Приручник за наставнике физике за трећи разред гимназије

Љубиша НешићЛазар Раденковић

Физика 3

ФИЗИКА 3Приручник за наставнике физике за трећи разред гимназијеПрво издање

Аутори: др Љубиша Нешић, Лазар РаденковићРецензент: др Мирко Нагл, професор физике у Шабачкој гимназији, ШабацФотографи је и илустрације: архива Издавачке куће „Klett”, др Љубиша

Нешић, Лазар Раденковић, Wikipedia.orgКомпјутерско обликовање: „АБРАКА ДАБРА”, Нови СадОбликовање корица: Издавачка кућа „Klett”Лектура и коректура: Ана Влајић

Издавач: Издавачка кућа „Klett”, д. о. о. Маршала Бирјузова 3–5, 11000 Београд Тел.: 011/33-48-384, факс: 011/33-48-385 office@klett.rs, www.klett.rs

За издавача: Гордана Кнежевић ОрлићГлавни уредник: Александар РајковићУредник: др Драгољуб БелићРуководилац пројекта: Александра СтаменковићШтампа: Бранмил, БеоградТираж: 300 примерака

Забрањено је репродуковање, умножавање, дистрибуција, објављивање, прерада и друга употреба овог аутор ског дела или његових делова у било ком обиму и поступку, укључујући и фотокопирање, штампање, чување у електронском облику, односно чињење дела доступним јавности жичним или бежичним путем на начин који омогућује појединцу индивидуални приступ делу с места и у време које он одабере, без писме-не сагласности издавача. Свако неовлашћено коришћење овог ауторског дела представља кршење Закона о аутор ским и сродним правима.

© Klett, 2016.ISBN 978-86-7762-797-3

3

Поштоване колегинице и колеге,

Приручник за наставнике физике за трећи разред гимназије прати уџбеник који је објавила Издавачка кућа „Klett” (аутори др Драгољуб Бе-лић и Марина Радојевић).

Приручник чини комбинација текстова који покривају дидактику фи-зике и представљају приказ неких званичних докумената које наставник треба да познаје. Такође, у Приручнику се налазе и оригинални предлози за реализацију наставе, који би могли да вам помогну да осавремените на-учну интерпретацију наставе.

Значајан удео у садржају имају и текстови о циљевима и међупредмет-ним компетенцијама, корелацији наставних садржаја физике, школском експерименту и наставним средствима. Посебне целине чине и делови ве-зани за анализу уџбеника физике за трећи разред гимназије и тестови за проверу знања.

Списак коришћене литературе при писању, а уједно и предлог за до-датно информисање наставницима, налази се при крају Приручника.

Надамо се да ће вам Приручник бити од користи у раду, а сугестије, критичка запажања и предлози како да га заједно учинимо бољим биће нам веома драгоцени.

Аутори

Увод

4

1. НАСТАВА ФИЗИКЕ У ТРЕЋЕМ РАЗРЕДУ ГИМНАЗИЈЕ . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1. Наставни програм физике за трећи разред гимназије . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2. ПЛАНИРАЊЕ НАСТАВЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.1. Различити приступи планирању наставе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15 2.2. Педагошко познавање наставних садржаја. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 2.3. Планирање наставе и образовни стандарди. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

3. КОРЕЛАЦИЈЕ НАСТАВНИХ САДРЖАЈА ФИЗИКЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.1. Корелације и њихов значај . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26 3.2. Унутарпредметна и ванпредметна корелација

наставних садржаја физике. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

4. ОПШТИ СТАНДАРДИ ПОСТИГНУЋА У ПРОГРАМУ ФИЗИКЕ У ТРЕЋЕМ РАЗРЕДУ ГИМНАЗИЈЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4.1. Искази образовних стандарда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 4.2. Осврт на међупредметне компетенције за крај средњег образовања. . .49

5. ТЕСТОВИ ЗА ПРОВЕРУ ЗНАЊА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.1. Примери тестова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56

6. УЏБЕНИК ФИЗИКЕ ЗА ТРЕЋИ РАЗРЕД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

7. ЕКСПЕРИМЕНТ У НАСТАВИ ФИЗИКЕ У ТРЕЋЕМ РАЗРЕДУ ГИМНАЗИЈЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

7.1. Школски експерименти . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76 7.2. Прописи у вези са наставним средствима. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79 7.3. Наставна средства за области Магнетизам и Електромагнетизам . . . . .81 7.4. Наставна средства за области Осцилације, Таласи и Акустика. . . . . . . .99 7.5. Наставна средства за области Електромагнетни таласи и Оптика. . . .110 7.6. Кабинет за физику. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120

8. ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

Садржај

4

1

4

НАСТАВА ФИЗИКЕ У ТРЕЋЕМ РАЗРЕДУ ГИМНАЗИЈЕ

Фонд часова наставе физике у трећем разреду гимназије, у стандардним гимна-зијским одељењима (сем специјализованих одељења за математику, физику, фило-логију), зависи од смера (табела 1.1.), а програм је одређен одговарајућим правил-ником.

Табела 1.1. Наставни план физике у стандардним гимназијама

Први разред Други разред Трећи разред Четврти разред Укупнонедељно годишње недељно годишње недељно годишње недељно годишње недељно годишње

Природно-математички смер2 74 3 105 3 108 5 160 13 447

Друштвено-језички смер2 74 2 70 2 72 2 64 8 280

Општи тип2 74 2 70 3 108 2 64 9 316

Наставни програм физике у трећем разреду гимназије чини кохерентну целину са програмом физике у основној школи и у прва два разреда гимназије. Дефинисан је тако да ученицима омогући да што лакше:

• усвоје основне појмове и законе физике на основу којих ће разумети појаве у природи и имати целовиту слику о значају и месту физике у образовању и животу уопште;

• продубе знања која су стицали током претходног школовања.

1.1. НАСТАВНИ ПРОГРАМ ФИЗИКЕ ЗА ТРЕЋИ РАЗРЕД ГИМНАЗИЈЕ

Циљ наставе физике у гимназији је:• стицање функционалне писмености (природно-научне, математичке, техни-

чке); • систематско стицање знања о физичким појавама и процесима и њихово разу-

мевање на основу физичких модела и теорија; • оспособљавање ученика за примену знања и решавање проблема и задатака у

новим и непознатим ситуацијама; • активно стицање знања о физичким појавама кроз истраживачки приступ;

54

• стицање радних навика, одговорности и способности за самосталан рад и за тимски рад;

• формирање основе за даље образовање.

Задатак наставе физике јесте стварање разноврсних могућности да кроз раз-личите садржаје и облике рада, применом савремених методичких и дидактичких поступака у настави, циљеви и задаци образовања у целини, као и циљеви наставе физике, буду потпуно реализовани.

Остали задаци наставе физике су да ученици: • развијају начин мишљења и расуђивања у физици;• развијају свест о значају експеримента у сазнавању, разумевању и проверавању

физичких законa;• буду оспособљени за примену физичких метода мерења у свим областима

физике;• стекну способност за уочавање, формулисање, анализирање и решавање про-

блема;• развијају компетенције за извођење једноставних истраживања;• развијају логичко и апстрактно мишљење и критички став у мишљењу;• схвате значај физике за технику и природне науке;• развијају способности за примену знања из физике;• стичу знања о природним ресурсима, њиховој ограничености и одрживом

коришћењу;• развијају правилан однос према заштити, обнови и унапређењу животне сре-

дине;• развијају мотивисаност за учење и заинтересованост за садржаје физике;• развијају радне навике, одговорност и способност за примену стечених знања.

Садржаји програма

Гимназије општег и природно-математичког смера

I Магнетно поље1. Магнетно поље струјног проводника. Магнетна индукција и јачина магнетног

поља. Линије поља и магнетни флукс. (П)2. Лоренцова сила. Кретање наелектрисаних честица у магнетном и електричном

пољу. (П)Одређивање специфичног наелектрисања честица, циклотрон. (Р)Магнетна интеракција наелектрисања у кретању. (О)

3. Амперова сила. Узајамно деловање два паралелна праволинијска струјна про-водника. Деловање магнетног поља на проводни рам (принцип рада електрич-них инструмената). (П)

4. Магнетници. Магнетни момент атома, дијамагнетици и парамагнетици. Феро-магнетици. Магнетно поље у супстанцији. (Р)

6

Демонстрациони огледи• Ерстедов оглед.• Интеракција два паралелна струјна проводника.• Деловање магнетног поља на електронски сноп.• Деловање магнетног поља на рам са струјом. • Лоренцова сила.

Лабораторијскe вежбe • Рад са осцилоскопом (магнетни хистерезис).

II Електромагнетна индукција1. Појава електромагнетне индукције. Електромагнетна индукција и Лоренцова

сила. Индуковање ЕМС у непокретном проводнику. (Р) 2. Фарадејев закон и Ленцово правило. (П) Електромагнетна индукција и закон одржања енергије. (Р) 3. Узајамна индукција и самоиндукција. Енергија магнетног поља у соленоиду. (П) Запреминска густина енергије магнетног поља. (Р)

Демонстрациони огледи• Појава електромагнетне индукције (помоћу магнета, калема и галванометра).• Ленцово правило.

III Наизменична струја1. Генератор наизменичне струје. Синусоидални напон и струја. (Р)2. Отпорности у колу наизменичне струје и Омов закон за RLC коло. (П) 3. Снага наизменичне струје. Ефективне вредности напона и струје. (Р) 4. Трансформатор. (П) Пренос електричне енергије на даљину. (Р) Појам о трофазној струји. (О)

Демонстрациони огледи• Својства активне и реактивне отпорности. • Демонстрациони трансформатор.

Лабораторијскe вежбe• Напони у RLC колу.

IV Хармонијске осцилације1. Механички хармонијски осцилатор и величине којима се описује његово кре-

тање. Енергија хармонијског осцилатора. (П) 2. Математичко и физичко клатно. (П) 3. Слагање осцилација. Разлагање кретања на хармонике, спектар. (Р) 4. Пригушене осцилације. Принудне осцилације, резонанција. (П)5. Електрично осцилаторно коло. (П)

6 7

Демонстрациони огледи• Осциловање тега на опрузи.• Maтематичко клатно. • Хармонијске осцилације (методом сенке).• Пригушене осцилације.• Појава резонанције (механичке и електричне).

Лабораторијскe вежбe• Математичко и физичко клатно.

V Механички таласи1. Таласно кретање и појмови који га дефинишу. Врсте таласа. Једначина таласа. (П)2. Енергија и интензитет таласа. (П) Одбијање и преламање таласа. (Р) 3. Принцип суперпозиције. Прогресивни и стојећи таласи. (Р)

Демонстрациони огледи• Врсте таласа (помоћу таласне машине или водене каде). • Одбијање и преламање таласа (помоћу водене каде или WSР уређаја).

VI Акустика1. Извори и карактеристике звука. (П) Пријемници звука, ухо. Инфразвук, ултразвук и њихове примене. (Р)2. Доплеров ефекат. (П)

Демонстрациони огледи• Својства звучних извора (монокорд, звучне виљушке, музички инструменти и

сл.). Звучна резонанција.

Лабораторијске вежбе• Мерење брзине звука у ваздуху (осцилоскопом).• Резонанција ваздушног стуба у цеви (одређивање фреквенције).

VII Електромагнетни таласи1. Настајање и основне карактеристике електромагнетних таласа. Спектар електро-

магнетних таласа. (Р) 2. Енергија и интензитет електромагнетних таласа. (Р) 3. Елементи радио-технике и телевизије. (О)  

Демонстрациони огледи• Херцови огледи.• Рад појачивача звука. Довођење у резонанцију радио-пријемника и радио-ода-

шиљача.

8

VIII Таласна оптика1. Интерференција светлости. Јунгов оглед и други примери интeрференције. (П) Мајкелсонов интерферометар. (Р)2. Дифракција светлости на пукотини. (Р) Дифракциона решетка. Разлагање полихроматске светлости. (Р) Појам о дифракцији х-зрака. (О)3. Поларизација таласа. Поларизација светлости при проласку кроз кристале и

при одбијању и преламању (Малусов и Брустеров закон). (П) Двојно преламање. Обртање равни поларизације. (О)4. Дисперзија светлости (нормална и аномална). Разлагање беле светлости на

компоненте. Расејање и апсорпција светлости. (Р) 5. Доплеров ефекат у оптици. (П)

Демонстрациони огледи• Интерференција ласерске светлости на Фреснеловој бипризми.• Дифракција ласерске светлости на оштрој ивици, пукотини и нити.• Поларизација светлости помоћу поларизационих филтера.• Дисперзија беле светлости помоћу стаклене призме.

Лабораторијскe вежбe• Мерење таласне дужине дифракционом решетком.

IX Геометријска оптика1. Мерење брзине светлости. (Р) 2. Закони одбијања и преламања светлости. Тотална рефлексија. Преламање

светлости кроз призму и планпаралелну плочу. (П) 3. Сферна огледала. Једначина огледала. (П) 4. Сочива. Једначина сочива. (П) Недостаци сочива. (О)

Демонстрациони огледи• Закони геометријске оптике. Тотална рефлексија (магнетна табла).• Формирање ликова и одређивање жижне даљине огледала и сочива (магнетна

табла и оптичка клупа).

Лабораторијске вежбе• Одређивање индекса преламања планпаралелне плоче.• Одређивање жижне даљине сочива.

X Оптички инструменти1. Основни појмови (видни угао, увећање). Око. (Р) Лупа. Микроскоп. Телескоп. (П) Спектрални апарати. (Р)

8 9

Демонстрациони огледи• Принцип рада оптичких инструмената.

Лабораторијскe вежбe • Одређивање увећања микроскопа.

XI Фотометрија1. Објективне и субјективне фотометријске величине. Фотометри. (О)

Гимназије друштвено-језичког смера

I Магнетно поље 1. Магнетно поље струјног проводника. Магнетна индукција. Магнетни флукс. (П)2. Кретање наелектрисаних честица у магнетном пољу. Лоренцова сила. (П) Масени спектрометар. (Р) 3. Амперова сила. Узајамно деловање паралелних струјних проводника. (П)4. Магнетици (дијамагнетици, парамагнетици, феромагнетици). (Р)

Демонстрациони огледи• Ерстедов оглед.• Интеракција два паралелна струјна проводника.• Деловање магнетног поља на електронски сноп.• Деловање магнетног поља на рам са струјом.

II Електромагнетна индукција 1. Електромагнетна индукција. Фарадејев закон и Ленцово правило. Само-

индукција и узајамна индукција. (П)2. Енергија магнетног поља. (Р)

Демонстрациони огледи• Појава електромагнетне индукције и узајамне индукције.

III Наизменична струја 1. Генератор наизменичне струје. Струја, напон и отпорности у колу наизменичне

струје. (П) 2. Омов закон за коло наизменичне струје. (П) 3. Снага наизменичне струје. (П) 4. Трансформатор. Пренос електричне енергије на даљину. (Р)

Демонстрациони огледи• Својства активне и реактивне отпорности. • Демонстрациони трансформатор.

10

IV Хармонијске осцилације 1. Хармонијски осцилатор. Период, фреквенција, амплитуда. Енергија осцилатора.

Математичко клатно. (П)2. Пригушене и принудне осцилације. Резонанција. (Р)

Демонстрациони огледи• Осциловање тега на опрузи.• Maтематичко клатно. • Резонанција (спрегнута клатна).

V Механички таласи 1. Таласно кретање и параметри који га дефинишу. Врсте таласа. (Р) 2. Одбијање и преламање таласа. (Р) 3. Стојећи таласи. (Р)

Демонстрациони огледи• Врсте таласа (помоћу таласне машине). • Одбијање, преламање таласа (таласна када).

VI Акустика 1. Извори звука. Карактеристике звука. Инфразвук и ултразвук. (Р) 2. Доплеров ефекат. (П)

Демонстрациони огледи• Својства звучних извора. Звучна резонанција.

Лабораторијскe вежбe • Мерење брзине звука у ваздуху.

VII Електромагнетни таласи 1. Настанак и карактеристике електромагнетних таласа. Спектар. (Р)

VIII Оптика 1. Елементи геометријске оптике. Закони одбијања и преламања светлости.

Индекс преламања. Тотална рефлексија. (П) 2. Огледала. Сочива. (П)3. Око, лупа и микроскоп. (П)4. Интерференција, дифракција и дисперзија светлости. Поларизација светлости.

(Р)

Демонстрациони огледи• Закони геометријске оптике. Тотална рефлексија (магнетна табла).• Формирање ликова и одређивање жижне даљине огледала и сочива (магнетна

табла и оптичка клупа).• Принцип рада оптичких инструмената.

10 11

• Интерференција и дифракција светлости (помоћу ласера). • Поларизација светлости (поларизационим филтерима).• Разлагање беле светлости на спектар (стакленом призмом).

Лабораторијске вежбе • Мерење таласне дужине светлости дифракционом решетком.• Одређивање жижне даљине сочива.

Нивои савладавања садржаја програма физике

Први ниво: обавештеност (О)

Обавештеност као ниво образовно-васпитних захтева изискује да ученик може да се сети оног што је учио и да то репродукује: термине, специфичне чињенице, ме-тоде и поступке, опште појмове, принципе (законе) или теорије. Значи, од ученика се очекује да градиво које је учио познаје у смислу да: може да га искаже, исприча, опише, наведе и сл., тј. да може да га репродукује у битно неизмењеном облику.

Други ниво: разумевање (Р)

Разумевање као ниво образовно-васпитних захтева изискује да ученик буде оспособљен да градиво које је учио реорганизује, као и да одређене чињенице, пој-мове и принципе (законе) објасни, анализира, доведе у нове везе које нису биле непосредно дате у градиву. Разумевање као образовно-васпитни ниво укључује и претходни ниво – обавештеност. Уколико се овде градиво интерпретира, онда се то чини не у форми у којој је било претходно дато, већ у реорганизованом, на адеква-тан начин измењеном облику.

Трећи ниво: примена (П)

Примена као ниво образовно-васпитних захтева изискује да ученик буде оспо-собљен да одређене генерализације, принципе (законе), теорије или опште методе примењује у решавању проблема и задатака. Овде је реч о примени оног што се зна и разуме у решавању нових проблема (задатака), а не о његовом јединственом, репродуктивном коришћењу у појединим ситуацијама. Примена као највиши обра-зовно-васпитни ниво укључује у себе оба претходна нивоа – обавештеност и разу-мевање.

12

Додатна и допунска настава и слободне активности ученика

Додатни рад намењен је даровитим ученицима и треба да задовољи њихова ин-тересовања за физику. За то се организује један час недељно. У оквиру ове наставе могу се продубљивати и проширивати садржаји из редовне наставе, обрађивати нови садржаји, тежи задаци, сложенији експерименти од оних у редовној настави и сл. Ученици се слободно опредељују при избору садржаја програма. Зато је нужно сачинити индивидуалне програме рада са ученицима на основу њихових претход-них знања, интересовања и способности. Корисно је да наставник позове истакнуте стручњаке да у оквиру додатне наставе одрже популарна предавања, као и да омо-гући ученицима посете институтима.

Допунска настава се такође организује за један час недељно. Њу похађају уче-ници који у редовној настави нису били успешни. Циљ допунске наставе је да уче-ник, уз додатну помоћ наставника, стекне минимум основних знања из садржаја које предвиђа програм физике у гимназији. Овај минимум је неопходан за праћење наставе физике, што је и главни мотив за допунски рад са ученицима.

Слободне активности ученика који су посебно заинтересовани за физику могу се организовати кроз разне секције физичара.

12 13

14

2

14

Планирањем наставе обезбеђује ce равномерно прелажење и обрада цело-купног градива предвиђеног наставним програмом. Tреба имати у виду: прет- ходна знања ученика, њихове могућности, услове у којима живе и раде, локалне и специфичне услове рада школе и сл. Планирањем се, такође, обезбеђује система-тичност у раду, као и дидактички оправдан редослед обраде градива. Планирање служи наставницима и за благовремено припремање одређених наставних средста-ва чија примена и употреба могу утицати на ефикасност и квалитет наставе, као и на разумевање и усвајање појединих наставних садржаја.

Успешност планирања и остваривање предвиђених мера зависе од сагледавања бројних (често сложених) услова. То пре свега зависи од способности наставника да сагледају и анализирају начине наставног рада школе, али и појединих разреда и одељења као њених саставних делова и стручних служби. Важно је сагледати и услове у којима школа ради. Одлучујући значај у планирању представља процена квалитета знања ученика, рада наставника, иновативних поступака, школских и ваншколских активности, социјално-животне средине и специфичног састава уче-ника по разредима и одељењима.

Сем редовне наставе, планирају се и посебни облици наставе: допунска и додат-на настава и слободне активности. При томе је важно водити рачуна о узрасту уче-ника, предзнању, постављеним циљевима одређеног вида наставе, могућностима и мотивисаности ученика, техничкој опремљености школе за дате облике наставе, динамици реализације планираних садржаја итд.

Планови допунске наставе треба да буду у корелацији са месечним плановима рада наставника, као и са текућим наставним јединицама. План допунске наставе се заснива на могућностима и потребама ученика који у редовној настави нису аде- кватно савладали градиво предвиђено програмом физике. Основи циљ ове наставе је стицање базичних знања која ће ученицима омогућити успешнију надоградњу.

Планови додатне наставе треба да буду усмерени ка ученицима посебно заин-тересованим за физику. Додатна настава треба да тежи развијању индивидуалних могућности, способности и интересовања ученика, као и развијању њиховог само-поуздања и мотивације. И ови планови треба да буду у корелацији са глобалним плановима, а требало би да буду усклађени и са планом такмичења Друштва физи-чара Србије, будући да додатна настава подразумева и припрему даровитих учени-ка за такмичење.

Планови слободних активности треба да буду усклађени са текућим школским градивом, са интересовањима и могућностима ученика и потребама друштвене заједнице.

ПЛАНИРАЊЕ НАСТАВЕ

14 1514

2.1. РАЗЛИЧИТИ ПРИСТУПИ ПЛАНИРАЊУ НАСТАВЕ

Могуће је разликовати три основна приступа планирању наставе:• садржајно планирање, које полази до садржаја учења;• процесно-развојно планирање, у коме се највећа пажња поклања методама

учења;• циљно планирање, у коме се полази од циљева учења.

Садржајно планирање

Образовни процес у Србији раније је углавном почивао на садржајном приступу планирању наставе. Овај модел планирања заснован је на претпоставци да знање и културни развој детета настају као последица директног подучавања и зависе искљу-чиво од спољашњих чинилаца – наставних садржаја и наставника. У свим варијантама оваква (трансмисивна) настава почива на претпоставци да се знање може, у готовом и унапред припремљеном облику, непосредно преносити са наставника на ученика. У центру овакве наставе су садржај и наставник, а теорија наставе тражи одговоре на два за њу кључна питања: који садржаји су вредни учења и како наставник најуспеш-није може да пренесе ове садржаје. Учење је схваћено као представљање материјала који треба научити и подстицање (награђивање) тачних одговора ученика.

Наставни програм написан по овом моделу садржи листу тема (лекција) и го-вори о томе шта наставник на часу треба да обради. Циљеви често нису довољно операционализовани у програму. Дати су у форми универзалних, општих вреднос-ти, попут свестраног развоја, и више говоре о жељеном, него о реално могућем по-стигнућу ученика у школи. Неретко се дешава да у програму нису дефинисани ни исходи учења, па није сасвим јасно шта ће ученик на крају учења знати. Праћење и вредновање образовног процеса практично је сведено на праћење и вредновање реализације наставе (нпр. на то да ли је наставник испредавао све програмом пред-виђене лекције). Методе учења и принципи на којима учење треба да се заснива нису дефинисани у програму. Сматрају се делом опште дидактичко-методичке обу-ке наставника и препуштени су појединачној иницијативи и индивидуалном схва-тању наставе сваког од наставника.

Садржајни приступ препознаје се и у начину припремања наставника за рад у школи. У иницијалном оспособљавању наставника доминантно је његово стручно образовање (образовање за садржај). У школи наставник себе доживљава као пред-ставника струке и више се бави математиком, физиком, хемијом итд., а мање је педа-гог и мање се интересује за ученика и његов однос према дисциплини коју изучава.

Планирање образовног процеса са становишта садржаја има следеће каракте-ристике:

• Програм даје одговор на питање шта се учи. Садржи листу тема које наставник на часу треба да обради, док су циљеви учења уопштени и нису јасно истакнути.

• Када је реч о припремању наставе, наставник планира своју активност (преда-вање). Полази од конкретне теме из програма и планира начин на који најбоље може да је представи ученику.

16

• Активност наставника је на часу доминантна. Он предаје, показује, објашњава, систематизује тему о којој је реч. Са друге стране, ученик је мање-више пасиван прималац информација (слуша, памти, записује, понавља итд.).

• Сматра се да је наставник реализовао програм ако је предавао све теме које су њиме предвиђене. Шта су стварни исходи, тј. стварни резултати наставе, остаје углавном непознато.

• Наставник се, пре свега, сматра стручњаком у датој области. Његов задатак је предавање и тумачење садржаја програма, док је задатак ученика учење.

Процесно-развојно планирање

За процесно-развојни приступ основно питање није садржај, већ начин учења. Разлике између ова два приступа учењу производ су различитог схватања природе и порекла знања. У првом случају, сматра се да је знање резултат активности настав-ника, а у другом да је оно последица активности ученика. Први случај подразумева одвијање наставе у виду предавања, тј. представљања наставног градива ученику. У другом случају настава је одређена проблемским ситуацијама и реакцијама ученика на те проблеме и на основу тога ученик конструише сопствено знање. Учење је исто-времено и процес стицања знања, али и процес развијања способности за стицање знања (на шта се односи развојни приступ). Дакле, ученик стиче знање и овладава продуктивним техникама за самостално стицање знања. У оваквој поставци плани-рања наставе уочавају се основне идеје образовног конструктивизма. Корени теорије конструктивизма сежу до почетка прошлог века и налазе се у радовима Џона Дјуиа, Жана Пијажеа, Џерома Брунера и Лава Виготског.

Циљно планирање

За циљно планирање образовног процеса најважније питање је циљ учења у шко-ли. Циљ учења се временом мењао и у различитим периодима друштвеног развоја у школу се ишло из различитих разлога. Оспособљавање за рад, оспособљавање за живот у заједници, лични развој итд. представљају различите изразе тренутка у коме се неко школовао.

Циљни приступ као полазиште има специфичности актуелног тренутка и живо-та човека у реалном окружењу. У први план истичу се она знања, вештине и вред-ности које су неопходне за успешан лични, друштвени, али и професионални развој појединца. У том смислу је ово планирање окренуто ка развоју кључних компетен-ција код ученика.1 Компетенције су производ знања, вештина и вредности и није

1 Кључне компетенције представљају „минималан пакет” неопходан сваком појединцу за лични раз-вој, запослење и активно учешће у друштвеном животу заједнице. Савет Европе је идентификовао осам оваквих компетенција: језичка писменост – комуникација на матерњем језику, комуникација на страном језику, математичка писменост и основна знања из науке и технологије, дигитална пи- сменост, учење како се учи, интерперсонална и грађанска компетенција, предузетништво и смисао за иницијативу и културолошка експресија.

16 17

их могуће директно преносити, нити претежно зависе од предавања наставника. Компетенције настају у процесу учења и углавном зависе од активности учења (про-цесно-развојни приступ планирању наставе).

Ова препорука се препознаје кроз: померање нагласка са подучавања (онога шта ради наставник на часу) на учење (оно шта ради ученик на часу); промену положаја ученика у настави (од пасивне улоге у активну улогу); проширени репертоар метода учења (са нагласком на активним методама).

2.2. ПЕДАГОШКО ПОЗНАВАЊЕ НАСТАВНИХ САДРЖАЈА

Савременији приступи планирању наставе захтевају и одговарајућу педагошку обуку наставника, пре свега кроз њихово формално образовање. Наставници, сем што су стручњаци за своју област, треба да имају и одговарајуће дидактичко обра-зовање. У вези са тиме, године 1986. амерички психолог образовања Ли Шулман увео је појам педагошког познавања наставних садржаја – PCK.2 Другим речима, сем познавања концепата и закона физике, наставници треба да буду у стању да ство-ре одговарајуће окружење за учење у коме ученици лакше савладавају предвиђено градиво. Наставници треба да знају како функционише процес учења и памћења и како се са годинама развија људски мозак. Шулман је педагошко познавање на- ставних садржаја назвао посебним амалгамом који повезује садржаје градива фи-зике и педагогију. Шематски је то приказано на слици 2.1.

