Manual de Prácticas - Bachillerato 4bachillerato4.com/Documentos/Manuales/5to Semestre... · 2 Presentación En la elaboración de este manual de prácticas se consideraron los dos

Física III

Manual de Prácticas

Nombre del alumno: ___________________________________

Nombre del laboratorista:_______________________________

Nombre del profesor:___________________________________

Grado & Grupo: ________________

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Presentación

En la elaboración de este manual de prácticas se consideraron los dos planes de estudio que se llevan actualmente en el nivel medio superior de

la Universidad de Colima, el plan de 1998 y el plan 2010 cuyo modelo educativo está centrado en el aprendizaje.

Dentro del Plan 2010, Física III es una materia optativa de área, se cursa en quinto semestre en las áreas de introducción a la ingeniería y

tecnología y en introducción a las ciencias naturales y exactas.

Como optativa de área, no tiene programadas horas de laboratorio, por lo que el laboratorio en esta materia, será sólo un espacio para realizar las

actividades independientes o experimentales, por lo que será necesario establecer acuerdos con los profesores de laboratorio y los profesores titulares para

definir las prácticas que se realizarán y la estrategia de evaluación para dichas actividades.

Dentro del Plan 1998, física III se cursa en quinto semestre y tiene asignadas 2 horas para actividades de laboratorio, por lo que todos los

bachilleratos que no están en el plan 2010 tendrán que seguir el manual de prácticas propuesto para la materia.

Las prácticas incorporan nuevos elementos, entre los que vale la pena destacar el uso de la computadora e internet en el laboratorio y la inclusión

de la evaluación del trabajo experimental con instrumentos alternativos como listas de cotejo, rúbricas y escalas estimativas, por lo que es indispensable e

imperativo adecuar los espacios de laboratorio a las necesidades del nuevo modelo educativo.

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Somos partidarios del aprendizaje por indagación o por descubrimiento y las simulaciones por computadora ofrecen un excelente medio para

lograrlo.

En el manual se proponen varias actividades de ese tipo, sin embargo, estamos seguros que muchos objetivos de aprendizaje no pueden ser

alcanzados de otra forma que no sea con el trabajo real y presencial dentro del laboratorio, por lo que el trabajo experimental sigue siendo indispensable

para el desarrollo de competencias específicas relacionadas con las incertidumbre que se cometen al medir cantidades reales o en aquellas relacionadas

con el funcionamiento de aparatos y equipo. Por lo tanto, dependerá de los objetivos de la práctica de laboratorio, la conven iencia de utilizar solamente una

simulación o la necesidad de combinar una simulación con equipos reales.

Para la ciencia, lo cierto son los resultados experimentales, bien hechos y verificados por distintos procedimientos, razón por la cual todas las prácticas

mantienen los elementos esenciales del método científico.

El laboratorio es el lugar donde los estudiantes aprenden los primeros pasos como científicos. Un buen trabajo de laboratorio es el que puede

determinar, entre otras cosas, la diferencia para que un estudiante se sienta interesado o rechazado por la ciencia.

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Lineamientos de Seguridad para el laboratorio de física III Estimado estudiante. Con la finalidad de garantizar tu integridad física y de aprovechar tu estancia en el

laboratorio te recomendamos observar las siguientes medidas: a) Llevar siempre la bata y los equipos de protección individual exigidos según el tipo de trabajo que se realice. b) No efectuar actividad alguna sin autorización previa o no supervisada por el maestro. c) Asegúrate de desconectar equipos, cerrar llaves de agua y gas al terminar el trabajo. d) Evita comer o beber dentro del laboratorio. e) Llevar el pelo recogido, no usar pulseras, colgantes, mangas anchas, bufandas, etc., f) Evitar el uso de sandalias u otro tipo de calzado que deje el pie al descubierto. g) Cargar a una de las computadoras del equipo de trabajo la página http://phet.colorado.edu para desarrollar las

simulaciones en laboratorio h) Traer su manual de prácticas de laboratorio i) Conocer la ubicación de los elementos de seguridad que haya en el laboratorio: extintor y salidas de emergencia, etc. j) Mantener el orden y la limpieza. Cada persona es responsable de la zona que tiene asignada y todos lo somos de los

lugares comunes. k) Verificar, antes de retirarse, que el lugar de trabajo quede limpio. Guardar en su lugar todos los elementos usados.

Cuidados en trabajos con corriente eléctrica 1) Una recomendación general es usar calzado de goma para que no pase corriente a tierra por nuestro cuerpo. Además,

nunca tocar las conexiones de cobre de ningún equipo aunque no esté conectado. 2) En el Laboratorio, se suelen usar adaptadores para enchufes. Hay que tener en cuenta que cuando se usan, puede

desconectarse la tierra del equipo. 3) Verificar la adecuada conexión a tierra 4) Para evitar el riesgo de choque eléctrico se sugiere un eliminador de corriente con salida de 12 volts y 3 amperes 5) No conectar a la corriente ningún circuito hasta que el maestro lo revise. 6) Evitar jugar con los circuitos.

http://phet.colorado.edu/

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Contenido Presentación………………………………………………………………………………………………………… 2 Lineamientos de seguridad en el laboratorio……………………………………………………………… … 3 Actividades experimentales propuestas

1. El multímetro…………………………………………………………………………………………………… 6 2. Variables de los circui tos eléctr icos……………………………………………………………………. 18 3. Principios que rigen a los circuitos en serie………………………………………………………….. 27 4. Principios que rigen a los circuitos en paralelo……………………………………………………………………… 38 5. Semiconductores.......................................................................................................................... ……………. 48 6. Inducción electromagnética…………………………………………………………………………………………… 56 7. Motor eléctrico………………………………………………………………………………………………………….. 66 8. Imágenes en espejos………………………………………………………………………………………………….. 73 9. Óptica geométrica (Imágenes en lentes)……………………………………………………………………………. 82 10. Determinación de la velocidad de la luz por difracción en una doble rendija ………………………………….. 92 11. Refracción y reflexión de la luz………………………………………………………………………………………. 99 12. El caleidoscopio………………………………………………………………………………………………………. 109

Referencias de consulta………………………………………………………………………………………………….. 115 Instrumento de evaluación……………………………………………………………………… ………………………...116

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Propósito: Adquirir el conocimiento y la habilidad para trabajar el multímetro como un instrumento de medición. Desempeño a lograr: Utiliza adecuadamente el multímetro para determinar corriente, voltaje y resistencia en circuitos de corriente continua y corriente alterna. Preguntas de Indagación: 1.- ¿Para qué sirve un multímetro? 2.- ¿Cuál es la di ferencia entre un vol tímetro y un multímetro? 3.- ¿Qué partes tiene un multímetro?

Práctica No.1 “El Multímetro”

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Antecedentes:

El multímetro es un aparato para medir magnitudes eléctricas que tiene un selector y según su posición el aparato actúa como voltímetro, amperímetro u ohmetro.

El principio del multímetro está en el galvanómetro, un instrumento de precisión utilizado para la medida de corrientes eléctricas de pequeña intensidad.

El galvanómetro se basa en el giro que experimenta una bobina situada entre los polos de un potente imán cuando es recorrida por una corriente eléctrica.

Los efectos recíprocos imán-bobina producen un par de fuerzas electrodinámicas, que hace girar la bobina solidariamente con una aguja indicadora en un cuadrante: el desplazamiento producido es proporcional a la intensidad de la corriente que circula.

El modelo descrito, de imán fijo y bobina móvil, es el más empleado para la fabricación de amperímetros y voltímetros, pero hay también un modelo en el que la bobina es fija y el imán, móvil y pendiente de un hilo, gira solidariamente con la aguja indicadora.

Existen dos tipos de multímetro, el analógico y el digital

Analógico Digital

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Este instrumento puede medir tres funciones básicas:

Amperímetro

Galvanómetro graduado, de baja resistencia que, conectado en serie a un circuito eléctrico, da una medida directa de la intensidad de la corriente que por él circula. Para la medida de corrientes continuas se utiliza el amperímetro de cuadro móvil, que consta de un imán fijo en forma de herradura, entre cuyos polos se desplaza una bobina móvil; al circular una corriente por la bobina, el imán crea en ella un campo magnético, y éste un par de fuerzas que tiende a desplazar la posición de la bobina con una fuerza proporcional a la intensidad de la corriente, cuya medida viene dada por una aguja solidaria de la bobina.

El amperímetro electrodinámico, que es de elevada precisión y permite medir tanto corrientes continuas como alternas, es de cuadro móvil: el campo magnético lo crea una bobina fija que está conectada en serie con la móvil. El amperímetro térmico, utilizado para medir corrientes alternas de alta frecuencia, se basa en el efecto termoeléctrico: se mide el voltaje creado por un par termoeléctrico sometido a la acción de la corriente cuya intensidad se desea conocer.

Voltímetro

Aparato utilizado para medir, directa o indirectamente, diferencias de potencial eléctrico. Esencialmente, un voltímetro está constituido por un galvanómetro sensible que se conecta en serie con una resistencia adicional de valor elevado.

Para que en el proceso de medida no se altere la diferencia de potencial, es conveniente que el aparato consuma la menor cantidad posible de corriente; esto se consigue en el voltímetro electrónico, que consta de un circuito electrónico formado por un adaptador de impedancia.

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Ohmetro

Aparatos utilizados para medir resistencias directamente, están basados en la ley de Ohm, es decir, la resistencia es inversamente proporcional a la corriente que atraviesa el circuito si suponemos la tensión constante. Lleva incorporada una batería de tensión constante y, enviando una corriente a través de la resistencia a medir, puede obtenerse el valor de ésta. Una condición fundamental es que la tensión permanezca constante.

Usualmente, la fuente de tensión es una pila, acaba desgastándose y las medidas no serían correctas. Para solucionar esto, todos los ohmímetros tienen una resistencia de ajuste a cero. Para medir correctamente con el ohmiómetro, la resistencia no debe estar bajo la influencia de ninguna tensión.

Materiales y recursos Multímetro digital Materiales para un circuito eléctrico 3 Baterías de diferentes voltajes Fuente de poder con salida de 12 V CC Focos y sockets para 12 V

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Diseño experimental:

Actividad A. (Descripción del multímetro) Solicita a tu profesor el multímetro que usarán en tu laboratorio y dibújalo sin perder detalle, tienes que identificar como

mínimo las siguientes partes: 1) El display (pantalla) 2) El Control de encendido y apagado, 3) El selector de rango, 4) la zona de medida para: intensidad de corriente continua, intensidad de corriente alterna, 5) El voltaje para cc, 6) El voltaje para ca, 7) la resistencia, 8) casquillo de entrada o bornes para medir voltaje, 9) casquillo de entrada para medir corriente y casquillo de entrada para medir resistencia, 10) terminales roja y negra.

Actividad B. Determinación de voltaje.

EL Voltímetro se utiliza para medir Tensión Eléctrica o diferencia de Tensión Eléctrica conocida más comúnmente como voltaje o potencial eléctrico en pilas, contactos, así como en diferentes partes de un circuito. La Unidad que se utiliza es el Volt (V). Según la polaridad el valor es negativo o positivo. Para medir una tensión, colocaremos las bornas en las clavijas , y no

Haz aquí tu dibujo

Manipula el aparato hasta que estés seguro de que conoces todas las funciones

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Actividad B. (Determinación de voltaje.)

