Быстро пролетают в поле зрения микроскопа мельчайшие

Элементы, проверяемые в этом разделе, относятся к пониманию основных положений МКТ, их опытного обоснования и умению объяснять различные явления на основе этих положений. Как правило, наиболее трудными здесь оказываются вопросы, связанные с объяснением явлений, распознаванием диффузии и броуновского движения и пониманием того, какие условия и как влияют на их протекание.

Например, нужно понимать, что одинаковая плотность газа в небольшом сосуде объясняется хаотичностью движения молекул газа. Для диффузии нужно повторить зависимость скорости ее протекания от температуры и от агрегатного состояния веществ; для броуновского движения — понимать зависимость характера движения броуновских частиц от температуры газа или жидкости и от их массы.

Наиболее сложными оказываются такие вопросы:
Пример. Ниже приведено описание одного из физических явлений: «Быстро пролетают в поле зрения микроскопа мельчайшие частицы, почти мгновенно меняя направление движения. Медленнее передвигаются более крупные частицы, но и они постоянно меняют направление движения. Большие частицы практически толкутся на месте». Какое явление описано в этом тексте? Сложность здесь заключается не в понимании характера движения частицы, а в представлениях о размерах молекул (порядка 10 -8 см). Молекулы невозможно увидеть в оптический микроскоп, поэтому сразу понятно, что в тексте приведено описание движения броуновских частиц.

В ряде проверяемых в этом разделе элементов используется «абсолютная температура». В некоторых вопросах с выбором ответа задание температуры одновременно по шкале Цельсия и по шкале Кельвина используется для формулировки правдоподобных дистракторов.
Так, в примере, приведенном ниже, для получения ответа необходимо сначала перевести температуру плавления в градусы Цельсия (или температуру кипения — в кельвины), а затем сравнить.

Пример. В таблице приведены температуры плавления и кипения некоторых веществ:

Выберите верное утверждение.

1. Температура плавления ртути больше температуры кипения эфира.
2. Температуры кипения спирта меньше температуры плавления ртути.
3. Температура кипения спирта больше температуры плавления нафталина.
4. Температура кипения эфира меньше температуры плавления нафталина.

К сожалению, невнимательность к обозначению единиц приводит зачастую к неверным ответам. Особенно это проявляется в заданиях по термодинамике на определение КПД теплового двигателя, где в формуле необходимо использовать температуру и в кельвинах.

Практически в каждом экзаменационном варианте встречаются вопросы, которые в той или иной степени проверяют понимание изопроцессов в идеальном газа.
Самыми сложными здесь оказываются следующие типы вопросов:
А) Узнавание изопроцесса по описанию. Например, «воздушный пузырек поднимается со дна равномерно прогретого водоема». Здесь не меняется температура воды, а значит, и воздуха в пузырьке, давление воды уменьшается, объем пузырька увеличивается, а значит, речь идет об изотермическом процессе. Если в тексте задач встречаются слова «газ в закрытом сосуде», то описывается изохорный процесс, а если газ находится в открытом сосуде при атмосферном давлении, то — об изобарном.

Б) Преобразование графиков изопроцессов из одной системы координат в другую или чтение графиков, которые напрямую не отражают изопроцессов. Например: «В сосуде, закрытом поршнем, находится идеальный газ. График зависимости давления газа от температуры при изменении его состояния представлен на рисунке. Какому состоянию газа соответствует наименьшее значение объема?»

Если провести изохоры, проходящие через точки А, В, С и D, то изохора, проходящая через точку А, соответствует наименьшему значению объема. Это видно из выражения: V = νRT/p, вытекающего из уравнения Менделеева — Клапейрона. Чем больше угол наклона изохоры к оси температуры, тем меньше объем газа.

В заданиях, проверяющих основное уравнение МКТ и уравнение Менделеева-Клапейрона, обычно используются расчеты, и здесь нельзя забывать пользоваться справочными таблицами, приведенными в начале варианта.
Например, при выполнении задания «В баллоне объемом 1,66 м з находится 2 кг азота при давлении 10 5 Па. Какова температура этого газа?» из таблицы необходимо взять данные о значениях универсальной газовой постоянной и молярной массе азота.