Познавање физике

Знање концепата,релација међу њима и метода истраживања –стицање нових знања у физици

Познавање педагогије

Знање о развоју мозга...о когнитивним наукама,о начинима учења,о управљању одељењем...

Педагошко познавање физике

Познавање програма,ученичких идеја,ефектних наставнихстратегија,метода оцењивања...

Слика 2.1 Структура педагошког познавања садржаја

Педагошко познавање наставних садржаја састоји се од више аспеката. Неки од њих, које наставници треба да развију током свог школовања и припреме за на-ставнички рад, приказани су у табели 2.1.

2 PCK је скраћеница од енглеског назива Pedagogical Content Knowledge. Такође се среће и сродан термин – наставничко познавање садржаја или на енглеском Teachers' Content Knowledge (TCK). PCK и TCK се сматрају компетенцијама наставника које на кључан начин утичу на напредак ученика у савладавању предвиђених наставних садржаја.

18

Табела 2.1. Аспекти педагошког познавања наставног садржаја

Аспекти PCK-а Веза са образовањем наставника

Усмереност ка настави физике Уважавање улоге ученичких идеја (претконцепција) у учењу, улоге решавања задатака, школских експеримената, мотивације ученика итд.

Познавање програма Познавање редоследа наставних тема који омогућава ученику да разуме нови концепт или вештине базиране на ономе што већ зна.

Познавање претходних ученичких знања и тешкоћа у вези са разумевањем кључних појмова у физици

Познавање ученичких идеја које претходе учењу и изградњи новог концепта. Познавање могућих тешкоћа са којима се ученик суочава при тумачењу појмова које среће у физици, а који се разликују од смисла истих појмова у свакодневној употреби.

Познавање инструкционих стратегија уз помоћ којих ученик на правилан начин конструише кључне појмове у физици

Познавање више метода или специфичних активности које помажу ученицима да уче успешније. Наставник је способан да изабере најефикасније стратегије и прилагоди их групи или појединцу.

Знање о томе шта и како треба вредновати

Знање о начинима вредновања концептуалног разумевања решавања проблема, знање о томе како ученицима може да се помогне у самовредновању.

При томе, треба имати у виду да постоје три битна захтева:1) Дубоко и суштинско познавање дате дисциплине је неопходан предуслов за

развој адекватног PCK-а. Уколико наставник није добро разумео све нијансе датог концепта, дубоке међусобне везе различитих концепата и начине на који се они конструишу унутар физике, стварање предуслова за трансфер и правилан тран- сфер одговарајућих знања ка ученицима је немогуће. То значи да је неопходно да будући наставник поседује макар „критичку” количину знања из физике.

2) Разумевање процеса учења је кључно за развој усмерености (у овом случају фи-зичара) ка настави, укључујући методе оцењивања, улоге ученичких идеја у учењу итд. Нпр. познавање природе комплексне активности мозга у процесу учења треба да има утицај на то како ће се наставник носити са ученичким мисконцепцијама.

3) PCK је у великој мери везан за одређену науку/предмет. То значи да наставник треба да развије PCK у оквиру сопственог предмета, што нарочито важи за приро-дне науке. Биологија, физика и географија немају потпуно исте методе учења – про-грами су одвојени, а, према томе, и инструкционе секвенце.

Правилна обука будућих наставника у напред наведеном смислу у великој мери олакшава адекватно планирање наставних активности у оквиру прописаног про-грама предмета.

18 19

2.3. ПЛАНИРАЊЕ НАСТАВЕ И ОБРАЗОВНИ СТАНДАРДИ

При планирању наставе мора се водити рачуна и о стандардима постигнућа. Обавеза је садржана у бројним прописима (закону и подзаконским актима):

• Правилник о стандардима квалитета рада установе (Сл. гласник РС, бр. 7/2011). У области 1 (Школски програм и годишњи план рада) налазе се сле-дећи искази:‒ 1.3.2. Годишњи планови наставних предмета садрже образовне стандарде.‒ 1.3.3. У годишњим плановима наставних предмета предвиђена је провера

остварености прописаних образовних стандарда или циљева учења настав- них предмета наведених у наставном програму.

• Закон о основама система образовања и васпитања (Сл. гласник РС, бр. 72/2009 и 52/11):‒ Чл. 76, тачка 4: Школски програм садржи „...начин остваривања принципа и

циљева образовања и стандарда постигнућа, начин и поступак остваривања прописаних наставних планова и програма...”.

• Правилник о општим стандардима постигнућа за крај општег средњег обра-зовања и средњег стручног образовања у делу општеобразовних предмета (Сл. гласник РС, бр. 117/2013).

• Стандарди компетенција за професију наставника и њихов професионални развој (2011):‒ Наставник треба да припрема програм рада тако да уважава стандарде по-

стигнућа, наставни план и програм и индивидуалне разлике ученика, а воде- ћи рачуна о садржајној и временској усклађености, да планира проверу оства-рености прописаних образовних стандарда и циљева учења наставног пред-мета.

Уз уважавање образовних стандарда, неопходно је спровести:• анализу стандарда и програма на нивоу стручних актива;• уочавање сличности и разлика, односно везе између стандарда и програма; • планирање на основу уочених сличности и разлика, очекиваних резултата у

одређеном разреду и контекста у коме се настава одвија.

Приликом планирања наставе, у односу на образовне стандарде, неопходно је имати у виду наставне активности, облике наставе и методе рада. При томе кључно питање је које од њих треба применити да би ученици остварили постигнућа опи-сана у стандардима.

Временска динамика је у великој мери одређена стандардима. Кључнa питања су:• Колико времена (и када) треба посветити појединим деловима наставног про-

грама како бисмо били сигурни да ће ученици остварити жељена постигнућа?• Узимајући у обзир стандарде, како направити најоптималнији распоред рада у

току године?

20

Годишњи план и стандарди

У годишњи план се могу на више начина унети подаци у вези са образовним стандардима:

• на постојећој листи стандарда наставник обележава/издваја стандарде чијем ће остваривању посветити посебну пажњу у одређеном разреду; наставник може да дода одређене напомене за остваривање ових стандарда;

• наставник може уписивати стандарде/шифре у образац за годишње планирање;• ако се неки стандарди односе на више тема/области у неком предмету, ова веза

се може уопштити и бележити на једном месту;• у годишњем плану рада наставници могу и на неки други начин да опишу или

представе стандарде које ће посебно остваривати у одређеном разреду.

Оперативни план и стандарди

Када се ради о оперативном плану рада, такође је потребно унети стандарде којима ће се актери наставног процеса највише бавити у том месецу на различите начине, на пример у напомени или поред назива наставних јединица.

Оцењивање ученика и стандарди

Када је реч о праћењу успеха ученика, треба имати у виду да се не може успоста-вити директна веза између нивоа образовних стандарда и висине оцене (на пример, основни ниво не одговара аутоматски оцени довољан (2)). Разлог је у томе што је оцењивање много комплекснији процес. Подразумева оцењивање других аспеката рада, контекст у коме се врши оцењивање, мотивацију и лични развој ученика и не сме се свести на сасвим линеарну везу између стандарда и оцене.

На основу свега изреченог може се рећи да припрема и планирање наставног рада обухвата четири аспекта:

• теоријски аспект – анализа програма предмета, односно анализа садржаја, циљева и исхода које треба остварити;

• организациони аспект – избор метода и облика рада, распоред наставних садр-жаја на часове;

• материјални аспект – припрема наставних средстава и помагала, припрема простора за реализацију наставе;

• административни аспект – обухвата прва три и представља израду писаних докумената – планова, који представљају синтезу укупне методичке припреме наставника.

Резултат припремања и планирања наставе су годишњи (глобални) планови, оперативни планови и планови/припреме наставних часова.

20 21

Годишњи план рада

У годишњем плану дефинишу се општи захтеви образовно-васпитног рада: на- ставне теме, односно области или целине са бројем часова; корелације; обавезе и задаци у оквиру наставних и ваннаставних облика педагошког рада (допунског и додатног рада, такмичења, слободних активности и др.); израде школских и до-маћих задатака; учешћа стручних служби у планирању и реализовању образовно-васпитног рада (педагога, психолога); сарадња са институцијама и службама ван школе, сарадња са родитељима и средином, праћење постигнућа ученика и слично. Годишњи план рада стога треба да садржи:

• образовно-васпитне циљеве предмета;• распоред наставних садржаја по типовима часова;• литературу за ученике и наставнике;• побројане наставне методе и облике рада;• наставна средства и материјалне услове;• писмене и остале задатке;• проверавање и оцењивање знања;• слободне активности ученика (ваннаставне активности);• корелацију;• остале активности наставника;• предлоге наставника за побољшање наставе и учења;• списак стандарда који се остварују.

Образовно-васпитни циљеви предмета одређени су правилником о програму датог предмета, али их наставник може допунити и конкретизовати. Распоред садр-жаја по часовима (табела 2.1.) захтева детаљно проучавање програма предмета. Узи-мајући у обзир укупни фонд часова дат наставним планом за конкретни предмет и значај поједине теме, односно наставне области или целине, свакој теми, наставној области или целини додељује се потребно време за реализацију, односно број часо-ва по свим типовима часова.

Табела 2.2. Део глобалног плана посвећен распореду тема по типовима часова

Редни број Наслов теме Тип часа Укупан број

часова

22

Оперативни план рада

Елементи који су у годишњем плану рада дати у општем облику, у оперативном плану рада конкретизују се и ближе одређују, како би програм постао применљив за наставну праксу. Наставне теме, области или целине наведене у годишњем плану рада разлажу се на наставне јединице. При томе се одређују садржаји преко којих ће се достићи постављени циљеви, за сваку од тема одређују се потребан број часова (за све типове часова), циљеви, наставне методе, облици рада, наставна средства, корелација. Преузимањем наставних тема, области или целина и броја часова за њих из годишњег плана рада успоставља се веза између годишњег и оперативног плана.

ОПЕРАТИВНИ ПЛАН РАДА НАСТАВНИКА ЗА ШКОЛСКУ _____ ГОД.

НАЗИВ ПРЕДМЕТА _________________ МЕСЕЦ ___________

Наставна тема

Р. бр. седмице

Р. бр. часа

НАЗИВ НАСТАВНЕ ЈЕДИНИЦЕ

Тип часа

Наставна метода

Наставна средства

Облик рада Стандарди Примедба

Припрема за час

Непосредна припрема наставника за рад подразумева израду писане припреме која представља дидактичко-методичко структурирање часа. Припрема настав-ника за рад на часу обухвата проучавање оперативних циљева у оквиру одређене наставне јединице, осмишљавање и планирање активности ученика кроз које ће достићи постављене циљеве и овладати потребним знањима, вештинама и компе-тенцијама. Поред елемената који се преузимају из оперативног плана (редни број часа, назив наставне јединице, циљеви, методе, облици рада, наставна средства), план наставног часа треба да садржи задатке (образовно-функционалне, васпитне), чијом реализацијом ће се остварити постављени циљеви. Само јасно, прецизно и једнозначно постављени задаци стварају претпоставку за остваривање циљева. У припремама треба да буде јасно назначено која знања и умења ученици треба да поседују на основном, средњем и напредном нивоу. Другим речима, приликом пи-сања припреме треба имати у виду стандарде предвиђене за дату наставну тему и онај њен део који се реализује у оквиру конкретног наставног часа. У наставку је дат могући изглед припреме за час.3

3 Примери детаљних планова и припрема наставе (аутори: Владан Младеновић и Марина Дороцки) доступни су у електронском облику и могу се преузети на страници: http://www.klett.rs/nastavni-materijali.

22 23

ПРИМЕР ПРИПРЕМЕ ЗА ЧАС

Предмет

Образовни профил

Разред и одељење Датум Ред. бр. часа

Наставна тема

Наставна јединица

ЦИЉ ЧАСА

ЗАДАЦИ ЧАСА

ОБРАЗОВНИ:усвајање знања, упознавање, разумевање, примена знања

ВАСПИТНИ:усвајање и развијање васпитних вредности (моралних, радних, естетских)

ФУНКЦИОНАЛНИ:развијање способности (интелектуалних, практичних, вербалних...)

ТИП ЧАСА ОБЛИК РАДА

НАСТАВНЕ МЕТОДЕ

НАСТАВНА СРЕДСТВА

МЕТОДЕ УЧЕЊА

МЕСТО РАДА

‒ уводни час‒ изучавање но-

вог градива‒ утврђивање

знања и сти-цање умења

‒ понављање и уопштавање

‒ проверавање и оцењивање

‒ комбинивани час

‒ фронтални‒ групни‒ рад у

паровимa‒ индивиду-

ални

‒ монолошка‒ дијалошка‒ метода рада на

тексту‒ метода демон-

страција и илустрација

‒ метода лабо-раторијских радова

‒ уџбеник, при-ручник, радна свеска

‒ школска табла‒ слике, модели,

колекције, филмови

‒ апарати, уређаји, инструменти...

‒ механичко учење

‒ смислено рецептивно учење

‒ учење решава- њем проблема

‒ учење открићем

‒ учење по моделу

‒ учионица‒ кабинет‒ лабора-

торија

24

ЛИТЕРАТУРА

Унутарпредметнаи међупредметна корелација

ТОК ЧАСА

Уводни део часа ( мин.) (у зависности од типа часа и избора наставне методе: питања за ученике, проблем за мисаоно ангажовање ученика...)

Централни део часа ( мин.)

Закључни део часа ( мин.) (обнављање обрађеног градива, евалуација часа)

Задатак за размишљање (домаћи задатак)

Скица табле

Напомена за корекцију будућег рада

Наставник

24 25

Контрола остварења плана

Контролу остварења плана наставе обављају: разредни старешина, стручна служба школе, директор и школска управа. Веома је битна суштинска провера у којој су мери ученици усвојили одговарајуће информације, вештине и навике и ко-лико су оне утицале на развој њихових сазнајних способности, ставова и убеђења.4 Треба истаћи и самоконтролу, коју спроводе наставници, проверавајући постигну-те резултате учења и упоређујући их са претходним планом.

Највећа вредност и значај самоконтроле огледају се у анализи обављеног рада, уочавањем пропуста и недостатака, тражењем средстава и могућности за побољша-вање облика, поступака, метода и организације наставе.

План се прави због ефикаснијег и рационалнијег наставног рада, његове опти-мализације, и представља неку врсту норми за наставнике. Њиме се регулише и усмерава рад наставника током одређеног временског периода и од њега не треба одступати ако за то нема стварних разлога. Међутим, одступања су неопходна, ако се анализом одређене ситуације могу пронаћи могућности целисходнијих, рацио-налнијих и ефикаснијих решења од оних која су била предвиђена планом.

Ваннаставне и ваншколске активности ученика, о чијем планирању је било речи на почетку овог поглавља, заокружен смисао добијају праћењем реализације. У ту сврху је боље користити одговарајуће обрасце које наставник може сам да направи, а могући изглед обрасца налази се у наставку.

ОБРАЗАЦ ЗА ПРАЋЕЊЕ ВАННАСТАВНИХ И ВАНШКОЛСКИХ АКТИВНОСТИ

ОДЕЉЕЊСКИ СТАРЕШИНА _________________________ШКОЛСКА ГОДИНА 20__/__

Р. бр. ИМЕ И ПРЕЗИМЕ УЧЕНИКА

ТИП АКТИВНОСТИ

(ВН/ВШ)

ВРСТА АКТИВНОСТИ

(ОПИС)

ПОСТИГНУТИ РЕЗУЛТАТИ

ВН – ваннаставна активност ВШ – ваншколска активност

4 Прави увид у успешност наставе неког предмета може се добити само систематским праћењем на-предовања ученика у наредним разредима средње школе и на каснијим студијама.

2626

3 КОРЕЛАЦИЈЕ НАСТАВНИХ САДРЖАЈА ФИЗИКЕ

3.1. КОРЕЛАЦИЈЕ И ЊИХОВ ЗНАЧАЈ

Корелације се помињу у више докумената који су релевантни за наставу. Тако Правилник о стандардима компетенција за професију наставника и њихов профе-сионални развој (Службени гласник РС – Просветни гласник, бр. 5/2011) препознаје компетенције за: наставну област, предмет и методику наставе; поучавање и учење; подршку развоју личности ученика, комуникацију и сарадњу. У оквиру компетен-ције за наставну област, предмет и методику наставе физике, у листи онога што на-ставник треба да зна записано је да треба да познаје одговарајућу област и наставни план и програм предмета који реализује, као и његову корелацију са другим обла- стима или предметима. У оквиру исте компетенције у вези са планирањем пише да треба да планира и програмира садржаје наставе водећи рачуна о корелацији, како хоризонталној, тако и вертикалној.

Реч корелација често се провлачи кроз упутства о методичкој реализацији на- ставног програма. Ипак, њено значење често остаје нејасно и неодређено. Тако се указивање на корелацију често само своди на навођење назива предмета између којих она постоји (корелација: физика – хемија, физика – математика, физикa – ли-ковна култура...). Из истог разлога наставници у плановима и припремама за часо-ве наводе само предметне одреднице.

Међутим, смисао корелативног објашњавања света око нас је много дубљи и заслу-жује више пажње. Релација (латински relatio) је однос, веза између одређених пред-мета; ко- као предметак у многим речима означава спајање, друштво. Корелација се стога дефинише као међусобни суоднос, узајамна зависност, повезаност у хармонич-ну целину. Једна од важнијих особина корелативности је структуралност. Структура означава „унутрашњи” принцип који се налази у основи нечега као неко невидљиво везиво које својим смислом држи на окупу разне аспекте посматране појаве.

Корелација у настави се односи на функционално повезивање и усклађивање наставних садржаја и различитих активности којe су сличне или се међусобно допуњују. Другим речима, познавање наставне материје једног предмета помаже и доприноси квалитетнијем усвајању наставних садржаја другог предмета. Добро осмишљене корелативне активности интегришу садржаје различитих области и подручја, при чему ученици стичу целовита, трајна и суштинска знања о неком феномену који се не посматра парцијално, кроз призму овог или оног предмета. На- ставне активности се прожимају, преплићу и допуњују, тако да се њиховом потпу-ном реализацијом остварују наставни циљеви две наставне области или више њих. На тај начин се стичу активна и трајна знања која су практично примењива у раз-ним областима.

26 2726

Међусобно прожимање знања постоји и унутар садржаја једног истог предмета. У том случају се обично говори о унутарпредметној корелацији. Уколико се ради о међусобном коришћењу, усаглашавању и повезивању знања различитих предмета, говори се о међупредметној повезаности или корелацији њихове наставе/њиховог садржаја. Добро осмишљена реализација овог концепта у васпитно-образовном раду омогућује да ученици формирају целовит систем знања. Тиме се стичу и спо-собности да се усвојено искуство примени у решавању сличних проблема. Могућ-ност да се неком наставном проблему приђе са разних страна доприноси бољем трансферу знања, али и подстиче и развија стваралачко мишљење и омогућује ква-литетније разумевање теоријских поставки и њихову практичну примену.

Такође, могуће је говорити и о корелацији наставних метода. На основу њихове класификације, односно њихових општих особина, може се извршити груписање метода у три основне категорије: вербално-текстуалне методе (метода усменог излагања, метода разговора, метода рада на тексту), демонстративно-илустративне методе (метода демонстрација и илустрација) и лабораторијско-експерименталне методе (метода лабораторијских радова). Овако груписане наставне методе у наста-ви физике представљају одређен методички систем који се примењује у корелацији са типом физичких наставних садржаја. Све методе су у систему корелације и свака је вредна онолико колико корелативних односа може да успостави са другим мето-дама у настави физике на конкретном часу (слика 3.1).

Слика 3.1. Корелација наставних метода

Међусобна „кореспонденција” метода ће превасходно зависити од врсте наставног садржаја и методичке обучености наставника. Наставник физике треба да развија те корелативне везе и да их умножава у наставној пракси. Осавремењивање система

Mетода усменог

излагања

Mетода рада на тексту

Mетода разговора

Mетода демонстрацијаи илустрација

Mетода лабораторијских

радова

28

наставних метода у настави физике се може постићи спровођењем различитих истра-живања која треба да резултују перманентним развојем тих корелација (повећањем њиховог броја и квалитета). На тај начин ће се истовремено постићи систематиза-ција, функционалност и рационализација васпитно-образовног процеса физике.

3.2. УНУТАРПРЕДМЕТНА И ВАНПРЕДМЕТНА КОРЕЛАЦИЈА НАСТАВНИХ САДРЖАЈА ФИЗИКЕ

Слично идеји повезивања наставних метода, значајно је повезивати и наставне садржаје предмета. Повезивање градива могуће је на више начина, како у различи-тим областима, тако и на различитим нивоима. На основу тога следи да се, у прин-ципу, могу разликовати:

• хоризонтална корелација; • вертикална корелација; • дијагонална корелација.

Хоризонтална корелација се односи на повезивање градива које се учи у оквиру истог предмета у истом разреду. Вертикална корелација се односи на повезивање делова градива истог предмета, али из различитих разреда. У литератури је нешто ређи термин дијагонална корелација, који се односи на повезивање са градивом ра- зличитих предмета из истог или из различитих разреда. Важна је и корелација гра-дива физике са ваншколским, животним искуством ученика. Корелација градива је уграђена у образовне стандарде за наставни предмет Физика.

Хоризонтална корелација

Хоризонталну корелацију наставних садржаја физике је релативно лако уочи-ти, јер су њени оквири постављени програмом самог предмета и уџбеником који је написан према њему. Наставник који реализује наставни програм је стручно оспо-собљен да може лако да уочи да ли је ова корелација направљена на прави начин и да је, по потреби, побољша и учини ефикаснијом. При томе је повезивање градива неопходно ради постизањa бољег квалитета наставног процеса и очекиваних исхо-да знања код ученика. У наставку су наведени неки од примера хоизонталне коре-лације.

• Магнетно поље струјног проводника – Амперова сила– Магнетици

• Магнетна индукција– Лоренцова сила– Енергија магнетног поља

• Лоренцова сила– Узајамно деловање два паралелна праволинијска струјна проводника– Деловање магнетног поља на проводни рам (принцип рада електричних

инструмената)

28 29

• Магнетни флукс– Електромагнетна индукција– Фарадејев закон и Ленцово правило– Самоиндукција и међусобна индукција

• Електромагнетна индукција– Генератор наизменичне струје– Трансформатор– Пренос електричне енергије на даљину

• Струја, напон и отпорност у колу наизменичне струје– Омов закон за коло наизменичне струје

• Пренос електричне енергије на даљину– Елементи радио-технике и телевизије

• Напони у RLC колу– Елементи радио-технике и телевизије

• Хармонијски осцилатор– Таласно кретање и величине које га карактеришу– Слагање осцилација– Електрично осцилаторно коло

• Слагање осцилација– Принудне осцилације; Резонанција

• Енергија осцилатора– Пригушене и принудне осцилације; Резонанција

• Резонанција– Стојећи таласи– Елементи радио-технике и телевизије

• Таласно кретање и параметри који га дефинишу– Карактеристике звука– Настанак и карактеристике електромагнетних таласа– Спектар

• Закони одбијања и преламања светлости; Индекс преламања– Огледала; Сочива– Око, лупа и микроскоп

• Настанак и карактеристике електромагнетних таласа– Интерференција, дифракција и дисперзија светлости– Поларизација светлости

Вертикална унутарпредметна корелација наставних садржаја

Вертикалне унутарпредметне корелације проистичу из саме структуре знања у оквиру физике као науке. Наводимо неке од појмова из програма физике у трећем разреду који су повезани са градивом физике у четвртом разреду.

• Кретање наелектрисаних честица у магнетном пољу; Лоренцова сила– Алфа, бета и гама распад– Детекција зрачења

30

– Акцелератори честица– Космичко зрачење– Класификација елементарних честица

• Настанак и карактеристике електромагнетних таласа; Спектар– Топлотно зрачење; Закони зрачења апсолутно црног тела – Комптонов ефекат– Дискретни спектар атома водоника– Молекулски спектри– Луминисценција; Квантни прелази: спонтана емисија, апсорпција и стимули-

сана емисија зрачења• Интерференција, дифракција и дисперзија светлости

– Дифракција електрона– Основни принцип рада ласера; Врсте ласера; Карактеристике ласерског зра-

чења– Примене ласера; Холографија

• Око, лупа и микроскоп– Електронски микроскоп

• Таласно кретање и параметри који га дефинишу; Врсте таласа– Таласне функције и сопствене енергије– Честично-таласни дуализам; Таласна својства честица

• Хармонијски осцилатор– Квантни линеарни хармонијски осцилатор

• Енергија осцилатора– Пролаз кроз потенцијалну баријеру

• Стојећи таласи– Физички смисао „боровских орбита”

• Мајкелсонов интерферометар• Релативистичка физика

Међупредметна корелација наставних садржаја

Ова врста корелације (на коју се иначе најчешће мисли када се говори о корела-цијама у настави) такође је у градиву трећег разреда веома заступљена.

Физика и хемија

С обзиром на градиво хемије које се изучава у трећем разреду, корелисаност са градивом физике није заступљена у великој мери. Међутим, област Оптика генерално је битна за хемију због фотометријских метода анализе. У табелама су приказани примери корелације са градивом хемије у трећем и четвртом разреду гимназије.

30 31

Табела 3.2.1. Примери корелисаности појмова који се обрађују у физици и хемији у трећем разреду гимназије

Физика Хемија

Преламање светлости кроз призму и планпаралелну плочу.

Узрок обојености супстанци. Појам боје и повезаност са хемијском структуром.

Хроматографске методе.

Спектар електромагнетних таласа.

Инфрацрвена (IС) спектроскопија, нуклеарна магнетна резонанција (NMR).

Магнетна индукција и јачина магнетног поља.

Одређивање специфичног наелектрисања честица, циклотрон.

Спектар електромагнетних таласа. Спектрални апарати.

Спектрохемијске методе анализе, пламена фотометрија.

Идентификација органских молекула на основу IС спектара и табличних података.

Aпсорпциона (UV/Vis) и инфрацрвена (IС) спектроскопија.

Лоренцова сила. Кретање наелектрисаних честица у магнетном и електричном пољу.

Масена спектрометрија.

Табела 3.2.2. Примери корелисаности појмова који се обрађују у физици у трећем, а у хемији у четвртом разреду гимназије

Физика Хемија

Дифракција светлости на пукотини.

Физичка и хемијска својства протеина.Поларизација таласа.

Дисперзија светлости.

Физика и биологија

Бројни су наставни садржаји физике који се срећу у програму биологије у трећем разреду. Стога се и у начину спровођења програма биологије истиче значај повези-вања са наставом физике. Међутим, у трећем разреду гимназије програм биологије се углавом базира на градиву физике претходних разреда (механика, механика флу-ида, кинетичка теорија гасова, термодинамика). Директна корелисаност постоји са градивом биологије четвртог разреда гимназије.

32

Табела 3.2.3. Примери корелисаности појмова који се обрађују у физици у трећем разреду гимназије, а у биологији у четвртом разреду гимназије

Физика Биологија

Објективне и субјективне фотометријске величине.

Климатски фактори (топлота, светлост, вода и влажност, ваздушни покрети), едафски фактори, хемизам средине, биотички фактори.

Еколошке основе просторног планирања и уређења простора.

Извори и карактеристике звука.

Бука.

Деловање буке на организам човека и заштитне мере против буке.

Вибрације.

Зрачење.

Лупа. Микроскоп.

Вежба: посматрање трајног микроскопског препарата бубрежног ткива.

Вежба: посматрање трајних микроскопских препарата крви.

Вежба: посматрање трајних микроскопских препарата нервног ткива.

Физика и географија

Корелисаност географије и физике у гимназији уочава се у преамбули програма географије. Циљ наставе географије у гимназији је стицање нових знања, вештина и ставова из области физичке и друштвене географије, а у низу задатака се, између осталог, каже да ученици треба да:

• упознају предмет и методе проучавања природно-географских и друштвено- -географских појава, процеса, објеката и законитости и њихово деловање на географску средину;

• препознају и функционално користе корелацију између географије и других природних и друштвених наука;

• стичу нова знања о законитостима развоја географске средине као резултату деловања природних и друштвених појава и процеса.

