Fizika v šoli 19 (2013) 1 44 ŠE EN TEST ZA TRETJEŠOLCE Tine Golež Škofijska klasična gimnazija, Ljubljana OZADJE Učni načrt nam pušča kar precej proste roke pri zaporedju obravnave snovi. Moja dva kolega tako v tretjem letniku najprej obdelata nihanje, valovanje, zvok in optiko, po- tem pa se lotita elektrike. Sam se raje prej podam k elektriki, saj se tako bolj uskladim z matematiki, da hkrati govorimo o nihanju pri obeh predmetih. Zamik snovi med fiziki tudi pomeni, da imamo manj gneče pri opremi. Če bi kar vsi trije začeli z elektriko, bi gotovo nastajalo več težav z opremo, saj nekaterih demonstracij- skih učil nimamo v več primerkih. Tako se morata moja kolega včasih med seboj dogovar- jati za opremo, medtem ko sam uporabljam učila za nihanje, valovanje ... Ne glede na ta zamik med snovjo pa se vsi potrudimo, da do 15. maja končamo s klasično fiziko in začnemo razlagati moderno fiziko. Nikakor ni prav, da bi za to poglavje zmanjkalo časa. Predstavljam torej zadnji test pred obravnavo moderne fizike. Tema »valovanje« v eni dimenziji je bila zajeta že v prejšnjem testu, tako da sem tokrat preverjal poglavji zvok in svetlobo. Naloge so pregledno razporejene na list velikosti A3, tako da ima dijak vse pred sabo (pa tudi učitelj, ko popravlja test ...). Vsi dijaki pišejo enak test, kar mi omogočajo »antiprepisovalni zasloni« [1]. Razred in datum Ime in priimek Točke/Ocena 3.a 21. 5. 2012 Kriterij: do 15 (1), 16-18 (2), 19-23 (3), 24-27 (4), 28-32 (5) 1. Svetloba potuje iz vode v zrak. Lomi se tako, kot kaže slika. Hitrost svetlobe v zraku je 3,0·10 8 m/s. Fizika v šoli 19 (2013) 1 45 a) Kolikšna je hitrost svetlobe v vodi? Izmeri ustrezna kota in jo izračunaj. (2 točki) b) Frekvenca te svetlobe v zraku je 5,3·10 14 Hz. Kolikšna je v zraku njena valovna dolžina? (2 točki) c) Kolikšna je njena valovna dolžina v vodi? (2 točki) d) Kolikšna je njena frekvenca v vodi? (2 točki) 2. Z ozkim snopom bele svetlobe smo posvetili na uklonsko mrežico. Na tabli, ki je 3,3 m oddaljena od uklonske mrežice, je nastala mavrica; ena levo od osrednje ojačitve (bela svetloba), druga desno. Valovna dolžina vidne svetlobe je med 400 in 760 nm. a) Kolikšna je valovna dolžina rdeče svetlobe, ki je že skoraj infrardeča, a jo še vedno vidimo? Kolikšna je valovna dolžina vijolične svetlobe, ki je skoraj že UV, a jo še vidimo? (2 točki) b) Uporabili smo uklonsko mrežico, ki ima 355 rež na milimeter. Kolikšen je razmik med sredinama dveh sosednjih rež? (2 točki) c) Kako široka je mavrica na desni? Gre za mavrico, ki ustreza ojačitvi prvega reda; nastala je na tabli. (4 točke) 3. Med plamenček in steno, ki je 4,0 m oddaljena od plamenčka, smo postavili zbiralno lečo. Na steni je nastala ostra in povečana slika plamenčka. Goriščna razdalja leče je 0,55 m. a) Ali je razdalja med lečo in plamenčkom manjša kot med lečo in steno? Odgovor utemelji z besedami. (2 točki) b) Iz česa nastane slika, ki je realna? Kaj je zanjo značilno? (2 točki) c) Izračunaj razdaljo med lečo in plamenčkom. (4 točke) 4. Naštej nekaj mehanskih valovanj. Kakšno valovanje še poznamo? Kaj je značilno za to valovanje? (2 točki) 5. Nariši spekter tona in zvena ter ju na kratko opiši. (2 točki) Fizika v šoli 19 (2013) 1 46 6. Merilnik je izmeril glasnost zvoka 80 dB. a) Kolikšna je gostota energijskega (zvočnega) toka? (2 