Download Cuaderno de Prácticas de Laboratorio. Ciencias II. Física.

1
Secretario de Educación y Director de la Unidad de Integración Educativa de Nuevo León
Ing. José Antonio González Treviño
Subsecretaria de Educación Básica
Profra. Ramona Idalia Reyes Cantú
Directora de Educación Secundaria
Profra. Myrna Bertha Triana Contreras
Jefa del Departamento Técnico de Educación Secundaria
Dra. Anastacia Rivas Olivo
Academia de Ciencias II (Física)
Profr. Jorge Alberto Hurtado Iturbe
Profr. José Ángel Pérez Rodríguez
Profr. Juan Antonio Salinas Salinas
D. R. © Secretaría de Educación de Nuevo León
Nueva Jersey 4038, Fraccionamiento Industrial Lincoln
Monterrey, Nuevo León, México
Agosto 2013
2
ÍNDICE
INSTRUCTIVO
BLOQUE I
LA DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO Y LA FUERZA
• Distancia, desplazamiento, rapidez y velocidad.
• Posición y velocidad.
• Posición y velocidad (Segunda parte)
BLOQUE II
LEYES DEL MOVIMIENTO
• Primera Ley del Movimiento, de Newton.
• Segunda Ley del Movimiento, de Newton.
• Transferencia de energía
BLOQUE III
UN MODELO PARA DESCRIBIR LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA
• Mi café con leche.
• Calor y temperatura.
• Qué lata con la presión atmosférica.
BLOQUE IV
MANIFESTACIONES DE LA ESTRUCTURA INTERNA DE LA MATERIA
• Inducción eléctrica.
• El electrón.
BLOQUE V
CONOCIMIENTO, SOCIEDAD Y TECNOLOGÍA
• Proyecto: Satélites naturales y artificiales de nuestro planeta.
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INSTRUCTIVO
El presente cuaderno de prácticas de Laboratorio es el resultado de un trabajo de
investigación.
Consideramos que es importante que la ciencia no se enseñe a los alumnos de secundaria
únicamente con lecturas. Tampoco la realización de prácticas de laboratorio es suficiente. La
enseñanza y aprendizaje de la ciencia requiere de un proceso de reflexión teórica, de
consulta de textos impresos y electrónicos, de discusión fundamentada, de experimentación,
de contrastación de la teoría con la realidad.
El presente cuadernillo persigue este enfoque.
En cada actividad se escriben los aprendizajes esperados al término de la misma, estos
aprendizajes esperados corresponden al programa de Ciencias II.
Para la realización de cada una de las actividades te proponemos lo siguiente:
• Formar equipos de tres alumnos
• Antes de cada actividad pedir a los integrantes de cada equipo los materiales para, estos
son de bajo costo y fáciles de manejar.
• Si las actividades requieren computadora o programas de laboratorios virtuales la
escuela los debe proporcionar. Estos se consiguen en el CD que acompaña al libro La
Enseñanza de la Física en la Escuela Secundaria mediante Simulaciones en
Computadora y en la dirección http://coleccion.siaeducacion.org/taxonomy/term/3103
• Es importante que cada equipo forme una estación de trabajo y desarrolle su actividad
con entera libertad por lo que el maestro deberá proporcionar el espacio y el tiempo
necesarios así como la asesoría en cada estación de trabajo.
• Al final de la actividad, el profesor pedirá a un integrante de cada equipo que exponga el
resultado del trabajo para brindar el espacio a la socialización, la retroalimentación
grupal, la discusión fundamentada y la construcción de los conceptos científicos.
ATENTAMENTE
Academia de Ciencias II (Física)
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BLOQUE I
LA DESCRIPCIÓN DEL MOVIMIENTO Y DE LA FUERZA
Distancia, desplazamiento, rapidez y velocidad
Aprendizajes esperados:
• Interpreta la velocidad como la relación entre desplazamiento y tiempo, y la diferencia de
la rapidez, a partir de datos obtenidos de situaciones cotidianas.
Reflexiona y contesta, puedes comentar con tus compañeros de equipo: Cuando
lleguen a una conclusión contesten lo que se pregunta.
1. Observa a tu alrededor y registra en el espacio los nombres de cinco cosas que te
rodean (pueden ser objetos o animales)
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
2. Escribe dos cosas o animales que te rodeen y estén en reposo y dos que estén en
movimiento. (Si nada de lo que observes está en movimiento entonces ponlas tú mismo
en movimiento).
En Movimiento
En reposo
________________________________
________________________________
_______________________________
_______________________________
3. Investiga en tu libro y/o comenta con tus compañeros de equipo para que contestes lo
siguiente: a) ¿Cuándo decimos que un cuerpo está en reposo?
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
4. ¿Cuándo decimos que un cuerpo está en movimiento?
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
5. Coloca un libro encima de tu mesa de trabajo o pupitre, obsérvalo y contesta lo siguiente:
a. ¿El libro se encuentra en reposo o en movimiento?
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
b. Si un astronauta que se encuentra en la Estación Espacial Internacional observara tu
libro, ¿lo vería en reposo o en movimiento? Explica tu respuesta. Consulta el recuadro
al final de esta hoja o visita la dirección
http://www.elsiglodetorreon.com.mx/noticia/546693.html
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Debes saber que:
trayectoria.
El camino que sigue un cuerpo al moverse se le llama
5
La distancia en línea recta de un punto a otro se le llama magnitud de su desplazamiento.
Es decir, la magnitud de un desplazamiento es la distancia en línea recta que separa dos
puntos en el plano o en el espacio y la dirección y sentido de tal desplazamiento.
Cantidades como tiempo, temperatura y masa se llaman escalares. Cantidades como fuerza,
desplazamiento, velocidad se llaman vectores y se representan gráficamente con una flecha
cuya punta indica el sentido del vector y cuyo tamaño indica la magnitud.
