Ogib valova na vodi učenicima je poznat otprije. Zbog toga im prikažite videozapis Diffraction of Waves. Pitajte ih koja je pojava prikazana u videozapisu.

Ponovite što znaju o ogibu valova na vodi. Što se tiče ogiba mehaničkih valova, oni mijenjaju smjer prelaskom zapreke ili prolaskom kroz pukotinu ako su im dimenzije bliske valnoj duljini.

Pitajte učenike: Događa li se to i sa svjetlosnim valovima?

Prilikom prolaska kroz usku pukotinu ponekad možemo vidjeti svjetlost koja se „proširila” u područje geometrijske sjene. Oko Mjeseca se ponekad vidi „izmaglica” (halo). Zatražite od učenika da objasne te pojave, kao i smanjenu razlučivost optičkih instrumenata.

Raspravite uz sliku kako se pri ogibu na pukotini mijenja ogibna slika u ovisnosti o širini pukotine.

Istraživanje pomoću simulacije

Neka učenici samostalno, pomoću interaktivne PhET simulacije, pomnije istraže učinak širine pukotine, valne duljine (frekvencije) i amplitude vala pri ogibu valova na pukotini.

Simulacija nudi nekoliko različitih vježbi. Neka se učenici služe vježbom Slits (pukotine). Vježba omogućava mijenjanje traženih veličina. Neka mijenjaju amplitudu, frekvenciju i širinu pukotine (slit width) i opišu kako se u ovisnosti o tome mijenja ogibna slika.

Neka učenici bilježe opis rada, opažanja i zaključke te ih izlože. Razgovarajte o zabilježenom, a potom prijeđite na istraživanje ogiba svjetlosti.

Osim na opisani način, prethodno istraživanje može se izvesti i kao domaći rad zadan na prethodnom satu, o kojem će se pri istraživanju ogiba svjetlosti samo raspravljati u uvodnom dijelu.

Istraživanje ogiba svjetlosti može se izvesti kao istraživački pokus koji će učenici raditi u grupama (od četiri do pet učenika).

U uvodu raspravite o tome na kakvim bi predmetima mogli opaziti ogib svjetlosti. Potaknite ih da iznesu zamisli kako bi to učinili.

Ogib svjetlosti može se opaziti na oštrom bridu, na odgovarajućem kružnom otvoru ili na neprozirnoj kuglici.

Pokus

Od pribora vam je potreban laserski pokazivač, pukotina (pomična mjerka želimo li da učenici odrede valnu duljinu izvora svjetlosti) ili pukotina za koju trebaju iz već poznate valne duljine svjetlosti odrediti širinu pukotine, mjerna traka i zastor.

Na slici je prikazano kako jednostavno možete izraditi pukotinu. Potreban je stativni pribor (laserski pokazivač, pukotina, zastor).

Neka učenici rade u grupama (broj učenika ovisi o raspoloživoj opremi). Potaknite ih da unutar grupe razmjenjuju zamisli kako bi uspješnije proveli mjerenje te zajedno formulirali zaključke koje će predstaviti ostalim učenicima.

Pokus se može izvesti i tako da se odredi, na osnovi poznate valne duljine izvora svjetlosti, koliki je promjer žice (na primjer, neke tanke lak-žice za namatanje transformatora) ili vlasi kose.

Imate li mogućnosti, u nastavku se može istražiti kako se ogibna slika mijenja ovisno o širini pukotine ili kako se ogibna slika mijenja ovisno o valnoj duljini primijenjene svjetlosti.

Nakon toga, neka učenici pogledaju i ogibnu sliku koja nastaje kada kroz pukotinu prolazi bijela svjetlost.

Neka učenici svoje bilješke o izvođenju pokusa koje uključuju opis rada, pribor, opažanja i zaključke podijele s ostalima pomoću alata Word Online sustava Office 365 te zajedno raspravite o njima. Učenike potičite na argumentiranu raspravu, a eventualne greške iskoristite za raspravu o tome kako unaprijediti mjerenje.

Nakon provedenog pokusa uputite ih da svoje zaključke provjere u e-Škole DOS Fizika 4, Modul 1, Jedinica 3.

Dodatno, za radoznale, može se tražiti da pokušaju snimiti svjetlost koja prolazi kroz pukotinu u dvjema situacijama: kada kroz nju prolazi svjetlost obične žaruljice i kada prolazi svjetlost bijele svjetleće diode.

Neka na osnovi analize fotografija rasprave o razlikama. Pitajte ih kako bi povećali rezoluciju u pokusu.

