Imię i nazwisko autora:

Aleksandra Fijałkowska

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć: Promieniowanie ciała doskonale czarnego

Promieniowanie ciała doskonale czarnego

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, Rozszerzenie podstawy programowej obu zakresów

Podstawa programowa:

Cele kształcenia - wymagania ogólne
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.
Zakres podstawowy
Treści nauczania - wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
15) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu;
X. Fizyka atomowa. Uczeń:
1) analizuje na wybranych przykładach promieniowanie termiczne ciał i jego zależność od temperatury;
Zakres rozszerzony
Treści nauczania - wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu;
XI. Fizyka atomowa. Uczeń:
1) analizuje na wybranych przykładach promieniowanie termiczne ciał i jego zależność od temperatury;

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenie Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. dowie się, że termiczne źródła światła mogą być opisane modelem ciała doskonale czarnego, którym jest wnęka z niewielkim otworem

2. zauważy, że widmo emisyjne ciała doskonale czarnego przesuwa się w kierunku fal niskich wraz ze wzrostem temperatury, a następnie pozna opisujące tę prawidłowość I Prawo Wiena

3. zauważy, że strumień mocy promieniowania ciała doskonale czarnego rośnie szybciej niż liniowo z temperaturą, a następnie pozna matematyczną postać prawa Stefana‑Boltzmanna

4. stosuje prawo Stefana‑Boltzmanna wyznaczając temperaturę Słońca.

Strategie nauczania:

IBSE (Inquiry‑Based Science Education)

Metody nauczania

wykład informacyjny, burza mózgów

Formy zajęć:

praca zespołowa

Środki dydaktyczne:

projektor i komputer

Materiały pomocnicze:

-

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Wprowadzenie do promieniowania ciała doskonale czarnego godnie ze wstępem: nauczyciel zwraca uwagę uczniów, że rozgrzane obiekty emitują promieniowanie elektromagnetyczne, np. rozgrzane żelazo świeci na czerwono i emituje promieniowanie termiczne, żarówka, czyli rozgrzany pręt wolframowy, świeci światłem białym, ale też emiuje podczerwień, Słońce emituje promieniowanie podczerwone, co czujemy na skórze, światło widzialne, które widzimy oraz ultrafiolet przed którym chronimy się filtrami. Wszystkie te obiekty emitują promieniowanie elektromagnetyczne o charakterystycznym rozkładzie, zależnym od temperatury. Aby opisać to zjawisko, wprowadza się pojęcie ciała doskonale czarnego.

Faza realizacyjna:

1. Uczeń zapoznaje się z symulacją, czyli ogląda rozkłady promieniowania ciała doskonale czarnego dla różnych temperatur.
2. Uczeń sprawdza, jak zmienia się położenie maksimum rozkładu promieniowania ciała doskonale czarnego w zależności od λ dla różnych temperatur T, rysuje wykres λ(T), zastanawia się nad przykładem funkcji, która ma taki przebieg (w razie potrzeby nauczyciel naprowadza uczniów na odpowiedź - hiperbolę).
3. Nauczyciel wprowadza matematyczny zapis funkcji λ(T) - przedstawia I Prawo Wiena.
4. Uczeń wykorzystuje Prawo Wiena dla policzenia maksimum rozkładu promieniowania żarówki i porównuje otrzymany wynik z informacją z symulacji.
5. Uczeń rysuje wykres całkowitego strumienia mocy promieniowania ciała doskonale czarnego (S) od temperatury (T).
6. Uczniowie wspólnie zastanawiają się nad postacią funkcji S(T).
7. Nauczyciel wprowadza prawo Stefana‑Boltzmanna.

Faza podsumowująca:

Nauczyciel wyznacza temperatury Słońca oraz położenia maksimum rozkładu promieniowania Słońca na podstawie stałej słonecznej, promienia Słońca oraz odległości pomiędzy Ziemią i Słońcem zgodnie z tekstem e‑materiału.

Praca domowa:

Nauczyciel zadaje pracę pisemną w postaci zadań 3, 6 i 7 z zestawu ćwiczeń.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium:

Medium zastosowano do pracy na lekcji, może również służyć do powtórzenia materiału w domu.