Lesvoorbereiding les met experiment

KU Leuven
Specifieke Lerarenopleiding NW - optie Aardrijkskunde
Celestijnenlaan 200E
3001 Heverlee
LESVOORBEREIDING
Les experiment
Identificatiegegevens
Lesgegevens
Vak:
Aardrijkskunde
Lesonderwerp:
Wolkenvorming en wind
Didactische beginsituatie
verwachte voorkennis:
VVKSO – BRUSSEL D/2012/7841/023 (ASO
wetenschappen)
4.4 Kenmerken van de atmosfeer
Onderzoeken welke mechanismen zorgen voor de
verspreiding van de energie van de zon naar de atmosfeer
(LPD1 VVKSO).
(verwijzing(en) naar leerplan(nen))
leerplan(nen)
1.1 Opbouw van de atmosfeer
1.2 Warmtebalans
Go! 2007/046 (ASO wetenschappen)
9. Weer en klimaat
9.1 Fysische verschillen en dynamiek in de atmosfeer
-
-
Situering in het leerplan:
(hoofdstuk of nummering uit
leerplan)
De verticale opbouw van de atmosfeer: bijv. aan de hand
van het temperatuurverloop, enkele belangrijke lagen
(bijv. ozonlaag).
De warmtebalans van de atmosfeer: bijv. aard van de
straling, albedo, tegenstraling.
Het horizontale spreidingsbeeld van de temperatuur:
tem
verklarende factoren (bijv. breedte-ligging,
breedte
zeestromingen, luchtcirculaties, land-zeeverdeling).
zeeverdeling).
VVKSO – BRUSSEL D/2012/7841/023 (ASO
wetenschappen)
Onderzoeken welke mechanismen op aarde zorgen voor de
verspreiding van de energie van de zon binnen de
atmosfeer. (LPD2 VVKSO)
2.1 Algemene luchtcirculatie
1
2.2 Verdamping en condensatie
VVKSO – BRUSSEL D/2004/0279/029 september 2004
(TSO)
Onderzoeken welke mechanismen zorgen voor de spreiding
van energie binnen West-Europa.
3.1 Ontstaan van een lagedrukgebied bij een front
3.2 Condensatie en wolkenvorming
VVKSO - LICAP – BRUSSEL D/2004/0279/028 september
2004 (ASO)
Onderzoeken welke mechanismen op aarde zorgen voor de
verspreiding van de energie van de zon binnen de
atmosfeer.
2.1 Algemene luchtcirculatie
−
circulatiecel op basis van temperatuur
−
circulatiecellen in het noordelijk halfrond
2.2 Verdamping en condensatie
−
wolkenvorming
−
transport van warmte via wolken
−
verband tussen drukgordels en neerslagzones
Go! 2007/046 (ASO wetenschappen)
9. Weer en klimaat
9.1 Fysische verschillen en dynamiek in de atmosfeer
- Luchtvochtigheid en neerslag (incl. bewolking, neerslagvorming en neerslagtypes).
- Luchtdruk en luchtdrukverplaatsingen: convectie en wind,
hoge en lage luchtdrukgebieden, plaatselijke luchtcirculaties.
- Algemeen luchtdrukpatroon met wereldwindensysteem.
Go! 2006/092 (TSO TW)
8. Weer en klimaat
8.1 Fysische verschillen en dynamiek in de atmosfeer
- Luchtvochtigheid en neerslag (incl. bewolking,
neerslagvorming, -types en -spreiding)
- Luchtdruk en luchtdrukverplaatsingen: convectie
en wind, hoge en lage luchtdrukgebieden,
plaatselijke luchtcirculaties
Algemeen luchtdrukpatroon met wereldwindensysteem
Go! 2006/035 (ASO)
7. Weer en klimaat
7.1 Dynamiek in de troposfeer
- Algemeen luchtdrukbeeld: verband met het
temperatuurbeeld en algemeen windpatroon
2
-
Algemeen neerslagbeeld: hoeveelheid en spreiding
Eindtermen
Kennis (6) Weer en klimaat in verband brengen met de
opbouw van en met processen in de atmosfeer
Gevolgd leerboek:
Wereldvisie 5&6 Infoboek ASO Wetenschappen
Ander geraadpleegd leerboek:
Geraadpleegde bronnen
(artikels, atlas, websites, …):
Geogenie 5&6 ASO wetenschappen editie 2007
Van Lipzig 2011, cursus weer- en klimaatkunde KULeuven
http://www.keesfloor.nl/boeken/dwwrws/
Doelstellingen
Algemene doelstelling (of probleemstelling) voor de hele les
Het proces van wolkenvorming en het ontstaan van wind kunnen verklaren aan de hand
van fysische concepten.
