Razgovarajte s učenicima o vožnji biciklom. Vozite li bicikl? Vozite li noću?

Na koji način dinamo na biciklu daje električnu struju za žarulju? Zbog čega žarulja jače svijetli kad brže okrećemo pedale?

Neka učenici iznesu svoja razmišljanja.

Ako se ne mogu domisliti rješenju, podsjetite ih da vodič kojim prolazi struja postaje magnet. Je li moguće djelovanjem magneta u vodiču dobiti električnu struju? Što nam je potrebno da bismo provjerili pretpostavku pokusom?

 Pokus 1: Elektromagnetska indukcija

Učenici će vjerojatno predložiti da upotrijebite zavojnicu, magnet, precizni mjerni instrument i spojne žice, pa uz pomoć toga pribora demonstrirate pojavu elektromagnetske indukcije u zavojnici.

Zatim, kako biste detaljnije ispitali pojavu, uputite učenike na interaktivnu simulaciju.

Magnet neka uvlače i izvlače iz zavojnice i prate promjene na mjernom instrumentu.

Neka magnet pomiču brzo pa polako, zatim neka ostave magnet da miruje u zavojnici, a zatim neka isto ponove, ali sa zamijenjenim polovima magneta.

Nakon toga neka uvlače i izvlače magnet, ali s uključenom opcijom „linije polja“ te neka pomiču magnet pored zavojnice tako da samo linije magnetskog polja prolaze kroz zavojnicu.

Raspravite s učenicima o tome pod kojim se uvjetima u zavojnici inducira napon.

Zatražite od njih da pretpostave o čemu ovisi koliki je inducirani napon te da načelno osmisle pokus kojim će provjeriti pretpostavke.

 Pokus 2: O čemu ovisi inducirani napon u zavojnici?

Za pokus iskoristite tri zavojnice s različitim brojem namotaja, dva štapićasta magneta, precizni mjerni instrument i spojne žice.

Spojite zavojnicu sa mjernim instrumentom pa istražite ovisnost induciranog napona o magnetskom djelovanju djelujući prvo jednim štapićastim magnetom, zatim istovremeno s dva jednako usmjerena te s dva suprotno usmjerena magneta.

Nakon toga, koristeći se istom zavojnicom i jednim štapićastim magnetom istražite ovisnost induciranog napona o brzini pomicanja magneta. Na kraju, djelujući jednim magnetom i nastojeći održati brzinu pomicanja magneta, mijenjajte zavojnice kako biste istražili ovisnost induciranog napona o broju namotaja zavojnice.

Učenici neka opišu i nacrtaju pokus u online grafičkom editoru Canva. Potom neka suradnički izvedu zaključke u programu Word Online.

Zatražite od učenika da sada primijene naučeno kako bi objasnili rad dinama na biciklu.

Razgovarajte i o tome zašto se potiče vožnja biciklom, o dobrobitima rekreacijske vožnje biciklom, kao i uporabe bicikla kao prometala u gradskom prometu.

Postupci potpore

Učenicima s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti dajte kratke i jasne upute za uporabu simulacije. Ako je potrebno, zadatke za rad na simulaciji možete učenicima dati i u pisanom obliku kako bi se lakše mogli prisjetiti svih zadataka tijekom rada. Isto tako, tijekom rada na simulaciji dodatnim pitanjima provjeravajte razumijevanje promjena koje se događaju u simulaciji.

Učenicima sa specifičnim teškoćama u učenju, učenicima s oštećenjem sluha, učenicima s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti te učenicima s oštećenjem vida unaprijed pripremite i po završetku ove aktivnosti dajte odgovore na postavljena pitanja, kao i najvažnije zaključke aktivnosti u pisanom obliku.

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

Istraživanje započnite pitanjem: Kako se u električnim generatorima proizvodi električna struja? Zbog čega generator ima statični dio, stator, i pokretni dio, rotor? Od čega su napravljeni ti dijelovi?

Kako bi vaši učenici mogli preciznije formulirati zaključke, neka istraže veličinu koja opisuje „broj silnica magnetskog polja koje prolaze kroz površinu“ – magnetski tok.

Pokažite učenicima petlju od bakrene žice ili aluminijski prsten.

Ako petlju stavimo u magnetsko polje, kroz nju prolaze silnice toga polja.

O čemu ovisi koliki je magnetski tok kroz petlju kad je postavimo u magnetsko polje?

Neka učenici iznesu pretpostavke, a zatim ih provjere uz pomoć simulacije.

U gornjem lijevom uglu vide vrijednost magnetskog toka ϕ kroz petlju na slici u veberima (Wb).

Kut (angle) neka bude 0°, a magnetsku indukciju B neka postave na neku početnu vrijednost. Promjenom dubine (depth) i širine (width) petlje neka mijenjaju površinu petlje. Trebaju očitati vrijednost magnetskog toka za najmanje tri različite vrijednosti površine.

