Naturaleza de los rayos catódicos
Gutiérrez Julián, M.S.; Arnáiz Lozano, M.E.; Gómez Crespo, M.A. y Martín-Díaz, M.J.
El objetivo fundamental de las experiencias que se proponen a continuación es incidir sobre aspectos fundamentales de la naturaleza de la ciencia y su enseñanza en el aula, de manera que se profundice en la construcción del conocimiento científico, mostrando la relación entre fenómenos y teorías, siendo conscientes del papel de los modelos. Además, pretendemos mostrar hasta qué punto los conocimientos científicos están presentes en nuestras vidas.
En este caso, el enfoque adoptado concede especial importancia a los procesos asociados a la indagación y construcción de conocimientos: generación de hipótesis, comprobación de esas hipótesis, discusión y comunicación de resultados. Consideramos de gran importancia ser conscientes de que un paso previo a la generación de hipótesis es que cada alumno reconozca como propio el problema que va a investigar, un problema con el que se identifique; nadie puede resolver un problema que no se ha planteado. Una vez que los alumnos hacen suyo el problema y proponen hipótesis, la gran pregunta sería: ¿Por qué pienso lo que pienso y cómo puedo ponerlo a prueba?
Sugerimos algunas actividades destinadas a alumnos que cursan la asignatura de Física y Química en 1º de Bachillerato. Aunque el equipo de rayos catódicos utilizado permitiría un tratamiento cuantitativo, pudiendo llegar a determinar la relación carga-masa del electrón, hemos optado por el tratamiento cualitativo.
Si bien lo ideal es que las actividades se hagan en el laboratorio manejando un equipo moderno de rayos catódicos y con el profesor dirigiendo la experiencia, si no se dispone de dicho equipo existen simulaciones que pueden ayudar. Las simulaciones pueden utilizarse directamente en el navegador o descargarse al ordenador pero para que funcionen es necesario tener instalado JAVA http://www.java.com/es/
A continuación damos cuenta de algunas de las simulaciones que hemos utilizado:
http://rabfis15.uco.es/Modelos%20At%C3%B3micos%20.NET/Modelos/Experiencias/ExperienciaThomsonRayo
La primera de las simulaciones permite, entre otras cosas, ver por separado la interacción de los rayos catódicos con un campo magnético o eléctrico y la interacción de los rayos catódicos con un campo magnético y eléctrico simultáneos. Esta simulación tiene el inconveniente de que antes de poner en marcha la simulación, en el pié de la figura, se dice lo que va a pasar.
La segunda simulación es útil porque permite, haciendo un control de las variables, relacionar la desviación de los rayos catódicos con un campo eléctrico o con un campo magnético y calcular la velocidad de salida de los electrones.
Por último, en la tercera simulación, la sombra formada por un objeto metálico opaco a los rayos catódicos permite sacar conclusiones sobre el carácter de los mismos.
Utilización en el aula
Existen diferentes posibilidades y cada profesor puede desarrollar la actividad en función del material disponible, de sus necesidades y de sus objetivos. Nosotros proponemos tres maneras diferentes, que no son excluyentes:
En el laboratorio, utilizando el equipo moderno de rayos catódicos, con el profesor ayudando a apropiarse del problema, a plantear y diseñar experiencias, a sacar conclusiones y verbalizarlas y a solucionar las dudas que surjan.
En un aula de ordenadores, con el profesor dirigiendo la experiencia igual que si se tratara de la experiencia de laboratorio. Esta forma es muy útil si no se dispone de equipo experimental.
Como experiencia casera, en la que los alumnos trabajan en sus casas, individualmente o en grupo, para presentar un informe de la actividad realizada.
Sea cual sea la forma de trabajo, consideramos esencial realizar una o más puestas en común con todo el grupo a lo largo de la actividad, ya que eso permitirá resolver dudas y discutir las aportaciones de los distintos grupos de trabajo, de manera que además de favorecer la mejora en la capacidad de argumentar mediante la expresión oral o escrita (si se hace mediante un foro compartido por el grupo de clase) en un contexto científico se produzca un aprendizaje entre iguales.
Se ha desarrollado una ficha de trabajo para el alumno.
Bibliografía