USO DE SIMULADORES VIRTUAIS DO PHET COMO METODOLOGIA DE ENSINO DE ELETRODINÂMICA

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OS DESAFIOS DA ESCOLA PÚBLICA PARANAENSE
NA PERSPECTIVA DO PROFESSOR PDE
Produções Didático-Pedagógicas
Versão Online ISBN 978-85-8015-079-7
Cadernos PDE
II
 SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO
 SUPERINTENDÊNCIA DA EDUCAÇÃO
 PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO EDUCACIONAL
 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
PRODUÇÃO DIDÁTICO-PEDAGÓGICA
TURMA – PDE 2014
1. IDENTIFICAÇÃO
Título: Simuladores virtuais do PhET no ensino de física
Autor: Francisco Luiz Carraro
 Disciplina/Área: Física
 Escola de Implementação do 
Projeto e sua localização:
 Colégio Estadual Jardim Porto Alegre
 Município da escola: Toledo - Paraná
 Núcleo Regional de Educação: Toledo
 Professor Orientador: Prof. Dr. Ricardo Francisco Pereira
 Instituição de Ensino Superior: Universidade Estadual de Maringá
 Resumo: Atualmente, nós professores de Física do 
Ensino Médio temos vivenciado a grande 
dificuldade de aprendizagem apresentada pelos 
estudantes. A falta de motivação para estudar 
Física por considerável parte dos estudantes é 
sem dúvida uma das causas do baixo 
rendimento dos mesmos nessa disciplina. 
Diante desse quadro propusemos o 
desenvolvimento de uma proposta de ensino 
utilizando os simuladores virtuais do PhET 
(Physics Education Technology Project), da 
Universidade do Colorado (EUA) como uma 
metodologia de ensino. Essa proposta visa 
tornar o aluno mais ativo no processo ensino-
aprendizagem, proporcionando o estudo dos 
conceitos e fenômenos da Eletrodinâmica, bem 
como, a relação dos conteúdos abordados com 
o cotidiano dos estudantes.
Palavras-chave: Simulações, PhET, Ensino de Física, Ensino-
Aprendizagem.
Formato do Material Didático: Unidade Didática
Público: Alunos do 3º Ano
 SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO
 SUPERINTENDÊNCIA DA EDUCAÇÃO
 DIRETORIA DE POLÍTICAS E PROGRAMAS EDUCACIONAIS
 PROGRAMA DE DESENVOLVIMENTO EDUCACIONAL
 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
FRANCISCO LUIZ CARRARO
SIMULADORES VIRTUAIS DO PHET NO ENSINO DE FÍSICA
Produção Didático-Pedagógica em 2014, 
elaborada para o Programa de 
Desenvolvimento Educacional, para 
complementação da Proposta de 
Implementação Didática Pedagógica no 
Ensino Médio sob orientação do Prof. Dr. 
Ricardo Francisco Pereira. 
TOLEDO - PR
2014
APRESENTAÇÃO
Este material didático pedagógico tem por objetivo subsidiar o trabalho 
pedagógico dos professores de Física na busca da melhoria da aprendizagem dos 
alunos usando os simuladores virtuais do PhET, sigla em inglês para Physics 
Education Technology Project, como uma metodologia de ensino. 
A implementação deste material didático dar-se-á no Colégio Estadual 
Jardim Porto Alegre (EFMP), no município de Toledo, no primeiro semestre de 2015, 
com alunos do 3º ano do Ensino Médio.
Esta Unidade Didática abordará a eletrodinâmica dentro do conteúdo 
estruturante eletromagnetismo:
• Corrente elétrica;
• Circuitos elétricos;
• Resistência elétrica;
• Resistividade;
• Leis de Ohm;
• Associação de resistores em série e em paralelo;
• Choque elétrico;
• Medida da corrente elétrica, da voltagem e da resistência;
• Curto circuito;
• Efeito fotoelétrico e Supercondutores (conteúdos de Física Moderna).
A estratégia que propomos desenvolver e aplicar consiste em estimular os 
alunos com questões desafiadoras sobre os conteúdos a serem abordados, 
estabelecendo um diálogo em classe para levantar o que os estudantes sabem e 
quais são as concepções espontâneas apresentadas acerca dos fenômenos a 
serem estudados.
Após este momento inicial, os alunos irão ao laboratório de informática, 
munidos de roteiros prévios, para execução da simulação virtual, onde poderão 
explorar e anotar os dados obtidos seguindo as indicações do roteiro. 
Na sequência, é fundamental discutir com a classe os resultados da 
simulação e estabelecer as relações do conteúdo abordado com os fenômenos do 
dia a dia do estudante. Neste sentido, os estudantes serão incentivados a 
produzirem pequenos textos respondendo a questões do seu cotidiano sobre 
fenômenos que envolvam conteúdos de eletrodinâmica.
EXPLORANDO OS SIMULADORES VIRTUAIS DO PhET
As versões executáveis de todas as Simulações Interativas PhET, 
Universidade do Colorado (os arquivos *.jar, os arquivos *.jnlp, os arquivos *.swf) 
são licenciados de acordo com uma Licença Creative Commons Attribution 3.0 
United States. Portanto, as simulações interativas podem ser livremente usadas e/ou 
redistribuídas por terceiros (estudantes, educadores, escolas, museus, etc.) Todas 
as utilizações requerem a atribuição da obra. As referidas simulações podem ser 
executadas enquanto estiver conectado à internet, ou baixadas e instaladas em seu 
PC, podendo ser executadas de maneira off-line. 
Acesse o site https://phet.colorado.edu/pt_BR/ (uma versão do site já 
traduzida para o português) e clique na imagem como indicado na figura 1. 