Табела 3.3.3. Примери корелисаности појмова који се обрађују у физици и географији у трећем разреду гимназије

Физика Географија

Пренос електричне енергије на даљину. Енергетика: значај енергетике; извори енергије; производња и потрошња електричне струје.Појава електромагнетне индукције.

Електромагнетна индукција и закон одржања енергије.

Тешка прерађивачка индустрија: металургија; метална индустрија; електроиндустрија; хемијска индустрија и индустрија грађевинског материјала.

32 33

Физика и музичка и ликовна култура

Не постоји директна корелација између градива физике и музичке и ликовне културе у оквиру садржаја који се изучавају из ова два предмета у трећем разреду. Међутим, очигледан је значај појмова који се проучавају у оквиру физике за наста-ву ова два предмета, а важи и обрнуто. Наставне теме Акустика и Оптика имају директну везу са музичком и ликовном уметношћу, а знања о бојама и формирању тонова помажу ученицима да примене знања стечена из физике.

Физика и математика

Имајући у виду да је математичка анализа5, једна од кључних области матема-тике, развијена управо због потребе решавања проблема у механици, јасно је да је повезаност математике и физике изузетно велика.

Табела 3.3.4. Примери корелисаности појмова који се обрађују у физици и математици у трећем разреду гимназије

Физика Математика

Рад са осцилоскопом (магнетни хистерезис).

Правоугли координатни систем у простору, пројекције вектора; координате вектора.

Лоренцова сила. Скаларни, векторски и мешовити производ вектора; детерминанте другог и трећег реда. Неке примене вектора.Амперова сила.

Кретање наелектрисаних честица у магнетном и електричном пољу.

Криве линије другог реда: кружница, елипса, хипербола, парабола (једначине; међусобни односи праве и кривих другог реда, услов додира, тангента; заједничка својства).

Математичко и физичко клатно.

Пригушене осцилације. Гранична вредност низа, својства. Број е.

Слагање осцилација. Примене вектора у геометрији, алгебри, тригонометрији и др.Поларизација таласа.

Механички хармонијски осцилатор и величине којима се описује његово кретање.

Координате на правој, Декартов координатни систем у равни.

Рачунски задаци из физике. Системи линеарних једначина, Гаусов поступак.

5 Њутн је имао одлучујући утицај на развој математичке анализе која му је била потребна да би на прави начин записао законе динамике и дошао до њихових решења.

34

Табела 3.3.5. Примери корелисаности појмова који се обрађују у физици у трећем разреду и математици у четвртом разреду гимназије

Физика Математика

Механички хармонијски осцилатор и величине којима се описује његово кретање.

Функције у природи и техници:оптерећење и савијање греде; силе трења; радиоактивни распад материје; спуштање падобраном; атмосферски притисак и мерење висине барометром; количина горива за ракету; хармонијске осцилације, клатно, пригушене осцилације; плима и осека; спектрална анализа.

Пригушене осцилације. Принудне осцилације, резонанција.

Математичко и физичко клатно.

Кретање наелектрисаних честица у магнетном и електричном пољу. Извод и примена извода.

Кретање наелектрисаних честица у магнетном и електричном пољу.

Диференцијалне једначине у физици, техници и др.Механички хармонијски осцилатор и

величине којима се описује његово кретање.

Математичко и физичко клатно.

Физика и астрономија

Табела 3.3.6. Примери корелисаности појмова који се обрађују у физици у трећем разреду и астрономији у четвртом разреду гимназије

Физика Астрономија

Закони геометријске оптике. Докази Земљине ротације и револуције.

Maтематичко клатно. Време (јединице, звездано, право и средње Сунчево време, светско, указно).

Доплеров ефекат у оптици. Спектар зрачења небеских тела.

Објективне и субјективне фотометријске величине. Фотометри.

Астрономске фотометријске јединице (привидне и апсолутне звездане величине) и њихова веза са физичким јединицима.

Дисперзија светлости (нормална и аномална). Разлагање беле светлости на компоненте. Расејање и апсорпција светлости.

Утицај Земљине атмосфере на примање зрачења небеских тела (апсорпција, дисперзија и рефракција).

Закони одбијања и преламања светлости. Индекс преламања. Рефрактори. Рефлектори.

34 35

Спектрални апарати. Пријемници зрачења.

Лупа. Микроскоп. Телескоп.Основне карактеристике телескопа (раздвојна моћ, сабирна моћ, увећање и монтажа телескопа).

Интерференција светлости. Јунгов оглед и други примери интeрференције.Мајкелсонов интерферометар.

Интерферометри.

Настајање и основне карактеристике електромагнетних таласа. Спектар електромагнетних таласа.

Радио-телескопи.

Реликтно зрачење.

Физика и рачунарство и информатика

Дигитална компетенција је једна од осам међупредметних компетенција које тре-ба да се развију код ученика током школовања. Она се не стиче из неког посебног предмета, већ је резултат учења целокупног школског градива. При томе, резултат повезивања градива два и више предмета није искључиво повезивање појединач-них знања, већ знање које треба да поседује сасвим нови и оригинални квалитет.

У низу циљева наставе рачунарства и информатике, са становишта физике, вре-ди издвојити најважније:

• овладавање коришћењем програма за обраду текста и табеларних података и креирање докумената у којима су интегрисани текст, слика и табела;

• упознавање принципа обраде цртежа и слика на рачунару и њихово прикази-вање коришћењем једног од графичких програма за ту намену;

• упознавање начина израде презентација и оспособљавање за израду једностав-нијих презентација;

• примена стечених знања и вештина у савладавању програма других наставних предмета;

• упознавање савремених ергономских решења која олакшавају употребу рачу-нара и изграђивање спремности за праћење нових решења у области информа-тичке технологије.

Циљеви наставе рачунарства, а поготову стицање одговарајуће међупредмет-не компетенције, биће квалитетније остварени уколико се сваки од њих веже за неку реалну примену. Физика нуди основу за тако нешто јер се у оквиру ње раде лабораторијске вежбе. Вежбе нуде добру базу за конкретну примену и заснивање знања рачунарства на два начина. Први је везан за могућу компјутеризацију лабо-раторијских вежби, чиме ученици могу видети веома реалну везу градива једног предмета у оквиру другог предмета. Други начин односи се на обраду резултата класично изведених лабораторијских вежби уз коришћење одговарајућих програм-ских пакета.

У ситуацијама када у школи не постоји могућност да се реализују школски експе- рименти, могуће је прибећи њиховим симулацијама коришћењем одговарајућих

36

веб-алата.6 Ученицима треба предочити и улогу истраживања у физици и развоја веб-а, који је настао из реалних потреба истраживача у Европској организацији за нуклеарно истраживање (ЦЕРН) за брзом и поузданом комуникацијом у циљу раз-мене научних информација.

Физика и филозофија

Филозофија је дуго била једина наука која је обухватала сва знања о природи, друштву и мишљењу. Процес одвајања природних наука од филозофије одиграо се у периоду од 15. до 18. века. Oсновни појмови физике – материја, кретање, простор, време – представљају и актуелне области филозофских проучавања.

Из тих разлога настава филозофије има чврсто упориште у садржајима физике. Према програму филозофије за гимназије, задаци наставе су и да ученици:

• познају методолошку структуру научног и филозофског истраживања и оспо-собе се за примену критичко-рационалних метода у решавању практичних и теоријских проблема;

• разумеју значај историјског контекста и развојне димензије у настанку фило-зофских схватања, као и узајамно преплитање културних и интелектуалних традиција у настанку научних теорија и духовних творевина западне културе.

Структура градива физике и начин упознавања ученика са њиме погодује оства-ривању ових циљева кроз високу међусобну корелисаност.

Табела 3.3.6. Примери корелисаности појмова који се обрађују у физици и филозофији

Физика Филозофија

Електромагнетни таласи. Појам научне хипотезе (врсте хипотеза).

Магнетно поље струјног проводника. Ерстедов оглед.

Појам и врсте научних чињеница; сведочанство и очигледност.

Херцови огледи. Фазе и структура научног истраживања.

Мајкелсонов интерферометар.

Фарадејев закон.

Појам научног закона; врсте закона.Омов закон за RLC коло.

Малусов и Брустеров закон.

Закони одбијања и преламања светлости.

Електромагнетизам као област. Научне теорије и системи.

Одређивање специфичног наелектрисања честица, циклотрон. Револуције у науци и раст научног

знања.Мајкелсонов интерферометар.

6 Један од најадекватнијих и најпопуларнијих сервера за ову намену је https://phet.colorado.edu/. На њему се могу наћи симулације за природно-математичке науке.

36 37

Физика и свакодневни живот

Корелација градива физике са ваншколским искуством је неопходна јер указује ученицима на смисао садржаја које уче и на њихову директну везу са свакоднев-ним животом. Мотивација за савладавање садржаја на тај начин расте, а на градиво физике се не гледа као на скуп непотребних чињеница.

Примери корелација:• Линије поља и магнетни флукс – особине магнета различитог облика (шипка,

потковица, цилиндар).• Стални магнети и електромагнети – подизање терета од метала, одвајање мета-

ла од других материјала.• Лоренцова сила – поларна светлост. Принцип функционисања акцелератора

наелектрисаних честица (ЛХЦ), заштита живог света на Земљи од сунчевог ветра и космичког зрачења.

• Магнетни момент атома, дијамагнетици и парамагнетици. Феромагнетици – понашање различитих материјала у присуству спољашњег магнетног поља;

• Деловање магнетног поља на електронски сноп – принцип рада уређаја са катодном цеви.

• Електромагнетна индукција и закон одржања енергије – кашњење сигнала паљења сијалице у односу на тренутак затварања електричног кола прекида-чем. Индукционе рингле. Трансформатори. Принцип функционисања електри-чне гитаре.

• Синусоидални напон и струја – струја у домаћинству и индустрији.• Снага наизменичне струје – обрачунавање потрошње електричне енергије у

домаћинству.• Појам о трофазној струји – потребе за трофазном струјом у домаћинству и

индустрији.• Математичко и физичко клатно – механички зидни часовници и принцип њи-

ховог рада.• Разлагање кретања на хармонике, спектар – висина и боја тона; тон и шум. Хар-

монијска анализа.• Енергија хармонијског осцилатора. Пригушене осцилације – зидни часовници

и дневне потребе за њиховим навијањем и „убацивањем” у систем потрошене енергије.

• Принудне осцилације – принцип функционисања ува.• Резонанција – резонаторске кутије (усна дупља, грудна шупљина, кутије

инструмената...). Оштећења изазвана појавом резонанције.• Електрично осцилаторно коло – осцилаторна кола у радио и телевизијским

апаратима и мобилним телефонима.• Врсте таласа – таласи на води, звучни таласи, земљотрес, електромагнетни

таласи.• Енергија и интензитет таласа – јачина звука.• Одбијање и преламање таласа – појаве на површини воде, одбијање светлосног

таласа о огледало, звучног таласа о препреке.• Прогресивни и стојећи таласи – таласи на води и конопцу.

38

• Доплеров ефекат – промена фреквенције звучних извора при кретању у односу на посматрача.

• Звучна резонанција – ломљење стаклене чаше звуком.• Резонанција ваздушног стуба у цеви – појава јеке у бунарима различите дубине.• Звук – штетно дејство звука, бука; заштита од буке у радној и животној средини.• Спектар електромагнетних таласа – светлост, радио-таласи, микроталаси,

рентген – принцип функционисања рентген апарата и микроталасних рерни.• Енергија и интензитет електромагнетних таласа – поређење ефеката осветљења

батеријском лампом, уличним светлом и дневним светлом.• Елементи радио-технике и телевизије – поређење конструкције телевизијских

апарата старије и новије генерације.• Дифракција светлости на пукотини – ефекти дифракције звука и светлости на

истим отворима или препрекама. Уочавање разлика.• Разлагање беле светлости на компоненте – разлагање на масним мрљама, ком-

пакт дисковима, мехурима сапунице, дуги.• Закони одбијања и преламања светлости:

– уочавање понашања светлости при наиласку на водену површину под разли-читим угловима, одбијање о огледало;

– сенка и полусенка, помрачење Сунца и Ме сеца;– ретровизори у аутомобилима, на улици, у продавницама.

• Тотална рефлексија: – оптичка влакна, фатаморгана;– бојење млазева воде услед тоталне рефлексије; светлуцање посебно брушених

украсних каменчића.• Лупа – пластичне флаше испуњене водом као сферна сочива.• Оптички инструменти – фото-апарати.

Физика и историја

Прва област која се изучава у историји за трећи разред гимназије је Европа и свет у другој половини 19. и почетком 20. века. С обзиром на то да је реч о пери-оду који су окарактерисала велика открића у елек тромагнетизму и електротехници, има много корелација с тим областима у физици. Наставна тема која се на то односи у програму историје има назив „Лепа епоха”: култура, наука, технолошки напре-дак, просвета.

Наставне јединице које се могу повезати са открићима из области физике која припадају градиву трећег разреда су:

• Први светски рат – Европа на путу ка рату (политика, привреда, наука, култура и образовање);

• Европа и свет између светских ратова – култура, наука и просвета; • Економски и културно-просветни развој југословенске државе (1918–1941);• Свет у савременом добу (распад Совјетског Савеза, нестанак Источног блока,

ЕУ, глобализација, научно-технолошка револуција).

38 39

Када је, рецимо, у питању развој Србије до Балканских ратова и Првог светског рата, реч је о периоду електрификације државе. Прве електричне хидроцентрале инсталиране су на прелазу 19. века у 20. век.7 Велику улогу у том процесу имао је и физичар Ђорђе Станојевић8. Други светски рат и период после њега обележен је развојем радарске и сонарне технике, које су базиране на електромагнетним и звуч-ним таласима.

У наставним садржајима историје за трећи разред помињу се и прилике по сле Великог рата (Први светски рат) и открића у науци која се делом везују за Албер-та Ајнштајна. Свет после Другог светског рата такође је окарактерисан великим открићима у физици, пре свега у области нуклеарне енергетике, тако да се може успоставити функционална веза историје с програмом физике.

7 Прва хидроелектрана у Србији почела је са радом 2. августа 1900. године на Ђетињи у Ужицу. Друга хидроцентрала пуштена је на реци Вучјанки у Вучју 1903. године. Следећа је била „Света Петка” на Нишави 1908. године, а потом „Гамзиград” на Црном Тимоку 1909. године. Све су и данас у функ-цији.

8 Ђорђе M. Станојевић (7. април 1858, Неготин–24. децембар 1921, Париз) био је српски физи-чар, професор Велике школе, професор и ректор Београдског универзитета. Више година је ра-дио на изучавању могућности изградње електричних централа у Србији, а нарочито могућности коришћења водних токова у ту сврху. Проучавао је хидроенергетске потенцијале река у Србији. Заслужан је за изградњу првих хидроелектрана у Србији: на Ђетињи, Вучјанки, Нишави, Пеку, Власини, Моравици и на Тимоку. Конструисао је и Београдску термоцентралу, а заслужан је и за прво демонстрирање радија 1908. године у Београду. Електропривреда Србије поводом свог дана, 6. октобра, додељује признање „Ђорђе Станојевић” за допринос у развоју српске електропривреде.

4040

4 ОПШТИ СТАНДАРДИ ПОСТИГНУЋА У ПРОГРАМУ ФИЗИКЕ У ТРЕЋЕМ РАЗРЕДУ ГИМНАЗИЈЕ

Образовни стандарди представљају квалитативан и квантитативан опис знања и умења која ученици треба да поседују на одређеном нивоу постигнућа и у одређеној фази образовања.9 Стандарди конкретизују и диференцирају ученичка постигнућа по нивоима (основни, средњи и напредни), а степен њихове остварености може се емпиријски проверавати.

Успостављање и унапређење стандарда јесте континуиран процес и у блиској је вези с положајем и улогом образовања у друштву. Стандарди су од значаја како наставницима, тако и ученицима и родитељима. Нaставницима пружају основу за одређивање ширине и дубине садржаја који ће се изучавати, као и метода и облика рада које ће примењивати како би њихово остваривање било што потпуније. У исто време, они су и основ за вредновање ученичког успеха и напредовања. Ученицима пружају јасну и конкретну слику о томе шта морају знати на крају сваке наставне теме и на крају сваког разреда, односно образовног циклуса, а родитељима праћење напредовања њиховог детета тиме што имају увид у врсту и ниво знања и вештина која њихова деца стичу у школи. Образовни стандарди односе се на све ученике. Међутим, у раду с децом с посебним потребама наставник треба да користи своје професионално искуство при доношењу одлуке које стандaрде може и треба да примени.

Значај стандарда огледа се и у развоју рада школе и боље комуникације између свих учесника у наставном процесу, као и у стручном усавршавању запослених у образовању. Аутори наставних програма, уџбеника и уџбеничких комплета физике руководе се, такође, и образовним стандардима како би наставни материјали били квалитетна подршка како наставницима, тако и ученицима.

Примена стандарда омогућава да планирање у области образовања буде што ква-литетније и ефикасније, а вредновање резултата поузданије и објективније. Тако се може доћи до података да ли тренутни систем образовања даје одговарајуће резул-тате. То истовремено помаже и да се одреде расположиви капацитети образовног система и уоче правци у којима би требало да се ради на његовом унапређењу.

Када је реч о средњој школи, на захтев Министарства просвете, науке и техно-лошког развоја, Завод за вредновање квалитета образовања и васпитања је током 2011. и 2012. године саставио документ Предлог стандарда постигнућа – образов-них стандарда за крај општег средњег образовања за предмете: српски језик и књи-жевност, математика, историја, географија, физика, биологија, хемија, енглески је-зик, немачки језик, руски језик и француски језик. Национални просветни савет 9 Образовни стандарди за крај обавезног образовања развијани су од 2005. до 2006. године у

оквиру пројекта Развој школства у Републици Србији – пројектна компонента Развој стандарда и вредновање. Национални просветни савет донео је 19. 5. 2009. године Одлуку о усвајању Образовних стандарда за крај обавезног образовања (број: 401-00-13/71/2009-06).

40 4140

Републике Србије усвојио је 2013. године документ под називом Општи стандарди постигнућа – образовни стандарди за крај општег средњег образовања и средњег стручног образовања у делу наведених општеобразовних предмета.10

Стандарди дефинишу компетенције у којима су описани све сложенији изазови на које би ученици требало да одговоре на одређеном нивоу. Документ којим су дефинисани стандарди садржи такође и исказе стандарда који дефинишу конкрет-на знања, вештине или ставове које ученици треба да стекну у одређеној области наставе, на одређеном нивоу стандарда.

Искази стандарда дефинисани су за сваку компетенцију на три нивоа – на основном, средњем и напредном.11 Сваки стандард (ниво) дефинише знања, вештине и ставове које ученици треба да поседују, као и с којим изазовима треба да се носе како би испунили тај стандард (ниво). Стандарди на три нивоа су кумулативни и уграђени један у други тако да уколико ученици испуњавају захтеве нпр. на напред-ном нивоу, то значи да испуњавају захтеве на сва три нивоа.

Основни стандард дефинише ниво постигнућа у одређеним компетенцијама (знање, вештине и ставови) које ученик треба да поседује како би активно и про-дуктивно учествовао у различитим областима живота (друштвеном, привред-ном, образовном, породичном, личном итд.).

Средњи стандард дефинише ниво постигнућа у одређеним компетенцијама (знање, вештине и ставови) које ученик треба да поседује како би могао да успешно настави са факултетским образовањем у различитим областима.

Напредни стандард дефинише ниво постигнућа у одређеним компетенцијама (знање, вештине и ставови) које ученик треба да поседује како би могао да успешно настави са факултетским образовањем у области за коју те компетенције пред–стављају нарочито важан услов.7

Сем општих предметних компетенција, Правилником су дефинисане и специ-фичне предметне компетенције. Такође су дефинисане и међупредметне компетен-ције које се заснивају на интегрисању различитих знања и вештина која се развијају у оквиру различитих предмета и на основу наставног програма.12

Општа предметна компетенција у оквиру предмета физика

Предвиђено је да на основном нивоу ученици:• објашњавају појаве и процесе на основу познавања физичких величина и зако-

нитости, решавају једноставне проблеме уочавајући узрочно-последичне везе, користећи експлицитно дате податке и мерења;

• наводе могућности примене закона физике у различитим људским делатно- стима: екологија, саобраћај, медицина, енергетика, економија и у свакодневним ситуацијама;

10 Правилник о општим стандардима постигнућа за крај општег средњег образовања и средњег стручног образовања у делу општеобразовних предмета, Сл. гласник РС, бр. 117/2013.

11 Исказе стандарда формулисала је радна група састављена од наставника који предају у гимназијама и средњим школама и на факултетима и различитих стручњака који се баве образовањем или одређеном научном дисциплином.

12 Међупредметне компетенције дефинисане су само на основном нивоу.

42

• користе стечена знања и вештине из физике у пракси и свакодневном животу за: поштовање правила безопасног кретања транспортних средстава и пешака, безбедно и правилно коришћење електричних уређаја.

На средњем нивоу ученици: • објашњавају и решавају сложеније физичке проблеме, издвајајући битне подат-

ке који се односе за дати проблем, успостављајући везе међу њима и користећи одговарајуће законе и математичке релације;

• знање из физике користе при решавању и тумачењу проблема у другим обла- стима науке, технологије и друштва;

• имају одговоран однос према очувању природних ресурса и еколошке равно-теже.

На напредном нивоу ученици:• поседују научна знања из физике која им омогућавају решавање сложених фи-

зичких проблема и рачунских задатака, извођење експеримената и доношење закључака на основу познатих модела и теорија;

• имају развијене истраживачке способности и могу да предвиђају ток и исход физичких процеса и експеримената повезујући знања и објашњења;

• користе научну аргументацију и критички анализирају добијене резултате; • знају да се до решења проблема може доћи на више начина и бирају најбоље у

односу на дефинисане услове.

Општи стандарди постигнућа – образовни стандарди за крај општег средњег образовања за предмет Физика – садржe стандарде постигнућа за области:

1. Механика; 2. Топлотна физика; 3. Електромагнетизам; 4. Оптика; 5. Структура материје; 6. Астрономија.

У оквиру сваке области описани су захтеви на три нивоа. Искази стандарда за предмет Физика су означени симболом 2.ФИ., који прате три броја.13 Та три броја представљају редом: ниво стандарда, област и редни број стандарда у оквиру области. Тако, на пример, стандард 2.ФИ.2.2.1. односи се на други ниво (средњи) у области два (Tоплотна физикa), и представља први стандард.

Програм трећег разреда гимназије односи се на три области: на механику, елек-тромагнетизам и оптику.

13 Стандарди за крај обавезног образовања у шифри стандарда имају само слова ФИ. Бројка 2 у стан-дардима за средњу школу разликује припадајуће стандарде од стандарда за крај обавезног образо-вања.

42 43

Специфична предметна компетенција за област Механика

Основни ниво: ученик користи појам механичке енергије и закон одржања енер-гије за описивање кретања.

Средњи ниво: ученик описује и објашњава осцилаторно и таласно кретање

користећи одговарајуће физичке величине.

Напредни ниво: ученик описује и објашњава сложена кретања и појаве. Кори- стећи применљиве законе одржања, ученик бира најједноставнији начин решавања проблема у односу на задате услове.

Специфична предметна компетенција за област Електромагнетизам

На основном нивоу ученик:• разуме основне појмове који се односе на електричне и магнетне појаве, својства

електростатичке силе, електричне струје, електричног напона и отпора, елек-тричног и магнетног поља и интеракције у њима;

• примењује знање на једноставне проблемске ситуације; • препознаје значај и ограничења технологије засноване на коришћењу електри-

чне струје и електромагнетних појава; • зна предности и недостатке наизменичне струје у односу на једносмерну струју,

као и начине уштеде електричне енергије у конкретним ситуацијама.

На средњем нивоу ученик:• разуме појмове, својства, принципе и законе у вези са електричним и магнет-

ним пољем и зна које интеракције постоје у њима;• зна на основу електричних и магнетних својстава материјала да одреди њихову

употребну вредност; • решава типичне проблеме везане за рад електричних кола, изводи експерименте

и врши мерења; • зна како мерења физичких величина и контрола процеса у разним истражива-

чким областима могу да се сведу на мерење и контролу електричних и магнет-них ефеката.

На напредном нивоу ученик:• користи и примењује знање и научне методе при препознавању електричних и

магнетних појава; • решава проблеме и експерименталне задатке; • формулише научна објашњења појава и изводи на чињеницама засноване

закључке;

44

• објашњава електромагнетне појаве на којима се заснива модерна технологија; • процењује могућности употребе сложенијих својстава електричне струје, елек-

тромагнетних појава и материјала са електричним или магнетним својствима за нова техничка решења и нове технологије.14

Специфична предметна компетенција за област Оптика

На основном нивоу ученик је оспособљен да користи основне особине светло- сти за објашњавање свакодневних појава из линеарне оптике и њене примене.

На средњем нивоу ученик користи својства разних извора и детектора светло- сти, као и оптичких елемената за решавање проблема простирања светлости и примену светлости за посматрање, мерење, контролу и управљање у разним обла- стима науке, технике и медицине.

На напредном нивоу ученик показује разумевање сложенијих својстава светло- сти која доводе до појава преламања, поларизације, интерференције и дифракције. Познаје могуће примене ових појава у науци, техници и медицини.

4.1. ИСКАЗИ ОБРАЗОВНИХ СТАНДАРДА

Искази образовних стандарда за област Механика који припадају трећем разреду

Основни ниво

У оквиру стандарда основног нивоа, од физичких величина обухваћене су период и учестаност осциловања.

Ученик/ученица: 2.ФИ.1.1.1. Описује и објашњава физичке појаве: механичко осциловање и

механичке таласе. 2.ФИ.1.1.6. Познаје услове за настајање звука и зна да наведе његова основна

својства као механичког таласа.15

14 Стандарди који нумерички недостају у овом списку (2.ФИ.1.1.6. и 2.ФИ.1.1.7.) односе се на звук и флуиде који се налазе у градиву наредних разреда гимназије.

15 Стандарди који нумерички недостају у овом списку (од 2.ФИ.1.1.2. до 2.ФИ.1.1.5.) односе се на лекције из области Механика које садржајно у највећој мери припадају првом разреду. Ово објаш- њење односи се и на област Електромагнетизам, јер се неки делови изучавају у другом разреду, па тако нису садржани у стандардима који су приказани у овом приручнику.

44 45

Средњи ниво

У оквиру стандарда средњег нивоа, поред већ наведеног, обухваћени су:• појмови и појаве: резонанција;• физички закони и једначина: Хуков закон еластичности;• експерименти и огледи: одређивање периода осциловања, фреквенције и

брзине звука.

Ученик/ученица: 2.ФИ.2.1.1. Описује и објашњава хармонијске пригушене осцилације.2.ФИ.2.1.4. Познаје основне величине којима се описују механички таласи; ко-

ристи везе између ових величина за објашњење појава код таласа; објашњава својства звука.

2.ФИ.2.1.5. Користи уређаје и мерне инструменте за мерење брзине звука у ваз-духу; уме да представи резултате мерења таблично и графички и на основу тога дође до емпиријске зависности, на пример периода осци-ловања математичког клатна од његове дужине или периода осцило-вања тега на опрузи од масе тега.

Напредни ниво

У оквиру стандарда напредног нивоа, поред већ наведеног у основном и средњем нивоу, обухваћени су:

• појмови и појаве: амортизоване осцилације и резонанција; • физички закони и једначине: Доплеров ефекат; • експерименти и огледи: одређивање периода осциловања, фреквенције и

брзине звука.

Ученик/ученица: 2.ФИ.3.1.3. Објашњава појаве везане за принудне осцилације; пригушене осци-

лације, Доплеров ефекат и слагање таласа; зна да решава сложене задатке о осцилацијама и таласима.

2.ФИ.3.1.4. Описује и објашњава физичке појаве: пренос механичких таласа кроз течности и гасове, механичка осциловања и таласи; користи уређаје и мерне инструменте за одређивање физичких величина, на пример фреквенције осциловања звучне виљушке.

2.ФИ.3.1.5. Представља резултате мерења таблично и графички и на основу тога долази до емпиријске зависности: периода осциловања физи- чког клатна од његове редуковане дужине, амплитуде амортизованог осциловања тега на опрузи од времена.

