Los Metodos De La Ciencia

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I.E.S. GERENA Departamento de FÍSICA Y QUÍMICA

2000-2001

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METODOS DE LA CIENCIA Área : Ciencias aplicadas. Asignatura: Optativa Nivel: 4º de E.S.O.

OBJETIVOS: Los alumnos han de ser capaces de: -

Practicar diferentes tipos de medidas utilizando las unidades adecuadas. Calcular los diferentes errores cometidos al medir. Utilizar correctamente la anotación científica. Utilizar el método científico en todas las experiencias. Usar e interpretar adecuadamente graficas que ayuden a la resolución de los problemas planteados. Comprobar experimentalmente las características del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. Calcular el valor de “g” empleando un péndulo. Comprobar la proporcionalidad entre las fuerzas aplicadas a un muelle y los alargamientos producidos. Comprobar que el trabajo realizado por una fuerza exterior es igual a la variación de su energía. Encontrar el calor especifico de un sólido. Comprobar el principio de Arquímedes. Comprobar experimentalmente las leyes de Coulomb. Comprobar experimentalmente las leyes de la reflexión y de refracción. Montar circuitos eléctricos elementales de corriente continua. Trabajar correctamente el vidrio, (corta, doblar, obtener capilares, etc.) Relacionar las propiedades físicas de una sustancia con el tipo de enlace. Preparar disoluciones y calcular su concentración, porcentual (en peso y en volumen) así como la molaridad. Efectuar separación de mezclas aplicando los diferentes métodos de separación. Estudiar los factores que condicionan la velocidad de disolución. Ver los diferentes comportamientos químicos de los ácidos y de las bases. Determinar el pH de una disolución y aplicar el concepto correctamente. Efectuar electrólisis del agua y del cloruro de sodio. Efectuar una destilación. Comprobar como reaccionan las plantas ante los estímulos. Analizar la influencia de diversos factores en la germinación de las semillas. Comprobar la reacción de los seres vivos ante determinados estímulos. Analizar los factores que favorecen la germinación de los mohos. Aplicar métodos para observar bacteria y cultivos aislados. Comprobar el papel de las enzimas en los procesos bioquímicos. Comprobar como actúan las levaduras en la fabricación del pan y del vino. Identificar minerales. Recapacitar sobre como determinadas substancias deterioran el medio ambiente.

METODOLOGÍA: Experimentar en el laboratorio e investigar científicamente las diferentes leyes de la física, de la química, biología y geología, efectuando montajes adecuados a cada práctica y sacar conclusiones. Construcción de marcos conceptuales , que a su vez permitirán una mejor compresión e interpretación del medio que nos rodea y delos fenómenos que ocurren en él. Los procesos científicos deben de abordarse desde un determinado cuerpo de conocimientos; así pues, se necesita previamente, una base teórica en que apoyarse para iniciar la resolución de los problemas. El trabajo de laboratorio requiere paciencia y se ha de ser totalmente conciente 3

de lo que se va a experimentar. Hemos de procurar que nuestros alumnos y alumnas desarrollen una actitud reflexiva, de critica permanente, de duda, de búsqueda, de creatividad... en definitiva de espíritu científico.

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CRITERIOS DE EVALUACIÓN: Se evaluará: -

-

La actitud:   

Curiosidad. Creatividad. Constancia.  Actitud crítica. El trabajo en equipo. El orden y limpieza en el trabajo. La formulación y resolución de problemas. El informe final elaborado por el alumno:  Su organización y presentación  Las conclusiones.  El proceso de trabajo seguido.

MATERIAL QUE HA DE APORTAR EL ALUMNO: -

Bloc de anillas para guardar todo el material. Folios sueltos para tomar notas en el laboratorio. Papel cuadriculado (puede servir de cuaderno) Regla para hacer graficas.

FORMACIÓN DE EQUIPOS: -

Debido al material disponible se recomienda que el número de equipos no sea superior a cuatro. En principio el agrupamiento será libre, pudiéndose variar en cualquier momento según las necesidades. El máximo de alumno recomendado por equipos no debería ser superior a cuatro.

