Naładowane kulki

Poprawna odpowiedź

1.- B.

2. - A.

3. - C.

4. - C.

Wymaganie ogólne

2 Przeprowadzanie doświadczeń i wyciąganie wniosków z otrzymanych wyników.

Wymaganie szczegółowe

4.2. Elektryczność. Uczeń opisuje jakościowo oddziaływanie ładunków jednoimiennych i różnoimiennych

Komentarz

Aby rozwiązać zadanie, należy zastanowić się, w jaki sposób będą ze sobą oddziaływać dwie naładowane kulki, zawieszone na nitkach. Wyobraźmy sobie sytuację, w której kulki nie są naładowane i działa na nie jedynie siła ciężkości, spowodowana przyciąganiem grawitacyjnym pomiędzy kulkami a Ziemią. Nitki, na których zostały zawieszone kulki, zostają naciągnięte pod wpływem ich ciężaru, a kąt, jaki tworzą z kierunkiem pionowym wynosi zero. Jeśli naładujemy je ładunkami jednoimiennymi, kulki zaczną się odpychać, niezależnie od tego, czy będzie to ładunek o znaku dodatnim, czy ujemnym. W rezultacie obie nitki odchylą się od pionu w przeciwne strony i kulki oddalą się od siebie. Tej sytuacji odpowiada rysunek drugi.

Jeśli z kolei naładujemy kulki różnoimiennie, będą się przyciągać. Nitki odchylą się od pionu w taki sposób, że kulki się zbliżą.  Nie ma przy tym znaczenia, która z kulek zostanie naładowana ładunkiem o znaku dodatnim, a która ładunkiem o znaku ujemnym. Efekt w obu przypadkach będzie identyczny i odpowiada on sytuacji pokazanej na rysunku pierwszym. Nie istnieje natomiast możliwość, aby przy założeniach przyjętych w zadaniu kulki zachowały się w sposób zobrazowany na dwóch ostatnich rysunkach. Musiałaby działać na nie co najmniej jeszcze jedna siła, co jest sprzeczne z tekstem zadania. Rysunki te są wobec tego wykonane błędnie i nie odzwierciedlają opisanej sytuacji.

Rysunek pierwszy prawidłowo oceniło 72% uczniów, rysunek drugi – 66%, a dwa kolejne –  odpowiednio 65 i 78%. Całość zadania prawidłowo rozwiązało 50% uczniów. Ponieważ zadanie dobrze różnicuje uczniów, można przypuszczać, że osoby te udzielały odpowiedzi świadomie, analizując szczegółowo przedstawione sytuacje. Być może trudność zadania wynika z tego, że na III etapie edukacyjnym uczniowie nie posługują się jeszcze pojęciem wielkości wektorowych. Wprawdzie znajomość rachunku wektorowego nie jest tu konieczna, jednak rozrysowanie sił działających na każdą z kulek i znalezienie siły wypadkowej, mogłoby w tym przypadku okazać się pomocne dla ucznia.

Słowa kluczowe

Poprawna odpowiedź

1. - Nie.

2. - Tak.

3. - Nie

Wymaganie ogólne

2 Przeprowadzanie doświadczeń i wyciąganie wniosków z otrzymanych wyników.

Wymaganie szczegółowe

4.2. Elektryczność. Uczeń opisuje jakościowo oddziaływanie ładunków jednoimiennych i różnoimiennych

Komentarz

Ten wariant zadania mocniej niż poprzedni koncentruje się na samej istocie oddziaływania elektrostatycznego i związku pomiędzy znakami oddziałujących ładunków, a kierunkiem siły elektrostatycznej. Uczeń również musi dokonać oceny kilku rysunków, tym razem jednak przy kulkach zaznaczony jest znak ich ładunku.

Na rysunku pierwszym przedstawiona jest nierealna z punktu widzenia praw fizyki sytuacja, w której dwa ładunki dodatnie przyciągają się. Ponieważ są to ładunki jednoimienne, powinny się odpychać. W tym przypadku prawidłowiej odpowiedzi udzieliło 67% osób biorących udział w badaniu. Podobna była rozwiązywalność kolejnego etapu zadania - 71% uczniów oceniło drugi rysunek jako sytuację możliwą, dostrzegając, że mamy tu do czynienia z ładunkami jednoimiennymi, które powinny się odpychać.

Ostatni rysunek okazał się najłatwiejszy do oceny. Prawidłowej odpowiedzi udzieliło w tym przypadku aż 77% uczniów. Ponieważ ładunki mają różne znaki, powinny się przyciągać. Tym czasem sytuacji przedstawionej na rysunku nie da się uzyskać przy założeniach przyjętych w zadaniu (to znaczy bez wprowadzenia dodatkowych sił działających na kulki).

Całość zadania prawidłowo rozwiązało 51% uczniów. Choć jest to wynik zbliżony do wyniku poprzedniego zadania, różnicowanie jest w tym przypadku wyraźnie słabsze. Wydaje się zatem, że znaczna część uczniów ma problemy z całościowym rozumieniem zjawisk związanych z wzajemnym oddziaływaniem ładunków, nawet w sytuacjach w których zjawiska te są rozważane na bardzo prostym poziomie.

Słowa kluczowe