Figura 1: Simulações do PhET da Universidade do Colorado.
Na sequência, acesse as simulações de Física do PhET e em seguida 
acesse os conteúdos – Eletricidade, Ímãs e Circuitos, conforme indicado na figura 2.
Figura 2: Física no PhET.
ORIENTAÇÕES AOS PROFESSORES 
Todos os roteiros produzidos para cada uma das atividades foram 
elaborados com a finalidade de serem utilizados pelos alunos e não pelos 
professores, entretanto, para cada atividade também elaboramos algumas 
orientações básicas para os professores compreenderem como trabalhar os roteiros.
A avaliação será realizada mediante a análise das respostas dadas pelos 
educandos, na forma oral e escrita, às questões propostas nos roteiros das 
atividades. No final de cada atividade será realizada uma retomada com os 
estudantes sobre o conteúdo trabalhado na simulação. Esta parte será feita 
oralmente para que os alunos relatem os pontos fundamentais e as aplicações do 
conteúdo desenvolvido na atividade.
Outros momentos e instrumentos serão utilizados para a avaliação da 
aprendizagem. Os estudantes produzirão pequenos textos, respondendo a questões 
referentes ao conteúdo de eletrodinâmica, relacionadas ao cotidiano. Esses textos 
serão apresentados em seminário para a classe e serão expostos para a 
comunidade escolar.
Conversando com o(a) professor(a) - Atividade 1
É fundamental iniciar esta atividade fazendo a leitura coletiva do texto 
indicado com os alunos. Dialogando, retomando o texto quando necessário, 
deixando que expressem a compreensão que estão tendo do mesmo. Certifique-se 
de que os alunos compreenderam que a diferença de energia entre os níveis que os 
elétrons podem vir a ocupar (banda de condução) e os valores dos últimos níveis já 
ocupados por eles (banda de valência) é o que diferencia os materiais condutores 
dos isolantes. Realizada a leitura dialogada, é hora de explorar a simulação.
Conversando com o(a) professor(a) - Atividade 2
É importante iniciar esta atividade explorando o conhecimento prévio dos 
alunos sobre os circuitos elétricos, seus componentes, bem como a função dos 
mesmos. É fundamental que os estudantes expressem o que sabem sobre o 
conteúdo a ser trabalhado. As questões propostas na problematização inicial podem 
auxiliar no estabelecimento de um diálogo com a classe. Muitas vezes quando esse 
diálogo é bem sucedido o aluno se motiva para a participação na aula e 
consequentemente a sua aprendizagem é mais efetiva. 
O objetivodesta atividade é explorar um circuito elétrico simples, dando 
enfoque aos conceitos nele envolvidos. Portanto, os conceitos de corrente elétrica, 
tensão, resistência elétrica, carga elétrica, potência elétrica, devem ser bem 
discutidos a fim de que o estudante construa esses conceitos. Uma questão 
específica a ser explorada é a origem dos elétrons formadores da corrente elétrica, 
pois os estudantes geralmente apresentam algumas concepções interessantes 
sobre oeste conhecimento.
Conversando com o(a) professor(a) - Atividade 3
Sugerimos que nesta atividade seja trabalhado o uso dos aparelhos 
medidores de grandezas elétricas – voltímetro, amperímetro e ohmímetro. Na 
sequência da aula sugere-se abordar a relação U = R × I, em que a resistência 
elétrica (R) é a constante de proporcionalidade. Os estudantes geralmente não têm 
idéia da relação entre as três grandezas físicas, tensão (U), resistência elétrica (R) e 
intensidade (I) de corrente elétrica, portanto, é um momento oportuno para explorar 
ao máximo essa relação na simulação virtual.
A expressão acima é conhecida como Lei de Ohm. Quando um condutor 
obedece a esta lei, ou seja, quando sua resistência elétrica é constante, ele é 
chamado de resistor ôhmico. 
Conversando com o(a) professor(a) - Atividade 4
O conhecimento trabalhado nesta atividade apresenta uma estreita relação 
com situações presentes em nosso cotidiano. Sendo assim, é muito interessante a 
exploração pedagógica ser focada nesta contextualização. A relação matemática nas 
associações de resistores deve ser trabalhada, no entanto, a abordagem conceitual 
é fundamental para que o estudante relacione esse conhecimento com o seu mundo 
vivencial. É importante ao término desta atividade fazer uma retomada oral com os 
alunos verificando se eles compreenderam as diferenças entre uma associação em 
série e em paralelo, assim como, as aplicações no cotidiano.
Conversando com o(a) professor(a) - Atividade 5
O objetivo desta atividade é trabalhar os diferentes fatores que interferem na 
resistência elétrica de um condutor, com vistas à prevenção de acidentes bastante 
frequentes na vida de muitas pessoas. 
A atividade é de fácil entendimento pelo aluno, no entanto, salientamos ao 
professor ficar atento no entendimento que os estudantes fazem dos conceitos 
envolvidos nesta atividade.
A contextualização do conhecimento trabalhado é uma ótima oportunidade 
para relacionar o conhecimento físico com o cotidiano do estudante, mostrando uma 
das finalidades e importância desse conhecimento para nossas vidas, aproximando 
a Física do contexto dos estudantes. 
Conversando com o(a) professor(a) - Atividade 6
Sugerimos iniciar esta atividade pelo estudo do texto “Semicondutores”. Para 
isso acreditamos que formar pequenos grupos de alunos, com no máximo quatro 
componentes, é uma estratégia interessante pedagogicamente, visto que ocorrerá 
reflexão e trocas entre os educandos. Após o estudo do texto é fundamental fazer 
uma retomada com a classe, deixar que os estudantes falem o que entenderam, 
assim como, levantem dúvidas. Neste momento, um estudante ao apresentar a sua 
compreensão sobre o assunto, estará auxiliando o outro a entender o conteúdo 
abordado.