Departamento de Física y Química I.E.S. Gerena Septiembre 2000

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Actividad 1. - NORMAS DE SEGURIDAD E HIGIENE EN EL LABORATORIO

Material.Documento adjunto sobre Seguridad e Higiene en el laboratorio.

Actividades.-

1. - Lectura comentada. 2. - Entresacar las normas que se consideren más importantes. 3. - Confeccionar un mural o cartel que recoja algunas de las normas más importantes. 4. - Trabajo en casa. -

-

Lectura de la documentación facilitada sobre: 

La aventura de la ciencia.



Los modelos griegos.



El nacimiento de la ciencia moderna.

Contestar los interrogantes planteados al final de la documentación.

5. - Para realizar durante todo el curso. -

Revisar las normas concretas que se relacionen con la actividad que se esté haciendo.

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Actividad 2. – EL MÉTODO CIENTÍFICO.

Introducción.-

El método científico.

-

Etapas del método científico.

Material.-

Diagrama de las etapas del método científico.

-

Ejercicios. Fotocopias.

Actividades. -

1. – Explicación del método científico 2. – Discusión sobre casos concretos de aplicación 3. – Resolución de los ejemplos 4. – Trabajo en casa. Resolución de los ejemplos 5. – Para realizar durante todo el curso Aplicar correctamente en todas las experiencias el método científico-

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Actividad 3. – INSTRUMENTOS DEL MÉTODO CIENTÍFICO. a) Medición Introducción.- Repasar la teoría tratada en clase de Física: -

Sistema internacional de medidas (SI)

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Unidades de medida.

-

Múltiplos y submúltiplos

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Cambios de unidades.

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Errores: Error sistemático y error accidental.

-

Error absoluto y error relativo

-

Error medio.

-

Sensibilidad del aparato.

Material. -

Regla graduada

-

Metro

-

Cinta métrica

-

Balanza

-

Cronometro.

Actividad experimental. -

Tomar medidas diferentes aplicando correctamente la unidad adecuada.

-

Calcular los errores cometidos en las medidas anteriores.

-

Trabajo en casa. Los ejercicios propuestos por el profesor.

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Error absoluto Error relativo = -------------------- x 100 Valor medio

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Actividad 4. – INSTRUMENTOS DEL MÉTODO CIENTÍFICO. b) Representación gráfica Introducción.-

Interpretación de todos los datos obtenidos en la experimentación.

-

Proporcionalidad

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Magnitudes directamente proporcionales.

-

Magnitudes inversamente proporcionales.

-

Magnitudes directamente proporcionales al cuadrado de otra.

-

Pendiente.

Material. -

Regla graduada

-

Metro

-

Cinta métrica

-

Balanza

-

Cronometro

Actividad experimental. -

Estudio del mru. Representación grafica. Leyes

-

Estudio de la presión en algunos gases. Representación grafica. Leyes

-

Estudio del mrua. Representación grafica. Leyes

-

Estudios de otros casos similares. Representación grafica. Leyes

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Actividad 5. – LA CAIDA DE LOS CUERPOS. Introducción. -

Movimiento de caída libre..

Material. -

Cinta métrica.

-

Bolas de material pesado de diferente peso.

-

Cronometro.

Hipótesis. El tiempo que tarda un cuerpo en caer depende de la masa, del volumen, del tipo de material, de la altura desde la que cae, de su color y de su forma. Si no estas de acuerdo escribe tu propia hipótesis. Actividad experimentar. -

Desde la terraza del Instituto dejar caer una bola varias veces. Cada equipo empleará bolas diferentes.

-

Tomar la altura de la terraza.

-

Tomar lectura de tiempo transcurrido en la caída.

-

Establecer un cuadro de valores. Equipo Tiempo 1 Tiempo s 2

Tempo 3

T medio

-

Comparar los resultados obtenidos por cada equipo.

-

Interpretar los resultados.

-

¿Se confirman las hipótesis?_____ Si la respuesta es no elabora una nueva.