Concrete (operationele) of partiële doelen (per paragraaf)
Nr.
Verwacht eindgedrag
1
De leerlingen kunnen verklaren via de hydrologische cyclus, faseovergangen en de
aangeleerde begrippen van luchtvochtigheid, hoe een (mist)wolk zich vormt.
De leerlingen kunnen verklaren aan de hand van de concepten ‘wet van Archimedes’ en
de zwaartekracht, hoe het komt dat een pakketje lucht kan opstijgen.
De leerlingen kunnen de definitie van wind formuleren.
De leerlingen kunnen aan de hand van tekeningen met daarop de verplaatsing van
luchtpakketjes, verklaren hoe wind ontstaat.
2
3
4
Affectieve doelen / attitudes
1
(indien van toepassing)
Vaardigheden (technieken)
(indien van toepassing)
De leerlingen kunnen op verschillende schaalniveaus processen waarbij energie wordt
getransformeerd of getransporteerd beschrijven en herkennen in voorbeelden.
2
De leerlingen kunnen op verschillende schaalniveaus effecten van de interactie tussen
materie en elektromagnetische straling beschrijven en in voorbeelden herkennen.
3
De leerlingen kunnen op verschillende schaalniveaus uitleggen hoe systemen een
toestand van evenwicht bereiken en behouden.
3
Doel Tijd
nr.
10
min.
Media
Bronnen
PPT slide
Leerinhouden
Lesstructuur
Didactische activiteiten van leraar en leerlingen
Werkvormen
Doceren: Onderzoek kort voorstellen.
Invullen: Leerlingen vullen pre-test in.
Opm.: Een strikt tijdschema wordt aangehouden.
Introductie onderzoek
Praktisch:
- Waterkoker vullen met water en de waterkoker aanzetten.
- Warm water mengen met koud water zodat een mengsel
verkregen wordt dat iets warmer is dan de lichaamstemperatuur.
- IIsblokjes in ovenschotel 1 doen.
- Ovenschotel 2 en aquariumbak afspoelen met warm water zodat
deze niet ijskoud zijn.
- Randjes aquariumbak 1 afdekken met aluminiumfoliestrookjes
(ongeveer 5 cm)
-
7min. PPT slide
Aquariumbak 2 klaarzetten met twee schoteltje, waarvan 1 met
zand.
- Aquariumbak 2 afdekken met aluminiumfolie en er een klein
gaatje inprikken waar de lont later doorheen moet. Een klein
afdekpapiertje klaarleggen.
Hoe ontstaan wolken?
Experiment:
Hoe ontstaat een wolk?
DEEL 1
Praktisch: aquariumbak vullen met lauwwarm water.
Bak met water afdekken met schaal 2.
PPT Slide
OLG:
Welk proces vindt er plaats aan het wateroppervlak? (verdamping)
Aan het oppervlak vindt condensatie en
verdamping plaats.
De lucht in de troposfeer bestaat voor een deel
uit water in gasvormige toestand: waterdamp.
Water komt in de troposfeer terecht door
verdamping.
4
OLG: PPT Slide tabel samenstelling van lucht
Welke gassen komen in de hoogste concentratie voor in de lucht?
(stikstofgas, zuurstofgas, waterdamp)
Als we over waterdamp praten is dit dus water in de gasfase en niets
anders.
PPT slide
Kan je een gas waarnemen? (nee, een gas is onzichtbaar, net als de
lucht rondom ons)
De concentratie van waterdamp is veranderlijk. Hoe kan je dat
verklaren? Hoe komt waterdamp in de troposfeer terecht? (proces van
verdamping, hoe hoger de temperatuur hoe meer water er verdampt)
Luchtvochtigheid:
- Absolute luchtvochtigheid
- Relatieve luchtvochtigheid
Overgang: De waterdamp in de lucht en dus ook in de lucht in de bak,
zorgt ervoor dat lucht in de atmosfeer een zekere luchtvochtigheid heeft.
