U ne tako običnom polju

Ishodi učenja:

  • analizirati gibanje nabijene čestice u magnetskom polju i Lorentzovu silu (A)
  • opisati primjene Lorentzove i Ampereove sile u tehnologiji te primjere iz prirode (A)
  • opisati silu međudjelovanja vodiča kojim teče struja i magnetskoga polja (B, C)
  • analizirati gibanje vodiča pod djelovanjem Ampereove sile (C)

 

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

 

 

Opis aktivnosti

 

A Sila koja skreće naboj

Upitajte učenike: Znate li za što se upotrebljava elektronski mikroskop? Kakve se leće upotrebljavaju u njemu? Zašto se upotrebljavaju magnetske leće i kako one utječu na gibanje elektrona? Što utječe na gibanje nabijene čestice u magnetskom polju?

Uputite učenike na interaktivnu simulaciju uz pomoć koje ćete ih voditi da iznesu pretpostavke o tome.

Napomena: Klikom na „charge is“ mijenjate predznak naboja čestice, a na „magnitude of charge is“ mijenjate iznos naboja u odnosu na elementarni naboj, „B field is“ mijenja smjer silnica magnetskog polja u zaslon ili iz zaslona. Klikom na „grid is“ uključujete ili isključujete mrežu, a u donjem dijelu uz pomoć strelica mijenjate brzinu kojom nabijena čestica ulazi u magnetsko polje na „charge speed“, jakost polja na „field strength“ te na „charge’s mass“ masu nabijene čestice.

Uputite učenike da mijenjaju svojstva nabijene čestice i magnetskog polja, promatraju oblik i smjer putanje te vrijeme koje čestica provede u polju „elapsed time“.

Razgovarajte s učenicima o onome što su vidjeli te zatražite da pretpostave o čemu ovise smjer i iznos sile kojom međudjeluju magnetsko polje i nabijena čestica koja se giba u njemu.

Potom učenike podijelite u parove ili manje skupine te ih uputite na interaktivnu simulaciju.

Neka istraže kako Lorentzova sila ovisi o masi i naboju čestice te magnetskoj indukciji polja.

Napomena: U simulaciji je moguće mijenjati masu nabijene čestice, brzinu (dodatno se može izabrati dolazi li čestica slijeva (left) ili zdesna (right), s dna (up), s vrha (down), iz zaslona (out of screen) ili u zaslon (into screen), naboj čestice (uz izbor predznaka klikom na „positive“ ili „negative“), jakost i smjer polja (koji može biti u zaslon (into screen), iz zaslona (out of screen), gore (up), dolje (down), lijevo (left) ili desno (right)), a s desne strane zaslona prikazat će se iznos sile i akceleracije u smjerovima koordinatnih osi koje su predočene dolje desno.

U programu Excel Online neka učenici naprave tablicu u koju će upisivati podatke za masu, naboj i brzinu čestice te iznos i smjer (x, y, ili z) Lorentzove sile i akceleracije čestice.

Neka učenici prvo odaberu smjer polja u zaslon ili iz zaslona te smjer ulaska čestice zdesna te neka ih ne mijenjaju dok ne provedu prvi dio istraživanja.

Tijekom toga dijela istraživanja neka odrede iznos sile za tri iznosa mase, naboja i brzine čestice te iznos magnetske indukcije. Pri tome neka uvijek mijenjaju samo jednu veličinu, održavajući ostale stalnima. Koristeći se podatcima iz tablice programa Excel Online neka iscrtaju grafove ovisnosti iznosa sile o postavljenim veličinama te neka napišu izraz za iznos Lorentzove sile kad nabijena čestica ulazi okomito na silnice magnetskog polja.

U drugome dijelu istraživanja neka mijenjaju predznak naboja čestice i promatraju smjer sile, a u trećem ih uputite neka smjer gibanja čestice i silnica magnetskog polja postave tako da čestica ulazi u smjeru silnica. Neka iznesu zaključke, o kojima kasnije raspravite.

Lorentzova sila ima značajnu primjenu u istraživanjima. Razgovarajte s učenicima o tome kako se upotrebljava u spektrometru masa te gdje bi takav uređaj upotrijebili (npr. za analizu sastava nepoznatog uzorka, analizu izotopskog sastava uzorka, određivanje molekulske mase tvari itd.).

Razgovarajte s učenicima o tome kako se međudjelovanje magnetskog polja i nabijene čestice koja se u njemu giba primjenjuje u akceleratorima čestica te kako je razvoj metoda koje se upotrebljavaju u znanstvenim istraživanjima unaprijedio svakodnevni život (npr. mnoge metode iz istraživanja sada se upotrebljavaju u medicini, osim toga internet je nastao radi razmjene informacija među znanstvenicima itd.).