-

Cambiar la altura. Por ejemplo desde una ventana. ¿Qué ocurre con el tiempo?

-

Deducir una formula que exprese el valor cuantitativo entre el tiempo y la altura.

-

¿Qué expresa la formula

?

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Actividad 6. – CALCULO DE LA GRAVEDAD. Estudio del péndulo.

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Actividad 7. – CARACTERÍSTICA DEL MRUA,

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Actividad 8. – PROPORCIONALIDAD ENTRE FUERZAS Y ALARGAMIENTOS.

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Actividad 9. – TRABAJO Y ENERGIA. Objetivo. Comprobar que el trabajo realizado por una fuerza exterior sobre una masa “M” es igual a la variación de su energía externa.

Material. Un dinamómetro (3N), una polea, hilo, un gancho, pesos de diversos valores, (10g, 20g, 40g,..) y elementos diversos (varilla, nuez, soportes..) Método. Hacer el montaje de la figura. Poner una masa de 20g sobre el gancho, y estirar por el otro extremo con el dinamómetro, tal como se indica. La masa M pasará de la posición A a la B, realizando un desplazamiento igual a h ¿qué vale la fuerza F marcada en el dinamómetro? Calcular el trabajo exterior realizado por el dinamómetro aplicando la formula W = F · e, siendo e = h. Por otro lado, calcula la variación de energía potencial, según: DEp = M · g · D h. Anota los valores indicados en el cuadro adjunto y comprueba que W = DEp Repite la operación cambiando las masas. ¿Qué potencia realiza el dinamómetro? Recuerda P = W / t.

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Actividad 10. – CALOR ESPECIFICO. Objetivo. Calcular el calor especifico de un cuerpo. Materiales. Calorímetro, vaso de precipitado, mechero de butano, termómetro y sustancia incógnita. Método. a) Determinación de la masa equivalente en agua del calorímetro. 1-

Colocamos 75 g de agua dentro del calorímetro y medimos la temperatura del conjunto (t1).

2- Añadimos 75 g de agua a 80 ºC (calentarlo hasta 90 ºC y dejarlos enfriar hasta 80 ºC). 3-

Agitar y leer la temperatura de equilibrio (t2).

4-

Calcular m según

(me+75)·1·(t2-t1)+75·1·(t2-80)=0

b) Determinación del calor especifico del sólido. 1- Con una balanza medir la masa del sólido (M) 2- Calentar el cuerpo al baño maría hasta 80 ºC. 3-

Leer la temperatura (t3) del calorímetro y de los 150 g de agua contenida.

4-

Introducir el cuerpo dentro del calorímetro, agitar y leer la temperatura de equilibrio (t4).

5-

Calcular el calor específico aplicando la formula (me+159)·1·(t4-t3)+M·ca·(t4-80) = 0

Nota: memasa equivalente; cacalor específico a determinar; Mmasa del cuerpo

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Actividad 11. – PROPAGACIÓN DELA LUZ

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Actividad 12 . - REFLEXIÓN DE LA LUZ.

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Actividad 13. – REFRACCIÓN DE LA LUZ

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Actividad 14. – APARATOS ÓPTICOS: la lupa, el microscopio y el telescopio.

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Actividad 15. – DENSIDAD. ¿De qué material está echo?