EL Voltímetro se utiliza para medir Tensión Eléctrica o diferencia de Tensión Eléctrica conocida más comúnmente como voltaje o potencial eléctrico en pilas, contactos, así como en diferentes partes de un circuito.

La Unidad que se utiliza es el Volt (V). Según la polaridad el valor es negativo o positivo. Para medir una tensión, colocaremos las bornas en las clavijas, y no tendremos más que colocar ambas puntas entre los puntos de lectura que queramos medir.

1. Determinación de voltaje para corriente continua.

Ejecuta los siguientes pasos:

a. En el multímetro gira el selector de rango a la posición para voltaje de corriente continua y coloca las terminales en los bornes correspondientes. ( coméntalo con tus compañeros y en caso de duda coméntelo con el profesor).

b. Realiza la medición de voltaje a diferentes pilas colocando adecuadamente los elementos necesarios para una manipulación correcta. Verifica el voltaje y la polaridad.

Anota los resultados. Pila 1___________, pila 2_________pila 3___________ c. Construye un circuito sencillo con un solo foco y determina el voltaje de salida de la fuente y el voltaje en el foco.

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¿Cómo se debe conectar el voltímetro, en serie o en paralelo?

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

2. Determinación de voltaje para corriente alterna.

a. En el multímetro gira el selector de rango para corriente alterna y verifica que las

terminales negra y roja estén colocadas adecuadamente. b.Para esto mediremos el voltaje de salida del contacto de la mesa de laboratorio y la

caída de voltaje de un foco común conectado en un circuito sencillo con un solo foco.

Anota los resultados: voltaje de salida del contacto___________, voltaje en el foco.______________

Haz el dibujo del circuito indicando la posición que debe tocar las terminales del voltímetro para su correcta medición.

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Actividad C. (Determinación de la intensidad de corriente.)

El proceso para medir intensidades es algo más complicado, puesto que en lugar de medirse en paralelo, se mide en serie con el circuito en cuestión.

Por esto, para medir intensidades tendremos que abrir el circuito, es decir, desconectar algún cable para intercalar el multímetro en medio, con el propósito de que la intensidad circule por dentro del amperímetro.

1. Determinación de intensidad de corriente para cc.

a. En el multímetro, gira el selector de rango a la posición para intensidad de corriente continua y coloca las terminales en los bornes correspondientes.( coméntalo con tus compañeros y en caso de duda coméntelo con el profesor).

b. Arma un circuito sencillo de corriente continua con batería o con fuente de poder con salida cc y determina la intensidad de corriente en el foco.

Antes de conectar el multímetro al circuito contesta la siguiente pregunta.

¿Cómo se conecta el amperímetro, en serie o en paralelo? ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ¿Qué pasa si lo conectamos erróneamente? __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________

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2. Determinación de la intensidad de corriente para ca

a. En el multímetro gira el selector de rango a la posición para intensidad de corriente alterna y coloca las terminales en los bornes correspondientes.( coméntalo con tus compañeros y en caso de duda coméntelo con el profesor).

b. Arma un circuito sencillo con un foco y determina la corriente que consume el foco. c. Repite el procedimiento para focos con diferente potencia(watts)

Haz el dibujo, indicando como se debe conectar el amperímetro.

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Actividad D. (Determinación de resistencias)

El procedimiento para medir una resistencia es bastante similar al de medir voltajes. Basta con colocar el selector en la posición de ohmios y en la escala apropiada al tamaño de la resistencia que vamos a medir.

Si no sabemos cuántos ohmios tiene la resistencia a medir, empezaremos con colocar el selector en la escala más grande, e iremos reduciendo la escala hasta que encontremos la que más precisión nos da sin salirnos de rango.

¡Cuidado! Para medir la resistencia de cualquier dispositivo estos no deben estar conectados. a. Determina la resistencia a diferentes focos. Anota los resultados. F1 (indica los watts) ____________ Resultado: ________________

F2 (indica los watts) ____________ Resultado: ________________

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Valora tu aprendizaje.

¿Que se utiliza para medir corriente? ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________

¿Que se utiliza para medir tensión eléctrica? ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________

¿Que se utiliza para medir una resistencia? ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________

¿Qué precauciones se deben tomar para medir corriente en un circuito con un multímetro digital? ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ Describir como se mide la corriente en un circuito: ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________

Describir como se mide la tensión eléctrica con un voltímetro ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________

Describir como se mide la resistencia con un Ohmetro. ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________

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Reflexión argumentada __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ___________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________ _______________________________________ __________________________________________________________________________________________

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Propósito: Determinar la Intensidad de corriente, el voltaje y la resistencia en circuitos reales y virtuales mediante la aplicación del multímetro. Desempeño a lograr: Arma circuitos reales y con software correctamente. Aplica correctamente el multímetro. Comprende las relaciones entre las variables corriente, resistencia y voltaje. Preguntas de indagación: ¿Cuáles son los elementos necesarios para armar un circui to y cuál es la función de cada uno? ¿Cuál es la relación que se presenta entre el vol taje, la corriente y la resistencia y que nombre tiene dicha relación?

Práctica No.2 “Determinación de variables en un circuito electrico”

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Materiales y recursos

Fuente de poder con salida de 12 v cc, Software de simulación (http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit- dc) Materiales para armar circuitos eléctricos.

Antecedentes.

Un circuito eléctrico es un sistema a través del cual la corriente fluye por un alambre conductor en una trayectoria completa debido a una diferencia de potencial o voltaje. Un foco conectado a una pila por medio de un alambre conductor es un ejemplo de circuito básico.

En cualquier circuito eléctrico por donde se desplacen los electrones en una trayectoria cerrada

existen los siguientes elementos fundamentales: voltaje, corriente y resistencia.

Un circuito está cerrado cuando circula corriente por él, para abrir o cerrar el circuito se utiliza un interruptor. Los circuitos eléctricos pueden estar conectados en serie, en paralelo o en forma mixta. La relación entre corriente, voltaje y resistencia se resume en una ley muy conocida en electricidad llamada ley de Ohm.

La ley de ohm indica que una diferencia de potencial de 1 volt establecida a través de un circuito cuya resistencia es de un

ohm, producirá una corriente de un ampere. Para situarnos en la realidad la resistencia de un cobre para foco es generalmente menor a un ohm, mientras que un foco normal tiene una resistencia mayor a 100 ohm. Una plancha o un tostador eléctrico tiene una resistencia alrededor de 15 Ohm. En los aparatos como televisiones y computadoras la corriente se regula con resistencias conocidas como resistores.

http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-

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Diseño experimental:

1.- Descarga el software de simulación de la página: http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit- dc Con el simulador Sin el simulador A. Determinación del voltaje y corriente en un

circuito en serie 1. Arma el siguiente circuito en serie: con una pila, interruptor, cable y tres focos. En herramientas del simulador, resistencia del cable coloca la aguja en 0. 2. Coloca el cursor derecho sobre la batería y ajuste el voltaje a 20 v, ahora coloque el cursor derecho sobre cada foco y ajuste la resistencia a 20 ohm.

3. Anote los valores del voltaje y la resistencia de los focos , numérelos en dirección de las manecillas del reloj.

V batería______ f1_____f2_____f3______

4. Arrastre el voltímetro y determine la caída de voltaje en cada foco.

V batería = 20 v, Vf1=_____, v f2=____ v f3=______

5. Analiza los resultados escribe tus descubrimientos.

A. Determinación del voltaje y corriente en un circuito en serie 1. Realice el mismo circuito pero ahora con materiales reales. 2. Dibuje el circuito utilizando los símbolos para representar cada uno de los elementos.

3. Siguiendo el ejemplo del uso del multímetro virtual, utilice el multímetro real y determine el voltaje de salida de la fuente, así como la caída de voltaje en cada foco. Recuerda que tienes que seleccionar con el selector la variable adecuada y colocar las termianles roja y negra en la posición correcta. En caso de duda consúltelo con el profesor.

4. Anote los valores V de salida=______ Vf1=____, vf2=_______, vf3=________ 5. Analiza los resultados escribe tus descubrimientos.

http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-

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6 .Ahora, selecciona en el simulador el amperímetro y en el mismo circuito determina la intensidad de corriente para cada foco y la intensidad total.

Antes de hacerlo contesta la siguiente pregunta ¿ cómo se conecta el amperímetro, en serie o en

paralelo?_________________________ Anota los resultados: It=___, I1=_____, I2=_______,I3=_______

¿Encontraste alguna relación entre los resultados? Explica________________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________

B. Determinación del voltaje y corriente en un

circuito en paralelo 1. Arma un circuito en paralelo como el de la figura. La

resistencia del Cable debe ser cero 2. Ajusta los valores de voltaje y resistencia de los

focos a 20 v y 20 oh ms respectivamente. 3. Cierra el circuito, arrastra el voltímetro y determina

6. As lo mismo en el circuito real. Antes de hacerlo dibuja el esquema a continuación indicando como y donde debe de ir colocado el amperímetro real.

Si tu dibujo es correcto, procede a determinar la

intensidad total en el circuito y la intensidad en cada foco.

It=___, I1=_____, I2=_______, I3=_______ ¿Hay alguna diferencia entre el patrón encontrado

con el simulador y el circuito real? Explica_________________________

En caso de ser así, a que crees que se deba. Explica. B. Determinación del voltaje y corriente en un

circuito en paralelo 1. Arma con componentes reales un circuito en

paralelo igual al que armaste con el simulador. Dibújalo e indica donde tienen que hacer contacto las puntas de las terminales roja y negra para determinar el voltaje.

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El voltaje de salida de la pila y la caída de voltaje de cada foco.

Anota tus resultados. Analiza los resultados escribe tus descubrimientos. ¿Encontraste alguna relación entre los resultados? Explica__________________________________________

__________________________________________________________________________________________________

4. .Ahora, selecciona en el simulador el amperímetro y

en el mismo circuito determina la intensidad de corriente para cada foco y la intensidad total.

Antes de hacerlo contesta la siguiente pregunta:¿ cómo se conecta el amperímetro, en serie o en paralelo?_________________________

Anota los resultados: It=___ , I1=_____, I2=_______,I3=_______ ¿Encontraste alguna relación entre los resultados? Explica-

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Determina el voltaje real de tu circuito real. Anota tus resultados.

Analiza los resultados escribe tus descubrimientos. ¿La relación encontrada difiere a la encontrada en el

circuito virtual?

Explica___________________________________________________________________________________________________________________________

4. Realiza lo mismo en el circuito real. Antes de

hacerlo dibuja el esquema a continuación indicando como y donde debe de ir colocado el amperímetro real.

Si tu dibujo es correcto, procede a determinar la intensidad total en el circuito y la intensidad en cada foco.

It=___ , I1=_____, I2=_______,I3=_______ ¿Hay alguna diferencia entre el patrón encontrado con el simulador y el circuito real? Explica____________________________________

En caso de ser así, a que crees que se deba . Explica.__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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C. Ley de ohm La relación entre voltaje, corriente y resistencia se resume en el siguiente enunciado. La corriente en un circuito es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia del circuito. Es decir, en este experimento comprobaras dicha relación mediante circuitos elaborados con el mismo software. 1. Arma el siguiente circuito.

