VLAAMS VERBOND VAN HET KATHOLIEK SECUNDAIR...

Brussel - Licap D/1992/0279/014 - september 1992

VLAAMS VERBOND VAN HET KATHOLIEK

SECUNDAIR ONDERWIJS

Guimardstraat 1 - 1040 BRUSSEL

LEERPLAN SECUNDAIR ONDERWIJS

AV FYSICADerde graad ASO

LESSENTABEL

FYSICA 3 u./w.

In het fundamenteel gedeelte van de lessentabel ASO van de volgende studierichting:

- Wetenschappen-wiskunde.

FYSICA 2 u./w.

In het fundamenteel gedeelte van de lessentabellen ASO van de volgende studierichtingen:

- Grieks-wetenschappen- Latijn-wetenschappen- Moderne talen-wetenschappen- Sport-wetenschappen.

FYSICA 1 u./w.

In de basisvorming van de lessentabellen ASO van de volgende studierichtingen:

- Economie-moderne talen- Economie-wiskunde- Grieks-Latijn- Grieks-wiskunde- Latijn-moderne talen- Latijn-wiskunde- Menswetenschappen- Moderne talen-wiskunde.

INHOUD

FYSICA 3 u./w.

1 INLEIDING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 BEGINSITUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 DOELSTELLINGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 LEERINHOUDEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

EERSTE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6TWEEDE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

5 WERKVORMEN EN DIDACTISCHE WENKEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.A Algemene opmerkingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.B Bijzondere opmerkingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 EVALUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 BIBLIOGRAFIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

FYSICA 2 u./w.

1 INLEIDING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 BEGINSITUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 DOELSTELLINGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 LEERINHOUDEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

EERSTE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27TWEEDE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30


FYSICA 1 u./w.

1 INLEIDING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432 BEGINSITUATIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 DOELSTELLINGEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444 LEERINHOUDEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

EERSTE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44TWEEDE LEERJAAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45


4

AV FYSICA 1ste en 2de lj.: 3 u./w.

1 INLEIDING

Een didactisch proces vertrekt vanuit een zekere concrete beginsituatie. Deze beginsituatie is een gegevendat onze startpositie bepaalt. Wat we willen bereiken vertolken we als de doelstellingen. Deze doelstel-lingen bepalen enigszins de leerinhouden. De weg die gevolgd wordt vanuit de beginsituatie, langs alge-mene leerinhouden naar de doelstellingen, wordt bepaald door de gebruikte didactische werkvormen.

Om na te gaan of de doelstellingen bereikt zijn en in welke mate ze bereikt zijn, moet er aan evaluatiegedaan worden. Het resultaat van dit evaluatieproces kan terugkoppeling (feedback) geven naar de doel-stellingen, zodat bijsturing mogelijk is. Dit gehele didactische proces wordt omkaderd door randvoor-waarden (aan- of afwezigheid van een goed uitgerust lokaal, de gezondheid van de leerkracht enz.).Aan de negatieve randvoorwaarden kan meestal op korte termijn geen wijziging worden aangebracht.Soms worden deze randvoorwaarden ook geklasseerd bij de beginsituatie. Laten we de hoofdpunten vandit didactisch proces nader toelichten.

2 BEGINSITUATIE

De leerlingen in deze groep tonen positieve interesse voor Wiskunde en exacte wetenschappen (exact-wetenschappelijke vormingscomponent). Alle leerlingen volgen 6 uur Wiskunde en de mogelijkheidbestaat dat hen via het complementair gedeelte 8 uur wordt aangeboden. Voor Fysica zijn 3 uur voorzienen voor Biologie 2 uur. Chemie heeft 2 uur in het eerste leerjaar en 3 uur in het tweede leerjaar. Menmag aannemen dat deze leerlingen in de 2de graad minimaal 5 uur Wiskunde en 2 uur Fysica hebbengevolgd.Hun fysica-voorkennis heeft te maken met de structuur van de materie (deeltjesmodel dat verder werduitgebouwd in de chemielessen), de meetkundige optica (accent op breking en lenzen), een zeer elementai-re behandeling van de mechanica, de gaswetten en energetische aspecten van de fase-overgangen.De leerlingen hebben enige experimenteervaardigheid en kunnen omgaan met grafieken (recht evenredigverband, omgekeerd evenredig verband, vergelijking van een rechte).

Vele van deze leerlingen zullen in de vervolgstudie aan de universiteit of in het hoger onderwijs terecht-komen in studierichtingen waarvoor Fysica een basiscursus is. Omdat voor deze groep een aantal leer-lingenpractica verplicht zijn, moet de school beschikken over een goed uitgerust fysicalokaal.De vakbegeleiders kunnen in dat verband voor advies zorgen.Daar de invulling van het complementair gedeelte per school sterk kan verschillen, is het niet mogelijk100 % exact te voorspellen wat de beginsituatie is. De leerkracht zal zich dus goed vergewissen van deconcrete situatie in zijn of haar school.

3 DOELSTELLINGEN

De doelstellingen situeren zich op drie domeinen namelijk het cognitieve, het affectieve en het psycho-motorische.

3.1 Cognitief

In verband met het cognitieve kunnen we aanstippen dat het gaat om het verwerven van belangrijke fysi-sche feitenkennis. De leerinhouden zijn dus een weergave van deze belangrijke feitenkennis. Zonder testreven naar volledigheid is getracht deze feitenkennis zo te kiezen dat de leerling een goed zicht krijgt opgrote domeinen van de Fysica.

5

Het verschuiven van de (zware) mechanica naar het 2de leerjaar van de 3de graad heeft een dubbelebedoeling, namelijk enerzijds deze leerstof aanbieden op het moment dat de leerlingen een hoger abstrac-tieniveau hebben bereikt en anderzijds kan men gebruik maken van de ondertussen verworven wiskundigetechnieken.Een bijkomend voordeel is nog dat het behandelingsmoment dichter komt bij de vervolgstudie zodat deleerlingen er meer steun aan hebben.Binnen het cognitieve domein is het verwerven van inzicht in de natuurwetenschappelijke methode eenbelangrijke doelstelling. De natuurwetenschappelijke methode is niet synoniem voor experimentele met-hode. De natuurwetenschappelijke methode heeft een dubbel kenmerk namelijk experimenteel (inductie)en verklarend vanuit modellen (deductie). Het waardevolle en dus het vormende zit juist in de wissel-werking tussen beide aspecten.Op het einde van de 3de graad zouden de leerlingen in staat moeten zijn een eenvoudig probleem zelfstan-dig te onderzoeken en hierover verslag uit te brengen.

3.2 Affectief

Het volgend lijstje kan voor dit domein richtinggevend zijn:

- In staat zijn zich een onpartijdig oordeel te vormen (objectiviteit en eerlijkheid).- Bereid zijn een eenmaal genomen beslissing te herzien, als nieuwe gegevens ter beschikking komen die

dit noodzakelijk maken (objectiviteit en eerlijkheid).- Niet veralgemenen op grond van een klein aantal gegevens (objectiviteit en eerlijkheid).- Kritisch staan ten opzichte van resultaten die door extrapolatie zijn verkregen (objectiviteit en eerlijk-

heid).- Bereid zijn met anderen samen te werken, naar anderen te luisteren en zijn eigen mening voor een

andere en betere prijs te geven (sociale gerichtheid).- Kritisch staan ten opzichte van de resultaten van experimenten, ze niet manipuleren om er het verwach-

te antwoord uit te krijgen (objectiviteit en eerlijkheid).- Behoefte hebben aan verificatie en eerbied voor logica (objectiviteit).- Behoefte hebben aan weten en begrijpen en bereid zijn zich in problemen te verdiepen (leergierigheid).- Zelfkritiek bezitten (objectiviteit en eerlijkheid).- In staat zijn in een discussie zijn mening onder woorden te brengen en die zonodig te verdedigen (door-

zettingsvermogen en durf).- In staat zijn weerstand te bieden aan propaganda en reclame, doordat men kritisch staat ten aanzien

van een geschreven of gesproken bewering (objectiviteit en durf).- De beheersing verwerven om proeven op een verantwoorde manier op te stellen en uit te werken (durf

en voorzichtigheid).- Zoeken naar concretisering van natuurkunde in het dagelijks leven (leergierigheid).- Verwondering opbrengen voor de harmonie en de complexiteit die schuilt in fysische verschijnselen

(verwondering).- Efficiënt leren werken door orde, nauwkeurigheid en stiptheid te betrachten bij het uitwerken van

experimenten en het opstellen van verslagen en notities (efficiëntie).

3.3 Psychomotorisch

Het zelf uitvoeren van leerlingenproeven en het helpen bij allerlei demonstratieproeven geeft de leerlingenruim kans tot het ontwikkelen van hun motoriek.

6

4 LEERINHOUDEN

EERSTE LEERJAAR

INLEIDING

De reeds geziene grootheden en hun eenheden worden herhaald. Bij het meten blijft men aandacht beste-den aan de meetnauwkeurigheid en het aantal beduidende cijfers.

1 LEERLINGENPRACTICUM

Minimaal 5 leerlingenpractica zullen worden uitgevoerd, te kiezen uit het geheel van de leerstof.

2 ELEKTRODYNAMICA

2.1 Structuur van de materie: elektrische aspecten

- Atoomstructuur - lading.- Krachtwerking: wet van Coulomb.

2.2 Elektrisch veld

- Veldbegrip - veldlijnen - veldsterkte.- Verband tussen veldsterkte en veldlijnen (veldlijnendichtheid).- Voorbeeldvelden: radiaal en homogeen veld.

2.3 Elektrische potentiaal

- Potentiaalverschil.- Relatie tussen potentiaalverschil en potentiële energie.- Voorbeeldvelden: radiaal en homogeen veld.

2.4 Basisbegrippen in verband met de elektrische stroom

- Elektrische stroom - stroomsterkte - conventionele stroomzin.- Spanningsbron - spanning.

2.5 Elektrische weerstand

- Stroomkring, meten van stroom en spanning.- Verband tussen potentiaalverschil (spanning) en stroomsterkte: weerstand.- Wet van Ohm.- Wet van Pouillet.

2.6 Schakelen van weerstanden

- Vervangingsweerstand.- Stroom- en spanningswetten (Kirchhoff).- Toepassingen.

7

2.7 Energie en vermogen in een elektrische stroomkring

- Joule-effect.- Veiligheidsaspecten.

2.8 Niet-ideale spanningsbron

- e.m.s. - inwendige weerstand - klemspanning.

2.9 Uitbreiding: condensator

- Bouw.- Capaciteit.- Laden en ontladen.

3 ELEKTROMAGNETISME

3.1 Permanente magneten

- Veld.- Veldlijnen.- Krachtwerking.- Polen.

3.2 Elektromagnetisch veld

- Rond een stroomvoerende geleider (Oersted).- Rond een stroomvoerende winding.- In een solenoïde.- Vorm en zin van de veldlijnen.

3.3 Verklaring van het magnetisme bij permanente magneten via de structuur van de mate-rie

3.4 Elektromagnetische krachtwerking

3.4.1 Invoeren van de inductievector@ F = B I l@ conventie omtrent richting en zin.

3.4.2 Magnetische inductievector bij volgende voorbeeldvelden:@ rechte geleider;@ winding;@ solenoïde.

3.4.3 Definitie van de ampère.

3.4.4 Toepassingen in verband met krachtwerking op stroomvoerende geleiders en bewegendeladingen in een magnetisch veld.

8

3.5 Magnetisch inductieverschijnsel

3.5.1 Magnetische inductieflux.3.5.2 Fluxverandering als oorzaak van spanning.3.5.3 Wet van Lenz.3.5.4 Algemene inductiewet.3.5.5 Uitbreiding: toepassingen in verband met zelfinductie en het opwekken van spanningen.

4 ELEKTRISCHE STRUCTUUR VAN DE VASTE STOF

4.1 Modelvoorstelling van de elektrische structuur van de vaste stof

4.1.1 Geleiders en niet-geleiders@ Valentie-elektronen van atomen.@ Energie van de elektronen: energieniveaus in atomen, moleculen en roosters.@ Geleiders.@ Niet-geleiders.

4.1.2 Halfgeleiders@ Zuivere halfgeleiders - intrinsieke halfgeleiding.@ Gedopeerde halfgeleiders - extrinsieke halfgeleiding.

4.2 Invloed van de temperatuur op de elektrische geleiding in een vaste stof

4.2.1 Experimentele benadering van het fenomeen@ Opstellen van de R(T)-grafiek.

4.2.2 Verklaring aan de hand van het vaste stofmodel.

4.3 Thermo-elektrische spanning

4.3.1 Thermospanning (Thomson e.m.s. = Thomsoneffect).4.3.2 Contactpotentiaal (Peltier e.m.s. = Peltiereffect).4.3.3 Het thermo-koppel (Seebeckeffect)

@ Seebeck e.m.s.@ Temperatuurafhankelijkheid van de thermo-elektrische spanning (neutrale temperatuur,

inverse temperatuur).

4.4 De diode (de junctie-diode)

4.4.1 Experimentele benadering van het fenomeen (stroom-spanningkarakteristiek).4.4.2 Verklaring aan de hand van het structuurmodel van de vaste stof.4.4.3 Toepassingen: diode als gelijkrichter.

Uitbreiding: zonnecellen en andere toepassingen.

4.5 Piëzo-elektriciteit

4.5.1 Het piëzo-elektrisch effect.4.5.2 Verklaring.4.5.3 Toepassingen.

9

4.6 Uitbreiding: sensoren

4.6.1 Temperatuurgevoelige weerstanden (NTC en PTC).4.6.2 Spanningafhankelijke (VDR), lichtgevoelige (LDR) en magnetisch afhankelijke (MDR) weer-

standen.4.6.3 Drukgevoelige sensoren.

4.7 Uitbreiding: de transistor

4.7.1 Experimentele benadering.4.7.2 Verklaring.4.7.3 Toepassingen:

@ als versterker;@ als schakelaar.

5 KERNFYSICA

5.1 Structuur van de atoomkern (herhaling)

5.2 Isotopen

- Massadefect.- Bindingsenergie (grafische voorstelling).

5.3 Radioactiviteit

5.3.1 Natuurlijke radioactiviteit@ Soorten straling (alfa, bèta en gamma).@ Aard van de alfa-, bèta- en gammastraling.@ Kernreactie.@ Detectiemethoden.

5.3.2 Radioactief verval@ Transmutatieregels.@ Grafische voorstelling (desintegratieconstante en/of halfwaardetijd).

5.3.3 Invloed van de radioactieve straling op levend weefsel - veiligheidsaspecten.

5.4 Uitbreiding: kunstmatige radioactiviteit

- Opwekken.- Versnellers.

5.5 Uitbreiding : toepassingen van radioactiviteit

- Diverse toepassingen in geologie - geneeskunde - biologie - chemie enz.- Kernfusie en kernfissie.- Kettingreactie.- Kernreactor (opwekken elektriciteit).- Atoombom.

10

TWEEDE LEERJAAR

INLEIDING

Vermits men vanuit de mechanica tot een geleidelijke en logische opbouw van grootheden en eenhedenkomt, is het nodig al de grootheden die in de vorige jaren gezien werden, te herhalen en hun verband metde basisgrootheden en -eenheden overzichtelijk aan te geven.Bij het meten blijft men aandacht besteden aan de meetnauwkeurigheid en het aantal beduidende cijfers.



2 KINEMATICA

2.1 Indeling van bewegingen

- Translatie - rotatie.- Rechtlijnig - kromlijnig.- Starre lichamen - puntmassa.

2.2 Experimentele studie van de eenparig veranderlijke rechtlijnige beweging

- Invoering van de begrippen gemiddelde snelheid, ogenblikkelijke snelheid, gemiddelde versnelling,ogenblikkelijke versnelling.

- Grafische voorstelling en wiskundige verbanden.

2.3 Theoretische studie van de ééndimensionale beweging

2.3.1 Referentiestelsels - positiebepaling - verplaatsing - afgelegde weg.2.3.2 Bewegingsvergelijking.2.3.3 Wiskundige en grafische behandeling van de begrippen gemiddelde snelheid, ogenblikkelijke

snelheid, gemiddelde versnelling en ogenblikkelijke versnelling.2.3.4 Inoefenen van voorgaande begrippen door middel van voorbeelden en vraagstukken.

2.4 Kromlijnige beweging als vectoriële samenstelling van ééndimensionale bewegingen

De begrippen positie, baanvergelijking, snelheid en versnelling kunnen aangebracht worden via de hori-zontale worp en/of de schuine worp.

