrukt in g/cm³ en bij gassen meestal
in g/L?

Ter verklaring van het grote verschil in gewicht per volume-eenheid wordt wel het hieronder getekende bolletjesmodel voor gassen en vaste stoffen gebruikt: bij gassen zitten de bolletjes ver van elkaar en bij vaste stoffen zitten die bolletjes netjes dicht bij elkaar.

f. Waar zou het bolletjesmodel van een vloeistof het meest op lijken: op dat van een gas of op dat van een vaste stof?
Licht je keuze toe.

Van gassen weet je dat ze zich over de hele beschikbare ruimte verspreiden. Vaste stoffen blijven netjes op hun plaats.

g. Kun je dit verschil tussen vaste stoffen en gassen met de hierboven getekende bolletjesmodellen verklaren? Licht je antwoord toe.

Natuurwetenschappers noemen de bolletjes in bovenstaand model moleculen.

h. Had jij het woord molecuul al eerder gehoord? In welk verband?

Uit Module 8 Practicum 6

6.5 In het vorige practicum heb je gezien hoe natuurweten-schappers verschillen tussen stoffen in vaste vorm, vloeibare vorm en vaste stof vorm verklaren met een bolletjesmodel.

a. Hoe worden die bolletjes genoemd?

Ook andere fysische en chemische verschijnselen worden dikwijls met deeltjes verklaard. Zo heeft de Engelsman Higgs een deeltje bedacht waarmee verklaard kan worden dat alles massa heeft.

b. Had jij al eens van dat zogenaamde Higgs-deeltje gehoord?

Het is al lastig om in vaktaal uit te leggen wat het Higgs-deeltje “is” en in htk-taal lukt dat al helemaal niet. Daarom proberen fysici het verduidelijken met metaforen.

c. Wat is een metafoor?

Lees in een gedeelte uit een artikel uit NRC-Handelsblad van 22 september 2012 de metaforen die fysici gebruiken om het Higgs-deeltje “uit te leggen”.

d. Welke van de in het artikel vetgedrukte metaforen vind je het minst moeilijk om te begrijpen?

Om sommige eigenschappen van licht te verklaren wordt een model gebruikt met deeltjes die fotonen genoemd worden. Fotonen hebben (vrijwel) geen massa en geen lading.

Om elektrische stroom in een draad te beschrijven gebruiken natuurwetenschappers elektronen. Dat zijn deeltjes met een verwaarloosbare massa en met een negatieve lading van 1,6.10^-19 C.

e. Bereken hoeveel elektronen je je moet voorstellen bij een hoeveelheid negatieve lading van 1 C.
Overleg met je begeleider als je niet weet wat 10^-19 betekent

en/of als je niet weet hoe je dat op je rekenmachine moet intypen.