As questões propostas nesta atividade são importantes e devem ser 
exploradas ao máximo com os estudantes, para que os mesmos percebam que os 
elétrons não são criados pela tensão, mas fazem parte do circuito, e a tensão é a 
força que os coloca em movimento.
Ao trabalhar a polarização direta e a polarização inversa o professor pode 
explicar neste momento o funcionamento do LED (sigla em inglês para Light 
Emitting Diode) e até ligar um usando uma fonte de tensão. Lembrando que o LED 
deve ser ligado em no máximo 2 V para não queimá-lo. Desta forma o conhecimento 
trabalhado é contextualizado pelos alunos.
Sugerimos ao professor para encerrar a exploração desta atividade realizar 
um rápido levantamento oral com a classe das principais aplicações dos 
semicondutores pesquisadas pelos alunos.
Conversando com o(a) professor(a) - Atividade 7
Sugerimos que seja trabalhado com os alunos o texto – Explicando o efeito 
Fotoelétrico disponível no material do aluno. É interessante que os alunos leiam 
individualmente o texto e façam anotações sobre o entendimento ou dúvidas, para 
posterior discussão com a classe.
Este é o momento de explorar diversos recursos que favoreçam ao aluno a 
organização do conhecimento. A problematização inicial, a simulação, e as 
discussões já realizadas trouxerem conceitos a serem mais bem trabalhados, 
portanto, o estudo do texto pode contribuir para melhor entendimento do Efeito 
Fotoelétrico, explicitando: a composição de seu aparato experimental; a sua 
definição; circunstâncias para sua ocorrência; sua explicação correta trazida por 
Albert Einstein; e a função trabalho através da tabela de valores para alguns 
materiais.
Ao longo das explicações, fortaleça a concepção de que o Efeito 
Fotoelétrico é um fenômeno que apresenta a interação da radiação com a matéria e 
destaque que a luz, neste fenômeno, apresenta uma natureza corpuscular, mas que 
os alunos compreendam que a luz tem uma natureza dual.
ATIVIDADE 1: CONDUTORES E ISOLANTES
Problematização inicial: 
Em nossas casas muitas vezes usamos extensões para ligarmos máquinas 
elétricas como a Lava Jato ou cortador de grama, por exemplo. Por que, ao 
pegarmos na capa do fio da extensão, mesmo com este energizado não levamos um 
choque elétrico e se a capa estiver rompida, de maneira a ficar exposta a parte 
metálica do fio, ao tocarmos levamos um choque?
Objetivos: 
• Compreender porque alguns materiais são condutores de energia e 
outros são isolantes;
• Identificar alguns condutores e isolantes. 
Sugestão de organização do tempo: 02 aulas.
Conceitos principais: 
Elétrons, órbita dos elétrons, camada de valência, corrente elétrica, 
condutores e dielétricos.
Organização do conhecimento:
Acesse o texto: Reclassificação dos materiais do ponto de vista da 
condutividade elétrica, página 152, Leituras de Física – Eletromagnetismo – GREF, 
disponível no site da USP em http://www.if.usp.br/gref/eletro/eletro5.pdf
Acesse o simulador “Condutividade” como indicado na figura 3.
Figura 3: Condutividade.
Orientações: 
Na aba “Materiais”, indicada na figura abaixo, selecione a opção “Metal” e 
forneça uma diferença de potencial de 1V na bateria. Observe e registre as suas 
observações. 
Figura 4: Aba “Metal”.
Questões:
• Os elétrons em movimento ordenado no circuito são oriundos da bateria 
ou do metal? Justifique a sua resposta.
• Observe no simulador o esquema representativo dos níveis de energia 
dos três materiais. Descreva as diferenças observadas entre os níveis de 
energia entre os materiais.
• Agora que você já estudou o texto sugerido e explorou a simulação, 
responda a seguinte pergunta: O que faz um material ser condutor 
elétrico e outro isolante?
Coloque 2V para a diferença de potencial na bateria e marque a opção 
“Fotocondutor”. 
Questões:
• O que você observa? 
• Acione a lanterna e observe. Como os elétrons se comportam quanto aos 
níveis (banda de valência e banda de condução) no material 
fotocondutor? 
Pesquise outros materiais fotocondutores utilizados na eletrônica atual.
Acesse o simulador “Kit de Construção de Circuito (AC+DC)” e monte o 
circuito conforme a figura abaixo.
Figura 5: Testando condutores e isolantes.
Cliqueno ícone “Sacola Surpresa” e insira cada objeto desta sacola no 
circuito de maneira a observar a corrente elétrica no amperímetro quando o circuito 
é fechado. Separe os materiais em condutores e isolantes na tabela abaixo.
 Tabela 1: Condutores e isolantes.
Condutores Isolantes
Observe o que ocorreu na simulação quando foi inserido no circuito os 
objetos metálicos (clipe e moeda). 
Questão: 
• Explique o que aconteceu? 
Aplicação do conhecimento:
Pesquise e descreva três situações do cotidiano em que são empregados 
condutores elétricos e três com isolantes.
ATIVIDADE 2: CONHECENDO OS ELEMENTOS DE UM CIRCUITO 
Problematização inicial: 
Diariamente acionamos circuitos em nossas atividades cotidianas, quer seja 
involuntariamente como os circuitos cerebrais em nosso organismo ou, 
voluntariamente como acionar um interruptor e acender uma lâmpada ou, ao ligar o 
registro de água de um chuveiro estamos fechando um circuito elétrico colocando o 
chuveiro em funcionamento. Você já parou para pensar nos componentes desses 
circuitos? E por que uma lâmpada acende quando ligamos um interruptor?