Los vectores además de expresarse con una magnitud se deben indicar la dirección y el
sentido. Por ejemplo una masa de 50 kg es un escalar porque sólo basta la magnitud (50 kg).
En cambio un desplazamiento de 300 km al Este es un vector que indica una magnitud (300
km) y una dirección (al Este).
Todo se mueve, aun lo que parece entrar en reposo se mueve, los aviones, los autos, los
animales, las hojas y las ramas de los árboles, la gente y los cuerpos celestes.
En esta actividad vamos a estudiar dos conceptos básicos de mecánica: la posición y el
desplazamiento.
Reflexiona y contesta:
1. ¿Cómo le comunicarías a alguien que visitará tu escuela:
a. ¿Cuál es la posición de tu salón de clases? _________________________________
____________________________________________________________________
b. ¿Cuál es la posición de la tierra dentro del sistema solar? ______________________
____________________________________________________________________
2. De todos los alumnos de tu grupo ¿Quién efectuará un mayor desplazamiento al ir de la
casa a la escuela? ________________________________________________________
________________________________________________________________________
Debes saber que:
La distancia y desplazamiento a menudo se confunden. Sin embargo, estos términos son
diferentes: el desplazamiento es el cambio de posición mientras que la distancia sólo es una
longitud.
Veamos un ejemplo:
Manos a la obra
Santiago y Andrés son dos hermanos que se dirigen de su casa hacia la
puerta de la escuela siguiendo distintos caminos. (Ver figura).
1. Santiago sigue el camino A y Andrés toma el camino B.
6
2. En ambos casos, el desplazamiento de los hermanos es el mismo, los dos se desplazan
de su casa a la puerta de la escuela, es decir, parten de la misma posición y llegan a la
misma posición. (Fíjate que el desplazamiento está marcado con una flecha roja).
3. Sin embargo ¿Quién recorre mayor distancia? __________________________________
Manos a la obra.
Gráfica elaborada por José Ángel Pérez Rodríguez
1. Con un lápiz de color rojo marca en el mapa la trayectoria que sigue un automovilista al ir
de Monterrey a Torreón. La carretera está marcada en el mapa como una línea que sale
de Monterrey, pasa por Santa Catarina, después por Saltillo y de ahí sigue hacia
Torreón.
2. Remarca con color azul el vector que representa el desplazamiento del automovilista que
va de Monterrey a Torreón.
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3. Comenta con tus compañeros la diferencia entre la distancia recorrida por el
automovilista y el desplazamiento efectuado. Escribe en el recuadro tus conclusiones.
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
Debes saber que:
Cuando un cuerpo se mueve en línea recta entonces la trayectoria mide lo mismo que el
desplazamiento.
Un cuerpo que se mueve en línea recta tiene movimiento rectilíneo.
Cuando un cuerpo se mueve en línea recta y recorre distancias iguales en tiempos iguales se
dice que tiene movimiento uniforme.
La rapidez media de un cuerpo se calcula midiendo la distancia que recorre y dividiéndola
entre el tiempo que tardó en recorrerla.
Rapidez media 
dis tan cia
tiempo
1)
v
d
t
La velocidad media de un cuerpo se calcula dividiendo la magnitud del desplazamiento entre
el tiempo y expresando la dirección en que se desplazó.
desplazami ento
d
Velocidad media=
2) v 
t
tiempo
Manos a la obra.
•
Calcula lo siguiente, hazlo en equipo:
Jacinto sale en su auto desde Monterrey a las 5 AM y llega a Torreón a las a las 10 AM.
a. ¿Cuál es su rapidez media? ________________
b. ¿Cuál es su velocidad media? ________________
_
Debes saber que:
_
Cuando se calcula la velocidad media se expresa la magnitud de la velocidad que se calcula
con la fórmula 2, la dirección se expresa indicando el punto cardinal hacia el que se realiza el
desplazamiento. (Si se quiere ser más precisos se puede decir tantos grados al norte del
Este, al sur del Oeste, etc.).
Cuando se calcula la rapidez sólo se dice la magnitud resultante de dividir distancia recorrida
entre tiempo.
8
Posición y velocidad
Aprendizajes esperados:
• Interpreta la velocidad como la relación entre desplazamiento y tiempo, y la diferencia de la
rapidez, a partir de datos obtenidos de situaciones cotidianas.
• Interpreta tablas de datos y gráficas de posición-tiempo, en las que describe y predice
diferentes movimientos a partir de datos que obtiene en experimentos y/o de situaciones
del entorno.
Indicaciones:
En esta actividad estudiaremos los conceptos de posición y velocidad y los relacionaremos
entre sí.
Imagina un objeto moviéndose en línea recta de acuerdo a los valores de la tabla siguiente:
Tiempo: Posición: Velocidad:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
2
4
10
16
16
16
8
0
0
0
2
2
6
6
0
0
-8
-8
0
0
Describe el movimiento de este objeto: ___________________________________________
__________________________________________________________________________
¿Qué hace el objeto del tiempo 4 al 6? __________________________________________
__________________________________________________________________________
¿Cuál es la posición de objeto en el tiempo 3? ______
¿Cuál es la posición de objeto en el tiempo 4? ______
Basándote en tus dos últimos resultados, explica por qué la velocidad del objeto en el
intervalo de tiempo de 3 a 4 es de 6 unidades: _____________________________________
__________________________________________________________________________
¿Cuál es la posición de objeto en el tiempo 7? ______
¿Cuál es la posición de objeto en el tiempo 8? ______
Basándote en tus dos últimos resultados, explica por qué la velocidad del objeto en el
intervalo de tiempo de 7 a 8 es de –8 unidades: ____________________________________
__________________________________________________________________________
¿Por qué es negativa esta velocidad? _______________
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Posición y velocidad
(Segunda parte)
(Archivo EXCEL: “ConceptoPosVel.xls”)
En esta actividad continuaremos el estudio de los conceptos de posición y velocidad y
relacionaremos a la velocidad con la inclinación de la gráfica de posición contra tiempo.
