Domů > Odborné články > Gymnaziální vzdělávání > Teplotní stupnice jako lineární funkce
Odborný článek

Teplotní stupnice jako lineární funkce

Anotace

Materiál využívá lineární závislost teploty jednou vyjádřené ve Fahrenheitově stupnici, podruhé v termodynamické stupnici na stupních Celsia k matematickému modelování grafů funkcí užitím programu GeoGebra. Žáci samostatně pracují se základními ovládacími prvky programu a aktivně využívají vytvořené grafy k řešení problému.

Cíl

  • Žák v digitálním prostředí vyhledá potřebné informace v důvěryhodném zdroji.
  • Za pomoci digitálních prostředků vytvoří graf funkce a aktivně pracuje s měřítkem na číselných osách.
  • Prověří si a upevní svoji způsobilost rozlišovat závislou a nezávislou proměnnou.
  • Rozvíjí své zkušenosti s matematickým modelováním v digitálním prostředí.
  • Aplikuje lineární funkci v učivu fyziky.
  • Využije počítačový model k řešení problému.

Základní údaje

  • Typ materiálu: pracovní list
  • Škola: gymnázium, střední škola
  • Věk žáků: 16
  • Metody: samostatná práce, objevování, badatelská práce
  • Vzdělávací obor: matematika a její aplikace
  • Tématický okruh: závislost a funkční vztahy
  • Časová dotace
    • Výuka: 1 vyučovací hodina
    • Příprava: 15 minut

Očekávané výstupy

  • Žák vyhledá (případně odvodí) vztahy závislosti termodynamické teploty a teploty Fahrenheitovy stupnice na teplotě ve stupních Celsia.

  • Pomocí specializovaného softwaru sestrojí grafy zadaných funkcí.

  • Modeluje závislosti reálných jevů užitím lineární funkce.

  • Využívá poznatky o lineární funkci při řešení rovnic a nerovnic.

  • Řeší aplikační úlohu s využitím poznatků o vlastnostech lineární funkce.

  • Vytvořený materiál podle pokynů uloží tak, aby s ním mohl v budoucnu pracovat.

Pomůcky, hardware a software

  • Učitel: PC nebo tablet s připojením na internet, dataprojektor, vhodné úložiště 
  • Žák: PC nebo tablet s připojením na internet

Potřebné vstupní znalosti a dovednosti

  • Oborové
    • obecné vlastnosti funkcí
    • vlastnosti a graf lineární funkce
  • Digitální dovednosti
    • základní orientace v prostředí GeoGebra Klasik (zápis do příkazového řádku, změna měřítka na osách, vložení textového pole, nalezení průsečíku)
    • práce s úložištěm (lze využít např. virtuální platformy GeoGebra Třída, Google Učebna apod.

Přínos využití digitálních technologií

Ukázka praktického využití ICT pro sestrojení grafů funkcí v netradičním měřítku. Žáci sestrojené grafy využívají k řešení zadaných problémů a k vlastním hypotézám. Stručné odpovědi zaznamenávají přímo do aktivního obrázku a následně sdílí.

Metodická poznámka

Při zadávání předpisu funkce v prostředí GeoGebry je třeba závislou proměnnou značit, nezávislou proměnnou. Můžeme žákům připomenout, že jako přesná hodnota trojného bodu varu byla dohodnuta teplota 273,16 K (vyplývající z definice jednotky kelvin - základní jednotka SI soustavy), ale v současné době se při výpočtech používá hodnota 273,15 K.

Popis vzdělávací aktivity

V následujících krocích žáci postupně získají data o závislosti fyzikální veličiny na různých jednotkách, v digitálním prostředí programu GeoGebra sestrojí grafy do jednoho obrázku s vhodným přizpůsobením měřítka na osách. Vytvořený interaktivní obrázek a možnosti programu GeoGebra využívají k řešení problémových situací zaměřených na grafické řešení soustavy lineárních rovnic, resp. nerovnic.

Ve fázi evokace lze žáky motivovat sdělením, že dnes hlavně v USA a dříve i v anglosaských zemích se teplota udává ve stupních Fahrenheita. Předmětem našeho zájmu bude souvislost uvedených jednotek teploty a jejich porovnání.

Zdroje

  • geogebra.org
  • SVOBODA, Emanuel a Karel BARTUŠKA. Fyzika pro gymnázia. 7. vydání. Praha: Prometheus, 2020. ISBN 978-80-7196-484-1.