Corriente =____________

2. Coloca el cursor sobre la batería y dale click derecho para ver el voltaje.

V de la batería=___________

3. Coloca el multímetro sobre el alambre para ver la corriente

4. Ahora con los datos obtenidos utilizando la formula calcula la resistencia del foco. R=__________________

Coloca el cursor sobre el foco, da click derecho y observa la resistencia del foco. Es igual a la que calculaste con la formula? Explica____________________________________________________________________________________________

C. Ley de ohm 1. Arma un circuito real similar al que armaste con el software.

Dibuja tu circuito:

2. Utilizando el multímetro calcula el voltaje y la intensidad de corriente y calcula la resistencia del foco.

Resultados: V=_________, I=__________ Resistencia calculada=_______________

Ahora mide la resistencia con el óhmetro y compara tu resultado con el obtenido matemáticamente. ¿Coincide? Explica_____________________________________ ¿Por qué? Explica_____________________________________

R

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5. Ahora, arma un circuito con al menos tres focos con diferente resistencia, (puede ser en serie, paralelo o mixto tu decide) para cambiar la resistencia de los focos sitúa el cursor sobre el foco da click derecho y dale cambiar resistencia.

Anota los valores F1=_____, F2=________,

F3=___________

6. Dibuje el circuito diseñado.

7. Enseguida, mida la caída de voltaje en cada foco y la intensidad de corriente. Aplica correctamente la ley y determina matemáticamente la resistencia del foco. R1=_____________R2=_________ R3=_________ Compara los resultados calculados con los determinados al principio. ¿Coinciden? Explica____________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________

5. Arma el mismo circuito que diseñaste con el software y dibújalo. Realiza tu dibujó:

6. Calcula con el multímetro los valores de voltaje e intensidad de corriente y calcula matemáticamente la resistencia para cada foco.

V1=________, I1=_________ R1?_____________

V2=________ I2=__________ R2=?_____________

V3=________ I2=__________ R3?______________

7. Calcula la resistencia de los focos con el óhmetro y compara los resultados con los calculados matemáticamente. Explica argumentando científicamente cualquier resultado encontrado. ________________________________________________________________________________________

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Valora tu aprendizaje.

¿Cuáles diferencias significativas se presentaron entre los resultados observados con el simulador y los resultados reales en circuitos reales?

___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ¿Cuáles son las ventajas de usar un simulador? ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ¿Cuáles serán las desventajas? ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________

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Reflexión argumentada __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________

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Propósito: Diseñar un experimento de comprobación por medio de un simulador, para confirmar los principios de un circuito en serie. Desempeño a lograr: Habilidad para diseñar y conducir un experimento de prueba mediante un software de simulación. Preguntas de indagación: 1.- Menciona los 5 principios que identi f ican a los circui tos en serie: 2.- ¿Cómo se pueden demostrar dichos principios?

Práctica No.3 “Principios que rigen los circuitos en serie”

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Antecedentes:

Todo camino por el cual puede fluir corriente eléctrica es un circuito eléctrico. Para que el flujo de corriente sea continuo debe existir un circuito completo, sin

interrupciones. La mayoría de los circuitos incluyen más de un dispositivo que recibe energía eléctrica. En general, estos dispositivos se conectan en el circuito de dos maneras: en serie o en paralelo.

Cuando se conectan en serie, los dispositivos forman un solo camino para el flujo de corriente entre las terminales de la

batería, el generador o la toma corriente (contacto). Cuando se conectan en paralelo, los dispositivos forman ramas, cada una de las cuales constituye un camino distinto para

el flujo de electrones. Las variables fundamentales de los circuitos eléctricos son: el voltaje, la corriente eléctrica y la resistencia. Los circuitos en serie, así como los circuitos en paralelo presentan ciertas características o principios específicos, los cuales

los definen. Nota: Tu trabajo en esta práctica será diseñar un experimento para comprobar cada uno de esos principios, para eso

tienes que activar las siguientes habilidades: x Identificar la relación o explicación que se va a someter a prueba. x Diseñar un experimento factible que pruebe la predicción utilizando el equipo disponible. x Decidir que es lo que va a medir, e identificar las variables dependiente e independiente x Utilizar el equipo disponible para efectuar mediciones. x Hacer un juicio razonable acerca de la relación o explicación x Identificar las deficiencias en el diseño experimental y proponer mejoras específicas

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Diseño experimental.

Comprobación de los Principios de los circuitos eléctricos en serie

I).- Instrucciones: A continuación se presentan los 5 principios que tendrás que poner a prueba. Analiza cada uno de ellos para que identifiques la variable y diseñes el proceso correspondiente, el cual te permitirá

demostrar la veracidad de los principios a través de un simulador. El simulador lo descargarás de la siguiente página: http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc

Una vez descargado el simulador en tu computadora, explóralo para que conozcas todos sus elementos e identifiques sus aplicaciones.

Esta es la pantalla de inicio del simulador que tienes que descargar.

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A continuación se muestran los cinco principios que rigen a los circuitos en serie.

1.- La corriente eléctrica sólo tiene una ruta a través del circuito. Esto significa que la corriente que pasa por cada componente del circuito es la misma.

2.- A esta corriente se opone la resistencia del primer dispositivo, la del segundo, la del tercero etc. Entonces, la resistencia total al paso de la corriente por el circuito es igual a la suma de las resistencias individuales a lo largo de la trayectoria por el circuito. 3.- La corriente en el circuito es numéricamente igual al voltaje suministrado por la fuente, dividido entre la resistencia total del circuito. Esto es congruente con la ley de ohm

4.- También la ley de ohm se aplica por separado a cada dispositivo. La caída de voltaje o diferencia de potencial a través de cada dispositivo, es proporcional a sus resistencias. Esto es consecuencia del hecho de que se usa más energía para mover una unidad de carga a través de una resistencia grande que de una resistencia pequeña.

5.- El voltaje aplicado a través de un circuito en serie se divide entre los dispositivos o componentes eléctricos individuales del circuito, de tal manera que la suma de las caídas de voltaje a través de cada componente es igual al voltaje total suministrado por la fuente.

II.- Analiza cada uno de los principios y diseña por medio del simulador un circuito que te permita poner a prueba dicho principio y comprobar su veracidad. Sigue el esquema que se muestra en cada una de las tablas siguientes:

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Principio que se pondrá a prueba Preguntas de análisis (1) La corriente eléctrica sólo tiene una ruta a través del circuito. Esto significa que la corriente que pasa por cada componente del circuito es la misma.

1.- ¿Qué relación se pone a prueba? 2.- Representa dicha relación con una ecuación: 3.- Cual es la variable y que es lo que mide? 4.- Transforma el principio en una hipótesis

Diseña con el simulador un circuito y realiza aquí su dibujo, indicando los elementos que contiene y los valores que te permiten demostrar el principio

Explica como se demuestra la veracidad del principio considerando el circuito que diseñaste

Indica que dificultades tuviste durante todo el proceso y como las podrías superar.

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Principio que se pondrá a prueba Preguntas de análisis

(2).- A esta corriente se opone la resistencia del primer dispositivo, la del segundo, la del tercero etc. Entonces, la resistencia total al paso de la corriente por el circuito es igual a la suma de las resistencias individuales a lo largo de la trayectoria por el circuito.





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(3).- La corriente en el circuito es numéricamente igual al voltaje suministrado por la fuente, dividido entre la resistencia total del circuito. Esto es congruente con la ley de ohm





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(4).- También la ley de ohm se aplica por separado a cada dispositivo. La caída de voltaje o diferencia de potencial a través de cada dispositivo, es proporcional a sus resistencias. Esto es consecuencia del hecho de que se usa más energía para mover una unidad de carga a través de una resistencia grande que de una resistencia pequeña.





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(5).- El voltaje aplicado a través de un circuito en serie se divide entre los dispositivos o componentes eléctricos individuales del circuito, de tal manera que la suma de las caídas de voltaje a través de cada componente es igual al voltaje total suministrado por la fuente.





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Valora tu aprendizaje. ¿Para qué sirve un circuito en serie? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

¿Por qué los circuitos en serie no son de uso común en las casas? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ ¿Cuáles son algunas desventajas de los circuitos en serie? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ ¿Cuáles fueron los principales problemas en la realización de esta actividad? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

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Reflexión argumentada __________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________ _____________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ _________________________________ _________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________

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Propósito: Diseñar un experimento de comprobación con un simulador, para confirmar las características de un circuito en paralelo.

Desempeño a lograr: Habilidad para diseñar y conducir un experimento de prueba mediante un simulador. Preguntas de indagación: 1.- ¿Cuáles son las di ferencias entre un circui to en serie y un circui to en paralelo? 2.- Menciona al menos 3 apl icaciones cotidianas de los circui tos en paralelo:

Práctica No.4 “Principios que rigen los Circuitos en Paralelo”

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Antecedentes:

La mayor parte de los circuitos se conectan de tal manera que sea posible hacer trabajar varios aparatos eléctricos en forma independiente.

Por ejemplo, en tu hogar se puede apagar o encender un foco sin afectar el funcionamiento

de los demás o conectar y desconectar cualquier aparato eléctrico sin afectar a otros. Esto sucede porque están conectados en paralelo.

Los circuitos en paralelo presentan cuatro características o principios que los definen.

Tu trabajo en esta práctica será diseñar un experimento para comprobar cada una de esas características o principios,

para eso igual que en la práctica anterior tienes que activar las siguientes habilidades: x Identificar la relación o explicación que se va a someter a prueba.

x Diseñar un experimento factible que pruebe la predicción utilizando el equipo disponible.

x Decidir que es lo que va a medir, e identificar las variables dependiente e independiente

x Utilizar el equipo disponible para efectuar mediciones.

x Hacer un juicio razonable acerca de la relación o explicación

x Identificar las deficiencias en el diseño experimental y proponer mejoras específicas

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Comprobación de los Principios de los circuitos eléctricos en paralelo

I).- Instrucciones: A continuación se presentan los 4 principios que tendrás que poner a prueba. Analiza cada uno de ellos para que identifiques la variable y diseñes el proceso correspondiente, el cual te permitirá

demostrar la veracidad de los principios a través de un simulador. El simulador lo descargarás de la siguiente página:

http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc

Una vez descargado el simulador en tu computadora, explóralo para que conozcas todos sus elementos e identifiques sus aplicaciones.

Esta es la pantalla de inicio del simulador que tienes que descargar.

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A continuación se muestran los cuatro principios que rigen a los circuitos en paralelo. 1.- Cada dispositivo se conecta a los mismos dos puntos, A y B, del circuito. En consecuencia, el voltaje es igual a través de

cada dispositivo.

2.- La corriente total en el circuito se divide entre las ramas en paralelo. Como el voltaje a través de cada rama es el mismo, la

cantidad de corriente en cada rama es inversamente proporcional a la resistencia de la misma; la ley de Ohm se aplica por

separado en cada ramal.

3.- La corriente total en el circuito es igual a la suma de las corrientes individuales del circuito.

4.- A medida que aumenta la cantidad de ramas en paralelo, la resistencia total del circuito disminuye. La resistencia total baja

can cada trayectoria que se añade entre dos puntos cualesquiera del circuito. Esto significa que la resistencia total del circuito

es menor que la resistencia de cualquier rama individual.

II.- Analiza cada uno de los principios y diseña por medio del simulador un circuito que te permita poner a prueba dicho principio y comprobar su veracidad. Sigue el esquema que se muestra en cada una de las tablas siguientes:

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Principio que se pondrá a prueba Preguntas de análisis (1).- Cada dispositivo se conecta a los mismos dos puntos, A y B, del circuito. En consecuencia, el voltaje es igual a través de cada dispositivo.