Abre el archivo de Excel “ConceptoPosVel.xls”. (Este archivo lo podrás descargar de la
dirección siguiente: http://coleccion.siaeducacion.org/node/49
Veras en la mitad izquierda de la pantalla una tabla como la que analizaste en la primera
parte de esta serie de actividades. En la mitad derecha está la gráfica correspondiente de la
posición contra el tiempo.
La gráfica en este caso consta de 5 secciones rectas. A continuación describiremos cada una
de ellas (completa tú las descripciones que faltan):
Del tiempo 0 al 2: El objeto avanza hasta la posición 4
Del tiempo 2 al 4: ________________________________________________
Del tiempo 4 al 6: El objeto queda en reposo en la posición 16
Del tiempo 6 al 8: El objeto regresa rápidamente a su posición original
Del tiempo 8 al 10: ___________________________________________
Haz un ´clic´ en el botón “Borrar valores posición” para que el programa haga esto.
10
Introduce los datos de la posición dados en la tabla siguiente (los de la velocidad se calculan
automáticamente):
Tiempo:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Posición: Velocidad:
0
1
2
3
5
7
9
13
17
21
Escribe en la tabla de arriba las velocidades obtenidas. Explica por qué obtuviste cada uno
de estos valores: ____________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Relaciona los valores de la velocidad obtenidos con la inclinación de los segmentos rectos de
la gráfica: __________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Haz un ´clic´ en el botón “Borrar valores posición”. Introduce los datos de la posición dados
en la tabla siguiente:
Tiempo:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Posición: Velocidad:
20
19
18
12
6
0
6
12
12
12
12
Escribe en la tabla de arriba las velocidades obtenidas. Explica por qué obtuviste cada uno
de estos valores: ____________________________________________________________
__________________________________________________________________________
Relaciona los valores de la velocidad obtenidos con la inclinación de los segmentos rectos de
la gráfica: __________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________
Borra otra vez los valores de la posición e introduce los datos que tú quieras. En una hoja
aparte, da la lista de los datos que escogiste, las velocidades y la gráfica obtenidas. También
analiza estos resultados para que los presentes a toda la clase.
11
BLOQUE II
LEYES DEL MOVIMIENTO
Primera Ley de Newton del Movimiento, de Newton
Aprendizajes esperados:
• Interpreta y aplica las Leyes de Newton como un conjunto de reglas para describir y
predecir los efectos de las fuerzas en experimentos y/o situaciones cotidianas.
• Valora la importancia de las Leyes de Newton en la explicación de las causas del
movimiento de los objetos.
Contesta lo siguiente:
1. Si te encuentras sentado en un automóvil que se desplaza por la calle a velocidad
constante y de repente el conductor frena el auto. ¿qué sucede contigo?
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
2. ¿Sabes por qué es importante que los asientos de los automóviles posean un respaldo
alto que llegue hasta la cabeza del pasajero?
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
Debes saber que:
Los griegos como Aristóteles consideraban que la materia estaba formada por
cuatro elementos principales: agua, aire, tierra y fuego. Consideraban que la
tierra estaba en el fondo y el fuego en la parte superior. Es así como explicaban
el “movimiento natural” de los objetos al caer y el movimiento del aire y el fuego
hacia arriba.
Dos milenios después de los griegos en Europa surge una nueva forma de
concebir el movimiento de los cuerpos. Galileo Galilei, en la primera mitad del
siglo XVII realizó experimentos que lo llevaron a sentar las bases para que más
tarde el inglés Isaac Newton estableciera las causas de movimiento de los
cuerpos.
Manos a la obra:
I. Necesitarás
Una moneda
1Un trozo de papel
Un vaso de vidrio de borde ancho
1. Coloca la moneda al borde del vaso y sobre la tira de papel como indica la ilustración.
A. Da un tirón brusco sobre la tira de papel. ¿qué sucede?, ¿se mueve la moneda?,
¿queda en el mismo lugar?
_____________________________________________________________________
B. Explica lo sucedido.
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
12
II. Necesitarás.
Una pelota de futbol.
Una pelota de tenis (también puede ser una pelota de hule del tamaño de la de tenis).
2. Coloca sobre el suelo las dos pelotas.3, dales una patada y registra lo siguiente:
A. Cuál fue más fácil de mover.
_____________________________________________________________________
B. Explica lo sucedido.
_____________________________________________________________________
3. Repite los pasos 2 y 3 pero ahora pide a alguien que detenga las dos pelotas. Registren
lo observado.
C. ¿Cuál fue más fácil de detener?
_____________________________________________________________________
D. Explica lo sucedido.
_____________________________________________________________________
Debes saber que:
La inercia es la propiedad de un objeto a permanecer en reposo si se encuentra en reposo y
a permanecer en movimiento si está en movimiento.
La inercia tiene que ver con la cantidad de masa. Si un objeto posee más masa que otro,
entonces posee más inercia, es decir se resiste más a cambiar su estado de reposo o de
movimiento.
También la Inercia tiene que ver con la velocidad de un objeto ya que es más difícil provocar
un cambio grande en su velocidad que si fuera un cambio pequeño. Por ejemplo, es más fácil
detener un auto que se encontraba a 20 km/h que si se encuentra a 100 km/h
5 Regresa a las actividades 1, 2 y 3 y revisa tus explicaciones de acuerdo a lo que leíste en
el recuadro anterior.