2.5 Eenparige cirkelvormige beweging

2.5.1 Centripetale versnelling - afleiding.2.5.2 Hoeksnelheid.2.5.3 Verband tussen hoeksnelheid en omtreksnelheid.

3 DYNAMICA

3.1 De beginselen van Newton

3.1.1 Illustratie van de drie basisbeginselenTraagheidsbeginsel, onafhankelijkheidsbeginsel F = m a en beginsel van actie en reactie.

11

3.1.2 Enkele speciale krachten3.1.2.1 Gravitatie

Algemene gravitatiewet F = G m1 m2

r2

Gravitatiekracht als centripetale kracht.

3.1.2.2 Zwaartekracht Zwaartekracht als speciaal geval van gravitatie: F = m g Zwaartepunt. Onderscheid zwaartekracht en gewicht.

3.1.2.3 Wrijvingskracht(en) Wrijvingskracht en basisbeginselen van Newton. Uitbreiding: kwantitatieve studie van de wrijvingskracht (Fw, max = µ Fn, wrijvingscoëffi- ciënt, voorbeeld: hellend vlak).

3.2 Bewegingshoeveelheid

- Krachtstoot - impuls - F(t)-grafiek.- Behoud van bewegingshoeveelheid.

3.3 Arbeid, vermogen en energie

- Arbeid en vermogen.- Arbeid geleverd door 1) de zwaartekracht en 2) de veerkracht - Begrip potentiële energie.- Arbeid-energietheorema en begrip kinetische energie.- Veralgemening: behoud van energie.

3.4 Botsingen

3.5 Evenwichten

3.5.1 Evenwicht van een puntmassa : E Fi = 0

3.5.2 Evenwicht van een star lichaam met vaste rotatieas@ definitie van het moment van een kracht ten opzichte van de rotatieas@ evenwicht : E Mi = 0@ toepassingen: hefbomen en massacentrum.

3.5.3 Veralgemening: evenwicht van een vrij lichaam@ voorwaarden : E Fi = 0 en E Mi = 0@ toepassingen en vraagstukken.

4 PERIODIEKE VERSCHIJNSELEN

4.1 Enkelvoudig harmonische trilling

4.1.1 Voorbeelden van periodieke verschijnselen.4.1.2 Harmonische trilling

@ mathematische en grafische voorstelling@ uitbreiding : snelheid, versnelling en kracht bij de mechanische trilling

12

@ uitbreiding : energiebeschouwingen@ samenstellen van trillingen@ gedwongen trilling - resonantie.

4.2 Golven

4.2.1 Lopende golven@ ontstaan: voortplanting van een trillingstoestand@ bewegingsvergelijking van een ééndimensionale golf en grafische voorstelling@ uitbreiding : energie van een golf@ eigenschappen van golven: terugkaatsing, buiging, interferentie en breking.

4.2.2 Staande golven.

4.3 Uitbreiding: lichtgolven

- Interferentie.- Buiging.- Polarisatie.

4.4 Uitbreiding : wisselstromen

4.4.1 Wisselstroomketen@ sinusoïdale wisselspanning en stroom@ wisselspanning over een weerstand - effectieve waarden@ wisselspanning over een spoel - inductieve reactantie@ wisselspanning over een condensator - capacitieve reactantie@ serieketen met weerstand, spoel en condensator - impedantie@ resonantieverschijnselen bij een wisselstroom@ vermogen ontwikkeld door een wisselstroom.

4.4.2 Transformator@ transport van elektrische energie@ omvormen van een wisselspanning.

5 WERKVORMEN EN DIDACTISCHE WENKEN

Onder rubriek A vindt men algemene opmerkingen voor de gehele graad, onder B bijzondere opmerkin-gen die bij een specifiek onderdeel van de leerinhouden horen. Deze bijzondere opmerkingen kregenhetzelfde nummer als het leerstofonderdeel waar ze naar verwijzen.

5.A Algemene opmerkingen

5.A.1 Met dit leerplan beoogt men een basis van de Fysica te leggen door een grondige behandelingvan bepaalde domeinen van de klassieke Fysica in hun tweeledig aspect: het theoretische en het experi-mentele.

De leerlingen die deze studierichting volgen zullen gemotiveerd zijn voor wetenschappen en ook minstenszes uur Wiskunde hebben. Er mag dus heel wat verwacht worden. In vergelijking met het 2 u.-leerplanis er meer leerstof en meer practicum. Men zal bovendien op de leerinhouden verder en dieper kunneningaan dan bij het 2 u.-leerplan.

13

De mechanica is in het tweede leerjaar van de derde graad geplaatst, omdat daar de wiskundekennis opti-maal benut kan worden en zo een formele aanpak mogelijk wordt. Bovendien lijkt ons dit een voordeelvoor de verdere studies zeker voor deze in een wetenschappelijke richting.Trillingen en golven worden zoals vroeger ook in dit leerjaar behandeld.In het 1ste leerjaar komen elektrodynamica en elektromagnetisme aan bod, aangevuld met twee nieuweonderdelen: de elektrische structuur van de stof en de kernfysica.

Bij de elektrische structuur van de stof beoogt men inzicht in de structuur van de vaste stof te geven. Ditsluit enerzijds aan bij wat in het deeltjesmodel behandeld werd en anderzijds zijn er verwijzingen naar,uitdiepingen van en toepassingen op wat tevoren in de elektrodynamica en het elektromagnetisme behan-deld werd.

Ook bij kernfysica behoren de fysische basisbegrippen tot de verplichte leerstof. De toepassingen staan inuitbreiding, niet omdat ze niet interessant zijn maar omdat men een keuze zou maken.

Het leerplan dient als een minimumleerplan geïnterpreteerd te worden. Alle leerinhouden dienen dus nietmaximaal uitgewerkt te worden.

De leerkracht die zorgt voor een goede dosering van zowel demonstratieproeven als leerlingenproevenmoet niet in tijdnood komen. Zelfactiviteit van de leerling is belangrijk. De uitbreidingsleerstof is nietverplicht. De leerkracht oordeelt, rekening houdend met allerlei factoren in welke mate de uitbreidings-leerstof kan behandeld worden. Nochtans zijn toepassingen vaak verhelderend en motiverend en dragenze bij tot de algemene vorming van de leerlingen. Daarom is het aan te raden niet zomaar alle toepassin-gen weg te laten maar een verantwoorde selectie te maken.

Het proefondervindelijke karakter van de Fysica moet ook in de lessen tot zijn recht komen. Demonstra-tieproeven èn leerlingenpractica (min. 5/jaar) zullen daarvoor instaan. Van leerlingen die deze cursusdoorlopen hebben mag verwacht worden dat ze zelfstandig een meting kunnen uitvoeren en meetresultatenkunnen verwerken en interpreteren.

Het belang dat aan een leerinhoud gehecht dient te worden is niet altijd recht evenredig met het aantalleerstofpunten in de leerinhoud. Het is evident dat de leerstof die traditioneel tot het leerplan behoort vaakin kortere termen te vatten is dan nieuwe leerstofpunten. Bij deze laatste vindt men soms tussen haakjeseen specificatie om misverstanden te voorkomen en/of extra informatie te geven.

5.A.2 Voor het realiseren van leerlingactief fysica-onderwijs dient men te beschikken over een ge-schikt leslokaal en de noodzakelijke hulpmiddelen.

Het lokaal dient voldoende groot te zijn. Men moet rekenen op een vloeroppervlakte van 2,5 à 2,9 m2 perleerling.

De demonstratietafel moet voldoende groot zijn en voorzien zijn van opbergruimte. De demonstratietafelis voorzien van elektriciteit, gas en water (aan- en afvoer). De demonstratietafel staat liefst niet op eenverhoog maar op het normale vloerniveau. Roltafels met dezelfde hoogte als de demonstratietafel kunnendeze demonstratietafel dan op allerlei manieren uitbreiden.

De leerlingentafels zijn best mobiel zodat men, wanneer gewenst, gemakkelijk een grote vrije vloerop-pervlakte verkrijgt. Bij gebruik van energieblokken zal men trachten het aantal hiervan te beperken. Ditwerkt kostenbesparend. Niet alle leerlingentafels moeten beschikken over gas en water. Elektriciteit iswel voor alle tafels nodig.

14

Het lokaal moet verduisterbaar zijn. Er moet voldoende bergingsmogelijkheid zijn voor het materiaal(eventueel aangrenzend aan het eigenlijk leslokaal).Een afzonderlijke preparatieruimte is zeer gewenst. Deze preparatieruimte kan ook dienstig zijn alsbergruimte voor materiaal.Deze preparatieruimte kan eventueel ook voor een andere discipline dienstig zijn. In dat geval moet dieruimte voldoende groot zijn en gelegen tussen de betrokken vaklokalen.

Het schrijfbord hoeft niet overdreven groot te zijn maar men moet ook beschikken over een projectie-scherm zodat men vlot gebruik kan maken van vooral de overheadprojector. Ook dia's, film en videozullen occasioneel gebruikt worden.

In dat verband vestigen we de bijzondere aandacht op het feit dat de mogelijkheid bestaat films te ontlenenen kopies van videoprogramma's te laten maken (videoband ter beschikking stellen).Men kan hiervoor terecht bij :

Ministerie van Onderwijs, Dienst Media en Informatietechnologie, Handelskaai, 7, 1000 Brussel.Tel.(02)217 41 90.

Het gebruik van de computer is inherent aan de didactische methode in de natuurwetenschappen. Onge-twijfeld zullen leerkrachten Fysica die een computer met interfacekaart, meetpaneel en sensoren ter be-schikking hebben, gebruik maken van dit handig meetapparaat dat naast wetenschappelijke ook uitzon-derlijke didactische perspectieven biedt. Terwijl de didactische mogelijkheden in alle studierichtingenaangewend kunnen worden zullen de wetenschappelijke onderzoeksmogelijkheden vooral in de studierich-tingen met 3 u. Fysica volop aan bod komen.

In de fysicaklas kan de computer gebruikt worden om meetgegevens te registreren en/of in grafiek om tezetten en/of te verwerken. Bij de opstelling van het experiment moet de aandacht van de leerlingen geves-tigd worden op de fysische aspecten van het experiment en niet op de registratie en de verwerking door decomputer. Door het sturen van een meting kan de invloed van verschillende factoren op de meetresultatenop korte tijd getoond worden.

Proeven die met gewone middelen slechts kwalitatief uitgevoerd kunnen worden bieden met de computervaak betere perspectieven. We denken hier b.v. aan het opmeten van de ladings- en ontladingskrommevan een condensator, aan het opmeten van de magnetische inductiekromme, aan registratie van bewegin-gen en golfverschijnselen. Op de grafiek kunnen met verwerkingsprogramma's onder andere oppervlak-ten, hellingen en afgeleiden berekend worden.

In een aantal studierichtingen hebben de leerlingen in de 2de graad met de computer leren werken. Fysi-caleerkrachten die over het informaticalokaal kunnen beschikken, kunnen de leerlingen laten werken metmodelvoorstellingen en simulaties; hierbij mogen de fysische achtergronden niet uit het oog verlorenworden. Ook kunnen meetresultaten, rekenproblemen en vraagstukken met wiskundige programma'sverwerkt en opgelost worden.

Demonstratie-, trainings- en simulatieprogramma's worden door verschillende instanties voorgesteld.Ook het NVKSO biedt in het kader van het navormingsproject "Integratie van de informatica in de fysica"de mogelijkheid aan leerkrachten om zich op dit domein bij te scholen. Na een algemene inleiding overautomatische gegevensgaring, worden onderwerpen uit het leerplan behandeld waarbij Fysica centraalstaat. De bijscholing omvat het aanleren, het gebruik en de ondersteuning van apparatuur en programma-tuur.

De (programmeerbare) zakcalculator is de laatste jaren gemeengoed geworden in alle lagen van de bevol-king. Alhoewel het gevaar voor een achteruitgang van de rekenvaardigheden van de leerling niet altijddenkbeeldig is, moet het gebruik van de zakcalculator toch niet verboden worden. Bij het uitvoeren van

15

proeven kan de zakcalculator van nut zijn zowel bij het verwerken van de meetresultaten als bij het makenvan berekeningen. Hetzelfde kan gezegd worden bij het oplossen van vraagstukken.

5.A.3 Het is wettelijk voorzien dat men het SI-eenhedenstelsel gebruikt. Er zijn ook niet-SI-eenhe-den die wel toegelaten zijn zoals millibar, km/h enz.

Voor het gebruik van de namen van de grootheden en de symbolen ervan, evenals hun eenheden verwij-zen we naar de Belgische normen, die hieromtrent worden uitgevaardigd. Men kan zich hiervoor wendentot:

BIN (Belgisch Instituut voor Normalisatie), Brabançonnelaan, 29, 1040 Brussel. Tel.(02)734 92 05.

5.A.4 VEILIGHEID

We leven in een maatschappij die steeds meer de invloed ondergaat van de technologie. Technologiehoudt gevaren in zodat veiligheidsaspecten belangrijk zijn. Aandacht voor veiligheid zou moeten behorentot de courante burgerzin van elk lid van onze maatschappij.Voor de exacte wetenschappen is er dus een taak weggelegd op dit domein want Fysica, Chemie, Biologie... leveren de basiskennis in dat verband.

In verband met veiligheidsproblemen zijn er vijf grote gebieden of domeinen te onderscheiden:- mechanische: snij- en steekwonden;- thermische: brandwonden - brand - ontploffing;- elektrische: elektrische schok - elektrokutie;- chemische: vergiftiging door inname of inademing - brandwonden;- straling: elektromagnetische (UV - microgolf - laser - (-stralen) - radioactieve stralen.

Het fysische begrippenkader is aanwezig om de leerlingen verantwoorde informatie betreffende dezegevaren te bezorgen.

Voor het mechanisch domein zijn krachten, arbeid en energie de sleutelbegrippen. Denken we hierbij aande verkeersveiligheid.

In het thermisch gebied spelen het begrip druk en de gaswetten een cruciale rol.

Het elektrisch gevaar van elektrokutie kan behandeld worden via de begrippen weerstand van het mense-lijk lichaam en stroom door het menselijk lichaam. Kortsluiting en overbelasting zijn sleutelbegrippen inverband met elektrische veiligheid.Zeer in het bijzonder wijzen we erop dat leerlingen bij practicum in open-kring-situaties slechts mogenwerken met een maximale spanning van 24 V (spanningen van 0 tot 24 V noemt men veiligheidsspan-ningen).

De meer chemische veiligheidsaspecten zullen in het vak Chemie aan bod komen. Ook binnen het vakFysica hanteert men allerlei stoffen. Men wijst de leerlingen op allerlei veiligheidsaspecten in verbandmet het veilig omgaan met stoffen (R- en S-zinnen, een goede etikettering).

Veiligheid heeft niet alleen rechtstreeks te maken met de menselijke persoon maar ook onrechtstreeks metzijn omgeving (het milieu). Veilig omgaan met dit milieu is dus essentieel en daar moeten wij als lesge-vers het voorbeeld geven.

Waar kernfysica wordt behandeld moet men het hebben over de gevaarlijke invloed van radioactievestraling op het menselijk lichaam. Men kan dit best doen na samenspraak met de collega Biologie.

16

De reglementering in verband met veiligheid kan men vinden in:ARAB - Algemeen reglement voor de arbeidsbescherming;AREI - Algemeen reglement op de elektrische installaties;VLAREM - Vlaams reglement op de milieuvergunningen.

Een laatste en concrete niet te missen inlichting betreft het antigifcentrum.Adres: J. Stallaertstraat 1, bus 15, 1060 Brussel. Tel. (02)345 45 45 alleen te gebruiken voor dringende noodhulp.Tel. (02)344 15 15 te gebruiken voor administratie en inlichtingen.

5.B Bijzondere opmerkingen

EERSTE LEERJAAR

5.B.1 LEERLINGENPRACTICUM

Onder leerlingenpracticum verstaat men een activiteit waarbij leerlingen alleen of in kleine groepjes (2 à3) zelfstandig (maar onder supervisie van de leerkracht) proeven (zowel kwalitatief als kwantitatief) uit-voeren in verband met één of ander fysisch verschijnsel dat behoort tot het leerpakket. Dit wil dan ookzeggen dat het maken van oefeningen of het oplossen van vraagstukken niet als practicum kan wordenbeschouwd!

