БОУ ДПО «Институт развития образования Омской области»

Диагностика экспериментальных умений при выполнении заданий ЕГЭ по физике

Митракова М.Н.

старший преподаватель кафедры физико-математического образования БОУ ДПО «ИРООО»

1

6

Изменения в содержании КИМов 2010 г.

ФИЗИКА И МЕТОДЫ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ

6.1 Наблюдение и описание физических явлений 6.2 Физический эксперимент СО, СБ СО, СБ СО, СБ 6.3 Измерение физических величин.

Международная система единиц 6.4 Моделирование явлений и объектов природы 6.5 Научные гипотезы СБ, СП СП 6.6 Физические законы и теории, границы их применимости СП

2

Требования ГОС к умениям выпускников основной школы, освоение которых проверяется на ЕГЭ Выпускники основной школы должны:

использовать физические приборы и измерительные тока; инструменты для измерения физических величин: расстояния, промежутка времени <…> работы и мощности электрического представлять результаты измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости: пути от времени <…> угла преломления от угла падения света.

3

Требования ГОС к умениям выпускников средней школы, освоение которых проверяется на ЕГЭ Выпускники средней школы на базовом уровне должны:

отличать гипотезы от научных теорий; делать выводы на основе экспериментальных данных; приводить примеры, показывающие, что: – наблюдения и эксперимент являются основой для выдвижения гипотез и теорий, позволяют проверить истинность теоретических выводов; – физическая теория даёт возможность объяснять известные явления природы и научные факты, предсказывать ещё неизвестные явления.

4

Требования ГОС к умениям выпускников средней школы, освоение которых проверяется на ЕГЭ Выпускники средней школы на профильном уровне должны:

• измерять: скорость, ускорение падения <…> длину световой волны; свободного • представлять результаты измерений с учётом их погрешностей; • выдвигать на основе наблюдений и измерений гипотезы о связи физических величин; • планировать и проводить исследования по проверке этих гипотез.

5

Задания для диагностики экспериментальных умений Теоретические

направлены на диагностику умений, связанных с отдельными элементами научного метода познания .

Практико-ориентированные

диагностику умений анализировать электрические цепи (измерительных установок); направлены на строить модели в виде рисунков цепей и оптических схем; понимать приборов.

способы использования измерительных

Лабораторные

направлены на диагностику сформированности конкретных практических и общеучебных умений; уровня освоения метода познания в целом.

6

Теоретические задания с выбором ответа направлены на диагностику умений, связанных с отдельными элементами научного метода познания: Различать использование различных методов изучения физических объектов наблюдение, эксперимент, измерение, описание, моделирование гипотеза.

7

Пример 1.

Исследуя зависимость напряжения на полюсах источника от силы тока, ученик получил результаты, представленные на рисунке. Исследование позволяет выдвинуть обоснованную гипотезу:

1) о линейной зависимости напряжения от силы тока; 2) об обратной зависимости между силой тока и напряжением; 3) о прямой пропорциональности между напряжением и силой тока; 4) о том, что напряжение обратно пропорционально силе тока.

8

Теоретические задания с выбором ответа направлены на диагностику умений, связанных с отдельными элементами научного метода познания: Приводить (выбирать) примеры, иллюстрирующие роль теории в объяснении явлений природы и предсказании неизвестных явлений.

Различать (выделять) цели проведения (гипотезу) описанного опыта или наблюдения, порядок проведения и делать выводы.

9

Пример 2.

явления фотоэффекта. В одной из серии опытов при постоянном Проводились опыты по исследованию напряжении батареи увеличивали интенсивность света, падающего цепи. При этом проверялось: на один из электродов, и определяли изменение силы тока в

1) как зависит количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла, от силы тока в цепи; 2) как зависит количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла, от энергии световой волны; 3) как зависит ток насыщения от запирающего напряжения; 4) как зависит максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов от частоты света.

10

Предлагать (выбирать) порядок проведения опыта или наблюдения в зависимости от поставленной цели.

Пример 3.

магнитный Проволочная катушка с током создаёт магнитное поле.

Была выдвинута гипотеза, что поток через поперечное Необходимо сечение катушки зависит от её длины и диаметра.

экспериментально проверить эту гипотезу. Какие два набора катушек нужно взять для такого исследования?

1) А и Б; 2) Б и В; 3) Б и Г; 4) В и Г.

11

Пример 4.

