Texas Instruments tai mitkään osallistuvat kolmannet osapuolet
eivät anna mitään takuuta, ei suoraa eikä epäsuoraa, mukaan
luettuna, mutta ei niihin rajoitettuna, kaikenlainen kaupattavuus
tai tiettyyn tarkoitukseen sopivuus, koskien kaikkia ohjelmia tai
painettua aineistoa, ja jättää tällaisen aineiston käytettäväksi
yksinomaan periaatteella “siinä muodossa kuin on”.
Missään tapauksessa ei Texas Instruments eikä mikään osallistuva
kolmas osapuoli ole vastuussa kenellekään erityisistä, epäsuorista,
satunnaisista, tai välillisistä vahingoista näiden materiaalien
hankkimisen tai käytön yhteydessä tai niistä johtuen, ja Texas
Instruments Inc.:ille jäävä ainoa ja yksinomainen vastuu,
toiminnan muodosta riippumatta, ei ylitä tämän laitteen
hankintahintaa. Texas Instruments ei myöskään ota vastuuta
mistään eikä minkäänlaisesta vaateesta, joka koskee näiden
materiaalien käyttöä toisen osapuolen toimesta.
2004 Texas Instruments Incorporated.
Kaikki oikeudet pidätetään.
Tämän julkaisun tekijänoikeusilmoituksella merkittyjen sivujen
uudelleentulostaminen tai valokopiointi on sallittu opettajille
luokkaopetuksen, ryhmätöiden tai seminaarien vaatimissa
määrissä. Nämä sivut on suunniteltu kopioitavaksi
opetustarkoituksessa luokkahuone-, laboratorio- tai
seminaarikäyttöön siten, että kussakin kopiossa on Texas
Instrumentsin copyright-ilmoitus. Näitä kopioita ei saa myydä ja
niiden jakaminen muulla tavalla on ehdottomasti kielletty. Edellä
mainittuja tapauksia lukuunottamatta Texas Instruments
Incorporatedilta on hankittava kirjallinen lupa tämän julkaisun tai
sen osien kopioimiseen tai jakamiseen missään muodossa tai
millään sähköisellä tai mekaanisella tavalla, mukaan lukien
tietojen tallennus ja palautus -järjestelmissä, ellei paikalliset
tekijänoikeuslait sitä salli. Lisätietoja saa osoitteesta: Texas
Instruments Incorporated, 7800 Banner Drive, M/S 3918;
Dallas, TX 75251; Attention: Manager, Business Services
Harjoitusta 1 (Liikkeen kuvaaminen graafisesti) ja Harjoitusta 3 (Liukumäki) on käytetty Vernier Software and Technology -yhtiön
luvalla. Kyseiset harjoitukset on mukautettu Don Volzin ja Sandy Sapatkan teoksesta Middle School Science with Calculators.
Sisällysluettelo
Esittely
Mikä CBR 2™ on? 2
CBR 2™:n käytön aloittaminen: kolme helppoa vaihetta 4
Vihjeitä tehokasta tietojenkeruuta varten 6
Työohjeet, opettajan materiaali ja oppilaan työlomakkeet
³ Harjoitus 1 — Liikkeen kuvaaminen graafisesti tasainen liike 10
³ Harjoitus 2 — Matki kuvaajaa tasainen liike 14
³ Harjoitus 3 — Liukumäki kiihtyvä liike 18
³ Harjoitus 4 — Pomppiva pallo kiihtyvä liike 24
³ Harjoitus 5 — Vierivä pallo kiihtyvä liike 28
Opettajan tiedot 32
Tekniset tiedot
CBR 2™-tiedot tallennetaan listoihin 36
EasyData-asetukset 37
CBR 2™:n käyttö CBL 2™:n tai CBL 2™-ohjelmien kanssa 38
TI-84 Plus-, ja TI-84 Plus Silver Edition-laskimen kanssa
tuo käytännön tiedonkeruun ja -analysoinnin luokkahuoneeseen
CBR 2™:n toiminnot
CBR 2™:n ja TI:n graafisen laskimen avulla oppilaat voivat kerätä, tarkastella ja analysoida
liiketietoja ilman vaivalloisia mittauksia ja kuvaajien piirtämistä käsin.