Objetivos: 
• Conhecer os elementos básicos de um circuito elétrico;
• Compreender a função desses componentes no circuito;
• Compreender e medir as grandezas físicas presentes no circuito elétrico 
simples.
Sugestão de organização do tempo: 02 aulas.
Conceitos principais: 
Circuito elétrico, condutividade, resistência elétrica, diferença de potencial, 
corrente elétrica.
Organização do conhecimento:
Acesse o simulador “Kit de Construção de Circuito (AC+DC)” e monte o 
circuito conforme o esquema da figura 6.
Orientações:
Marque as opções “Voltímetro” e “Amperímetro sem contato” na aba 
“Ferramentas” e arraste-os na posição indicado no esquema. Feche o circuito e 
observe.
Figura 6: Circuito elétrico simples.
Questões:
• Os elétrons que entram em movimento faziam parte da constituição de 
qual material? 
• Descreva o movimento desses elétrons livres no circuito. 
Marque a opção “Mostrar valores” na aba “Visual”, observe e anote na tabela 
2 os valores das grandezas físicas: Intensidade da corrente (A), Diferença de 
potencial (V) e Resistência elétrica da lâmpada.
Tabela 2: Grandezas físicas.
Grandezas Físicas ----------- ----------- -----------
Diferença de potencial (V)
Resistência elétrica da lâmpada (Ω)
Intensidade da corrente elétrica (A)
Clique com o botão direito do mouse sobre a fonte de tensão e dobre o valor 
da tensão. Observe e anote os valores na tabela. 
Questões:
• Como se comportou o brilho da lâmpada? E a intensidade da corrente no 
circuito?
Triplique o valor da tensão e observe o que acontece com o valor da 
corrente elétrica.
 Altere o valor da tensão na pilha para 9V e observe o brilho da lâmpada e 
anote o valor da corrente elétrica no circuito, na tabela 3. 
Clique com o botão direito do mouse sobre a lâmpada e altere o valor da 
resistência elétrica da lâmpada para 20Ω. 
• Como se comportou o brilho da lâmpada? E o valor da intensidade da 
corrente elétrica? Anote-o na tabela.
Mude o valor da resistência elétrica para 30Ω e observe o que acontece.
Tabela 3: Grandezas Físicas 2.
Grandezas Físicas --------- ----------- ---------
Diferença de potencial (V)
Resistência elétrica da lâmpada (Ω)
Intensidade da corrente elétrica (A)
 
Aplicação do conhecimento:
Faça um paralelo entre o circuito hidráulico (caixa d’água, tubulação, 
torneira) e o circuito elétrico trabalhado no simulador.
ATIVIDADE 3: 1a LEI DE OHM
Problematização inicial: 
Como se comporta a corrente elétrica num condutor ao variar a tensão a 
qual está submetida? 
Objetivo: 
• Entender a lei de Ohm e verificar situações de aplicação desse 
conhecimento. 
Sugestão de organização do tempo: 02 aulas
Conceitos principais: 
Intensidade da corrente elétrica, tensão, resistência elétrica, condutores.
Organização do conhecimento:
Acesse o simulador “Kit de Construção de Circuito (AC+DC)” e monte o 
circuito conforme o esquema da figura 7. 
Figura 7: Condutor Ôhmico.
Orientações:
Marque a opção “Voltímetro” e “Amperímetro sem contato” na aba 
“Ferramentas” e arraste-os na posição indicado no esquema. Observe que foi 
inserido no circuito um resistor de carbono.
Coloque o valor da tensão na pilha em 10V e da resistência elétrica do 
resistor em 10Ω. 
Ligue o interruptor, efetue a leitura no amperímetro e anote os valores na 
tabela 4.
Tabela 4: Grandezas Físicas 2. 
Grandezas Físicas -------- -------- --------
Diferença de potencial (V)
Resistência elétrica da lâmpada (Ω)
Intensidade da corrente elétrica (A)
Mude o valor da tensão aplicada ao circuito para 20V e posteriormente para 
30V, mantendo o valor da resistência elétrica em 10 Ω. Observe e anote os valores 
na tabela 4.
Questão:
• Qual é a relação entre a intensidade de corrente elétrica e a tensão 
aplicada ao circuito? 
Construa um gráfico da tensão (U) X intensidade da corrente (I) para os 
dados obtidos.
Gráfico 1: Tensão X Corrente.
Questão:
• A relação entre a intensidade da corrente e a tensão aplicada ao 
condutor pode ser considerada diretamente proporcional ou 
inversamente proporcional? Explique.
Ainda usando o mesmo circuito, mude a tensão para 5V e a resistência para 
5Ω. Observe a corrente indicada no amperímetro e anote na tabela 5?
Tabela 5: Intensidade da corrente X Resistência. 
Grandezas Físicas -------- -------- --------
Diferença de potencial (V)
Resistência elétrica da lâmpada (Ω)
Intensidade da corrente elétrica (A)
Mude o valor da resistência do resistor para 10Ω e repita a leitura do 
amperímetro. Transcreva o resultado obtido na tabela. Aumente o valor da 
resistência para 15Ω e obtenha novamente o valor da intensidade da corrente no 
circuito.
Usando os dados obtidos construa o gráfico da Intensidade da corrente (I) X 
Resistência elétrica.
Gráfico 2: Intensidade da corrente X Resistência.
Questões
• Qual é a relação entre a intensidade da corrente e a resistência elétrica 
do condutor?
