شناسنامه آزمایش
فصل
زندگی ما و گردش زمین
هدف
بررسی اینکه چگونه زاویه تابش نور بر میزان گرمایش تأثیر می گذارد
فهرست مطالب
درباره آزمایش: اثر زاویه تابش نور بر دما
مخاطبان هدف
- دانش‌آموزان مقطع ابتدایی
دانش‌آموزان دوره اول متوسطه (هفتم، هشتم و نهم – دروس علوم تجربی)
دانش‌آموزان دوره دوم متوسطه (دهم و یازدهم – فیزیک و زمین‌شناسی)
معلمان برای تدریس مؤثر مفاهیم نور، انرژی، هواشناسی و نجوم
دانشجویان رشته‌های آموزش علوم و جغرافیا به عنوان یک فعالیت پایه
نقش این آزمایش در برنامه‌درسی
این آزمایش به طور مستقیم با چندین حوزه از دروس علوم تجربی و فیزیک در ارتباط است:
فیزیک نور و انرژی: نشان می‌دهد که انرژی نورانی چگونه به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود و چگونه زاویه تابش بر چگالی توان تابشی (انرژی در واحد سطح) تأثیر می‌گذارد.
زمین‌شناسی و نجوم: توضیح علمی و ملموسی از علل ایجاد فصول مختلف سال، گرم‌تر بودن مناطق استوایی و سردتر بودن قطب‌ها ارائه می‌دهد.
هواشناسی و اقلیم‌شناسی: به درک الگوهای آب و هوایی کره زمین و تشکیل مناطق مختلف اقلیمی کمک می‌کند.
روش علمی: دانش‌آموزان را با مراحل کامل روش علمی (طرح سؤال، فرضیه‌سازی، کنترل متغیرها، جمع‌آوری داده، تحلیل و نتیجه‌گیری) آشنا می‌سازد
پیشینه علمی
این آزمایش بر پایه اصل چگالی توان تابشی (Radiant Power Density) یا قانون کسینوس لامبرت (Lambert’s Cosine Law) استوار است. بر این اساس، میزان انرژی دریافتی توسط یک سطح، با کسینوس زاویه تابش نور نسبت به خط عمود بر سطح (زاویه عمودی) رابطه مستقیم دارد.
وقتی نور با زاویه ۹۰ درجه (عمود) می‌تابد، انرژی در متمرکزترین حالت ممکن بر سطح می‌افتد. با کاهش زاویه تابش، همان مقدار انرژی در مساحت بزرگتری پخش می‌شود، بنابراین انرژی دریافتی در هر واحد سطح کاهش می‌یابد و افزایش دمای کمتری ایجاد می‌کند. این دقیقاً همان پدیده‌ای است که در مقیاس سیاره‌ای برای کره زمین رخ می‌دهد
ویژگی‌های منحصر به فرد این آزمایش
مدل‌سازی یک پدیده سیاره‌ای: یک مفهوم پیچیده نجومی و اقلیمی را در مقیاسی کوچک و قابل درک شبیه‌سازی می‌کند.
کمی‌سازی یک مفهوم کیفی: یک ایده کیفی (“نور مایل گرمای کمتری دارد”) را به داده‌های عددی و قابل اندازه‌گیری تبدیل می‌کند.
سادگی و در دسترس بودن مواد: نیاز به تجهیزات آزمایشگاهی پیچیده ندارد.
قدرت تبیین‌کنندگی بالا: نتایج آن به طور مستقیم برای توضیح پدیده‌های روزمره و جهانی قابل استفاده است
کاربردهای آموزشی
درک علل تغییر فصول: دانش‌آموزان مستقیماً می‌فهمند که تغییر زاویه تابش خورشید در طول سال چگونه منجر به ایجاد فصول می‌شود، نه فاصله زمین از خورشید.
تقویت مهارت‌های عملی: مهارت‌هایی مانند اندازه‌گیری دقیق زاویه، خواندن دماسنج و ثبت داده‌های منظم را پرورش می‌دهد.
پرورش تفکر علّی: از دانش‌آموزان خواسته می‌شود تا بین یک متغیر (زاویه) و یک نتیجه (دما) رابطه علت و معلولی برقرار کنند.
پل ارتباطی با جغرافیا: پیوندی مستحکم بین مفاهیم فیزیک و جغرافیای طبیعی ایجاد می‌کند
نکات تکمیلی
برای دقت بیشتر، از یک لامپ رشته‌ای استفاده کنید، زیرا نور و گرمای متمرکزتری نسبت به LED دارد.