46

Искази образовних стандарда за област Електромагнетизам који припадају трећем разреду

Основни ниво

Ова област обухвата:• појмове: магнетно поље, магнетне линије силе, стални магнети, компас, наиз-

менична струја, електромагнетни талас; • физичке величине: магнетна индукција, магнетни флукс, Лоренцова сила, Ам-

перова сила, индукована ЕМС, ефективне вредности наизменичног напона и струје, отпорности у колу једносмерне и наизменичне струје;

• физичке законе: Фарадејев закон електромагнетне индукције, Ленцово правило; • експерименте и огледе: међусобно деловање магнета, узајамно деловање два

паралелна праволинијска струјна проводника, примери електромагнетне индукције, мерење физичких величина и представљање резултата мерења таб-лично и графички у јединицама SI (на пример ефективних вредности наизме-ничне струје и напона).

У овој области ученик/ученица:2.ФИ.1.3.1. Описује и објашњава физичке појаве: кретање наелектрисаних

честица у електричном и магнетном пољу, магнетну интеракцију наелектрисања у кретању, узајамно деловање два паралелна право-линијска струјна проводника, појаву електромагнетне индукције, принцип рада генератора наизменичне струје.

2.ФИ.1.3.3. Познаје релације и физичке величине које описују деловање магнет-ног поља на наелектрисане честице и проводник са струјом (Лорен-цова и Амперова сила).

2.ФИ.1.3.4. Разликује отпорности у колу једносмерне и наизменичне струје (тер-могена отпорност, капацитивна и индуктивна отпорност).

2.ФИ.1.3.5. Уме да објасни појаву електромагнетне индукције и зна Фарадејев закон.

2.ФИ.1.3.6. Наводи примере практичне примене знања из физике о електричним и магнетним појавама и решава једноставне проблеме и задатке ко-ристећи и примењујући у пракси Кулонов, Омов и Џул–Ленцов закон.

Средњи ниво

Обухвата, поред већ наведеног на основном нивоу, следеће: • појмове: импеданса, трофазна струја, спектар електромагнетних таласа,

активна снага наизменичне струје, магнетно поље Земље; • физичке величине: електромоторна сила самоиндукције и међусобне индукције; • физичке законе: Омов закон за серијско RLC коло; • експерименте и огледе: одређивање индиректно мерених физичких величи-

на, на пример индуктивне отпорности завојнице, капацитивне отпорности кондензатора..., карактеристика RLC кола, мерење магнетне индукције и магнет-ног флукса, одређивање хоризонталне компоненте Земљиног магнетног поља.

46 47

У овој области ученик/ученица:2.ФИ.2.3.1. Објашњава физичке појаве: појаву индуковане EMS у различитим

случајевима, самоиндукцију и међусобну индукцију, настајање, основне карактеристике и спектар електромагнетних таласа, својства магнетног поља Земље.

2.ФИ.2.3.4. Зна отпорности у колу наизменичне струје и разлику између њих; примењује Омов закон за серијско RLC коло и уме да изрази активну снагу преко ефективних вредности наизменичне струје и напона.

2.ФИ.2.3.5. Решава проблеме и задатке примењујући законе електродинамике и магнетизма; користи уређаје и мерне инструменте и на основу ана-лизе добијених резултата долази до емпиријске зависности између физичких величина.

Напредни ниво

Обухвата, поред већ наведеног на основном и средњем нивоу, следеће: • појмове: дијамагнетици, парамагнетици и феромагнетици, магнетни хисте-

резис, енергија магнетног поља, трансформатор, притисак електромагнетних таласа;

• физичке величине: магнетни момент струјне контуре, магнетни момент атома; • експерименте и огледе: одређивање карактеристика трансформатора, Херцови

огледи.

У овој области ученик/ученица:2.ФИ.3.3.1. Објашњава физичке појаве: различито понашање дијамагнетика, пара-

магнетика и феромагнетика у спољашњем магнетном пољу и на основу тога наводи примере практичне примене феромагнетика, маг-нетни хистерезис, принцип рада генератора наизменичне струје за-снован на Фарадејевом закону електромагнетне индукције, принцип рада Теслиног трансформатора, притисак електромагнетних таласа.

2.ФИ.3.3.3. Разуме појам енергије магнетног поља и израчунава, на основу познатих релација, магнетну енергију у соленоиду.

2.ФИ.3.3.4. Повезујући знања о макропојавама у области магнетизма са честич-ном структуром, односно атомом, разуме микропојаве, на пример на основу познавања магнетног момента струјне контуре разуме маг-нетни момент атома и његову везу са орбиталним моментом.

2.ФИ.3.3.5. Решава сложеније проблеме, рачунске и експерименталне задатке и формулише научна објашњења појава примењујући законе електро-динамике и магнетизма и истраживачки приступ, не само у оквиру наставног предмета већ их препознаје и решава и у пракси и свако-дневном животу. На пример, осмишљава начин решавања пробле-ма у струјним колима са R, L и C елементима, експериментално их одређује и тумачи добијене резултате; разуме физичке процесе и релације у вези са осцилаторним LC колом.

48

Искази образовних стандарда за област Оптика који припадају трећем разреду

Основни ниво

Ова област обухвата следеће:• појмове и појаве: светлост као електромагнетни талас, спектар електромагнет-

них таласа, основни појмови геометријске оптике; • физичке величине: брзина светлости, таласна дужина и фреквенција свет-

лости, индекс преламања светлости; • физичке законе: закон преламања светлости, закон одбијања светлости; • експерименте и огледе: одређивање жижне даљине сабирног сочива.

У овој области ученик/ученица:2.ФИ.1.4.1. Разуме природу светлости и њена основна својства (електромагнет-

на природа, видљиви део спектра, таласна дужина, фреквенција и брзина); уме да наброји и опише физичке појаве везане за таласну природу светлости.

2.ФИ.1.4.2. Описује и објашњава спектар електромагнетних таласа у видљивом делу и боје предмета.

2.ФИ.1.4.3. Познаје основне законе геометријске оптике: праволинијско про- стирање светлости, закон одбијања и преламања светлости и индекс преламања; тотална рефлексија и привидна дебљина и дубина; веза између оптичке „густине” и индекса преламања.

2.ФИ.1.4.4. Познаје основна својства огледала и сочива и објашњава формирање лика; разуме принцип рада лупе, зна шта је увећање, оптичка јачина оптичког елемента. Зна шта су главна оптичка оса и карактеристи-чне тачке сферних огледала и сочива и уме да нацрта лик предмета.

Средњи ниво

Обухвата, поред већ наведеног на основном нивоу, следеће: • појмове и појаве: видни угао, увећање оптичког инструмента, тотална рефлек-

сија, светловод, таласни фронт, интерференција, дифракција, поларизација и дисперзија светлости, анизотропија, монохроматичност, кохерентност таласа, полихроматичност светлости;

• физичке законе: Хајгенсов принцип, Снелијус–Декартов закон; • експерименте и огледе: одређивање фреквенције и таласне дужине светлости.

У овој области ученик/ученица:2.ФИ.2.4.1. Разуме и описује појаве таласне оптике (дифракцију и интерферен-

цију, дисперзију, поларизацију, спектар). 2.ФИ.2.4.2. Зна Снелијус–Декартов закон, као и апсолутни и релативни индекс

преламања.

48 49

2.ФИ.2.4.3. Користи једначине сочива и огледала за објашњење и примену оптичких система (лупа, микроскоп, телескоп, спектроскоп).

2.ФИ.2.4.4. Уме да објасни недостатке (аберације) сочива и разуме основни начин исправљања далековидости и кратковидости људског ока.

2.ФИ.2.4.5. Разликује реалне ликове од имагинарних ликова; уме да објасни пре-ламање светлости кроз планпаралелну плочу и призму.

4.2. ОСВРТ НА МЕЂУПРЕДМЕТНЕ КОМПЕТЕНЦИЈЕ ЗА КРАЈ СРЕДЊЕГ ОБРАЗОВАЊА

Наставним програмима општеобразовних предмета у Србији, на свим нивои-ма, раније су, поред садржаја, били дефинисани образовни циљеви за појединачне наставне предмете. Координисан и симултан рад две дисциплине или више ди- сциплина при обради једне теме је препознат као међупредметна корелација. Са- ставни део Правилника о општим стандардима постигнућа за крај општег средњег образовања и средњег стручног образовања у делу општих предмета су тзв. међу-предметне компетенције. У оквиру њих дефинисане су нове области, релевантне за лични, професионални и социјални развој и функционисање појединца, у којима се компетентност стиче флексибилним и динамичним интегрисањем и применом предметних знања.

Разлози за дефинисање међупредметних компетенција су: утицај нових техноло-гија, интернета и медија на учење, природу послова и приватни живот појединца; растућа социјална мобилност и растућа конкурентност на тржишту рада. Једностав-ним речником речено – знања која се данас нуде ученицима из појединих предмета након завршетка школовања можда неће бити релевантна и довољна за посао који ће они обављати. Разлог за то је невероватно брз напредак наука и технологија који ка-рактерише последње деценије. Стога, након завршетка школовања, сем компетенција из појединих области, ученици морају да имају и много шире компетенције које ће им помоћи да се прилагоде новом и делимично непознатом окружењу. Идентификовање широко дефинисаних кључних компетенција и реформисање школских програма у складу с њима започето је 2006. године, када је Европска унија усвојила Европски оквир кључних компетенција за целоживотно учење (European Reference Framework of Key Competences for Lifelong Learning). Знања, вештине и ставови који су у овом до-кументу препознати као кључни са становишта развоја појединца кључни су и за ра- звијање иновативности, продуктивности, а тиме и конкурентности сваког друштва.

Оријентација образовног процеса ка међупредметним компетенцијама не значи увођење нових предмета нити додатних часова тематски посвећених одређеној ком-петенцији. Основна промена коју доноси оријентација ка општим и међупредмет-ним компетенцијама и компетенцијама уопште огледа се у динамичнијем и ангажо-ванијем комбиновању знања, вештина и ставова релевантних за различите реалне контексте који захтевају њихову функционалну примену. То се постиже сарадњом и координацијом активности више наставника, односно предмета, и иновирањем начина рада на часу.

5050

У складу са карактеристикама образовног система у Србији и контекстом у којем он функционише, издвојене су следеће опште и међупредметне компетенције као најре-левантније за адекватну припрему ученика за активну партиципацију у друштву:

• компетенција за целоживотно учење; • комуникација; • рад с подацима и информацијама; • дигитална компетенција; • решавање проблема; • сарадња; • одговорно учешће у демократском друштву;• одговоран однос према здрављу;• одговоран однос према околини;• естетичка компетенција;• предузимљивост и оријентација ка предузетништву.16

Међупредметне компетенције и улога физике у њиховом остваривању

Прописани програм физике и његова правилна реализација позитивно утичу на развој свих међупредметних компетенција.

Компетенције на чије остваривање учење физике директно утиче су: рад с по-дацима и информацијама, дигитална компетенција, решавање проблема и одгово-ран однос према околини. При томе је узето у обзир да се настава физике оства-рује у пуном капацитету. Под тиме се мисли да се предвиђени програм остварује у потпуности кроз извођење школских огледа који обухватају демонстрационе екс-перименте, лабораторијске вежбе и одговарајуће домаће експерименталне задатке. Такође, подразумева се употреба рачунара на адекватан и сврсисходан начин.

Рад с подацима и информацијама, укључујући табеларни и графички приказ резултата мерења, неодвојив је од сређивања резултата мерења у физичком експе-рименту. Дигитална компетенција се остварује у разним аспектима учења физике, од рада на задату тему (израда семинарских радова и прикупљање одговарајућих података са интернета), преко коришћења рачунара за контролу експеримената до симулације експеримената и обраде њихових резултата преко рачунара. Знања и умења се најбоље стичу на примерима, а реализација конкретних ученичких проје-ката и израда лабораторијских вежби прописаних програмом су врло конкретан пример у чијем се контексту и дигитална компетенција подиже на виши ниво.

Уколико се настава физике организује на проблемски начин или кроз IBSE приступ, решавање проблема постаје стандардан приступ реалним ситуацијама. Одговоран однос према околини је такође нешто што је садржано у програму физи-ке и присутно у разним њеним областима.

Учење физике, међутим, подиже на виши ниво и остале међупредметне компе-тенције: за целоживотно учење, комуникацију (групни рад је уобичајен приликом израде лабораторијских вежби), сарадњу, однос према здрављу итд. 16 Списак међупредметних компетенција преузет је из Правилника о општим стандардима постигнућа

за крај општег средњег образовања и средњег стручног образовања у делу општеобразовних предмета.

ТЕСТОВИ ЗА ПРОВЕРУ ЗНАЊА5Тест представља мерни инструмент којим се на поуздан и објективан начин

утврђује у којој мери су испитаници усвојили одређена знања, вештине и ставове. Тестови се углавном састоје од низа питања на која испитаници одговарају или низа проблема које треба да реше. Постоје тестови знања, тестови способности, тестови личности, тестови интелигенције итд., а за наставу физике најзначајнији су тестови знања и њима ће бити посвећена највећа пажња у даљем тексту.

Тестовима знања проверава се у којој мери је ученик усвојио одговарајуће појмо-ве, концепте и начин размишљања, те у којој је мери разумео одговарајућу област физике. Основне предности употребе тестова у провери знања јесу њихова еконо-мичност и објективност. Наиме, тестовима се врши истовремена провера знања свих ученика у одељењу, и то истим тестом или еквивалентним тестовима (када има више група) и под истим условима. Такође, приликом прегледања тестова, на-ставник користи унапред припремљен кључ за бодовање одговора, па то смањује субјективност приликом оцењивања.

Најбитније функције тестова знања у настави су:• контролна функција – тестови утврђују у којој мери су ученици остварили

циљеве прописане наставним програмом;• инструктивна функција – тестови својим садржајем ученицима показују који

су најбитнији делови градива. На тај начин, они развијају ученичку способ-ност за уочавање најбитнијих информација и њихово организовање приликом будућег учења.

Такође, тестови знања имају контролну и инструктивну функцију и за саме наставнике. На основу резултата тестова наставници могу да процене колико су својим методама допринели успешности ученика и на који начин могу унапредити наставу.

Метријска карактеристика тестова

Да би закључци који се доносе на основу података прикупљених тестом знања били оправдани, и сам тест мора да испуњава одређене захтеве. Ти захтеви су:

1. Валидност. Тест мора да мери оно чему је намењен. Садржај теста треба да буде адекватан његовој намени, довољно опширан и репрезентативан и представ- љен на одговарајући начин (јасно, прегледно, читко...).

2. Објективност. Тест треба да буде конструисан на такав начин да што више смањи утицај субјективних карактеристика ученика у оним областима које нису предмет тестирања, као и субјективних карактеристика наставника који врши оцењивање.

5150

3. Поузданост. Тест треба да што тачније мери оно за шта је намењен. Другим речима, ако ученик А поседује више знања од ученика Б, онда би његов резултат на тесту требало да буде бољи од резултата ученика Б. Такође, поновна примена теста, након мање или више времена, требало би да да исте или сличне резултате.

4. Осетљивост. Већ је поменуто да се резултати на тесту два ученика различи-тог знања морају разликовати. Осетљивост означава колико малу разлику знања је могуће измерити одређеним тестом. Што је тест осетљивији, то даје већи број различитих резултата.

Врсте тестова по облику

Зависно од тога у ком облику се од ученика захтевају одговори, питања у тесто-вима се деле на питања затвореног и отвореног типа.

У питањима затвореног типа ученик бира један одговор од унапред понуђених одговора или одговоре уређује или повезује на одговарајући начин. Таква питања могу бити:

• питања двочланог избора, где ученик одговара са да или не, односно одговара да ли је нека тврдња тачна или нетачна;

• питања вишеструког избора, где ученик бира један тачан одговор или више тачних одговора из групе понуђених одговора;

• питања повезивања и упоређивања, где ученик повезује одговарајуће појмове из два низа података или на адекватан начин уређује дате податке.

На овај начин од ученика се тражи препознавање (рекогниција) градива. Према истраживањима, тестови алтернативног типа су најмање поуздани (коефицијент поузданости је 0,31). Код тестова вишеструког избора могућност случајног по-гађања је знатно смањена и на основу добијених резултата коефицијент поуздано-сти износи 0,64. Релативно највећи коефицијент поузданости (0,69) поседују тесто-ви сређивања и упоређивања.

У питањима отвореног типа ученик сам дописује одговор на предвиђено место. Ова питања могу бити:

• питања допуњавања, у којима се од ученика тражи да допуне реченицу кори- стећи једну реч или две речи или дају врло кратак одговор на неко питање;

• питања есејског типа, где се од ученика захтева дужи и детаљнији одговор.На овај начин од ученика се тражи самостална репродукција градива, па су ова

питања захтевнија од питања затвореног типа.

52

Врсте тестова по функцији

Ако се учинак појединца на тесту упоређује са учинком одређене групе (на при-мер учинак једног ђака и целог разреда једне школе), онда се такви тестови називају нормативни. Резултат групе представља норму у односу на коју се разматра успех појединца.

С друге стране, ако се успех појединца на тесту упоређује са унапред поставље-ним стандардом, односно критеријумом, онда се такви тестови називају крите-ријски. И нормативни и критеријски тестови имају своју улогу у настави.

Да би формирање критеријског теста знања било могуће, неопходно је унапред дефинисати васпитно-образовне циљеве наставе или одређеног наставног програ-ма. Образовни стандарди за крај општег средњег образовања могу представљати критеријуме за формирање одговарајућих тестова.

Такође, употребом тзв. Блумове таксономије17 (коју је 1956. године развио аме-рички школски психолог Бенџамин Блум), могуће је дефинисати до ког нивоа уче-ници треба да савладају градиво да би достигли одређени стандард постигнућа.

Блум је образовне циљеве поделио у три домена (когнитивни, афективни и пси-хомоторни), при чему сваки домен има своју таксономију:

• Когнитивни (сазнајни или спознајни) домен представља могућност особе да на адекватан начин обрађује и процењује информације из своје околине;

• Афективни домен представља емотивне реакције особе на учење или у току учења;

• Психомоторни домен представља могућност особе да усваја моторичке вештине.

За већину наставних предмета користи се таксономија когнитивног домена, мада је за наставу физике битна и таксономија психомоторног домена због извођења школских експеримената. Одговарајуће таксономије дате су у табелама у наставку текста.

У таксономији когнитивног домена, Блум је индентификовао шест нивоа учења приликом усвајања знања у наставном процесу, која је поређао хијерархијски – од најједноставнијег (понављања чињеница) до највишег нивоа (евалуације). Ови нивои носе називе који одговарају дубини усвајања садржаја.

Когнитивни домен обухвата: памћење, схватање, размишљање, решавање про-блема, формирање појмова, критичко и дивергентно мишљење. Блум је у истра-живањима приметио да 95% питања на тестовима захтева од ученика да мисле само на најнижем нивоу, на нивоу на коме се захтева пука репродукција инфор-мација.

17 Таксономија (tassein – сврстати, nomos – закон, наука) је научна дисциплина која на бази сличности и разлика јединке разврстава у групе.

52 53

Табела 5.1. Блумова таксономија когнитивног домена

Компетенције Тип очекиваног мишљења

Типови активности – захтеви којима се проверава оствареност

исхода на датом нивоу

Знање (препознавање, запамћивање)

Памти претходно научени садржај.

Опиши, наведи, кажи, понови, препознај, идентификуј, именуј, пронађи, наведи, допуни.

Разумевање Демонстрира разумевање ма-теријала, трансформише, ре-организује или интерпретира садржај.

Преведи, организуј, скрати, изради на другачији начин, интерпретирај, закључи, предвиди, објасни, покажи.

Примена Користи научено у новим ситуацијама/у решавању проблема.

Уопшти, реши, пренеси, дај сопстве-ни пример, прилагоди, уради на дру-гачији начин, препознај на примеру, прошири, упореди, класификуј.

Анализа Критички мисли, идентифи-кује разлоге и мотиве, изводи закључке који се заснивају на одређеним подацима, анали-зира закључке да би утврдио да ли се заснивају на доказима.

Разликуј, препознај на типовима примера, потврди, скицирај, направи дијаграм или табелу, наведи све могуће последице, категориши, разграничи, организуј, преведи.

Синтеза Формулише и гради нове структуре од постојећих знања и вештина.

Креирај, измисли, елаборирај, сажми, направи, представи сликом, замисли, модификуј, повежи, дефиниши претпоставке, предвиди, одреди кључне речи (основну тезу, наслов), комбинуј, сведи на најмању могућу меру.

Евалуација Просуђује о вредностима садржаја за дату сврху, процењује вредности идеја, изнетих мишљења, примењује критеријуме.

Процени, докажи, оповргни, дебатуј, процени тежину, разреши нејасноћу, вреднуј, мери, направи приоритете, просуди.

Поред дефинисања нивоа постигнућа који се тестом испитује, таксономија нас упућује и на то како да формулишемо захтеве у задатку, као и како да формулишемо задатке најпогоднијег облика. Наведени глаголи (типови активности) представљају и могуће захтеве у задацима – наставник може да формулише задатке помоћу њих (наведи делове електромотора; разврстај делове рачунарске опреме у излазне, улаз-не и излазно-улазне уређаје итд.).

Блумова таксономија је емпиријски углавном потврђена. У области природних наука, по мишљењу неких аутора, евалуација је хијерархијски нижа од синтезе. По мишљењу других аутора, опет, хијерархија постоји код нижих процеса, док се виши процеси гранају тако да се данас говори о ревидираној Блумовој таксономији (слика 5.1).

54

Слика 5.1. Хијерархија нивоа таксономије

За наставу физике је њен експериментални аспект од виталне важности, па је по-требно проверавати и способности ученика у руковању мерилима, инструментима и апаратурама. Иако постоје преклапања са конгитивним доменом, то је у великој мери у психомоторном домену. Постоји више таксономија у психомоторној области, а за при-мену у физици можда је најадекватнија таксономија представљена наредном табелом.

Табела 5.2. Таксономија психомоторног домена

Компетенције Дефиниција/пример Типови активности – захтеви којима се

проверава оствареност исхода на датом нивоу

Имитација (опонашање)

Посматра извођење вештина и покушава да их понови. Изводи демонстрациони оглед након што га је наставник извео.

Понови, репродукуј.

Руковање или манипулација

Изводи вештине на основу упутства, а не на основу посматрања. Изводи демонстрацио-ни оглед или мерење на основу упутства.

Рукуј инструментом, мери.

Прецизност Тачно и прецизно изводи вештину. Тачност је постигнута вежбањем. Саставља и раставља на правилан начин једноставно електрично коло. Уравнотежава полуге во-дећи рачуна о величини силе и удаљености нападне тачке од ослонца. Уме да користи вагу за мерење масе.

Састави, растави, уравнотежи.

Артикулација Комбинује више вештина у редоследу, уса- глашено и доследно. Саставља сложенија електрична кола у којима мери јачину струје и напон истовремено. Калибрише опругу у сврху конструкције динамометра.

Састави, растави, калибриши.

Натурализација, усвајање

Савладава једну вештину или више вешти-на са лакоћом и ефикасно реагује на неоче-киване ситуације. Осмишљава нова мерења користећи постојећу апаратуру у физичкој лабораторији.

Прилагоди, измени, конструиши, креирај.

знање

разумевање

примена

анализа синтеза

евалуација

54 55

5.1. ПРИМЕРИ ТЕСТОВА

Иницијални тест

1. Повезати одговарајуће појмове:

Амплитуда време потребно да тело x изврши једну осцилацију Елонгација максимална удаљеност тела T

Период осциловања удаљеност тела од равнотежног ν положаја у произвољном тренутку времена

Учестаност број осцилација извршених x0(фреквенција) у јединици времена

2. Шта је математичко клатно?

3. Записати једначину која повезује таласну дужину, период и брзину простирања таласа.

4. Поређати следеће појмове по растућој фреквенцији: звук, ултразвук, инфразвук.

Одговор: ______________________________________________.

5. Тотална рефлексија је појава која се јавља када светлост прелази из оптички:а) гушће средине у ређу средину;б) ређе средине у гушћу средину.

6. Брзина светлости у некој средини:а) мања је од брзине светлости у вакууму;б) једнака је брзини светлости у вакууму;в) већа је од брзине светлости у вакууму.

7. Јединица за јачину електричне струје назива се _________________ и означава са _____.

56

8. Омов закон за део струјног кола гласи:а) I = R

U;

б) I = UR

;

в) I = U R.

Скицирати део кола и на цртежу означити одговарајуће величине.

9. Шта се означава симболом Q у изразу за Џул–Ленцов закон?

10. Међусобно дејство два магнета може бити:а) само привлачно;б) само одбојно;в) и привлачно и одбојно.

Тачни одговори

1. Aмплитуда – максимална удаљеност тела од равнотежног положаја (x0), елонга-ција – удаљеност тела од равнотежног положаја у произвољном тренутку време-на (x), период осциловања – време потребно да тело изврши једну осцилацију (T), уче- станост (фреквенција) – број осцилација извршених у јединици времена (ν); 2. Математи- чко клатно је материјална тачка обешена o неистегљиву нит занемарљиве масе, којa осци-лује под дејством силе Земљине теже; 3. λ = vT; 4. инфразвук, звук, ултразвук; 5. а); 6. а); 7. ампер, А; 8. б); 9. Q је количина топлоте која се ослободи на отпорнику; 10. в).

56 57

Магнетно поље

1. Повезати одговарајуће појмове:

Лоренцова сила сила којом делују две међусобно непокретне наелектрисане честице

Амперова сила сила којом магнетно поље делује на наелектрисану честицу која се креће

Кулонова сила сила којом магнетно поље делује на струјни проводник

2. Шта је специфично наелектрисање честице?а) Однос наелектрисања и запремине честице.б) Однос наелектрисања и полупречника честице.в) Однос наелектрисања и масе честице.г) Однос наелектрисања и густине честице.

3. Која физичка појава је искоришћена за дефинисање ампера (А)?

4. Магнетици се деле на (уписати називе различитих врста магнетика на одгова-рајуће линије):а) (µr < 1) _____________________________б) (µr > 1) _____________________________в) (µr >> 1) _____________________________

5. Два веома дугачка проводника простиру се један нормално на други и леже у истој равни (слика). Ако су вредности јачине струја које протичу кроз провод-нике I1 = 10 mA и I2 = 15 mA, наћи вредност магнетне индукције у тачкама A и B. Проводници се налазе у вакууму.

B

I2

I1

2 cm

4 cm 4 cm

2 cm A

58

6. Протон је убрзан напоном од 1200 V и улеће у хомогено магнетно поље индукције 0,2 Т. Протон улеће нормално на линије поља и почиње да се креће по кружној путањи. Одредити полупречник ове путање.

7. Квадратни проводни рам налази се поред веома дугог правог проводника, на ра-стојању које је једнако дужини његове странице (слика). Кроз проводник и кроз рам теку струје исте јачине од 2 А. Наћи силу којом проводник делује на рам.

Вредности константи:µ0 = 4π · 10-7 H/me = 1,6 · 10-19 Cmp = 1,67 · 10-27 kg (маса протона)

Тачни одговори

1. Лоренцова сила – сила којом магнетно поље делује на наелектрисану честицу која се креће, Амперова сила – сила којом магнетно поље делује на струјни проводник, Кулонова сила – сила којом делују две међусобно непокретне наелектрисане честице; 2. в); 3. Ин-теракција два дуга паралелна проводника; 4. а) (µr < 1) – дијамагнетици, б) (µr > 1) – пара-магнетици, в) (µr >> 1) – феромагнетици; 5. BA = 2,5 · 10-8 T, BB = 17,5 · 10-8 T; 6. R = 25 mm; 7. F = 4 · 10-7 N.

I = 2 A

I = 2 A

58 59

Електромагнетна индукција

1. Чему је једнак флукс хомогеног магнетног поља индукције B кроз раван површине S?

2. Индукована струја има такав смер да својим магнетним пољем тежи: а) да се супротстави узроку свог настанка;б) да поспеши узрок свог настанка.

3. Која је јединица за флукс магнетног поља?