 Postupci potpore

Učenicima s oštećenjem vida unaprijed osigurajte najvažnije opise elektronskog mikroskopa kako bi mogli ravnopravno sudjelovati u raspravi sa svojim suučenicima.

Tijekom rješavanja zadataka učenicima s teškoćama (npr. učenicima sa specifičnim teškoćama učenja, učenicima s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti) po potrebi osigurajte podsjetnik s izrazima (formulama).

Za rad u programu Excel Onlineučenici s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti i učenici sa specifičnim teškoćama učenja mogu imati pripremljen listić u koji upisuju rezultate. Dobro usustavljeni listić učenike će dovesti do zaključka aktivnosti, koji na kraju može biti djelomično zapisan (učenici ga mogu nadopuniti i tako aktivno sudjelovati).

Provjerite jesu li navedeni učenici razumjeli sve sastavnice grafa te im po potrebi pružite podršku pri određivanju važnih zaključaka aktivnosti.

U Didaktičko-metodičkim uputama za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama možete pronaći kako učenike uključiti u aktivnost uporabe mrežnih simulacija.

 

 

B Magnetska ljuljačka

Pokažite učenicima nekoliko trošila s elektromotorom, npr. mikser ili električni ventilator.

Razgovarajte s njima o tome kako ti uređaji rade te što znaju o radu elektromotora. Neka objasne zbog čega elektromotori imaju nepokretni dio (stator) i pokretni dio (rotor).

Kako bi vaši učenici detaljnije istražili silu koja djeluje između rotora i statora, podijelite ih u skupine koje će izvesti pokus.

Prethodno ih pitajte: Kako će smjer i orijentacija sile koja pokreće rotor ovisiti o struji u vodiču i polovima magneta?

Svaka skupina neka između polova potkovastog magneta na dvije tanke bakrene žice objesi vodič (to može biti i deblji komad bakrene žice). Preko bakrenih žica vodič unutar polova magneta spojite s izvorom električne struje i promjenjivim otpornikom preko sklopke. Recite učenicima neka zatvore strujni krug i opišu što se događa.

Neka iznesu pretpostavke o ovisnosti sile o iznosu i smjeru struje u vodiču te o položaju polova magneta, a zatim neka opišu kako bi provjerili pretpostavke.

Raspravite o tome pa zatražite od učenika da provedu pokus. Neka mijenjaju iznos struje, a zatim neka provjere što se događa kad zamijene smjer struje te na kraju, kad zamijene polove magneta.

Neka iznesu zaključke, a zatim nacrtaju pokus u alatu Spiral (funkcionalnost Rasprava) te na crtež dodaju smjer struje, silnica magnetskog polja i sile na vodič.

Raspravite o rezultatima pa zajednički iskažite pravilo o smjeru sile između vodiča i magneta.

Osim u brojnim uređajima s elektromotorima, međudjelovanje vodiča kojim teče struja i magnetskog polja upotrebljavamo i u voltmetru i ampermetru. Neka netko od učenika istraži načelo na kojem navedeni mjerni instrumenti rade te napravi kratku interaktivnu prezentaciju u alatu Prezi, koju neka zatim podijeli na društvenoj mreži Yammer.

Iskoristite priliku da s učenicima razgovarate i o pažljivom rukovanju priborom i mjernim instrumentima tijekom izvođenja pokusa, ali i pri radu općenito.

 Postupci potpore

Kod svih aktivnosti koje uključuju bilo koji oblik napona važno je obratiti pozornost na učenike s umjetnom pužnicom (zbog utjecaja na procesor pužnice).

Učenicima s teškoćama (npr. učenicima sa specifičnim teškoćama učenja, učenicima s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti) po potrebi možete pripremiti predloške s kratkim pitanjima koji će se odnositi na promjene koje se događaju tijekom praktičnog rada. Tijekom izvođenja pokusa učenici mogu na pitanja odgovarati, a to će ujedno predstavljati i sažetak aktivnosti.

U Didaktičko-metodičkim uputama za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama možete pronaći kako učenike uključiti u aktivnost rasprave, uporabe digitalnih alata i praktičan rad.

 

 

C Što pokreće električni automobil?

Razgovarajte s učenicima o globalnim problemima povezanima s klimom i održivim razvojem, kao što je npr. emisija stakleničkih plinova koja utječe na promjenu klime. Razgovarajte i o tome što znaju o svjetskim zalihama fosilnih goriva te o tome što bi ih moglo zamijeniti u budućnosti.

Posljednjih godina sve se više govori o električnim automobilima. Zna li možda tko od učenika nešto o tome kako se pokreću?

Njih pokreće elektromotor. Razgovarajte o načelu na kojem elektromotor radi. Kretanje okretnog dijela elektromotora uzrokovano je međudjelovanjem električnog vodiča i magnetskog polja.