CBR 2™:n avulla oppilaat voivat tutkia etäisyyden, nopeuden, kiihtyvyyden ja ajan välisiä
suhteita käyttämällä itse tekemistään kokeista keräämiään tietoja. Oppilaat voivat tutkia
matemaattisia ja fysikaalisia käsitteitä, kuten
2™ (Calculatorrrr----Based Ranger™)
2™ (Calculato2™ (Calculato
käytettäväksi TI-83 Plus-, TI-83 Plus Silver Edition-,
Based Ranger™)
Based Ranger™)Based Ranger™)
liikkeenilmaisin
helppo käyttää
0 liikettä: etäisyys, nopeus, kiihtyvyys
0 kuvaajia: koordinaatiston akselit, kulmakerroin, akseleiden leikkauspisteet
0 funktioita: lineaarinen, toisen asteen, eksponentiaalinen, sinimuotoinen
0 differentiaalilaskentaa: derivaatat, integraalit
0 tilastotiedettä ja tietojen analysointia: tiedonkeruutavat, tilastollinen analyysi
0 fysiikkaa: liikkeen tutkiminen, etäisyys, nopeus, kiihtyvyys, dynamiikan ilmiöt
Tämän oppaan sisältö
CBR 2™-aloitusopas on tarkoitettu oppaaksi opettajille, joilla ei ole runsaasti kokemusta
laskinten käytöstä. Opas sisältää pikaohjeet
tietojenkeruuta varten ja viisi harjoitusta, joissa tutkitaan liikkeen perusfunktioita ja
ominaisuuksia. Näissä harjoituksissa (katso sivut 10–31) on:
0 opettajan materiaali kutakin harjoitusta varten sekä yleistietoja opettajalle
0 vaiheittaiset ohjeet
0 tiedonkeruutehtäviä kaikille tasoille
0 tehtäviä, joissa tietoja tutkitaan tarkemmin, kuten "entä jos" -tilanteet
0 ehdotuksia monimutkaisempia tehtäviä varten, jotka soveltuvat esimerkiksi
differentiaalilaskentaa osaaville opiskelijoille
0 kopioitava oppilaan tehtävälomake, jossa on avoimia eritasoisia kysymyksiä.
CBR 2™:n käytön aloittaminen: kolme helppoa vaihetta
Kun otat CBR 2™:n käyttöön, sinun tarvitsee suorittaa vain kolme yksinkertaista
toimenpidettä, joiden jälkeen voit suorittaa ensimmäisen mittauksen!
1111
2
2
22
Lataa
Graafisessa laskimessasi voi olla valmiiksi ladattuna sovelluksia
(sovellusohjelmia), mukaan lukien EasyData-sovellus. Voit tarkistaa, mitä
sovelluksia laskimeesi on asennettu, painamalla Œ. Jos EasyDatasovellusta ei ole asennettu, löydät sen uusimman version Internet-sivulta
education.ti.com. Lataa EasyData-sovellus tarvittaessa nyt.
Liitä
Liitä CBR 2™ TI-grafiikkalaskimeesi Standard-B to Mini-A -USB-kaapelin
(laskimen ja
liittimet tiukasti paikalleen kumpaankin yksikköön.
Aseta herkkyyskytkin normaalitilaan tutkiessasi kävelyä, pallonheittoa,
heiluria jne. tai jäljitystilaan tutkiessasi liikettä vaunuradalla.
Tietoja laskimen ja
0 Kaapelia voidaan käyttää vain EasyData-sovelluksen kanssa.
0 Mahdollistaa EasyData-sovelluksen automaattisen käynnistymisen, kun
CBR 2™ -laite kytketään TI-84 Plus -sarjan laskimeen.
CBR 2™-laitteen välisen) tai I/O-kytkentäkaapelin avulla ja paina
CBR 2™ -laitteen välisestä MINI-A-USB-kaapelista:
0 Tuottaa paremman fysikaalisen ja luotettavamman yhteyden kuin I/O-
kytkentäkaapeli.
0 Kaapelia ei voi käyttää RANGER-, DataMate- tai muiden vastaavien
Kun tiedät, kuinka liikkeenilmaisin toimii, voit saada hyvälaatuisia mittaustuloksia.
Liikkeenilmaisin lähettää ultraäänipulssin ja mittaa, kuinka kauan aikaa kuluu, ennen kuin
pulssi heijastuu takaisin.
CBR 2™, kuten kaikki liikkeenilmaisimet, mittaa ajan, joka kuluu ultraäänipulssin
lähettämisestä ensimmäiseen palaavaan kaikuun, mutta
mikroprosessori, joka tekee paljon muutakin. Kun tiedot kerätään,
kohteen etäisyyden
CBR 2™:stä käyttämällä laskutoimituksessa äänen nopeutta. Tämän
jälkeen se laskee etäisyystiedon ensimmäisen ja toisen derivaatan ajan suhteen. Näin
tulokseksi saadaan nopeus- ja kiihtyvyystiedot.