Istraživanje pomoću simulacije

Pomoću interaktivne PhET simulacije može se istražiti kako se ogibna slika mijenja u ovisnosti o obliku i dimenziji pukotina. Uputite učenike na to da na simulaciji izaberu vježbu Diffraction (ogib).

U vježbi mogu mijenjati oblik i dimenzije pukotine i promatrati sliku.

Kod kružnog (ili eliptičnog) otvora mogu mijenjati promjer i ekscentricitet, kod četverokuta širinu (width) i visinu (height), kod para krug-kvadrat mogu mijenjati promjer kruga (circle diameter) i širinu kvadrata (square width), kod rešetke mogu mijenjati promjer krugova, razmake (lattice spacing) i neuređenost (disorder), a otvor u obliku siluete mogu rotirati ili mu mijenjati visinu (height).

Neka opišu istraživanje i svoja opažanja.

Ogib elektromagnetskih valova široko se koristi u znanosti i tehnologiji. Ogib x-zraka na atomima koji grade različite materijale daje sliku koja pomaže opisivanju njihove strukture.

Ovdje možete spomenuti i ulogu Rosalind Franklin, znanstvenice koja je, koristeći se metodom ogiba x-zraka, dala važan doprinos istraživanju strukture DNA, za što su joj zasluge pripisane tek posthumno. Možete razgovarati i o ulozi žena u znanosti i kako se ona mijenjala kroz povijest.

Ogib svjetlosti na pukotini može se istražiti i u online okruženju pomoću sinkrone komunikacije u digitalnom alatu MS Teams sustava Office 365.

Uspostavite videopoziv i podsjetite učenike na pravila komunikacije i suradnje u virtualnom okružju – netiketu. Prikažite im videozapis o ogibu valova na vodi koji biste im prikazali i u razredu.

Podijelite učenike u četveročlane grupe u sobe za suradnju (breakout rooms). Svakoj grupi zadajte istraživanje promjene ogibne slike pri ogibu na pukotini, u ovisnosti o valnoj duljini i širini pukotine, pomoću simulacije Diffraction of Light by a Single Slit. Obilazite grupe te kontrolirajte njihov rad.

Istraživanje pomoću simulacije

U simulaciji učenici mijenjaju valnu duljinu (wavelength) i širinu pukotine (width of slit). Birajući red maksimuma i minimuma strelice na zastoru, pokazuju pripadni kut (angle). Moguće je birati hoće li se prikazivati slika na zastoru (diffraction pattern) ili raspodjela intenziteta maksimuma (intensity profile).

Neka zajednički u grupama, koristeći se simulacijom, provjere kako se ogibna slika mijenja kada mijenjaju valnu duljinu svjetlosti i širinu pukotine.

Vratite učenike u zajednički sastanak te neka svaka grupa predstavi svoj postupak, opažanja i zaključke. Potaknite ih na raspravu o rezultatima pokusa kako biste provjerili razumijevanje sadržaja i moguću pojavu pogrešnih predodžaba.

Potom ih uputite neka samostalno prouče ogib svjetlosti na e-Škole DOS Fizika 4, Modul 1, Jedinica 3.

Promjene ogibne slike u ovisnosti o obliku i dimenziji pukotina mogu se istražiti i pomoću interaktivne PhET simulacije na jednak način kako je opisano u aktivnosti 1.

Neka rade u grupama kao i u prethodnoj aktivnosti, koristeći se sinkronom komunikacijom u digitalnom alatu MS Teams sustava Office 365.

Prilikom prilagodbe scenarija važno je imati na umu da učenici s teškoćama u razvoju čine heterogenu skupinu i da odabir prilagodbi valja temeljiti na pojedinačnim značajkama svakog učenika (jakim i slabim stranama, specifičnim interesima i sl.), kao i obilježjima same teškoće. Izazov u radu čine učenici sa združenim teškoćama koje mogu biti raznolike i time ih je teško predvidjeti u prilagodbama (npr. specifične teškoće u učenju i poremećaj u ponašanju i osjećanju). Preporučuje se učenika s teškoćom premjestiti u prednji dio učionice kako bi mu se brže i učinkovitije osigurali pojašnjenje ili pomoć.

U okviru uvodnog dijela aktivnosti Ravno do pukotine, a zatim? učenicima s teškoćama pripremite podsjetnike s ključnim činjenicama o ogibu valova na vodi. Učenicima s poremećajem iz autističnoga spektra najavite strukturu sata i svaku promjenu aktivnosti (videozapis, istraživanje, pokus).

Pri korištenju interaktivnom PhET simulacijom važno je osigurati jasne upute, osobito učenicima sa specifičnim teškoćama u učenju i učenicima s poremećajem aktivnosti i pažnje (npr. „pripremite obrazac za bilježenje“).