Verschillende doelstellingen kunnen met het leerlingenpracticum gerealiseerd worden. Naast de psycho-motorische doelstellingen die bij de algemene vakdoelstellingen werden verwoord zijn er onder meer:- het aanleren van experimentele vaardigheden, bijvoorbeeld het omgaan met meetapparatuur;- het inleiden van een nieuw fysisch verschijnsel of probleem;- de verdieping of toepassing van geziene leerstof;- het zoeken van praktische oplossingen voor nieuwe situaties.

Bij een leerlingenpracticum hoort steeds een (uit)geschreven opdracht (instructiefiche) die kan variërenvan een volledig gesloten naar een volledig open opdracht wat een gradatie in moeilijkheidsgraad mogelijkmaakt. Open opdrachten zullen pas ten volle renderen op het einde van de opleiding. Indien onvoldoendemateriaal aanwezig is om alle leerlingen één bepaalde proef gelijktijdig te laten uitvoeren, kan bij eenreeks van samenhorende proeven het roulerend practicum de oplossing bieden.

Van het practicum zal steeds een geschreven verslag gemaakt worden, gaande van de ingevulde instruc-tiefiche tot het verslag horend bij een volledig open opdracht.Een goed verslag zal over het algemeen volgende elementen bevatten:- formulering van de doelstellingen van de proef;- meetopstelling en materiaal;- werkwijze;- meetresultaten in overzichtelijke tabellen;- verwerking van de meetresultaten met aandacht voor de beduidende cijfers;- grafiek(en);- besluiten (verwoording - formule - wet).

De verslagen van practica kunnen als huiswerk beschouwd worden.

Een volwaardig leerlingenpracticum zal minimaal één lesuur duren.

Om leerlingenpractica optimaal te laten renderen mag de klasgroep niet te groot zijn: de praktijk wijst uitdat 24 leerlingen in dat verband een absoluut maximum is.

17

5.B.2 ELEKTRODYNAMICA

2 De structuur van de materie is een leerstofpunt dat telkens herhaald zal worden bij een nieuwonderdeel. De bouw van het atoom werd in de lessen Chemie al behandeld. Het is de bedoeling telkensdie aspecten aan te halen die verband houden met het leerstofonderdeel. Zo zal voor de elektrodynamicade nadruk liggen op de elektrische structuur van de materie.Bij het elektromagnetisme zullen voornamelijk de magnetische eigenschappen toegelicht worden. Bij devaste stof fysica zullen weer andere aspecten aan bod komen. Door deze werkwijze wordt een gefundeerdtotaalbeeld van de structuur van de materie opgebouwd. Men kan er op wijzen dat het opgebouwde beeldeen modelvoorstelling is, die afgeleid wordt uit diverse experimentele ervaringen.

2.1 Bij het "opwekken" van ladingen zal benadrukt worden dat een voorwerp een lading verkrijgtals gevolg van een herverdeling van ladingen.

De elektrische krachtwerking en de wet van Coulomb werden zeer bondig behandeld in het 1ste leerjaarvan de 2de graad, echter enkel in de studierichtingen met 2 u. Fysica/week, zodat dit leerstofpunt nuopnieuw aan bod komt.

2.2 Elektrische kracht en elektrische veldsterkte zijn vectoriële grootheden. In de Wiskunde (2degraad) werden enkel de vrije vectoren, het samenstellen, de scalaire vermenigvuldiging en het scalairprodukt behandeld. Het beginpunt of aangrijpingspunt van een vector is zeer belangrijk in de Fysica,zodat het verschil tussen vrije en gebonden vectoren best wordt toegelicht.

2.3 Het potentiaalbegrip wordt ingevoerd in die mate dat het nodig is om de verschijnselen in deelektrodynamica te kunnen begrijpen en/of te verklaren.

2.4 Het begrip elektrische stroom wordt in de meest algemene betekenis ingevoerd (namelijk alsverplaatsing van lading). De elektrische stroom kan voorkomen in vaste stoffen, vloeistoffen en gassen.Enkel elektrische stroom in vaste stoffen zal verder behandeld worden.

Bij voorkeur zal men het woord "spanningsbron" in plaats van "stroombron" gebruiken.

2.5 De verhouding van het potentiaalverschil over een schakelelement en de stroomsterkte erdoordefinieert men als de weerstand van het schakelelement.Een weerstand die voldoet aan de wet van Ohm is een weerstand waarbij deze verhouding constant is.

2.6 De substitutieweerstand en de stroom- en spanningswetten moeten zeker experimenteel bena-derd worden. Het is niet de bedoeling hier ingewikkelde netwerken in te voeren of de wetten van Kirch-hoff te gebruiken om ingewikkelde netwerken op te lossen. Bij een theoretische afleiding van de wettenvan Kirchhoff kan men gebruik maken van de behoudswetten (stroomwet) en steunen op energiebeschou-wingen (spanningswet).

Het zwaartepunt van de elektrodynamica dient vooral te liggen in het oplossen van eenvoudige netwerken(op te lossen met de regels van serie- en parallelschakelen van weerstanden). Het maken van oefeningen,zowel in de vorm van vraagstukken als practica, zal hier dan ook uitgebreid aan bod moeten komen. Alstoepassingen op schakelingen van weerstanden kan men onder andere behandelen: het schakelen van volt-en ampèremeter, de uitbreiding van het meetbereik van deze toestellen (shunt - voorschakelweerstand), debrug van Wheatstone, potentiometerschakelingen, enz.

2.7 Volgende veiligheidsaspecten kunnen aan bod komen: smeltveiligheden, aarding van toestel-len, lekstroomschakelaar, gevaar van elektrische stroom voor het menselijk lichaam, enz.

18

2.8 In de lessen Chemie wordt het begrip "bronspanning" gebruikt voor de e.m.s. van een span-ningsbron.

2.9 Wil men in het 2de leerjaar van de 3de graad wisselstromen behandelen (dit is uitbreidings-leerstof) dan kan men nu eveneens condensatoren (ook uitbreidingsleerstof) behandelen. Afspreken metde collega van het 2de leerjaar is eventueel nodig.

Bij het laden en ontladen van condensatoren is het de bedoeling de factoren, die hierop een invloed heb-ben, experimenteel te onderzoeken (de PC kan hierbij een nuttig instrument zijn).

Het verloop van de stroomsterkte, bij het laden en ontladen van een condensator, als functie van de tijdwordt bestudeerd.

5.B.3 ELEKTROMAGNETISME

3.1 De studie van de permanente magneten is geen studieobject op zich maar is opgenomen in deleerstofinhouden in functie van de verschijnselen die zich voordoen in het elektromagnetisme. Belangrijkzijn hier het veldbegrip, de afspraak in verband met het verloop van de veldlijn (zin). Men kan er even-eens op wijzen dat het magnetisch veld niet overal even sterk is (polen).

3.3 Uit de overeenstemmende velden van een permanente staafmagneet en een solenoïde (eventu-eel met weekijzerkern) kan men besluiten dat - gelijke gevolgen, gelijke oorzaken - binnenin de materieeveneens "kringstromen" moeten voorkomen die verantwoordelijk zijn voor het magnetisch gedrag van dematerie. Men kan hierbij tevens wijzen op het verschillend resultaat van deze kringstromen: zij leverenniet allemaal hetzelfde netto-resultaat. Het is evenwel niet de bedoeling hier uitvoerig dia-, para- enferromagnetisme te behandelen.

3.4.1 Dat het magnetisch veld niet overal even krachtig is kan men experimenteel illustreren viakrachtwerking op een stroomvoerende geleider. Deze krachtwerking geeft aanleiding tot de invoering vande magnetische inductie B.Daar het vectorieel produkt niet gekend is moet men bij het bepalen van de richting en de zin van deinductievector beroep doen op een conventie. Men beperkt zich tot één conventie.

3.4.2 De waarde van de magnetische inductie geeft de sterkte van het magnetisch veld aan. Voorwat volgt hoeft men de veldsterkte H niet te definiëren.

De waarde van de magnetische inductie bij de voorbeeldvelden wordt niet afgeleid (uit de wet van Biot enSavart) maar aangegeven en indien mogelijk experimenteel geïllustreerd (de PC kan hierbij een nuttiginstrument zijn). Dit geeft de leerkracht nogmaals de gelegenheid (bij een solenoïde) te wijzen op hetbeperkte geldigheidsgebied van een wet (formule). Vanzelfsprekend komt de invloed van de middenstof(µ) hier ter sprake.

3.4.4 Tot de toepassingen op de magnetische krachtwerking kunnen hier ondermeer de werking vande draaispoelampèremeter, het motorprincipe, de afbuiging van de elektronenstroom in een oscilloscoop,het Hall-effect en de verklaring van de Van Allen-gordel behoren. Eventueel zal men vooraf F = B Q v moeten afleiden.

3.5.2 2.3Bedoeld wordt de louter experimentele illustratie van Ui = ) N

) t

Men is niet verplicht hier de theoretische afleiding te geven (dit wil zeggen de klassieke afleiding met eenverschuivende geleider op een U-vormig geleidend raam).

19

3.5.5 De toepassingen op de inductiewetten zijn uitbreiding. Wie echter de wisselstromen in het2de leerjaar (periodieke verschijnselen) wil behandelen moet hier ongetwijfeld zelfinductie behandelen.Afspreken met de collega van het 2de leerjaar is eventueel nodig. Andere mogelijke toepassingen van deinductiewet zijn de werking van de TL-buis, de spanninggeneratoren en de transformator (dit laatste iseveneens uitbreiding op het programma van het 2de leerjaar bij het leerstofpunt wisselstromen).

5.B.4 ELEKTRISCHE STRUCTUUR VAN DE VASTE STOF

4.1 Valentie-elektronen (elektronen op de buitenste schil van een atoom) spelen een belangrijkerol in de elektrische geleiding van de vaste stof. De energieniveaus van de valentie-elektronen van alleatomen van een stof vormen een energieband. Het energiebandenmodel laat toe het onderscheid te verkla-ren tussen geleiders en niet-geleiders. Met behulp van de kristalstructuur van een halfgeleider of hetenergiebandenmodel wordt het specifiek geleidingsmechanisme zowel bij de zuivere halfgeleider (intrin-sieke geleiding) als bij de gedopeerde halfgeleider (extrinsieke geleiding) verklaard.

4.2 De invloed van de temperatuur op de weerstand van een geleider wordt proefondervindelijkaangetoond (b.v. bij een gloeilamp). De verklaring gebeurt door middel van het structuurmodel van eengeleider.

4.3 Het omzetten van elektrische energie in warmte is evident, het omgekeerde proces is datminder. Vandaar het invoeren van het leerstofpunt 'thermo-elektrische spanning' waarbij het Thomson-,Peltier- en Seebeckeffect als één samenhangend geheel moeten worden gezien. De grafische voorstellingvan de Seebeck e.m.s. als functie van de temperatuur voor een metalenpaar (b.v. Fe-Cu) moet toelaten debegrippen neutrale en inverse temperatuur in te voeren. Als toepassing ligt de bespreking van het thermo-koppel als thermometer voor de hand.

4.4 Door het opnemen van de spanning-stroom grafiek demonstreert men de werking van dediode, de verklaring van het verloop volgt uit de PN-junctie bij de halfgeleiders. Naast de klassieketoepassing van de diode als gelijkrichter kan men eventueel het gebruik van de diode als stroomventiel, alsbeveiliging van de draaispoelmeter, als temperatuursensor of als zonnecel bespreken.

4.5 Elastische vervormingen veroorzaken bij bepaalde kristallen ladingsverschuivingen die aan-leiding geven tot polarisatieverschijnselen (het piëzo-elektrisch effect). De verklaring kan gebeuren doormiddel van een eenvoudige kristalvoorstelling (b.v. kwarts). Toepassingen van dit fenomeen vindt menonder andere terug in gebruiksvoorwerpen zoals de gasaansteker, de zoemer, ultrasone sensoren enz...

4.6 Bij proeven kan nu ook de computer worden gebruikt. Een sensor dient dan meestal alsinvoereenheid. Men moet dan een fysische grootheid omzetten in een elektrisch signaal. Het doel van desensoren bestaat erin allerlei fysische grootheden om te vormen in een voor de computer bruikbaar signaalnamelijk een bepaalde elektrische spanning. Aandacht gaat dus vooral uit naar het opzoeken van hetverband tussen de fysische grootheid (b.v. lichtintensiteit) en de veranderende elektrische grootheid (weer-stand van de LDR). Als aanvulling kan men enkele eenvoudige elektrische schema's bespreken waarinbovenvermelde elementen zijn opgenomen (b.v. alarminstallatie).

4.7 De samenstelling van de transistor kan langs experimentele weg opgezocht worden. Devoorwaarden waaraan de basis bij een transistor moet voldoen, dienen besproken te worden. Men kan hettransistoreffect eveneens proefondervindelijk aantonen en verklaren. Als toepassingen kan men de ge-meenschappelijke emittor schakeling (GES) als wisselspanningsversterker en/of als schakelaar bondigbespreken. De werking van deze schakelingen kunnen dan op een aanschouwelijke manier worden geve-rifieerd.

5.B.5 KERNFYSICA

20

5 De behandeling van de kernfysica is nieuw in dit leerplan Fysica. De nadruk zal gelegdworden op de fysische aspecten van de kernfysica, waarbij energiebeschouwingen aan bod komen.

Bij eventuele experimentele benaderingen zal men in de eerste plaats moeten rekening houden met veilig-heidsoverwegingen. De experimentele mogelijkheden zijn hier dus beperkt.

5.1 De structuur van de atoomkern werd reeds behandeld in de lessen Chemie. De mogelijkemeerwaarde kan zijn dat men de nadruk legt op de stabiliteit van het atoom en de atoomkern, verwijzendnaar de krachten binnen het atoom. De atoommassa-eenheid wordt hier ook duidelijk gedefinieerd. Hetonderscheid tussen zwakke en sterke kernkrachten kan hier worden benadrukt.

5.2 Atomen met hetzelfde atoomnummer maar verschillend massagetal geven aanleiding tot hetdefiniëren van isotopen.

Het verschil tussen de kernmassa en de som van de massa's van de samenstellende nucleonen leidt tot dedefinitie van massadefect. Bij de verklaring van het massadefect kan het begrip bindingsenergie inge-voerd worden. Hierbij hoort ook de grafische voorstelling van de gemiddelde bindingsenergie per kern-deeltje als functie van het massagetal.

5.3.1 Bij een mogelijke experimentele behandeling van de natuurlijke radioactiviteit moeten alleregels van de veiligheid in acht genomen worden.

Detectiemethoden bieden een goede gelegenheid om eenheden in te voeren, zonder evenwel te overdrij-ven.

5.3.2 De drie natuurlijke transmutatiereeksen kunnen ingevoerd worden waarbij één reeks bij wijzevan voorbeeld in detail kan uitgewerkt worden. Een grafische voorstelling van A als functie van Z kanhier verduidelijken. De radioactieve vervalwet kan ook grafisch voorgesteld worden.

Exponentiële functies worden in de lessen Wiskunde pas behandeld in het 2de leerjaar van de 3de graad.Om het aantal radioactieve deeltjes en de desintegratieconstante (of de halfwaardetijd) van een radioactie-ve stof uit de vervalwet af te leiden kan een wiskundig intermezzo ingelast worden.

Voor iedere soort natuurlijke radioactiviteit kan telkens de aard en de verklaring gegeven worden. Hierbijkunnen de transmutatieregels van Soddy gebruikt worden, wat aanleiding geeft tot enkele voorbeelden vankernreacties. Bij deze zullen energetische beschouwingen niet achterwege blijven. Bovendien zal deconventionele schrijfwijze uit de Chemie geëerbiedigd worden.

5.3.3 Er kan gewezen worden op de kwalitatieve en kwantitatieve gevolgen van radioactieve stra-ling op levend weefsel. Veiligheidsaspecten van deze in ons milieu steeds toenemende straling kunnenhier uitvoerig behandeld worden.

5.4 Kunstmatige radioactiviteit is een vorm van radioactiviteit die in de natuur niet voorkomt.Het opwekkingsmechanisme biedt voldoende toepassingen in verschillende soorten versnellers. Men zalhier niet nalaten de kernreacties veroorzaakt door geladen en ongeladen deeltjes aan te geven.

TWEEDE LEERJAAR


zie eerste leerjaar 5.B.1.