• Um modelo de chuveiro elétrico disponível no mercado apresenta os 
seguintes dados técnicos: Tensão 220V, Potência máxima 4800W e 
Intensidade de corrente: 50A (máxima suportada). Obs: Corrente máxima 
suportada é o limite máximo de corrente elétrica que poderá passar pelo 
circuito do chuveiro sem queimar o resistor. Calcule a intensidade da 
corrente elétrica puxada pelo aparelho nas duas situações. 
a) Quando este chuveiro for ligado na potência máxima na rede 127V.
b) Quando o chuveiro for ligado na potência máxima na rede 220V.
c) O que acontecerá com esse resistor quando ligado na rede 220V?
ATIVIDADE 4: ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE E PARALELO
Problematização inicial:
 Se observarmos os fenômenos presentes em nosso dia a dia, percebemos 
que a Física está mais próxima de nossas vidas do que supomos. O que acontece 
quando uma lâmpada de um pisca pisca de árvore de natal queima? E, quando 
queima uma lâmpada da nossa casa? Como estas lâmpadas estão ligadas em cada 
situação? Por que as lâmpadas de mesma potência apresentam o mesmo brilho ao 
serem ligadas em pontos diferentes na rede elétrica residencial?
Objetivos:
• Apreender a identificar circuitos (série, paralelo e misto).
• Compreender as propriedades de cada ligação.
• Perceber situações de aplicação do conhecimento físico no seu 
cotidiano.
Sugestão de organização do tempo: 02 aulas
Conceitos principais:
Intensidade da corrente elétrica, tensão,resistores, resistência elétrica, 
resistência equivalente, queda de tensão.
Organização do conhecimento:
Monte dois circuitos com três lâmpadas de mesma resistência elétrica, 
sendo um com as lâmpadas ligadas em série e o outro em paralelo. Acione e arraste 
o “amperímetro sem contato” e o “voltímetro”. Siga o esquema representado na 
figura 8. Para certificar-se de que as lâmpadas têm a mesma resistência elétrica 
acione o botão “mostrar valores”, na Aba “Visual”. Altere o valor da tensão da pilha 
para 20 V, clicando com o botão direito do mouse sobre a bateria “Mudar tensão”. 
Figura 8: Circuito em série e paralelo.
Orientações:
Ligue os interruptores dos dois circuitos, observe e compare o brilho das 
lâmpadas de cada circuito.
Etapa 1: Procedimentos para exploração da associação em série
Clique em “Mostrar valores” na aba “Visual” e confira se todas as lâmpadas 
apresentam a mesma resistência elétrica. Anote esses valores na tabela 6.
Usando o voltímetro meça a tensão nos terminais de cada lâmpada e 
também anote na tabela 6. 
Tabela 6 - Associação de resistores em série
U(V) i(A) R (Ω)
UR1= i1= R1=
UR2= i2= R2=
UR3= i3= R3=
Questões:
• Qual a relação entre a resistência equivalente (Req.) e as resistências dos 
três resistores, R1, R2 e R3?
• Qual a relação entre a tensão medida nos terminais da fonte de tensão, 
com as tensões nos terminais dos resistores R1 , R2 e R3?
• Calcule a intensidade da corrente elétrica em cada resistor (lâmpada).
• Os valores da corrente em cada resistor são iguais ou diferentes? O que 
isso significa?
Arraste o amperímetro sem contato em diversos pontos do circuito e observe 
o valor da intensidade da corrente em cada ponto. Anote as suas observações. 
Etapa 2: Procedimentos para exploração da associação em paralelo
Clique com o botão direito do mouse sobre os terminais de cada lâmpada e 
mude o valor da resistência elétrica para os seguintes valores: R1= 10Ω, R2= 20Ω e 
R3= 30Ω. Transcreva esses valores para a tabela 7.
Tabela 7: Associação de resistores em paralelo.
R (Ω) U(V) i(A)
R1= UR1= i1=
R2= UR2= i2=
R3= UR3= i3=
REq.= UFonte= iTotal=
Questões:
• Calcule o valor da resistência equivalente do circuito e anote na tabela 7.
• Usando o voltímetro, meça a tensão nos terminais de cada lâmpada e 
anote na tabela 7. 
• Qual a diferença dos valores da tensão obtidos na ligação em paralelo e 
na ligação em série?
• Calcule a intensidade da corrente elétrica em cada resistor (lâmpada).
• Os valores da corrente em cada resistor são iguais ou diferentes? O que 
isso significa?
Arraste o “amperímetro sem contato” em diversos pontos do circuito e 
observe se o valor da intensidade da corrente obtido confere com o calculado.
Questão:
• Em qual resistor a intensidade da corrente foi maior? E em qual foi 
menor? Justifique a sua resposta.
Atenção:
Na ligação em paralelo, há vários caminhos que podem ser percorridos pela 
corrente elétrica e todos os resistores estão submetidos à mesma tensão.
Aplicação do conhecimento:
Agora que você já realizou a simulação é o momento de discutir com os 
colegas de classe as questões iniciais apresentadas na problematização. 
• Por que uma descarga elétrica numa tempestade ocorre num caminho 
mais curto entre a nuvem e a terra?
• Por que em nossas residências não ocorre queda de tensão como nos 
circuitos em série?
• Por que o brilho de lâmpadas de mesma potência numa residência 
permanece o mesmo, independente do número de lâmpadas ligadas?
• Como é feita a instalação elétrica numa residência?
• Por que ao queimar uma lâmpada de um pisca pisca as outras que estão 
no mesmo fio se apagam?