Обратите внимание на то, что числа в таких заданиях обычно подобраны таким образом, чтобы максимально «сокращаться» при расчетах. Не стоит забывать о том, что если в задании приведена не масса, а количество вещества, то задание существенно упрощается и становится устным. Например, «Водород в количестве вещества 3 моль находится в сосуде при комнатной температуре и давлении р. Каким будет давление кислорода, взятого в количестве вещества 3 моль, в том же сосуде и при той же температуре?». Сразу ясно, что давление будет тем же.

Сейчас вы познакомитесь с самым очевидным доказательством теплового движения молекул (второе основное положение молекулярно-кинетической теории). Обязательно постарайтесь посмотреть в микроскоп и увидеть, как движутся так называемые броуновские частицы.

Ранее вы узнали, что такое диффузия, т. е. перемешивание газов, жидкостей и твердых тел при их непосредственном контакте. Это явление можно объяснить беспорядочным движением молекул и проникновением молекул одного вещества в пространство между молекулами другого вещества. Этим можно объяснить, например, тот факт, что объем смеси воды и спирта меньше объема составляющих ее компонентов. Но самое очевидное доказательство движения молекул можно получить, наблюдая в микроскоп мельчайшие, взвешенные в воде частицы какого-либо твердого вещества. Эти частицы совершают беспорядочное движение, которое называют броуновским.

Броуновское движение — это тепловое движение взвешенных в жидкости (или газе) частиц.

Наблюдение броуновского движения

Английский ботаник Р. Броун (1773-1858) впервые наблюдал это явление в 1827 г., рассматривая в микроскоп взвешенные в воде споры плауна. Позже он рассматривал и другие мелкие частицы, в том числе частички камня из египетских пирамид. Сейчас для наблюдения броуновского движения используют частички краски гуммигут, которая нерастворима в воде. Эти частички совершают беспорядочное движение. Самым поразительным и непривычным для нас является то, что это движение никогда не прекращается. Мы ведь привыкли к тому, что любое движущееся тело рано или поздно останавливается. Броун вначале думал, что споры плауна проявляют признаки жизни.

Броуновское движение — тепловое движение, и оно не может прекратиться. С увеличением температуры интенсивность его растет. На рисунке 8.3 приведена схема движения броуновских частиц. Положения частиц, отмеченные точками, определены через равные промежутки времени — 30 с. Эти точки соединены прямыми линиями. В действительности траектория частиц гораздо сложнее.

Броуновское движение можно наблюдать и в газе. Его совершают взвешенные в воздухе частицы пыли или дыма.

Красочно описывает броуновское движение немецкий физик Р. Поль (1884-1976): «Немногие явления способны так увлечь наблюдателя, как броуновское движение. Здесь наблюдателю позволяется заглянуть за кулисы того, что совершается в природе. Перед ним открывается новый мир — безостановочная сутолока огромного числа частиц. Быстро пролетают в поле зрения микроскопа мельчайшие частицы, почти мгновенно меняя направление движения. Медленнее продвигаются более крупные частицы, но и они постоянно меняют направление движения. Большие частицы практически толкутся на месте. Их выступы явно показывают вращение частиц вокруг своей оси, которая постоянно меняет направление в пространстве. Нигде нет и следа системы или порядка. Господство слепого случая — вот какое сильное, подавляющее впечатление производит эта картина на наблюдателя».

В настоящее время понятие броуновское движение используется в более широком смысле. Например, броуновским движением является дрожание стрелок чувствительных измерительных приборов, которое происходит из-за теплового движения атомов деталей приборов и окружающей среды.

Объяснение броуновского движения

Объяснить броуновское движение можно только на основе молекулярно-кинетической теории. Причина броуновского движения частицы заключается в том, что удары молекул жидкости о частицу не компенсируют друг друга. На рисунке 8.4 схематически показано положение одной броуновской частицы и ближайших к ней молекул. При беспорядочном движении молекул передаваемые ими броуновской частице импульсы, например слева и справа, неодинаковы. Поэтому отлична от нуля результирующая сила давления молекул жидкости на броуновскую частицу. Эта сила и вызывает изменение движения частицы.