21

5.B.2 KINEMATICA

2.2 Bij de experimentele studie van de eenparig veranderlijke rechtlijnige beweging kan menvertrekken van de vrije val. Beschikt men hiervoor niet over de nodige apparatuur dan kan men eventueeleen andere beweging bestuderen, bijvoorbeeld de beweging op een hellend vlak, op een horizontaal vlakmet constante aandrijfkracht of een andere vorm van een eenparig versnelde beweging zonder beginsnel-heid.

Men verwacht hier nog geen vectoriële benadering van de begrippen. Slechts in de tweede fase kan menals leerlingenexperiment of als oefening (zie 2.3.4) andere bewegingen bestuderen zoals de eenparigvertraagde beweging, de versnelde beweging met beginsnelheid en als bijzonder geval de eenparige recht-lijnige beweging.

2.3 Bij de theoretische studie van de ééndimensionale beweging zal men optimaal gebruik makenvan het mathematisch instrumentarium waarover de leerlingen op dat ogenblik beschikken. Bij de invoe-ring van de begrippen verplaatsing, gemiddelde snelheid, ogenblikkelijke snelheid maakt men gebruik vanhet ) teken en van de afgeleide. In verband met de te gebruiken symboliek voor afgeleide kan bestcontact genomen worden met de collega wiskunde. Men wijst tevens op het verschil dat er bestaat tussenverplaatsing (verandering van positie) en afgelegde weg. De interpretatie van grafieken kan hier optimaalbenut worden. We denken onder andere aan de betekenis van de helling van de raaklijn en van de eventu-ele snijpunten met de assen.

2.3.4 Aan "het inoefenen door middel van voorbeelden en vraagstukken" moet voldoende tijdbesteed worden om de leerlingen met de meer formele aspecten van de Fysica vertrouwd te maken.Aandacht wordt ook gevraagd voor de grafische voorstellingen. Bewegingen met verschillende combina-ties van beginposities, beginsnelheden en versnellingen zullen aan bod komen. De eenparige rechtlijnigebeweging kan dan als bijzonder geval van de eenparig veranderlijke rechtlijnige beweging besprokenworden.

2.4 We letten op het onderscheid in symbool tussen scalaire en vectoriële grootheden en op hetverschil dat er bestaat tussen x(t)-grafieken en baangrafieken y(x).

5.B.3 DYNAMICA

3 Samenstellen van krachten komt niet meer als afzonderlijk onderdeel op het leerplan voor, deleerlingen worden verondersteld vrije vectoren te kunnen samenstellen en het is aan de leerkracht om diekennis in te passen waar het nodig is met de beperkingen die een vectoriële grootheid in de Fysica somsheeft. Het begrip resultante of resulterende kracht kan dan ingevoerd worden. Bij evenwicht van eenpuntmassa (3.5.1) wordt er zeker gebruik van gemaakt.

3.1.2.2 De zwaartekracht werd al in het 1ste leerjaar van de 2de graad ingevoerd namelijk F = m gmet g in de betekenis van zwaarteveldsterkte. Hier wordt g ook valversnelling. De equivalentie van N/kgen m/s2 wordt via de definitie van de newton verduidelijkt. Uit de gravitatiewet van Newton toegepast opde aarde en een voorwerp in zijn nabijheid halen we g en een bespreking van de factoren waarvan gafhangt, volgt. De invloed van de rotatie van de aarde op de valversnelling kan hier als uitdieping behan-deld worden. Het onderscheid tussen zwaartekracht, gewicht en gravitatiekracht wordt hier extra onder-streept.

3.1.2.3 De wrijvingskracht is er de oorzaak van dat de leerlingen moeite hebben met b.v. het traag-heidsbeginsel: ik moet wel duwen om met een constante snelheid te fietsen. Wrijving is een nagenoegsteeds aanwezige kracht. Een volledige behandeling van de wrijving zou heel veel tijd vergen. Minimaalwordt verwacht dat richting, zin en de factoren waarvan de grootte afhangt, aan bod komen.

22

3.2 Bij een krachtstoot gaat het in de praktijk vaak om een NIET-constante kracht en dit gevaldient hier dus ook besproken te worden. De verandering van bewegingshoeveelheid wordt dan bepaalddoor de oppervlakte onder de kromme van de F(t)-grafiek.De botsingen worden pas na behoud van energie gezien omdat behoud van energie bij de elastische bot-singen van toepassing is.

3.3 Het begrip arbeid uit het programma Fysica van het 1ste leerjaar van de 2de graad moet hierverruimd worden. Arbeid kan dus gedefinieerd worden gebruikmakend van het wiskundig begrip scalairprodukt. Ook arbeidslevering door niet constante krachten moet hier aan bod komen b.v. massa aan eenspiraalveer.De voorstelling van de arbeid als oppervlakte in een F(x)-grafiek mag niet achterwege blijven. Het begrippotentiële energie (bij zwaartekracht en veerkracht) wordt best verbonden met het begrip veld.Het is handig gebruik te maken van het begrip systeem of stelsel. Onder het arbeid-energietheorema dientte worden verstaan dat als er arbeid wordt geleverd aan een vrij systeem en de potentiële energie van datsysteem constant blijft, de kinetische energie van dat systeem toeneemt met een bedrag gelijk aan degeleverde arbeid.De veralgemening (behoud van energie) houdt in dat men voor een stelsel kijkt naar de verandering vanpotentiële en kinetische energie. Men kan er verdiepend op ingaan door onder andere ook de warmteerbij te betrekken.

3.4 De botsingen zijn als het ware een synthese van behoud van impuls en behoud van mechani-sche energie. Het is de bedoeling enkele voorbeelden kwalitatief te behandelen waaronder een ééndimen-sionale elastische botsing en een ééndimensionale volkomen niet-elastische botsing.

3.5.2 Bij de rotatie behandelen we alleen krachten in een vlak met een rotatieas loodrecht op hetvlak zodat er slechts twee soorten draaiingen zijn: wijzerzin en tegenwijzerzin. Enkel het teken van hetmoment moet dan afgesproken worden.

5.B.4 PERIODIEKE VERSCHIJNSELEN

4 Zowel de trillingen als de golven vormen voor de leerlingen een moeilijk leerstofonderdeel.Beide fenomenen bevatten immers een in de tijd niet lineair verlopende grootheid. Hier wordt in sterkemate beroep gedaan op het voorstellingsvermogen van de leerlingen. Hoewel ook voor andere leerstof-onderdelen belangrijk, is het werkelijkheidskarakter van de nieuw in te voeren begrippen hier van grootbelang. Het gebruik van demonstraties en zo mogelijk leerlingenproeven is hier dan ook in hoge mategewenst.

4.1.1 Als voorbeelden van periodieke verschijnselen kiest men niet enkel mechanische trillingen(cfr. later de wisselstroom). Er moet hier ook al gewezen worden op de begrippen zoals periode en fre-quentie, die eigen zijn aan ieder periodiek verschijnsel.

4.1.2 Onder de mathematische voorstelling wordt verstaan de uitdrukking y = A sin (Tt + n),waarbij ook andere symbolen gebruikt mogen worden. Bij de grafische voorstelling van een trilling wordtde tijdsgrafiek bedoeld. Ook de roterende vectorvoorstelling kan behandeld worden en zal dan latervooral nuttig zijn bij de samenstelling van trillingen.

De leerstofpunten "snelheid, versnelling en kracht bij de mechanische trilling" staan als uitbreiding ver-meld omdat de aangegeven grootheden geen algemene eigenschappen zijn van de trillingen, maar enkelslaan op mechanische trillingen.

23

De leerkracht kan zelf beslissen of "energiebeschouwingen bij een enkelvoudig harmonische trilling" ineen apart onderdeel uitvoerig aan bod komt ofwel aangehaald wordt bij de behandeling van het resonantieverschijnsel.

Men dient zich bij "de samenstelling van trillingen" te beperken. Men kan de samenstelling volgensdezelfde trilrichting maar ook volgens onderling loodrechte trilrichtingen behandelen. Bij voorkeur zorgtmen er voor dat ook minstens één mathematische en één grafische oplossing besproken wordt.Men mag niet nalaten er op te wijzen dat de behandeling van de enkelvoudige harmonische trilling zobelangrijk is omdat iedere willekeurige trilling beschouwd kan worden als een samenstelling van enkel-voudig harmonische trillingen (de zogenaamde fourier-analyse en fourier-synthese).

4.2 De voorbeelden, demonstraties en proeven uit de topic "golven" kan men bij voorkeur halenuit het gebied van de geluidsleer. Dit gebied leent zich daar uitstekend toe. De geluidsleer is om diereden niet als een afzonderlijk leerstofpunt opgenomen.Door het geluid simultaan met de algemene theorie van de golven te behandelen werkt dit ook tijdbespa-rend.

4.2.1 Men dient hier ook te wijzen op het onderscheid tussen transversale en longitudinale golven.Watergolven die niet tot de ene noch tot de andere soort behoren, hoeven niet expliciet behandeld teworden; men kan ze echter gebruiken om een aantal golfeigenschappen te demonstreren en te illustreren.

Onder bewegingsvergelijking van een ééndimensionale golf dient men te verstaan een uitdrukking van devorm y = A sin (Tt - kx) voor een rechtslopende golf. Ook andere symbolen kunnen gebruikt worden.

Bij de grafische voorstelling dient men duidelijk een onderscheid te maken tussen de tijdsafhankelijkegrafiek y(t) (een trilling) en de plaatsafhankelijke grafiek y(x) (een momentopname).

Het onderscheid tussen interferentie en buiging wordt (ook in de internationale gerenomeerde handboeken)niet altijd gemaakt. Hier spreekt men dan nog enkel over "diffractie" of "interferentie". Welke opvattingmen ook volgt, het is belangrijk dat de leerlingen beseffen dat de verklaring van beide fenomenen steuntop het superpositiebeginsel.

Staande golven kunnen beschouwd worden ofwel als een ruimtelijke trillingstoestand (resonantieverschijn-sel met diverse eigenfrequenties) of als een samenstelling van een rechts- en een linkslopende golf. Deeerste methode is vooral bruikbaar bij een experimentele aanpak, terwijl de tweede gesteund is op eenmathematische benadering als uitgangspunt. Men kan ofwel kiezen voor één van beide benaderingen,ofwel beide na elkaar behandelen.

4.4.1 Indien men de wisselstroomketen wenst te programmeren dient men na te gaan of de leerlin-gen in het 1ste leerjaar van de 3de graad reeds de condensator en de zelfinductie gezien hebben. Dezestaan daar immers als uitbreiding in het leerplan aangegeven. Indien dit niet het geval is, kan men ze hiereventueel beknopt behandelen. Dit onderdeel leent zich uitstekend tot het inschakelen van de computerzowel voor het uitvoeren van demonstratieproeven als voor het verzamelen en verwerken van meetresul-taten.

6 EVALUATIE

Bij de evaluatie zal men zorgen voor voldoende afwisseling naar vorm en inhoud. Bij de essayvragenmoet men er voor zorgen dat ze voldoende gestructureerd zijn, dit wil zeggen in onderdelen opgedeeld.Men mag niet overdrijven met rekenvraagstukken waarvan de oplossing uit meerdere stappen bestaat,maar men mag ze ook niet schuwen. Ze bieden de mogelijkheid de leerlingen te trainen in problem-solving en zij zorgen door hun moeilijkheidsgraad voor een goede uitdaging.

24

De kortere tussentijdse ondervragingen zijn belangrijk voor leerling en leerkracht omdat ze informatiegeven over de evolutie. Vermits de Fysica een experimenteel vak is, moet men trachten kleine experi-menten bij de georganiseerde evaluatiemomenten in te schakelen. Het gaat niet op het hele schooljaar veelbelang te hechten aan experimenten en deze experimenten niet bij de evaluatie te betrekken. Vanzelfspre-kend krijgt de leerkracht vooral tijdens leerlingenpractica de kans heel wat observaties te verrichten inverband met dit aspect van de evaluatie. Vooral doelstellingen van affectieve en psychomotorische aardkomen hier aan bod. Dit is een belangrijke reden om een leerlingenpracticum te organiseren.

7 BIBLIOGRAFIE

Men kan zich wenden tot de Vlaamse educatieve uitgeverijen die leerboeken op de markt brengen met deuitwerking van dit leerplan. Voor achtergrondlectuur vindt men een uitvoerige bibliografie in :"Vademecum voor de Leerkracht Wetenschappen", Acco, Leuven.

25


1 INLEIDING



2 BEGINSITUATIE

De leerlingen in deze groep tonen een positieve interesse voor de exacte wetenschappen en in iets minderemate voor Wiskunde. Zij volgen 2 u. Fysica, 2 u. Chemie en 2 u. Biologie. De meerderheid van dezeleerlingen zullen in de 2de graad 5 u. Wiskunde en 2 u. Fysica hebben gevolgd.Nochtans bestaat de mogelijkheid dat een beperkt aantal leerlingen in de 2de graad slechts 3 u. Wiskundeen 1 u. Fysica gevolgd hebben. Het feit dat deze leerlingen worden toegelaten moet wijzen op een posi-tieve ingesteldheid voor de exact-wetenschappelijke vormingscomponent, zodat men mag aannemen dat zijde achterstand in Wiskunde en Fysica zouden kunnen wegwerken mits een extra inspanning.

De fysicavoorkennis heeft te maken met de structuur van de materie (deeltjesmodel), de meetkundigeoptica (accent op breking en lenzen), een elementaire behandeling van de mechanica, de gaswetten enenergetische aspecten van de fase-overgangen (De leerlingen die 1 u. Fysica in de 2de graad hebbengevolgd hebben deze zaken wat bondiger gezien en sommigen niet).

De meeste leerlingen hebben enige experimenteer-vaardigheid en kunnen omgaan met grafieken (rechtevenredig verband, omgekeerd evenredig verband, vergelijking van een rechte).

Deze leerlingen zullen in hun vervolgstudie waarschijnlijk opteren voor een studierichting met exactewetenschappen. Al moet men bedenken dat een universitaire vervolgstudie met een zwaar pakket wis-kunde voor hen wat hoog gegrepen is gezien hun beperktere wiskundekennis.

Omdat voor deze groep een aantal leerlingenpractica verplicht zijn moet de school beschikken over eengoed uitgerust fysicalokaal (Het betreft hier zowel het lokaal zelf als het proevenmateriaal).De vakbegeleiders kunnen in dat verband voor advies zorgen.

Omdat de invulling van het complementair gedeelte per school sterk kan verschillen, is het niet mogelijk100 % exact te voorspellen wat de beginsituatie is. De leerkracht zal zich dus goed vergewissen van deconcrete situatie in zijn of haar school.

26

3 DOELSTELLINGEN

De doelstellingen situeren zich op drie domeinen namelijk het cognitieve, het affectieve en het psycho-motorische.

3.1 Cognitief

In verband met het cognitieve kunnen we aanstippen dat het gaat om het verwerven van belangrijke fysi-sche feitenkennis. De leerinhouden zijn dus een weergave van deze belangrijke feitenkennis. Zonder testreven naar volledigheid is getracht deze feitenkennis zo te kiezen dat de leerling een goed zicht krijgt opgrote domeinen van de Fysica.Het verschuiven van de (zware) mechanica naar het 2de leerjaar van de 3de graad heeft een dubbelebedoeling, namelijk enerzijds deze leerstof aanbieden op het moment dat de leerlingen een hoger abstrac-tieniveau hebben bereikt en anderzijds kan men gebruik maken van de ondertussen verworven wiskundigetechnieken.Een bijkomend voordeel is nog dat het behandelingsmoment dichter komt bij de vervolgstudie zodat deleerlingen er meer steun aan hebben.Binnen het cognitieve domein is het verwerven van inzicht in de natuurwetenschappelijke methode eenbelangrijke doelstelling. De natuurwetenschappelijke methode is niet synoniem voor experimentele met-hode. De natuurwetenschappelijke methode heeft een dubbel kenmerk namelijk experimenteel (inductie)en verklarend vanuit modellen (deductie). Het waardevolle en dus het vormende zit juist in de wissel-werking tussen beide aspecten.Op het einde van de 3de graad zouden de leerlingen in staat moeten zijn een eenvoudig probleem zelfstan-dig te onderzoeken en hierover verslag uit te brengen.