ATIVIDADE 5: RESISTÊNCIA EM UM FIO (2a LEI DE OHM)
Problematização inicial: 
Em nossa vida diária nos deparamos muitas vezes com situações em que 
precisamos ligar uma extensão a rede elétrica de nossa residência, ou mesmo, 
substituir algum fio danificado de aparelhos elétricos. Sabemos quais os fatores que 
interferem no valor da resistência elétrica de um condutor? Temos consciência dos 
riscos de usarmos muitos aparelhos ligados a uma mesma tomada, através de 
dispositivos chamados “T” e de filtros de linha? Por que acontecem muitos incêndios 
em residências provocados por curto circuito? O estudo da 2a Lei de Ohm permite-
nos responder a esses questionamentos. 
 
Objetivos: 
• Compreender os fatores que influenciam no valor da resistência de um 
condutor.
• Perceber que resistividade é uma propriedade de cada material.
• Conhecer os riscos proporcionados por práticas inadequadas que 
ocorrem com frequência no nosso dia a dia. 
Sugestão de organização do tempo: 02 aulas
Conceitos principais:
Resistência elétrica, resistividade, comprimento e espessura do condutor, 
condutividade elétrica.
Organização do conhecimento: 
Acesse o simulador – Resistência em um fio, como indicado da figura 9. 
Explore as chaves (ρ, L e A) no menu lateral do simulador, e observe as demais 
informações no simulador. Obs: ρ (letra grega rô).
Figura 9: Resistência em um fio.
Questões: 
• Defina o significado das grandezas representadas no menu lateral e 
observe as suas unidades de medida.
a) ρ (Ω.m): ......................................................................................................
b) L (cm): ........................................................................................................
c) A (cm2): .......................................................................................................
• Aumentando o comprimento do fio como se comporta a resistência 
elétrica desse condutor? 
• Podemos considerar que a resistência é diretamente proporcional ao 
comprimento do fio? Justifique.
• Como se comporta a resistência elétrica do condutor quando 
aumentamos a área da sua seção reta? 
• Neste caso, a resistência elétrica é diretamente proporcional ou 
inversamente proporcional à área da seção reta do fio? Justifique.
• Do que depende a resistividade (ρ) de um material? 
• Um bom condutor possui resistividade alta ou baixa? Explique.
Aplicação do conhecimento:
Ao explorar a simulação “Resistência em um fio” você certamente adquiriu 
conhecimentos físicos que proporcionarão mais segurança em várias situações do 
cotidiano quanto à utilização da eletricidade. Para contextualizar esse conhecimento 
elabore um pequeno texto abordando os seguintes tópicos: 
• Materiais condutores usados na rede elétrica;
• Dimensionamento inadequado do fio numa edificação pode ocasionar 
incêndio;
• Uso inadequado de “T” e filtro de linhas de maneira a sobrecarregar um 
condutor são causa de muitos acidentes.
ATIVIDADE 6: SEMICONDUTORES
Problematização inicial: 
Na natureza encontramos materiais condutores de energia elétrica, assim 
como, materiais isolantes, que não conduzem eletricidade. O homem no seu 
processo evolutivo vem adquirindo conhecimentos e por consequência 
transformando a natureza em seu benefício. É possível pela ação do homem 
transformar materiais naturalmente isolantes em condutores de energia? Quais 
seriam esses materiais? Quais são as aplicações imediatas se essa possibilidade for 
concretizada?
Objetivos: 
• Entender as formas que materiais isolantes podem ser transformados em 
condutores.
• Compreender o funcionamento dos semicondutores.
• Verificar aplicações dos semicondutores.
 
Sugestão de organização do tempo: 03 aulas.
Conceitos principais: 
Carga elétrica, elétron livre, dopagem, junção PN, semicondutor.
Organização do conhecimento:
Sugerimos oestudo do texto “Semicondutores” disponível no endereço: 
http://www.geocities.ws/hifi_eventos/semicondutorperiodica.html. 
Os estudantes, em grupo de no máximo quatro componentes, farão a leitura 
do texto, fazendo apontamentos sobre os seguintes pontos: 
• O que é um semicondutor?
• Quais são materiais mais semicondutores mais usados atualmente na 
indústria?
• Por que naturalmente e em estado puro o silício e o germânio são 
isolantes?
• Descreva as duas formas de aumentar a condutividade de materiais 
semicondutores.
• O que significa dizer que um semicondutor está contaminado ou 
“dopado”?
• Diferencie semicondutor dopado do tipo n e do tipo p, e apresente as 
suas características.
• O que é uma junção PN?
• Diferencie polarização direta de polarização inversa e apresente as suas 
características.
Após o estudo do texto e da retomada com a classe realizada pelo professor 
é hora de explorar o simulador “Semicondutores”. 
Acesse o simulador conforme indicado na figura 10.
Figura 10: Semicondutores.
Orientações:
Sugerimos que os estudantes executem a simulação seguindo o roteiro 
proposto e anotem as suas observações e conclusões referentes aos 
questionamentos realizados, para posterior discussão com o professor. 
Selecione a opção um dopante na aba – Segmentados, conforme indicado 
na figura 11.
Figura 11: Opção do número de dopantes.
Arraste um dopante do tipo P ou N para a posição indicada no circuito.
Mude o valor da tensão aplicada ao circuito variando entre valores positivos 
e negativos. 
Clique em limpar dopantes e selecione a opção – Dois (2), na aba superior 
direita.
Insira os dopantes P e N na ordem indicada na figura 12.
Figura 12: Polarização inversa.
Inicie a exploração da simulação com a tensão da bateria em 0 (V).
Observe o comportamento da corrente no circuito; a intensidade da força 
interna e da força da bateria.
Aumente a tensão aplicada ao circuito e observe os itens anteriores.
Questões:
• Diferencie a força interna e força da bateria. 
• Por que ao fazer a polarização inversa a corrente elétrica não flui pelo 
circuito?