Среднее давление имеет определенное значение как в газе, так и в жидкости. Но всегда происходят незначительные случайные отклонения от этого среднего значения. Чем меньше площадь поверхности тела, тем заметнее относительные изменения силы давления, действующей на данную площадь. Так, например, если площадка имеет размер порядка нескольких диаметров молекулы, то действующая на нее сила давления меняется скачкообразно от нуля до некоторого значения при попадании молекулы в эту площадку.

Молекулярно-кинетическая теория броуновского движения была создана в 1905 г. А. Эйнштейном (1879-1955).

Построение теории броуновского движения и ее экспериментальное подтверждение французским физиком Ж. Перреном окончательно завершили победу молекулярно-кинетической теории.

Опыты Перрена

Идея опытов Перрена состоит в следующем. Известно, что концентрация молекул газа в атмосфере уменьшается с высотой. Если бы не было теплового движения, то все молекулы упали бы на Землю и атмосфера исчезла бы. Однако если бы не было притяжения к Земле, то за счет теплового движения молекулы покидали бы Землю, так как газ способен к неограниченному расширению. В результате действия этих противоположных факторов устанавливается определенное распределение молекул по высоте, о чем сказано выше, т. е. концентрация молекул довольно быстро уменьшается с высотой. Причем, чем больше масса молекул, тем быстрее с высотой убывает их концентрация.

Броуновские частицы участвуют в тепловом движении. Так как их взаимодействие пренебрежимо мало, то совокупность этих частиц в газе или жидкости можно рассматривать как идеальный газ из очень тяжелых молекул. Следовательно, концентрация броуновских частиц в газе или жидкости в поле тяжести Земли должна убывать по тому же закону, что и концентрация молекул газа. Закон этот известен.

Перрен с помощью микроскопа большого увеличения и малой глубины поля зрения (малой глубины резкости) наблюдал броуновские частицы в очень тонких слоях жидкости. Подсчитывая концентрацию частиц на разных высотах, он нашел, что эта концентрация убывает с высотой по тому же закону, что и концентрация молекул газа. Отличие в том, что за счет большой массы броуновских частиц убывание происходит очень быстро.

Более того, подсчет броуновских частиц на разных высотах позволил Перрену определить постоянную Авогадро совершенно новым методом. Значение этой постоянной совпало с известным.

Все эти факты свидетельствуют о правильности теории броуновского движения и, соответственно, о том, что броуновские частицы участвуют в тепловом движении молекул.

Вы наглядно убедились в существовании теплового движения; увидели, как происходит беспорядочное движение. Молекулы движутся еще более беспорядочно, чем броуновские частицы.

Сущность явления

Теперь давайте попробуем разобраться в сущности явления броуновского движения. А происходит оно потому, что все абсолютно жидкости и газы состоят из атомов или молекул. Но также нам известно, что эти мельчайшие частицы, находясь в непрерывном хаотическом движении, постоянно толкают броуновскую частицу с разных сторон.

Но вот что интересно, ученые доказали, что частицы более крупных размеров, которые превышают 5 мкм остаются неподвижными и в броуновском движении почти не участвуют, чего не скажешь о более мелких частицах. Частицы, имеющие размер менее 3 мкм, способны двигаться поступательно, совершая вращения или выписывая сложные траектории.

При погружении в среду крупного тела, происходящие в огромном количестве толчки, как бы выходят на средний уровень и поддерживают постоянное давление. В этом случае в действие вступает теория Архимеда, так как окруженное средой со всех сторон крупное тело уравновешивает давление и оставшаяся подъемная сила позволяет этому телу всплыть, или утонуть.

Но если тело имеет размеры такие, как броуновская частица, то есть совершенно незаметные, то становятся заметны отклонения давления, которые способствуют созданию случайной силы, которая приводит к колебаниям этих частиц. Можно сделать вывод, что броуновские частицы в среде находятся во взвешенном состоянии, в отличие от больших частиц, которые тонут или всплывают.