3.2 Affectief

Het volgend lijstje kan voor dit domein richtinggevend zijn:

- In staat zijn zich een onpartijdig oordeel te vormen (objectiviteit en eerlijkheid).- Bereid zijn een eenmaal genomen beslissing te herzien, als nieuwe gegevens ter beschikking komen die

dit noodzakelijk maken (objectiviteit en eerlijkheid).- Niet veralgemenen op grond van een klein aantal gegevens (objectiviteit en eerlijkheid).- Kritisch staan ten opzichte van resultaten die door extrapolatie zijn verkregen (objectiviteit en eerlijk-

heid).- Bereid zijn met anderen samen te werken, naar anderen te luisteren en zijn eigen mening voor een

andere en betere prijs te geven (sociale gerichtheid).- Kritisch staan ten opzichte van de resultaten van experimenten, ze niet manipuleren om er het verwach-

te antwoord uit te krijgen (objectiviteit en eerlijkheid).- Behoefte hebben aan verificatie en eerbied voor logica (objectiviteit).- Behoefte hebben aan weten en begrijpen en bereid zijn zich in problemen te verdiepen (leergierigheid).- Zelfkritiek bezitten (objectiviteit en eerlijkheid).- In staat zijn in een discussie zijn mening onder woorden te brengen en die zonodig te verdedigen (door-

zettingsvermogen en durf).- In staat zijn weerstand te bieden aan propaganda en reclame, doordat men kritisch staat ten aanzien

van een geschreven of gesproken bewering (objectiviteit en durf).- De beheersing verwerven om proeven op een verantwoorde manier op te stellen en uit te werken (durf

en voorzichtigheid).- Zoeken naar concretisering van natuurkunde in het dagelijks leven (leergierigheid).- Verwondering opbrengen voor de harmonie en de complexiteit die schuilt in fysische verschijnselen

(verwondering).

27

- Efficiënt leren werken door orde, nauwkeurigheid en stiptheid te betrachten bij het uitwerken vanexperimenten en het opstellen van verslagen en notities (efficiëntie).

3.3 Psychomotorisch

Het zelf uitvoeren van leerlingenproeven en het helpen bij allerlei demonstratieproeven geeft de leerlingenruim kans tot het ontwikkelen van hun motoriek.

4 LEERINHOUDEN

EERSTE LEERJAAR

INLEIDING

De reeds geziene grootheden en hun eenheden worden herhaald. Bij het meten blijft men aandacht beste-den aan de meetnauwkeurigheid en het aantal beduidende cijfers.



2 ELEKTRODYNAMICA


- Atoomstructuur - lading.- Krachtwerking: wet van Coulomb.

2.2 Elektrisch veld

- Veldbegrip - veldlijnen - veldsterkte.- Verband tussen veldsterkte en veldlijnen (veldlijnendichtheid).- Voorbeeldvelden: radiaal en homogeen veld.

2.3 Elektrische potentiaal

- Potentiaalverschil.- Relatie tussen potentiaalverschil en potentiële energie.- Voorbeeldvelden: radiaal en homogeen veld.




- Stroomkring, meten van stroom en spanning.- Verband tussen potentiaalverschil (spanning) en stroomsterkte: weerstand.- Wet van Ohm.- Wet van Pouillet.

28


- Vervangingsweerstand.- Stroom- en spanningswetten (Kirchhoff).- Toepassingen.



2.8 Niet-ideale spanningsbron

- e.m.s. - inwendige weerstand - klemspanning.

3 ELEKTROMAGNETISME

3.1 Permanente magneten

- Veld.- Veldlijnen.- Krachtwerking.- Polen.

3.2 Elektromagnetisch veld

- Rond een stroomvoerende geleider (Oersted).- Rond een stroomvoerende winding.- In een solenoïde.- Vorm en zin van de veldlijnen.

3.3 Verklaring van het magnetisme bij permanente magneten via de structuur van de mate-rie


3.4.1 Invoeren van de inductievector@ F = B I l@ conventie omtrent richting en zin.

3.4.2 Magnetische inductievector bij volgende voorbeeldvelden:@ rechte geleider;@ winding;@ solenoïde.

3.4.3 Definitie van de ampère.

3.4.4 Toepassingen in verband met krachtwerking op stroomvoerende geleiders en bewegendeladingen in een magnetisch veld.


29

3.5.1 Magnetische inductieflux.3.5.2 Fluxverandering als oorzaak van spanning.3.5.3 Wet van Lenz.3.5.4 Algemene inductiewet.3.5.5 Uitbreiding: toepassingen (inductiespoel, transformator).

4 ELEKTRISCHE STRUCTUUR VAN DE VASTE STOF

4.1 Modelvoorstelling van de elektrische structuur van de vaste stof

4.1.1 Geleiders en niet-geleiders@ Valentie-elektronen van atomen.@ Energie van de elektronen: energieniveaus in atomen, moleculen en roosters.@ Geleiders.@ Niet-geleiders.

4.1.2 Halfgeleiders@ Zuivere halfgeleiders - intrinsieke halfgeleiding.@ Gedopeerde halfgeleiders - extrinsieke halfgeleiding.

4.2 Invloed van de temperatuur op de elektrische geleiding in een vaste stof

4.2.1 Experimentele benadering van het fenomeen@ Opstellen van de R(T)-grafiek.

4.2.2 Verklaring aan de hand van het vaste stofmodel.

4.3 Uitbreiding: thermo-elektrische spanning

4.3.1 Thermospanning (Thomson e.m.s. = Thomsoneffect).4.3.2 Contactpotentiaal (Peltier e.m.s. = Peltiereffect).4.3.3 Het thermo-koppel (Seebeckeffect)

@ Seebeck e.m.s.@ Temperatuurafhankelijkheid van de thermo-elektrische spanning (neutrale temperatuur, inverse temperatuur).

4.4 De diode (de junctie-diode)

4.4.1 Experimentele benadering van het fenomeen (stroom-spanningkarakteristiek).4.4.2 Verklaring aan de hand van het structuurmodel van de vaste stof.4.4.3 Toepassingen: diode als gelijkrichter.

Uitbreiding: zonnecellen en andere toepassingen.

4.5 Uitbreiding: piëzo-elektriciteit

4.5.1 Het piëzo-elektrisch effect.4.5.2 Verklaring.4.5.3 Toepassingen.

30

4.6 Uitbreiding: sensoren

4.6.1 Temperatuurgevoelige weerstanden (NTC en PTC).4.6.2 Spanningafhankelijke (VDR), lichtgevoelige (LDR) en magnetisch afhankelijke (MDR) weer-

standen.4.6.3 Drukgevoelige sensoren.

4.7 Uitbreiding: de transistor

4.7.1 Experimentele benadering.4.7.2 Verklaring.4.7.3 Toepassingen:

@ als versterker;@ als schakelaar.

TWEEDE LEERJAAR

INLEIDING

Vermits men vanuit de mechanica tot een geleidelijke en logische opbouw van grootheden en eenhedenkomt, is het nodig al de grootheden die in de vorige jaren gezien werden, te herhalen en hun verband metde basisgrootheden en -eenheden overzichtelijk aan te geven.Bij het meten blijft men aandacht besteden aan de meetnauwkeurigheid en het aantal beduidende cijfers.



2 KINEMATICA

2.1 Indeling van bewegingen

- Translatie - rotatie.- Rechtlijnig - kromlijnig.- Starre lichamen - puntmassa.





2.3.1 Referentiestelsels - positiebepaling - verplaatsing - afgelegde weg.2.3.2 Bewegingsvergelijking.2.3.3 Wiskundige en grafische behandeling van de begrippen gemiddelde snelheid, ogenblikkelijke

snelheid, gemiddelde versnelling en ogenblikkelijke versnelling.2.3.4 Inoefenen van voorgaande begrippen door middel van voorbeelden en vraagstukken.

31

2.4 Uitbreiding: kromlijnige beweging als vectoriële samenstelling van ééndimensionalebewegingen

De begrippen positie, baanvergelijking, snelheid en versnelling kunnen aangebracht worden via de hori-zontale worp en/of de schuine worp.

2.5 Eenparige cirkelvormige beweging

2.5.1 Centripetale versnelling - afleiding.2.5.2 Hoeksnelheid.2.5.3 Verband tussen hoeksnelheid en omtreksnelheid.

3 DYNAMICA


3.1.1 Illustratie van de drie basisbeginselen Traagheidsbeginsel, onafhankelijkheidsbeginsel F = m a en beginsel van actie en reactie.

3.1.2 Enkele speciale krachten3.1.2.1 Gravitatie

Algemene gravitatiewet F = G m1 m2

r2

Gravitatiekracht als centripetale kracht.

3.1.2.2 Zwaartekracht Zwaartekracht als speciaal geval van gravitatie: F = m g Zwaartepunt. Onderscheid zwaartekracht en gewicht.

3.1.2.3 Wrijvingskracht(en) en basisbeginselen van Newton.

3.2 Arbeid, vermogen en energie

3.2.1 Arbeid en vermogen.3.2.2 Arbeid geleverd door 1) de zwaartekracht en 2) de veerkracht - Begrip potentiële energie.3.2.3 Arbeid-energietheorema en begrip kinetische energie.3.2.4 Veralgemening: behoud van energie.

3.3 Evenwichten

3.3.1 Evenwicht van een puntmassa: E Fi = 0

3.3.2 Evenwicht van een star lichaam met vaste rotatieas@ definitie moment van een kracht ten opzichte van de rotatieas@ evenwicht : E Mi = 0@ toepassingen: hefbomen en massacentrum.

32

3.3.3 Veralgemening: evenwicht van een vrij lichaam.@ voorwaarden : E Fi = 0 en E Mi = 0@ toepassingen en vraagstukken.

4 PERIODIEKE VERSCHIJNSELEN

4.1 Enkelvoudig harmonische trilling

4.1.1 Voorbeelden van periodieke verschijnselen.4.1.2 Harmonische trilling

@ mathematische en grafische voorstelling@ uitbreiding : snelheid, versnelling en kracht bij de mechanische trilling@ uitbreiding : energiebeschouwingen@ samenstellen van trillingen@ gedwongen trilling - resonantie.

4.2 Golven

4.2.1 Lopende golven@ ontstaan: voortplanting van een trillingstoestand@ bewegingsvergelijking van een ééndimensionale golf en grafische voorstelling@ uitbreiding : energie van een golf@ eigenschappen van golven: terugkaatsing, buiging, interferentie en breking.

4.2.2 Staande golven.

4.3 Uitbreiding: lichtgolven

- Interferentie.- Buiging.- Polarisatie.


Onder rubriek A vindt men algemene opmerkingen voor de gehele graad, onder B bijzondere opmerkin-gen die bij een specifiek onderdeel van de leerinhouden horen. Deze bijzondere opmerkingen kregenhetzelfde nummer als het leerstofonderdeel waar ze naar verwijzen.


5.A.1 Met dit leerplan beoogt men een basis van de Fysica te leggen door een grondige behandelingvan bepaalde domeinen van de klassieke Fysica in hun tweeledig aspect: het theoretische en het experi-mentele.

Het publiek dat men hier in de les krijgt heeft 6 u. Wetenschappen (wat een goede motivatie laat veron-derstellen) en 4 u. Wiskunde (misschien sporadisch aangevuld tot 6 u.). In vergelijking met het 3 u.-leerplan is er minder leerstof en minder practicum. Men kan bovendien op eenzelfde leerstofpunt somsminder ver en minder diep ingaan dan bij het 3 u.-leerplan omdat de wiskundebagage meestal niet zouitgebreid is.

33

De mechanica is naar het 2de leerjaar van de 3de graad verschoven omdat daar de wiskundekennis opti-maal benut kan worden en zo een formele aanpak mogelijk wordt. Bovendien lijkt ons dit een voordeelvoor de verdere studies zeker voor deze in een wetenschappelijke richting.Trillingen en golven worden zoals vroeger ook in dit leerjaar behandeld.In het 1ste leerjaar komen elektrodynamica en elektromagnetisme aan bod, aangevuld met de elektrischestructuur van de stof.

Bij de elektrische structuur van de stof beoogt men inzicht in de structuur van de vaste stof te geven. Ditsluit enerzijds aan bij wat in het deeltjesmodel behandeld werd en anderzijds zijn er verwijzingen naar,uitdiepingen van en toepassingen op wat tevoren in de elektrodynamica en het elektromagnetisme behan-deld werd.

Het leerplan dient als een minimumleerplan geïnterpreteerd te worden. Alle leerstofpunten dienen dusniet maximaal uitgewerkt te worden. De leerkracht, die zorgt voor een goede dosering van zowel de-monstratieproeven als leerlingenproeven, moet niet in tijdnood komen. Zelfactiviteit van de leerling isbelangrijk. De uitbreidingsleerstof is niet verplicht. De leerkracht oordeelt, rekening houdend met aller-lei factoren, in welke mate de uitbreidingsleerstof kan worden behandeld. De toepassingen zijn vaak alsuitbreiding aangeduid. Nochtans zijn toepassingen vaak verhelderend en motiverend en dragen ze bij totde algemene vorming van de leerlingen. Daarom is het aan te raden niet zomaar alle toepassingen weg telaten maar een verantwoorde selectie te maken.

Het proefondervindelijke karakter van de Fysica moet ook in de lessen tot zijn recht komen. Demonstra-tieproeven en leerlingenpractica (min. 3/jaar) staan daarvoor in. Van leerlingen die deze cursus doorlo-pen hebben, mag verwacht worden dat ze zelfstandig een meting kunnen uitvoeren en meetresultatenkunnen verwerken en interpreteren.

Het belang dat aan een leerstofinhoud gehecht dient te worden is niet altijd recht evenredig met het aantalleerstofpunten in de leerinhoud. Het is evident dat de leerstof die traditioneel tot het leerplan behoort vaakin kortere termen te vatten is dan nieuwe leerstofpunten. Bij deze laatste vindt men soms tussen haakjeseen specificatie om misverstanden te voorkomen en/of extra informatie te geven.

5.A.2 Voor het realiseren van leerlingactief fysica-onderwijs dient men te beschikken over een ge-schikt leslokaal en de noodzakelijke hulpmiddelen.

Het lokaal dient voldoende groot te zijn. Men moet rekenen op een vloeroppervlakte van 2,5 à 2,9 m2 perleerling.

De demonstratietafel moet voldoende groot zijn en voorzien zijn van opbergruimte. De demonstratietafelis voorzien van elektriciteit, gas en water (aan- en afvoer). De demonstratietafel staat liefst niet op eenverhoog maar op het normale vloerniveau. Roltafels met dezelfde hoogte als de demonstratietafel kunnendeze demonstratietafel dan op allerlei manieren uitbreiden.

De leerlingentafels zijn best mobiel zodat men, wanneer gewenst, gemakkelijk een grote vrije vloerop-pervlakte verkrijgt. Bij gebruik van energieblokken zal men trachten het aantal hiervan te beperken. Ditwerkt kostenbesparend. Niet alle leerlingentafels moeten beschikken over gas en water. Elektriciteit iswel voor alle tafels nodig.

Het lokaal moet verduisterbaar zijn. Er moet voldoende bergingsmogelijkheid zijn voor het materiaal(eventueel aangrenzend aan het eigenlijk leslokaal).

Een afzonderlijke preparatieruimte is zeer gewenst. Deze preparatieruimte kan ook dienstig zijn alsbergruimte voor materiaal.

34

Deze preparatieruimte kan eventueel ook voor een andere discipline dienstig zijn. In dat geval moet dieruimte voldoende groot zijn en gelegen tussen de betrokken vaklokalen.

Het schrijfbord hoeft niet overdreven groot te zijn maar men moet ook beschikken over een projectie-scherm zodat men vlot gebruik kan maken van vooral de overheadprojector. Ook dia's, film en videoworden occasioneel gebruikt.

In dat verband vestigen we de bijzondere aandacht op het feit dat de mogelijkheid bestaat films te ontlenenen kopies van videoprogramma's te laten maken (videoband ter beschikking stellen).Men kan hiervoor terecht bij :

Ministerie van Onderwijs, Dienst Media en Informatietechnologie, Handelskaai, 7, 1000 Brussel.Tel.(02)217 41 90.

Het gebruik van de computer is inherent aan de didactische methode in de natuurwetenschappen. Onge-twijfeld zullen leerkrachten Fysica die een computer met interfacekaart, meetpaneel en sensoren ter be-schikking hebben, gebruik maken van dit handig meetapparaat dat naast wetenschappelijke ook uitzon-derlijke didactische perspectieven biedt. Terwijl de didactische mogelijkheden in alle studierichtingenaangewend kunnen worden zullen de wetenschappelijke onderzoeksmogelijkheden vooral in de studierich-tingen met 3 u. Fysica volop aan bod komen.