CBR 2™ tallentaa nämä mittaustulokset
listoihin.
Kohteen koko
Pienen kohteen käyttäminen suurella etäisyydellä CBR 2™:stä pienentää tarkan tuloksen
saamisen mahdollisuutta. Esimerkiksi 5 metrin etäisyydeltä on helpompi havaita jalkapallo
kuin pingispallo.
CBR 2™:ssä on sisäinen
CBR 2™ laskee
Minimikantama
Kun CBR 2™ lähettää pulssin, pulssi osuu kohteeseen ja heijastuu takaisin ja CBR 2™
vastaanottaa sen. Jos kappale on alle 15 senttimetrin etäisyydellä, peräkkäiset pulssit
voivat olla päällekkäin, ja
virheellinen, joten sijoita
Maksimikantama
CBR 2™ voi tunnistaa ne väärin. Kuvaaja on tässä tapauksessa
CBR 2™ vähintään 15 senttimetrin päähän kohteesta.
Kun pulssi kulkee ilmassa, sen teho heikkenee. Noin 12 metrin (6 metriä kohteeseen ja
6 metriä takaisin
CBR 2™ tunnistaisi sen varmasti. Tämä rajoittaa normaalin luotettavan etäisyyden
CBR 2™:stä kohteeseen enintään 6 metriin.
Herkkyyskytkin
CBR 2™:ään) matkan jälkeen palautuva kaiku voi olla liian heikko, jotta
Herkkyyskytkimessä on kaksi käyttötilaa — jäljitys ja
normaali. Jäljitys-tila on tarkoitettu harjoituksiin, joissa
käytetään ilmatyyny- tai vaunurataa, ja Normaali-tila on
Track Normal
%&
tarkoitettu muille harjoituksille, kuten kävely,
pallonheitto, pomppiva pallo, heiluri jne.
Jos dataan tulee runsaasti ylimääräisiä häiriöitä, herkkyyskytkin on mahdollisesti
Normaali-tilassa. Kun siirrät herkkyyskytkimen Jäljitys-asentoon, sensorin herkkyys
vähenee, ja mittaustulosten laatu voi parantua.
suuntiin enintään 15° keskikohdasta kartionmuotoisena 30° asteen säteenä.
Vältä lähistöllä olevien muiden esineiden aiheuttamia häiriöitä luomalla esteetön alue
CBR 2™-säteen reitille. Tämä varmistaa sen, että CBR 2™ ei havaitse muita esineitä kuin
kohteen.
Heijastavat pinnat
Jotkin pinnat heijastavat pulsseja paremmin kuin muut. Saat paremmat tulokset käyttämällä suhteellisen kovaa ja tasapintaista palloa kuin käyttämällä tennispalloa. Vastaavasti kovia, heijastavia pintoja sisältävässä huoneessa suoritetut mittaukset saattavat
sisältää virheellisiä datapisteitä. Epäsäännöllisen muotoisten pintojen mittaus
(leikkiautojen pintojen mittaus tai kävellessä tehty mittaus) voi vaikuttaa epätasaiselta.
-säteen reitti ei ole lyijykynän kaltainen kapea säde, vaan se leviää kaikkiin
CBR 2™ havaitsee esteettömällä alueella lähimpänä olevan esineen.
30°
15 senttimetriä
(jatkoa)
Liikkumattoman kohteen etäisyys-aika-kuvaajan lasketussa etäisyysarvoissa voi olla pieniä
vaihteluita. Jos jokin näistä arvoista piirtyy eri kuvapisteeseen, odotuksenmukaisessa
suorassa viivassa voi olla ajoittaisia hypähdyksiä. Nopeus-aika-kuvaaja voi olla tätäkin
rosoisempi, koska kahden pisteen välinen etäisyyden ero ajan suhteen on määritelmän
mukaan nopeus.
Mittauksen kestolla tarkoitetaan mittauksen kokonaisaikaa sekunneissa. Mittauksen
kesto määritetään asettamalla mittauspisteiden välinen aika ja mittauspisteiden
lukumäärä.
Anna luku väliltä 0,05 (hyvin nopeasti liikkuvat kohteet) ja 0,5 sekuntia (hyvin hitaasti
liikkuvat kohteet).
Sample Interval
Number of Samples Kerättävien pisteiden kokonaismäärä.