OD: PPT Slide Luchtvochtigheid
Om de luchtvochtigheid te beschrijven wordt er gebruik gemaakt van
enkele grootheden:
Absolute luchtvochtigheid
Relatieve luchtvochtigheid
(aanleren begrippen)
Experiment: Kijk wat er gebeurt.
DEEL 2
Praktisch: de ovenschotel met ijsblokjes vullen.
lucifer aansteken, uitblazen en de rook in de bak brengen.
OLG:
Wat heb je waargenomen. Kun je uitleggen wat er gebeurt? Welk proces
treedt er op? Hoe komt dit? Wat gebeurt er met de relatieve
luchtvochtigheid?
OLG: Bekijken we de figuur.
Welke grootheid staat er op de x-as/y-as? (temperatuur)
In welk gebied is het water gasvormig/vloeibaar/vast? (zie grafiek)
Welk element in de grafiek duidt aan waar de relatieve luchtvochtigheid
100% is? (de curve zelf)
Wat gebeurt er als de relatieve luchtvochtigheid meer dan 100%
bedraagt? Welk proces treedt er dan op? (condensatie)
Welke pijl stelt het proces voor dat je net hebt waargenomen? Kleine
quiz in de klas. (pijl 2 wordt volledig gevold in het tweede deel van het
experiment als de temperatuur daalt, pijl 3 wordt een klein stukje
5
Condensatiekernen bevorderen het
condensatieproces en dus de vorming van een
wolk.
gevolgd omdat er steeds meer waterdamp in de lucht komt. Pijl 4
kunnen het eerste deel van het experiment voorstellen wanneer water
overgaat naar waterdamp door verdamping.
OLG: Wat neem je waar wanneer luciferrook wordt toegevoegd? Hoe
kan je dit verklaren?
Mist bestaat uit kleine waterdruppeltjes.
-
Water verdampt tot waterdamp en maakt deel uit
van de luchtsamenstelling. Deze waterdamp is
niet zichtbaar.
- Door een daling van de temperatuur neemt de
luchtvochtigheid toe.
- De waterdamp uit de lucht condenseert tot water,
indien de luchtvochtigheid >100% bedraagt.
- Er vormt zich mist.
OD:
Indien de relatieve luchtvochtigheid meer dan 100% bedraagt, ontstaan
er niet altijd wolken. Druppeltjes condenseren gemakkelijker indien er
een ‘substraat’ aanwezig is. Dit zijn zogenoemde condensatiekernen.
Een voorbeeld hiervan is een roetdeeltje Indien er veel
condensatiekernen aanwezig zijn, wordt wolkenvorming bevorderd.
Indien er geen condensatiekernen aanwezig zijn, kan oververzadiging
optreden.
OLG: PPT Slide Wat is mist?
Een kleine quiz in de klas.
Verklaar dit aan de hand van de aangeleerde begrippen?
7min. PPT slide
Overgang: PPT Slide
Wolken kunnen dichtbij het aardoppervlak hangen zoals mist, maar ook
hoog in de lucht. Hoe kunnen we dat verklaren? Bekijken we een
pakketje lucht aan het oppervlak.
Een pakketje lucht:
T↑ door de zonnestraling
Gemiddelde Ekin ↑
Afstand tussen deeltjes ↑
Volume pakketje ↑
OLG: Slide
Wat gebeurt er met de temperatuur van het pakketje lucht o.i.v. de
zonnestraling?
Wat gebeurt er dan met de gemiddelde kinetische energie?
Wat gebeurt er dan met de afstand tussen de deeltjes?
Wat gebeurt er dan met het volume van het pakketje lucht?
De massadichtheid van het pakketje lucht daalt.
OLG: Slide
Wat gebeurt er met de massadichtheid van het pakketje lucht?
6
Hoe verhoudt deze massadichtheid zich tot de omringende lucht?
Deze massadichtheid is kleiner.
OLG: Slide
Een object dat wordt ondergedompeld in een
Wie kent de wet van Archimedes nog? Kun je ze nog uitleggen?
vloeistof/gas zal een opwaartse stuwkracht
ondervinden gelijk aan het gewicht van de verplaatste
vloeistof/gas.