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Actividad 16. – LEYES DE COULOMB. Objetivo. Comprobar experimentalmente la ley de Coulomb: las fuerzas electrostáticas entre dos cargas son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia de separación. Material. Dos bolas electrostáticas (bolas muy ligeras de medula de saúco o de porcelana grafitada con un lápiz o con esprais especial) un soporte aislador por cada una, un hilo de seda o nylon para colgar la segunda bola como un péndulo, una bombilla de 60 w conectada a la red o una linterna, un soporte para la bombilla y el péndulo, una barra de ebonita, un piel de gato o similar, y una hoja grade de papel milimetrado. Método. Cuando acerquemos una carga Q2 a otra Q1 de un péndulo, las dos del mismo signo, la fuerza de repulsión electrostática F desviará el péndulo de la posición vertical una distancia igual a la fuerza F, siendo F directamente proporcional a esta distancia x: F = k·x. Por lo tanto de la medida de x deduciremos F. Nosotros buscaremos la relación existente entre la fuerza F y la distancia d, que será idéntica a la que encontremos entre x y d. Para conseguirlo hemos de efectuar un montaje parecido al de la figura, Para medir las distancias entre las bolas, una vez establecido el equilibrio, la proyectaremos sobre un papel milimetrado con una bombilla o linterna, procurando que las dos sombras queden alineadas sobre la misma línea del papel. Las bolas las cargaremos por inducción de la forma siguiente: Frotamos la barra de ebonita con la piel de gato, que quedará cargada negativamente; acercamos la barra a la bola y tocamos don el dedo el extremo opuesto de la bola; después, retiramos el contacto, y la bola quedará cargada positivamente. Estando las dos bolas cargadas, acercamos la 2 hasta una distancia x de la 1. A causa del a fuerza repulsiva Fla bola 1 del péndulo pasa de la posición A a la A’. Medimos sobre el papel milimetrado la distancia x0 y x, y anotamos su valor en un cuadro. Repetimos la operación para varias distancias x0 y anotamos. Representar gráficamente x (ordenadas) en función de d-2 (abscisas), y comprueba que se obtiene prácticamente una recta, con lo que se demuestra que F es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Precaución. El ambiente ha de estar muy seco.

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Actividad 17. – CIRCUITOS ELÉCTRICOS. Objetivos. Montar algunos circuitos de cc., conectar adecuadamente los aparatos de medidas y comprobar los valores de las resistencias equivalentes. Materiales. Una pila de petaca de 4.5 V, varias bombillas de 3.5 w, interruptor , reóstato, amperímetro, voltímetro, hilos de conexión y soportes. Método. Hacer los montajes indicados en las figuras y comprobar los resultados, aplicar la ley de Ohm y tomar lectura de los aparatos empleados. Comprobar los resultados calculándolos teóricamente.

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Actividad 18. – TRABAJAR CON VIDRIO.

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Actividad 19. – PROPIEDADES DE LA MATERIA a)

¿De qué material está hecho?

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b) La flotabilidad de los cuerpos.

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c) Curva de calentamiento de una sustancia.

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Actividad 20. – METODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS.

2.4 Separar por cristalización dicromáto potásico y sulfato de cobre (II)

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Actividad 21. – DISOLUCIÓN a) Preparación de disoluciones.

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b) Factores que condicionan la velocidad de disolución. Material. Sulfato de cobre (II) en polvo y granulado, mortero y tubo de ensayo.

Método. 1. Poner pequeñas cantidades iguales de sulfato de cobre (II) granulado en dos tubos de ensayo completar hasta la mitad con agua destilada. Tapar y agitar fuertemente un tubo y dejar el otro en reposo. Observar la velocidad de disolución en cada caso. ¿Qué consecuencias sacas? 2. Llenar con agua destilada dos tubos de ensayo hasta la mitad. En uno coloca un cristal grande de sulfato de cobre (II) y en el otro una cantidad igual en peso pero pulverizado, triturándolo con el mortero. Tapa los tubos y agítalos fuertemente. ¿Qué consecuencias sacas? 3. Prepara dos tubos de ensayo llenos con agua destilada hasta la mitad y calentar uno hasta hervir. Añadir la misma cantidad de sulfato de cobre en cada uno. Observa la velocidad de disolución en los dos tubos.

¿Cuales son los factores que influyen en la velocidad de disolución según las experiencias anteriores?

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Actividad 22. – ESTUDIO DE LOS ÁCIDOS Y DE LAS BASES.

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Actividad 23. – ELECTRÓLISIS.