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(2).- La corriente total en el circuito se divide entre las ramas en paralelo. Como el voltaje a través de cada rama es el mismo, la cantidad de corriente en cada rama es inversamente proporcional a la resistencia de la misma; la ley de Ohm se aplica por separado en cada ramal.





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(3).- La corriente total en el circuito es igual a la suma de las corrientes individuales del circuito.





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Principio que se pondrá a prueba Preguntas de análisis (4).- A medida que aumenta la cantidad de ramas en paralelo, la resistencia total del circuito disminuye. La resistencia total baja can cada trayectoria que se añade entre dos puntos cualesquiera del circuito. Esto significa que la resistencia total del circuito es menor que la resistencia de cualquier rama individual.





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Valora tu aprendizaje. ¿Para qué sirve un circuito en paralelo? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

¿Por qué los circuitos en paralelo son de uso común en las casas? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ ¿Cuáles son algunas desventajas de los circuitos en paralelo? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ ¿Cuáles fueron los principales problemas en la realización de esta actividad? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

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Reflexión argumentada ________________________________________________________________ __________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ ____________________________________________ ______________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ _________________________ _________________________________________________________________

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Propósito: Analizar las ventajas de los semiconductores en los circui tos eléctricos

Desempeño a lograr: Construir ci rcui tos eléctricos uti l izando diodos led y diodo recti ficador Preguntas de indagación: 1.- ¿Qué di ferencias existen entre un conductor metál ico y un semiconductor? 2.- ¿Cómo se convierte un material inerte como el si l icio en un semiconductor? 3.- ¿Cuántos y cuáles semiconductores conoces

Práctica No.5 “Semiconductores”

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Antecedentes

En todo fenómeno eléctrico se debe resolver el problema de la conducción de la energía que se va a utilizar, no todos los equipos que funcionen a base de energía eléctrica requieren el mismo voltaje. Dispositivos de última generación como Smartphone o Laptop utilizan voltajes del orden de los 6, 9 o 12 V, al conectar el equipo a una toma de corriente doméstica se te proporcionan 120 V, de

ahí que sea necesario encontrar la manera de dosificar esa energía. Por lo anterior es conveniente utilizar los principios de la semiconducción para que la corriente eléctrica se distribuya en

las magnitudes adecuadas, es decir que los equipos solo reciban la cantidad de voltios necesarios para cumplir la función para la que fueron diseñados.

El Silicio y el Germanio en su estado natural son considerados elementos inertes, se llaman así porque difícilmente se

combinan químicamente con otros elementos ya que su estructura cristalina es muy estable y prácticamente no ceden ni aceptan electrones para combinarse.

Para lograr este efecto se utiliza el dopaje este procedimiento consiste en adicionar elementos como el Indio, el Galio y

el Arsénico para provocar la salida de algunos electrones y poder así conducir corriente eléctrica.

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Materiales y recursos:

Una tableta de práctica protoboard (opcional) Una pila de 9 v Un interruptor o switch Un led (diodo led) Un Potenciómetro de 5 kΩ o resistencia de 200 a 5000 ohms Cable de teléfono para interconexión

Diodo rectificador Fuente de poder con salida de 12 v cc Fuente de poder con salida de 12 v ca

Diseño experimental. A. Diodo led

Antes de acudir al laboratorio

1. Real iza una investigación sobre semiconductores bajo las siguientes preguntas guía.

¿Qué hace di ferente a los semiconductores de los aislantes y de los conductores? ¿Qué se tiene que hacer para convertir un semiconductor en conductor? Cita ejemplos ¿Qué es un semiconductor t ipo N? ¿qué es un semiconductor t ipo P? ¿Qué se obtiene cuando unimos estos semiconductores?

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¿Qué es un diodo? ¿Qué características presenta? ¿Para qué sirve? ¿Qué es un diodo led? ¿Qué ventajas presenta sobre los focos incandescentes y las lámpa ras f luorescentes? ¿Qué signi fica polarización directa o polarización inversa?

Para real izar tu investigación te sugerimos las siguientes fuentes x Introducción a los semiconductores http://www.youtube.com/watch?v=rm8V7aBWvXM.

x Lámparas con diodos Leds.

http://www.areatecnologia.com/tecnologia%20interesante/LAMPARAS%20CON%20LEDS.htm

x Tecnología. http://www.areatecnologia.com/Electronica.htm o Más las referencias que te indique tu profesor.

2.- Diseña un circui to y dibújalo util izando símbolos para conectar tres diodos leds Esquema del circuito

http://www.youtube.com/watch?v=rm8V7aBWvXM


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¿Por qué es importante conectar una resis tencia o un potenciómetro antes de conectarlo el led a la

batería de nueve vol ts? 3.- Arma el circuito y preséntalo al grupo.

Discutan con la guía del profesor sobre las ventajas y alcances de la iluminación led

B. Diodo rectificador

En este experimento observaras la importancia de un diodo recti f icador en los circui tos eléctricos y electrónicos mediante dos ejemplos muy i lustrativos.

1. Conecta un foco de 12 vol ts con socket a una fuente de poder con sal ida de corriente al terna, en uno de los polos coloca en serie un diodo recti f icador con la polarización correcta y observa que pasa en el foco.

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2. cambia la polaridad al diodo y expl ica lo que observas,

Expl ica argumentando porque solo en uno de los casos enciende el foco. ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________

3. Ahora repi te el experimento pero en lugar de util izar corriente al terna util iza corriente directa, puedes uti l izar una batería o una fuente con sal ida de cc.

Observa lo que sucede en cada caso y expl ica argumentando _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

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Valora tu aprendizaje

1.- ¿Que problemas tuviste con el armado del disposi tivo A? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 2.- ¿cómo influye la resistencia con la intensidad del led? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 3.- ¿Qué sucede si conectas los elementos con la polaridad incorrecta?

_________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

4.- ¿Por qué crees que la tableta de prácticas conduce energía? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

5.- ¿Qué función tiene el diodo rectif icador? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

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Reflexión argumentada __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ ________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________

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Propósito: Comprobar experimentalmente que una corriente eléctrica generará un campo magnético y viceversa. Desempeño a lograr: Comprende por medio de la experimentación que existe una relación directa entre la corriente eléctrica y el magnetismo. Preguntas de indagación: 1.- ¿Cómo se genera la corriente eléctrica que llega a tu casa? 2.- ¿Crees que se genere un campo magnético alrededor de un alambre que conduce corriente eléctrica?

Práctica No.6 “Inducción electromagnética”

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Antecedentes: Hasta principios del siglo XIX se pensó que el magnetismo era independiente de la

electricidad. Esto cambió en 1820 cuando un profesor de ciencias danés, Hans Christian Oersted, descubrió que existía una relación entre ambos fenómenos mientras hacía una demostración de las corrientes eléctricas a un grupo de estudiantes. El se dio cuenta que al hacer pasar corriente eléctrica por un alambre que estaba cerca de una brújula, ésta se movía. Tiempo después se encontró que los imanes ejercían fuerzas sobre los cables que transportaban corriente, lo cual condujo a la invención de medidores, motores eléctricos y más.

Una carga eléctrica en movimiento produce un campo magnético. Muchas cargas eléctricas en movimiento (corriente

eléctrica) también producen un campo magnético. Si formamos una espira con el alambre, las líneas de campo magnético se apiñan dentro de la espira. Si hacemos otra espira que se superponga a la primera la concentración de líneas de campo magnético en el interior de la doble espira es dos veces mayor que en la espira individual. De ello se deduce que la intensidad del campo magnético en esta región se incrementa a medida que aumenta el número de espiras.

Una bobina de alambre que transporta corriente y que tiene muchas espiras es un electroimán. En ciertos casos se coloca

una barra de hierro en el interior de la bobina para inducir los dominios magnéticos del hierro a alinearse, con lo que aumenta la intensidad del campo magnético.

Los electroimanes más poderosos no son de hierro, sino de material superconductor. Un electroimán superconductor puede

generar un poderoso campo magnético por tiempo indefinido sin consumir energía. Éstos se usan en los aceleradores de partículas, en trenes de levitación magnética y en aparatos de formación de imágenes por resonancia magnética que se emplea en hospitales.

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Mater iales y recursos:

Una brújula Alambre de cobre esmaltado(del No. 20 y 30) Pedazo de cartón duro, focos, led, imanes de barra, aguja imantada Una Pila de 1.5 V y una de 9 V Bobina de equipo de electricidad Clavos( 1,2,3 y 4pulgadas) un clip y alfileres

Diseño experimental. I. Efecto magnético de las corrientes eléctricas Experimento A. (EXPERIMENTO DE OERSTED) 1. Coloca una brújula pequeña sobre la mesa de laboratorio y sobre la brújula sin tocarla un alambre de cobre de unos 30 a

50 cm de longitud. 2. Conecta un extremo del alambre al polo positivo y el otro extremo al polo negativo de una pila eléctrica (de preferencia

de 9 Volts), y observa si sucede algo con la brújula. En caso de que no suceda nada, cambia la brújula de lugar con respecto al alambre (poniendo perpendicular a la posición original el alambre, por arriba, etc), no olvides que la brújula deberá estar cerca del alambre. ¿Qué le pasa a la aguja de la brújula cuando conectas el alambre a la pila? Explica. _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Mueve la brújula con respecto al alambre y el alambre con respecto a la brújula y anota lo que sucede _______________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________

3. Atraviesa perpendicularmente un pedazo de cartón duro con el alambre, coloca alrededor del alambre varias brújulas formando un círculo. ¿hacia dónde apunta la ajuga de de las brújulas cuando el cable no está conectado a la pila. _________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ Conecta la batería en los extremos del alambre y observa que pasa con las agujas de las brújulas. Explica que sucede__________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________

¿Forman algún patrón? ____________ ¿cúal?__________________________________________________________

Ahora cambia las puntas del alambre, la que estaba en el positivo colócalo en el negativo y viceversa y explica lo que sucede.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Experimento B. (ELECTROIMÁN)

1. Toma un pedazo de alambre de cobre y enróllalo a un clavo de fierro.

2. Lima las puntas del alambre y conéctalas a los polos de una pila , aproxima el clavo a un clip, aguja o alfiler y observa lo que sucede.

Explica que sucede y fundamenta ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.- ¿Qué sucede con el clip cuando desconectas el alambre de la pila? ¿Por qué sucede? _________________________________________________________________________________________________

Experimento C (GALVANÓMETRO) 1. Utiliza una bobina de las que vienen en los equipos de física, y dentro colócale una aguja imantada (también viene en el

equipo), observar la figura.

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2. En caso de no tener los equipos de física, utiliza una brújula a la cual le colocarás alrededor un pedazo de cartón (sin taparle la carátula), y alrededor de la brújula y cartón hacer un embobinado con el alambre de cobre (experimenta con diferente número de vueltas). No hay que olvidar que la brújula debe estar de manera horizontal.

3. En cualquiera de los pasos anteriores, conectar la bobina una pila y observar lo que sucede con la aguja imantada o con la brújula

4. Explica cómo el dispositivo armado llamado galvanómetro sirve para medir una corriente eléctrica ¿En qué se basa su funcionamiento? ________________________________________________________________________________

Experimento D (INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA) 1. En los experimentos anteriores, has observado que por donde pasa corriente eléctrica se genera un campo magnético.