In de fysicaklas kan de computer gebruikt worden om meetgegevens te registreren en/of in grafiek om tezetten en/of te verwerken.Bij de opstelling van het experiment moet de aandacht van de leerlingen gevestigd worden op de fysischeaspecten van het experiment en niet op de registratie en de verwerking door de computer. Door het sturenvan een meting kan de invloed van verschillende factoren op de meetresultaten op korte tijd getoondworden.

Proeven die met gewone middelen slechts kwalitatief uitgevoerd kunnen worden bieden met de computervaak betere perspectieven. We denken hier b.v. aan het opmeten van de ladings- en ontladingskrommevan een condensator, aan het opmeten van de magnetische inductiekromme, aan registratie van bewegin-gen en golfverschijnselen. Op de grafiek kunnen met verwerkingsprogramma's onder andere oppervlak-ten, hellingen en afgeleiden berekend worden.

In een aantal studierichtingen hebben de leerlingen in de 2de graad met de computer leren werken. Fysi-caleerkrachten die over het informaticalokaal kunnen beschikken, kunnen de leerlingen laten werken metmodelvoorstellingen en simulaties; hierbij mogen de fysische achtergronden niet uit het oog verlorenworden. Ook kunnen meetresultaten, rekenproblemen en vraagstukken met wiskundige programma'sverwerkt en opgelost worden.

Demonstratie-, trainings- en simulatieprogramma's worden door verschillende instanties voorgesteld.Ook het NVKSO biedt in het kader van het navormingsproject "Integratie van de informatica in de fysica"de mogelijkheid aan leerkrachten om zich op dit domein bij te scholen. Na een algemene inleiding overautomatische gegevensgaring, worden onderwerpen uit het leerplan behandeld waarbij Fysica centraalstaat. De bijscholing omvat het aanleren, het gebruik en de ondersteuning van apparatuur en programma-tuur.

De (programmeerbare) zakcalculator is de laatste jaren gemeengoed geworden in alle lagen van de bevol-king. Hoewel het gevaar voor een achteruitgang van de rekenvaardigheden van de leerling niet altijddenkbeeldig is, moet het gebruik van de zakcalculator toch niet verboden worden. Bij het uitvoeren vanproeven kan de zakcalculator van nut zijn zowel bij het verwerken van de meetresultaten als bij het makenvan berekeningen. Hetzelfde kan gezegd worden bij het oplossen van vraagstukken.

35

5.A.3 Het is wettelijk voorzien dat men het SI-eenhedenstelsel gebruikt. Er zijn ook niet-SI-eenhe-den die wel toegelaten zijn zoals millibar, km/h enz.Voor het gebruik van de namen van de grootheden en de symbolen ervan, evenals hun eenheden verwij-zen we naar de Belgische normen, die hieromtrent worden uitgevaardigd. Men kan zich hiervoor wendentot:


5.A.4 VEILIGHEID






Het elektrisch gevaar van elektrokutie kan behandeld worden via de begrippen weerstand van het mense-lijk lichaam en stroom door het menselijk lichaam. Kortsluiting en overbelasting zijn sleutelbegrippen inverband met elektrische veiligheid.Zeer in het bijzonder wijzen we erop dat leerlingen bij practicum in open-kring-situaties slechts mogenwerken met een maximale spanning van 24 V (spanningen van 0 tot 24 V noemt men veiligheidsspan-ningen).

De meer chemische veiligheidsaspecten komen in het vak Chemie aan bod. Ook binnen het vak Fysicahanteert men allerlei stoffen. Men wijst de leerlingen op allerlei veiligheidsaspecten in verband met hetveilig omgaan met stoffen (R en S-zinnen, een goede etikettering).

Veiligheid heeft niet alleen rechtstreeks te maken met de menselijke persoon maar ook onrechtstreeks metzijn omgeving (het milieu). Veilig omgaan met dit milieu is dus essentieel en daar moeten wij als lesge-vers het voorbeeld geven.

Waar kernfysica wordt behandeld moet men het hebben over de gevaarlijke invloed van radioactievestraling op het menselijk lichaam. Men kan dit best doen na samenspraak met de collega Biologie.


36

Een laatste en concrete niet te missen inlichting betreft het antigifcentrum.Adres: J. Stallaertstraat 1, bus 15, 1060 Brussel. Tel. (02)345 45 45 alleen te gebruiken voor dringende noodhulp.Tel. (02)344 15 15 te gebruiken voor administratie en inlichtingen.


EERSTE LEERJAAR


Onder leerlingenpracticum verstaat men een activiteit waarbij leerlingen alleen of in kleine groepjes (2 à3) zelfstandig (maar onder supervisie van de leerkracht) proeven (zowel kwalitatief als kwantitatief) uit-voeren in verband met één of ander fysisch verschijnsel dat behoort tot het leerpakket. Dit wil dan ookzeggen dat het maken van oefeningen of het oplossen van vraagstukken niet als practicum kan wordenbeschouwd!

Verschillende doelstellingen kunnen met het leerlingenpracticum gerealiseerd worden. Naast de psycho-motorische doelstellingen die bij de algemene vakdoelstellingen werden verwoord zijn er onder meer:- het aanleren van experimentele vaardigheden, bijvoorbeeld het omgaan met meetapparatuur;- het inleiden van een nieuw fysisch verschijnsel of probleem;- de verdieping of toepassing van geziene leerstof;- het zoeken van praktische oplossingen voor nieuwe situaties.

Bij een leerlingenpracticum hoort steeds een (uit)geschreven opdracht (instructiefiche) die kan variërenvan een volledig gesloten naar een volledig open opdracht. Dit maakt een gradatie in moeilijkheidsgraadmogelijk. Open opdrachten zullen pas ten volle renderen op het einde van de opleiding. Indien onvol-doende materiaal aanwezig is om alle leerlingen één bepaalde proef gelijktijdig te laten uitvoeren, kan bijeen reeks van samenhorende proeven het roulerend practicum de oplossing bieden.

Van het practicum zal steeds een geschreven verslag gemaakt worden, gaande van de ingevulde instruc-tiefiche tot het verslag horend bij een volledig open opdracht.Een goed verslag zal over het algemeen volgende elementen bevatten:- formulering van de doelstellingen van de proef;- meetopstelling en materiaal;- werkwijze;- meetresultaten in overzichtelijke tabellen;- verwerking van de meetresultaten met aandacht voor de beduidende cijfers;- grafiek(en);- besluiten (verwoording - formule - wet).

Aan de vakbegeleiding kan gevraagd worden de verslagen van practica als huiswerk te beschouwen.

Een volwaardig leerlingenpracticum zal minimaal één lesuur duren.

Om leerlingenpractica optimaal te laten renderen mag de klasgroep niet te groot zijn: de praktijk wijst uitdat 24 leerlingen in dat verband een absoluut maximum is.


2 De structuur van de materie is een leerstofpunt dat telkens herhaald wordt bij een nieuwonderdeel. De bouw van het atoom werd in de lessen Chemie al behandeld. Het is de bedoeling telkens

37

die aspecten aan te halen die verband houden met het leerstofonderdeel. Zo ligt voor de elektrodynamicade nadruk op de elektrische structuur van de materie.Bij het elektromagnetisme worden voornamelijk de magnetische eigenschappen toegelicht. Bij de vastestof fysica komen weer andere aspecten aan bod. Door deze werkwijze wordt een gefundeerd totaalbeeldvan de structuur van de materie opgebouwd. Men kan er op wijzen dat het opgebouwde beeld een model-voorstelling is, die afgeleid wordt uit diverse experimentele ervaringen.

2.1 Bij het "opwekken" van ladingen moet benadrukt worden dat een voorwerp een lading ver-krijgt als gevolg van een herverdeling van ladingen.

De elektrische krachtwerking en de wet van Coulomb werden zeer bondig behandeld in het 1ste leerjaarvan de 2de graad, echter enkel in de studierichtingen met 2 u. Fysica/week, zodat dit leerstofpunt nuopnieuw aan bod komt.

2.2 Elektrische kracht en elektrische veldsterkte zijn vectoriële grootheden. In de Wiskunde (2degraad) werden enkel de vrije vectoren, het samenstellen, de scalaire vermenigvuldiging en het scalairprodukt behandeld. Het beginpunt of aangrijpingspunt van een vector is zeer belangrijk in de Fysica,zodat het verschil tussen vrije en gebonden vectoren best wordt toegelicht.

2.3 Het potentiaalbegrip wordt ingevoerd in de mate dat het nodig is om de verschijnselen in deelektrodynamica te kunnen begrijpen en/of te verklaren.

2.4 Het begrip elektrische stroom wordt in de meest algemene betekenis ingevoerd (namelijk alsverplaatsing van lading). De elektrische stroom kan voorkomen in vaste stoffen, vloeistoffen en gassen.Enkel elektrische stroom in vaste stoffen wordt verder behandeld.

Bij voorkeur zal men het woord "spanningsbron" in plaats van "stroombron" gebruiken.

2.5 De verhouding van het potentiaalverschil over een schakelelement en de stroomsterkte erdoordefinieert men als de weerstand van het schakelelement.Een weerstand die voldoet aan de wet van Ohm is een weerstand waarbij deze verhouding constant is.

2.6 De substitutieweerstand en de stroom- en spanningswetten moeten zeker experimenteel bena-derd worden. Het is niet de bedoeling hier ingewikkelde netwerken in te voeren of de wetten van Kirch-hoff te gebruiken om ingewikkelde netwerken op te lossen. Bij een theoretische afleiding van de wettenvan Kirchhoff kan men gebruik maken van de behoudswetten (stroomwet) en steunen op energiebeschou-wingen (spanningswet).

Het zwaartepunt van de elektrodynamica dient vooral te liggen in het oplossen van eenvoudige netwerken(op te lossen met de regels van serie- en parallelschakelen van weerstanden). Het maken van oefeningen,zowel in de vorm van vraagstukken als practica, moet hier dan ook uitgebreid aan bod komen. Als toe-passingen op schakelingen van weerstanden kan men onder andere behandelen: het schakelen van volt- enampèremeter, de uitbreiding van het meetbereik van deze toestellen (shunt - voorschakelweerstand), debrug van Wheatstone, potentiometerschakelingen, enz.

2.7 Volgende veiligheidsaspecten kunnen aan bod komen: smeltveiligheden, aarding van toestel-len, lekstroomschakelaar, gevaar van elektrische stroom voor het menselijk lichaam, enz.

2.8 In de lessen Chemie wordt het begrip "bronspanning" gebruikt voor de e.m.s. van een span-ningsbron.

38


3.1 De studie van de permanente magneten is geen studieobject op zich maar is opgenomen in deleerstofinhouden in functie van de verschijnselen die zich voordoen in het elektromagnetisme. Belangrijkzijn hier het veldbegrip, de afspraak in verband met het verloop van de veldlijn (zin). Men kan er even-eens op wijzen dat het magnetisch veld niet overal even sterk is (polen).

3.3 Uit de overeenstemmende velden van een permanente staafmagneet en een solenoïde (eventu-eel met weekijzerkern) kan men besluiten dat - gelijke gevolgen, gelijke oorzaken - binnenin de materieeveneens "kringstromen" moeten voorkomen die verantwoordelijk zijn voor het magnetisch gedrag van dematerie. Men kan hierbij tevens wijzen op het verschillend resultaat van deze kringstromen: zij leverenniet allemaal hetzelfde netto-resultaat. Het is evenwel niet de bedoeling hier uitvoerig dia-, para- enferromagnetisme te behandelen.

3.4.1 Dat het magnetisch veld niet overal even krachtig is kan men experimenteel illustreren viakrachtwerking op een stroomvoerende geleider. Deze krachtwerking geeft aanleiding tot de invoering vande magnetische inductie B.Daar het vectorieel produkt niet gekend is moet men bij het bepalen van de richting en de zin van deinductievector beroep doen op een conventie. Men beperkt zich tot één conventie.

3.4.2 De waarde van de magnetische inductie geeft de sterkte van het magnetisch veld aan. Voorwat volgt hoeft men de veldsterkte H niet te definiëren.

De waarde van de magnetische inductie bij de voorbeeldvelden wordt niet afgeleid (uit de wet van Biot enSavart) maar aangegeven en indien mogelijk experimenteel geïllustreerd (de PC kan hierbij een nuttiginstrument zijn). Dit geeft de leerkracht nogmaals de gelegenheid (bij een solenoïde) te wijzen op hetbeperkte geldigheidsgebied van een wet (formule). Vanzelfsprekend komt de invloed van de middenstof(µ) hier ter sprake.

3.4.4 Tot de toepassingen op de magnetische krachtwerking kunnen ondermeer hier de werking vande draaispoelampèremeter, het motorprincipe, de afbuiging van de elektronenstroom in een oscilloscoop,het Hall-effect en de verklaring van de Van Allen-gordel behoren. Eventueel moet men vooraf F = B Q v afleiden.

3.5.2 Bedoeld wordt de louter experimentele illustratie van Ui = )N

) t


3.5.5 De toepassingen op de inductiewetten zijn uitbreiding. Mogelijke toepassingen zijn de zelfin-ductie, de werking van de TL-buis, de spanninggeneratoren en de transformator ...

5.B.4 ELEKTRISCHE STRUCTUUR VAN DE VASTE STOF

4.1 Valentie-elektronen (elektronen op de buitenste schil van een atoom) spelen een belangrijkerol in de elektrische geleiding van de vaste stof. De energieniveaus van de valentie-elektronen van alleatomen van een stof vormen een energieband. Het energiebandenmodel laat toe het onderscheid te verkla-ren tussen geleiders en niet-geleiders. Met behulp van de kristalstructuur van een halfgeleider of hetenergiebandenmodel wordt het specifiek geleidingsmechanisme zowel bij de zuivere halfgeleider (intrin-sieke geleiding) als bij de gedopeerde halfgeleider (extrinsieke geleiding) verklaard.

39

4.2 De invloed van de temperatuur op de weerstand van een geleider wordt proefondervindelijkaangetoond (b.v. bij een gloeilamp). De verklaring gebeurt door middel van het structuurmodel van eengeleider.

4.3 Het omzetten van elektrische energie in warmte is evident, het omgekeerde proces is datminder. Vandaar het invoeren van het leerstofpunt 'thermo-elektrische spanning' waarbij het Thomson-,Peltier- en Seebeckeffect als één samenhangend geheel moeten worden gezien. De grafische voorstellingvan de Seebeck e.m.s. als functie van de temperatuur voor een metalenpaar (b.v. Fe-Cu) moet toelaten debegrippen neutrale en inverse temperatuur in te voeren. Als toepassing ligt de bespreking van het thermo-koppel als thermometer voor de hand.

4.4 Door het opnemen van de spanning-stroom grafiek demonstreert men de werking van dediode, de verklaring van het verloop volgt uit de PN-junctie bij de halfgeleiders. Naast de klassieketoepassing van de diode als gelijkrichter kan men eventueel het gebruik van de diode als stroomventiel, alsbeveiliging van de draaispoelmeter, als temperatuursensor of als zonnecel bespreken.

4.5 Elastische vervormingen veroorzaken bij bepaalde kristallen ladingsverschuivingen die aan-leiding geven tot polarisatieverschijnselen (het piëzo-elektrisch effect). De verklaring kan gebeuren doormiddel van een eenvoudige kristalvoorstelling (b.v. kwarts). Toepassingen van dit fenomeen vindt menonder andere terug in gebruiksvoorwerpen zoals de gasaansteker, de zoemer, ultrasone sensoren enz...

4.6 Bij proeven kan nu ook de computer worden gebruikt. Een sensor dient dan meestal alsinvoereenheid. Men moet dan een fysische grootheid omzetten in een elektrisch signaal. Het doel van desensoren bestaat erin allerlei fysische grootheden om te vormen in een voor de computer bruikbaar signaalnamelijk een bepaalde elektrische spanning. Aandacht gaat dus vooral uit naar het opzoeken van hetverband tussen de fysische grootheid (b.v. lichtintensiteit) en de veranderende elektrische grootheid (weer-stand van de LDR). Als aanvulling kan men enkele eenvoudige elektrische schema's bespreken waarinbovenvermelde elementen zijn opgenomen (b.v. alarminstallatie).

4.7 De samenstelling van de transistor kan langs experimentele weg opgezocht worden. Devoorwaarden waaraan de basis bij een transistor moet voldoen, dienen besproken te worden. Men kan hettransistoreffect eveneens proefondervindelijk aantonen en verklaren. Als toepassingen kan men de ge-meenschappelijke emittor schakeling (GES) als wisselspanningsversterker en/of als schakelaar bondigbespreken. De werking van deze schakelingen kunnen dan op een aanschouwelijke manier worden geve-rifieerd.