•
Recuerda que: Isaac Newton retoma el Principio de Inercia establecido por Galileo en
1638 en Diálogos sobre dos nuevas ciencias y lo incluye en sus leyes de la mecánica
como La Primera Ley del Movimiento.
Revisa lo realizado hasta ahora en esta actividad y escribe con tus palabras la Primera Ley
de Newton.
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
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Segunda Ley del Movimiento, de Newton
Para la realización de la presente actividad entra en la dirección de Internet siguiente:
http://coleccion.siaeducacion.org/node/1206 y descarga la simulación Leyes de Newton
Aprendizajes esperados:
• Interpreta y aplica las Leyes de Newton como un conjunto de reglas para describir y
predecir los efectos de las fuerzas en experimentos y/o situaciones cotidianas.
• Valora la importancia de las Leyes de Newton en la explicación de las causas del
movimiento de los objetos.
Antes de comenzar formalmente la actividad, contesta las preguntas que se te
formulan a continuación, recuerda que las respuestas las debes discutir con tus
compañeros de equipo.
1. Si una persona conduce su auto por la carretera a una velocidad constante de 36
kilómetros por hora (10 metros por segundo) y necesita acelerarlo, es decir, aumentar su
velocidad a 72 kilómetros por hora (20 metros por segundo) en un tiempo determinado,
¿qué necesita hacer?
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
2. Abre el programa Leyes de Newton y entra al tema: Segunda Ley del Movimiento, de
Newton.
a. Qué observas: escríbelo en el siguiente espacio:
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
3. Explora la página tratando de utilizar todos los controles (sobre la camioneta se pueden
colocar de 1 a 6 masas de 1 kg. cada una y se pueden activar de 1 a 6 cohetes que le
proporcionarán una fuerza de 1 newton cada uno; los cohetes aplican una fuerza hacia
delante (positiva) si se colocan detrás de la camioneta y una fuerza hacia atrás
(negativa) si se colocan delante de la camioneta).
Nota importante: Como la camioneta es de juguete y de un material muy duro y a la vez muy liviano, su
masa no se toma en cuenta.
4. Coloca una masa de 1 kg sobre la caja de la camioneta y 6 cohetes en la parte trasera.
a. ¿Cuál es el valor de la fuerza aplicada?
b. Pulsa el botón
, esto te permitirá graficar la velocidad en función del tiempo.
c. Da inicio a la simulación pulsando
f=___________N
d. En el siguiente espacio dibuja la gráfica
14
que se forma.
e. Observa la gráfica y responde a lo siguiente:
• ¿Qué velocidad tiene el carrito cuando t = 1?, v =_____
• ¿Qué velocidad tiene el carrito cuando t = 2?, v =_____
• ¿Qué velocidad tiene el carrito cuando t = 3?, v =_____
• ¿Qué velocidad tiene el carrito cuando t = 4?, v =_____
• ¿Qué velocidad tiene el carrito cuando t = 5?, v =_____
5. Pulsa el botón
y comprueba tus respuestas con la tabla de velocidad contra tiempo
que se muestra.
6. Recuerda que la aceleración la habíamos definido como el cambio de velocidad
en el tiempo.
De acuerdo a tus resultados contesta lo siguiente:
a. ¿Cuánto cambia la velocidad del carrito de t = 0 a t = 1 segundo?
La velocidad cambia _________m/s por cada segundo
b. ¿Cuánto cambia la velocidad del carrito de t = 1 a t = 2 segundos?
La velocidad cambia _________m/s por cada segundo
c. ¿Cuánto cambia la velocidad del carrito de t = 2 a t =3 segundos?
La velocidad cambia _________m/s por cada segundo
d. ¿Cuánto cambia la velocidad del carrito de t = 3 a t = 4 segundos?
La velocidad cambia _________m/s por cada segundo
e. ¿Cuánto cambia la velocidad del carrito de t = 4 a t = 5 segundos?
La velocidad cambia _________m/s por cada segundo
f.
En todos los casos, ¿cuánto cambió la velocidad en cada intervalo de 1 segundo?
La velocidad cambia _________m/s por cada segundo
g. De acuerdo a lo anterior: ¿Cuál es la aceleración del carrito?
Aceleración=___________ m/s2 (m/s por segundo
6. Pulsa el botón
para obtener la gráfica de aceleración contra tiempo.
a. En el espacio siguiente dibuja la gráfica.
15
b. Observa la gráfica y comprueba el valor de la aceleración
7. Pulsa el botón
para obtener una tabla de valores de aceleración contra tiempo.
a. Comprueba en la tabla una vez más el valor de la aceleración.
8. Pulsa el botón
para obtener la gráfica de distancia o desplazamiento contra tiempo.
a. Dibuja la gráfica:
9.
10.
11.
12.
13.
14.
¿Qué desplazamiento efectúa la camioneta de t = 0 s a t = 1 s? _______ m
¿Qué desplazamiento efectúa la camioneta de t = 1 s a t = 2 s? _______ m
¿Qué desplazamiento efectúa la camioneta de t = 2 s a t = 3 s? _______ m
¿Qué desplazamiento efectúa la camioneta de t = 3 s a t = 4 s? _______ m
¿Qué desplazamiento efectúa la camioneta de t = 4 s a t = 5 s? _______ m
Las distancias recorridas por el carrito en cada segundo ¿son iguales, aumentan con el
tiempo o disminuyen con el tiempo?
Recuerda que la fórmula para calcular los desplazamientos de un objeto que se
mueve con un movimiento acelerado es: d = ½ a t 2
15. Comprueba la fórmula anterior completando la siguiente tabla tomando los datos
obtenidos en la simulación.
d (m)
a( m/s2)
t (s)
t2 (s2)
5
20
6
6
1
2
1
4
16. Si el carrito se mueve a la misma aceleración durante un tiempo de 20 segundos. ¿Qué
distancia recorre?
d=______ m
16
17. Observa que el carrito está siendo impulsado por 6 cohetes que le aplican una fuerza
horizontal de 1 newton (N) cada uno, total 6 N, el carrito tiene una masa de 1 kilogramo
(kg) y se aceleró a 6 m/s2.