Uvijek je dobro osigurati vršnjačku podršku za učenike s teškoćama koji se sporije i teže snalaze u interaktivnim alatima. Odlučite li se za provedbu pokusa u skupinama, učenike je važno grupirati prema značajkama tako da se učenici koji usmjeravaju i djeluju kao podrška nalaze u grupi s učenikom s teškoćama. Za rad u skupinama unaprijed odredite ulogu učenika s teškoćama.

Tijekom rasprave o izvođenju pokusa ne preporučuje se prozivati učenike s poremećajem u ponašanju i osjećanju ili s oštećenjem jezično-govorne glasovne komunikacije ako se za to samoinicijativno ne jave. Učenike s oštećenjem vida, kao i one s oštećenjem mišićno-koštanoga sustava usmjerite na uporabu pomagala koja su im dodijeljena.

S obzirom na to da se u okviru istraživanja kako se ogibna slika mijenja u ovisnosti o obliku i dimenziji pukotina javljaju različiti termini odnosno parametri koje je moguće mijenjati, savjetuje se zorno ih pokazati učenicima, osobito onima koji imaju specifične teškoće u učenju i/ili poremećaj aktivnosti i pažnje.
Dodatne informacije možete potražiti na poveznicama:

1. Hrvatska udruga za disleksiju - savjeti učiteljima
2. Informativni letak o razvojnom jezičnom poremećaju
3. Didaktičko-metodičke upute za prirodoslovne predmete i matematiku za učenike s teškoćama
4. Smjernice za rad s učenicima s teškoćama MZO-a

Za uvod u temu, raspravite s učenicima o opažanju u pokusu u kojem laserska svjetlost prolazi kroz pukotinu. Ondje opažaju centralni maksimum intenziteta te simetrično sporedne maksimume kod kojih se intenzitet svjetlosti smanjuje.

Što se tiče interferencije svjetlosti na dvjema pukotinama, navodi se da je očekivana slika u kojoj su maksimumi jednakih intenziteta i ekvidistantni.

Međutim, u pokusu je realno, u najboljem slučaju, ono što vide.

Raspravite s učenicima o tome zašto se na krajevima smanjuje intenzitet svjetlosti i uvedite učinak ogiba.

Kada se radi pokus s dvostrukom pukotinom, može se opaziti i ovo.

Raspravite s učenicima jesu li to dva zasebna učinka ili se radi o ukupnom učinku.

Iskoristite sliku.

Istraživanje pomoću simulacije

Pomoću simulacije zadajte učenicima da mijenjanjem valne duljine (Wellenlänge), razmaka među pukotinama (Spaltabstand) i širina pukotina (Spaltbreite) istraže ovisnost kutne raspodjele intenziteta svjetlosti u pokusu s dvostrukom pukotinom.

Raspravite o opažanjima koja su zabilježili, kao i o mogućnosti povezivanja ili razgraničavanja pojave ogiba i interferencije.

Istraživanje pomoću mrežno dostupnog videozapisa

Slično istraživanje može se provesti i pomoću mrežno dostupnog videozapisa.

Zadatak je da učenici na osnovi promatranja snimki obrazlože svoja opažanja o slici na zastoru vezana za veličinu razmaka ili širinu pukotina u pokusu s dvostrukom pukotinom.

Na stranici pokrenite videozapis. Na njemu je prikazan ogib na dvostrukoj pukotini za različite razmake među pukotinama uz stalnu širinu pukotine (Spaltbreite).

Napomena: pritiskom na gumb Bilder može se vidjeti prikaz postava na kojem je videozapis sniman.

Video pokazuje ogib na dvostrukoj pukotini za različite širine pukotine uz stalni razmak među pukotinama.

Nakon istraživanja učenicima dajte zadatke za raspravu kako biste provjerili razumijevanje sadržaja i moguće pogrešne predodžbe te kako biste povezali sadržaj s pojavama iz okoline.

Zadatak 1

Zadajte učenicima da u paru pogledaju fotografije i kažu na kojim fotografijama opažaju da je došlo do ogiba te rasprave o opaženim pojavama i mogućim uvjetima u pokusima koji su dali dobivene slike.

Zadatak 2

Zadajte učenicima da istraže na kojoj najvećoj udaljenosti na ravnoj cesti dva prednja uključena automobilska svjetla možemo vidjeti kao dva svjetla. Neka rade u parovima. Neka svaki par svoje zaključke u obama zadatcima podijeli pomoću alata Padlet, nakon čega možete povesti raspravu o njima.