• Clique em “Limpar dopantes” e insira novamente os dopantes, porém em 
ordem diferente. Repita os procedimentos efetuados anteriormente 
observando e anotando as suas conclusões.
• Por que ao fazer à polarização direta a corrente elétrica flui pelo circuito?
Aplicação do conhecimento:
Realize uma pesquisa na internet sobre as principais aplicações dos 
semicondutores nas áreas da informática e na comunicação. Salientamos a 
importância de buscar informações em sites de conteúdo confiável, portanto, a 
pesquisa deve ser realizada em sites de Universidades, Revistas de publicação 
científicas. 
ATIVIDADE 7: EFEITO FOTOELÉTRICO
Problematização inicial: 
Certamente você já observou algumas vezes ao caminhar pelas ruas, que 
as luzes dos postes acendem sozinhas ao escurecer e apagam ao amanhecer do 
dia.
Como as luzes dos postes se acendem e se apagam sozinhas?
Objetivos: 
Compreender a interação da radiação com a matéria a partir da explicação 
do Efeito Fotoelétrico.
Entender o funcionamento do dispositivo que faz com que as lâmpadas dos 
postes acendam e apaguem com o entardecer e amanhecer.
Sugestão de organização do tempo: 03 aulas.
Conceitos principais: 
Elétrons, elétrons livres, fótons, tensão, frequência, comprimento de onda, 
intensidade da radiação, corrente elétrica.
Organização do conhecimento:
Este simulador reproduz virtualmente o experimento que demonstra o efeito 
fotoelétrico. Observe que ele é constituído por duas placas metálicas, separadas 
entre si e dispostas no vácuo, ligadas a uma bateria. Observe também que há sobre 
o fio um amperímetro (amarelo) para medir a corrente elétrica no circuito, quando 
elétrons forem arrancados da placa da esquerda para a da direita. Na parte de cima 
do simulador há uma lâmpada e dois botões para controlar a intensidade da luz a 
ser incidida na placa e outro alterando o comprimento de onda e por consequência a 
frequência da luz emitida. Há também no circuito uma pilha para fornecer uma 
diferença de potencial ao circuito. 
Orientações:
Acesse o simulador – Efeito Fotoelétrico indicado na figura 13.
Figura 13- Efeito Fotoelétrico.
Começamos agora explorar efetivamente o simulador e para que você se 
aproprie do conhecimento físico abordado é fundamental que anote as suas 
observações e conclusões sobre a atividade. 
Coloque uma diferença de potencial (ddp) de 2 V na bateria, essa tensão no 
circuito é necessária para provocar o movimento ordenado dos elétrons arrancados 
da placa pela luz. 
Escolha inicialmente o sódio (sodium) como o metal a ser explorado. 
Mova o botão que controla a intensidade da luz mantendo em 30% de sua 
capacidade. Inicie explorando o simulador com um comprimento de onda mais baixo 
(100 nm), ou seja, com a frequência da onda maior. Observe que não há elétrons 
sendo arrancados da placa, pois os fótons da luz ultravioleta não têm energia 
suficiente para arrancar os elétrons da placa de sódio. 
Aumente a intensidade da luz ao máximo e observe se há corrente elétrica 
no circuito (amperímetro).
Aumente o comprimento de onda paulatinamente e observe em que 
comprimento de onda há maior incidência de elétrons sendo arrancados da placa 
pela luz, observe a medida da corrente no amperímetro. Qual é a cor da luz 
correspondente a este comprimento de onda?
A frequência da luz em que os elétrons começam a saltar da primeira placa 
para a da direita e o amperímetro passa a registrar uma corrente é chamada de 
frequência de corte. É uma constante que só depende do metal que está sendo 
iluminado.
Execute a simulação explorando os metais (sódio, zinco, cobre, platina e 
cálcio) disponíveis na simulação e com auxílio do(a) professor(a) calcule a 
frequência aproximada de corte de cada um deles. Compare os valores obtidos com 
valores tabelados e disponíveis nos livros e internet.
Tabela 8- Frequência de corte dos metais
Metal Comprimento de onda (nm) Frequência (Hz)
Sódio
Zinco
Cobre
Platina
Cálcio
Execute a simulação usando o sódio e a intensidade da luz emitida em 30% 
e ajuste o comprimento de onda na faixa dos 200 nm. Observe e registre o valor da 
corrente no amperímetro que é o número de elétrons arrancados da placa por 
unidade de tempo. 
Passe a intensidade da luz emitida para algo em torno de 66% e verifique 
como a corrente elétrica se comportou. Aumentou? Em que proporção? Triplique a 
intensidade luminosa incidente na placa e observe os resultados da simulação.
TEXTO: EXPLICAÇÃO DO EFEITO FOTOELÉTRICO1
O que é o Efeito Fotoelétrico? Para compreendermos este fenômeno usaremos a 
Figura 1. 
Nela há um exemplo de aparato experimental do Efeito Fotoelétrico: ele 
envolve duas placas condutoras ou semicondutoras, que são encerradas numa 
ampola de vidro, no qual se faz vácuo. Tais placas podem ser feitas de sódio ou de 
metais como alumínio, por exemplo. Ligando tudo a uma bateria, uma diferença de 
potencial é estabelecida entre as placas, e ao incidirmos uma luz sobre o eletrodo 
negativo, o anodo, elétrons poderão ser emitidos desta placa, e os mesmos serão 
atraídos e coletados pelo eletrodo positivo, o catodo, gerando assim corrente 
elétrica. Este elétron ejetado pelo fóton é chamado de fotoelétron.
Quando ocorre o Efeito Fotoelétrico? 