Nakon toga neka očitaju vrijednost magnetskog toka za tri vrijednosti magnetske indukcije uz stalnu površinu.

U programu dinamične matematike GeoGebra neka unesu vrijednosti površine i magnetskog toka za stalnu magnetsku indukciju te magnetske indukcije i magnetskog toka za stalnu površinu u tablicu te prikažu tu ovisnost grafički.

Nakon toga pritiskom na time petlja će se početi rotirati u magnetskom polju. Brzinu rotacije mijenjaju pritiskom na kutnu brzinu 𝜔. Raspravite s njima o tome kako promjena kuta između površine petlje i silnica magnetskog polja utječe na magnetski tok.

Zatražite od njih da iskažu o čemu ovisi magnetski tok kroz površinu koju zatvara vodič te da predlože izraz za tu veličinu.

Zatražite od učenika neka objasne što se događa u električnom vodiču koji rotira između polova magneta.

Razgovarajte o različitima tipovima elektrana te o tome što pokreće rotor električnog generatora u različitim tipovima elektrana. Razgovarajte i o obnovljivim izvorima energije te zbog čega se potiče njihova uporaba te o prednostima i nedostatcima obnovljivih izvora energije (gdje bi postavili solarne elektrane, vjetroelektrane, bioelektrane i kojim bi se kriterijima pritom vodili).

Postupci potpore

Kod učenika sa specifičnim teškoćama u učenju, kao i kod učenika s oštećenjem sluha, provjerite razumijevanje svakog novog odnosno nepoznatog pojma kojim se koristite tijekom provedbe aktivnosti (npr. električni generator, magnetski tok itd.) te im po potrebi nepoznate pojmove objasnite i uz vizualno potkrijepljenje (slika, fotografija, video, crtež itd.), koje će im olakšati razumijevanje i pamćenje novoga pojma. S navedenim učenicima, a posebno s učenicima sa specifičnim teškoćama u učenju, dobro je provjeriti razumijevanje oznaka fizičkih veličina i ispravnost računanja i unošenja vrijednosti pri radu u alatu GeoGebra.

Po završetku aktivnosti učenicima s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti, učenicima sa specifičnim teškoćama učenja, učenicima s oštećenjem vida i učenicima s oštećenjem sluha dajte kratak sažetak i zaključke aktivnosti.

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

Danas je teško zamisliti život bez mobitela, a njegov rad ovisi o punjaču. Razgovarajte s učenicima o načelu kako se napon mijenja od napona gradske mreže do napona koji koristi mobitel.

Prvo raspravite s učenicima o tome što će se dogoditi u strujnoj zavojnici kad se struja u njoj promijeni. Neka pretpostavke iznesu, a zatim ih provjerite pokusom.

 Pokus 3: Samoindukcija

Bateriju napona 4,5 V spojite serijski s prekidačem i žaruljicom 1, a zatim paralelno sa žaruljicom 1 spojite žaruljicu 2 koja je u seriji sa zavojnicom. Zatvorite prekidač.

Žaruljica 1 bi trebala zasvijetliti odmah, a žaruljica 2 s malim kašnjenjem.

Raspravite s učenicima zbog čega dolazi do kašnjenja..

Što se događa s magnetskim tokom kroz zavojnicu u trenutku kad se zatvara strujni krug? Do koje pojave tada dolazi u zavojnici? Je li struja koja se inducira u zavojnici istoga smjera kao struja koja je potekla kroz strujni krug kad smo zatvorili prekidač?

Raspravite s učenicima o Lenzovu pravilu.

Neka opišu pokus, nacrtaju shemu i podijele zaključke u alatu Gliffy.

Raspravite s učenicima o tome pod kojim će uvjetima promjena struje u jednoj zavojnici izazvati indukciju električne struje u drugoj zavojnici s kojom nije u istom strujnom krugu.

Uz pomoć demonstracijskog pokusa i rasprave neka vaši učenici pokušaju objasniti kako se ta pojava koristi kod transformatora.

 Pokus 4: Transformator

Na željeznu jezgru školskog transformatora namotajte dvije izolirane bakrene žice tako da dobijete dvije zavojnice. Neka omjer broja namotaja iznosi 2 : 1.

U krug s primarnom zavojnicom serijski spojite bateriju i žaruljicu preko prekidača. U krug sa sekundarnom zavojnicom spojite drugu žaruljicu istovjetnu prvoj. Zatražite od učenika da promotre sjaj žaruljica.

Zatvorite prekidač pa ga nakon nekoliko sekundi otvorite. Ponovite pokus nekoliko puta da svi dobro vide.

Svijetle li obje žaruljice cijelo vrijeme? U kojim trenutcima svijetli žaruljica spojena sa sekundarnom zavojnicom? Kako to objašnjavate?

Raspravite s učenicima o pokusu navodeći ih na načelo rada transformatora.

Raspravite o tome zašto se sjaj žaruljica spojenih na primar i sekundar razlikuje.