točki) b) Glasnost se je potem zmanjšala na 40 dB. Za koliko odstotkov se je zmanjšala gostota energijskega (zvočnega) toka? (2 točki) REŠITVE 1. a) Izmerimo, da je vpadni kot 35 stopinj in lomni kot 50 stopinj. Zato je c vode = 2,25·10 8 m/s. b) c 566 nm c) vode = c vode /c = 425 mm d) Frekvenca se ne spremeni, je še vedno 5,3·10 14 Hz. 2. a) 400 nm je modra (vijolična), 760 nm pa rdeča. b) d = 1mm/355 = 2,82·10 -6 m c) dsin = (opazovali smo prvo mavrico); m = 8, 16 0 , r = 15,65 0 ; zato se modra barva začne 0,473 m od osrednje osvetlitve in rdeča konča 0,924 m od osrednje osvetlitve (N = 0). Širina mavrice na tabli je tako 0,924 m – 0,473 m = 0,451 m 3. a) Povečano sliko dobimo, ko je razdalja med lečo in predmetom med f in 2f, v našem primeru med 0,55 m in 1,10 m. Od leče do stene je tako še okoli 3 metre. Razdalja med lečo in plamenčkom je manjša od razdalje med steno in lečo. b) Realna slika nastane iz žarkov (in ne njihovih podaljškov). Realno sliko lahko projicira- mo ali opazujemo, je tudi obrnjena. c) d = 400 cm; f = 55 cm; a + b = f in 1/a + 1/b = 1/f . Iz prve enačbe izrazimo b in ga vstavimo v drugo. Dobimo kvadratno enačbo z rešitvama: a 1 = 334,2 cm in a 2 = 65,8 cm. 4. Mehanska valovanja so valovi na morju, val, ki ga ustvarijo navijači, zvok, valovi na slinki vzmeti ali struni ... Elektromagnetno valovanje ni mehansko, saj ne potrebuje sredstva. 5. Pri tonu je v spektru ena sama frekvenca, pri zvenu pa osnovna frekvenca in celošte- vilski večkratniki osnovne frekvence. Fizika v šoli 19 (2013) 1 47 6. a) j = 10 -4 W/m 2 b) j zmanj = 10 -8 W/m 2 , zato je j zmanj /j = 10 -4 = 0,0001. Gostota energijskega toka je še 0,01 % prvotne, kar pomeni, da se je prvotna zmanjšala za 99,99 %. REZULTATI IN KOMENTARJI Odstotek povsem pravilnih odgovorov, za katere so dobili dve točki (oziroma 4 pri podvprašanjih 2.c in 3.c). 1. naloga a b c d odstotki 57 77 53 53 Pričakovano so zapisali največ popolnoma pravilnih odgovorov pri podvprašanju b. Tam so le vstavili podatka v enačbo. Vsa druga podvprašanja pa zahtevajo vsaj malce razmisleka. Pri prvem je bilo treba pravilno označiti in izmeriti kota (vpadna pravokotni- ca!), pri tretjem so se srečali z računanjem valovne dolžine v drugem sredstvu, kar ni bilo v nobeni že rešeni nalogi. Zadnje podvprašanje pa smo precej poudarjali pri obravnavi valovanja na vodi, a rezultat kaže, da prenos znanja na drugo področje (svetloba) ni bil preveč uspešen ... če že predpostavim, da jim je bilo to – enaka frekvenca – pri valovanju na vodi razumljivo. 2. naloga a b c odstotki 90 83 30 Vidimo, da so kar dobro vedeli, katere valovne dolžine spadajo k modri in katere k rdeči svetlobi oziroma meji obeh. Tudi preračun iz števila rež do razmika med režama ni delal posebnih težav. Širina mavrice na steni pa je zahtevnejša naloga (zato 4 točke) in slaba tretjina je vse rešila pravilno, kar nekaj pa je bilo takih, ki so dobili dve ali tri točke. Po drugi strani pa jih je osem pri tem podvprašanju ostalo popolnoma brez točk. Gre za Fizika v šoli 19 (2013) 1 48 poskus, ki smo ga naredili med poukom, a tedaj nismo merili ali računali širine mavrice, pač pa skrajni valovni dolžini vidne svetlobe (kolikor se pač to da izmeriti v razmeroma svetli učilnici). 