Material. Vasos de precipitados, dos tubos de ensayo, agitador, dos electrodos de platino y uno de cobre, una bombilla de 1.5 V ,fuente de alimentación de 4.5 V c.c. un interruptor y los reactivos: ácido sulfúrico, sal, sulfato de cobre (II) y fenolftaleina. Método I. Electrólisis del agua. 1. Poner agua destilada en el vaso de precipitados y sumergir en el dos electrodos. 2. Conectar los electrodos a los polos de una fuente de alimentación de corriente continua de 4.5 V, intercalando la bombilla en el circuito y el interruptor. 3. Con el interruptor cerrar el circuito. ¿Qué observas? 4. Añadir unas gotas de ácido sulfúrico ¿Qué observas ahora? 5. Para recoger los gases desprendidos en los electrodos colocar invertido y sobre cada uno un tubo de ensayo. 6. ¿Qué relación de volumen hay en cada tubo? 7. ¿Si acercamos una llama a cada tubo qué sucede? Método II. Electrólisis del cloruro de sodio. 1. Poner una solución de cloruro de sodio en un baso de precipitados y realizar los mismos puntos anteriores 2. Añadir unas gotas de fenolftaleina a la solución. ¿qué observas? ¿cómo lo explicas? Método III. Aplicación práctica. 1. Colocar una solución de sulfato cúprico en el baso de precipitados y utilizar como ánodo un electrodo de cobre y como cátodo una moneda de cinc (una peseta bien limpia). 2. ¿Cuándo pasa la corriente qué se observa? ¿cómo lo explicas?

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Actividad 24. – DESTILACIÓN DE LA MADERA. Objetivos. Efectuar una destilación. Comprobar los resultado de la destilación de la madera son: (disolución acuosa de metanol, ácido acético y diversas cetonas), (gases, 10% dióxido de carbono, 4% de monóxido de carbono, 0.2 % de eteno y 0.5 % de metano. Materiales. Serraduras de madera, mechero de butano, aparatos de destilación (ver figura). Método. Montar el dispositivo de la figura. Calentar con el mechero la erlenmeyer, donde se ha puesto serraduras de madera. Observa como evoluciona. ¿Cómo se puede comprobar el desprendimiento de los gases producidos? ¿Qué quedará en el vaso de precipitados?

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Actividad 25. – LAS PLANTAS ANTE LOS ESTIMULOS

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Actividad 26. – LA GERMINACIÓN DE LA SEMILLA.

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Actividad 27. – LOS SERES VIVOS Y LOS ESTIMULOS

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Actividad 28. – LA VIDA DE LOS MOHOS.

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Actividad 29. – LAS BACTERIAS Y SU MUNDO.

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Actividad 30. – LA FERMENTACIÓN Y LAS LEVADURAS.

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Actividad 31. – IDENTIFICACIÓN DE MINERALES.

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Actividad 32. – EL MEDIO AMBIENTE. LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Y AMBIENTAL.

Objetivos. Reflexionar y tomar conciencia sobre el deterioro del medio ambiente. Introducción. Buscar información bibliográfica sobre: -

¿Qué entendemos por contaminación atmosférica?

-

¿Por qué nos preocupa la contaminación atmosférica?

-

Los efectos de la contaminación.

-

Fuentes de contaminación.

-

Las sustancias contaminantes.

-

La problemática de la contaminación atmosférica.

-

¿Qué es la atmósfera?

-

Composición de la atmósfera.

-

Como se calienta la atmósfera.

-

Efecto invernadero.

-

Impacto de los residuos en el medio ambiente.

-

¿Cómo influye la siderurgia y la metalurgia en el deterioro ambiental?

-

¿Qué es la lluvia ácida?

Toma de datos Visita el complejo minero de Aznalcóllar. Informe Con los estudios efectuados y los datos obtenidos en el terreno:

Elaborar un informe para el tratamiento de residuos.