18. Comenta con tus compañeros de equipo y escribe en qué situaciones de la vida real se
puede aplicar lo que aprendiste acerca de la Segunda Ley de Newton del movimiento.
Transferencia de Energía
Aprendizajes esperados:
• Describe cadenas de transformación de la energía en el entorno y en actividades
experimentales, en las que interviene la energía calorífica.
• Interpreta la expresión algebraica del principio de la conservación de la energía, en
términos de calor cedido- ganado.
Es importante que sepas
El físico inglés James Prescott Joule fue el primero que a mediados del siglo XIX hizo una
cuidadosa medición de la energía térmica de un objeto. Encontró que 4190 joules (J) de
energía se necesitan para aumentar en un grado Celsius (1°C) la temperatura de 1 kg de
agua. La cantidad de energía necesaria para incrementar la temperatura de un kilogramo de
cualquier sustancia un grado Celsius se llama calor específico (Ce) de esa sustancia
I.- Mezcla de masas iguales de agua a diferente temperatura
1. Coloca 100 mililitros (100 gramos) de agua en cada vaso y caliéntalo uno a 60 °C y el
otro a 40 °C
2. Mezcla el agua de los dos vasos en un tercero.
3. Comprueba que la temperatura de la mezcla obedece a la siguiente ecuación.
Temperatura perdida por la masa de agua a 60 °C es igual a la temperatura ganada
por la masa de agua a 30 °C
 T (caliente )  T ( frío )
17
 T (caliente) es la variación de la temperatura del agua que estaba a 60 °C después
de mezclarla, se calcula restando la temperatura de la mezcla menos la temperatura
de 60 °C.
T ( frío ) es la variación de la temperatura del agua que estaba a 40 °C después de
mezclarla, se calcula restando la temperatura de la mezcla menos la temperatura de
40 °C.
 T (caliente) = _______________________
T ( frío ) = _______________
II.- Ahora mezcla masas de agua a diferentes a diferente temperatura.
1. Coloca 100 mililitros (100 gramos) de agua en un
vaso y caliéntalo a 60 °C y 300 mililitros (300
gramos) a un vaso y caliéntalo a 40 °C.
2. Mezcle el agua de los dos vasos
3. Comprueba que la masa del primer vaso multiplicada por la variación de la
temperatura es igual a la masa del segundo vaso multiplicada por la variación de la
temperatura.
 mT (caliente )  mT ( fría )
Es importante que sepas
La capacidad calorífica de un material es una medida de su poder para retener calor. Si se
tienen seis materiales: agua, aire, aluminio, cobre, vidrio y mercurio; cada uno con una masa
de un kilogramo (1 kg). Si calientas estos materiales de 10°C a 11°C La energía necesaria
para esto se muestra en la siguiente tabla:
material
Energía térmica necesaria para elevar la temperatura de 10°C a 11°C
agua
1 kcal
mercurio
0.033 kcal
cobre
0.093 kcal
aire
0.25 kcal
vidrio
0.20 kcal
aluminio
0.22 kcal
18
BLOQUE III
MODELO PARA DESCRIBIR LA ESTRUCTURA DE LA
MATERIA
Mi café con leche
Aprendizajes esperados:
• Diseña y elabora objetos técnicos, experimentos o modelos con creatividad, que le
permitan describir, explicar o predecir algunos fenómenos físicos relacionados con las
interacciones de la materia.
Es importante que sepas
La temperatura de un cuerpo cambia a una velocidad que es proporcional a la diferencia de
las temperaturas entre el medio externo y el cuerpo.
Necesitaremos
2 vasos de precipitado de 500ml
2 vasos de precipitado de 250ml
2 termómetros
2 mecheros
2 soportes universales con sus accesorios
1 reloj
1 pinza
Lee el problema que se te muestra a continuación, puedes comentar con tus compañeros.
1. Marilú acababa de preparar su café bien caliente cuando sonó el teléfono, rea su amiga
Alejandra. Como hacía tiempo que no platicaban, Marilú dejó en la mesa su café durante
10 minutos que duró la conversación.
Marilú acostumbra tomar su café con leche, por lo que sacó del refrigerador un vaso
pequeño de este alimento para mezclarlo con el café. Si el café estaba a 100 °C y la
leche a 20 °C. A Marilú le gusta el café muy caliente y ella sabe física. ¿Cuál de las
opciones crees que realizó para que el café quedara lo más caliente posible después de
10 minutos?
Agregó
la
leche
inmediatamente después de
servirse el café hirviendo e
irse a hablar por teléfono.
Agregar la leche al
café después de los 15
minutos que duró la
conversación.
A Marilú no le interesa
una opción en especial
ya que ella sabe que la
temperatura final será
la misma
Manos a la obra
•
Pon a hervir 300 ml de agua en cada uno de los vasos de precipitado de 500 ml, cuando
esté hirviendo apaga los mecheros, (a uno de los vasos le llamaremos Vaso 1 y al otro
Vaso 2).
19
• A los vasos de 250 ml agrégales 200 ml de agua a temperatura ambiente.
• Al Vaso 1 agrégale 200 ml de agua y mide su temperatura (Temperatura inicial vaso
1) y espera 15 minutos.
• Al Vaso 2 mide su temperatura (temperatura inicial Vaso 2), espera 15 minutos y
agrégale 200 ml de agua.
• Registra la temperatura final (después de 15 minutos de ambos vasos.