4. Повезати појмове распоређене у три колоне.L коефицијент међусобне индукције H (хенри)M коефицијент самоиндукције Т (тесла)

5. Квадрат странице а, сачињен од проводног материјала, налази се у хомогеном магнетном пољу индукције B, тако да је нормалан на линије поља. Одредити ин-дуковану електромоторну силу у квадрату ако се он заротира око своје осе за 90° за неко време Т.

6. Калем који садржи N навоја површине S постављен је тако да је оса калема па-ралелна са линијама поља. Крајеви калема повезани су тако да образују затворе-но струјно коло чија је укупна отпорност R. Ако се приликом изношења калема из магнетног поља констатује да кроз коло протекне количина наелектрисања q, одредити индукцију магнетног поља.

7. Калем индуктивности L директно је спојен на полове батерије напона ε (слика). Ако занемаримо унутрашњи отпор извора и отпор калема, за које време ће струја достићи вредност I?

Тачни одговори

1. Једнак је скаларном производу вектора индукције B и вектора површине S, тј. F = B ∙ S; 2. а); 3. Wb, Вебер; 4. L – коефицијент самоиндукције [H], M – коефицијент међусобне ин-

дукције [H]; 5. ei = Ba2

Т; 6. B = qR

NS; 7. Dt = LI

s.

60

Наизменична струја

1. Која физичка појава је употребљена као основа за рад генератора наизменичне струје?

2. Повезати одговарајуће појмове приказане у колонама.

Термогена отпорност напон фазно касни у односу на јачину струје за π/2

Индуктивна отпорност јачина струје фазно касни за π/2 у односу на напон

Капацитивна отпорност тренутне вредности јачине струје и напона су у фази

3. Шта представља импеданса кола?

4. Који закон се користи за повезивање ефективне вредности јачине наизменичне струје и напона са одговарајућим максималним вредностима ових величина?

5. Калем индуктивности L = 150 mH, кондензатор капацитивности C = 200 μF и от-порник отпорности R везани су у коло наизменичне струје фреквенце ν = 50 Hz, као на слици. Колика треба да буде вредност отпорности R да би јачина струје која протиче кроз коло када је преклопник у положају 1 била два пута већа од јачине струје која протиче кроз коло када је преклопник у положају 2? Занемарити термо-гени отпор калема.

6. Редно RLC коло прикључено је на извор наизменичне струје. Израчунати фрек-венцију наизменичне струје ако је R = 100 Ω, L = 20 mH, C = 50 μF, импеданса Z = 200 Ω, а термогени отпор калема је занемарљив.

7. Када примар трансформатора прикључимо на извор наизменичне струје, напон који се јавља на секундару износи 26,5 V. Ако секундар истог трансформатора прикључимо на исти извор струје, напон који се јавља на примару износи 250 V. Одредити однос броја намотаја на примару и секундару.

Тачни одговори

1. Електромагнетна индукција; 2. Термогена отпорност – тренутне вредности јачине струје и напона су у фази, индуктивна отпорност – јачина струје фазно касни за π/2 у односу на напон, капацитивна отпорност – напон фазно касни у односу на јачину струје за π/2; 3. Им-педанса представља укупну отпорност кола; 4. Џул–Ленцов закон; 5. R = 20 Ω; 6. ν1 = 1397

Hz, ν2 = 18 Hz; 7. Np

NS = 3.07 .

60 61

Хармонијске осцилације

1. Повезати одговарајуће појмове.Амплитуда време потребно да тело x изврши једну осцилацијуЕлонгација број осцилација извршених ω у 2π секунди Период осциловања удаљењеност тела од равнотежног ν положаја у произвољном тренутку временаУчестаност број осцилација извршених x0(фреквенција) у јединици временаКружна учестаност максимална удаљењеност тела T од равнотежног положаја

2. У изразу за функцију која описује пригушено осциловање x = A0 e-βt cos(ωt + φ0), којим симболом је означен коефицијент пригушења? Коју вредност треба да има коефицијент пригушења да би осциловање било слободно?

3. Да би се десила резонанција, осциловање мора бити:а) слободно;б) пригушено;в) принудно.

4. Период осциловања не зависи од масе клатна код: а) математичког клатна;б) физичког клатна.

5. Испод тачке вешања математичког клатна постављен је ексер, тако да се нит увија око њега приликом осциловања, као што је приказано на слици. Ексер је постав- љен на половини дужине нити клатна. Колика је дужина нити ако клатно напра-ви две пуне осцилације за 4 s?

6. Штап је обешен о један свој крај, тако да може слободно да осцилује. Ако је пери-од осциловања штапа 2 s, одредити његову дужину.

62

Тачни одговори:

1. Амплитуда – максимална удаљењеност тела од равнотежног положаја (x0), елонгација – удаљењеност тела од равнотежног положаја у произвољном тренутку времена (x), период осциловања – време потребно да тело изврши једну осцилацију (T), учестаност (фрек-венција) – број осцилација извршених у јединици времена (ν), кружна учестаност – број осцилација извршених у 2π секунди (ω); 2. β – коефицијент пригушења. Осциловање је слободно за β = 0; 3. в); 4. а); 5. l = 1,37 m; 6. l = 1,49 m.

Механички таласи

1. Заокружити тачне одговоре.а) У гасовима је могуће простирање:

1) лонгитудиналних таласа;2) трансверзалних таласа.

б) У течностима је могуће простирање:1) лонгитудиналних таласа;2) трансверзалних таласа.

в) У чврстим телима је могуће простирање:1) лонгитудиналних таласа;2) трансверзалних таласа.

2. Ако се два таласа простиру кроз исту средину и ако је λ2 > λ1, онда је:а) ν2 > ν1;б) ν2 < ν1.

3. Дефинисати Хајгенсов принцип.

4. Скретање таласних зрака у односу на првобитни правац при проласку кроз мали отвор је појава која се назива:а) дифракција;б) интерференција;в) рефлексија;г) рефракција.

5. Наћи брзину трансверзалног таласа кроз жицу затегнуту силом од 40 N, ако је линеарна густина жице 4 · 10-3 kg/m.

6. Наћи интензитет таласа који има таласну дужину 0,2 m, чија је фреквенција осци-ловања 400 Hz, амплитуда 2 cm и који се простире кроз средину густине 1,2 kg/m3.

Тачни одговори

1. а) 1), б) 1) и 2), в) 1) и 2); 2. б); 3. Хајгенсов принцип: Свака тачка средине до које стигне талас постаје нови извор сферних таласа; 4. а); 5. u = 100 m/s; 6. 1,2 · 10-5 W/m2.

62 63

Акустика

1. Поређати следеће појмове по растућој фреквенцији: звук, ултразвук, инфразвук.Одговор: ______________________________________________.

2. У левој колони заокружити приближну доњу границу звука, а у десној приближ-ну горњу границу звука.

2 Hz 200 Hz20 Hz 2 kHz200 Hz 20 kHz2 kHz 2000 kHz

3. Повезати одговарајуће појмове:

Јачина звука фреквенција таласа

Боја звука интензитет таласа

Висина звука спектар виших хармоника

4. На којој температури се налази водоник ако се кроз њега простире талас брзином 500 m/s? Моларна маса водоника је 2 g/mol, Поасонов кефицијент γ = 1,4, а уни-верзална гасна константа има вредност R = 8,3 J/K mol.

5. Човек се налази на војном аеродрому и констатује да је субјективна јачина звука приликом полетања једног авиона 100 dB. Колика ће бити субјективна јачина зву-ка приликом истовременог полетања шест авиона у формацији?

6. Кола хитне помоћи крећу се ка угроженом болеснику и, пробијајући се кроз са-обраћај, пролазе брзином од 90 km/h поред непокретног човека. Колики је однос фреквенција сирене коју човек чује када кола хитне помоћи пролазе поред њега? Сматрати да је брзина звука у ваздуху 340 m/s.

Тачни одговори

1. инфразвук, звук, ултразвук; 2. 20 Hz → 20 kHz; 3. Јачина звука – интензитет таласа, боја звука – спектар виших хармоника, висина звука – фреквенција таласа; 4. Т = 43 K; 5. 107,8 dB; 6. ν1/ν2 = 1,16.

64

Електромагнетни таласи

1. Заокружити слово испред тачне тврдње.а) Вектор електричног поља и вектор магнетне индукције нормални су међусоб-

но и заузимају произвољан правац у односу на правац простирања ЕМ таласа.б) Вектор електричног поља и вектор магнетне индукције могу међусобно

заузимати произвољан положај, али сваки од њих мора бити нормалан на пра-вац простирања ЕМ таласа.

в) Вектор електричног поља и вектор магнетне индукције нормални су међу-собно и сваки од њих је нормалан на правац простирања ЕМ таласа.

г) Вектор електричног поља и вектор магнетне индукције могу заузимати произвољан положај и међусобно и у односу на правац простирања ЕМ таласа.

2. Именовати наведене физичке константе.ε0 _____________________________________________µ0 _____________________________________________

3. Поређати следеће појмове у низ, тако да фреквенција расте: видљива светлост, ултраљубичаста светлост, инфрацрвена светлост, x-зрачење, γ-зрачење, микро-таласно зрачење, радио-таласи. Одговор: _____________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________.

4. При простирању AM таласа мења се _________________________ таласа, код простирања FM таласа мења се _________________________, док се код прости-рања PM таласа мења _________________________ таласа.

5. Раван електромагнетни талас прелази из воде у лед. Одредити однос брзине та-ласа у ове две средине ако је µr = 1 и за воду и за лед, док је εrv = 81 за воду и εrl = 3,2 за лед.

6. Наћи интензитет ЕМ таласа чија је амплитуда индукованог електричног поља 200 N/C и који се простире кроз вакуум (µ0 = 1,26 · 10-6 H/m).

Тачни одговори

1. в); 2. ε0 – диелектрична пропустљивост вакуума, µ0 – магнетна пропустљивост вакуума; 3. Радио-таласи, микроталасно зрачење, инфрацрвена светлост, видљива светлост, ул-траљубичаста светлост, x-зрачење, γ-зрачење; 4. Амплитуда, фреквенција, фаза; 5. ul ≈ 5 uv;

6. I = E02

2m0c0 = 53 W/m2.

64 65

Таласна оптика

1. Дефинисати принцип суперпозиције у оптици.

2. Помоћу ког уређаја је утврђен еталон за јединицу метар?

3. Поларизација светлости може бити: ____________________, ____________________ и ____________________.

4. Зависност индекса преламања средине од фреквенције упадне светлости назива се:а) дисперзија;б) поларизација;в) интерференција;г) дифракција;д) суперпозиција.

5. У Јанговом експерименту максимуми другог реда налазе се под углом од 0,05° у односу на централни максимум. Ако је растојање између прореза d = 2 mm, одре-дити таласну дужину светлости.

6. Под којим углом треба поставити оптичку осу анализатора у односу на раван поларизације да би се интензитет поларизованог светлосног снопа који пада на анализатор смањио на трећину од почетне вредности?

7. Којом брзином би аутомобил будућности требало да се приближава семафору да би црвено светло таласне дужине 700 nm видео као зелено светло таласне дужине 550 nm?

Тачни одговори

1. Принцип суперпозиције: Када два светлосна таласа доспеју у одређену тачку просто-ра, укупан вектор јачине електричног поља биће једнак векторском збиру њихових поје-диначних јачина; 2. Мајкелсонов интерферометар; 3. линеарна, кружна и елиптична; 4. а); 5. λ = 872,7 nm; 6. θ = 54,7° = 0,95 rad; 7. u = 7,1 · 107 m/s.

66

Геометријска оптика

1. Брзина светлости у вакууму износи:а) 3 · 106 m/s;б) 3 · 107 m/s;в) 3 · 108 m/s;г) 3 · 109 m/s.

2. Набројати основне законе геометријске оптике.

3. Међу наведеним појмовима и сликама по три су међусобно еквивалентни. Једну групу еквивалентних појмова означити словом А, а другу групу еквивалентних појмова словом Б.

конкавно огледало конвексно огледало

испупчено огледало издубљено огледало

4. Штап дужине 0,6 m налази се на дну базена у усправном положају. Дужина њего-ве сенке на дну базена је 0,3 m. Под којим углом Сунчева светлост пада на повр-шину воде? Апсолутни индекс преламања воде је 1,33.

5. Упадни и рефлектовани зрак на равном огледалу заклапају угао од 50°. За колики угао треба заротирати огледало тако да упадни и рефлектовани зрак заклапају угао од 40°?

6. Светлост пролази кроз призму чији је угао при врху 10°, при чему је минимални угао девијације 4°. Одредити индекс преламања материјала од којег је направљена призма.

7. На главној оптичкој оси танког сабирног сочива жижне даљине 60 cm налази се предмет чији је лик реалан и увећан два пута. Одредити растојање предмета од центра сочива.

66 67

Тачни одговори

1. в); 2. Закон праволинијског простирања светлости, закон независности светлосних зрака, закон одбијања светлости, закон преламања светлости; 3. А: конкавно огледало, издубљено

огледало, Б: конвексно огледало, испупчено огледало; 4. 36,5°;

5. 5°; 6. nr = 1,4; 7. p = 90 cm.

Оптички инструменти

1. Даљина јасног вида износи:а) 25 mm;б) 25 cm;в) 2,5 m;г) 25 m.

2. Да ли око представља оптички инструмент? ДА НЕ

3. Лупа је: а) сабирно сочиво;б) расипно сочиво;в) систем сабирних сочива;г) систем расипних сочива.

4. Које су две основне врсте телескопа и по чему се оне разликују?

5. Галилејев дурбин увећава 2,5 пута, при чему објектив има оптичку моћ од 12 D. Одредити оптичку моћ окулара.

6. Објектив микроскопа има жижну даљину 0,5 cm. Жижна даљина окулара је 2 cm, док је дужина тубуса 15 cm. Одредити увећање микроскопа.

Тачни одговори

1. б); 2. Да; 3. а); 4. Основне врсте телескопа су рефракциони и рефлектујући телескоп. Код рефракционог телескопа се за објектив користе оптичка сочива, а код рефлектујућег систем сферних огледала; 5. –30 D (предзнак минус постоји јер је сочиво окулара расипно код Галилејевог дурбина); 6. U = 375.

68

Фотометрија

1. У чему је разлика између примарних и секундарних извора светлости?

2. Написати ознаку и назив за објективну и субјективну јединицу за светлосни флукс.Објективна јединица – _________________________________________________Субјективна јединица – _________________________________________________

3. Именовати све величине које фигуришу у Ламбертовом закону E = Ir2

cos α.E – __________________________________I – __________________________________r – __________________________________α – __________________________________

4. У дневној соби светли сијалица. Ако је осветљеност једног зида 30 lx, a осветље-ност њему наспрамног зида 7,5 lx, одредити колико је пута сијалица ближа првом зиду у односу на други.

5. Улична светиљка налази се на висини од 5 m. Колика је осветљеност у тачки А која је директно испод сијалице, а која у тачки B која је на растојању 3 m од тачке А? Интензитет светлости коју емитује сијалица је 160 cd.

Тачни одговори

1. Примарни светлосни извори емитују светлост на рачун сопствене енергије, док секун-дарни извори одбијају светлост других извора; 2. Објективна јединица: W, ват, субјективна јединица: lm, лумен; 3. E – осветљеност површине, I – интензитет светлости коју емитује та-чкасти извор, r – растојање између површине и тачкастог извора, α – угао између нормале

на површину и правца светлости; 4. r1r2

= 12

, дакле, сијалица је два пута ближа првом зиду; 5. ЕА = 6,4 lx, EB = 4 lx.

68 69

Тест за проверу способности ученика у руковању демонстрационом и мерном опремом

1. Описати расположиве врсте магнета и компаса које поседује школска лаборато-рија и показати како се могу користити за упознавање магнетних појава.

2. Демонстрирати Амперову силу, Ленцово правило, смер линија магнетног поља у кружном проводнику и правац и смер вектора магнетне индукције.

3. Демонстрирати појаву самоиндукције при укључивању и искључивању кола јед-носмерне струје.

4. Објаснити основне карактеристике Теслиног трансформатора. Демонстрирати основна својства високофреквентних струја:а) безопасност по експериментатора;б) пролаз кроз диелектрике;в) способност побуђивања гасних цеви.

5. Осциловањем тега обешеног о опругу показати да је T ~ m1/2 и T ~ k1/2. Експери-ментално одреди вредност константе c у изразу:

kmcT = .

6. Користећи водену каду, демонстрирати:а) кружне и равне таласе;б) одбијање таласа;в) Хајгенсов принцип и интерференцију таласа.

7. Демонстрирати и објаснити појаву резонанције помоћу:а) две звучне виљушке;б) једне звучне виљушке и тон генератора.

8. Помоћу комплета за Херцове експерименте демонстрирати и објаснити настанак и преношење електромагнетних таласа.

9. Помоћу расположивог комплета за таласну оптику демонстрирати и објаснити интерференцију и дифракцију.

10. Хартловом плочом демонстрирати и објаснити: а) одбијање светлости о сферно огледало;б) преламање светлости кроз призму;в) тоталну рефлексију.

11. Одредити жижну даљину непознате лупе.

12. Фотометром снимити зависност фотострује од осветљености за три растојања између извора светлости и равни фотоелемента.

70

Финални тест

1. Механичким пресецањем магнета на две половине добијају се два магнета од којих:а) један има само позитиван пол, а други само негативан пол;б) један има само северни пол, а други само јужни пол;в) сваки има и позитиван и негативан пол;г) сваки има и јужни и северни пол.

2. Написати ознаку и назив јединице за магнетну индукцију B: ________________.

3. Шта је електромагнетна индукција?

4. Написати формулу за Омов закон у колу наизменичне струје и именовати вели-чине које фигуришу у формули.

5. Што је дужа нит математичког клатна, то ће период његовог осциловања бити:а) већи;б) мањи.

6. Шта је таласни фронт?

7. Ваздушни стуб дужине 20 cm затворен је на једном свом крају. Ако сматрамо да је брзина звука у датим условима 340 m/s, одредити фреквенцију основног хармо-ника овог звучног таласа.

8. Написати формулу која повезује брзину светлости у вакууму са диелектричном и магнетном пропустљивошћу вакуума.

9. Ко је званични изумитељ радија?

10. Јангов експеримент са два прореза доказао је таласну природу светлости на основу појаве која се назива _____________________________.

11. Навести Фермаов принцип.

12. Навести три оптичка инструмента.

13. Једна од основних јединица SI, кандела, обележава се __________, и представ- ља јединицу за __________________________________________.

70 71

Тачни одговори

1. г); 2. Т, тесла; 3. Електромагнетна индукција је појава настајања електромоторне силе у проводној контури услед промене магнетног флукса; 4. I0 = U0 / Z, I0 – максимална вред-ност струје у колу, U0 – максимална вредност напона у колу, Z – импеданса (укупна отпор-ност) кола; 5. а); 6. Tаласни фронт је скуп тачака које осцилују у истој фази; 7. ν = 425 Hz; 8. c = 1

s0m0

; 9. Никола Тесла; 10. Интерференција; 11. Фермаов принцип: Светлост се

увек простире по најкраћем оптичком путу; 12. Око, лупа, микроскоп, телескоп, камера, спектроскоп...; 13. cd, јачину (интензитет) светлости.

7272

НАСТАВА ФИЗИКЕ ЗА ТРЕЋИ РАЗРЕД ГИМНАЗИЈЕ6

Независно од усвојене класификације наставних средстава, може се рећи да уџбе-ник спада у основнa наставна средства, односно у средства која се користе у настави свих предмета. Без основних наставних средстава тешко je замислити васпитно- -образовни процес. Таква средства су основни извор знања и основни инструмент рада ученика и наставника. У ову групу средстава спадају: уџбеник, збирка задатака са лабораторијским вежбама и школска табла.

Уџбеник се по дефиницији сматра наставним средством из кога се учи. Сем тога, имајући у виду низ компетенција које ученици треба да стекну током школовања, уџбеник треба да буде наставно средство које ће ученике учити како се учи. Да би могао да одговори том захтеву, уџбеник мора да поседује одређене структуралне компоненте које су на одговарајући начин укомпоноване у целину.

Структуралне компоненте уџбеника Физике

У структуралне компоненте18 уџбеника спадају:• преглед садржаја;• увод у поглавља;• претходни преглед градива, најава шта ће се учити/бити обрађивано и са којим

циљем;• основни текст;• речник уз текст лекције;• уводно питање/уводна питања;• схеме, графикони, схематски прикази који стоје уз текст;• фотографије, слике, илустрације;• додатне информације; • биографије познатих личности; • питање, налог, задатак;• резиме (дела лекције, целе лекције, тематске целине);• списак кључних термина које би требало запамтити из лекције или из целог

поглавља;• метакогнитивне јединице (објашњења како се користе и како се читају цртеж,

графикон, табела, илустрација и сл.);

18 Наведени списак структуралних компоненти уџбеника је у складу са књигом Водич за добар уџбеник – Општи стандарди квалитета уџбеника (Иван Ивић, Ана Пешикан, Слободанка Антић, Нови Сад: Платонеум, 2012).

7372

• упућивање на друге делове текста у истом уџбенику;• препоручена друга литература;• упућивање на додатне изворе за оне који желе да сазнају више (друге књиге,

часописи, интернет адресе...).

Уџбеник Физике

Уџбеник Физика 3 Драгољуба Белића и Марине Радојевић састоји се из једанаест поглавља:

• Магнетно поље;• Електромагнетна индукција;• Наизменична струја;• Хармонијске осцилације;• Механички таласи;• Акустика;• Електромагнетни таласи;• Таласна оптика;• Геометријска оптика;• Оптички инструменти;• Фотометрија.Свако поглавље праћено је речником непознатих појмова и списком коришће-

не литературе. На крају сваке области налазе се питања и задаци са решењима уз помоћ којих ученик може да провери степен усвојености градива, као и резиме у коме су посебно издвојене дефиниције појмова, принципа и закона из те области. Одговори на постављена питања нису посебно наведени, већ је остављено читаоцу да их пронађе у тексту или речнику непознатих појмова. Након кратког предговора у коме је истакнут значај физике у савременом свету и најаве области које ће бити обрађиване, на почетку Уџбеника налази се и реч аутора упућена читаоцима (под насловом „Како да користиш овај уџбеник”).

У основном тексту Уџбеника посебно су истакнути физички закони, кључне дефиниције и објашњења најважнијих појмова које треба савладати током трећег разреда гимназије. Учење и усвајање нових сазнања ослања се на области физике са којима су се ученици сусретали у претходним разредима. Упућивање на то пред- знање налази се у посебно означеним подсетницима. У свакој области налазе се занимљиви текстови који допуњавају основни текст у Уџбенику и имају циљ да под-стакну радозналост, пруже одговоре на нека занимљива питања и дају могућност за додатно проширивање знања. С обзиром на то да експеримент има посебно место у физици као науци и као наставном предмету, у посебним пољима налазе се огле-ди уз помоћ којих је лакше савладати и разумети градиво. Садржај основног тек- ста у Уџбенику ослања се на бројне илустрације које додатно појашњавају физичке појаве и доприносе бољем усвајању знања.

74

Слика 6.1. Различите врсте налога у Уџбенику

Осим упутстава ученицима како да приступају савладавању градива физике, разјашњени су и налози који ће се појављивати унутар Уџбеника (слика 6.1). То су:

• Питања;• Задаци;• Укратко; • Дефиниција;• Подсетник;• Оглед;• Сазнај више.

Уџбеник садржи довољан број детаљно урађених примера (задатака) који уче-ницима олакшавају да примене теоријска знања која су усвојили током учења садр-жаја датог поглавља. Свако поглавље Уџбеника праћено је резимеом, одговорима на питалице (са одговарајућим објашњењима) и сетом питања која од ученика захте-вају да додатно размисле о наученом. Додатак за радознале освежава текст и пружа информације које се налазе ван програма предмета, али су на неки начин повезане са њим.

Оваква структура уџбеника показује да су аутори приликом писања имали у виду захтеве које уџбеник треба да задовољава у складу са одговарајућим дидак-тичким принципима који се односе на ово основно наставно средство.

Приручник за наставнике, односно материјал који читате, заокружује текстуал-на наставна средства за наставу физике у трећем разреду гимназије. Првенствено је намењен наставницима и треба да им помогне у планирању, припреми и реали-зацији наставе.

74 75

7676

ЕКСПЕРИМЕНТ У НАСТАВИ ФИЗИКЕ У ТРЕЋЕМ РАЗРЕДУ ГИМНАЗИЈЕ7

У науци, експеримент је важан метод истраживања и начин провере теорије. Пре него што је експеримент уведен као метод истраживања, природне појаве упознава-не су и проучаване само у моменту када су се дешавале. Таква проучавања не могу бити потпуна и ретко када могу довести до ваљаних и универзалних закључака. У природним условима на одвијање појаве утиче низ неконтролисаних фактора који замагљују посматрани ефекат. Експеримент је, са друге стране, изазивање природ-них појава у вештачким условима који се могу контролисати. Сматра се да је експе- римент у науку увео Галилеј, пре око 400 година, с циљем да провери основне по-ставке Аристотелове физике.

Слика 7.1. Приказ Галилејевог експеримента за одређивање закона убрзаног кретања

За Галилеја се најчешће везује оглед извршен са косог торња у Пизи. За наставу физике веома је илустративан његов пример мерења на стрмој равни која су му послужила да дође дo основних кинематичких законитости кретања са констант-ним убрзањем (слика 7.1). Мерења која је вршио у експериментима била су праћена бележењем резултата и њиховом обрадом, тако да се сматра да је Галилеј иницирао развој теорије вероватноће.

7.1. ШКОЛСКИ ЕКСПЕРИМЕНТИ

Школски експеримент, нарочито у настави физике, веома je важан и има више-струку улогу. Он служи као извор знања, метода учења, полазиште за успостав- љање логичких и математичких операција, за повезивање теорије и праксе и као средство за остваривање очигледности у настави.

Постоји више врста школских експеримената и они се, зависно од критеријума, класификују на више начина.

76 7776

Према карактеру школски експерименти из физике деле се на:• илустративне;• фундаменталне;• истраживачке.19

Илустративни експерименти имају најмању педагошку вредност. То су експери- менти којима се постиже очигледност, уверљивост и доказују појаве или закони, поткрепљује теорија, демонстрира процес, показује руковање апаратима, упознаје метода или изучавани објекат (еластичне деформације чврстих тела при узајамном деловању тела у непосредном додиру, Хуков закон...).

Фундаментални експерименти20 су они који су науци омогућили:• формирање научних теорија и настајање нових грана науке и технике;• проверу оних теоријских хипотеза које су имале принципијелан значај за науку.

Истраживачки школски експеримент је експеримент у коме је доминантан неки проблем чије решење није познато ученицима. Пример оваквог експеримента била би провера еластичних особина гуме, односно гумене траке. Будући да је гума свакодневни пример за еластичност тела, ученици очекују да се она при истезању понаша слично челичној опрузи. У овом експерименту ученик у табелу записује промену дужине гумене траке при њеном оптерећивању теговима познате тежине која би у сваком мерењу била све већа. То се може извести помоћу 5 тегова (са ку-кицама) једнаке тежине које треба додавати један по један. Након тога би требало измерити издужења гуме приликом постепеног ослобађања од терета (супротним редоследом од онога како је оптерећивана теговима) и унети их у табелу.

Провером добијених резултата, ученик може приметити да се издужења за исту тежину разликују приликом оптерећења и растерећења траке. Цртањем графика за-висности тежине и издужења, тј. спајањем експерименталних тачака (које сада неће лежати на једној правој линији) добија се затворена крива линија облика хистерезисне петље21 (слика 7.2). Њена површина, као што је познато, представља енергију изгубље-ну приликом целог процеса оптерећивања, и потом растерећивања гуме теговима.

Слика 7.2. Хистерезис у механици

19 Подела je преузета из књиге Дидактика физике – теорија наставе физике (Томислав Петровић, Београд: Физички факултет, 1994).

20 Реч је заправо о школским репликама историјски важних експеримената који су сада прилагођени потребама наставе физике.

21 Упоредити са сликом 1.38 на 36. страни уџбеника Физика 3 Драгољуба Белића и Марине Радојевић.

78

Ако реализујемо аналогни експеримент уз помоћ еластичне опруге (илустратив-ни експеримент), приметићемо да хистерезис не постоји. Поређење резултата ова два експеримента може да укаже на ограничено важење модела које користимо у физици.