Значение броуновского движения

Давайте попробуем разобраться, имеет ли какое-либо значение броуновское движение в природной среде:

• Во-первых, броуновское движение играет значительную роль в питании растений из почвы;
• Во-вторых, в организмах человека и животных всасывание питательных веществ происходит через стенки органов пищеварения благодаря броуновскому движению;
• В-третьих, в осуществлении кожного дыхания;
• Ну и последнее, имеет значение броуновское движение и в распространении вредных веществ в воздухе, и в воде.

Домашнее задание

Внимательно прочитайте вопросы и дайте письменные ответы на них:

1. Вспомните, что называется диффузией?
2. Какая существует связь между диффузией и тепловым движением молекул?
3. Дайте определение броуновскому движению.
4. Как вы думаете, является ли броуновское движение тепловым, и обоснуйте свой ответ?
5. Изменится ли характер броуновского движения при нагревании? Если изменится, то, как именно?
6. Каким прибором пользуются при изучении броуновского движения?
7. Меняется ли картина броуновского движения при увеличении температуры и как именно?
8. Произойдут ли какие-либо изменения в броуновском движении, если водную эмульсию заменить на глицериновую?

Быстро пролетают в поле зрения микроскопа мельчайшие

«Физика — 10 класс»

Вспомните из курса физики основной школы явление диффузии.
Чем может быть объяснено это явление?

Ранее вы узнали, что такое диффузия, т. е. проникновение молекул одного вещества в межмолекулярное пространство другого вещества. Это явление определяется беспорядочным движением молекул. Этим можно объяснить, например, тот факт, что объём смеси воды и спирта меньше объёма составляющих её компонентов.

Но самое очевидное доказательство движения молекул можно получить, наблюдая в микроскоп мельчайшие, взвешенные в воде частицы какого-либо твёрдого вещества. Эти частицы совершают беспорядочное движение, которое называют броуновским.

Броуновское движение — это тепловое движение взвешенных в жидкости (или газе) частиц.

Наблюдение броуновского движения.

Английский ботаник Р. Броун (1773—1858) впервые наблюдал это явление в 1827 г., рассматривая в микроскоп взвешенные в воде споры плауна.

Позже он рассматривал и другие мелкие частицы, в том числе частички камня из египетских пирамид. Сейчас для наблюдения броуновского движения используют частички краски гуммигут, которая нерастворима в воде. Эти частички совершают беспорядочное движение. Самым поразительным и непривычным для нас является то, что это движение никогда не прекращается. Мы ведь привыкли к тому, что любое движущееся тело рано или поздно останавливается. Броун вначале думал, что споры плауна проявляют признаки жизни.

Броуновское движение — тепловое движение, и оно не может прекратиться. С увеличением температуры интенсивность его растёт.

На рисунке 8.3 приведены траектории движения броуновских частиц. Положения частиц, отмеченные точками, определены через равные промежутки времени — 30 с. Эти точки соединены прямыми линиями. В действительности траектория частиц гораздо сложнее.

Объяснение броуновского движения.

Объяснить броуновское движение можно только на основе молекулярно-кинетической теории.

«Немногие явления способны так увлечь наблюдателя, как броуновское движение. Здесь наблюдателю позволяется заглянуть за кулисы того, что совершается в природе. Перед ним открывается новый мир — безостановочная сутолока огромного числа частиц. Быстро пролетают в поле зрения микроскопа мельчайшие частицы, почти мгновенно меняя направление движения. Медленнее продвигаются более крупные частицы, но и они постоянно меняют направление движения. Большие частицы практически толкутся на месте. Их выступы явно показывают вращение частиц вокруг своей оси, которая постоянно меняет направление в пространстве. Нигде нет и следа системы или порядка. Господство слепого случая — вот какое сильное, подавляющее впечатление производит эта картина на наблюдателя». R. Поль (1884—1976).

Причина броуновского движения частицы заключается в том, что удары молекул жидкости о частицу не компенсируют друг друга.

На рисунке 8.4 схематически показано положение одной броуновской частицы и ближайших к ней молекул.