Os materiais que manifestam mais facilmente esta propriedade são o zinco, 
o magnésio, o lítio, o sódio, o potássio e o rubídio. Mas em outros materiais comoo 
cobre, o ferro, a prata e o alumínio, também pode ocorrer o efeito fotoelétrico. 
Para cada um dos materiais anteriores, vai existir uma frequência mínima da 
luz incidente que conseguirá arrancar os fotoelétrons. Por exemplo, para metais 
alcalinos como o sódio e o potássio, a frequência mínima, que é chamada de 
frequência de corte, corresponde à da luz visível. E o número de fotoelétrons 
emitidos por unidade de tempo é proporcional à intensidade da radiação incidente. 
Quanto mais forte for a luz, mais fotoelétrons são arrancados. 
1 Fonte: Este texto faz parte do Módulo Didático – EFEITO FOTOELÉTRICO – Elaborado por 
Lucas de Paulo Lameu.
A EXPLICAÇÃO DO EFEITO FOTOELÉTRICO
A Física Clássica não conseguia explicar este fenômeno, porque a teoria 
explicava uma coisa e a na prática ocorria outra. Para ela quanto maior a 
intensidade da luz incidente, maior seria a energia cinética, assim maior sua 
velocidade. Portanto a energia cinética do fotoelétron não depende da intensidade 
da luz. 
Outro ponto é que se houvesse intensidade suficiente, todas as frequências 
de luz arrancariam fotoelétrons, mas para ocorrer o fenômeno existe uma frequência 
mínima que depende do material das placas coletoras. 
O último ponto é que existiria um intervalo de tempo para que ocorra o Efeito 
Fotoelétrico, mas este fenômeno é quase que instantâneo, ou seja, a radiação 
incide na placa e, imediatamente, elétrons são ejetados. 
A explicação correta do fenômeno foi dada por Albert Einstein (1879 – 
1955) em 1905, o que lhe rendeu o prêmio Nobel em 1921. De acordo com ele, 
a energia da luz, não se distribui uniformemente pelo espaço. Ele propôs a 
quantização da luz, ou seja, a energia radiante é quantizada em pacotes 
concentrados, que posteriormente receberiam o nome de fótons. Ele estendeu 
o conceito de quantização da energia de Planck, para ondas eletromagnéticas 
em geral. Assim esses pacotes de energia são como pacotes de energia (E) 
que é proporcional à frequência (f) da radiação: 
E = h.f h = 6,63.10-34 J.s – constante de Planck
Aplicação do conhecimento:
É o momento de contextualizarmos o conhecimento apreendido. Muitos 
alunos nunca se perguntaram como as lâmpadas dos postes acendem e apagam 
automaticamente ao anoitecer e ao amanhecer, respectivamente. Assim como, 
desconhecem que existe um sensor fotoelétrico, em cada poste, responsável pelo 
acionamento automatizado (ligar/desligar) da lâmpada.
Um circuito com um relê fotoelétrico pode ser montado para facilitar a 
compreensão do funcionamento das fotocélulas.
• A figura a seguir representa o circuito que aciona por meio de uma célula 
foto sensível as luminárias existentes em postes de energia elétrica. Observe o 
esquema e discuta com o(a) professor(a) o funcionamento deste dispositivo.
Figura 14- Relê Fotoelétrico.
Relê fotoelétrico
Relê de acionamento das luminárias dos postes de iluminação pública obtida 
no site: http://static.hsw.com.br/gif/street-light-relay.jpg
Pesquise outras aplicações de células fotovoltaicas no acionamento 
automático de torneiras, de portas de elevadores e de esteiras de supermercados 
pela interrupção de um feixe luz que atinge a fotocélula.2
2 A atividade 7 teve como base e foi adaptada a partir do Módulo Didático elaborado por Lucas de 
Paulo Lameu. Disponível em: 
https://portalacademico.unifei. edu .br/files/produtoassociado/arquivos/Produto_MODULODIDATICON 
OVO_lucas.pdf
REFERÊNCIAS
DELIZOICOV, D. ANGOTTI, J.A. Metodologia do ensino de ciências. São Paulo: 
Cortez, 1994.
DICKMAN, ADRIANA GOMES & MACEDO, ANTUNES. Simulações 
Computacionais Como Ferramenta Auxiliar ao Ensino de Conceitos Básicos de 
Eletromagnetismo. 2009. Tese de mestrado em Ensino de Física – Pontifícia 
Universidade católica de Minas Gerais, Belo Horizonte.
FUKE, L. F..; KAZUHITO; Y. Física para o Ensino Médio, v. 3. 1a ed. São Paulo: 
Saraiva, 2010.
GRUPO DE REELABORAÇÃO DO ENSINO DE FÍSICA. Física 3: 
Eletromagnetismo/GREF - 5. ed. 3. São Paulo: Editora de Universidade de São 
Paulo, 2006.
LAMEU, LUCAS DE PAULO. Efeito fotoelétrico no Ensino Fundamental: Uma 
proposta à luz da teoria dos campos conceituais. 2014. Dissertação de mestrado 
do programa de Pós Graduação em Ensino de Ciências – Universidade Federal de 
Itajubá, Itajubá, 2014.
PARANÁ/SEED/DEB. Diretrizes Curriculares da Educação Básica/DCEs - Física. 
Curitiba: SEED/DEB, 2008.
PHET – INTERACTIVE SIMULATIONS. Disponível em: 
https://phet. colorado .edu/pt_BR/ Acesso em 10 de novembro de 2014.
VALADARES, E. C. MOREIRA, A. M. Ensinando física moderna no segundo 
grau: efeito fotoelétrico, laser e emissão de corpo negro. Caderno Catarinense 
de Ensino de Física. v. 15, n. 2, 1998.