TWEEDE LEERJAAR


zie eerste leerjaar 5.B.1.

5.B.2 KINEMATICA

2.2 Bij de experimentele studie van de eenparig veranderlijke rechtlijnige beweging kan menvertrekken van de vrije val. Beschikt men hiervoor niet over de nodige apparatuur dan kan men eventueeleen andere beweging bestuderen, bijvoorbeeld de beweging op een hellend vlak, op een horizontaal vlakmet constante aandrijfkracht of een andere vorm van een eenparig versnelde beweging zonder beginsnel-heid.Men verwacht hier nog geen vectoriële benadering van de begrippen. Slechts in de tweede fase kan menals leerlingenexperiment of als oefening (zie 2.3.4) andere bewegingen bestuderen zoals de eenparig

40

vertraagde beweging, de versnelde beweging met beginsnelheid en als bijzonder geval de eenparige recht-lijnige beweging.

2.3 Bij de theoretische studie van de ééndimensionale beweging moet men optimaal gebruikmaken van het mathematisch instrumentarium waarover de leerlingen op dat ogenblik beschikken. Bij deinvoering van de begrippen verplaatsing, gemiddelde snelheid, ogenblikkelijke snelheid maakt men ge-bruik van het ) teken en van de afgeleide. In verband met de te gebruiken symboliek voor afgeleide kanbest contact genomen worden met de collega wiskunde. Men wijst tevens op het verschil dat er bestaattussen verplaatsing (verandering van positie) en afgelegde weg. De interpretatie van grafieken kan hieroptimaal benut worden. We denken onder andere aan de betekenis van de helling van de raaklijn en vande eventuele snijpunten met de assen.

2.3.4 Aan "het inoefenen door middel van voorbeelden en vraagstukken" moet voldoende tijdbesteed worden om de leerlingen met de meer formele aspecten van de Fysica vertrouwd te maken. Er Erwordt ook aandacht gevraagd voor de grafische voorstellingen. Aan bod komen bewegingen met verschil-lende combinaties van beginposities, beginsnelheden en versnellingen. De eenparige rechtlijnige bewe-ging kan dan als bijzonder geval van de eenparig veranderlijke rechtlijnige beweging besproken worden.


5.B.3 DYNAMICA

3 Samenstellen van krachten komt niet meer als afzonderlijk onderdeel op het leerplan voor, deleerlingen worden verondersteld vrije vectoren te kunnen samenstellen en het is aan de leerkracht om diekennis in te passen waar het nodig is met de beperkingen die een vectoriële grootheid in de Fysica somsheeft. Het begrip resultante of resulterende kracht kan dan ingevoerd worden. Bij evenwicht van eenpuntmassa (3.3.1) wordt er zeker gebruik van gemaakt.

3.1.2.2 De zwaartekracht werd al in het 1ste leerjaar van de 2de graad ingevoerd namelijk F = m gmet g in de betekenis van zwaarteveldsterkte. Hier wordt g ook valversnelling. De equivalentie van N/kgen m/s2 wordt via de definitie van de newton verduidelijkt.Uit de gravitatiewet van Newton toegepast op de aarde en een voorwerp in zijn nabijheid halen we g eneen bespreking van de factoren waarvan g afhangt, volgt. De invloed van de rotatie van de aarde op devalversnelling kan hier als uitdieping behandeld worden. Het onderscheid tussen zwaartekracht, gewichten gravitatiekracht wordt hier extra onderstreept.

3.1.2.3 De wrijvingskracht is er de oorzaak van dat de leerlingen moeite hebben met b.v. het traag-heidsbeginsel: ik moet wel duwen om met een constante snelheid te fietsen. Wrijving is een nagenoegsteeds aanwezige kracht. Een volledige behandeling van de wrijving zou heel veel tijd vergen. In dezecursus beperken we ons tot de richting, de zin en de factoren waarvan de grootte van de wrijvingskrachtafhangt.

3.2 Het begrip arbeid uit het programma Fysica van het 1ste leerjaar van de 2de graad moet hierverruimd worden. Arbeid kan dus gedefinieerd worden gebruikmakend van het wiskundig begrip scalairprodukt. Ook arbeidslevering door niet constante krachten moet hier aan bod komen b.v. massa aan eenspiraalveer.De voorstelling van de arbeid als oppervlakte in een F(x)-grafiek mag niet achterwege blijven. Het begrippotentiële energie (bij zwaartekracht en veerkracht) wordt best verbonden met het begrip veld.Het is handig gebruik te maken van het begrip systeem of stelsel. Onder het arbeid-energietheorema dientte worden verstaan dat als er arbeid wordt geleverd aan een vrij systeem en de potentiële energie van dat

41

systeem constant blijft, de kinetische energie van dat systeem toeneemt met een bedrag gelijk aan degeleverde arbeid.De veralgemening (behoud van energie) houdt in dat men voor een stelsel kijkt naar de verandering vanpotentiële en kinetische energie. Men kan er verdiepend op ingaan door onder andere ook de warmteerbij te betrekken.

3.3.2 Bij de rotatie behandelen we alleen krachten in een vlak met een rotatieas loodrecht op hetvlak zodat er slechts twee soorten draaiingen zijn: wijzerzin en tegenwijzerzin. Enkel het teken van hetmoment moet dan afgesproken worden.

5.B.4 PERIODIEKE VERSCHIJNSELEN

4 Zowel de trillingen als de golven vormen voor de leerlingen een moeilijk leerstofonderdeel.Beide fenomenen bevatten immers een in de tijd niet lineair verlopende grootheid. Hier wordt in sterkemate beroep gedaan op het voorstellingsvermogen van de leerlingen. Hoewel ook voor andere leerstof-onderdelen belangrijk, is het werkelijkheidskarakter van de nieuw in te voeren begrippen hier van grootbelang. Het gebruik van demonstraties en zo mogelijk leerlingenproeven is hier dan ook in hoge mategewenst.

4.1.1 Als voorbeelden van periodieke verschijnselen kiest men niet enkel mechanische trillingen(cfr. later de wisselstroom). Tevens dient hier reeds gewezen op de begrippen zoals periode en frequen-tie, die eigen zijn aan ieder periodiek verschijnsel.

4.1.2 Onder de mathematische voorstelling wordt verstaan de uitdrukking y = A sin (Tt + n)waarbij ook andere symbolen gebruikt mogen worden. Bij de grafische voorstelling van een trilling wordtde tijdsgrafiek bedoeld. Ook de roterende vectorvoorstelling kan behandeld worden en zal dan latervooral nuttig zijn bij de samenstelling van trillingen.

De leerstofpunten "snelheid, versnelling en kracht bij de mechanische trilling" staan als uitbreiding ver-meld omdat de aangegeven grootheden geen algemene eigenschappen zijn van de trillingen, maar enkelslaan op mechanische trillingen.

De leerkracht kan zelf beslissen of "energiebeschouwingen bij een enkelvoudig harmonische trilling" ineen apart onderdeel uitvoerig aan bod komt ofwel aangehaald wordt bij de behandeling van het resonantie-verschijnsel.Men dient zich bij "de samenstelling van trillingen" te beperken. Men kan de samenstelling volgensdezelfde trilrichting maar ook volgens onderling loodrechte trilrichtingen behandelen. Bij voorkeur zorgtmen er voor dat ook minstens één mathematische en één grafische oplossing besproken wordt.Men mag niet nalaten er op te wijzen dat de behandeling van de enkelvoudige harmonische trilling zobelangrijk is omdat iedere willekeurige trilling beschouwd kan worden als een samenstelling van enkel-voudig harmonische trillingen (de zogenaamde fourier-analyse en fourier-synthese).

4.2 De voorbeelden, demonstraties en proeven uit de topic "golven" kan men bij voorkeur halenuit het gebied van de geluidsleer. Dit gebied leent zich daar uitstekend toe. De geluidsleer is om diereden niet als een afzonderlijk leerstofpunt opgenomen.Door het geluid simultaan met de algemene theorie van de golven te behandelen werkt dit ook tijdbespa-rend.

4.2.1 Men dient hier ook te wijzen op het onderscheid tussen transversale en longitudinale golven.Watergolven die niet tot de ene noch tot de andere soort behoren hoeven niet expliciet behandeld te wor-den; men kan ze echter gebruiken om een aantal golfeigenschappen te demonstreren en te illustreren.

42

Onder bewegingsvergelijking van een ééndimensionale golf dient men te verstaan een uitdrukking van devorm y = A sin (Tt - kx) voor een rechtslopende golf. Ook andere symbolen kunnen gebruikt worden.

Bij de grafische voorstelling dient men duidelijk een onderscheid te maken tussen de tijdsafhankelijkegrafiek y(t) (een trilling) en de plaatsafhankelijke grafiek y(x) (een momentopname).

Het onderscheid tussen interferentie en buiging wordt (ook in de internationale gerenomeerde handboeken)niet altijd gemaakt. Hier spreekt men dan nog enkel over "diffractie" of "interferentie". Welke opvattingmen ook volgt, het is belangrijk dat de leerlingen beseffen dat de verklaring van beide fenomenen steuntop het superpositiebeginsel.

Staande golven kunnen beschouwd worden ofwel als een ruimtelijke trillingstoestand (resonantieverschijn-sel met diverse eigenfrequenties) of als een samenstelling van een rechts- en een linkslopende golf. Deeerste methode is vooral bruikbaar bij een experimentele aanpak, terwijl de tweede gesteund is op eenmathematische benadering als uitgangspunt. Men kan ofwel kiezen voor één van beide benaderingen,ofwel beide na elkaar behandelen.

6 EVALUATIE

Bij de evaluatie moet men zorgen voor voldoende afwisseling naar vorm en inhoud. Bij de essayvragenmoet men er voor zorgen dat ze voldoende gestructureerd zijn, dit wil zeggen in onderdelen opgedeeld.Men mag niet overdrijven met rekenvraagstukken waarvan de oplossing uit meerdere stappen bestaat,maar men mag ze ook niet schuwen. Ze bieden de mogelijkheid de leerlingen te trainen in problem-solving en zij zorgen door hun moeilijkheidsgraad voor een goede uitdaging.

De kortere tussentijdse ondervragingen zijn belangrijk voor leerling en leerkracht omdat ze informatiegeven over de evolutie. Vermits de Fysica een experimenteel vak is, moet men trachten kleine experi-menten bij de georganiseerde evaluatiemomenten in te schakelen. Het gaat niet op het hele schooljaar veelbelang te hechten aan experimenten en deze experimenten niet bij de evaluatie te betrekken. Vanzelfspre-kend krijgt de leerkracht vooral tijdens leerlingenpractica de kans heel wat observaties te verrichten inverband met dit aspect van de evaluatie. Vooral doelstellingen van affectieve en psychomotorische aardkomen hier aan bod. Dit is een belangrijke reden om een leerlingenpracticum te organiseren.

7 BIBLIOGRAFIE

Men kan zich wenden tot de Vlaamse educatieve uitgeverijen die leerboeken op de markt brengen met deuitwerking van dit leerplan. Voor achtergrondlectuur vindt men een uitvoerige bibliografie in :"Vademecum voor de Leerkracht Wetenschappen", Acco, Leuven.

43

1 in hun benaming (Economie-wiskunde, Grieks-wiskunde, Latijn-wiskunde, Moderne talen-wiskunde).

2 in de studierichtingsnaam (Economie-moderne talen, Grieks-Latijn, Latijn-moderne talen,Menswetenschappen).


1 INLEIDING



2 BEGINSITUATIE

Het belangrijkste kenmerk van deze groep leerlingen is de heterogeniteit. Er ontstaan voornamelijk tweegroepen, een groep uit de studierichtingen met de component wiskunde1 (minimaal 6 u. wiskunde) en eengroep zonder de component wiskunde2 (3 u. wiskunde).De groep met component wiskunde heeft in de 2de graad 2 u. Fysica gevolgd. De groep zonder compo-nent wiskunde zal slechts 1 u. Fysica gevolgd hebben in de 2de graad.De fysicavoorkennis heeft te maken met de structuur van de materie (deeltjesmodel), de meetkundigeoptica (accent op breking en lenzen), de zeer elementaire behandeling van de mechanica, de gaswetten enenergetische aspecten van de fase-overgangen. (De leerlingen die 1 u. Fysica hebben gevolgd in de 2degraad hebben deze zaken wat bondiger gezien of helemaal niet gezien).De leerlingen kunnen in meerdere of mindere mate omgaan met grafieken (recht evenredig verband,vergelijking van een rechte).De leerlingen met component wiskunde kunnen in een universitaire vervolgstudie zeker nog opteren voorstudierichtingen uit het domein van de exacte wetenschappen.Voor de leerlingen zonder component wiskunde is dat onmogelijk.Een mogelijke oplossing voor dit probleem van heterogeniteit zou er in bestaan dat deze leerlingen verd-eeld worden in twee gedifferentieerde groepen, namelijk die met component wiskunde en die zondercomponent wiskunde. Het voorziene fysicaprogramma kan dan wat anders gekleurd worden wat positiefzou zijn voor deze twee groepen.Omdat de invulling van het complementair gedeelte per school sterk kan verschillen, is het niet mogelijk100 % exact te voorspellen wat de beginsituatie is. De leerkracht moet zich dus goed vergewissen van deconcrete situatie in zijn of haar school.

44

3 DOELSTELLINGEN

Men kan stellen dat de globale leerdoelen enigszins analoog zijn met deze van het 2 u.- en 3 u.-leerplan.Omdat er (vrijwel) geen leerlingenpracticum zal voorkomen kunnen we stellen dat er niet echt psycho-motorische doelen worden nagestreefd.Wat betreft de affectieve doelstellingen zoals ze zijn weergegeven bij het 2 u.- en 3 u.-leerplan moeten weaanstippen dat de te realiseren mogelijkheden heel wat minder zijn. Op het cognitieve domein gaat hetook hier om belangrijke fysische feitenkennis en om een elementaire kennismaking met de natuurweten-schappelijke methode.

4 LEERINHOUDEN

EERSTE LEERJAAR

1 ELEKTRODYNAMICA


- Atoomstructuur - lading.- Bewegen van ladingen.- Krachtwerking: wet van Coulomb.




- Stroomkring, meten van stroom en spanning.- Verband tussen spanning en stroomsterkte: weerstand.- Wet van Ohm.- Uitbreiding: wet van Pouillet.


- Vervangingsweerstand bij serie en parallelschakeling.- Stroom- en spanningsverdeling.- Gemengde schakeling.- Toepassingen.



2 ELEKTROMAGNETISME

2.1 Magnetisch veld

- Permanente magneten.- Elektromagneten.

45

- Verklaring van het magnetisme bij permanente magneten via de structuur van de materie.


- Invoeren van de inductievector F = B I l conventie omtrent richting en zin.

- Toepassingen.


- Magnetische inductieflux.- Fluxverandering als oorzaak van spanning.- Wet van Lenz.- Toepassingen.

3 KEUZE-ONDERWERPEN (4 u.)

De leerkracht behandelt naar keuze gedurende 4 lesuren een onderwerp aansluitend bij de leerstof.

TWEEDE LEERJAAR

1 KINEMATICA




Keuze uit 1.2 of 1.3


- Referentiestelsels - positiebepaling - verplaatsing - afgelegde weg.- Bewegingsvergelijking.- Wiskundige en grafische behandeling van de begrippen gemiddelde snelheid, ogenblikkelijke snelheid,

gemiddelde versnelling en ogenblikkelijke versnelling.- Inoefenen van voorgaande begrippen door middel van voorbeelden en vraagstukken.

1.3 Horizontale worp en/of schuine worp als voorbeeld(en) van vectoriële samenstelling vanééndimensionale bewegingen (begrippen: positie, baan, snelheid en versnelling)

1.4 Uitbreiding: eenparige cirkelvormige beweging

2 DYNAMICA


- Traagheidsbeginsel.- Onafhankelijkheidsbeginsel F = m a- Beginsel van actie en reactie.

46

2.2 Gravitatiekracht, zwaartekracht en gewicht

2.3 Arbeid, vermogen en energie - behoud van energie

3 TRILLINGEN

- Harmonische trilling: mathematische en/of grafische voorstelling.- Samenstellen (zwevingen).- Resonantie.