Пучок белого света, пройдя через призму, разлагается в спектр. Была выдвинута гипотеза, что ширина спектра, получаемого на стоящем за призмой экране, зависит от угла падения пучка на грань призмы. Необходимо экспериментально проверить эту гипотезу. Какие два опыта из тех, схемы которых представлены ниже, нужно провести для такого исследования?

1) Б и Г 2) Б и В 3) А и Б 4) В и Г 12

Теоретические задания с выбором ответа направлены на диагностику умений, связанных с отдельными элементами научного метода познания: Выбирать составлять измерительные схемы его приборы и оборудование (по рисункам и фотографиям) для проведения исследования. Знать назначение и схематическое обозначение прибора и правильно включения в экспериментальную установку.

Пример 5.

помощи: Атмосферное давление можно измерять при

1) психрометра; 2) гигрометра; 3) барометра; 4) манометра.

13

Пример 6.

Приборы, служат: Ученик собрал электрическую цепь.

изображённые на фотографии слева,

1) 1 – для измерения силы тока, 2 – для измерения напряжения; 2) 1 – для измерения напряжения, 2 – для измерения силы тока; 3) 1 – для измерения напряжения, 2 – для измерения ЭДС; 4) 1 – для измерения силы тока, 2 – для измерения сопротивления.

14

Определять цену деления, пределы измерения и абсолютную погрешность измерения прибора. Записывать показания приборов с учётом абсолютной погрешности измерения.

Пример 7.

изображена шкала делений амперметра.

На рисунке Согласно показаниям прибора сила тока в цепи равна

1) 1,0 А; 2) 1,4 А; 3) 1,5 А; 4) 2,0 А.

15

Определять цену деления, пределы измерения и абсолютную погрешность измерения прибора. Записывать показания приборов с учётом абсолютной погрешности измерения.

Пример 8.

объёма тела его погрузили в мензурку При измерении (см.

рисунок).

Погрешность объёма при помощи данной мензурки объёма равна тела измерения её цене деления. Какая запись для наиболее правильная?

1) 16 мл ± 1 мл; 3) 46 мл ± 1 мл; 2) 46 мл ± 2 мл; 4) 16 мл ± 2 мл.

16

Пример 9.

измерения.

На рисунке изображена часть мензурки с налитой в неё водой. Запишите численное значение объема воды в мензурке с указанием погрешности его Возможны различные варианты ответа.

Так как погрешность отсчета по шкале разные авторы считают равной  цене деления прибора;  половине цены деления шкалы.

V = (90 ± 5) мл и

V = (90 ± 2,5) мл

Второй ответ соответствует правилу, сформулированному в учебнике «Физика-10» Ю.И. Дика и др.: «…результат измерения

записывается с числом десятичных знаков, не большим, чем их имеется в абсолютной погрешности».

17

Пример 10.

На рисунке приведена электрическая цепь, собранная учеником. В паспорте амперметра, включенного в цепь, указано, что абсолютная погрешность амперметра на любом участке шкалы не превосходит цены деления. Какая запись результатов измерения будет верна?

1) (0,45 ± 0,10) А; относительная погрешность измерения силы тока 22% 2) (0,45 ± 0,05) А; относительная погрешность измерения силы тока 11% 3) (3,8 ± 0,1) А; относительная погрешность измерения силы тока 3% 4) (0,49 ± 0,01) А; относительная погрешность измерения силы тока 2% 18

Пример 11.

Один ученик измерил линейкой ребро кубика и определил, что оно равно (5 ± 0,1) см. После этого он вычислил объем кубика мерным цилиндром и получил результат (124 ± 2 мл).

Какое из утверждений верно? Результаты измерения двух учеников в пределах ошибок измерений

1) совпадают, но у второго более точен 2) совпадают, но у первого более точен 3) не совпадают, и результат у первого более точен 4) не совпадают, и результат у второго более точен

V 1

= (5cм) 3 = 125 см 3 –

косвенные измерения ε 1

= (0,1/5 + 0,1/5 + 0,1/5) · 100% = 0,2 · 3 · 100% =

6% ε 1 = ∆V 1 / V 1 ∆V 1

=

ε 1 · V 1 – →

абсолютная погрешность

∆V 1

= 125 см 3 · 0,06 =

7,5 см 3 V 1

= (125 ± 7,5) см 3 = (125 ± 7,5) мл Изобразите результаты на координатной прямой ● ● ● ● ●

117,5 122 124 126 132,5

19

Теоретические задания с выбором ответа направлены на диагностику умений, связанных с отдельными элементами научного метода познания: Сопоставлять результаты исследований, приведённые в виде словесного описания, таблицы или графика (переводить имеющиеся данные из одной формы описания в другую), оценивать соответствие выводов имеющимся экспериментальным данным.