Vaso 1
Vaso 2
Temperatura inicial
Temperatura final
Compara los resultados con la respuesta que diste al inicio y redacta una breve conclusión
de lo observado. Lee de nuevo la sección “Es importante que sepas”.
¿Qué opción eligió Marilú que sabe de física y conoce la ley del enfriamiento de Newton?
________________
Con la colaboración del Profr. Rodolfo Quezada
20
Calor y temperatura
Aprendizajes esperados:
• Describe la temperatura a partir del modelo cinético de las partículas con el fin de
explicar fenómenos y procesos térmicos que identifica en el entorno, así como a
diferenciarla del calor.
• Argumenta la importancia de la energía térmica en las actividades humanas.
Es importante que sepas: La gente emplea frecuentemente el término calor. Por
ejemplo cuando se calienta agua en una estufa se dice que la estufa transmitió
calor al agua. Cuando se enfrían los alimentos se dice que el refrigerador extrajo
calor de la comida. Estas ideas provienen de la antigüedad cuando se creía que el calor era
una sustancia que pasaba de un cuerpo a otro, a esta se le llamaba calórico. De ahí
proviene el término caloría como unidad de calor.
Debes distinguir entre temperatura y calor. Para ello es preciso recordar que las sustancias
están compuestas por pequeñas partículas en constante movimiento, es decir, tienen energía
cinética. La energía cinética y la energía potencial total de las partículas se llama energía
térmica. FÍJATE BIEN que la temperatura no es energía, la temperatura es una propiedad
que nos permite saber hacia donde se mueve la energía térmica de un cuerpo cuando se
pone en contacto con otro.
La energía transferida de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura
cuando se ponen en contacto, se llama CALOR.
Necesitaremos:
1. Probeta graduada.
2. Una fuente de calor, puede ser una estufa o un mechero.
3. Dos trozos de cera de aproximadamente 200 gramos cada uno.
4. Dos vasos de precipitado, se puede usar cualquier otro vaso en el que se pueda calentar
agua, pueden ser vasos de aluminio.
Manos a la obra:
a) Coloque 100 ml de agua (aproximadamente 100 gramos), en el primer vaso y caliente
hasta que hierva.
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b) Vierte el agua hirviendo sobre el trozo de cera colocado previamente en el suelo.
a. Describa lo que observas:
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
b. ¿Para derretir la cera se requiere de energía, de dónde procede esa energía?
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
c) Caliente ahora 300 ml (300 gramos) de agua hasta el punto de ebullición y viértalos en el
segundo trozo de cera.
a. ¿Qué observas?
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Fíjate que: Los vasos con agua tenían la misma temperatura (100 °C), sin embargo el
segundo vaso derritió más cantidad de cera, debido a que el segundo tenía más masa y por
lo tanto mayor energía térmica. Cuando esta energía térmica se transfiere a otro cuerpo se
llama CALOR.
Es importante que sepas:
La temperatura no depende de la masa del cuerpo, se mide en grados Celsius
(°C), grados Fahrenheit (°F), grados kelvin (K), y grados Rankine (R).
La energía térmica que se transfiere de un cuerpo a otro se mide en Joules (J) y
en calorías (cal).
Elige la respuesta correcta a cada pregunta de acuerdo a lo que has aprendido:
22
1. Dos recipientes contienen un litro de agua cada uno a una temperatura de 50 ° C.
a) El agua de ambos tienen la misma energía térmica.
b) El agua de ambos tiene diferente energía térmica.
c) No se puede saber nada acerca de la energía térmica del agua de los recipientes.
d) La energía térmica depende de la altura a la que se coloque cada recipiente.
2. A uno de los recipientes del problema anterior se le tiró medio litro de agua quedando de
la siguiente manera:
• Recipiente A 1 litro de agua a 50°C.
• Recipiente B medio litro de agua a 50°C.
a) El agua de ambos tienen la misma energía térmica.
b) El agua de ambos tiene diferente energía térmica.
c) No se puede saber nada acerca de la energía térmica del agua de los recipientes.
d) La energía térmica depende de la forma de cada recipiente.
3. Dos recipientes contienen un litro de agua cada uno. El recipiente A tiene una
temperatura de 50 °C y el recipiente B tiene una temperatura de 90 °C a una temperatura
de 50 ° C.
a) El agua de ambos tienen la misma energía térmica.
b) El agua de ambos tiene diferente energía térmica.
c) No se puede saber nada acerca de la energía térmica del agua de los recipientes.
d) La energía térmica depende de la forma de cada recipiente.
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Qué lata con la Presión atmosférica
Aprendizajes esperados:
• Describe la presión y la diferencia de la fuerza, así como su relación con el principio de
Pascal, a partir de situaciones cotidianas.
Es importante que sepas
La presión atmosférica en un punto es numéricamente igual al peso de una columna de aire
de área de sección recta unitaria que se extiende desde ese punto hasta el límite superior de
la atmósfera, es decir, La presión atmosférica es la que ejerce la atmósfera o aire sobre la
Tierra. Si consideramos un metro cuadrado sobre la superficie de la tierra al nivel del mar. La
presión atmosférica será el peso de la columna vertical de aire de la atmósfera sobre la
superficie de un metro cuadrado. Esto equivale aproximadamente a 101325 N/m2
Columna de aire
La columna de aire tiene
Un peso aproximado de 101 325 N
Desde la superficie
De la Tierra hasta
la parte superior de
la atmósfera
Una manera de medir la presión atmosférica es con un barómetro de mercurio, su valor se
expresa en términos de la altura de la columna de mercurio de sección transversal unitaria y
760 mm de alto. Con base en esto decimos que una atmósfera (atm) estándar es igual a 760
mm Hg (milímetros de mercurio) debido a que la presión de una atmósfera mantiene una
columna de mercurio de 760 mm. Utilizaremos por conveniencia la unidad Torricelli (torr)
como medida de presión; 1 torr = 1 mm Hg.
