Wiązka zadań
Elektroskop
Zadanie
Na lekcji fizyki nauczyciel zaprezentował uczniom urządzenie do wykrywania ładunku elektrycznego – elektroskop. Składa się on z pionowego metalowego pręta zakończonego kulką, do którego przymocowana jest ruchoma metalowa blaszka (listek). Elektroskop skonstruowany jest w taki sposób, że ładunek wprowadzony na kulkę swobodnie przepływa pomiędzy pionowym prętem a listkiem. W efekcie obie te części zostają naładowane ładunkami o tym samym znaku. W trakcie pokazu, po wprowadzeniu na kulkę ładunku dodatniego, listek odchylił się od pionu (Rys. B).
Rys. A. Elektroskop przed naładowaniem, Rys. B. Elektroskop po naładowaniu.
Następnie nauczyciel zapytał uczniów co się stanie, gdy na kulkę dodatnio naładowanego elektroskopu wprowadzony zostanie dwa razy większy ładunek ujemny. W tabeli zamieszczono stwierdzenia wypowiedziane przez uczniów. Rozstrzygnij, które z nich są prawdziwe, a które fałszywe.
| Stwierdzenie | Prawda czy fałsz? | |
| 1. | „Pionowy pręt naładuje się ujemnie.” | `square` Prawda / `square` Fałsz |
| 2. | „Listek pozostanie naładowany dodatnio.” | `square` Prawda / `square` Fałsz |
| 3. | „Listek i pręt będą się wtedy przyciągać.” | `square` Prawda / `square` Fałsz |
Poprawna odpowiedź
1 - P
2 - F
3 - F
Wymaganie ogólne
1 Wykorzystanie wielkości fizycznych do opisu poznanych zjawisk lub rozwiązania prostych zadań obliczeniowych.
Wymaganie szczegółowe
4.1. Elektryczność. Uczeń opisuje sposoby elektryzowania ciał przez tarcie i dotyk/ wyjaśnia, że zjawisko to polega na przepływie elektronów/ analizuje kierunek przepływu elektronów
4.2. Elektryczność. Uczeń opisuje jakościowo oddziaływanie ładunków jednoimiennych i różnoimiennych
Komentarz
Zadanie sprawdza umiejętność wnioskowania i wykorzystania wiedzy z fizyki w konkretnej sytuacji. Dotyczy elektrostatyki, działu fizyki zajmującego się elektryzowaniem się ciał, które to zjawisko polega na przepływie elektronów. Elektron posiada ładunek ujemny o wartości 1.6 ∙10-19 C.Jest to najmniejszy ładunek jaki istnieje w przyrodzie, tak zwany ładunek elementarny. Jeśli jakieś ciało jest naelektryzowane ujemnie to znaczy że ma nadmiar elektronów. Natomiast naelektryzowanie dodatnie oznacza niedobór elektronów. Jeśli ciało naładowane ujemnie, uziemimy np. dotykając go palcem, to ‘nadmiarowe’ elektrony spłyną do Ziemi i ciało pozostaje elektrycznie obojętne. Natomiast uziemienie ciała dodatnio naelektryzowanego spowoduje przepływ elektronów z Ziemi do ciała w takiej ilości, aby zobojętnić zgromadzony w nim ładunek.
Aby sprawdzić, czy ciało jest naelektryzowane, możemy posłużyć się elektroskopem. Zasada działania tego przyrządu jest prosta: po dotknięciu kulki elektroskopu naelektryzowanym ciałem, ładunek z tego ciała przepływa na metalowy pręt i z niego przechodzi na listek. Czyli i na pręcie, i na listku gromadzi się ładunek tego samego znaku. Powoduje to wzajemne odpychanie się tych dwóch elementów elektroskopu, co skutkuje wychyleniem się listka. Niezależnie od tego, czy ciało jest naelektryzowane dodatnio, czy ujemnie, listki elektroskopu odchylają się, ponieważ ładunek na listku jest zawsze tego samego znaku co ładunek na pręcie.
W analizowanym zadaniu mamy do czynienia z nagromadzonym ładunkiem dodatnim na wszystkich trzech wymienionych wcześniej częściach elektroskopu. Jeśli do dodatnio naładowanych elementów elektroskopu dostarczymy dwa razy większy ładunek ujemny, to najpierw nastąpi zobojętnienie ładunku dodatniego, a później nadwyżka ładunku ujemnego zgromadzi się na pręcie i listku. Zatem w rezultacie i pręt, i listek naładują się ujemnie (prawdziwe stwierdzenie 1 oraz fałszywe 2). Jednakże, listek nadal będzie wychylony, gdyż będzie on odpychał pionowy pręt z powodu jednoimiennego naładowania obu tych części elektroskopu. Wskazuje to na nieprawdziwość stwierdzenia 3.
W badaniu przeprowadzonym wśród uczniów pierwszych klas liceów ogólnokształcących około 20 % uczniów rozwiązało całość zadania poprawnie. Najłatwiejszy był dla badanych punkt 1, stwierdzający, że pręt naładował się ujemnie. Zdecydowana większość (67 %) wybrała prawidłową odpowiedź. Punkty 2 i 3 sprawiły uczniom więcej problemów. Mniej więcej połowa badanych wybierała poprawne odpowiedzi i tyle samo (druga połowa badanych) wskazywała niepoprawne. Wskazywałoby to na losowy wybór jednej z dwóch podanych odpowiedzi. Zauważono jednak ciekawą zależność. Słabsi uczniowie częściej wybierali nieprawidłową odpowiedź a zdolniejsi częściej prawidłową. Zadanie dobrze różnicowało uczniów. Badani uczniowie skłonni byli potwierdzić, że pręt naładował się ujemnie (tak jak dotykające kulkę ciało) ale co do tego czy listek również naładował się ujemnie i odpycha pręt czy raczej naładował się dodatnio i przyciąga pręt nie byli już tacy pewni.
Utwór jest chroniony prawem autorskim. Zasady i warunki korzystania z niego określa Regulamin Serwisu Bazy Dobrych Praktyk.
"Masz uwagi do treści? Uważasz, że zawiera błąd? Napisz na bnd@ibe.edu.pl