Уколико се као критеријум за класификацију школских експеримената узме њихов дидактички циљ, онда постоје:

• демонстрациони експерименти;• лабораторијске вежбе;• лабораторијски експериментални задаци;• домаћи експериментални задаци;• израда учила и апарата.Узимајући у обзир намену овог приручника, највише пажње, уз пар изузетака,

биће посвећено демонстрационим експериментима.

Демонстрациони експерименти

Демонстрациони експерименти у физици неодвојиви су део усменог излагања градива. Ефектно и добро припремљено демонстрирање физичке појаве активира ученике, повећава њихову пажњу и заинтересованост за градиво и тако омогућује лакше формирање адекватних научних појмова и убеђења.

Циљеви демонстрационог огледа могу да буду различити: • посматрање физичке појаве коју треба проучити на датом часу; • „откривање” неког закона физике или илустрација закона до кога се дошло

теоријским путем или на други начин; • упознавање ученика са практичном применом неке појаве или неког закона; • упознавање ученика са методама извођења огледа.

Један од основних задатака демонстрирања експеримента јесте показивање физичке појаве с квалитативне стране. Ипак, то не значи да треба запоставити ме-рење одговарајућих физичких величина. Напротив, кад год је могуће, треба вршити квантитативну анализу појаве.

При извођењу огледа потребно је водити рачуна о следећим захтевима: • сврсисходност огледа (правилан избор демонстрационог експеримента);• поузданост (темељно припремање наставника уз обавезно испробавање иза-

браног огледа пре реализације на часу);• добра видљивост (обезбеђење средстава и поступака који доприносе да се де-

монстрациони експеримент лако прати и уочавају сви његови битни елементи); • приступачност и очигледност (апаратуре и средства којима се експеримент

изводи треба да су што једноставнији);• научна заснованост (поступци и интерпретација резултата морају бити у скла-

ду са достигнућима дидактике и физике као науке);• безбедност и заштита (при извођењу огледа морају бити предузете мере зашти-

те ученика од повреда, као и заштита средстава рада од оштећења).

78 79

7.2. ПРОПИСИ У ВЕЗИ СА НАСТАВНИМ СРЕДСТВИМА

За све наставне теме предвиђене програмом физике у трећем разреду гимназије22

предвиђени су демонстрациони и лабораторијски експерименти и нормативима23 су прописана одговарајућа наставна средства.

Искуство показује да сувише софистицирана и сложена опрема за извођење огледа понекад својим техничким појединостима одвлачи пажњу ученика од ра- зумевања самог физичког процеса који се демонстрира. Имајући у виду тај ефекат, препоручује се употреба једноставније опреме у настави (ако је могуће, употре-ба приручног прибора).24 Будући да се у доста школа могу наћи и традиционална на-ставна средства, добро је, кад год је могуће, и њих употребити у настави.

Следећа табела представља списак наставних средстава потребних за извођење демонстрационих огледа и лабораторијских вежби предвиђених наставним програ-мом физике.

Наставна тема Потребна опрема

Магнетно поље

Шипкасти магнети, потковичасти магнети, магнетне игле, компасПрибор за демонстрацију интеракције двају паралелних проводника са струјомПрибор за демонстрацију магнетних линија сила проводника са струјомПрибор за демонстрацију деловања магнетног поља на електроне (вакуумска цев са флуоресцентним заклоном, демонстрациона катодна цев или катодни осцилоскоп)Прибор за демонстрацију деловања магнетног поља на правоугаону струјну контролуУређај за мерење хоризонталне компоненте Земљиног магнетног поља

Електромагнетна индукција

Регулациони аутотрансформатори 0–220 V

22 Наставне теме су: Магнетно поље, Електромагнетна индукција, Наизменична струја, Хармонијске осцилације, Механички таласи, Акустика, Електромагнетни таласи, Таласна оптика, Геометријска оптика, Оптички инструменти и Фотометрија.

23 Правилник о ближим условима у погледу простора, опреме и наставних средстава за гимназију, Сл. гласник CРС – Просветни гласник, бр. 5/90. Овај документ јесте застарео у смислу произвођача предвиђених наставних средстава (ДДР, СССР), али су наставна средства прилагођена програму физике какав је данас. Приликом набавке средстава треба потражити друге произвођаче, којих данас има много више него у време када је Правилник писан. Са друге стране, многе школске ла-бораторије већ поседују макар део опреме која одговара спецификацији наведеној у Правилнику.

24 С обзиром на то да увек постоје ученици за које школске експерименте треба урадити напредном, компјутеризованом опремом, наставник треба имати индивидуализован приступ ученицима. Нај-боље је спојити различите приступе и користити (1) стандардну опрему прописану Правилником, (2) једноставну опрему коју ученици и наставници сами формирају и (3) савремену софистицира-ну опрему.

80

Наставна тема Потребна опремаМрежни трансформатор 0–24 VДемонстрациони трансформатор са комплетом калемоваТеслин трансформаторРумкорфов индукторДемонстрациони електромагнетМодел генератора и електромотора за наизменичну и једносмерну струјуМагнети и калемови за демонстрирање електромагнетне индукцијеАлуминијумски прстенови за демонстрирање Ленцовог правилаКомплет за огледе из електромагнетизма

Наизменична струја

Амперметар за једносмерну и наизменичну струју са више опсега (50 mA–5 A)Волтметар за једносмерне и наизменичне напоне са више опсега (300 mV–300 V)ОмметарУниверзални мерни инструмент – обичниУниверзални мерни инструмент – дигитални

Хармонијске осцилације

Математичко клатноМетрономЧеличне опруге и тегови за демонстрацију зависности периода осциловања од масе тегаФреквенометар са језичцима за демонстрирање резонанцијеТон генератор (RC генератор „Искра” или други)

Механички таласи

Таласна машина (Зворикинова)ВСП уређај (или када за пројекцију таласа)

Акустика

ЗвучникМикрофонМонокордЗвучне виљушке са резонаторском кутијом и без њеСвирала или сирена

Електромагнетни таласи

Генератор ултрависоких учестаности са припадајућим деловима (уређај за напајање, осцилаторно коло, пријемна антена...)Клистронски осцилатор са прибором за демонстрирање својстава електромагнетних таласаМали нискофреквентни појачивач (1–5 W)

80 81

Наставна тема Потребна опрема

Таласна оптика

Комплет за демонстрирање интерференцијеКомплет за демонстрирање дифракцијеКомплет за демонстрирање поларизације и извођење огледа са поларизованом светлошћу (фотоеластициметрија)

Геометријска оптика

Комплет огледала, сочива, призми на магнетним држачимаХартлова плоча – комплетУниверзални пројектор на оптичкој клупи са комплетом деловаОптичка клупа са комплетом деловаГасни ласер (He–Ne)

Оптички инструменти

Микроскоп (школски)ЛупаДурбинТелескоп (школски)Фотоапарат

Фотометрија ФотометарПолариметарФотолабораторија

У даљем тексту биће описана нека од наставних средстава која већина гимназија поседује, а чија употреба је предвиђена програмом.

7.3. НАСТАВНА СРЕДСТВА ЗА ОБЛАСТИ МАГНЕТИЗАМ И ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗАМ

Магнетизам

Многа наставна средства која се користе за демонстрацију појава везаних за маг-нетно поље служе и за упознавање ученика са низом других наставних садржаја као што су електромагнетна индукција, наизменичне струје, кретање честице у магнет-ном пољу, принцип функционисања мерних инструмената итд. Углавном се за то користе разне врсте магнета, магнетне игле и неки инструменти за мерење магнет-них величина.

82

Магнети

Природни магнет је руда гвожђа магнетит (слика 7.3), док се за израду вешта- чких магнета користе легуре челика, на пример: алин (Al, Ni, Fe), алнико (Al, Ni, Co, Fe), алникоку (Al, Ni, Co, Cu, Fe), смеса од 50% оксида гвожђа (Fe3O4) и 50% ферита кобалта (CoFe2O4), неодијум (Nd2Fe14B) итд.

У школама се најчешће користе шипкасти, потковичасти и прстенасти магнети. Да би се очувало намагнетисање сталних магнета, треба их складиштити у пару, при чему се спајају разноимени полови.25

Слика 7.3. Први магнетски компас из времена династије Ћин (221–206 г. п. н. е.)

Слика 7.2. Најјачи природни магнет, минерални магнетит Fe3O4

Шипкасти магнети направљени су од челика и најчешће имају правоугаон пре-сек, мада се могу срести и магнети облика цилиндра. Сваки шипкасти магнет, уко-лико се постави тако да може лако да се закреће око вертикалне осовине, представ- ља компас (слика 7.3). Једна половина шипке, поготову код магнета старије про- изводње, обојена је плавом, а друга црвеном бојом. Договором је било прихваће-но да је северни пол магнета онај крај шипке или игле који се оријентише према географском северу и да се боји плавом бојом, док је други крај магнета јужни пол и боји се црвеном бојом. Због тога што има и других ставова о распореду боја на магнетима, понекад се полови уопште не боје различитим бојама (слика 7.4).26

Слика 7.4. Различити типови магнета

25 Подсетимо се да су линије магнетног поља затворене, тј. немају почетак ни крај, а цртају се тако да извиру из северног пола, а увиру у јужни пол – изван магнета, док су унутар магнета усмерене од јужног пола ка северном магнетном полу.

26 Постоје и магнети на којима је црвеном бојом означен северни, а зеленом јужни пол.

82 83

Традиционални магнети од челика осетљиви су на ударце и топлоту, па се лако размагнетишу. Такође, њихова магнетна поља нису нарочито јака и с временом знатно ослабе. Могу имати само облик потковице или штапа, односно игле. Разлог томе је демагнетизирајуће поље. То је магнетно поље које настаје унутар магнета зато што магнет има коначну величину. Извор тог поља су површи/равни полова магнета. Можемо замислити да је магнет састављен од низа магнетића (NS) међу-собно спојених супротним половима као на слици 7.5. Будући да су супротни по-лови суседних магнетића S и N близу, њихова поља се поништавају. Стога магнетно поље стварају једино полови који се налазе на почетку и на крају низа. Они немају своје блиске суседе с којима би поништили поље (десни део слике 7.5). Погледајмо како то поље делује на магнетић NS у унутрашњости магнета. Примећујемо да поље рубних магнета настоји да га закрене за 180°. Из тог разлога, поље које ствара маг-нет настоји да поништи само себе. То је демагнетизирајуће поље. Због њега у феро-магнету настају магнетски домени и због њега меко гвожђе није магнет.

Атом гвожђа један је од најјачих елементарних магнетића у периодном систему елемената, па је спољним пољем гвожђе могуће намагнетисати до поља од 2,16 Т. Због ове особине гвожђе би требало да буде најбољи магнет. Међутим, кристална структура гвожђа омогућује лако закретање магнетских момената атома гвожђа. Чим се смањи спољашње поље, под деловањем демагнетизирајућег поља магнети-зација гвожђа пада на малу вредност. Деловање демагнетизирајућег поља може се знатно умањити ако се полови магнета удаље. Зато се гвоздени магнети израђују у облику игле, штапа или потковице. Код магнета облика торуса спољашњи полови не постоје јер су међусобно спојени, па зато нема демагнетизирајућег поља. Потко-вичасти магнет је из истог разлога најбоље чувати тако да су му полови премошће-ни гвозденим штапом.

N N NS S SN N NS S SN N NS S S

N N N

NS

S S S

Hd

Слика 7.5. Настанак демагнетизирајућег поља у магнету

Да би се направио добар магнет произвољног облика, потребно је спречити закретање магнетских момената у материјалу. У ту сврху направљен је феромаг-нет Nd2Fe14B, у којем је смер магнетних момената атома гвожђа фиксиран анизо- тропном кристалном структуром материјала. Захваљујући томе, добија се врло јак и сталан, такозвани неодијумски магнет. Сам назив није сасвим одговарајући, јер су ти магнети грађени претежно од атома гвожђа. То су најјачи постојећи стални магнети, чије магнетно поље достиже вредност од 1,4 Т. Изузетно су отпорни на

84

демагнетизирајуће поље, па могу имати било какав облик и распоред магнетних полова. Без проблема се могу израдити у облику диска или кугле. Лоше стране су им да су крхки, па лако пуцају. Осетљиви су и на загревање изнад 200°C, након чега трајно губе магнетна својства.

Због својих изузетних особина, неодијумски магнети се све више употребљавају у индустрији. Због масовније производње цена им се стално смањује, па су зато доступнији за широку примену.

Помоћу неодијумских магнета релативно слабе парамагнетне и дијамагнетне појаве постају видљиве као снажно привлачење или одбијање супстанце. Њиховим кретањем у близини метала настају јаке вртложне струје које су узрок ефектима као што су успорени пад, лебдење итд. Јако магнетно међуделовање може послужити и за занимљиве огледе из механике, нпр. за демонстрирање закона очувања или деловања центрипеталне силе или из термодинамике, нпр. термомагнетски мотор. Ове појаве отварају могућност другачијег демонстрирања и перцепције многих фи-зичких појава.

Магнетно поље сталног магнета

Једна од првих демонстрација у области магнетизма је показивање присуства магнетних полова и њихове јачине. Шипкасти магнет хоризонтално се поставља на статив. Затим се до једног његовог краја принесе челична куглица. Куглица ће се прилепити за магнет на месту где је магнетни пол – не на самом крају магнета, већ на око 1/12 дужине. Затим се прави вертикални „ланац” куглица. Куглице се додају једна на другу све док не почну да отпадају са магнета. Затим се процедура понавља са другим магнетним полом и уочава се да се „ланац” састоји од истог броја куглица (слика 7.6).

Слика 7.6. Провера једнакости јачина полова сталног магнета

Помоћу магнета различих облика, челичних опиљака и стаклене плоче може се демонстрирати распоред линија магнетног поља сталних магнета (слика 7.7).

84 85

Слика 7.7. Визуелизација магнетног поља сталног (перманентног) магнета

Сталан магнет се постави на графоскоп, а преко њега се стави стаклена плоча. Фломастером се оивичи контура магнета. Магнетни опиљци се лагано посипају на платформу са висине 3–4 cm, док се истовремено прстима добује по њој. Опиљци ће се распоредити у облику линија магнетног поља. Након тога се плоча пажљиво подигне са магнета, сталан магнет уклони и посматра пројекција на екрану, чиме се постиже боља видљивост ефекта. На слици 7.7 приказан је распоред опиљака у слу-чају хоризонтално постављеног шипкастог магнета. Магнети се могу постављати и вертикално, при чему је потребан још један демонстратор да придржава магнет и плочу.

Намагнетисавање и размагнетисавање

Материјали који се могу трајно намагнетисати називају се феромагнетици. За њих је карактеристична доменска структура (када се група магнетних момената атома оријентише у истом смеру и тако ствара магнетне домене).27 Ако се феро-магнетик унесе у спољашње магнетно поље, већина магнетних момената домена се оријентише у смеру тог поља и магнетно поље се појачава. Када се феромагнетик изнесе из поља, остаје намагнетисан, тј. задржава магнетна својства и постаје стал-ни магнет.28 При јачим потресима магнетна својства слабе, јер тада неки домени изгубе претходну оријентацију. Такође, степен намагнетисања опада са повећањем температуре. На некој критичној температури (Киријева) супстанце губе феромаг-нетна својства и постају слабо парамагнетне29, те их је изнад те температуре немо-гуће намагнетисати.

Намагнетисавање и размагнетисавање може да се демонстрира помоћу епрувете са челичним опиљцима и шипкастог магнета. Епрувета се прво добро протресе да би се опиљци хаотично распоредили. Приношењем до магнетне игле показује се да

27 Видети 34. страну уџбеника Физика 3 Драгољуба Белића и Марине Радојевић.28 Челик има феромагнетне особине – намагнетише се трајно, док је меко гвожђе парамагнетик – на-

магнетише се привремено.29 Феромагнетна својства се код гвожђа губе на 770оС, код кобалта на 1.134оС, код никла на 360оС итд.

Сваки стални магнет ће се, према томе, размагнетисати ако се загреје до усијања.

86

епрувета не поседује магнетна својства. Затим се дуж епрувете превуче шипкасти магнет, при чему се већина опиљака оријентише у правцу уздужне осе епрувете, па она постаје магнет, што се показује приношењем магнетне игле. Ако се епрувета протресе, магнетна својства ће се изгубити услед поновног хаотичног распореда опиљака. Опиљци у овом огледу симулирају магнетне домене феромагнетика.

Слика 7.8. Намагнетисавање

Магнетне особине воде

Магнетне особине воде могу се показати на следећи начин. У Петријеву посуду улије се 1–2 mm воде којој је претходно додата мала количина течног сапуна, како би јој се смањио површински напон. Посуда се пажљиво положи на базу ваљкастог магнета (слика 7.9). Непотребне рефексије светлости са доњих површи елиминишу се тако што се испод посуде постави комад папира. Посматрањем површине воде уочава се мало улегнуће тачно изнад магнета (слика 7.9). Оно је настало јер вода „бежи” од магнета. Вода је дијамагнетна.

Слика 7.9. На површини воде настаје мало улегнуће у близини јаког магнета

Иако су кисеоник и водоник парамагнетни, јер имају неспарене електроне, моле-кул воде као целина није магнет, јер су јој сви електрони спарени. Електрони двају атома водоника у молекулу воде H2O сасвим допуњавају 2p љуску атома кисеоника, тако да је укупни магнетни момент молекула једнак нули. Дијамагнетизам се јавља код попуњених атомских орбитала. Због магнетног одбијања, дијамагнети могу леб-дети у пољу магнета. Биљке и животиње садрже доста воде, па су зато често дија-магнетне.

86 87

Уређај за демонстрацију Ерстедовог огледа и интеракције паралелних проводника са струјом

Ово наставно средство налази се на заједничком постољу са три платформе (слика 7.10). На најнижу хоризонталну платформу, на којој је проводник кроз који може да тече струја, поставља се школски компас. Када се кроз проводник пропусти једносмерна струја, магнетна игла компаса скреће око своје осе и заузима положај који је под неким углом у односу на проводник (слика 7.11).

Слика 7.10. Скица наставног средства за демонстрацију Ерстедовог огледа

Када се прекидачем искључи струја, магнетна игла се враћа у првобитни положај одређен резултујућим магнетним пољем Земље и околине. Овим се показује да око проводника кроз који тече струја постоји магнетно поље. Уколико је јачина струје у проводнику довољно велика (5 А) и компас30 довољно близу, игла ће се поставити у правцу који је скоро нормалан на проводник.

Слика 7.11. Утврђивање постојања магнетног поља проводника и његове геометрије уз помоћ компаса – магнетића

Када се на средњу платформу око проводника равномерно поспе мало магнет-них опиљака и када се прекидачем укључи једносмерна струја у коло, опиљци ће се правилно распоредити у форми концентричних кругова (слика 7.12). Овим се показује да су линије магнетног поља које ствара праволинијски струјни проводник затворене криве које обухватају проводник.

30 Компас у овом случају игра улогу аналогну улози пробног наелектрисања у електростатици. Због тога је на слици и приказан као магнетић.

88

Слика 7.12. Утврђивање постојања и геометрије магнетног поља проводника уз помоћ опиљака

На највишој платформи налазе се два паралелна алуминијумска проводника у форми слова П који су окачени преко танких бакарних жица за одговарајуће буксне (слика 7.13). Ови проводници могу да осцилују у вертикалној равни у пољу теже. Проводници се умире тако да заузимају вертикалан положај, а затим се пропусти једносмерна струја кроз оба проводника. Они ће се отклонити од вертикалног по-ложаја. Зависно од тога какви су смерови струја у њима, проводници ће се привући (супротни смерови) или одбити (исти смерови). Избор смерова струје се врши од-говарајућим укључењем доводних каблова у буксне које се налазе на платформи. Отклон проводника од вертикалног правца се региструје уз помоћ одговарајућих маркера на средњој платформи.

Слика 7.13. Демонстрација интеракције проводника кроз које протиче струја

I = 0

I ≠ 0 струје супротних смерова I ≠ 0 струје истих смерова

88 89

Извори наизменичног напона

Многи демонстрациони огледи, као и низ лабораторијских вежби предвиђених програмом физике, изводе се коришћењем променљиве (наизменичне) струје. Град-ска мрежа даје наизменични напон од 220 V учестаности 50 Hz. За различите сврхе, међутим, потребно је имати и изворе других напона и учестаности.

Уобичајено је да се сви наизменични напони деле на:• мале напоне (0–40 V);• ниске напоне (40–250 V);• високе напоне (изнад ових вредности).

За потребе наставе физике користе се извори струје који обезбеђују мале и ниске напоне. Према учестаности извори струје могу се поделити на изворе:

• ниске учестаности (50 Hz);• звучне учестаности (20–20.000 Hz); • високе учестаности (изнад ових вредности). Извори малих напона, чија учестаност има фреквенцију у звучном опсегу, нази-

вају се најчешће тон генератори.

Трансформатори

Наизменични напон од 220 V у физичком кабинету добија се директно из градске мреже. Мали и ниски напони добијају се претварањем мрежног напона у жељени напон, употребом уређаја који се називају трансформатори. У настави физике ови уређаји, сем што служе као погодни извори наизменичног напона, представљају и објекат проучавања, а срећу се и као саставни елементи многих електричних уређаја.

Мрежни трансформатор. Трансформатор чији се примар везује за мрежни на-пон, а на секундару се добија фиксни, обично знатно нижи напон или се добија низ тачно одређених напона, назива се мрежни трансформатор. Помоћу оваквог трансформатора, који најчешће има излазе од 2, 4, 6, 8, 10, ..., 24 V, напајају се одгова-рајуће сијалице или електрична кола при многим демонстрационим огледима. При коришћењу ових извора напона, као и при коришћењу свих других компоненти електричног кола, мора се водити рачуна о максималној дозвољеној јачини струје, да не би дошло до прегревања секундарног намотаја.

Аутотрансформатор. Непрекидна промена напона напајања неког електричног кола остварује се помоћу аутотрансформатора, који се назива и реглер или регула-циони трансформатор. За разлику од уобичајеног трансформатора, који има језгро и два намотаја (примар и секундар на слици 3.23 из Уџбеника), аутотрансформа-тор има само један намотај. Зависно од тога како је намотај трансформатора везан за мрежни напон, разликује се тзв. снижавајући аутотрансформатор од повиша-вајућег аутотрансформатора.

90

Слика 7.14. Изглед аутотрансформатора без волтметра и са волтметром

На слици 7.14 приказан је изглед аутотрансформатора који се може срести у пракси. Утикач аутотрансформатора везује се за мрежни напон. На излазу овог трансформатора може се добити било која вредност напона од 0 до 250 V уз исто-времено показивање вредности на волтметру (који је најчешће његов саставни део).

Румкорфов индуктор. Неке лабораторије као извор пулсирајуће струје високог на-пона користе Румкорфов индуктор (слика 7.15). Њиме се добија потребан напон за пражњење у ваздуху, у Гајслеровим цевима, за напајање Теслиног трансформатора итд.

Слика 7.15. Школски Румкорфов индуктор

Извор једносмерног напона везује се за прикључнице на дрвеном постољу ин-дуктора, а затварање струјног кола остварује се помоћу специјалног прекидача који омогућује промену поларитета. Тај прекидач назива се Нафов чекић. Када се за-твори примарно коло једносмерног извора, језгро индуктора се услед протицања струје намагнетише и привлачи Нафов чекић. Чим се то деси, прекида се ток струје у примарном колу и језгро као електромагнет губи магнетна својства, тако да сила еластичности враћа котву до завртња, па се опет затвара струјно коло. Због тога електромагнет поново привлачи котву, што се стално понавља уз прекидање и успостављање струје у колу. Ти прекиди, односно пораст и пад струје у колу при-мара, омогућују појаву електромагнетне индукције и настајање високог напона од више хиљада волти на крајевима секундара, односно између шиљка и диска.

Нафов чекић – електромагнетнипрекидач

диск

шиљак

секундар

примар

90 91

Као извор струје високог напона и високе учестаности и као веома корисно и ефектно наставно средство у школским лабораторијама физике употребљава се Теслин трансформатор. Помоћу њега је могуће демонстрирати: настајање и сва битна својства високофреквентних Теслиних струја (физиолошко дејство струја високе учестаности, пролаз кроз чврсте диелектрике), трансформацију напона, рад високофреквентног осцилаторног кола, електромагнетно поље, резонанцију, коро-нарно пражњење, светљење гасова под утицајем струја високе учестаности у Гајсле-ровим цевима, у флуоресцентним цевима итд.

Слика 7.16. Теслин трансформатор

Демонстрациони и мерни инструменти за област електричних појава

Електричним мерним инструментима директно се мере физичке величине као што су: јачина струје, напон, електрична отпорност, снага и друге. Ови инстру-менти се у настави физике употребљавају код извођења демонстрационих огледа и при извођењу лабораторијских вежби. Такође се користе и када се сами ученици упознају са руковањем инструментима, начином њиховог везивања у електричним колима и мерењем одговарајућих физичких величина.

Већина електричних мерних инструмената који се употребљавају у настави спа-да у електромеханичке инструменте с обзиром на то да електрична појава која се проучава својим деловањем узрокује кретање казаљке. При томе је износ померања казаљке мера дате електричне величине. У ствари, код мерних инструмената кре-тање такозваног кретног система настаје услед магнетног, топлотног, индукцио-ног, електростатичког или неког другог деловања. Сагласно природи деловања за инструменте се користе називи: магнетоелектрични, електромагнетни, електро- статички, индукциони и електродинамички.

92

Сваки електрични мерни инструмент има следеће делове:• кретни систем;• скалу;• казаљку;• систем за учвршћивање и уравнотежење кретног система;• систем за пригушено осциловање кретног система;• коректор;• кућиште.

Кретни систем мерног инструмента најчешће чине калемско тело и сам калем, а када је калем учвршћен, кретни систем чини меко гвожђе. Покретљивост система остварује се његовим вешањем о металну или кварцну нит или постављањем на одговарајућу осовину са добро обрађеним лежиштима.

Слика 7.17. Казаљка у облику копља и казаљка у облику ножа (директан поглед и поглед са стране)

Скала инструмента је обично од алуминијумске плоче, премазана белом постоја-ном бојом. Подела на скали и назначене цифре омогућавају утврђивање мерног опсега и константу инструмента (вредност једног подељка). Зависно од принципа по коме ради инструмент, подела на скали може бити линеарна или нелинеарна.

Казаљка је на подесан начин повезана са кретним системом, тако да и његова вео-ма мала скретања постају лако уочљива. Израђује се од дуралуминијума, материјала који је лак, чврст и еластичан. Да би се лакше и прецизније очитавала скретања, врх игле треба да буде што тањи, а да би се избегла паралакса, код неких инструмената је испод скале постављено огледало одговарајућег облика.31

Систем за учвршћивање и уравнотежавање кретног система реализује се на три основна начина:

• обичним вешањем помоћу торзионе нити;• помоћу осовине;• помоћу еластичног пера.

31 Паралакса се јавља када угао између зрака који долазе у наше око и равни скале није 90о. Да би се паралакса елиминисала, потребно је казаљку посматрати под углом којим она заклања свој лик у огледалу.

92 93

Први начин се користи код осетљивих мерних инструмената као што су галвано-метри. Код њих улогу казаљке има светлосни сноп, добијен из посебног светлосног извора и одбијен са малог огледала учвршћеног на нити. Кретање покретног дела уврће нит, па се положај огледала мења, а самим тим мења се и скретање светлосног зрака. Код учвршћивања помоћу осовине кретни систем се тако поставља да му је тежиште на њој. Тада се кретање покретног дела преноси на осовину, за коју је на подесан начин учвршћена казаљка. Код овог начина учвршћивања, као и код оног помоћу еластичних пера, потребно је избећи деловање момента силе Земљине теже на кретни систем. Ово се постиже помоћу „балансера”, којима се мења распоред маса, тако да тежиште покретног система буде увек на осовини, независно од њего-вог тренутног положаја.

Очитавање мерних инструмената било би веома отежано када не би постојао систем за пригушивање осцилација кретног система. Наиме, за време мерења крет-ни систем се нагло покреће, а затим, услед деловања еластичних пера и инерције, почиње да врши осциловање пре него што се заустави у равнотежном положају. Без одговарајућег пригушивача било би потребно дуго чекати да се казаљка умири. За спречавање осциловања казаљке код мерних инструмената употребљавају се ваз-душни (слика 7.18), електромагнетни и пригушивачи са течностима.