Ahora la pregunta es ¿Se podrá generar corriente eléctrica utilizando un campo magnético y un conductor? Explica. __________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________

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1. Conecta la bobina al un amperímetro y mide el voltaje que se genera al mover rápidamente un imán en el interior de la bobina como se muestra en la figura. Mide el voltaje máxima que pudiste generar.

_________________________________________________________

2. Ahora repite el experimento pero en lugar de meter y sacar el imán muévelo por un lado o por arriba lo más cerca de la bobina sin tocar o golpear. ¿ observa lo que sucede y explica?__________________________________________________________________________________________

3. Enseguida deja el imán sobre la mesa y ahora mueve la bobina sobre el imán. Explica que sucede._____________________________________________________________________________________________

¿Es lo mismo mover el imán que mover la bobina? Explica _______________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________

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Experimento E. construcción de un generador simple.

1. Toma un rectángulo de cartón duro de unos 10cm x 50 cm

2. Dóblalo formando una pequeña caja que no tenga base ni tapa.

3. Encuentra el centro exacto de cada una de las caras

4. inserta el clavo que quede de forma que quede vertical y perpendicular a la caja

Cerciórate que la caja gire l ibremente alrededor del eje que en este caso es el clavo .

5. Coloca dos imanes a cada lado del clavo, t ienen que estar centrados y sin tocarse uno con otro (para

eso puedes colocar un papel muy fino entre los imanes.

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6. Enrol la el alambre de 200 a 300 vueltas l ima las puntas y conecta el led .

7. Gira los imanes y observa que es lo que sucede.___________________________________________ Expl ica argumentando científ icamente lo que pasa cuando giras los imanes______________________

_____________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________


1.- ¿Qué es y para qué sirve un galvanómetro? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 2.- ¿Para qué se uti l izan los electroimanes? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 3.- ¿En qué consiste la inducción electromagnética? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 4.- Menciona 3 ejemplos de la vida cotidiana donde se aplique la inducción electromagnética: _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

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Reflexión argumentada _____________________________________ _____________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _ __________________________________________________________________________________________

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Propósito: Construir un motor eléctrico senci llo y didáctico. Desempeño a lograr: Diseña y construye un motor eléctrico para demostrar principios del electromagnetismo. Preguntas de indagación: 1.- ¿Cuál es la di ferencia entre un generador y un motor eléctrico? 2.- ¿Dónde se usan los motores eléctricos? 3.- ¿Cuál es el principio que rige el funcionamiento del motor eléctrico?

Práctica No.7 “Motor eléctrico”

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Antecedentes

Un motor eléctrico es un aparato que convierte la energía eléctrica en mecánica Un motor de corriente continua o indirecta está consti tuido por una bobina entre los polos de un imán. Al circular una corriente eléctr ica en la bobina, esta adquiere un campo magnético y actúa como un imán, por tanto, es desplazada en movimientos de rotación, debido a la fuerza que hay entre los campos magnéticos .

El motor de corriente al terna de inducción es el más empleado gracias a su bajo costo de mantenimiento.

En general todo motor eléctrico consta de dos partes principales: el electroimán l lamado inductor o estator, pues suele ser f i jo y el ci rcui to eléctrico que puede girar alrededor de un eje y recibe el nombre de rotor. Material y Recursos:

Explora las siguientes paginas: http://www.youtube.com/watch?v=5574VmCfma8 http://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/CONSTRUIR%20MOTOR%20ELECTRICO.htm http://www.areatecnologia.com/EL%20MOTOR%20ELECTRICO.htm

Libros, revistas, y todo lo que necesites para realizar una investigac ión sobre como diseñar un motor eléctrico.

Materiales necesarios para el diseño y construcción del modelo de motor eléctrico de tu elección.

http://www.youtube.com/watch?v=5574VmCfma8

http://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/CONSTRUIR%20MOTOR%20ELECTRICO.htm

http://www.areatecnologia.com/EL%20MOTOR%20ELECTRICO.htm

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Tu trabajo en esta práctica consiste en: 1.- Hacer una investigación sobre cómo construir un motor eléctrico con materiales sencil los. (En equipos) 2.- Una vez que tengas la investigación, selecciona el modelo que construirán en tu equipo y dibújalo.

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3.- Describe los pasos a seguir para la elaboración de tu motor y real iza los dibujos necesarios (Escribe aquí la descripción detal lada con sus respectivos dibujos.)

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4.- Expl ica el funcionamiento del motor y realiza un esquema que demuestre el principio científ ico que lo hace funcionar.

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5.- Construye el motor y exponlo al grupo expl icando el proceso que seguiste para su elaboración y funcionamiento. (Cada equipo debe l lev ar su motor. )


1.- ¿Por qué son tan usados los motores eléctricos en la vida cotidiana ? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 2.- ¿Qué problemas se presentaron durante todo el proceso de la actividad ? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________ 3.- ¿Qué aprendiste en esta actividad y como lo aprendiste? _________________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________

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Reflexión argumentada __________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ _____________________________________________ _____________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________

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Propósito: Anal izar los principios de la óptica que rigen la formación de imágenes Desempeño a lograr : Construye prototipos didácticos para expl icar principios científ icos Preguntas de indagación: 1.- Menciona 5 propiedades de la luz.

2.- ¿Qué propiedades de la luz se util izan para la formación de imágenes?

3.- ¿Indica con l íneas como se forman las imágenes en el ojo humano?

Práctica No.8 “Imágenes es espejos”

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Antecedentes

La óptica es la rama de la física que estudia la luz y los fenómenos que produce. La luz se propaga a 300 mi l km/ segundo en el vacío. Para su estudio la óptica se divide en óptica geométrica la cual estudia

fenómenos y elementos ópticos mediante el empleo de l íneas rectas y geometría plana. Óptica física ésta estudia los fenómenos en base al carácter ondulatorio de la luz y la óptica electrónica quien se encarga de los aspectos cuánticos de la luz. La luz está formada por ondas electromagnéticas y se propaga en l ínea recta; una demostración experimental de este hecho es que los cuerpos opacos producen sombras bien definidas. Además de los cuerpos opacos tenemos cuerpos transparentes y cuerpos translucidos. Cuando la luz llega a la superficie de un cuerpo se refleja parcial o totalmente en todas direcciones. Si los cuerpos son totalmente l isos como los espejos, la luz se refleja en una sola dirección donde aplicando apropiadamente la las leyes de la reflexión podemos comprender la formación de imágenes, para este caso tenemos espejos planos y espejos esféricos .

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Caja de zapatos con tapa Papel de china o papel albanene Cinta adhesiva, tijeras, pegamento, transportador Soporte para los espejos Dos tapones de caucho con un solo orificio Dos lápices y dos hojas de papel Dos espejos planos de 10cm X 12 cm Un objeto para observar.

Diseño experimental

Experimento A. Cámara obscura.

Construye una cámara de orificio, como lo indica la figura.

Coloca la cámara con el orificio orientado hacia una escena muy iluminada; por ejemplo, el paisaje que se ve por la ventana en un día soleado o puedes encender una vela y acercarla por el lado del orificio.

Observa detenidamente la pantalla por el extremo abierto, cuidando que no entre luz entre tu cara y las paredes de la caja.

¿Observas alguna imagen?___________________________ en caso de que tu respuesta sea no, revisa que se haya construido adecuadamente y en caso necesario solicita el apoyo del profesor.

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¿Cómo se observa la imagen, derecha (normal) o invertida? _________________________________________________ ¿A qué crees que se deba esto? Explica _________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ ¿Qué principio de propagación de la luz se explica mediante este experimento?__________________________________

__________________________________________________________________________________________________

Dibuja un diagrama de rayos en la siguiente forma: Traza un rayo que represente la luz que viene desde el extremo superior de un objeto lejano, pasa a través del orificio y se proyecta sobre la pantalla.

Dibuja otro rayo para la luz que viene desde la parte inferior del objeto, pasa a través del orificio y llega a la pantalla. Muestra la imagen que se formó en la pantalla al pasar la luz por el orificio y explica fundamentando dicho diagrama.

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Experimento B. Imágenes en espejos planos

1. Inserta los lápices en los tapones de caucho. Coloca un espejo plano de canto sobre la mitad de una hoja de papel. Para un lápiz verticalmente frente al espejo. Tus ojos deben estar a la altura del espejo.

Localiza la imagen del lápiz formada por el espejo. Coloca el segundo lápiz donde parece estar la imagen del primero.

Si has ubicado la imagen correctamente, la imagen del primer lápiz y la del segundo permanecerán "juntas" cuando muevas la cabeza de un lado al otro.

¿Cómo es la distancia del primer lápiz al espejo, en comparación con la distancia del espejo a la imagen? Explica. ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ En la hoja de papel, traza la trayectoria que crees que la luz sigue desde el primer lápiz hasta tu ojo cuando observas la imagen. Traza una línea punteada a donde la imagen parece estar situada cuando tu ojo la mira. ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________

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Experimento C. imágenes en espejos esféricos

Los espejos esféricos tienen la forma de la superficie que resulta cuando una esfera es cortada por un plano. Si la superficie reflectora está situada en la cara interior de la esfera se dice que el espejo es cóncavo. Si está situada en la cara exterior se denomina convexo.

Las características ópticas fundamentales de todo espejo esférico son las siguientes:

x Centro de curvatura C: Es el centro de la superficie esférica que constituye el espejo. x Radio de curvatura R: Es el radio de dicha superficie. x Vértice V: Coincide con el centro del espejo. x Eje principal: Es la recta que une el centro de curvatura C con el vértice V. x Foco: Es un punto del eje por el que pasan o donde convergen todos los rayos reflejados que inciden paralelamente al

eje. En los espejos esféricos se encuentra en el punto medio entre el centro de curvatura y el vértice.

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Toma un espejo cóncavo y un espejo convexo (si en tu laboratorio no cuentas con el los) util iza una cuchara sopera nueva.

Coloca un objeto a un metro de distancia de cada uno de los espejos, observa

detenidamente y anota las di ferencias en la imagen que produce cada espejo. _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ahora, toma el espejo cóncavo y acércalo poco a poco al objeto (el objeto puede ser la cara) observa detenidamente lo que sucede y expl ica argumentando científ icamente.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ahora, toma el espejo convexo y acércalo poco a poco al objeto (el objeto puede ser la cara) observa detenidamente lo que sucede y expl ica argumentando científ icamente Cita 3 di ferencias importantes en las imágenes que observaste entre los dos espejos. ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________

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1. ¿A qué se asemeja una cámara obscura? 2. ¿cómo es la imagen formada en un espejo plano, real o virtual? Explica 3. ¿Dónde se utilizan los espejos esféricos? Cita ejemplos

4.- Ve a la página http://www.educaplus.org/luz/espejo2.html . Utiliza el applet para realizar el siguiente ejercicio y dibuja el resultado encontrado. Para espejo cóncavo

a. Coloca el objeto más allá del centro, observa donde se forma la imagen y describe las características que presenta.

b. Coloca el objeto entre el centro y el foco, observa donde se forma la imagen y describe las características que presenta.

c. Coloca el objeto entre el foco y el vértice, observa donde se forma la imagen y describe las características que presenta. Para espejo convexo. Coloca el objeto en cualquier posición, observa donde se forma la imagen y describe las características

http://www.educaplus.org/luz/espejo2.html

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Reflexión argumentada __________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________

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Propósito: Comprobar experimentalmente las leyes de reflexión y refracción de la luz en las lentes Desempeño a lograr: Comprende por medio de la experimentación la importancia y aplicación de las lentes.