1 atmósfera es igual a 101 325 N/m2
A las unidades N/m2 se les llama Pascales (Pa).
Entonces 1 atmósfera es igual a 102 325 Pa.
La atmósfera ejerce una presión sobre los objetos o personas situadas sobre la tierra. Esta
presión no nos daña porque el cuerpo humano ejerce una presión en sentido contrario.
Vamos a necesitar:
- Pinzas para sujetar un bote (La puedes fabricar con un trozo de alambre).
- Una lata de aluminio (de refresco).
- Fuente de calor.
- Recipiente de, aproximadamente 3 litros o más.
- Agua
- Plastilina.
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Manos a la obra.
•
•
•
•
•
Coloca agua en el bote de aluminio hasta llenar una décima parte.
Calienta el bote con el agua hasta el punto de ebullición.
Con mucho cuidado, sujeta el bote con las pinzas y sumérjalo en forma invertida dentro
del recipiente con agua fría.
Describe lo que sucede. ___________________________________________________
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
Explica por qué sucede lo anterior ___________________________________________
_______________________________________________________________________
De acuerdo a lo anterior contesta lo siguiente. Para esta actividad comenta con tus
compañeros de otros equipos, investiga en tu libro y/o pregunta a tu profesor.
1. 8. Como tú ya sabes, la presión atmosférica se debe al peso de la columna de aire de la
atmósfera sobre una superficie. De tal manera que cuando ascendemos, la presión
disminuye debido a que dicha columna es más pequeña.
2. Lucas padece de alta presión y le recomendaron mudarse de Toluca a la ciudad de
Veracruz. Cuál es la explicación?
a. En Veracruz el clima es más benéfico porque la presión es más alta que en Toluca.
b. En Toluca hace mucho frío porque está a una gran altura sobre el nivel del mar (2679
m).
c. Toluca está situada a una altura de 2679 m sobre el nivel del mar y Veracruz está al
nivel del mar., por lo que la baja presión de Toluca, comparada con la de Veracruz,
contrarresta la alta presión del cuerpo.
d. Toluca está situada a una altura de 2679 m sobre el nivel del mar y Veracruz está al
nivel del mar., por lo que la alta presión de Veracruz, comparada con la de Toluca,
contrarresta la alta presión del cuerpo.
3.
Abimael ha registrado una baja presión atmosférica en Monterrey por lo que se apresura
a prevenir al público sobre un cambio en las condiciones atmosféricas. Explica lo
sucedido.
a. La baja presión hace que entre aire de otras regiones.
b. La baja presión hace que baje la temperatura.
c. La baja presión hace que salga aire hacia afuera de la región.
d. La baja presión aumenta la temperatura
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BLOQUE IV
MANIFESTACIONES DE LA ESTRUCTURA INTERNA DE
LA MATERIA
Inducción eléctrica
Aprendizajes esperados:
• Identifica las ideas y experimentos que permitieron el descubrimiento de la inducción
electromagnética.
I.- Debes saber que:
La palabra electricidad proviene del griego electrón, nombre de una resina hoy conocida
como ámbar. Los antiguos griegos observaron que al frotar esta resina con un trozo de piel,
la resina adquiría la propiedad de atraer pequeños cuerpos. Este fenómeno observado por
los griegos permaneció sin una explicación racional, es así que a lo largo de los años, la
gente observaba que al frotar el cabello
seco con un peine, se desprendían
chispas.
A principios del siglo XIX, el físico danés
Cristian Oersted descubrió que las cargas
eléctricas en movimiento producen un
campo magnético, este descubrimiento
sentó las bases para la construcción de
los motores eléctricos.
Tiempo después de Oersted, otro científico, el inglés
Michael Faraday descubrió el fenómeno contrario: un
campo magnético en movimiento produce corriente
eléctrica. Este descubrimiento permitió que más tarde
se inventaran los generadores eléctricos que son los
aparatos que producen la electricidad que actualmente
consumimos.
II.- Manos a la obra
A. Necesitarás
• Imán en forma de barra.
• 1.5 m de alambre de cobre esmaltado.
• Brújula.
• Vaso.
• Regla.
• Tijeras.
• 4 abrazaderas de plástico pequeñas.
.
26
1. Forma una bobina enrollando el alambre de cobre en un vaso dejando libre
aproximadamente 40 centímetros al inicio y al final. Con cuidado saca la bobina y
sujétala con las abrazaderas para que no se desbarate.
2. Enrolla los extremos del alambre en la brújula y conéctalos.
NOTA La brújula funcionará como un galvanómetro, es decir que si por el alambre
que tiene enrollado circulara corriente eléctrica, ésta lo detecta flexionando la aguja.
3. Sujeta la bobina con una mano y con otra mete y saca el imán del interior.
4. Anota lo que observas.
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
5. Explica lo sucedido.
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
III.- Resuelve los siguientes problemas aplicando lo que ya sabes y lo que has
aprendido en la presente actividad.
1. ¿Por qué en el experimento realizado, la aguja de la brújula se mueve en uno y otro
sentido?
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
2. ¿Por qué la corriente producida en el experimento es alterna?
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
3. ¿La corriente eléctrica que llega a nuestras casas es alterna y mide 60 ciclos, es
decir? ¿Cuánto cambia de dirección en cada segundo?
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
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El electrón
La siguiente actividad es interactiva, entra a la Plataforma SiaEducación en el sitio
http://coleccion.siaeducacion.org/node/1603 y descarga los tres archivos que ahí aparecen (Uno de Word y dos
de flash). Colócalos en una carpeta y trabaja sobre el Word que te activará las simulaciones.
Aprendizajes esperados:
• Relaciona la búsqueda de mejores explicaciones y el avance de la ciencia, a partir del
desarrollo histórico del modelo atómico.