При беспорядочном движении молекул передаваемые ими броуновской частице импульсы, например слева и справа, неодинаковы. Поэтому отлична от нуля результирующая сила давления молекул жидкости на броуновскую частицу. Эта сила и вызывает изменение движения частицы.

Молекулярно-кинетическая теория броуновского движения была создана в 1905 г. А. Эйнштейном (1879—1955). Построение теории броуновского движения и её экспериментальное подтверждение французским физиком Ж. Перреном окончательно завершили победу молекулярно-кинетической теории. В 1926 г. Ж. Перрен получил Нобелевскую премию за исследование структуры вещества.

Опыты Перрена.

Идея опытов Перрена состоит в следующем. Известно, что концентрация молекул газа в атмосфере уменьшается с высотой. Если бы не было теплового движения, то все молекулы упали бы на Землю и атмосфера исчезла бы. Однако если бы не было притяжения к Земле, то за счёт теплового движения молекулы покидали бы Землю, так как газ способен к неограниченному расширению. В результате действия этих противоположных факторов устанавливается определённое распределение молекул по высоте, т. е. концентрация молекул довольно быстро уменьшается с высотой. Причём чем больше масса молекул, тем быстрее с высотой убывает их концентрация.

Броуновские частицы участвуют в тепловом движении. Так как их взаимодействие пренебрежимо мало, то совокупность этих частиц в газе или жидкости можно рассматривать как идеальный газ из очень тяжёлых молекул. Следовательно, концентрация броуновских частиц в газе или жидкости в поле тяжести Земли должна убывать по тому же закону, что и концентрация молекул газа. Закон этот известен.

Перрен с помощью микроскопа большого увеличения и малой глубины поля зрения (малой глубины резкости) наблюдал броуновские частицы в очень тонких слоях жидкости. Подсчитывая концентрацию частиц на разных высотах, он нашёл, что эта концентрация убывает с высотой по тому же закону, что и концентрация молекул газа. Отличие в том, что за счёт большой массы броуновских частиц убывание происходит очень быстро.

Все эти факты свидетельствуют о правильности теории броуновского движения и о том, что броуновские частицы участвуют в тепловом движении молекул.

Подсчёт броуновских частиц на разных высотах позволил Перрену определить постоянную Авогадро совершенно новым методом. Значение этой постоянной совпало с ранее известным.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Основные положения МКТ. Тепловые явления — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Быстро пролетают в поле зрения микроскопа мельчайшие

A93340 Броуновское движение частиц пыльцы в воде вызвано

непрерывностью и хаотичностью теплового движения молекул воды

Текст вопроса

92C57F Дым представляет собой частицы сажи, взвешенные в воздухе. Твердые частицы сажи долго не падают вниз потому, что

частицы сажи совершают броуновское движение в воздухе

Текст вопроса

Броуновское движение частиц пыльцы в воде объясняется

непрерывностью и хаотичностью теплового движения молекул воды

Текст вопроса

Броуновское движение частиц пыльцы в воде объясняется

непрерывностью и хаотичностью теплового движения молекул воды

Текст вопроса

Броуновским движением является

беспорядочное движение мелких пылинок в воздухе

Текст вопроса

На рисунке показаны положения бро­уновской частицы в жидкости с ин­тервалом 30 с, которые наблюдались под микроскопом. Изменение направ­ления перемещения частицы в точке 2 произошло вследствие изменения

равнодействующей сил действия молекул жидкости на частицу

Текст вопроса

Броуновская частица переместилась за промежуток времени Δt на расстояние Δs . В этот промежуток вре­мени она

двигалась так, что закономерностей в форме ее тра­ектории обнаружить не удалось

Текст вопроса

3D641E Явление диффузии в жидкостях объясняется тем, что молекулы жидкостей

могут хаотично перемещаться по объёму

Текст вопроса

EF6C1E Укажите пару веществ, скорость диффузии которых наименьшая при прочих равных условиях:

свинцовая и медная пластины

Текст вопроса

576896 Явление диффузии в жидкостях свидетельствует о том, что молекулы жидкостей

Текст вопроса

44FF66 В каких телах – твёрдых, жидких или газообразных – происходит диффузия?