Neka opišu pokus, nacrtaju shemu i podijele zaključke u alatu Gliffy.

Razgovarajte s učenicima na koji se način napon iz dalekovoda pretvara u napon kojim se  koristimo u domaćinstvu. Iskoristite priliku da podsjetite učenike na mjere opreza pri radu s električnom strujom, posebno kad se radi s visokim naponima, te da razgovarate o zaslugama velikog hrvatskog znanstvenika Nikole Tesle, koji je zaslužan za izgradnju prve hidroelektrane na slapovima Niagare i dalekovoda od elektrane do grada Buffalo.

Postupci potpore

Tijekom rasprave na početku aktivnosti učenicima možete podijeliti predloške s pitanjima na kojima će, nadopunjavanjem ili zaokruživanjem, odgovoriti na postavljena pitanja. Odgovore na postavljena pitanja kod učenika s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti, kao i kod učenika sa specifičnim teškoćama učenja, dobro je provjeriti. Predložak s odgovorenim pitanjima tijekom rasprave predstavljat će sažetak ovoga dijela aktivnosti, kojim se učenici kasnije mogu služiti za učenje i ponavljanje.

Učenicima s oštećenjem sluha i, posljedično, oskudnim vokabularom, pitanja postavite uz slikovne predloške iz kojih će odgovori na postavljena pitanja biti jasni.

Kod svih aktivnosti s magnetskim poljem vodite računa o tome imate li u razredu učenika s umjetnom pužnicom (zbog utjecaja na procesor).

Ako se učenici po prvi put koriste alatom Gliffy, po potrebi im možete pripremiti kratke pisane upute s objašnjenjem najvažnijih opcija kojima će se koristiti u radu. Te upute učenici mogu upotrebljavati i kasnije u radu s navedenim alatom.

U Didaktičko-metodičkim uputama za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama možete pronaći dodatne upute kako učenike uključiti u praktičan rad i raspravu.

Započnite razgovor pitanjima poput: Znate li da se pri letu aviona na krajevima njegovih krila inducira napon? Zbog čega se to događa? U kojem se magnetskom polju giba avion? Kako biste istražili o čemu ovisi koliki je inducirani napon?

Uputite učenike na interaktivnu simulaciju.

U simulaciji se metalni vodič poznatog otpora giba po tračnicama u magnetskom polju. Kad kliknete na click to start, počinje odbrojavanje vremena, a udaljenost izražena u centimetrima zapisana je na ravnalu postavljenom uz tračnice. Iz tih podataka može se odrediti brzina. Povećanje i smanjenje brzine postiže se klikom na velocity level.

Iznos inducirane struje pojavljuje se u polju s informacijama o strujnom krugu circuit info, kao i električni otpor vodiča. Iz tih vrijednosti može se odrediti inducirani napon.

Neka učenici prvo mijenjaju brzinu držeći svojstva magnetskog polja magnetic field i razmak tračnica rail separation stalnima. Neka odrede inducirani napon za tri vrijednosti brzine i prikažu sve veličine (magnetska indukcija, razmak tračnica, brzina vodiča, inducirani napon) u tablici.

Potom neka ponove mjerenje, držeći stalnu brzinu i razmak tračnica, za tri vrijednosti magnetske indukcije te mijenjajući razmak tračnica uz stalnu brzinu i magnetsku indukciju.

U svim slučajevima neka izrade tablice sa stupcima navedenim u prvoj tablici.

Potom neka, koristeći se podatcima iz tablica, nacrtaju dijagrame ovisnosti napona o brzini, magnetskoj indukciji i razmaku tračnica te napišu izraz koji povezuje inducirani napon s tim veličinama.

Neka rade u programu dinamične matematike GeoGebra.

Razgovarajte s učenicima o njihovim zamislima gdje bi se ta pojava načelno mogla iskoristiti. Ohrabrite ih da u životu ne odbacuju ideje koje bi u budućnosti mogle dovesti do inovacije, čak i ako su nedorađene, već da ih je istraživanjem i radom moguće poboljšati.

Postupci potpore

Na sva pitanja iz uvodnoga dijela učenici s teškoćama (npr. učenici s oštećenjem sluha, specifičnim teškoćama učenja, učenici s poremećajem pažnje i hiperaktivnosti) trebaju nakon završetka rasprave dobiti kratko i jasno napisane odgovore na pitanja 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, uporabe mrežnih simulacija i digitalnih alata.

Za učenike koji žele znati više

Zatražite od učenika koji žele znati više neka na internetu ili u udžbenicima pronađu što je induktor.

Neka kao projektni zadatak posjete automehaničarsku radionicu i saznaju čemu služi induktor kod paljenja benzinskih motora. Neka naprave fotografije i objasne što je induktor te njegovu primjenu, a potom ostalim učenicima prezentiraju ono što su istražili u mrežnom alatu za izradu interaktivnih prezentacija Prezi.