Raspravite i o tome gdje sve ogib svjetlosti utječe na razlučivost, za što postoje brojni primjeri. Osim navedenog, primjer su i astronomska promatranja.

Mnogi vaši učenici sada se počinju uključivati u promet kao vozači osobnih automobila. Iskoristite priliku i razgovarajte s njima o potrebi posebnog opreza tijekom vožnje noću.

U okviru aktivnosti Jednom smrkne, drugom svane učenike s teškoćama usmjerite na ključne pojmove s kojima će se susretati u nastavnoj jedinici. Učenicima s poremećajem iz autističnoga spektra najavite svaku promjenu aktivnosti (eksperiment, simulacija, videozapis).

Pripremite jasna i usmjeravajuća pitanja koja će učenicima s teškoćama poslužiti kao vodič prilikom opažanja eksperimenta s dvjema pukotinama (koristite lako čitljiv font, primjerice OmoType ili Arial, lijevo poravnanje i veći razmak).

U istraživanju pomoću simulacije učenike s teškoćama povežite u parove s učenicima koji djeluju poticajno i s kojima će zajednički mijenjati valnu duljinu, razmak među pukotinama i širinu pukotina. Pritom je važno koristiti se što jednostavnijim jezikom i ne zahtijevati da učenici s teškoćama usvoje hrvatsku i njemačku verziju pojedinih pojmova. Jednako vrijedi i za verziju u kojoj se istraživanje provodi pomoću mrežno dostupnog videozapisa. Učenicima s teškoćama omogućite da više puta pogledaju videozapis i vodite računa o udaljenosti (npr. učenici s oštećenjem vida trebaju biti što bliže zaslonu s prikazom videozapisa). Pripremite jasna pitanja za potrebe zadataka 1 i 2.

Za vježbu je potreban niz dvostrukih pukotina različitih razmaka i jednake širine pukotina te niz dvostrukih pukotina različitih širina pukotina a jednakog međusobnog razmaka. Osim toga, potrebni su stativi i stativni pribor, laserska dioda na postolju, nosač s pukotinama, zaslon, mjerna traka.

Ovisno o sastavu razreda i priboru koji imate, učenici vježbu mogu raditi u paru ili u manjim grupama (do četiri učenika). Neka pri radu zajedno rasprave o tome kako provesti mjerenje te nakon rasprave zajedno formuliraju zaključke.

Potičite ih na argumentiranu raspravu i na podjelu zadataka, u kojoj bi svatko dao ravnopravan doprinos radu para ili grupe.

Eksperimentalni postav shematski je prikazan na slici.

Laserska dioda postavlja se na postolje. Pomoću stativnog pribora postavite nosač s pukotinama. Lasersku svjetlost usmjerite tako da pada na obje pukotine i iza pukotina postavite zaslon kako biste opažali dobivenu sliku.

Zadatak 1

Učenici dobiju niz parova pukotina kod kojih se razlikuju razmaci između njih i širine samih pukotina. Podatci o razmaku i širini zapisani su na pločicama s pukotinama.

Na svakom od parova pukotina (dvostruke pukotine) neka izvedu mjerenje kako bi odredili valnu duljinu danog izvora svjetlosti (laserske diode). Potaknite ih pitanjima da isplaniraju mjerenje koje će provesti:

Koje je podatke potrebno mjeriti i poznavati da biste odredili valnu duljinu izvora svjetlosti?

Svako pojedinačno mjerenje (za jedan par pukotina) neka ponove tri puta, a mjerne podatke neka prikažu u alatu Excel Online sustava Office 365.

Na kraju neka odrede valnu duljinu izvora svjetlosti i provedu račun pogrešaka.

Zadatak 2

Neka usporede i opišu slike na zaslonu dobivene pomoću dviju pukotina, u ovisnosti o razmaku između pukotina (uz jednaku širinu pukotina).

Zadatak 3

Neka usporede i opišu slike na zaslonu dobivene pomoću dviju pukotina, u ovisnosti o širini pukotina (uz jednak razmak između pukotina).

Zadatak 4

Neka usporede i opišu opažene slike dobivene na zaslonu u primjeru dvostruke pukotine i primjeru jednostruke pukotine istih širina.

To mogu napraviti na sljedeći način. Neka odaberu i na pomičnoj mjerki namjeste udaljenost između kljuna mjerke koja odgovora proizvoljno odabranoj jednoj od širina dvostrukih pukotina na pločicama. Pomičnu mjerku neka pričvrste pomoću hvataljke i spojke na stativ. Potom neka puste lasersku svjetlost na pukotinu (otvor kljuna pomične mjerke) i promotre sliku dobivenu na zaslonu. Nakon toga, na isto mjesto gdje je bila pomična mjerka trebaju postaviti nosač s pločicom na kojoj se nalazi dvostruka pukotina čije su širine jednake širini jednostruke pukotine na pomičnoj mjerki.

