Svjetleći krastavci

Nitna žarulja koja ne svijetli punim sjajem pa se vidi žarna nit

Ishodi učenja:

  • objasniti model vođenja električne struje (A., B.)
  • tumačiti Ohmov zakon za vodič (A., B., C., D.)
  • objasniti rad i snagu u strujnom krugu (C., D.)
  • analizirati strujni krug (A., B., C., D.)

 

*U zagradama su navedena slova koja označavaju aktivnosti ovog scenarija poučavanja, a njihovom se realizacijom doprinosi ostvarenju dotičnog ishoda.

 

 

Opis aktivnosti

 

A Koliko se opiru žice

Pitajte učenike što misle o čemu ovisi otpor žice. Ako različite otporne žice spojimo na istu bateriju, hoće li kroz njih prolaziti ista električna struja? Kako ta struja ovisi o duljini žice? Kako ovisi o njezinu presjeku? Hoće li različiti materijali iskazivati različit otpor?

Raspravite s učenicima o opasnostima rukovanja električnim uređajima i strujnim krugovima.

Pokus 1: Otporne žice

Nakon rasprave učenike podijelite u dvije skupine i svakoj skupini podijelite otporne žice različitih promjera i duljina, baterije i mjerne instrumente. Skupinama dajte otporne žice od različitih materijala te tražite da predvide kako električna struja kroz otporne žice ovisi o njihovim duljinama i promjerima. Iz mjerenja neka nacrtaju grafove ovisnosti struje o duljini i promjeru otpornih žica u programu dinamične matematike Geogebra.

Uvedite pojam električnog otpora kroz Ohmov zakon.
Iz rezultata mjerenja neka učenici zaključe sljedeće: Kako ovisi električni otpor o promjeru žice? Kako ovisi o njezinoj duljini? U čemu je razlika između rezultata za dvije skupine učenika? Učenici će primijetiti da električni otpor vodiča pada s povećanjem njegova promjera. Ukažite im na to o kakvom se točno tipu ovisnosti radi (električni otpor obrnuto je proporcionalan presjeku vodiča). Neka se uz pomoć programa dinamične matematike Geogebra uvjere da je ta tvrdnja istinita tako da nacrtaju tu ovisnost. Pitajte učenike jesu li uočili uporabu različitih tipova žica u svakodnevnici (kućanske instalacije, dalekovodi, mikročipovi itd.).

 Postupci potpore

Pri usmenoj analizi grafova u programu Geogebra nekim učenicima s teškoćama (npr. sa specifičnim teškoćama poučavanja, učenicima s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti) postavljena će pitanja na koja trebaju dati odgovor olakšati izlaganje, dok će im zadatak u kojem samostalno trebaju govoriti o promatranom predstavljati teži oblik izlaganja u kojem se možda neće snaći.

 

 

B Zašto se opireš?

Pokus 2: Paralelni spoj

Podijelite učenicima baterije, spojne žice, različite otpornike i mjerne instrumente. Po potrebi (ako nema dovoljno instrumenata za sve) podijelite učenike u skupine.

Kako biste izmjerili otpor pojedinog otpornika? Recite učenicima da naprave strujne krugove u kojima će dva otpornika paralelno spojiti na bateriju. Prolazi li kroz oba otpornika jednaka električna struja? Je li na njihovim krajevima jednak napon? Neka izmjere napon na pojedinom otporniku i struju kroz njega uz pomoću instrumenata i odrede im otpore. Kako biste izmjerili otpor kombinacije otpornika, a ne svakog zasebno?

Pomognite učenicima u mjerenju i pokažite im kako izgleda relacija za ukupan otpor u paralelnom spoju. Učenici neka pokušaju ponoviti postupak za serijski spoj otpornika te zaključiti kako u tom slučaju izgleda otpor kombinacije otpornika.

Znanje učenika ispitajte igrom. Podijelite ih u 2 – 3 skupine i dajte im čim više različitih otpornika u iznosima 1 – 50 Ώ poznatih vrijednosti. Samostalno ili na internetskoj stranici odaberite nasumični broj od jedan do sto. Svaka skupina treba smisliti kombinaciju otpornika koja će imati otpor najbliži vrijednosti dobivenoj na stranici. Skupina koja dobije najbliži rezultat unutar određenog vremena pobjednik je kruga. Broj krugova koji će se igrati odredite unaprijed. Na kalkulatoru spajanja otpornika učenici mogu provjeriti jesu li možda mogli pronaći i neku bolju kombinaciju. Za dodatne bodove skupine neka pokušaju spojiti strujni krug sa zadanom kombinacijom i izmjeriti otpor.

Raspravite s učenicima o važnosti rada u skupinama i natjecateljskom fair-playu.