Делать выводы, известных анализировать, результаты опытов и наблюдений на основе физических явлений, объяснять законов, теорий.

20

Пример 12.

На рисунке приведён график зависимости силы тока, протекающего через прибор, от приложенного напряжения. Из графика следует, что: 1) ток в цепи не подчиняется закону Ома; 2) ток в цепи прибора подчиняется закону Ома только при сопротивлении менее 0,1 Ом; 3) закон Ома выполняется при всех значениях напряжения; 4) сопротивление прибора R = 0,1

Ом.

21

Практико-ориентированные задания

направлены на диагностику умений:

анализировать электрические цепи (измерительных установок), строить модели в виде рисунков цепей и оптических схем, понимать способы использования измерительных приборов.

22

Типы экспериментальных заданий

I тип II тип III тип

Косвенно связаны с фронтальными лабораторными работами, т.е. когда проверяемые знания и умения отрабатываются при выполнении лабораторных работ Используют ситуацию, результаты и другие прямые признаки лабораторных работ Использующие фотографии, где показаны явления, приборы и измерительные установки

23

I тип

Пример 13.

Тело массой 1 кг, подвешенное на нити длиной 0,5 м.

О равен 1 м, движется, горизонтальную окружность радиусом Момент силы описывая тяжести относительно точки закрепления нити 1)

1 Н ∙ м

2)

3 Н ∙ м

3)

5 Н ∙ м

4)

7 Н ∙ м

Пример 14. Используя нить, ученик зафиксировал легкий рычаг. Масса подвешенного к рычагу груза равна 0,1 кг. Сила натяжения нити равна 1)

1/5 Н

2)

2/5 Н

3)

3/5 Н

4)

4/5 Н 24

I тип

Пример 15.

Во время опыта по исследованию выталкивающей силы ученик уменьшил глубину погружения тела в 3 раза, не вынимая его из воды. При этом выталкивающая сила 1)

не изменилась

3)

увеличилась в 3 раза

2)

уменьшилась в 3 раза

4)

увеличилась в 9 раз

Пример 16. В двух комнатах квартиры показания сухих термометров психрометра одинаковы, а показания влажных – отличаются и от показаний сухого и различаются между собой. Если показания влажного термометра выше в первой комнате, то влажный платок 1)

высохнет быстрее в первой комнате

2)

высохнет быстрее во второй комнате

3)

высохнет за одно и то же время в обеих комнатах

4)

не высохнет в первой комнате, если показания в ней не изменятся 25

Пример 17.

При выполнении

II тип

лабораторной установил наклонную плоскость под углом 60° к поверхности стола. Длина наклонной Момент силы тяжести бруска массой 0,1 кг плоскости относительно плоскости равен работы равна точки ученик 0,6 О м.

при прохождении им середины наклонной 1)

0,15 Н ∙ м

2)

0,30 Н ∙ м

3)

0,45 Н ∙ м

4)

0,60 Н ∙ м

Пример 18.

К пружине школьного динамометра длиной 5 см подвесили груз массой 0,1 кг. При этом пружина удлинилась на 2,5 см. Чему будет равно удлинение пружины при добавлении к ней еще двух таких грузов по 0,1 кг?

1)

5 см

2)

7,5 см

3)

10 см

4)

12,5 см 26

II тип

Пример представлены 19.

На два фотографии термометра, используемые для определения относительной влажности воздуха с помощью психрометрической таблицы, в которой влажность указана в процентах.

Относительная влажность воздуха в помещении, в котором проводилась съемка,

1)

37%

2)

45%

3)

48%

4)

59% 27

II тип

Пример 20.

Лазерный луч красного цвета падает перпендикулярно на дифракционную решетку (50 штрихов на 1 мм). На линии экрана АВС наблюдается серия красных пятен. Какие изменения произойдут на экране при замене этой решетки на решетку со 100 штрихами на 1 мм?

1) Картина не изменится 2) Пятно в точке В не сместится, остальные раздвинутся от него 3) Пятно в точке В не сместится, остальные сдвинутся к нему 4) Пятно в точке В исчезнет, остальные раздвинутся от точки В 28

Пример 21.