Opažanja bi bilo dobro dokumentirati pomoću vlastitih snimaka.

Zadatak 5

Usporediti opažanja slike na zaslonu dobivene pomoću dvostrukih pukotina s opažanjima slike na zaslonu dobivene u vježbi Fresnelova biprizma te obrazložiti svoja opažanja.

Svoj opis rada, bilješke, opažanja i zaključke učenici neka podijele koristeći se alatom Padlet, nakon čega se može raspraviti o zaključcima i analizirati eventualne pogreške.

Pokus s ogibom svjetlosti na dvjema pukotinama povijesni je pokus koji je otvorio nova istraživanja. Poslije je ogibom elektrona otkrivena dualnost val-čestica, koja je danas općeprihvaćena u fizici. Ta istraživanja dovela su, primjerice, do otkrića elektronskog mikroskopa, čije su primjene brojne.

Uoči provedbe vježbe Pred tobom su dva puta pripremite jasne upute i navedite očekivanja od učenika s teškoćama. Preporučuje se vizualno prikazati svih pet zadataka koje učenici trebaju riješiti kako bi im se osigurala vizualna podrška (navođenje potrebnog materijala, slijed provedbe i jasne upute).

Prilikom podjele učenika u skupine ili u parove vodite računa o tome da ne bude nasumična, već da se učenici s poremećajem aktivnosti i pažnje, učenici s oštećenjem mišićno-koštanoga sustava i oni s oštećenjem vida nalaze među učenicima koji usmjeravaju, pomažu i djeluju „mentorski“. Ulogu učenika s teškoćama unutar para ili skupine odredite unaprijed kako bi se omogućilo aktivno sudjelovanje samog učenika (primjerice, zapis rezultata mjerenja ili unos podataka u alatu Excel sustava Office 365). Učestalo provjeravajte rad skupine u kojima se nalazi učenik s teškoćama.

Imate li učenike koji pokazuju veći interes za eksperimentalne radove, neka im zadatak CD kao optička rešetka posluži kao predložak za samostalni rad, kojim će naučeno o interferenciji i ogibu svjetlosti primjeniti na pojave iz okoline, kao što je, primjerice, prelijevanje boja na površini CD-a.

Uvodnu raspravu provedite sa svim učenicima, a eksperimentalni zadatak provedite ako ima zainteresiranih.

U uvodu pokažite učenicima prelijevanje boja na CD-u i zatražite od njih da pokušaju načelno objasniti pojavu. Usmjerenim pitanjima navedite ih da pojavu povežu s ogibom svjetlosti na izbočinama na površini CD-a.

Također, neka pokušaju ugrubo procijeniti konstantu rešetke (dimenzije izbočina na površini CD-a) i objasniti na čemu temelje svoju procjenu. Nakon rasprave neka u bilježnicu zapišu njezin sažetak i svoju procjenu konstante rešetke.

Pokus

Nekoliko učenika koji žele znati više neka samostalno ili u paru naprave vježbu opisanu u pokusu 1 u e-Škole DOS Fizika 4, Modul 1, Jedinica 6. Vježba je u jedinici podrobno opisana i naveden je potreban pribor.

Jedan učenik (par) neka napravi mjerenja s transmitiranom laserskom svjetlosti, a drugi učenik (par) neka napravi mjerenja s reflektiranom bijelom svjetlosti, kako je opisano u vježbi.

Neka pomoću alata PowerPoint sustava Office 365 izrade prezentaciju u kojoj će opisati vježbu i potkrijepiti ju fotografijama aparature, svoja opažanja i rezultate mjerenja te svoje odgovore na pitanja postavljena u vježbi. Neka prezentaciju prikažu ostalim učenicima na jednom od sljedećih sati fizike. U raspravi nakon prezentacije usporedite dobivene rezultate, kao i rezultate mjerenja s prethodnim procjenama.

Raspravu proširite tako da od učenika zatražite da predlože i druge predmete iz okoline koji se mogu koristiti kao optičke rešetke. To, primjerice, može biti tkanina od kišobrana, rupčić, vrećice čaja, sitni vijci s vrlo malim hodom.

Potaknite ih da po uzoru na vježbu s poveznice i za neke od njih odrede konstante rešetki.

Također, učenici mogu istražiti i mogućnost da se rešetka izradi pomoću 3D pisača.

(Ne treba nužno ostati samo u vidljivom dijelu spektra.)