Na kraju istaknite još jednom zaključak aktivnosti, tj. ponovite kako izgleda relacija za ukupan električni otpor serijskog ili paralelnog spoja otpornika.

 Postupci potpore

Po potrebi pružite učenicima podršku u izradi strujnih krugova. Možete ih postupno voditi kroz zadatak ili ponuditi kratke upute sastavljene u obliku kronološki poredanih koraka za izradu zadatka. Po završetku aktivnosti učenicima pripremite zaključke aktivnosti u obliku kratkog pisanog sažetka.

U Didaktičko-metodičkim uputama za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama možete pronaći dodatne upute kako učenike uključiti u aktivnosti rasprave, praktičnog rada i uporabe mrežnih simulacija.

 

 

C Svijetli, svijetli… krastavac!

Kao uvod u istraživačko pitanje prikažite učenicima videozapis Električni krastavci, u trajanju od 1:52 min. U tom isječku prikazani su krastavci koji svijetle kad kroz njih protječe električna struja. Zašto krastavci svijetle? Događa li se to isto sa žaruljama?

Uz videozapis dajte ozbiljno upozorenje učenicima o radu s električnim instalacijama te im kažite da se na videozapisu prikazuje pokus koji je potencijalno opasan i čiju je izvedbu nužan nadzor. Upozorite ih da taj pokus nikako ne pokušavaju izvesti kod kuće jer može biti potencijalno smrtonosan.

Pokus 3: Kolika je snaga žarulje?

Kako bi učenicima demonstrirali što se događa u strujnom krugu s krastavcima, pokažite im analogan električni sklop. Izvedite sljedeći pokus: dvije žarulje, snage 60 W i 100 W spojite serijski preko sklopke na izvor istomjernog napona, ako ga imate. Ako nemate, spojite ih na gradsku mrežu. Prije nego zatvorite sklopku, pitajte učenike što misle koja će žarulja jače svijetliti. Nakon odgovora zatvorite sklopku. Zašto jače svijetli žarulja manje nazivne snage? Kako treba spojiti žarulje da jače svijetli žarulja veće snage?

Učenicima pokažite interaktivnu Phet simulaciju s jednostavnim strujnim krugovima.

Napomena: U simulaciji neka kliknu na „translate“ kako bi preuzeli simulaciju na hrvatskome jeziku.

Neka spoje krug s dvije žarulje različitih otpora (desnim klikom na žarulju može joj se mijenjati otpor) tako da ih spoje serijski ili paralelno i usporede njihov sjaj. U krug mogu dodati i ampermetre i voltmetre kako bi očitali vrijednosti električnih struja i napona u krugovima.

Kakve veze imaju otpor žarulje i snaga koja se na njoj troši?

Raspravite s učenicima o tome kako su u njihovim kućanstvima spojena rasvjetna tijela. Koje su prednosti tog tipa spajanja? Svaki učenik neka kod kuće pronađe sva rasvjetna tijela koja se upotrebljavaju te izračuna ukupnu snagu koja se na njima troši kad su sva upaljena.

Kakvi se sve tipovi žarulja upotrebljavaju?

Raspravite o važnosti štednje energije. Učenici mogu prikazati snagu koja se troši na pojedinom tipu rasvjetnog tijela plakatom u alatu za izradu infografike, izvještaja, plakata i prezentacija Piktochart. Neka na plakatu prikažu popis žarulja raspoređenih prema ukupnoj snazi koja se na njima troši.

 Postupci potpore

Prije gledanja videozapisa uputite učenike na što trebaju obratiti pažnju te, u skladu s upozorenjima na početku videozapisa, porazgovarajte s njima zbog čega ne smiju raditi navedeni pokus kod kuće. To je posebno važno istaknuti ako u razredu imate učenika s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti ili problemima u ponašanju. Nakon što učenici s teškoćama pogledaju videozapis, potrebno im je jasno istaknuti i objasniti zašto krastavci svijetle te provjeriti njihovo razumijevanje o tome. U suprotnom će ih videozaspis vjerojatno fascinirati, ali možda neće uspjeti izvući pouku.

Nakon svakog izvedenog pokusa učenicima s teškoćama važno je dati i pisane zaključke uz vizualno potkrijepljenje (sliku, crtež, fotografiju) koje će im olakšati prisjećanje i razumijevanje izvedenog pokusa.

Aktivnosti koje uključuju računanje potrebno je objasniti u koracima, a učeniku (npr. učeniku sa specifičnim teškoćama poučavanja) po potrebi dati mogućnost da postupak izvježba najprije s malim brojevima.

U Didaktičko-metodičkim uputama za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama možete pronaći dodatne upute kako učenike uključiti u aktivnost rasprave, praktičnog rada, gledanja videozapisa, aktivnost praktičnog rada te uporabe mrežnih simulacija.