Preguntas de indagación 1.- ¿Qué diferencia encuentras entre un espejo y una lente cuando incide un rayo de luz sobre su superficie?

2.- ¿Qué propiedad de la luz se aplica para la formación de imágenes en lentes?

3.- ¿Para qué sirve la óptica?

Práctica No.9 “óptica geométrica (imágenes en lentes)”

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Antecedentes

La óptica geométrica se ocupa de la aplicación de las leyes de reflexión y refracción de la luz, al diseño de lentes y otros componentes de instrumentos ópticos. Si un rayo de luz que se propaga a través de un medio homogéneo incide sobre la superficie de un segundo medio homogéneo, parte de la luz es reflejada y parte entra como rayo refractado en el

segundo medio, donde puede o no ser absorbido. La cantidad de luz reflejada depende de la relación entre los índices de refracción de ambos medios. Las leyes de la reflexión afirman que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión, y que el rayo incidente, el rayo reflejado y la normal en el punto de incidencia se encuentran en un mismo plano.

La ley de Snell afirma que el producto del índice de refracción del primer medio y el seno del ángulo de incidencia de un rayo es igual al producto del índice de refracción del segundo medio y el seno del ángulo de refracción. El rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie de separación de los medios en el punto de incidencia están en un mismo plano. En general, el índice de refracción de una sustancia transparente más densa es mayor que el de un material menos denso, es decir, la velocidad de la luz es menor en la sustancia de mayor densidad.

Una lente convexa es más gruesa en el centro que en los extremos.

La luz que atraviesa una lente convexa se desvía hacia dentro (converge). Esto hace que se forme una imagen del objeto en una

pantalla situada al otro lado de la lente. La imagen está enfocada si la pantalla se coloca a una distancia determinada, que depende

de la distancia del objeto y del foco de la lente.

La lente del ojo humano es convexa, y además puede cambiar de forma para enfocar objetos a distintas distancias. La lente se hace más gruesa al mirar un objeto cercano y más delgada al mirar objetos.

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Mater iales y recursos:

Frasco cilíndrico transparente con tapa Agua, objetos para observar, plástico transparente (acetatos) Revista o libro, papel cuadriculado Goteros Computadora Simulador: Geometric Optics”(disponible en http://phet.colorado.edu )

Diseño experimental

Experimento 1: Construcción de una lente de aumento

1. Llene el frasco completamente con agua y tápelo bien. 2. Colóquelo en posición horizontal. 3. Observe objetos a su alrededor a través del frasco transparente. ¿Qué sucede con la luz que pasa a través del frasco? ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ¿Cómo se observa las imágenes que se encuentran un poco alejadas del frasco? ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ¿Qué ocurre si alejan o acercan los objetos al frasco? ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________


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Experimento 2 Lentes de aumento Cubra la revista o libro con lámina plástica (acetato) o una bolsa transparente estirada y coloque unas gotas de agua sobre la superficie. ¿Qué ocurre con las letras pequeñas vistas a través de la gota de agua? ___________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ ¿Por qué al colocar las gotas de agua ocurre este efecto? Explica _____________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________ Experimento 3 Laboratorio en línea Æ LENTES

Active el simulador Geometric Optics (descargado de la página http://phet.colorado.edu) Identifique y Explore todos sus elementos. Seleccione "Rayos Principales" en la parte superior izquierda y la "imagen virtual" en la parte superior derecha.

1. Mueva el lápiz a la izquierda y observa lo que ocurre con la imagen. Nota: tienes que activar mostrar ayuda

a) ¿Qué pasa con la imagen cuando el objeto se mueve más lejos de la lente?

______________________________________________________________________________________________ b) ¿Qué pasa con la imagen si el objeto se coloca en el punto focal?

______________________________________________________________________________________________ c) ¿Qué pasa con la imagen cuando el objeto se mueve en frente del punto focal?

______________________________________________________________________________________________


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2. Deslice el objeto a la izquierda de modo que la imagen está a la derecha. Ajuste el "radio de curvatura" y observe qué sucede.

a) Al hacer la radio de curvatura más pequeño, que le sucede a:

i. ¿el punto focal? ____________________________________________________________________________

ii. ¿la imagen? _______________________________________________________________________________

b) Al hacer la radio de curvatura más grande, que le sucede a:

i. ¿el punto focal? ____________________________________________________________________________

¿la imagen? _______________________________________________________________________________

3. Deslice el objeto a la izquierda de modo que la imagen está a la derecha. Ajuste el "índice de refracción" y observe qué sucede.

a) Al hacer el índice de refracción menor, que le sucede a:

i. ¿el punto focal? ____________________________________________________________________________

ii. ¿la imagen? _______________________________________________________________________________

b) Al hacer el índice de refracción más grande, que le sucede a: i. ¿el punto focal? ____________________________________________________________________________

ii. ¿la imagen? _______________________________________________________________________________

4. Deslice el objeto a la izquierda de modo que la imagen está a la derecha. Ajuste el "diámetro" y observe qué sucede.

a) Al hacer la menor diámetro, que le sucede a:

i. ¿el punto focal? ____________________________________________________________________________

ii. ¿la imagen? _______________________________________________________________________________

87

b) Al hacer la de mayor diámetro, que le sucede a:

i. ¿el punto focal? ____________________________________________________________________________

ii. ¿la imagen? _______________________________________________________________________________

5. Deslice el objeto a la izquierda de modo que la imagen está a la derecha. Seleccione "2o Punto" en la parte superior izquierda

y usted debería ver un punto verde en el lápiz y un nuevo conjunto de rayos amarillos que van a través de la lente. a) Deslice el punto verde de arriba a abajo. ¿Qué sucede con los rayos amarillos?

______________________________________________________________________________________________

b) Coloque el punto verde en el centro del lápiz. ¿Dónde se cruzan los rayos amarillos?

______________________________________________________________________________________________

c) Coloque el punto verde en la goma de borrar. ¿Dónde se cruzan los rayos amarillos?

______________________________________________________________________________________________

d) ¿Por qué crees que es mejor elegir sólo dibujar los rayos de la parte superior del objeto?

______________________________________________________________________________________________

6. Anule la selección de "2o Punto" en la parte superior izquierda y seleccione "Pantalla" en la parte superior derecha. Mueva la pantalla alrededor y observar cómo cambia el brillo. a) ¿En qué lugares el brillo es lo más mínimo?

______________________________________________________________________________________________

b) ¿En qué lugar el brillo es mayor?

______________________________________________________________________________________________

c) ¿Dónde crees que la imagen sería más clara?

______________________________________________________________________________________________

88

Experimento 4 Ecuaciones de la lente.

1. Maximizar la pantalla. Advertencia: Para las mediciones realizadas en este laboratorio, el gobernante en el programa PHET no funcionará. Por lo tanto, vamos a utilizar una regla de medición estándar del monitor de la computadora. La escala utilizada para hacer estas mediciones va a cambiar de computadora a computadora para una vez que empiezas, tienes que termina.

2. En este laboratorio, se mueve el objeto de analizar para ver cómo se forman las imágenes. Cuando esté listo para empezar a asegurarse de que sus valores son los siguientes: a).- Usa la regla para medir la distancia desde x a la línea central de la lente. Registra los datos en la Tabla 1. Multiplica este valor por 2 (será el doble del valor) y el regístralo como 2f. b).- Mide la altura del objeto (ho) con una regla de plástico y registra el valor. c).- Coloca la flecha amarilla más allá de 2f.

Tabla 1 longitud focal, f

2f Altura del objeto, ho

3. En el Cuadro de datos 2, registro de do, di, hi y sus observaciones de la imagen.

a).- Mueva la flecha amarilla a 2f. Registra los datos en la Tabla 2. Sus medidas para do, di, hi y sus observaciones de la imagen. b).- Mueva la flecha amarilla a entre 2f y f. Registro de datos en la Tabla 2. Sus medidas para do, di, hi y sus observaciones de la imagen. c).- Coloque la flecha amarilla en el f. Anota tus observaciones. (¿Tiene problemas para localizar la imagen, consulta o dibuja un diagrama de rayos notables) Anota tus observaciones en la Tabla 2. d).- Mueva la flecha amarilla a una posición que está a medio camino entre la f y la lente. Si usted no puede buscar la imagen, seleccione la casilla junto a la imagen virtual. Anota tus observaciones en la Tabla 2.

89

Tabla 2 Posición del objeto más allá de 2f

(cm) en 2f (cm)

entre 2f y f (cm)

en f (cm)

entre f y la lente (cm)

do

di

hi

Tipo de imagen: ninguno real, o virtual,

Dirección de la imagen: invertida o vertical

90


¿De acuerdo a su forma como se clasifican los lentes y sus características? ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ Explica la diferencia entre una imagen real y una imagen virtual ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ Indica cuáles son los rayos notables que se utilizan para formar las imágenes en las lentes. ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ ¿Cuál es la ecuación de las lentes y como determinamos el aumento de las mismas? ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ Menciona tres ejemplos de la vida cotidiana donde se pueda ver o aplicar las propiedades de las lentes ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ ¿Cuáles son las enfermedades del ojo humano y que tienen que ver con la utilización de las lentes? ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ ¿Qué es la dioptría y cuál es su equivalencia? ____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________

91

Reflexión argumentada __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________ _______ __________________________________________________________________________________________

92

Propósito: Determinar experimentalmente la velocidad de la luz por el método de difracción en una doble rendija propuesto por Thomas Young Desempeño a lograr: Interpreta los resultados del experimento de Young de difracción de la luz en una doble rendija como la evidencia fundamental de que la luz al propagarse muestra aspectos ondulatorios. Preguntas de indagación: 1.- ¿Cuál es la propiedad de la luz que se pretende medir en esta práctica? 2.- ¿Cuál es el error de la longitud de onda obtenida por este método? 3.-¿Cuál es el rango de frecuencias de la luz visible? 4.- ¿Cuál es la relación que existe entre la velocidad de las ondas de luz, su frecuencia y su longitud de onda? 5.- ¿Por qué no se pueden observar los patrones de interferencia de la luz de los faros de un coche?

Práctica No.10 “Determinación de la velocidad de la luz por difracción en una doble rendija”

93

Antecedentes

Cuando las olas en el agua encuentran obstáculos en su camino, producen vistosos

efectos que conocemos como interferencia y difracción, mediante los cuales pueden superar el obstáculo y continuar su movimiento.

Decimos que esos efectos se deben a las ondas producidas en el agua.

Si la luz posee características ondulatorias, entonces al atravesar una rendija, debería producir los mismos efectos

observados en las olas del agua al atravesar un canal.

¿Por qué entonces no se observan esos fenómenos de interferencia al hacer pasar la

luz a través de una rendija?

De hecho, sí se observan, en condiciones muy específicas:

a) cuando se utiliza luz monocromática (de un solo color),

b) cuando la luz de ambas fuentes luminosas está en fase, y

c) cuando la longitud de onda es comparable a las dimensiones de la abertura o del

obstáculo.

En la mayoría de los casos, esas condiciones no se cumplen.

Figura 1.-Ondas en el agua. La difracción es la flexión de las ondas alrededor de una barrera conforme la cruzan. Observe que las ondas son del mismo tamaño que la abertura

94

En 1801 Young, deliberadamente, diseño un experimento para ilustrar el

comportamiento ondulatorio de la luz, argumentando que la difracción es la que produce los efectos de interferencia, como regiones alternadamente brillantes y obscuras en la pantalla.