в твёрдых, жидких и газообразных

Текст вопроса

D5D68D Диффузия в жидкости происходит быстрее при повышении температуры, потому что с повышением температуры

увеличивается скорость теплового движения молекул

Текст вопроса

6BF6CE Какое из утверждений правильно?

А. Диффузия наблюдается только в газах и жидкостях.

Б. Диффузия наблюдается только в твердых телах.

В. Диффузия наблюдается в газах, жидкостях и твердых телах.

Текст вопроса

Как зависит скорость диффузии от агрегатного состояния вещества при постоянной температуре?

Скорость максимальна в газах

Текст вопроса

Как зависит скорость диффузии от температуры для данного агрегатного состояния вещества?

Увеличивается с повышением температуры

Текст вопроса

Если в стакан с водой бросить несколько кристаллов марганцовки, то в результате растворения марганцовки около дна стакана сначала образуется тонкий темно окрашенный слой раствора, а остальная вода остается светлой. Затем в результате теплового движения молекулы растворенного вещества проникают в промежутки между молекулами жидкости и постепенно вся вода оказывается равномерно окрашенной. Это явление называется

Физика, 10 класс (Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский) 2010

Страница № 154.

Учебник: Физика. 10 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 366 с.: ил.

OCR-версия страницы из учебника (текст страницы, которая находится выше):

Броуновское движение — тепловое движение, и оно не может прекратиться. С увеличением температуры интенсивность его растет. На рисунке 8.3 приведена схема движения броуновских частиц. Положения частиц, отмеченные точками, определены через равные промежутки времени — 30 с. Эти точки соединены прямыми линиями. В действительности траектория частиц гораздо сложнее.

Броуновское движение можно наблюдать и в газе. Его совершают взвешенные в воздухе частицы пыли или дыма.

Красочно описывает броуновское движение немецкий физик Р. Поль (1884—1976): «Немногие явления способны так увлечь наблюдателя, как броуновское движение. Здесь наблюдателю позволяется заглянуть за кулисы того, что совершается в природе. Перед ним открывается новый мир — безостановочная сутолока огромного числа частиц. Быстро пролетают в поле зрения микроскопа мельчайшие частицы, почти мгновенно меняя направление движения. Медленнее продвигаются более крупные частицы, но и они постоянно меняют направление движения. Большие частицы практически толкутся на месте. Их выступы явно показывают вращение частиц вокруг своей оси, которая постоянно меняет направление в пространстве. Нигде нет и следа системы или порядка. Господство слепого случая — вот какое сильное, подавляющее впечатление производит эта картина на наблюдателя».

В настоящее время понятие броуновское движение используется в более широком смысле. Например, броуновским движением является дрожание стрелок чувствительных измерительных приборов, которое происходит из-за теплового движения атомов деталей приборов и окружающей среды.

Учебник: Физика. 10 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 366 с.: ил.

§ 2.3. БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ

Медленнее продвигаются более крупные частицы, но и они постоянно меняют направление движения. Большие частицы практически толкутся на месте. Их выступы явно показывают вращение частиц вокруг оси, которая постоянно меняет на- правление в пространстве. Господство слепого случая — вот какое сильное, подавляющее впечатление производит эта картина на наблюдателя. Никакое словесное описание не может даже приближенно заменить собственное наблюдение.
На рисунке 2.5, а приведена схема движения броуновской частицы. Положения частицы определены через равные про-межутки времени — 30 с и соединены прямыми линиями. В действительности траектория частицы гораздо сложнее. На рисунке 2.5, б в увеличенном масштабе представлена траектория частицы между точками А и В при условии, что ее положение регистрируется в 100 раз чаще, чем на рисунке 2.5, а. Отчетливо видно, что траектория остается подобной себе при произвольном увеличении. Подобные геометрические объекты были названы фракталами. Важность этого понятия для физики стала ясна совсем недавно (80-е годы).
Броуновское движение можно наблюдать и в газе. Его совершают взвешенные в воздухе частицы пыли или дыма.
На движение пылинок в свое время обратил внимание римский ‘философ и поэт Лукреций Кар (около 99—55 до н. э.).