فاصله چراغ از دماسنج در تمام زوایا باید ثابت نگه داشته شود (متغیر کنترل).
برای هر زاویه، زمان کافی (مثلاً ۲-۳ دقیقه) در نظر بگیرید تا دماسنج به حالت پایدار برسد.
از دانش‌آموزان بخواهید نمودار دما بر حسب زاویه تابش رسم کنند. این نمودار به وضوح رابطه معکوس بین زاویه و دما (در بازه ۰ تا ۹۰ درجه) را نشان خواهد داد.
می‌توانید اثر رنگ را نیز به آزمایش اضافه کنید: آیا یک سطح تیره و یک سطح روشن در یک زاویه ثابت، دمای یکسانی نشان می‌دهند؟
چرا این آزمایش مهم است؟
این آزمایش مهم است زیرا یکی از اساسی‌ترین و کلیدی‌ترین مکانیسم‌های حاکم بر آب و هوای سیاره زمین را آشکار می‌سازد. درک این اصل، پیش‌نیاز فهم مفاهیم پیچیده‌تری مانند تغییرات اقلیمی، گردش عمومی اتمسفر، و انرژی خورشیدی است. این آزمایش به دانش‌آموزان می‌آموزد که پدیده‌های بزرگ و به ظاهر انتزاعی جهانی، ریشه در قوانین ساده و قابل آزمایش فیزیک دارند و آنان را قادر می‌سازد تا جهان را نه بر اساس حدس، بلکه بر پایه درک علمی تحلیل کنند.
فیلم انجام آزمایش
در این بخش می‌توانید مراحل عملی انجام آزمایش را به‌صورت گام‌به‌گام مشاهده کنید:
مدت زمان ویدئو: ( 25 دقیقه)
شرایط محیطی:دمای اتاق 26 درجه سانتی‌گراد
این ویدیو مراحل کامل انجام آزمایش فوق را همراه با توضیحات علمی و نتایج به‌دست‌آمده نمایش می‌دهد. این آزمایش با هدف عنوان شده در آزمایشگاه مجهز و ایمن انجام شده است.
گزارش کار
گزارش کار این آزمایش طبق کار عملی و به صورت کامل و مرحله به مرحله در قالب یک فایل پی دی اف PDF دو صفحه ای آماده شده که از طریق دکمه بالا قابل تهیه می باشد. که نمونه رایگان آن را (برای آزمایش کد 201) در تصاویر زیر مشاهده می کنید.
فهرست آزمایش های علوم
برای مشاهده فهرست آزمایش های عملی علوم به این صفحه مراجعه کنید.
همچنین برای دیگر مطالب مرتبط با آزمایشگاه علوم می توانید از صفحات زیر نیز دیدن کنید.
مطالب مرتبط
آزمایشگاه مجازی برای آزمایش های علوم تجربی که در محیط اینترنت و در قالب بازی و برنامه قابل مشاهده هستند برای شما دانش آموزان و معلمان عزیز
علائم هشدار دهنده آزمایشگاه متعدد هستند و همگی برای ایجاد ایمنی در آزمایشگاه می باشند. فردی که در آزمایشگاه کار می کندباید با علائم هشدار دهنده آزمایشگاه آشنا باشد
آزمایشگاه علوم تجربی جایی برای یادگیری نحوه صحیح انجام آزمایش های علوم تجربی و همچنین آشنایی با کار در این آزمایشگاه است.
گرما و تغییر حالت ماده – شبیه سازی تعاملی تبدیل جامد، مایع و گاز
شبیه سازی جذاب تاثیر گرما بر تغییر حالت مواد (جامد، مایع، گاز) را به صورت آنلاین تجربه کنید. آزمایش مجازی ذوب، انجمادو تبخیر به صورت پویا
گلولههای کروی | مدلی ساده برای نمایش ترکیبها، عنصرها و اتمها
با مدل گلولههای کروی میتوان بهسادگی ترکیبها، عنصرها و اتمها را در علم شیمی نمایش داد. با فیلم شبیه‌سازی آزمایش مربوطه و توضیحات کامل
آشنایی با وسایل مهم و پرکاربرد در آزمایشگاه علوم و چگونگی کار با آن ها همراه تصویر و توضیحات و آیکن هر وسیله در آزمایشگاه