Dos rayos de luces coherentes, provenientes de las rendijas producirán en la pantalla blanca patrones de interferencias constructivas o destructivas cuando sus máximos o sus mínimos coincidan.

Se producirá interferencia constructiva cuando la diferencia en la longitud de las trayectorias sea un múltiplo de la longitud

de ondaO. Como la diferencia en la longitud es d senθ, donde d es la separación de las rendijas, θ es el ángulo que forma la franja brillante con el eje horizontal. tenemos que la condición para interferencia constructiva se puede escribir como

d senθ= nO n= 0, 1, 2, 3, … (1) La ecuación (1) se puede expresar en términos de las cantidades medibles d, x e y de la figura 2, haciendo la siguiente

aproximación: Para ángulos menores de 15° (expresado en radianes), tenemos que sen θ tan θ θ = y/x (2 ) En estas condiciones, para dos franjas claras consecutivas cuya separación es y, la longitud de onda es:

(3)

Figura 2.- Dos rayos coherentes producirán interferencia constructiva o destructiva en una pantalla colocada frente a las dos rendijas.

95


Apuntador laser Cartulina con rendija Rejilla de difracción (de 100 a 2400 líneas por pulgada) Lente o lupa Banco óptico Cartulina blanca Vernier Flexómetro


Actualmente el problema de conseguir dos fuentes de luz coherente, se resuelve con la luz laser de un apuntador de bolsillo; la doble rendija se puede sustituir por una rejilla de difracción comercial.

En el mercado se encuentran rejillas desde 100 a 2400 líneas por pulgada. Este experimento ha sido diseñado para determinar la longitud de onda O de la luz coherente que emerge de dos rendijas

separadas entre sí una distancia d, la cual se puede medir, lo mismo que la distancia x entre las rendijas y la pantalla; así como y, la separación entre máximos consecutivos.

El procedimiento para determinar la longitud de onda de la luz laser y con ella determinar la velocidad de la luz, consiste en

arreglar el siguiente dispositivo experimental:

96

a).- Montamos un sistema con el diodo laser, la rejilla de difracción y la pantalla. (El diodo laser con su luz coherente y potencia, simplifica enormemente las cosas).

b).- En la pantalla en el que se produce el patrón de interferencias, medimos la separación entre dos máximos consecutivos con ayuda de un vernier.

c).- La separación x entre la rejilla y la pantalla blanca se mide con el flexómetro.

Por tanto, a partir de las medidas de y, d, y x podemos calcular la longitud de onda de la luz laser.

Figura 2.- Cuando se hace pasar luz laser a través de dos rendijas, se produce un patrón de interferencia de franjas brillantes y oscuras con la misma separación entre ellas.

97


1.- ¿Qué relación guarda la velocidad de propagación de las ondas con su frecuencia y su longitud de onda?

2.- A partir de esta relación y la ecuación (3) demuestra que la velocidad de las ondas de luz laser, y de todo tipo de ondas luminosas está dado por:

3.- El rango de frecuencias para la luz roja se ubica alrededor de los 4.542x1014Hz. Tome este valor de f para calcular la velocidad de la luz.

4.- ¿Cuál es el error que se comete al determinar el valor de c?

(4)

98

Reflexión argumentada __________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________

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Propósito: Comprobar experimentalmente la Ley de Snell de la refracción y utilizarla para determinar el índice de refracción del acrílico. Desempeño a lograr: Utiliza un procedimiento científico para determinar el índice de refracción de un material transparente. Preguntas de indagación: 1.- ¿Qué cantidad se mide por varios métodos distintos en esta práctica? 2.- ¿Cómo puedes determinar cuál método es más preciso y cuál es más exacto? 3.- ¿Cómo sabes cuando el ángulo de incidencia es el ángulo de Brewster? 4.- ¿Por qué se dirige el laser a través de una lente cilíndrica? 5.- ¿Qué otro nombre se da a la Ley de Refracción?

Práctica No.11 “Reflexión y refracción de la luz

100

Antecedentes

Cuando un rayo de luz llega a la superficie que separa dos materiales transparentes se divide. Una parte del rayo se refleja en la superficie, y el resto se transmite dentro del segundo material.

Se ha determinado que la velocidad de la luz es diferente en cada material. En el vacío es de 300 mil km/s. En el plástico acrílico, es de 200 mil km/s. En el aire, es apenas 0.03% menor que en el vacío; por ello, para fines prácticos, se

considera que la velocidad de la luz en el aire es la misma que en el vacío. El rayo de luz reflejado forma un ángulo igual al ángulo del rayo que llega a la superficie,

los dos se miden convencionalmente respecto a la línea normal a la superficie. Ese es el enunciado de la Ley de Reflexión. Dicha ley explica por qué la imagen y el objeto siempre se ven simétricos uno respecto del otro. Ver la figura 1.

Para el rayo transmitido, el camino que sigue la luz se dobla a medida que pasa de

un medio a otro. Esta flexión del rayo de luz se llama refracción. El ángulo del rayo refractado se relaciona con el ángulo del rayo incidente por la Ley de Snell. Ver la figura 2.

1 1 2 2sin sinn nT T (1)

Donde n1 y n2 son los índices de refracción del medio 1 y del medio 2, respectivamente. El índice de refracción de un material se define como el cociente de la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en el medio, n=c/v. El índice de refracción del aire se toma igual a uno, o sea naire = 1. La velocidad de la luz disminuye cuando pasa a un medio de mayor índice de refracción y aumenta cuando pasa a un medio con índice de refracción menor. La luz alcanza la máxima velocidad en el vacío.

Figura 1. La simetría característica de los objetos y las imágenes es consecuencia de la Ley de Reflexión.

101


Apuntador laser Cartulina con rendija Rejilla de difracción (de 100 a 2400 líneas por pulgada) Lente o lupa Banco óptico Cartulina blanca Vernier

Medidas de seguridad para el manejo del laser

Aunque el laser es de muy baja potencia (menor a 1miliwatt) la entrada al ojo podría causar una pérdida parcial o total de la vista. El riesgo está presente incluso en las reflexiones parásitas de superficies ópticas. Siempre maneje el laser de una forma segura, independientemente de su potencia de salida.

x Construya una barrera para evitar que el laser alcance el área donde trabajan otros equipos.

x Verifique que el rayo laser (incluyendo reflexiones parásitas) se limite a un nivel (muy por abajo del nivel de los ojos). Permanezca siempre de pie y no se agache sobre ese nivel.

x Retire todas las superficies reflejantes del área del laser (incluyendo carátulas de relojes y vidrios); monte de forma segura cada elemento del equipo.

x No mire el rayo laser desde dentro del rayo.

El laser no debe apuntar a ningunas persona (especialmente a los ojos).

102


Parte I: Ley de Snell e índice de refracción En este experimento se estudiará la reflexión y refracción de la luz en una superficie que separa dos medios (aire y acrílico). Se verificará que el camino que sigue el rayo refractado satisface la Ley de Snell y como consecuencia, se podrá determinar el índice de refracción del acrílico. Se dispone el equipo para este experimento como se muestra en la figura 3. En caso de no disponer de una lente cilíndrica cuya función es ampliar el rayo de luz, utilice un objetivo de microscopio, el de mayor apertura. Recomendar a los estudiantes que sigan las medidas de seguridad para trabajar con el laser. El rayo que produce el diodo laser es demasiado angosto para este experimento, por eso se recomienda utilizar la lente cilíndrica de dispersión frente al laser, como muestra la figura 4. La lente tiene un efecto de enfoque y más allá del punto focal dispersa la luz en un plano perpendicular al eje de la lente (y del banco óptico).

Figura 3

103

1. Coloque el diodo laser en un extremo y enciéndalo.

2. Coloque la lente cilíndrica de dispersión frente al laser. Ajuste su altura para que el laser pase por el centro de la lente y paralelo al banco óptico. Si el ajuste se hace adecuadamente, se verá una línea uniforme en el otro extremo del banco óptico. Gire la lente para que la línea sea vertical. Note que debido a que la luz se dispersa verticalmente, es posible que no esté por complete abajo del nivel de los ojos.

3. Coloque la base en el banco óptico. Sobre ella, coloque el transportador circular.

4. Coloque el semidisco de acrílico sobre el transportador, con la cara plana frente al laser y coincidiendo con la línea de referencia.

5. Centre el disco sobre la hoja del transportador deslizando la cara plana paralela a la línea de referencia hasta que un rayo incidente a 0° se refracte a un ángulo de 0°.

6. Gire la base para que el rayo incida a cierto ángulo respecto a la normal, y compruebe que el rayo reflejado es el mismo respecto a la normal. Si no, gire ligeramente el semidisco para obtener el mismo ángulo.

7. Repita los pasos 6 y 7 hasta que quede satisfecho de que el semidisco está colocado adecuadamente en la base.

Figura 4

104

8. Rotando la base en el sentido que gira el reloj, Ajuste el ángulo de incidencia a los valores incluidos en la Tabla 1. Para cada ángulo de incidencia, mida y registre en la tabla el ángulo de refracción. Compruebe la alineación del semidisco antes de hacer cada medición. ¿Qué dificultades encontró al medir el ángulo de refracción para ángulos de incidencia mayores a 70°?

9. Repita las mediciones del paso 8 para refracción2, esta vez girando la base en el sentido contrario al giro del reloj. Recuerde incluir una copia de esta tabla en su reporte final.

Ángulo de incidencia

Refracción1 Refracción2

0°

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

Tabla 1

105

Parte 2: Reflexión interna total En este experimento, se observará que la luz no puede pasar de un medio (semidisco de acrílico) a otro medio (aire) que tenga un índice de refracción menor si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico.

Cuando la luz pasa de un medio a otro con índice menor, el ángulo de refracción será mayor que el ángulo de incidencia.

Habrá un ángulo de incidencia crítico θc para el cual el ángulo de refracción alcance los 90°.

El rayo refractado ya no se transmite por el segundo medio sino que viaja paralelo a la superficie que separa los dos medios. (Ver la figura 5).

Para ángulos de incidencia mayores que el ángulo crítico, toda la luz se refleja de nuevo hacia el primer medio, esta condición se conoce como reflexión interna total.

Como el ángulo crítico es sencillamente el ángulo para el cual el ángulo de refracción es de 90°, tenemos de la ecuación (1) y dado que sen 90°=1 y tomando n1=1:

1 = n2sen θc (3)

De manera que si se mide el ángulo crítico para el cual se da la reflexión interna total, se puede determinar el índice de refracción de una sustancia transparente como el acrílico.

106

1. Acomode el semidisco de acrílico como en la parte 1. Gire la base de modo que el rayo de luz entre por la cara circular del

semidisco. De esta forma el rayo de luz refractado se dirige hacia la cara plana del acrílico por donde emerge al aire (menor índice de refracción). (Ver la Figura 6).

2. Comience con un ángulo de incidencia pequeño (cercano a 0°), aumente gradualmente el ángulo girando la base del semidisco en el sentido del reloj.

Registre todos los cambios del rayo reflejado y del rayo transmitido, a medida que aumenta el ángulo de incidencia. Reporte sus observaciones en la sección Valora tu aprendizaje de esta práctica.

3. A medida que el ángulo del rayo incidente se aproxima al ángulo crítico, el rayo refractado se aproxima al lado plano del semidisco.