На рисунке показана установка

II тип

для измерения длины световой волны с помощью дифракционной решетки. На решетку падает луч от лазера перпендикулярно плоскости решетки, при этом на линейке расстоянии х << L друг от друга возникают яркие пятна. Длина волны света, излучаемого лазером, равна

1) xd / L 2) Ld / x 3) xL / d 4) X / Ld

29

III тип

Пример 22 (С1).

цепь, состоящую из батарейки (1), реостата (2), ключа (3), амперметра (4) и вольтметра (5). После этого он провел измерения напряжения на полюсах и силы тока в цепи при различных сопротивлениях внешней цепи (см.

фотографии).

Ученик собрал электрическую

Определите ЭДС и внутреннее сопротивление батарейки.

30



U 1 U 2

     Правильно сняты показаниям приборов

= 3,2 B = 2,6 B I 1 I 2 = 0,5 A = 1 A

Верно записана формула, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом

(Закон Ома для полной цепи)

 = IR + Ir,  = U + Ir,  = U 1 + I 1 r = U 2 + I 2 r r = U 1  - U 2

Полное правильное решение, включает следующие элементы:

= 3,8 В.

= I 2 - I 1 = 1,2 Ом

Примечание:

отклонения в записанных показаниях приборов в пределах цены деления этих приборов не считаются ошибкой; соответствен но могут различаться и числовые значения ответа.

31

III тип

Пример 23 (С2).

Ученик собрал электрическую цепь, состоящую из батарейки (1), реостата (2), ключа (3), амперметра (4) и вольтметра (5).

Затем он провел измерения напряжения на полюсах и силы тока в цепи при различных сопротивлениях внешней цепи (см. фотографии). Определите КПД

источника тока в первом опыте.

32

U 1 I 1 ε I 1

Полное правильное решение, включает следующие элементы:

   Решение идентично решению задачи С2.

Выражение для КПД источника тока в первом опыте:  

= =



U 1 I 1

/



I 1

100%

=



U 1

/



84%.

33

Сравнительная характеристика заданий С1 и С2

С1 и С2

Базируются на фотографии электрической цепи, которую собирают учащиеся при выполнении обязательной контрольной работы по измерению ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

Задание С1 знакомая

экспериментальная ситуация

Задание С2 незнакомая

экспериментальная ситуация 34

Особенности заданий по фотографиям

Теоретическая составляющая Экспериментальная составляющая Задания аналогичны текстовым задачам, которые отрабатываются в школьной практике Задания оказываются необычными, так как зафиксированные на фотографиях экспериментальные установки, вероятнее всего не знакомы учащимся.

35

Пример 24 (В).

На рисунке приведен

III тип

универсальный параметров атмосферы. Воспользуйтесь таблицей зависимости давления насыщенного пара воды от температуры и определите содержание паров в кубическом метре прибор воздуха.

для Ответ измерения выразите в граммах и округлите до целых.

Ответ: 10.

36

Особенности заданий по фотографиям

Пример С3. При исследовании уравнения состояния газа ученик соединил сосуд объемом 150 мл с манометром тонкой трубкой и опустил сосуд в горячую воду. Чему равна плотность воздуха в сосуде? Начальные показания манометра равны 0 мм рт. ст. Шкала манометра и нижняя шкала барометра проградуированы в мм рт. ст. Верхняя шкала барометра проградуирована в кПа. Объем измерительного механизма манометра и соединительной трубки значительно меньше 150 мл.

37

Полное правильное решение, включает следующие элементы:

  Уравнение Менделеева-Клапейрона

РV = mRТ.

M

Получено выражение для плотности воздуха Р = mRT ρ = PM.

VM RT



Р Р А М

Верно записаны показания приборов: = 746 мм рт. ст или Р

= 40 мм рт. ст; t = 45 °C.

А = 99,4∙10 3 Па;

 Определено давление газа:

Р = Р А + Р М = 746 + 40 786 мм рт. ст.

Примечание:

решение считать правильным при снятии показаний барометра в интервале (745÷746)мм рт.ст и манометра в интервале (40÷42)мм рт. ст. В связи с этим изменяется числовое значение ответа.

 Выполнен расчет: ρ = 1,17 (кг/м

3 ).

38

Лабораторные задания направлены на диагностику: сформированности конкретных практических и общеучебных умений: уровня освоения метода познания в целом.

39

Спасибо за внимание!

40