4 KEUZE-ONDERWERPEN (4 u.)

De leerkracht behandelt naar keuze gedurende 4 lesuren een onderwerp aansluitend bij de leerstof.


Onder rubriek A vindt men algemene opmerkingen voor de gehele graad, onder B bijzondere opmerkin-gen die bij een specifiek onderdeel van de leerinhouden horen. Deze laatste kregen hetzelfde nummer alsde leerplaninhoud waar ze naar verwijzen.


5.A.1 De moeilijkheid bij het 1 u.-leerplan is de enorme verscheidenheid van leerlingen die ditleerplan volgen. Ze verschillen qua interesse, intelligentie, fysica-voorkennis en wiskundige vaardigheid.Het leerplan is zo opgesteld dat er voor de leraar een relatief grote vrijheid bestaat om het niveau en deuitwerking van het leerplan aan de lesgroep aan te passen. De wiskundige voorkennis zal voor een be-langrijk deel bepalend zijn voor de aanpak.

Hoe men het leerplan vertaalt naar de concrete lesgroep heeft in de eerste plaats te maken met het feit ofmen al dan niet een homogene lesgroep heeft. Is dit niet het geval dan bestaat de mogelijkheid tot bin-nenklasdifferentiatie of zal men het niveau aanpassen aan de minst voorbereide leerlingen. Dit laatste iseen gemiste kans voor de leerlingen die verder willen gaan. De lessfeer en de voldoening van leerlingenèn leerkrachten zullen er onvermijdelijk onder lijden. Men bespreekt het probleem met de directie zodatdeze situatie niet blijft voortduren. Heeft men wel een homogene groep dan gelden volgende richtlijnen.

Men kan een lesgroep hebben waarvan de leerlingen minstens 6 u. Wiskunde per week volgen en waarvaneen aantal onder hen na de humaniora een wetenschappelijke richting uit wil. Het is zonder meer duide-lijk dat het 1 u.-leerplan onmogelijk een basisfysica geeft die de vergelijking met het 3 u.- en het 2 u.-leerplan kan doorstaan. Dat neemt niet weg dat men toch een zo hoog mogelijk niveau kan proberente bereiken. Deze leerlingen kunnen een formelere aanpak bij de behandeling van de leerstofpunten aan.Het is ook in die optiek dat het leerplan voor het 2de leerjaar bij kinematica de mogelijkheid biedt tot een'mooie' theoretische opbouw ervan. Bij de vier keuze-uren kan men voor leerstof kiezen die de kennisvan fysische basisbegrippen aanvult en verdiept.

Bij andere lesgroepen is zowel het aantal uren Wiskunde als Wetenschappen beperkt. Het zijn dikwijlsleerlingen die meer taalgericht zijn of menswetenschappelijke interesses vertonen. Fysica is een algemeenvormend vak. De mate waarin men deze leerlingen kan boeien en motiveren bepaalt voor een groot deelwat er bij hen van de Fysica bijblijft. Voor deze groep is het belangrijk dat de Fysica niet als een loutereopeenvolging van wetten, formules en vraagstukken gegeven wordt, maar als een wetenschap die onderandere dingen die leerlingen rondom zich ervaren kan verklaren en voorspellen. Het is daarom dat we inhet 2de leerjaar de formele aanpak van de kinematica in deze groep bij voorkeur niet aan bod laten komen

47

maar bijvoorbeeld wel een eenvoudige en grafiekgerichte aanpak van de samengestelde bewegingen. Hierworden de extra uren Fysica gebruikt om een onderwerp aan bod te laten komen dat bij de groep past.

Deze opsplitsing betekent misschien extra voorbereiding maar ongetwijfeld wordt dat gecompenseerd dooreen grotere voldoening zowel bij de leerlingen als bij de leerkracht.

Ook hier is het noodzakelijk het tweeledig karakter (theorie èn experiment) van de Fysica aan bod te latenkomen. Proeven nemen een belangrijke plaats in in de lessen. Het zullen weliswaar voornamelijk de-monstratieproeven zijn want voor leerlingenpractica ontbreekt hier allicht de tijd.

Om te helpen bij de jaarplanning kan volgende tijdsbesteding richtinggevend zijn:

1ste leerjaar: Elektrodynamica 10 uurElektromagnetisme 10 uur Keuze-onderwerp 4 uur

2de leerjaar: Kinematica 8 uurDynamica 8 uurTrillingen 4 uur Keuze-onderwerp 4 uur.

5.A.2 Meestal gaan de lessen Fysica voor het 1 u.-leerplan door in hetzelfde lokaal als voor het 2 u.- en 3 u.-leerplan. Dit goed uitgerust lokaal is dan uiteraard geschikt.Is er een eigen lokaal voor het 1 u.-leerplan dan zal dit lokaal eveneens moeten beschikken over een goedebasisuitrusting (zie hiervoor bij het leerplan 2 u. en 3 u.).Vermits men zich bij het 1 u.-leerplan vrijwel zal beperken tot demonstratieproeven zal de beschikbarevloeroppervlakte wat kleiner kunnen zijn en hoeven de leerlingentafels ook niet uitgerust te zijn metenergievoorzieningen (water, gas, elektriciteit).

5.A.3 Het is wettelijk voorzien dat men het SI-eenhedenstelsel gebruikt. Er zijn ook niet SI-eenhe-den die wel toegelaten zijn zoals millibar, km/h enz.Voor het gebruik van de namen van de grootheden en de symbolen ervan, evenals hun eenheden verwij-zen we naar de Belgische normen, die hieromtrent worden uitgevaardigd. Men kan zich hiervoor wendentot:


5.A.4 VEILIGHEID



48




Het elektrisch gevaar van elektrokutie kan behandeld worden via de begrippen weerstand van het mense-lijk lichaam en stroom door het menselijk lichaam.Kortsluiting en overbelasting zijn sleutelbegrippen in verband met elektrische veiligheid.Zeer in het bijzonder wijzen we erop dat leerlingen bij practicum in open-kring-situaties slechts mogenwerken met een maximale spanning van 24 V (spanningen van 0 tot 24 V noemt men veiligheidsspan-ningen).

De meer chemische veiligheidsaspecten zullen in het vak Chemie aan bod komen.Ook binnen het vak Fysica hanteert men allerlei stoffen. Men wijst de leerlingen op allerlei veiligheids-aspecten in verband met het veilig omgaan met stoffen (R- en S-zinnen, een goede etikettering).Veiligheid heeft niet alleen rechtstreeks te maken met de menselijke persoon maar ook onrechtstreeks metzijn omgeving (het milieu). Veilig omgaan met dit milieu is dus essentieel en daar moeten wij als lesge-vers het voorbeeld geven.

Waar kernfysica wordt behandeld moet men het hebben over de gevaarlijke invloed van radioactevestraling op het menselijk lichaam. Men kan dit best doen na samenspraak met de collega Biologie.


Een laatste en concrete niet te missen inlichting betreft het antigifcentrum.Adres: J. Stallaertstraat 1, Bus 15, 1060 Brussel.Tel. (02)345 45 45 alleen te gebruiken voor dringende noodhulp.Tel. (02)344 15 15 te gebruiken voor administratie en inlichtingen.


EERSTE LEERJAAR


1.1 De bouw van het atoom werd in de lessen Chemie reeds behandeld. Het is de bedoelingenkel die aspecten aan te halen die verband houden met de elektrische structuur van de materie.

Bij het "opwekken" van ladingen wordt benadrukt dat een voorwerp een lading verkrijgt als gevolg vaneen herverdeling van ladingen.Bewegende ladingen kunnen voorkomen in vaste stoffen (geleiders en niet-geleiders), in vloeistoffen en ingassen.

1.2 Het begrip elektrische stroom wordt in de meest algemene zin ingevoerd (namelijk als ver-plaatsing van lading). Hierbij definieert men de stroomsterkte en behandelt men de conventionele stroomzin.

49

Opdat ladingen zouden kunnen bewegen in een geleidende kring, is er een toestel nodig dat de nodigeenergie voorziet voor de elektronen. Zo een toestel wordt spanningsbron genoemd.Bij voorkeur gebruikt men het woord "spanningsbron" in plaats van "stroombron".

Spanning is dan de grootheid die "oorzaak" is van het bewegen van ladingen en dus van een elektrischestroom.

1.3 De verhouding van de spanning over een schakelelement en de stroomsterkte erdoor, defi-nieert men als de weerstand van het schakelelement.Een weerstand die voldoet aan de wet van Ohm is een weerstand waarbij deze verhouding constant is.

1.4 De substitutieweerstand en de stroom- en spanningswetten moeten zeker experimenteel bena-derd worden.Het is niet de bedoeling zeer ingewikkelde netwerken in te voeren of de wetten van Kirchhoff te gebruikenom ingewikkelde netwerken op te lossen.

Bij leerlingen die in hun lessenrooster een aanzienlijk pakket Wiskunde volgen, kan men de wetten vanKirchhoff afleiden, gebruik makende van de behoudswetten (stroomwet) en energiebeschouwingen (span-ningswet).

Het zwaartepunt van de elektrodynamica dient vooral te liggen in het oplossen van eenvoudige netwerken(op te lossen met de regels van serie- en parallelschakelen van weerstanden). Het maken van oefeningen,zowel in de vorm van vraagstukken als demonstratieproeven (of zelfs practica), moet hier dan ook uitge-breid aan bod komen.Als toepassingen op schakelingen van weerstanden kan men onder andere behandelen:- het schakelen van volt- en ampèremeter;- het uitbreiden van het meetbereik van deze toestellen (shunt - voorschakelweerstand);- de brug van Wheatstone;- schakelingen waarin men kleine wijzigingen aanbrengt en vraagt naar de implicaties hiervan op de

stroom, de spanning ... in die kringen, enz...

1.5 Veiligheidsaspecten die aan bod kunnen komen zijn: smeltveiligheden, aarding van toestellen,lekstroomschakelaar, gevaar van elektrische stroom voor het menselijk lichaam, enz.


2.1 De studie van de permanente magneten is geen studieobject op zich maar is opgenomen in deleerstofinhouden in functie van de verschijnselen die zich voordoen in het elektromagnetisme. Belangrijkzijn hier het veldbegrip, de afspraak in verband met het verloop van de veldlijn (zin). Men kan er even-eens op wijzen dat het magnetisch veld niet overal even sterk is (polen).Uit de overeenstemmende velden van een permanente staafmagneet en een solenoïde (eventueel metweekijzerkern) kan men besluiten dat - gelijke gevolgen, gelijke oorzaken - binnenin de materie eveneens"kringstromen" moeten voorkomen die verantwoordelijk zijn voor het magnetisch gedrag van de materie.Men kan hierbij ook wijzen op het verschillend resultaat van deze kringstromen: zij leveren niet allemaalhetzelfde netto-resultaat. Het is evenwel niet de bedoeling hier dia-, para- en ferromagnetisme te behan-delen.

2.2 Dat het magnetisch veld niet overal even krachtig is kan men experimenteel illustreren viakrachtwerking op een stroomvoerende geleider. Deze krachtwerking geeft aanleiding tot de invoering vande magnetische inductie B.Daar het vectorieel produkt niet gekend is moet men bij het bepalen van de richting en de zin van deinductievector beroep doen op een conventie. Men beperkt zich tot één conventie.

50

De waarde van de magnetische inductie geeft de sterkte van het magnetisch veld aan. Voor wat volgthoeft men de veldsterkte H niet te definiëren.De waarde van de magnetische inductie bij de voorbeeldvelden wordt niet afgeleid (uit de wet van Biot enSavart) maar aangegeven en indien mogelijk experimenteel geïllustreerd (de PC kan hierbij een nuttiginstrument zijn). Dit geeft de leerkracht nogmaals de gelegenheid (bij een solenoïde) te wijzen op hetbeperkte geldigheidsgebied van een wet (formule).Vanzelfsprekend komt de invloed van de middenstof (µ) hier ter sprake.Tot de toepassingen op de magnetische krachtwerking kunnen ondermeer hier de werking van de draai-spoelampèremeter, het motorprincipe, de afbuiging van de elektronenstroom in een oscilloscoop, het Hall-effect en de verklaring van de Van Allen-gordel behoren. Eventueel moet men vooraf F = B Q v afleiden.

2.3 Bedoeld wordt de louter experimentele illustratie van Ui = ) N

) t


De toepassingen op de inductiewetten zijn uitbreiding. Mogelijke toepassingen zijn de zelfinductie, dewerking van de TL-buis, de spanningsgeneratoren en de transformator ...

TWEEDE LEERJAAR

5.B.1 KINEMATICA

1.1 Bij de experimentele studie van de eenparig veranderlijke rechtlijnige beweging kan menvertrekken van de vrije val. Beschikt men hiervoor niet over de nodige apparatuur dan kan men eventueeleen andere beweging bestuderen, bijvoorbeeld de beweging op een hellend vlak, op een horizontaal vlakmet constante aandrijfkracht of een andere vorm van een eenparig versnelde beweging zonder beginsnel-heid.Als bijzonder geval kan men de eenparige rechtlijnige beweging bespreken als men 1.2 niet ziet.

1.2 Bij de theoretische studie van de ééndimensionale beweging moet men optimaal gebruikmaken van het mathematisch instrumentarium waarover de leerlingen op dat ogenblik beschikken. Ditpunt is dan ook hoofdzakelijk bedoeld voor sterk wiskundige groepen.

Bij de invoering van de begrippen verplaatsing, gemiddelde snelheid, ogenblikkelijke snelheid maakt mengebruik van het teken en van de afgeleide. In verband met de te gebruiken symboliek voor afgeleide kanbest contact genomen worden met de collega Wiskunde.Men wijst tevens op het verschil dat er bestaat tussen verplaatsing (verandering van positie) en afgelegdeweg. De interpretatie van grafieken kan hier optimaal benut worden. We denken onder andere aan debetekenis van de helling van de raaklijn en van de eventuele snijpunten met de assen.

Aan "het inoefenen door middel van voorbeelden en vraagstukken" moet voldoende tijd besteed wordenom de leerlingen met de meer formele aspecten van de Fysica vertrouwd te maken. Aandacht wordt ookgevraagd voor de grafische voorstellingen.Aan bod komen bewegingen met verschillende combinaties van beginposities, beginsnelheden en versnel-lingen. De eenparige rechtlijnige beweging kan dan als bijzonder geval van de eenparig veranderlijkerechtlijnige beweging besproken worden.

51


5.B.2 DYNAMICA

2 Samenstellen van krachten komt niet meer als afzonderlijk onderdeel op het leerplan voor, deleerlingen worden verondersteld vanuit de Wiskunde vrije vectoren te kunnen optellen en het is aan deleraar om die kennis in te passen waar het nodig is met de beperkingen die een vectoriële grootheid in deFysica soms heeft.

2.2 De zwaartekracht werd al in de 2de graad ingevoerd namelijk F = m g met g in de betekenisvan zwaarteveldsterkte. Hier wordt g ook valversnelling. De equivalentie van N/kg en m/s2 wordt via dedefinitie van de newton verduidelijkt. Uit de gravitatiewet van Newton toegepast op de aarde en eenvoorwerp in zijn nabijheid halen we g en een bespreking van de factoren waarvan g afhangt, volgt. Hetonderscheid tussen zwaartekracht, gravitatiekracht en gewicht zullen hier duidelijk worden.

6 EVALUATIE

Bij de evaluatie moet men zorgen voor voldoende afwisseling naar vorm en inhoud.Bij de essayvragen moet men er voor zorgen dat ze voldoende gestructureerd zijn, dit wil zeggen in on-derdelen opgedeeld.Men mag zeker niet overdrijven met rekenvraagstukken waarvan de oplossing uit meerdere stappen be-staat. Het zal duidelijk zijn dat de leerlingen met component wiskunde andere mogelijkheden hebben dande leerlingen zonder component wiskunde.Voor deze laatste groep moeten andere eisen gesteld worden. Mislukken is de uitzondering, niet de regel,tenminste als er voldoende inzet is.

7 BIBLIOGRAFIE

Men kan zich wenden tot de Vlaamse educatieve uitgeverijen die leerboeken op de markt brengen met deuitwerking van dit leerplan. Voor achtergrondlectuur vindt men een uitvoerige bibliografie in: "Vademecum voor de Leerkracht Wetenschappen", Acco, Leuven.

VLAAMS VERBOND VAN HET KATHOLIEK SECUNDAIR...

Documents

Transcript of VLAAMS VERBOND VAN HET KATHOLIEK SECUNDAIR...