Determine el ángulo justo cuando el rayo desaparece y registre ese ángulo como 1cT . Sin cambiar la configuración del arreglo en que está colocado el semidisco, repita la medición para 2cT , pero esta vez rotando la base en el sentido contrario al reloj.

4. Utiliza esos dos resultados para estimar la incertidumbre es su medición de cT .

Figura 6

107


Parte 1. Ley de Snell-índice de refracción

En esta sección, analizarás los datos obtenidos de la Tabla 1 para verificar si se cumple la Ley de Snell y si es así, deducir el índice de refracción del acrílico. Dado que estamos aproximando el índice de refracción del aire a uno: naire = 1. Al aplicar la ley de Snell a nuestro arreglo experimental, se reduce a:

Sen θ1 = n sen θ2

Donde T 1 es el ángulo de incidencia, T 2 es el ángulo de refracción, y n es el índice de refracción del acrílico. Así, pues, si hacemos una gráfica de sen T 1 vs. senT 2, debemos obtener una recta si se cumple la Ley de Snell, y la pendiente dela recta será el índice de refracción.

1. Construya una gráfica de senT 1 vs. senT 2 usando los datos de la Tabla 1, refracción1.

2. Use el método de ajuste de mínimos cuadrados para encontrar el valor del índice de refracción y su incertidumbre.

3. Repita este análisis para refracción2.

4. Tome el valor promedio de los dos valores del índice de refracción, n1 (de refracción1) y n2 (de refracción2).

Parte 2. Ángulo crítico

1. Determine el ángulo crítico para el acrílico tomando el valor promedio de los valores de 1cT y 2cT .

2. ¿Cómo al promediar el resultado de las mediciones hechas al rotar la base en las dos direcciones alternas mejora la precisión del resultado?

3. Use la ecuación (2) para encontrar el índice de refracción del acrílico. Demuestre que: 1

sin c

nT

108

Reflexión argumentada __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ ___________________ __________________________________________________________________________________________

109

Propósito: Analizar las reflexiones múltiples a partir de la construcción de un caleidoscopio Desempeño a lograr: Construye un caleidoscopio y explica el principio de las reflexiones múltiples. Preguntas de indagación: 1.- ¿Cómo se determina el número de imágenes que produce un objeto que se encuentra al centro de dos espejos que se encuentran formando un ángulo entre sí? 2.- ¿Dónde se uti l izan los caleidoscopios?

Práctica No.12 “El caleidoscopio”

110

Antecedentes

El caleidoscopio está formado por tres espejos enfrentados que forman un prisma tr iangular. Los pedacitos de plástico de colores se reflejan en los espejos, y vemos esas formas tan raras porque lo que se refleja en un espejo rebota y se refleja en los otros dos, pero cuando esto sucede las imágenes que se reflejaron se vuelven a reflejar, y así sucesivamente. Lo maravi l loso de este fenómeno es que los rayos de luz quedan rebotando en los espejos una y otra vez.

El principio físico que expl ica el funcionamiento del caleidoscopio es el de la reflexión de la luz. La luz viaja en l ínea recta. Pero cuando choca contra un espejo, cambia de dirección, o dicho de o tro modo, rebota. Por eso, cuando miramos dentro del caleidoscopio vemos una imagen formada por los pedacitos de plástico repetidos muchísimas veces. El caleidoscopio se construye util izando tres espejos rectangulares iguales que se disponen de manera simi lar a la de los tres lados que forman un tr iángulo equi látero. Los caleidoscopios permiten ver imágenes i lusorias producidas mediante reflexiones en su interior .

111


Tubo de aproximadamente 20 cm por 4 cm. (puede ser de cartón como el de rollos de cocina, o de un tubo de pvc)

Tres recortes rectangulares de espejo, de 18 cm por 3cm Trocitos de vidrio de colores, cuentas de plástico de colores (translúcidas), canutillos, etc.

Dos círculos de acetato transparentes del mismo diámetro del tubo.(se puede usar descartables de gaseosas)para hacerlos

Un círculo de igual diámetro de cartón, con una perforación central de aproximadamente un centímetro. Pegamento o silicón Cinta adhesiva Papeles o imágenes de colores para decorarlo

Diseño experimental. a) Formar un prisma triangular con los 3 espejos, con la cara recubierta hacia el centro y unirlos en esta posición con

cinta adhesiva.

b) Introducir este prisma en el tubo. Ubicar la base del prisma coincidiendo con la base del tubo

c) En el extremo opuesto, el prisma quedará 2 cm más corto que el tubo. Allí se debe introducir uno de los círculos de acetato, pegándolo a la base del prisma (queda como una tapa interna).

112

d) Colocar sobre esa tapa todas las piedritas y vidrios de colores. La cantidad debe ser suficiente como para cubrir la superficie plana totalmente. Si se colocan demasiadas, las piezas no podrán moverse libremente. Si son pocas, se verán muy pocas combinaciones al girarlo

e) Pegar el otro círculo de acetato en el extremo de las piedritas, con un buen pegamento (silicón)

f) En el lado opuesto, pegar el círculo de cartón con la perforación central, habiendo obturado previamente la

misma con un trocito de acetato del lado del revés.

g) Decora a tu gusto el caleidoscopio.

113


1.- Explica con tus palabras que es la reflexión de la luz

2.- Escribe el funcionamiento de un caleidoscopio y explica cómo se forman las imágenes en él mismo 3.- ¿Qué sucede al girar el caleidoscopio? 4.- ¿Puedes suplir el prisma del caleidoscopio usando el material de Cds o Dvds? 5.- ¿Qué diferencias presentaría tu caleidoscopio? 6.- Investigar las leyes de la reflexión 7.- ¿Cómo puedes determinar el número de imágenes que se forman en el caleidoscopio?

114

Reflexión argumentada __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ _________________________________________ _________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________

115

Referencias de consulta

x Hewitt, Paul G. Física Conceptual. México, 9ª. Ed., Pearson Educación, 2004. x Montiel Pérez, Héctor. Física General. Publicaciones culturales. México 2008 x Tippens. Física, conceptos y aplicaciones, séptima edición, Mc Graw – Hill, 2007 x Gómez Gutiérrez, Héctor, Ortega Reyes, Rafael. Física I con enfoque en competencias. Cengage Learning. México 2010 x Giancoli, Física, Principios con Aplicaciones, Prentice-Hall, 2000. x Raymond A. Serway, Clement J. Moses Curt A. Moyer, Física Moderna, tercera edición, Thompson, 2006 x Raymond A. Serway, Jerry S. Faughn, Física, Para bachillerato general, Volumen 1, sexta edición, Thompson, 2006 x Raymond A. Serway, Jerry S. Faughn, Física, Para bachillerato general, Volumen 2, sexta edición, Thompson, 2006 Referencias electrónicas http://www.sc.ehu.es/sbweb/fi sica/default.htm http://www.fisicahoy.com http://www.aula21.net/primera/fisica.htm http://fisica2005.unam.mx. http://www.fisicanet.com.ar http://phet.colorado.edu http:/ /www.youtube.com/watch?v=rm8V7aBWvXM. http:/ /www.areatecnologia.com/tecnologia%20interesante/LAMPARAS%20CON%20LEDS.htm http://www.youtube.com/watch?v=5574VmCfma8 http://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/CONSTRUIR%20MOTOR%20ELECTRICO.htm http://www.areatecnologia.com/EL%20MOTOR%20ELECTRICO.htm http://www.educaplus.org/luz/espejo2.html

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fi%20sica/default.htm

http://www.fisicahoy.com/

http://www.aula21.net/primera/fisica.htm

http://fisica2005.unam.mx/

http://www.fisicanet.com.ar/


http://www.youtube.com/watch?v=rm8V7aBWvXM


http://www.youtube.com/watch?v=5574VmCfma8

http://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/CONSTRUIR%20MOTOR%20ELECTRICO.htm

http://www.areatecnologia.com/EL%20MOTOR%20ELECTRICO.htm

http://www.educaplus.org/luz/espejo2.html

116

Sugerencia para evaluar el trabajo de laboratorio (Cada profesor debe adecuarlo a su contexto real de trabajo)

Nombre y No. de la práctica: _____________________________________ _______________________ Número de equipo: _______________ Grupo: _______________ Nombre de los integrantes del equipo: ___________________________________________ ___________________________________________ ___________________________________________ ___________________________________________ ___________________________________________

CRITERIO INDICADORES Completo (3 puntos)

Incompleto (1 punto)

No presenta (cero puntos)

Indica quien no cumple

Recursos

Trae todos los recursos para la sesión de laboratorio: práctica, materiales, fuentes de consulta, bata blanca limpia. (Aplica desde el inicio de la sesión)

Manejo del tiempo

Utiliza bien el tiempo durante todo el proyecto para asegurar que las cosas estén hechas a tiempo. Inicia a más tardar 10 minutos después de la hora de clases con todos los integrantes del equipo. Se organizan y terminan con tiempo suficiente para ser revisado por el profesor y corregir de acuerdo a las observaciones.(al menos 15 minutos antes de la hora de salida).

Trabaja y aprende de manera autónoma

Se organiza de manera autónoma para iniciar a tiempo el desarrollo de su práctica, si tiene dudas primero piensa, registra, revisa fuentes de consulta y discute al interior del equipo, después confirmar sus conclusiones o hipótesis con el profesor.

Piensa de manera crítica y reflexiva

Sigue instrucciones y procedimientos de manera reflexiva, comprendiendo como cada una de sus acciones contribuye al alcance del propósito de la práctica, participa en el cierre de la

117

sesión aportando ejemplos de su vida cotidiana y / o del contexto científico

Habilidad para representar información

analíticamente y por escrito

Anota y realiza adecuadamente todos los cuestionamientos y cálculos de la práctica y entrega al profesor el manual contestado correctamente.

Mantiene una actitud respetuosa

Cuando el profesor explica (titular o de laboratorio) o cuando alguien hace comentarios, guarda silencio, escucha y sigue las indicaciones. Durante el desarrollo de la práctica, no juega, no visita otras mesas de trabajo para charlar y no se distrae con pendientes de otra asignatura. En plenaria participa, guarda silencio cuando los compañeros exponen sus ideas o puntos de vista.

Reflexión

argumentadas

La reflexión es congruente con la práctica, tiene fundamentos científicos, incluye lo que se aprendió del experimento, la Importancia y aplicaciones de la temática de la práctica así como las posibles fuentes de error.

Asistencia y permanencia

Una vez iniciada la práctica están presentes todos los integrantes y permanecen en el equipo durante todo el desarrollo.

Equipo

tecnológico

En cada equipo se tienen al menos 2 computadoras con el software instalado y probado. Queda prohibido el uso de redes sociales y de cualquier otra página electrónica sin relación con la práctica durante la sesión de laboratorio.

Uso del simulador

Ubica los componentes necesarios del simulador para la realización exitosa de la actividad. Realiza todas las simulaciones planteadas en la práctica.

PUNTOS Total de Puntos CALIFICACIÓN

OBSERVACIONES.

118

Integrantes de la comisión curricular

x Dora Irma Corral Morado x Luz Elena Lozano Viera x Ana María Rodríguez Arellano x José de Jesús Jiménez Gutiérrez x Luis Malaquías Santana Covarrubias x Felipe López Araujo x Luis Javier Amador

Colima, Col. Julio de 2012

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Manual de Prácticas - Bachillerato 4bachillerato4.com/Documentos/Manuales/5to Semestre... · 2 Presentación En la elaboración de este manual de prácticas se consideraron los dos