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Actividad 1. - NORMAS DE SEGURIDAD E HIGIENE EN EL LABORATORIO............................................................6 Actividad 10. – CALOR ESPECIFICO.........................................................................................................................39 Actividad 11. – PROPAGACIÓN DELA LUZ....................................................................................................... ..........40 Actividad 13. – REFRACCIÓN DE LA LUZ....................................................................................................... ...........49 Actividad 14. – APARATOS ÓPTICOS\............................................................................................................. ................ la lupa, el microscopio y el telescopio.....................................................................................................................61 Actividad 16. – LEYES DE COULOMB.......................................................................................................................68 Actividad 17. – CIRCUITOS ELÉCTRICOS............................................................................................................ .....69 Actividad 18. – TRABAJAR CON VIDRIO.............................................................................................................. ......70 Actividad 19. – PROPIEDADES DE LA MATERIA......................................................................................................71 Actividad 2. – EL MÉTODO CIENTÍFICO.................................................................................................................. ..12 Actividad 20. – METODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS.....................................................................................76 Actividad 21. – DISOLUCIÓN..................................................................................................................... ...............78 Actividad 22. – ESTUDIO DE LOS ÁCIDOS Y DE LAS BASES..................................................................................80 Actividad 23. – ELECTRÓLISIS................................................................................................................. .................82 Actividad 24. – DESTILACIÓN DE LA MADERA........................................................................................................83 Actividad 25. – LAS PLANTAS ANTE LOS ESTIMULOS............................................................................................84 Actividad 26. – LA GERMINACIÓN DE LA SEMILLA.................................................................................................87 Actividad 27. – LOS SERES VIVOS Y LOS ESTIMULOS............................................................................................90 Actividad 28. – LA VIDA DE LOS MOHOS..................................................................................................................92 Actividad 29. – LAS BACTERIAS Y SU MUNDO........................................................................................................95 Actividad 3. – INSTRUMENTOS DEL MÉTODO CIENTÍFICO..................................................................................15 Actividad 30. – LA FERMENTACIÓN Y LAS LEVADURAS.......................................................................................100 Actividad 31. – IDENTIFICACIÓN DE MINERALES.................................................................................................101 Actividad 32. – EL MEDIO AMBIENTE........................................................................................................ .............105 Actividad 4. – INSTRUMENTOS DEL MÉTODO CIENTÍFICO..................................................................................19 Actividad 5. – LA CAIDA DE LOS CUERPOS..............................................................................................................33 Actividad 6. – CALCULO DE LA GRAVEDAD. Estudio del péndulo...........................................................................34 Actividad 7. – CARACTERÍSTICA DEL MRUA,..........................................................................................................35 Actividad 8. – PROPORCIONALIDAD ENTRE FUERZAS Y ALARGAMIENTOS.......................................................36 Actividad 9. – TRABAJO Y ENERGIA................................................................................................................ ..........38 Actividad 12 . - REFLEXIÓN DE LA LUZ.....................................................................................................................43 Actividad 15. – DENSIDAD. ¿De qué material está echo?...........................................................................................66 CRITERIOS DE EVALUACIÓN............................................................................................................................... .........5 FORMACIÓN DE EQUIPOS..................................................................................................................................... .......5 METODOLOGÍA........................................................................................................................................... ...................3 OBJETIVOS................................................................................................................................................................... ...3

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BIBLIOGRAFÍA Practicas de Química Física i Química J Alsina 2on BUP. 1987 Ed. Barcanova Practicas de laboratorio químico Julio Fernández Apuntes. 1998 La energía Eléctrica Julio Fernández Crédito variable 1994 ¿El agua no es el agua qué es? Colección Ciencias 12/16 Material Experimental 1994 La contaminación Atmosférica Luna y Tomas Departamento Medioambiente 1995

J.V. Morales Ortiz Sogeresa 1989 Practicas Óptica Enosa 1988 Practicas de Laboratorio Saturnino Valle Fernández Torrero y Mas 1985 Técnicas

Experimentales

de

Laboratorio Francisco Martín Martín Ed. ELZ 1997 Taller del Método Científico Cristina Mellado Ed. Santillana 1999 Técnicas

Experimentales

de

Laboratorio Juan Lopez Ed. MC Graw Hill 1999

Laboratorio de Física y Química Jorge Peidro Martínez Ed. CCIR 2000 Ciencias de la Naturaleza Física y Química J.M. Dou Ed. Casals 1998

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