Experiment Length
Aloittaminen ja lopettaminen
Mittauspisteiden välinen aika sekunneissa.
Kokeen pituus sekunneissa.
0,05
100
5
Aloita mittaus valitsemalla Start (paina q). Mittaus pysähtyy automaattisesti, kun
saavutetaan Time Graph Settings -valikossa asetettu mittauspisteiden lukumäärä. Sen
jälkeen
CBR 2™ näyttää kerätyistä tiedoista piirretyn kuvaajan.
Jos haluat pysäyttää mittauksen ennen kuin se pysähtyy automaattisesti, valitse Stop
(paina ja pidä alhaalla painiketta q) milloin tahansa mittauksen aikana. Kun mittaus
päättyy, näkyviin tulee kerätyistä tiedoista piirretty kuvaaja.
Häiriöt — mitä ne ovat ja kuinka niistä pääsee eroon?
Kun CBR 2™ vastaanottaa muista esineistä kuin kohteesta heijastuvia signaaleita,
kuvaajassa näkyy virheellisiä datapisteitä (häiriöpiikkejä), jotka eivät sovi kuvaajan
ulkoasuun. Voit minimoida häiriöiden vaikutuksen seuraavasti:
0 Varmista, että CBR 2™ osoittaa suoraan kohteeseen. Yritä säätää sensoripäätä samalla
kun katselet tietoja perusnäytön mittarista. Varmista, että vastaanotettu lukema on
asianmukainen, ennen kuin aloitat harjoituksen tai kokeen.
0 Yritä suorittaa mittaus esteettömällä alueella (katso aiemman sivun esteetön alue
-sivu 7).
0 Valitse suurempi esine, jossa on enemmän heijastuspintaa, tai siirrä esine lähemmäksi
CBR 2™:ää (mutta pidä se yli 15 senttimetrin päässä).
0 Jos useita CBR 2™:iä käytetään samassa huoneessa, ryhmän tulisi suorittaa mittaus
loppuun ennen kuin seuraava ryhmä aloittaa omaansa.
0 Kokeile siirtää herkkyyskytkin Jäljitys-asentoon, jotta sensorin herkkyys vähenee.
Kohteen etäisyyden laskennassa käytetään äänen nimellisnopeutta. Varsinainen äänen
nopeus määräytyy useasta tekijästä, joista suurin on ilman lämpötila. Suhteellista liikettä
mitattaessa tämä tekijä ei ole tärkeä.
CBR 2™ -laitteessa on sisäinen lämpötilasensori, joka kompensoi automaattisesti
ympäröivän ilman lämpötilan aiheuttamat muutokset äänennopeudessa. Lämpötilan
muuntaminen 0°:sta 40°:ään Celsius-asteeseen, vakiopaineessa, on suhteellisen
lineaarista noin nopeudella +0,6 metriä/sekunnissa Celsius-astetta kohden. Äänennopeus
kasvaa noin arvosta 331 metriä/sekunnissa 0° Celsius-asteessa noin arvoon 355
metriä/sekunnissa 40° Celsius-asteessa. Kyseisillä nopeuksilla suhteelliseksi kosteudeksi
oletetaan 35% (kuiva ilma).
Käytettäessä EasyData-sovellusta
tapahtuu liiketietojen keruun aikana. Koska sensori sijaitsee
olevien reikien alla, älä laita näiden reikien eteen tietojen keruun aikana mitään sellaista,
jonka lämpötila poikkeaa ympäristön lämpötilasta.
CBR 2™ -laitteen kanssa lämpötilan kompensointi
CBR 2™ -laitteen takana
(jatkoa)
CBR 2™:n käyttö ilman EasyData-sovellusta
Voit käyttää CBR 2™ -laitetta liikeilmaisimena CBL 2™:n tai muiden ohjelmien kanssa kuin
EasyData.
I/O-kytkentäkaapelin avulla
kanssa, joihin ei ole asennettu EasyData-sovellusta, mutta joissa on
RANGER-ohjelma. CBR 2™ toimii samoin kuin CBR™ kerättäessä tietoja CBL/CBR-
sovelluksen ja/tai
CBL/CBR-sovellusta voidaan käyttää useimmissa vanhemmissa TI-83 Plus -laskimissa. Voit
ladata
kytkemällä I/O-kytkentäkaapelin
RANGER-ohjelmalla, joka on CBL/CBR-sovelluksen osa ja saatavilla muille laskimille, voit
kerätä liiketietoja käyttäen I/O-kytkentäkaapelia.
tutkimusten työkirjoissa.