Слика 7.18. Ваздушни пригушивач осцилација

Код првих, пригушење се остварује помоћу два крилца повезана за кретни си- стем. Крилца су смештена у затвореној ваздушној комори, тако да при њиховом кретању настаје отпор ваздуха, који спречава брза кретања и омогућава полагано довођење у равнотежни положај. Крећући се кроз комору, крилце са једне стране врши сабијање ваздуха, а са његове друге стране он се разређује (принцип рада ваз-душног амортизера).

Електромагнетни пригушивач заснован је на Ленцовом правилу (погледати стр. 49 у Уџбенику Д. Белића и М. Радојевић), по коме се у проводнику при индукцији увек јавља струја таквог смера да њено магнетно поље компензује промену која је изазвала ту струју. Овај пригушивач је у ствари алуминијумски диск, који се као и кретни калем креће у магнетном пољу. При томе, у њему се индукује струја која се својим пољем супротставља пребрзом кретању диска, односно кретног система и

94

казаљке. Код пригушивача са течностима клип се успорава због кретања кроз теч-ност и тиме пригушује осцилације кретног система. Без обзира на принцип рада, сила која кочи покретни део смањује се када се смањује брзина његовог кретања и потпуно нестаје када се он нађе у стању мировања (нпр. Стоксова и Лоренцова сила имају ту особину).

Очитавање мерног инструмента је могуће само онда када се кретни систем зау- стави, тј. нађе у одређеном равнотежном положају. То може да се деси онда када се обртном активном спрегу, тј. његовом моменту Ma супротставља механички момент Mm. У ситуацији када је Ma = Mm, систем је у равнотежи и казаљка се заустав- ља. Активни момент се јавља када кроз калем инструмента протиче струја. Дело-вањем магнетног поља перманентног магнета на проводник са струјом – он почиње да се креће. Противдејствујући механички момент остварује се помоћу еластичних пера.

Пре почетка сваког мерења врши се провера положаја казаљке на скали. Уколико се казаљка не налази на нултом подеоку, помоћу коректора се закреће осовина и казаљка доводи на нулу.

Сваки мерни инструмент има своје кућиште, које, поред тога што даје спољ-ни изглед инструмента, служи и као заштита унутрашњих делова од механичких оштећења, прашине, влаге и лица која га употребљавају. Најчешће се израђује од бакелита, дрвета, пластичних и других изолаторских материјала.

Основни параметри електричних мерних инструмената

Да ли се и како дата физичка величина може измерити расположивим мерним инструментом зависи од његових основних параметара. Пре него што се инстру-мент употреби, неопходно је упознати његове основне карактеристике, које се исказују преко параметара као што су:

• мерни опсег;• константа инструмента;• класа тачности;• унутрашња отпорност;• испитни напон;• радни положај;• принцип функционисања.

Мерни опсег инструмента представља максималну вредност физичке величине коју инструмент може да измери. При тој вредности казаљка инструмента скреће до последњег подељка на скали. Има мерних инструмената са константним и про- менљивим мерним опсегом. У првом случају последња бројка на скали означава мер-ни опсег. У другом случају (нпр. универзални мерни инструмент) променом предо-тпорника, односно шантова, мењају се мерни опсези напона, односно струје, а мерни опсег не одређује бројка на скали, већ бројка наспрам маркера дугмета за избор опсега.

Константа инструмента (С) представља вредност једног подељка скале при ода-браном мерном опсегу. Израчунава се као количник мерног опсега и броја подеока

94 95

на скали. Када се зна константа инструмента и број подеока до кога је при мерењу казаљка скренула (n), онда мерена величина A има вредност A = Cn.

Класа тачности инструмента је за мерење физичких величина најважнији пара-метар. Ако се иста електрична величина, нпр. јачина струје у колу, мери узастоп-но са више различитих амперметара, добијене вредности струје међусобно ће се разликовати. Коју од тих вредности можемо сматрати тачном? Прави одговор је – ниједну. Међу добијеним вредностима јачине струје постоје само више или мање погрешне вредности. Права вредност не може се добити мерењем, већ се њиме од-ређује интервал у коме се она сигурно налази. Што је интервал ужи, мерење је тач- није, а инструмент који је то омогућио сматрамо квалитетнијим и прецизнијим. Према томе, мерни инструменти се разликују по класи тачности k. Она по дефини-цији представља релативну грешку у односу на вредност мерног опсега помножену са 100, тј. изражену у процентима. Знајући класу тачности инструмента, која је на сваком мерном иструменту записана у виду бројчаног податка (0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 5), и знајући опсег мерења Am, иза дефиниције класе тачности налази се апсо-лутна грешка DА, која се мора приписати сваком резултату мерења.

Апсолутна грешка одређује поменути интервал у коме се налази права вредност мерене физичке величине. У зависности од тога колика је класа тачности, мерни електрични инструменти се деле на:

• еталонске (k = 0,1);• прецизне (k = 0,2 и 0,5);• лабораторијске (k = 1 и 1,5);• демонстрационе и погонске (k = 2,5 и 5).

Класа инструмента је параметар који зависи од квалитета материјала и техничких решења израде инструмента и од извршене калибрације.

Унутрашња отпорност инструмента мора се познавати да би се знала његова потрошња и да би се код одређених мерења могле вршити потребне корекције (нпр. одређивање отпорности на основу Омовог закона). Најчешће унутрашњу отпор-ност представља отпорност само кретног калема инструмента, а некада и калема и уграђених предотпорника.

Испитни напон као параметар електричног мерног инструмента показује квали-тет изолације материјала кућишта у коме је смештен кретни систем инструмента. На пример, ако је испитни напон инструмента 2 kV, онда то значи да ће при овом или већем напону између кућишта и кретног система доћи до пробоја изолације. Испитни напон се најчешће изражава у киловолтима (kV), помоћу броја у звездици на скали инструмента (слика 7.19).

Поред ознака за поменуте параметре, на кућишту инструмента или на његовој скали налазе се још и одговарајући симболи за принцип рада инструмента и радни положај (П – положен, ⊥ – усправан).

96

Слика 7.19. Карактеристични симболи испитног напона

Принцип рада електричних мерних инструмената

У настави физике се углавном користе електромеханички мерни инструменти, код којих се електрична или магнетна енергија електричне струје трансформише у механичку енергију неког покретног дела у инструменту (калем или комад гвожђа) повезаног на подесан начин са казаљком. Из групе електромеханичких иструме-ната у физичким кабинетима користе се магнетоелектрични, електромагнетни и електродинамички мерни инструменти.

Код магнетоелектричних инструмената, који се називају и инструменти са крет-ним/покретним калемом, магнетно поље једног перманентног потковичастог маг-нета делује на наелектрисања у покрету, тј. на струју у калему (Амперова, односно Лоренцова сила) и закреће га (слика 7.20).

Слика 7.20. Амперметар са кретним калемом

Вредност угла закретања казаљке a је функција јачине струје. Скретање казаљке се зауставља, као што је већ речено, онда када се изједначе активни и механички момент. Моменти могу да се запишу као:

кретни калемистални магнет

96 97

.

Константа зависи од димензија калема, броја навојака и од индукције магнет-ног поља перманентног магнета. Из једнакости ова два момента следи:

,

односно закључак да је угао скретања сразмеран јачини струје кроз калем или на-пону на његовим крајевима, с обзиром на то да је I = U/R, где је R отпорност калема. Како је угао скретања линеарна функција јачине струје, односно напона, скала овог инструмента је линеарна. Симбол за означавање принципа рада ових инструмена-та је потковичасти магнет са малим правоугаоником између полова као знаком за калем.

Помоћу инструмената са кретним калемом мере се јачине струје и напона, како код једносмерних, тако и код наизменичних струја, с тим што се помоћу уграђеног исправљачког елемента наизменична струја претходно претвара у једносмерну, па после тога пролази кроз калем инструмента.

Инструменти магнетоелектричног принципа имају неке значајне карактеристи-ке које их препоручују за употребу у експериментима. Веома су осетљиви, могу бити високе класе тачности (0,1), скала им је линеарна, а пригушење је електромагнетно.

Универзални мерни инструмент

За лабораторијске вежбе из физике најчешће се употребљавају тзв. универзални мерни инструменти – унимери/мултиметри, који служе за мерење више електрич-них величина, како при употреби једносмерне, тако и наизменичне струје. У њима се налазе сви потребни елементи као што су предотпорници, шантови, диоде за исправљање наизменичне струје и сл.

Слика 7.21. Дигитални и аналогни мултиметар

Корисник може да одабере величину која ће се мерити преко прекидача са више положаја. Уз то, омогућено је и прецизније мерење померањем прекидача на одго-варајући мерни опсег.

98

Две основне групе су аналогни и дигитални мултиметри. Раније су аналогни били једина врста, а данас се све мање производе и користе. Аналогни мултиметар има скалу на којој се величина очитава помоћу казаљке. Дигитални мултиметар има екран на којем се бројкама исписује величина.

На већини мултиметара постоје 4 посебна прикључка за мерне каблове, често означени као COM, VOhm, mA и 10A. За мерења отпорности и напона користе се COM и VOhm прикључци, за мерење струје до 200 mA – COM и mA прикључци, а за мерење струје веће од 10A – COM и 10A прикључци.

Демонстрациони електрични инструменти

За упознавање конструкције и принципа рада мерних електричних иструмената, као и за груба мерења електричних величина у школама, користе се демонстрацио-ни амперметар и демонстрациони волтметар. И један и други инструмент могу да се употребе и као галванометар са струјном осетљивошћу (амперметар), односно са напонском осетљивошћу (волтметар).

По принципу функционисања, оба инструмента припадају групи магнетоелек-тричних инструмената. Конструктивно се веома мало разликују и задовољавају опште захтеве за демонстрационе инструменте (повећане димензије казаљке, по-дељци на скали и видљивост већине делова).

Слика 7.22. Демонстрациони амперметар

Спољни изглед демонстрационог амперметра приказан је на слици 7.22, где се види мерни механизам са свим деловима: казаљка и скала смештене су у пластич-ном кућишту које је застакљено са предње и задње стране, тако да су сви делови лако уочљиви.

98 99

7.4. НАСТАВНА СРЕДСТВА ЗА ОБЛАСТИ ОСЦИЛАЦИЈЕ, ТАЛАСИ И АКУСТИКА

Осцилаторно и таласно кретање су феномени присутни свуда и важно је да се демонстрирају ученицима на прави начин. За то постоји низ могућности, па одго-варајуће огледe треба пажљиво одабрати.

Осцилаторно кретање

Стандардна наставна средства за ову област су опруге и клатна до којих је рела-тивно лако доћи, а лако их је и направити. За илустровање осциловања, међутим, може да послужи и обичан лењир окачен о отвор који обично има на једном крају (слика 7.23).

Жироскоп са карданским вешањем може имати и наставак за учвршћивање на статив или на центрифугалну машину (слика 7.15). Основна карактеристика кар-данског жироскопа јесте његова стална уравнотеженост, односно одсуство момента сила због сопствене тежине за било који положај осе у простору. Уравнотеженост је постигнута специјалном конструкцијом, тј. „карданским” вешањем32, по којем је и добио своје име. Остварује се помоћу два прстена.

Слика 7.23. Лењир дужине L као осцилатор. Ознака CM представља његов центар маса,

а Mg је интензитет силе земљине теже

Иако се у овом случају ради о једноставној реализацији физичког клатна, овакво клатно може бити веома корисно у настави. Анализа његовог кретања може, сем тога, послужити за понављање појмова тежишта и центра маса уведених у ранијим разредима.

32 Прва записана употреба оваквог вешања датира пре више од 2.000 година у Кини. У литератури се среће и под називом Хуков зглоб. Назив „кардански” је добијен по италијанском математичару и физичару Кардану (Gerolamo Cardano, 1501–1576), који га је детаљно описао. Кардан је, између осталог, познат и по радовима из теорије вероватноће.

100

Наставно средство које може бити вишеструко значајно за ову област приказано је на слици 7.24. Састоји се од папира који се константном брзином одмотава са једног ваљка, а намотава на други. Хоризонтално дуж папира потребно је нацртати линију која ће представљати временску осу. За тело је причвршћен маркер који ће по папиру исцртавати линију у току осциловања тела. Ова линија у ствари представ- ља зависност елонгације од времена.

Слика 7.24. Уређај за скицирање зависности елонгације од времена код простог осцилаторног кретања

Значај директног добијања зависности елонгације од времена је у томе што уче-ницима даје увид у кретање са променљивим убрзањем, односно променљивом си-лом. График зависности елонгације од времена код оваквог кретања је синусоида. Овим се указује на вертикалну корелацију са садржајима физике првог разреда, али и са садржајима математике. Веома је битно да ученици уоче да једна апстрактна функција (синусна) има упориште у њиховом искуству.

Следећа, веома битна, демонстрација која се може извести у овој области је при-мена метода „сенке” за приказивање осцилаторног кретања (слика 7.25). Она про-истиче из повезаности униформне ротације тела по кружници и осцилаторног кре-тања. И ова демонстрација је веома битна због своје корелисаности са градивом физике и математике претходних разреда.

Слика 7.25. Реализација „метода сенке” за приказ везе ротације и осцилаторног кретања

100 101

Наставно средство конструисано за ову намену састоји се од лопте закачене за кружни провидни рам полупречника x0, по коме може да ротира. При томе је рам одозго осветљен тако да лопта баца сенку на екран који се налази испод рама. Уко-лико се лопта креће униформно по кружници – раму, њена сенка ће вршити хармо-нијско осциловање на екрану (x-оси).

Повезаност са наставом математике огледа се у томе што се и круг и координат-ни системи у равни изучавају у математици. Заклон може да се постави и верти-кално уз осветљавање са бочне стране. У том случају ће кретање сенке куглице по хоризонталном и вертикалном заклону представљати пројекцију реалног кретања на одговарајуће осе правоуглог координатног система.33

Таласно кретање и звук

Таласно кретање се обично илуструје таласима на води уз образложење да се ради о најједноставнијим таласима који се могу визуелно лако уочити. Таласи на води, међутим, нису једноставни, а како ће се описивати, у великој мери зависи од дубине воде и тога која ће сила бити доминантна као повратна (гравитациона или сила површинског напона).34 Ученици често због изгледа таласа на води њих погрешно сврставају у трансверзалне таласе. Делићи воде, међутим, врше кружно кретање, што је приказано на слици 7.26.35

Слика 7.26. Делићи воде врше кружно кретање при проласку таласа

Уколико се наставник определи да таласи на води буду репрезент таласног кре-тања, онда је водена када ефектно наставно средство. Уколико школа не поседује праву водену каду, њу је лако направити од стакла (или још боље од неке провидне пластике). Сваки релативно плитак акваријум може да послужи у ту сврху.

33 Приметимо да пројектовање кружног кретања на осе има блиске везе са коришћењем тригономе- тријског круга у математици за одређивање вредности тригонометријских функција.

34 У зависности од тога која повратна сила је доминантна, таласи на води деле се на гравитационе и капиларне.

35 Кретање по кружници у формалном смислу може да се разложи на две компоненте – једну у правцу кретања таласа, а другу под правим углом у односу на њега.

102

Слика 7.27. Водена када

Основни проблем код генерисања што правилнијих таласа је побуђивање воде-не површи на правилне осцилације. Уколико је тај проблем решен, онда је таласне облике најбоље посматрати на заклону који се налази испод каде. У ту сврху је по-требно површину воде осветлити одозго (слика 7.27).

Феномен резонанције36 обично се демонстрира код звучних таласа (стандардни пример коришћења звучне виљушке и кутије). Резонанција се, међутим, може при-казати и код механичких осцилација (које су основа механичких таласа) једностав-ним огледом приказаним на слици 7.28.

Слика 7.28. Принудно осциловање лоптице окачене гуменом траком

На слици 7.28 приказане су три различите ситуације осциловања лоптице окаче-не гуменом траком о прст. Претпоставимо за почетак да је лоптица окачена о прст који је у стању мировања и да смо мало растегли гуму и пустили лоптицу да осци-лује. Систем гума – лоптица ће осциловати својом природном фреквенцијом ν0 са малим пригушењем. Уколико почнемо да померамо прст горе-доле фреквенцијом мањом од ν0, лоптица ће пратити кретање прста са релативно малом амплитудом (први део слике). Ако почнемо да повећавамо фреквенцију померања прста, лоп-тица ће почети да се креће са све већом и већом амплитудом. Када фреквенција осциловања прста буде блиска по вредности природној фреквенцији, амплитуда осцилација ће достићи максималну вредност. Фреквенција на којој се дешава мак-симално појачање зове се резонантна фреквенција, а разлика од њене природне

36 Појава максималног увећања амплитуде принудних осцилација система под дејством принудне силе назива се резонанција.

заклон са сенком таласнихбрегова и доља

извор светлости

102 103

фреквенције условљена је степеном пригушења. Уколико фреквенција принудне силе постане већа од резонантне, амплитуда осцилација постаје све мања и мања, све док осцилације у потпуности не нестану.

Извори звука

Акустика као део физике може се успешно и лако изучавати у школи с обзиром на то да постоји довољно наставних средстава. Осим употребе таласних машина, карактеристични параметри и појаве везани за осцилаторна и таласна кретања изу-чавају се и коришћењем звучних извора.

Звучна виљушка представља једноставни извор звука (слика 7.29). Израђује се у облику латиничног слова Y, од метала и њихових легура (челик, алуминијум).

Слика 7.29. Звук брзине u и таласне дужине λ настао осциловањем звучне виљушке фреквенције ν

Свака звучна виљушка има два крака и дршку. Неке имају на једном крају ела- стично метално перо, а неке су учвршћене на резонаторску кутију. Основни пара-метар сваке звучне виљушке је њена фреквенција. Учестаност треперења звучне виљушке зависи од дужине кракова и масе виљушке. Што је крак дужи, учестаност је мања. Виљушка веће масе при истој дужини кракова има већу учестаност. Нај-чешћи типови виљушки у лабораторијама су фреквенције 440 Hz (дужина кракова 120 mm) и 265 Hz (дужина кракова 145 mm).

Виљушка са еластичним пером служи за графичко приказивање треперења виљушке. Када се оваква виљушка гуменим чекићем побуди да осцилује, а затим равномерном брзином помера изнад нагарављене стаклене плочице, перо исписује синусоиду на плочици (овај оглед је алтернатива огледу са слике 7.24).

Слика 7.30. Виљушка са пером за визуелизацију синусоидалних осцилација

Често се на звучним виљушкама налази и метална омча (која може да се скине) која омогућава да се фреквенција виљушке промени за мали износ. Таква промена је битна код демонстрације избијања.

104

Побуђивање звучне виљушке са резонаторском кутијом врши се ударом гуме-ним чекићем у један крај виљушке. При томе се једном руком виљушка придржава непосредно изнад кутије.

Сирене служе за показивање зависности висине тона од фреквенције. У настави физике употребљавају се рупичаста и зупчаста сирена. Прва представља кружну пло-чу са великим бројем отвора равномерно распоређених у концентричним круговима (слика 7.31 а)). Зупчасту сирену чини неколико металних плоча које могу да се по-ставе на једну осовину. Плоче су назубљене (неједнак број зубаца) и међусобно су паралелне (слика 7.31 б)).

Слика 7.31. а) Рупичаста сирена; б) Зупчаста сирена

Рупичаста сирена се поставља на центрифугалну машину или осовину електоро-мотора (могуће је и њено ручно покретање). Помоћу гуменог црева ствара се ваздуш-на струјница (дувањем) која се усмерава на раван сирене. Када се струјница помера дуж радијуса плоче која ротира, чују се тонови променљиве висине. Што је струјница удаљенија од осовине плоче, произведени тон је виши. Наиме, тада је учестаније пре-сецање струјнице, па се тиме доказује да је висина тона функција учестаности.

Зупчаста сирена се такође поставља у отвор центрифугалне машине. Када се лењир, дрвени штапић или било који други предмет наслони на зупце, чује се звук због удара зубаца. Висина звука биће различита зависно од брзине обртања сирене или од употребљене плоче. Што је већа брзина или већи број зубаца, учестаност је већа, а тон који се чује виши.

Свирала. Треперење ваздуха у цевима (отвореним на оба краја или на само једном) производи звучне таласе. Помоћу свирала различитих дужина може се де-монстрирати зависност висине произведеног тона од дужине свирале.

Тон генератор (слика 7.32) је извор звука који производи електричне осцилације. У прошлости, тон генератор био је реализован помоћу електронских цеви, а данас се реализује уз помоћ транзистора, отпорника и кондензатора (RC генератор) или транзистора, индуктивног калема и кондензатора (LC генератор).

Слика 7.32. Тон генератор старије производње („Искра”)

104 105

Данас се често уместо традиционалног тон генератора користи одговарајући софтвер који генерише тонове изабране фреквенције користећи звучну картицу компјутера.

Слика 7.33. Софтвер Тон генератор који користи компјутерске ресурсе за генерисање звука изабране фреквенције

При употреби тон генератора у акустици, на његов излаз везују се звучници или телефонске слушалице. На слици 7.34 приказан је пример употребе тон генератора као извора звука за који се везује звучник да би се електричне осцилације трансфор- мисале у акустичне, а затим уз употребу звучне виљушке и пинг-понг лоптице, као клатна, демонстрирала појава звучне резонанције.

Слика 7.34. Демонстрација резонанције уз помоћ тон генератора

106

Уређаји за мерења у акустици

За одређивање физичких величина у области акустике употребљавају се следећа учила37: монокорд, Кундтова цев, Квинкеова цев и разни комплети за одређивање таласне дужине и фреквенције звука и демонстрацију осцилација штапа, мембрана и стварања стојећих таласа.

Дрвена резонаторска кутија на којој је разапета челична жица назива се моно-корд38 (слика 7.35).

Слика 7.35. Монокорд

Жица монокорда је на једном крају учвршћена, а на другом крају вешају се тего-ви или се помоћу „пужа” врши њено постепено затезање. На том крају може да се постави и динамометар како би се мерила сила којом се врши затезање жице. При томе се позиција подлошке означене словом A обично не мења, док се позиција оне означене словом B мења. Помоћу метарске траке се очитава њихова удаљеност. На жици монокорда налазе се и „јахачи” направљени најчешће од папирића (или стиропора) распоређених дуж жице, који служе да се лакше одреде/уоче положаји чворова и трбуха стојећих таласа.

Монокорд може да послужи за демонстрирање принудног осциловања и настан-ка стојећих таласа на жици, али може да се употреби и за нека једноставнија ме-рења. Једно од њих је одређивање фреквенције звучне виљушке. Оглед се изводи тако што се звучна виљушка, доведена у стање осциловања, приноси монокорду. Жица монокорда ће почети да осцилује у ситуацији када је њена дужина l једнака целом броју половина таласне дужине nλ/2. Затегнутост жице подешава се зависно од технике којом је затегнута (стављањем одговарајућих тегова или окретањем за-вртња) тако да се створе услови за формирање стојећег таласа. На основу реченог, фреквенција насталог таласа износи:

. (7.1)

Брзина простирања таласа на жици је задата изразом:

, (7.2)

где је F сила затезања жице дужине l и масе m. Сматрајући да је жица цилиндричног облика пречника d и густине ρ, њена маса дата је изразом:

37 Термин учила односи се на наставна средства која се користе претежно при обради градива. Треба имати у виду да се ради о условној подели, јер се једно исто наставно средство (нпр. Кундтова цев) може користити и за демонстрацију и за мерења.

38 Назив потиче из грчког језика: monos – једини, horde – жица. Још је Питагора (583. г. п. н. е.) користио монокорд у истраживању односа тонова различите учестаности.

106 107

. (7.3)

На основу ових релација, за n = 1, добија се да је фреквенција звучне виљушке која изазива стојеће таласе на жици:

. (7.4)

За демонстрирање стојећих лонгитудиналних таласа у ваздушном стубу, као и за одређивање брзине звука у металу користи се Кундтова цев. За демонстрацију настајања стојећих таласа и одређивање брзине звука у ваздуху довољно је имати стаклену цев са прахом од плуте или ситног песка. На слици 7.36 приказана је скица Кундтове цеви.

Слика 7.36. Кундтова цев

Метална шипка (1) побуђује се помоћу електромагнета (2) напајаног из тон гене-ратора (3). Шипка је тачно на својој половини учвршћена блокатором (4). Леви крај шипке, заједно са металном плочицом, једним својим делом улази у стаклену цев (5). Кроз отвор на супротном крају стаклене цеви улази ручица клипа (6), помоћу кога се померањем врши подешавање дужине ваздушног стуба у цеви. Померање се врши док се не створе услови за формирање стојећих таласа. Они приморавају прах плуте да, у случају оствареног резонантног треперења ваздуха, добије форму као на слици.

Квинкеова цев служи за показивање појава при слагању таласа и упознавање услова за конструктивну, односно деструктивну интерференцију. Цев се састоји из два дела, од којих један улази у други и тако формирају елипсасту цев за прости-рање звучних таласа (слика 7.37). На цеви се налазе два отвора од којих је један улазни, а други излазни.

Слика 7.37. Квинкеова цев

108

Испред улазног левка производе се таласи звучном виљушком или неким другим извором звука. На свом путу талас се „цепа” и истовремено шири кроз обе цеви ка излазном отвору. Извлачењем, односно увлачењем покретног дела цеви постиже се да путеви простирања звука нису једнаки. Зависно од величине путне разлике, звук се појачава или слаби, што се може запазити слухом или употребом микрофона из кога се електрични сигнал води на осцилоскоп.39

Образовање чворова и трбуха таласа на плочама које трепере демонстрира се помоћу наставног средства које се назива Хладнијева плоча.40 Главни део овог на- ставног средства је плоча од месинга или челика (слика 7.38). На плочу се проспе прах плуте или ситан песак, а затим се повлачењем гудала ивицом плоче или на неки друг начин она доведе у стање треперења. Тамо где су се образовали чворови стојећих таласа, прах, односно песак остаје да мирује, тако да се образују различите фигуре, зависно од тога која тачка плоче је учвршћена притиском прста.

Слика 7.38. Демонстрирање формирања стојећих таласа на Хладнијевој плочи

Правилност фигура зависи од чистоће тона који даје плоча. Уколико је тон не-пријатан – шкрипући, фигуре неће бити јасне. Уколико је плоча таква да даје јасан тон, фигуре ће бити добро дефинисане.

Слика 7.39. Неки модови осциловања Хладнијеве плоче

39 Постоје и друге варијанте мерења излазног сигнала. С обзиром на то да је интензитет таласа про-порционалан квадрату његове амплитуде, може се мерити јачина струје добијеног сигнала и на основу тога могу се извлачити одговарајући закључци.

40 Ернст Флоренс Фридрих Хладни (1756–1827), немачки физичар и музичар, сем акустике, бавио се и метеоритима.

108 109

Уређај за одређивање таласне дужине звука у ваздуху, сем за демонстрацију, на-мењен је и за реализацију одговарајуће лабораторијске вежбе. Основни део при-бора је метална цев дијаметра 40–45 cm, а дужине 909 mm. У цеви која је са једне стране отворена, а са друге има затварач са рупом – налази се клип (који пролази кроз рупу) који се помера увлачењем и извлачењем шипке са ручицом (слика 7.40). Уз цев ових димензија испоручује се и звучна виљушка учестаности 600 Hz, уз по-моћ које се могу добити три резонантна положаја клипа.

Слика 7.40. Уређај за одређивање таласне дужине звука на основу резонанце

Уколико школа не поседује овај комплет, могуће је направити једноставнију ва-ријанту огледа. За њега је потребна пластична цев отворена на оба краја, чија ће дужина да се „мења” њеним спуштањем у воду и подизањем из ње. При томе се мења величина простора који испуњава ваздух у цеви, односно мења се величина резонаторске шупљине. За овакав оглед потребна је прилично дубока посуда са во-дом, што се може реализовати уз помоћ још једне цеви, пречника већег од прве, која је затворена на једном крају (слика 7.41).

Слика 7.41. Скица једноставније верзије уређаја за одређивање таласне дужине звука на основу резонанце

Уређаји приказани на сликама 7.40 и 7.41 често се користе и за одређивање бр-зине звука у ваздуху (на основу таласне дужине одређене резонантним условима).