Zatražite od učenika da pretpostave o kojim će veličinama i kako ovisiti sila kojom međudjeluju vodič kojim teče struja i magnetsko polje.

Da biste provjerili pretpostavke i došli do izraza za Ampereovu silu, uputite učenike na interaktivnu simulaciju.

U simulaciji učenici mogu mijenjati svojstva magnetskog polja (magnetic field) i to: iznos magnetske indukcije i smjer (u ili iz zaslona), udaljenost tračnica, tj. duljinu vodiča koji se u polju pokreće (rail separation), svojstva električnog izvora (battery), i to napon i poziciju pozitivnog pola („up“ za gore ili „down“ za dolje) te svojstva vodiča (moving metal), točnije njegovu masu i električni otpor.

Ispod tračnica nalazi se ravnalo s oznakama centimetara i milimetarskom podjelom. Klikom na „click here to drop metal on rails“ metalni se vodič postavlja na tračnice i počinje mjerenje vremena. Kako biste pauzirali simulaciju, kliknite na „click to pause“, a da bi se vratili na početne postavke, kliknite na „click to reset“.

U programu Excel Online neka učenici naprave tablicu sa stupcima za veličine koje će postaviti (iznos magnetske indukcije, duljina, masa i električni otpor metalnog vodiča, napon električnog izvora), veličine koje će očitati (vrijeme i prijeđeni put) te iznos električne struje u vodiču, akceleracije vodiča i sile koja ju daje (Ampereova sila).

Neka učenici naprave mjerenja za najmanje tri vrijednosti magnetske indukcije, duljine vodiča i struje u vodiču te odrede akceleraciju i silu.

Uz pomoć tablice neka nacrtaju grafove ovisnosti sile o veličinama koje su mijenjali, a zatim neka izvedu izraz za Ampereovu silu u slučaju prikazanom u simulaciji kad je smjer struje u vodiču okomit na smjer silnica magnetskog polja.

Nakon toga neka ponove mjerenje, jednom sa suprotnim smjerom silnica magnetskog polja, i još jednom, kad je promijenjen samo smjer struje u vodiču.

Neka u razgovoru s vama opišu promjene. Raspravite s njima o tome i poopćite izraz za silu za sve kutove između smjera silnica magnetskog polja i električne struje u vodiču.

Izradite kviz u alatu Socrative te podijelite s učenicima nekoliko numeričkih problema koje će riješiti, od kojih prvi opisuje situaciju sličnu onoj u simulaciji, a ostali neka se odnose na primjenu Ampereove sile u tehnologiji.

 Postupci potpore

Nakon rasprave o globalnim klimatskim promjenama i svjetskim zalihama fosilnih goriva učenicima s teškoćama (npr. učenicima sa specifičnim teškoćama učenja, učenicima s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti) dobro je unaprijed dati pripremljene kratke zaključke o tim temama, koji im mogu služiti za ponavljanje.

Simulaciju koja se upotrebljava u ovoj aktivnosti potrebno je učenicima najaviti, ukratko objasniti što će gledati te dodatno po potrebi objasniti rad na simulaciji.

Pri unosu zadanih vrijednosti u tablice izrađene u programu Excel Online provjerite jesu li učenici sa specifičnim teškoćama učenja i učenici s poremećajem pažnje dobro unijeli zadane vrijednosti te razumiju li značenje svih fizičkih veličina. Upute za rješavanje zadataka u alatima Excel Online i Socrative učenicima pripremite na usustavljen način na papiru. Tijekom rješavanja zadataka učenicima omogućite uporabu izraza (formula) ili početno uvježbavanje na manjim brojevima.

 

 

 Za učenike koji žele znati više

Učenici koji žele mogu istražiti pojavu Aurora Borealis (polarna svjetlost) i povezati je s Lorentzovom silom.

Neka pripreme prezentaciju u alatu 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.

  1. E. F. Redish. (2003.): Teaching Physics with the Physics Suite, John Wiley & Sons Inc. 2003.
  2. Haliday, D.; Resnick, R.; Walker, J. (2001.): Fundamentals of Physics, J. Wiley & Sons, New York
  3. M. Matijević – T. Topolovčan. (2017.): Multimedijska didaktika, Zagreb, Školska knjiga
  4. P. G. Hewitt, J. Suecki, L. A. Hewitt. (2004.): Conceptual Physical Science, 3rd edition, Addison Wesley,
  5. R. Krsnik. (2008.): Suvremene ideje u metodici nastave fizike, Zagreb, Školska knjiga

Napomena: Valjanost svih mrežnih poveznica posljednji je put utvrđena 1. 10. 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: napredna

Korelacije i interdisciplinarnost:

- Matematika
- Informatika
- Održivi razvoj
- Poduzetništvo


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