Obwód elektryczny

Poprawna odpowiedź

1. C., 2. A.

Wymaganie ogólne

R5 (Rozszerzenie) Planowanie i wykonywanie prostych doświadczeń i analiza ich wyników.

Wymaganie szczegółowe

Komentarz

Zadanie sprawdza umiejętność projektowania prostych doświadczeń fizycznych i odwołuje się do sytuacji, z którą mamy do czynienia np. w przypadku instalacji oświetleniowej w mieszkaniu, w której żarówki są połączone równolegle. Jak można zaobserwować, włączenie kolejnej żarówki do obwodu nie wpływa na jasność pozostałych żarówek. Najprościej wyjaśnić to na przytoczonym w zadaniu przykładzie: na rysunku górnym mamy obwód składający się ze źródła prądu (baterii), żarówki oraz amperomierza. Prąd wytwarzany przez baterię charakteryzuje się stałą wartością napięcia, jego natężenie natomiast jest zmienne i może przybierać dowolne wartości nieprzekraczające wartości maksymalnej dla danego typu ogniwa.

Na kolejnym rysunku mamy ten sam obwód po niewielkiej modyfikacji: żarówka została połączona równolegle z opornikiem. Zauważmy, że przy takim połączeniu nie zmieniło się napięcie na zaciskach żarówki, wobec tego, zgodnie z prawem  Ohma, natężenie płynącego przez nią prądu również nie mogło się zmienić (żarówka posiada stały opór). Jedynym efektem włączenia dodatkowego opornika w obwód jest zwiększenie poboru mocy z baterii, a co za tym idzie – zwiększenie natężenia prądu pobieranego z baterii. Nie wpłynie to jednak na jasność świecenia żarówki, ponieważ część mocy zostanie pobrana przez dodatkowy opornik.  Prawidłową odpowiedzią jest w tym przypadku kombinacja 1–C, 2–A „Po podłączeniu opornika równolegle żarówka będzie świeciła tak samo jak żarówka w obwodzie bez opornika. Równoległe połączenie opornika z żarówką nie wpłynie na natężenie płynącego przez nią prądu”.

 Zadanie zostało wykorzystane w badaniu, w którym wzięli udział uczniowie klas drugich liceów ogólnokształcących. Prawidłowej odpowiedzi udzieliło 22% uczniów, przy czym rozwiązywalność części pierwszej zadania wyniosła 32%, a części drugiej – 28%. Nie jest to wynik imponujący, biorąc pod uwagę fakt, że do rozwiązania tego zadania w zupełności wystarczają umiejętności z zakresu gimnazjum.

Wyniki uzyskane w badaniu wskazują na niedostateczne ugruntowanie tych wiadomości wśród licealistów. W pierwszej części zadania niemal 46% uczniów uznało, że w przypadku schematu 2 żarówka będzie świecić słabiej. Prawdopodobnie większość z nich doszła do błędnego wniosku, że równoległe połączenie opornika z żarówką spowoduje zmniejszenie natężenia płynącego przez nią prądu, co z kolei przełoży się na zmniejszenie mocy żarówki, a tym samym – jej jasności. Potwierdzeniem takiego przypuszczenia jest fakt, iż w drugiej części zadania aż 51% uczestników badania wybrało odpowiedź B.

Słowa kluczowe