3. naloga a b c odstotki 83 77 37 Med samim poukom smo naredili kar nekaj preslikav z lečo, tako da ni presenetljiv rezultat pri prvem podvprašanju. Tudi značilnosti navideznih in realnih slik so bile stalnica ustnega spraševanja, kar spet da pričakovan rezultat. Račun pri tretjem podvprašanju je eden redkih, ko dijaki (končno!) uporabijo kvadratno enačbo, ki so jo sicer po dolgem in počez obdelovali v drugem letniku pri matematiki, pa še do mature in naprej jih bo sprem- ljala. Za nekatere je že uporaba drugih črk namesto znanega x prva ovira pri razumevanju, za kaj gre. Seveda smo podoben primer naredili v šoli, sicer bi bil rezultat še slabši. 4. naloga odstotki 27 Delitev na mehanska in elektromagnetno valovanje je tako pomembna, da spada tudi v kontrolno nalogo. Očitno pa bi bilo to vprašanje potrebno še večkrat zastaviti pri ustnem preverjanju in ocenjevanju. Vsekakor dobi učitelj med premislekom ob testu navdih, kaj in kako spremeniti, da bodo temeljne stvari malo bolj obležale v spo- minu dijakov. 5. naloga odstotki 50 Glede na vse pripomočke in poskuse (CoolEdit, glasbeni inštrumenti) sem pričako- val več pravilnih odgovorov. A na koncu je od dijaka odvisno, kaj si zapomni in koliko se uči, zato preveč učiteljeve samokritike, da dijakov ni dovolj naučil, nikakor ni na mestu. 6. naloga a b odstotki 80 23 Spet klasika. Kjer je treba le vstaviti podatke v znano enačbo, bo že šlo. Ko je potre- ben razmislek in morda le še sklepni račun, pa je že druga pesem. En dijak, ki je pisal 3, je drugo podvprašanje rešil, pa tudi eden, ki je pisal le dve. Ostalih pet pravilnih rezultatov pa pripada petim dijakom, ki so bili ocenjeni s petico. In ocene dijakov? Pravzaprav za ta razred kar dobre. Je pa manjkalo pet dijakov; če me spomin ne vara, so se učno šibkejši izognili (začasno, seveda) preverjanju te snovi. Fizika v šoli 19 (2013) 1 49 ŠIRŠA SLIKA IN SKLEP Najbrž je eden ključnih podatkov za oceno uspešnosti reševanja testa poleg samih ocen še primerjava med nalogami, ki so jih dijaki dobili za domačo nalogo ali pri spraševanju (oziroma kot zgled pri pouku), in nalogami v samem testu. Lah- ko rečem, da so naloge sicer podobne, a sem poskusil uporabiti malo drugačna vprašanja, ki bi pokazala, kdo je bolj naučen vzorcev nalog, kdo pa zna pokazati spretnost pri manj znanih okoliščinah. Uravnovešenje znanega in neznanega v testu je večno vprašanje, ki ga predvsem z leti in kritičnim razmislekom o nalogah vse bolj spretno (en stavek za samozavest po dvajsetih letih poučevanja tudi ni odveč) lovi učitelj. V Dopolnjevalnem učbeniku, ki sem ga napisal za tretješolce, predstavljajo večino računskih nalog za vaje in utrjevanje kar naloge, ki so jih prejšnje ge- neracije reševale v kontrolnih nalogah. Tako so di- jaki imeli zares dovolj možnosti za utrjevanje in pre- izkušanje svojega znanja. A fizika je le eden izmed predmetov. V tretjem letniku pa je to tudi predmet, od katerega se mnogi že – vsaj v mislih – poslavljajo in si želijo končno oblikovati nabor predmetov po lastnih željah in nagnjenjih. Naj na koncu še enkrat povabim kolege, da še sami predstavijo svoje izdelke za preverjanje in ocenjevanje znanja. Prepričan sem, da bi vpogled v tovrstne izdelke gotovo dal bralcem kak namig, kako še izboljšati zahtevno opravilo, sestavljanje pis nih nalog. Vabljeni! [1] T. Golež, Nova rubrika: pisno preverjanje znanja, Fizika v šoli, 17 (2011) 106–114