И как это ни удивительно, правильно объяснил его происхождение. В знаменитой поэме «О природе вещей» он писал:
Кроме того, потому обратить тебе надо вниманье
На суматоху в телах, мелькающих в солнечном свете, ‘
Что из нее познаешь ты материи также движенья,
Происходящие в ней постоянно и скрытно от взора.
Ибо увидишь ты там, как много пылинок меняют
Путь свой от скрытых толчков и опять отлетают обратно,
Всюду туда и сюда разбегаясь во всех направленьях.
Объяснение броуновского движения
Объяснить броуновское движение можно только на основе молекулярно-кинетической теории. Причина броуновского движения частицы состоит в том, что удары молекул жидкости о частицу не компенсируют друг друга. На рисунке 2.6 схе-матически показано положение одной броуновской частицы и ближайших к ней молекул.
Импульс одной молекулы слишком мал для того, чтобы результат ее столкновения с броуновской частицей можно было увидеть под микроскопом. Но если с частицей сталкивается сразу большое количество молекул, случайно движущихся в одном направлении, то они могут вызвать ее заметное смещение. Результирующая сила давления, действующая на частицу, оказывается отличной от нуля.

Рис. 2.6
ности тела, тем значительнее отклонения силы давления, действующей на данную площадь. Так, если площадка имеет размеры порядка нескольких диаметров молекулы, то действующая на нее сила меняется скачкообразно от нуля до некоторого конечного значения при попадании молекулы в эту площадку.
Количественная теория броуновского движения была разработана А. Эйнштейном (1879—1955) и польским ученым М. Смолуховским (1872—1917) в 1905—1906 гг.
Среднее давление имеет определенное значение как в газе, так и в жидкости. Но всегда происходят незначительные случайные отклонения от среднего. Чем меньше площадь поверх
Построение теории броуновского движения и ее экспериментальное подтверждение французским ученым Ж. Перре- ном (1870—1942) окончательно завершили победу молекуляр- но-кинетической теории.
Броуновское движение и измерительные приборы
В настоящее время понятие «броуновское движение» используется в более широком смысле. Например, броуновским движением является дрожание стрелок чувствительных изме-рительных приборов (крутильных весов Кавендиша для изме-рения гравитационной постоянной или высокочувствитель-ных гальванометров). Это дрожание происходит из-за теплового движения атомов деталей приборов и окружающей среды. Оно налагает ограничения на возможность повышения чувствительности измерительных приборов при комнатной температуре. Только глубокое охлаждение позволяет увеличить чувствительность приборов.
Очень маленькие, но все же видимые в микроскоп или даже невооруженным глазом частички вещества в жидкости или газе участвуют в хаотическом тепловом движении молекул. Молекулы движутся еще более беспорядочно, чем броуновские частицы.

Быстро пролетают в поле зрения микроскопа мельчайшие

ПРИМЕЧАНИЕ: Вполне возможно, что при первой загрузке демонстрационные ролики загрузятся не полностью и будут отображаться частично, в этом случае просто перезагрузите страницу

Один из итоговых интерактивных роликов, демонстрирующий зависимость интенсивности броуновского движения от температуры и размера взвешенных частиц

К расочно опысывает броуновское движение немецкий физик Р.Поль (1884-1976).

Н емногие явления способны так увлечь наблюдателя, как броуновское движение. Здесь наблюдателю позволяеся заглянуть за кулисы того, что совершается в природе.

П реред ним открывается новый мир — безостановочная сутолока огромного числа частиц. Быстро пролетают в поле зрения мельчайшие частицы, почти мгновенно меняя направление движения.

М едленнее продвигаются более крупные частицы, но они постоянно меняют направление движэения. Борльшие частицы практически толкутся на месте. Их выступы явно показывают вращение частиц цастиц вокруг своей оси, которая постоянно меняет направление в пространстве.