 

Úloha 1

Vyhledejte potřebné informace a zapište vzorcem lineární závislost

  1. teploty K v kelvinech na teplotě C ve stupních Celsia,
  2. teploty F ve stupních Fahrenheita na teplotě C ve stupních Celsia.

Řešení úlohy 

C + 273,15

F = 9/5C + 32

 

Úloha 2

V prostředí programu GeoGebra sestrojte do jednoho obrázku grafy obou funkcí, přitom

  1. Vhodně upravte měřítko na osách - možno rolováním kolečka myši nebo užitím tlačítka.
  2. Obě osy správně popište, uveďte, jakou teplotu (teploty) vyjadřují – např. užitím vložení textového pole.
  3. Do nákresny vložte další dvě textová pole. Jedno bude obsahovat informaci, která funkce vyjadřuje závislost termodynamické teploty na stupních Celsia, a druhé označení funkce vyjadřující závislost teploty ve stupních Fahrenheita na stupních Celsia. Pozor na automatické značení funkcí v programu.

Řešení úlohy 2

Autor díla: Hana Mahnelová

 

Úloha 3

Z připraveného modelu zjistěte odpovědi na otázky a ty stručně zaznamenejte do dalšího textového pole:

  1. Při jak velké teplotě ve stupních Celsia dostaneme stejné číselné vyjádření hodnoty termodynamické teploty a teploty ve stupních Fahrenheita?
  2. Pro které hodnoty ve stupních Celsia je údaj teploty v kelvinech menší než ve stupních Fahrenheita?

Řešení úlohy 3

Autor díla: Hana Mahnelová

 

Úloha 4

Hotový úkol uložte podle pokynů. Promyslete následující otázky. Pokud znáte odpovědi, řešte do sešitu.

  1. Jak by bylo možné vaše odpovědi v úloze 3 algebraicky ověřit?
  2. Zformulujte další otázku /otázky, na které lze najít odpověď ve vámi vytvořeném obrázku.
  3. Víte, jaký by byl reálný definiční obor a obor hodnot každé z uvedených funkcí?

Řešení úlohy 4

1. Řešením soustavy rovnic určíme souřadnice průsečíku grafů funkcí.

Řešení soustavy rovnic v programu GeoGebra

2. Individuální práce žáka.

3. Počátkem termodynamické teplotní stupnice je teplota 0, ale žádná soustava této teploty nemůže dosáhnout.

Reflexe

Vhodnější je zařadit tuto aktivitu do půlené hodiny, učitel tak lépe reaguje na potřeby žáků ať už technického nebo odborného charakteru.

Zadání úloh může učitel žákům nasdílet do společného digitálního prostředí nebo je napsat na tabuli.

První tři úlohy by měli žáci v průběhu VH zvládnout. Z poslední, čtvrté úlohy je důležitá první část. Je třeba žákům upevnit vztah algebraických výpočtů s grafickým znázorněním. Tak se můžeme společně připravit na grafické řešení soustavy nerovnic. Doporučuji v podobě diskuse. Šikovnější žáci využijí k řešení soustavy rovnic CAS přímo v prostředí GeoGebra Klasik.

Podle času může učitel se žáky obrázek využít také k opakování vlastností lineární funkce.

Licence

Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons BY-NC-ND.

Autor
Mgr. Hana Mahnelová Ph.D.

Hodnocení od uživatelů

Článek nebyl prozatím komentován.

Váš komentář

Pro vložení komentáře je nutné se nejprve přihlásit.

Článek není zařazen do žádného seriálu.

Klíčové kompetence:

  • Gymnázium
  • Kompetence digitální
  • ovládá potřebnou sadu digitálních zařízení, aplikací a služeb, využívá je při školní práci i při zapojení do veřejného života; digitální technologie a způsob jejich použití nastavuje a mění podle toho, jak se vyvíjejí dostupné možnosti a jak se mění jeho vlastní potřeby;
  • Gymnázium
  • Kompetence k řešení problémů
  • vytváří hypotézy, navrhuje postupné kroky, zvažuje využití různých postupů při řešení problému nebo ověřování hypotézy;
  • Gymnázium
  • Kompetence k řešení problémů
  • uplatňuje při řešení problémů vhodné metody a dříve získané vědomosti a dovednosti, kromě analytického a kritického myšlení využívá i myšlení tvořivé s použitím představivosti a intuice