 

 

D I elektroni su lijeni kad im je vruće

Pitajte učenike: Kako biste izmjerili otpor kućne žarulje sa žarnom niti? Prolazi li kroz takvu žarulju električna struja ako je spojimo na bateriju napona 9 V? Prolazi li električna struja ako je spojimo na generator napona koji daje 100 V? Kako biste izmjerili te struje i odredili otpor? Pitajte učenike očekuju li da će dobiti isti iznos otpora u oba slučaja.

Upoznajte ih s instrumentom za izravno mjerenje otpora kako biste im olakšali sljedeći pokus.

Pokus 4: Otpor žarne niti

Žarulju sa žarnom niti poznate snage (npr. 40 W) spojite na ommetar i očitajte otpor. Nakon toga istu žarulju preko sklopke spojite na napon gradske mreže.

Hoće li se otpor žarulje promijeniti kad zatvorimo sklopku? Zatvorite sklopku i pokažite učenicima da je otpor narastao (za otprilike faktor 10 – 15). Kako biste objasnili zašto se to događa, prikažite učenicima videozapis Gibanje slobodnih elektrona u metalu, u trajanju od 0:45 min. Na tom isječku elektroni su prikazani plavim točkicama koje putuju udesno kroz tijelo metala. Crvene su točke atomi metala koji smetaju prolasku elektrona. Neka učenici zaključe kako se ponašaju atomi pri višim temperaturama.

Hoće li elektronima biti teže proći ako se atomi metala miču? Kako to utječe na otpor? Povucite analogiju s automobilima koji moraju proći kroz tunel s preprekama. Je li lakše proći kroz tunel ako se prepreke gibaju ili praktički stoje na mjestu?

Učenicima možete pokazati simulaciju gibanja elektrona kroz metalne otpornike na različitim temperaturama, a mogu i sami napraviti animaciju u alatu Animatron. Zatražite od učenika da pokušaju još jednom odgovoriti na pitanja iz uvodnog dijela aktivnosti, a na kraju im odgovore i dajte.

 Postupci potpore

Na sva pitanja iz uvodnog dijela učenici trebaju nakon izvedenog pokusa dobiti kratko i jasno napisane odgovore uz vizualno potkrijepljenje slikom, crtežom ili fotografijom.

U Didaktičko-metodičkim uputama za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama možete pronaći dodatne upute kako učenike uključiti u aktivnost rasprave, praktičnog rada, gledanja videozapisa te uporabe mrežnih simulacija.

 

 

 Za učenike koji žele znati više

Učenici koji žele znati više mogu na internetskim tražilicama istražiti kako se ponaša otpor drugih tvari s porastom temperature.

Učenicima postavite istraživačka pitanja: Može li se mjerenjem otpora odrediti temperatura nekog tijela? Mijenja li se električna struja u krugu s promjenom temperature otpornika? Učenicima možete podijeliti baterije, otporne žice koje mogu grijati plamenikom i mjerne instrumente te zatražiti da izmjere kako otpor žice ovisi o njezinoj temperaturi. Mjerenje temperature mogu izvesti uz pomoć digitalnih termometara s multimetra ili laserskog tipa. Mjerenja ovisnosti otpora o temperaturi neka nacrtaju u programu dinamične matematike Geogebra. Rezultate svojega istraživanja mogu prikazati u kratkoj prezentaciji izrađenoj u alatu za izradu interaktivnih prezentacija Prezi.

 

 

 Dodatna literatura, sadržaj i poveznice:

Dodatna pojašnjenja pojmova možete potražiti na relevantnim mrežnim stranicama – Google znalac, Struna (Hrvatsko strukovno nazivlje), Hrvatska enciklopedija i sl.

Napomena: Valjanost svih mrežnih poveznica zadnji put utvrđena 28. 5. 2017.

 

 

Primijenili ste ovaj scenarij poučavanja u nastavi? Recite nam svoje mišljenje popunjavanjem upitnika na ovoj poveznici

 

Creative Commons licenca
Ovo djelo je dano na korištenje pod licencom Creative Commons Imenovanje 4.0 međunarodna. Prilikom korištenja ovog djela trebate označiti autorstvo djela na ovaj način: CARNet (2017) e-Škole scenarij poučavanja ˝(upisati naslov scenarija poučavanja)˝, https://scenariji-poucavanja.e-skole.hr/.

Informacije o scenariju

Predmet:
Razred: ,

Razina izvedbene složenosti: srednja

Korelacije i interdisciplinarnost:

- Matematika
- Informatika
- Biologija
- Uporaba informacijske i komunikacijske tehnologije
- Osobni socijalni razvoj


Savjete i upute za primjenu digitalnih alata u nastavi pronađite
na e-Laboratoriju. e-Laboratorij logo