15
min.
De archimedeskracht is groter dan de zwaartekracht
indien de massadichtheid van de omgevende lucht
groter is dan de massadichtheid van het pakketje
lucht dat we bestuderen.
OLG: PPT Slide
Welke kracht is hier het grootste? De archimedeskracht of de
zwaartekracht?
Het pakketje lucht stijgt dus. Door de volumetoename gaat net zolang
door totdat de druk in de bel even groot is als de omgevende luchtdruk.
De energie nodig voor de uitzetting, wordt door de bel zelf geleverd.
Hiervoor daalt de temperatuur van de luchtbel.
Wat gebeurt er dan met de relatieve luchtvochtigheid?
Wanneer ontstaat er nu een wolk?
Hoe ontstaat wind?
Motiveren: PPT Slide
- Wind aan zee
Wat is wind eigenlijk?
Hoe ontstaat wind?
Wind is een verplaatsing van lucht.
Verschil in specifieke warmtecapaciteit van zand
en water zorgt ervoor dat land sneller opwarmt
dan water.
Experiment:
We veronderstellen dat de zon op de bordjes schijnt. In welk bordje zal
de temperatuur het sterkste stijgen? Hoe komt dit?
Praktisch
- Warm water en koud water in de bordjes toevoegen
- Aquariumbak afdekken met aluminiumfolie. De achterkant is
bedekt met zwart papier.
- Rook van een lont inbrengen.
OLG:
Kijk wat er gebeurt. Hoe circuleert de lucht.
7
OLG: Slide of bordtekening
Een pakketje lucht stijgt op. Dat hebben we daarnet besproken.
Op hoogte wordt er een hogedrukgebied
gevormd boven land, een lagedrukgebied boven Bekijken we de luchtdruk op dezelfde hoogte boven land en water:
De dikke blauwe lijn geeft een lijn van gelijke druk weer.
water
De lucht verplaatst zich van een hogedrukgebied Waar wordt er op hoogte een hogedrukgebied gecreëerd? (boven land)
Waar op hoogte een lagedrukgebied? (boven zee)
naar een lagedrukgebied.
Hoe verplaatst de lucht zich op hoogte? Denk hierbij aan het
experiment. (van land naar water)
OLG: Slide of bordtekening
Lucht zal zich inderdaad van het hogedrukgebied naar het
lagedrukgebied verplaatsen.
Aan het oppervlak ontstaat een hogedrukgebied
Aan het oppervlak is er een luchtbeweging van
water naar het land.
Op welke plaats wordt er aan het oppervlak een hoge- en
lagedrukgebied gecreeërd? (respectievelijk boven zee en boven land)
Welke wind zal er aan het oppervlak waaien (land- of zeewind)?
(zeewind)
Kan dit mechanisme zich ook omdraaien? (ja, bijvoorbeeld ’s nachts of
in de winter)
Conclusie: Slide
10
min.
PPT Slide
Wind is dus een luchtverplaatsing o.i.v. drukverschillen. Wind waait altijd
van een hogedrukgebied naar een lagedrukgebied. Thermische
drukgebieden ontstaat door een verschil in temperatuur tussen
bepaalde plaatsen.
Doceren: Opdracht geven
Invullen: Leerlingen vullen post-test in.
Tweede fase onderzoek
8
Bordschema (of verwijzingen naar genummerde slides voor beamer of overheadprojector)
Hoe ontstaat een wolk?
Op de grond:
Water ↑↑↑
waterdamp (verdamping)
T↓ rel. LVH ↑
Rel. LVH > 100%
waterdamp ↓↓↓
water (condensatie)
⇒ MIST
Wolk op hoogte:
T↑ door de zonnestraling
Gemiddelde Ekin ↑
Afstand tussen deeltjes ↑
Volume pakketje ↑
ρpakketje warme lucht ↓
ρomgevende lucht > ρpakketje warme lucht
Pakketje lucht ↑ oiv van wet van Archimedes
T↓
Relatieve luchtvochtigheid ↑
>100%, condensatie
⇒ WOLK
Hoe ontstaat wind?
Figuur circulatiecel als samenvatting
Wind is een luchtverplaatsing oiv drukverschillen.
9