Voit käyttää CBR 2™ -laitetta myös liikesensorina yhdessä
kanssa. Käytä
CBR 2™:sta CBL 2™ -laitteessa. Järjestelmän käytössä tarvitaan erityinen CBL-to-CBR-
kytkentäkaapeli. Lisätietoja tästä kaapelista löytyy TI:n verkkokaupasta osoitteessa
education.ti.com.
CBL/CBR-sovelluksen osoitteesta education.ti.com ja kerätä sen avulla liiketietoja
RANGER-ohjelman avulla.
CBL 2™:n mukana toimitettua DataMate-sovellusta, kun käytät
CBR 2™ -laitetta voidaan käyttää sellaisten grafiikkalaskimien
Harjoitus 1—Liikkeen kuvaaminen graafisesti
opettajan ohjeet
Käsitteet
Tutkittava ilmiö: tasainen liike
Harjoituksessa tarvitaan EasyData-sovellus.
Tarvikkeet
Ÿ laskin (saatavilla olevat laskinmallit, katso sivu 2)
Ÿ CBR 2™
Ÿ laskimen ja CBR 2™ -laitteen välinen tai I/O-
kytkentäkaapeli
Ÿ EasyData-sovellus
Ÿ Maalarinteippiä
Ÿ Metrin mitta
Vinkkejä
Tämä koe voi olla ensimmäinen kerta, kun oppilaasi
käyttävät CBR 2™ -liiketunnistinta. Tässä vaiheessa
annettu opastus sen käyttöön säästää aikaa
myöhemmin lukuvuoden aikana, kun CBR 2™ laitetta käytetään monissa kokeissa. Vinkkejä
CBR 2™ -laitteen tehokasta käyttöä varten:
0 CBR 2™ -laitetta käytettäessä on tärkeää
ymmärtää, että ultraääni lähtee anturista noin
30° asteen levyisenä kartiona. Jos ultraäänen
kartion sisällä on jotakin, se aiheuttaa
heijastumista ja mahdollisesti virheellisen
mittauksen. Liiketunnistimien käytön yhteydessä
yleisesti esiintyvä ongelma on tahattomien
heijastusten vastaanottaminen huoneessa
olevasta pöydästä tai tuolista.
0 Tahattomat heijastukset voidaan usein
minimoida kallistamalla vähän CBR 2™ -laitetta.
0 Jos aloitat nopeus- tai kiihdytyskuvaajasta ja saat
epämääräisen näytön, siirry takaisin
etäisyyskuvaajaan ja tarkista, näyttääkö se
järkevältä. Jos ei, CBR 2™ ei mahdollisesti osoita
kunnolla kohteeseen.
0 CBR 2™ ei tunnista kunnolla kohteita, jotka ovat
lähempänä kuin 15 cm. Maksimietäisyys on noin
6 m, mutta tällä etäisyydellä leveässä
tunnistuskartiossa esiintyvät hajakohteet voivat
olla ongelmallisia.
0 Joskus kohde ei tuota vahvaa ultraäänen
heijastumista. Esimerkiksi, jos kohde on henkilö,
jolla on päällään paksu pusero, tuloksena oleva
kuvaaja voi olla epäjohdonmukainen.
0 Jos nopeus- ja kiihdytyskuvaajissa on häiriöitä,
kokeile lisätä ultraääniheijastuksen voimakkuutta
kohteesta suurentamalla kohteen pinta-alaa.
Oppilaat voivat esimerkiksi pitää edessään
suurikokoista kirjaa kävellessään CBR 2™ -laitteen
edessä. Tällä tavoin saadaan aikaan parempia
kuvaajia liikkeen tasaantuessa.
Tyypillisiä kaavioita
Etäisyyden suhde aikaan
Matkittu etäisyyden suhde
aikaan
Oikeat vastaukset
9. Liikettä vastaavan kuvaajan osan kulmakerroin
on suurempi nopeammassa testissä.
Tulokset vaihtelevat todennäköisesti ryhmien
välillä, koska henkilöt saattavat kävellä eri
nopeudella.
Kävely liiketunnistinta kohti tuottaa negatiivisen
kulmakertoimen. Kävely liiketunnistimesta
poispäin tuottaa positiivisen kulmakertoimen.
12. Huomaa, että kulmakerroin on lähellä nollaa (tai
nolla) seisottaessa paikallaan. Kulmakertoimen
on oltava nolla kerättyjen tietojen vaihtelun
aiheuttamaa pientä vaihtelua lukuunottamatta.