• Describe la constitución básica del átomo y las características de sus componentes con el
fin de explicar algunos efectos de las interacciones electrostáticas en actividades
experimentales y/o en situaciones cotidianas.
Los electrones son partículas que tienen algo especial: carga eléctrica. Para saber lo
anterior, los científicos fueron moldeando ideas, poco a poco. Conozcamos cómo fue este
proceso.
Preguntas de exploración
Antes de realizar la actividad recordemos algunos hechos relacionados con la electricidad.
Investiga en tu libro de texto lo siguiente:
1. ¿Qué sucede si dos partículas de diferente signo de carga eléctrica se encuentran muy
cerca?
_______________________________________________________________________
2. ¿Cuál es la relación de un rayo con la electricidad?
_______________________________________________________________________
3. Si un objeto electrizado se acerca a otro sin tocarlo y de repente se atraen entre ellos,
¿qué método de electrización hubo en este proceso?
_______________________________________________________________________
Debes saber que: La materia está hecha de átomos y éstos, a su vez, de
neutrones, protones y electrones. ¿Cómo se llegó a tener este conocimiento? Sobre
todo, ¿cómo sabemos hoy que existe el electrón?
4. ¿Thomson es el único que estudió el electrón? Expliquen.
__________________________________________________________________
5. El modelo atómico de Dalton consistía en pequeñas esferas, ¿cuál es la diferencia
entre los modelos atómicos de Dalton y de Thomson?
__________________________________________________________________
6. ¿El modelo atómico de Thomson se utiliza hoy en día o existen otros modelos?
Expliquen.
__________________________________________________________________
7. ¿Por qué Thomson realizó tres experimentos diferentes en lugar de hacer
solamente uno?
__________________________________________________________________
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8. ¿Thomson quería "descubrir" los electrones o por qué los propuso?
_______________________________________________________________________
Veamos con más detenimiento un aparato parecido al que ocupó J. J. Thomson
para cuantificar la carga/masa del electrón. Experimenten con el siguiente
interactivo y contesten las preguntas.
9. ¿Cómo se logra un movimiento vertical en el haz de electrones?
__________________________________________________________________
10. ¿Cómo se logra un movimiento horizontal en el haz de electrones?
_______________________________________________________________________
11. Si los electrones tuvieran carga eléctrica positiva, ¿cuál sería el efecto en el movimiento
del haz de partículas?
_______________________________________________________________________
12. Si en el interactivo sustituyéramos los imanes por otro par de placas que generen un
segundo campo eléctrico, ¿cómo podríamos lograr un movimiento horizontal?
_______________________________________________________________________
Recuerda que: El tubo de rayos catódicos (en inglés se le conoce como CRT,
Catodic Ray Tube) fue "el abuelito" de los cinescopios de las televisiones y de los
antiguos monitores de las computadoras. Investiguen por equipos en Internet cómo
funciona una televisión tipo CRT, una de LCD y una de plasma, escriban las diferencias de
estos televisores y entreguen un reporte de dos cuartillas -incluyendo imágenes- al profesor.
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BLOQUE V
CONOCIMIENTO, SOCIEDAD Y TECNOLOGÍA
Proyecto: Satélites naturales y artificiales de nuestro planeta.
Aprendizajes esperados:
• Aplica e integra conceptos, habilidades, actitudes y valores mediante el diseño y la
realización de experimentos, investigaciones, objetos técnicos (dispositivos) y modelos,
con el fin de describir explicar y predecir fenómenos y procesos del entorno.
• Desarrolla de manera más autónoma su proyecto, mostrando responsabilidad, solidaridad
y equidad en el trabajo colaborativo; asimismo, reconoce aciertos y dificultades en relación
con los conocimientos aprendidos, las formas de trabajo realizadas y su participación en el
proyecto.
• Plantea preguntas o hipótesis que generen respuestas posibles, soluciones u objetos
técnicos con imaginación y creatividad; asimismo, elabora argumentos y conclusiones a
partir de evidencias e información obtenidas en la investigación.
1. Para llevar a cabo este proyecto puedes apoyarte en el Software Educativo
,
principalmente en la sección
. Este software lo encuentras en el CD que
acompaña el libro La Enseñanza de la F
2. Tu profesor de física deberá apoyarte en la organización del trabajo que vas a realizar.
3. Algunas problemáticas que podrían resolverse con el proyecto pueden ser las siguientes:
a) Qué son los satélites naturales y para qué sirven.
b) Cuáles son algunos de los satélites que giran alrededor de nuestro planeta.
c) Para qué se construyó la Estación Espacial Internacional y cómo funciona.
d) La importancia de los satélites estacionarios.
e) Los satélites naturales y el futuro de las telecomunicaciones.
4. Se sugiere que presentes tu proyecto en forma electrónica para que puedas utilizar las
animaciones del software
.
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Recursos Didácticos para el Fortalecimiento de la Educación Secundaria
Cuaderno de Prácticas de Laboratorio
Alineados al Plan y Programas de Estudio 2011
Articulación de la Educación Básica
PRIMERA EDICIÓN, 2013-2014
D.R. © Secretaria de Educación de Nuevo León
Control: DES/DT-F2-001-13
Coordinación: Dra. Anastacia Rivas Olivo
Formato: Olga Alicia Moreno Medina
Portada: Martín Alfonso Frías Martínez
Se imprimió en el Departamento Técnico de Educación Secundaria
Av. San Bernabé No. 100, Col. Nueva Morelos, Monterrey, Nuevo León
El tiraje fue de 500 ejemplares
MATERIAL DIDÁCTICO/Prohibida su venta
Todas las imágenes están protegidas por las leyes de derecho de autor y fueron utilizadas en este cuaderno con fines educativos.
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