110

7.5. НАСТАВНА СРЕДСТВА ЗА ОБЛАСТИ ЕЛЕКТРОМАГНЕТНИ ТАЛАСИ И ОПТИКА

Оптика, као посебна област физике, дели се на геометријску и таласну41 опти-ку. Геометријска оптика је већ изучавана делом у осмом разреду, док је таласна у садржајима средње школе. Сем класичног наставног средства, оптичке клупе са из-ворима светлости и разним оптичким елементима, од великог значаја за школске експерименте је комплет који се може набавити под називом „Геометријска оптика на табли”42.

Овај комплет је дизајниран за лаку и јасну демонстрацију основних оптичких ефеката и инструмената. Састоји се од:

• извора;• оптичких елемената;• скица модела на подлогама са магнетним својствима;• магнетне табле.

Извор светлости чини пет диодних ласера који се налазе у LRB кутији (Laser Ray Box).43 LRB генерише пет независних ласерских зракова који се након тога, у зави- сности од тога које смо оптичке елементе искористили, преламају или одбијају. Да би демонстрација била видљива за ученике, саставни део комплета је магнетна таб-ла на којој се лако „лепе” и комбинују различити елементи. Таблу је могуће поста-вити на зид или на статив који је њен саставни део.

Прописани начин употребе LRB извора светлости је следећи:1. Укључити адаптер (извор напајања ласера) у струјно коло са уземљењем. На

адаптеру ће се упалити црвени индикатор који показује да је адаптер укључен.2. Повезати адаптер кабловима за LRB.3. На LRB-у ће се, при укључењу, упалити наранџасти индикатор, показујући да

је спреман за употребу.44

4. Притиском на дугме крај кога пише on/mode/off пет зракова бива емитовано кроз отворе који се налазе на бочној страни LRB-а. Индикатор треба да светли зелено.

Притискањем дугмета on/mode/off добијају се четири различите опције које се разликују по броју зракова и њиховој међусобној удаљености (слика 7.42).

41 Таласна оптика се, поготову у старијим књигама, често зове физичка оптика.42 Оригинални назив овог комплета за геометријску оптику је Ray Optics Demonstration Set (RODS).43 Ласер из овог комплета има максималну излазну снагу 1 mW, док је таласна дужина емитоване

светлости 635 nm. Растојање између ласерских зрака је 18 mm.44 Уколико индикатор на LRB-у светли зелено или црвено, треба искључити адаптер, а онда га поново

укључити.

110 111

Слика 7.42. Извор ласерске светлости на магнетној табли

Сет оптичких елемената чине (слика 7.43):• четири биконвексна сочива различитих жижних даљина;• биконкавно сочиво;• танко планконвексно сочиво;• дебело планконвексно сочиво;• танко планконкавно сочиво;• конвексно огледало;• конкавно огледало;• равно огледало;• планпаралелна плоча;• призма;• оптичко влакно.

Слика 7.43. Оптички елементи комплета RODS

112

Основни сет има ознаку RODS (Ray Optics Demonstration Set), а постоји и додат-ни сет који је означен као RODS+. Њега, поред делова основног сета, чине још и:

• биконкавно ваздушно сочиво;• биконкавно стаклено сочиво;• биконвексно ваздушно сочиво;• биконвексно стаклено сочиво;• оптичка ваздушна призма;• равнострана оптичка стаклена призма;• правоугаона оптичка стаклена призма;• четворострана планпаралелна плоча;• правоугаона стаклена планпаралелна плоча.

Сви елементи имају магнетну подлогу помоћу које је могуће њихово позициони-рање на магнетној табли.

У комплет улази и сет од шест модела скицираних на тврдом папиру са магнет-ном подлогом. На свим моделима је оптичка оса означена хоризонталном линијом, а означено је и место на које треба поставити одговарајући оптички елемент. Моде-ли су означени латиничним словима од A до F:

• А – модел људског ока (слика 7.44); • В – модел камере (слика 7.45);• C – Галилејев телескоп (слика 7.46); • D – Кеплеров телескоп (слика 7.47); • Е – илустрација кориговања хроматичне аберације (слика 7.48);• F – Хартлова плоча (слика 7.49), наставно средство које је обавезни део комплета

наставних средства за геометријску оптику.

Слика 7.45. КамераСлика 7.44. Људско око

Слика 7.47. Кеплеров телескопСлика 7.46. Галилејев телескоп

А

C

B

D

112 113

Слика 7.49. Модел Хартлове плочеСлика 7.48. Корекција сферне аберације

Помоћу комплета могуће је реализовати низ стандардних огледа из оптике:• Одбијање светлости о једно равно огледало и два равна огледала;• Одбијање о конкавно огледало (зраци који су паралелни са оптичком осом или

зраци који нису паралелни са оптичком осом);• Одбијање о конвексно огледало (зраци паралелни са оптичком осом или зраци

који нису паралелни са оптичком осом);• Преламање светлости при преласку из ваздуха у стакло и обрнуто;• Привидна дубина објекта;• Преламање светлости кроз ваздушно-стакласту препреку;• Преламање светлости кроз стаклено-ваздушну препреку;• Критични угао – тотална рефлексија;• Рефлексија светлости на две ивице стаклене призме;• Рефлексија светлости на две стаклене призме;• Рефексија светлости у ваздушној призми;• Преламање светлости кроз стаклену планпаралелну плочу;• Преламање светлости кроз ваздушну планпаралелну плочу;• Преламање светлости на стакленој призми;• Преламање светлости кроз конвексно стаклено сочиво (зраци паралелни са

оптичком осом);• Преламање светлости кроз конвексно стаклено сочиво (зраци нису паралелни

са оптичком осом);• Параметри танких сочива – жижне даљине;• Преламање светлости кроз конкавно стаклено сочиво (зраци паралелни са

оптичком осом);• Преламање светлости кроз конкавно стаклено сочиво (зраци нису паралелни

са оптичком осом);• Преламање светлости кроз ваздушно конвексно сочиво (зраци паралелни са

оптичком осом);• Преламање светлости кроз ваздушно конвексно сочиво (зраци нису паралелни

са оптичком осом);• Преламање светлости кроз ваздушно конкавно сочиво (зраци паралелни са

оптичком осом);• Преламање светлости кроз ваздушно конкавно сочиво (зраци нису паралелни

са оптичком осом);

E F

114

• Преламање зрака светлости кроз конкавну стакло–ваздух препреку;• Преламање снопа светлости кроз конкавну стакло–ваздух препреку;• Преламање зрака светлости кроз конвексну ваздух–стакло препреку;• Преламање снопа светлости кроз конвексну ваздух–стакло препреку.

Сви огледи су детаљно описани у упутству које иде уз комплет, а могу се наћи и у књизи Експерименти и демонстрациони огледи из физике 2. део, аутора Јаблана Дојчиловића и Саше Ивковића, у издању Физичког факултета у Београду из 2008. године.

Модели који су већ побројани служе за приказ функционисања оптичких систе-ма које представљају, али и за илустровања неких додатних ефеката. Тако, када се ради о моделу ока, њиме је могуће представити нормално око, али и видети како се и када врше корекције вида. Другим речима, могуће је направити модел далекови-дог и кратковидог ока.

Када се ради о сферној аберацији (добијање лика једне тачке на разним местима осе), могуће је показати прво како она настаје, а затим и како је могуће извршити њену корекцију комбинацијом сочива.

Хартлова плоча

Ово наставно средство често постоји и као посебно у школама, а његови основни делови су: кружна или правоугаона метална плоча са (кружном) скалом у степени-ма, извором светлости и разним оптичким елементима (огледала, призме, сочива...) и приказано је на слици 7.50. Извор светлости се налази у посебном кућишту и може да се ротира по ободу плоче тако да се тиме постиже да светлост пада под одговарајућим углом на тело које смо изабрали као оптички елемент.

Слика 7.50. Хартлова плоча са равним огледалом као оптичким елементом (за проверу закона одбијања)

Од конкретне реализације плоче и њеног извора зависиће и практична упуства за рад. Неки од општих савета су:

• оптичке елементе треба постављати у центар плоче;• извор светлости треба подесити тако да се виде трагови светлости на плочи

како би провера закона геометријске оптике била што очигледнија.

114 115

Хартловом плочом је могуће реализовати више огледа у зависности од оптичких елемената који се налазе у комплету. Најчешће се ради о следећим огледима:

• Одбијање светлости о равно огледало;• Преламање светлости на полукружној плочи;• Тотална рефлексија;• Преламање светлости кроз сочиво; • Сферна и хроматска аберација.

Оптичка клупа

Оптичке клупе су објекти на које се стављају разни елементи како би се оформи-ла одређена оптичка апаратура. Помоћу њих се елементи брже и лакше постављају у потребан положај, јер је постављањем на клупу обезбеђена њихова позиција на оптичкој оси дуж које лако могу да клизе. Огледи који се из области геометријске оптике могу реализовати помоћу оптичке клупе, извора светлости, сочива и огле-дала су:

• Формирање лика код сочива и огледала;• Одређивање жижне даљине сочива и огледала;• Одређивање положаја главног центра кривине сферних огледала;• Провера важења оптичарске једначине.

Слика 7.51. Оптичка клупа и формирање лика код сочива (P – предмет, S – сочиво, Z – заклон и L – лик)

Рефлексиона дифракциона решетка

У основи постоје два типа дифракционих решетака: трансмисионе и рефле-ксионе. Код трансмисионих решетака светлост пролази кроз низ уских прореза између тамних (непровидних) места на стакленој или пластичној плочици. У случају рефлексионих решетака, светлост се рефлектује од низа паралелних, блиских, глат-ких површи, а апсорбована је или расејана од делова површи које се налазе између њих. У почетку развоја овог спектроскопског алата технологија његове израде била је веома скупа. Данас су рефлексионе решетке јефтине и лако их је и направити, а

116

веома су погодне за примену у настави у школама и на факултетима.45 Међутим, у уџ-беницима физике за средње школе и факултете њима је посвећено обично не више од једног пасуса, а наставницима је принцип њиховог рада често недовољно познат. Сто-га ће овом типу решетака бити посвећена већа пажња. Значај рефлексионих решетака за наставу физике је истакнут у раду нобеловца A. Л. Шавлова, који је осмислио једно- ставан и јефтин експеримент са ласером и обичним лењиром са полумилиметарском поделом који игра улогу рефлексионе решетке за упадну светлост.

Када светлост пада на потпуно глатку површ, без икаквих зареза или неравнина на њој, она се рефлектује у складу са законом рефлексије геометријске оптике – под углом под којим је и упала на ту површину. Ова добро позната чињеница се пре-ма Хајгенсовом принципу објашњава тиме да свака тачка глатке површи при томе постаје извор нових секундарних таласа који су интерферирали деструктивно сву-да сем у путањи која одговара рефлектованом зраку. Када светлост пада на површ са периодично постављеним нерефлектујућим подручјима, она елиминишу неке од тачака које би биле емитери секундарних таласа (слика 7.52). Последица тога је да се конструктивна интерференција неће јавити само дуж путање геометријски рефлек-тованог зрака, већ и дуж других праваца. Услед тога се на заклону не појављује само једна светла мрља, већ читав низ светлих мрља. При овоме је најинтензивнији мак-симум такозвани нулти, тј. онај који одговара чистој рефлексији о потпуно глатку површ.

Слика 7.52. Интерференција након одбијања светлости о рефлексивну површину

Слика 7.53. Путна разлика зрака код рефлексионе дифракционе решетке

45 Као рефлексиона решетка такође може да се користи ЦД или ДВД.

116 117

Приметимо да при томе углови y и j нису једнаки јер, у складу са до сада ре-ченим, није реч о чистој рефлексији о потпуно глатку површ (слика 7.53). Уместо тога, сваки глатки и рефлектујући део решетке се понаша као тачкасти извор се-кундарних таласа који, у зависности од путне разлике, међусобно интерферирају конструктивно или деструктивно.

Путања број 1 је при томе дужа од путање број 2 до наиласка зрака на глатки део решетке, али је краћа од ње након рефлексије (слика 7.53). Као што се види са слике, дужа је за dsiny, а краћа за dsinj, тако да је разлика у путевима ова два зрака d (siny – sinj). Када је ова разлика једнака целом броју таласних дужина светлости:

, (7.5)

таласи рефлектовани од суседних рефлектујућих површи су у фази и долази до кон-структивне интерференције, па се на заклону добија светла мрља. Растојање између суседних рефлектујућих делова је константа решетке d, док је y упадни угао, а j угао дифракције. Интерференциони максимум нултог реда (m = 0) се, као што је напоменуто, налази у правцу геометријске рефлексије за коју је y = j. Са обе стране максимума нултог реда се налазе максимуми првог (m = ±1), другог (m = ±2) итд. реда, све до углова дифракције блиских 900 (који одговарају клизећем46 упадном таласу са слике 7.53).

За даље примене погодније је увести угао q између упадног зрака и равни решет-ке за који важи да је q + y = p

2 и угао δ између праваца геометријски рефлектованог

зрака и правца прве конструктивне интерференције y – j1 = δ (за m = 1 на слици 7.52). Заменом вредности углова y и j у једначини (7.5) и применом тригономет-

ријских идентитета може се показати да је у том случају . Уко-

лико се примени иста процедура на први зрак конструктивне интерференције, али са друге стране геометријски рефлектовани зрак за који важи j-1 – y = δ, аналогним

поступком се добија релација . Сабирањем ових двеју једначи-на долази се до важне формуле:

. (7.6)

При наиласку светлости под углом θ на граничну површину лењира, ознаке и глатке површине лењира чине правилно уређену структуру – рефлексиону дифрак-циону решетку. При томе, периоду решетке d овде одговара збир ширина рефлек-тујућег и нерефлектујућег поља.

Апаратуру чине He–Ne (или полупроводнички) ласер, оптичка клупа или два статива са држачима, лењир са нонијусом, метални метар, пластични или метални лењир и заклон са милиметарским папиром.

46 Упадни талас се назива клизећим, с обзиром на то да наилази под оштрим углом у односу на раван решетке.

Поступак: Лењир је потребно поставити на око 2 m од екрана на коме ће се фор-мирати мрље. Ласер треба поставити тако да светлост погађа сами крај лењира под малим углом клизања. Део светлости ће тако промашити крај лењира и наставиће да се креће ка екрану без промена у путањи (директан сноп). На екрану ће се уочи-ти више светлих мрља, али су на слици 7.54, ради једноставности, приказана места само двеју. Најсјајнија мрља одговара при томе геометријској рефлексији која се одвија под углом y. Услов за конструктивну интерференцију је дефинисан изразом (7.5).

Битно је уочити да у овом експерименту разлика углова мора да буде веома мала, пошто је λnd, где је d константа решетке, тј. растојање између две суседне ознаке на лењиру. Стога светлост треба да буде упућена ка лењиру под малим углом клизања θ.

Слика 7.54. Дифракција ласерског снопа на лењиру

Са слике 7.54 се лако уочава да важи израз:

. (7.7)

Како је ymnx, важиће и апроксимативне формуле:

(7.8)

које у комбинацији са релацијом (7.5) доводе до формуле за одређивање таласне дужине у облику:

(7.9)

Таласна дужина се може добити из ове радне формуле стандардним поступком, а нешто прецизнији резултат се добија уколико се на једну осу нанесу вредности ym

2, а на другу m и нацрта зависност:

m

dxyym

220

2 2λ+= , (7.10)

из које се, одређивањем коефицијента правца добијене праве линије, лако израчу-нава таласна дужина коришћене светлости.

зидлењир

ласер

118

Леви део слике 7.55 представља апаратура за реализацију огледа са лењиром, а на десном је приказ дифракционих максимума.

Слика 7.55. Фотографија експеримента дифракције ласерског снопа на лењиру

Компакт диск као рефлексиона дифракциона решетка

Компакт диск се за експерименте са дифракцијом може користити на два начина. Једноставнија варијанта, у којој светлост пада на диск под правим углом, приказана је на слици 7.56. Извор ласерске светлости се налази иза екрана који се може напра-вити од картона на коме се пробуши отвор ради проласка ласерске светлости. ЦД се постави на путању светлости тако да се максимум нултог реда формира баш на ме- сту отвора кроз који иначе пролази упадна ласерска светлост. Ово се може постићи тако што се, пре него што се употреби диск, на његово место постави обично равно огледало и његова позиција и позиција екрана доведу у жељени однос.

На основу формуле (7.5) за y = p2

, за максимум првог реда (нпр. за m = –1) важи:

. (7.7)

Приметимо да је овај услов идентичан услову који важи за трансмисиону ре-шетку. Уколико се пође од тога да је позната константа решетке (d представља ра- стојање између спиралних неравнина на диску) и да износи око 1,6 mm, мерењем растојања првог максимума y1 могуће је одредити таласну дужину употребљене светлости (слика 7.56).

Слика 7.56. Поставка експеримента при светлости која пада под правим углом на диск

118 119

На основу слике изводи се формула:

, (7.8)

где је са D означено растојање између диска и екрана. На основу последња два изра-за таласна дужина се рачуна као:

. (7.9)

Ситуација у којој светлост не пада на диск под правим углом приказана је на слици 7.57. Ова поставка такође може да се искористи за мерења, али је неопходно имати у виду да је хоризонтални ниво од кога се одређује висина дифракционих мрља онај на коме се налази диск.

Уколико се диск користи на овакав начин, онда су услови који важе при дифрак-цији задати релацијама (7.5) и (7.7).

Користећи ЦД као рефлексиону решетку, полихроматска светлост може да се разложи на боје. На тај начин дифракција на диску је брза и ефикасна метода за утврђивање да ли је извор светлости полихроматски или не.

Слика 7.57. Поставка експеримента при светлости која пада на диск

под углом различитим од нормалног

7.6. КАБИНЕТ ЗА ФИЗИКУ

За оптимално извођење експеримената из прописаног програма неопходан пре-дуслов је постојање кабинета за физику који се, у идеалном случају, састоји из три просторије: учионице-лабораторије, припремне собе и лабораторије.47 У већим школама, где постоји више паралелних одељења, корисно је да наставник, у сарадњи са колегом који прави распоред, направи такав распоред часова да одељења истог разреда имају наставу физике истог дана. То је потребно како би имао мање посла са припремом и постављањем опреме за експерименте.

47 Просторије намењене наставним предметима чији садржај захтева извођење експеримената и обављање вежби препознате су и у Правилнику о ближим условима у погледу простора, опреме и наставних средстава за гимназију, Сл. гласник СРС – Просветни гласник, бр. 5/90.

120

На слици 7.58 приказана је скица једног од могућих распореда ових просторија у кабинету за физику.

Слика 7.58. Распоред просторија које чине кабинет за физику: 1. учионица-лабораторија, 2. припремна соба и 3. лабораторија

Учионица-лабораторија служи за:• одржавање часова теоријске наставе (уз извођење демонстрационих огледа или

без њих);• извођење фронталних и групних лабораторијских вежби;• обављање ваннаставних активности;• смештај једног дела лабораторијске опреме.Снабдевена је аудио-визуелним средствима и/или потребним бројем рачунара и

има неопходне инсталације за струју, воду и грејање.

Осветљење. Ова просторија треба да буде добро осветљена дневном светлошћу. Прозори треба да имају могућност замрачења, јер за то постоји потреба код из-вођења одређених огледа.

Извори електричне струје. Радни столови ученика треба да су фиксирани и до њих се доводи наизменични напон од максимално 40 V.48 Најпогодније је прикљу-чивање столова водовима који се налазе у поду. Неопходни једносмерни напони добијају се помоћу малих исправљачких јединица које се распоређују, по потреби, на сваки сто.

Вода. С обзиром на електричне инсталације у близини свих столова, имајући у виду потребе наставе физике, довољно је да учионица-лабораторија има само један лавабо између улазних врата и врата према соби за припрему.

Намештај. Пошто је реч о просторији вишеструке намене, потребно је да има следеће сталне елементе:

• лабораторијске клупе/столове;• школске столице;• демонстрациони сто (добро је да буде издигнут 10–20 cm изнад пода);• школску таблу;• телевизор;• графоскоп;• видео-пројектор за рачунар;• пројекционо платно;• завесе за замрачивање;• ормане за смештај лабораторијске опреме;• приручну апотеку и противпожарни апарат.

48 Ова вредност напона задовољава већину потреба у настави физике, а обезбеђује услове сигурности ученика при раду са њим.

120 121

Лабораторијска клупа је предвиђена за два ученика. Треба да има металну кон-струкцију, а да радна површина буде од материјала који има малу топлотну про-водљивост и који је отпоран на детерџенте и дезинфекциона средства.

Демонстрациони сто мора да буде већих димензија од стандардних ученичких столова и треба да располаже смештајним простором за помоћни прибор, ситни алат и друге потрепштине неопходне при извођењу демонстрационих огледа. Та-кође, треба да буде опремљен електричним инсталацијама стандардног напона.

Ормани за смештај наставних средстава треба да располажу довољним просто-ром за смештај и чување лабораторијске опреме за групне и фронталне вежбе уче-ника. Најбоље их је поређати један поред другог уз одговарајуће зидове просторије.

Разводна електрична табла је основни извор напајања електричном струјом свих потрошача у просторији. Треба да садржи одговарајуће трансформаторе, прекида-че, осигураче и сигналне лампице у складу са важећим прописима.

Приручна апотека и противпожарни апарат морају да постоје у просторији и да се налазе на видљивом и лако приступачном месту.

Соба за припрему треба да се налази близу учионице-лабораторије и лабора-торије, у идеалном случају између њих. Намена ове просторије је вишеструка. Она служи за смештај демонстрационих средстава, чување дидактичких материјала и приручне литературе за наставника и ученике, за обављање ситних поправки, за припрему демонстрационих огледа и за индивидуални експериментални рад обдарених ученика. Инсталације ове просторије подлежу истим захтевима као и за учионицу-лабораторију.

Лабораторија је намењена искључиво за одржавање групних и индивидуалних лабораторијских вежби ученика, као и за складиштење опреме. Инсталације у ла-бораторији треба да су изведене на исти начин као у учионици-лабораторији. Вели-чина просторије и намештај треба да буду такви да обезбеде истовремено извођење лабораторијских вежби за 16–18 ученика.

Према неким истраживањима приближно две трећине школа у Србији нема просторије које одговарају потребама кабинета за физику.49 Неопходно је стога да се приликом изградње нових школских зграда обавезно узму у обзир и потребе наста-ве физике. Уколико постоје могућности, приликом изградње школе или одабирања просторија за кабинет за физику, треба настојати да исте буду што заштићеније од градске буке и саобраћаја. Просторије не треба да буду сувише изложене сунцу, а нарочито да не буду влажне, како не би дошло до оштећења лабораторијске опреме, инструмената и намештаја.

Уколико у школи не постоји кабинет за физику, отежана је реализација огледа на начин који је за ученике најпогоднији и најефикаснији. У таквим околностима наставник мора да се ограничи на онај експериментални прибор који може да пре-носи из учионице у учионицу (а пре тога из магацина где су ускладиштена наставна

49 Слична је ситуација и са кабинетом за хемију, који такође мора да задовољава бројне техничке претпоставке.

122

средства) и помоћу ког може брзо да припреми експерименте. Иако можда не изгле-да тако, то су за наставу физике прилично велика ограничења. Ипак, чак и у таквим околностима не би смели да се изоставе они кључни експерименти који су везани за главне помаке у развоју физике.

Уколико у школи нема опреме за огледе, ситуација за наставника (можда је ипак боље рећи за ученике) још је тежа. У таквим случајевима неопходно је тражити набавку минималне количине неопходних наставних средстава, а у међувремену настава се мора одржавати припремањем једноставних приручних демонстрацио-них експеримената. Као што је раније наглашено, још је адекватније у савременом приступу настави ангажовати саме ученике на припреми таквих огледа. Чак и у тако тешкој ситуацији могуће је организовати интерактивну конструктивистичку наставу. Битан корак у њеној реализацији је стварање проблемских ситуација након којих следи интерактивна дискусија, а то се у многим случајевима може постићи и једноставним приручним експериментима.

За разлику од неких других предмета (нпр. хемије), физику никако не треба из-водити у блок-часовима. У настави физике обично се ради о низу кратких експе-римената (уз пратећу дискусију и анализу), тако да их је могуће прекинути у било ком моменту и наставити следећи пут. Негативне стране извођења наставе физике у блоку су:

• Ученици, са садашњим фондом од 2 часа седмично, након блока недељу дана немају контакт са физиком, што је предуго. У толико дугом временском интервалу лако се заборавља, па је након тога потребно дуже време за припрему ученика за наставак наставе.

• Два часа у континуитету су за неке ученике, поготову за оне млађег узраста, превелики напор.

122 123

124124

ЛИТЕРАТУРА81. Авиани, Ивица. Неодимијски магнети на сату физике. Настава физике, бр. 1,

2015, стр. 46–57.

2. Басарић, Ђорђе. Методика наставе физике. Београд: Научна књига, 1979.

3. Белић, Драгољуб, Радојевић, Марина. Физика 3 – уџбеник за трећи разред гим-назија природно-математичког и општег смера. Београд: Издавачка кућа Klett, 2014.

4. Дојчиловић, Јаблан, Ивковић, Саша. Експерименти и демонстрациони огледи из физике. Београд: Физички факултет, 2008.

5. Закон о основама система образовања и васпитања. Београд: Сл. гласник РС, бр. 72/2009 и 52/11.

6. Коменски, Јан Амос. Велика дидактика. Београд: Завод за уџбенике, 1997.

7. Нешић, Љубиша. Основи физике. Ниш: Природно-математички факултет, 2011.

8. Нешић, Љубиша. „Ученичке претконцепције у механици”, Зборник предавања са републичког семинара о настави физике. Београд, 2013, стр. 29–38.

9. Нешић, Љубиша, Димитријевић, Дејан, Увод у физику околине. Ниш: Природно- -математички факултет, 2012.

10. Правилник о општим стандардима постигнућа за крај општег средњег обра-зовања и средњег стручног образовања у делу општеобразовних предмета. Бео-град: Сл. гласник РС, бр. 117/2013.

11. Петровић, Томислав. Дидактика физике – теорија наставе физике. Београд: Физички факултет, 1994.

12. Петровић, Томислав. Наставна средства физике – 1. део. Београд: Физички факултет, 1994.

13. Петровић, Томислав. Наставна средства физике – 2 део. Београд: Физички факултет, 1996.

14. Пољак, Владимир. Дидактика. Загреб: Школска књига, 1984.

15. Правилник о наставном плану и програму за гимназију. Београд: Сл. гласник СРС – Просветни гласник, бр. 5/90 и Сл. гласник РС – Просветни гласник, бр. 3/91, 3/92, 17/93, 2/94, 2/95, 8/95, 23/97, 2/2002, 5/2003, 10/2003, 11/2004, 18/2004,

24/2004, 3/2005, 11/2005, 2/2006, 6/2006, 12/2006, 17/2006, 1/2008, 8/2008, 1/2009, 3/2009, 10/2009, 5/2010 и 7/2011).

16. Радивојевић, Драган. Приручна средства као дифракционе решетке у настави физике, дипломски рад, Београд: Природно-математички факултет, 2013.

17. Распоповић, Милан О. Методика наставе физике. Београд: Завод за уџбенике, 1992.

18. Сенћански, Томислав. Мали кућни огледи 1. Београд: Креативни центар, 2006.

19. Сенћански, Томислав. Мали кућни огледи 2. Београд: Креативни центар, 2003.

20. Cunningham, James and Norman Herr, Hands-on physics activities with real-life applications, San Francisco: John Willey&Sons, 1994.

124 125124

БЕЛЕШКЕ

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

126

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������

126 127

CIP - Каталогизација у публикацији - Народна библиотека Србије, Београд 371.3::53(035) НЕШИЋ, Љубиша, 1966- Физика 3 : приручник за наставнике физике : за трећи разред гимназије / Љубиша Нешић, Лазар Раденковић. - 1. изд. - Београд : Klett, 2016 (Београд : Бранмил). - 127 стр. : илустр. ; 29 cm Тираж 300. - Напомене и библиографске референце уз текст. - Библиографија: стр. 126-127. ISBN 978-86-7762-797-3 1. Раденковић, Лазар, 1972- [аутор]a) Физика - Настава - Методика - ПриручнициCOBISS.SR-ID 219656972