Н игде нет и следа системы или порядка. Господство слепого случая — вот какое сильное, подавляющее впечатление производит эта картина на наблюдателя.

Наблюдение броуновского движения

Подобным образом поступают и при наблюдении теплового движения, только в помощь глазу берут микроскоп. Каплю жидкости, к которой добавлен мелкий нерастворимый порошок, располагают под объективом микроскопа. Английский ботаник Р. Броун (1773—1858), наблюдавший это явление в 1827 г., использовал взвешенные в воде споры плауна. Сейчас обычно используют частички краски гуммигут, нерастворимой в воде, или частички туши. Эти частички совершают хаотическое движение. Самым поразительным и непривычным для нас является то, что это движение никогда не прекращается. Внутри закрытой со всех сторон кюветы (во избежание испарения жидкостей) его можно наблюдать днями, месяцами, годами. Оно вечно и самопроизвольно. Интенсивность его возрастает с ростом температуры.

В вулканических породах иногда встречаются капли воды, захваченные при охлаждении пород. Броун обнаружил такие капли в прозрачном кварце. Беспорядочное движение в капле спор и цветочной пыльцы, изолированных от внешнего мира на миллионы лет, заставило Броуна признать, что движение этих частиц не может быть движением живых существ, как он думал первоначально.

Мы привыкли к тому, что любое движущееся тело рано или поздно останавливается. Броуновское движение — тепловое движение, и оно не может прекратиться. По словам французского физика Ж. Перрена, экспериментально исследовавшего броуновское движение, это движение — «точное воспроизведение теплового движения молекул, или, еще точнее, это настоящее молекулярное движение. При рассматривании этого движения нет принципиальной разницы между молекулами азота, который может быть растворен в воде, и теми видимыми частицами, которые существуют в виде зерен эмульсии. Беспорядочный характер теплового движения, его неизменность качественно отличают это движение от упорядоченного механического перемещения макроскопических тел».

Красочно описывает броуновское движение Р. Поль. Немногие явления способны так увлечь наблюдателя, как броуновское движение. Здесь наблюдателю позволяется заглянуть за кулисы совершающегося в природе. Перед ним открывается новый мир — безостановочная сутолока огромного числа частиц. Быстро пролетают в поле зрения микроскопа мельчайшие частицы, почти мгновенно меняя направление движения. Медленнее продвигаются более крупные частицы, но и они постоянно меняют направление движения. Большие частицы практически толкутся на месте. Их выступы явно показывают вращение частиц вокруг оси, которая постоянно меняет направление в пространстве. Господство слепого случая — вот какое сильное, подавляющее впечатление производит эта картина на наблюдателя. Никакое словесное описание не может даже приближенно заменить собственное наблюдение.

На рисунке 2.5, а приведена схема движения броуновской частицы. Положения частицы определены через равные промежутки времени — 30 с и соединены прямыми линиями. В действительности траектория частицы гораздо сложнее. На рисунке 2.5, б в увеличенном масштабе представлена траектория частицы между точками А и В при условии, что ее положение регистрируется в 100 раз чаще, чем на рисунке 2.5, а. Отчетливо видно, что траектория остается подобной себе при произвольном увеличении. Подобные геометрические объекты были названы фракталами. Важность этого понятия для физики стала ясна совсем недавно (80-е годы).

Броуновское движение можно наблюдать и в газе. Его совершают взвешенные в воздухе частицы пыли или дыма.

На движение пылинок в свое время обратил внимание римский философ и поэт Лукреций Кар (около 99—55 гг. до н. э.).

И как это ни удивительно, правильно объяснил его происхождение. В знаменитой поэме «О природе вещей» он писал:

Кроме того, потому обратить тебе надо вниманье

На суматоху в телах, мелькающих в солнечном свете,

Что из нее познаешь ты материи также движенья,

Происходящие в ней постоянно и скрытно от взора.

Ибо увидишь ты там, как много пылинок меняют

Путь свой от скрытых толчков и опять отлетают обратно,

Всюду туда и сюда разбегаясь во всех направленьях.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2019 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.001 с) .

Диагностика учебных достижений по физике. Особенности подготовки учащихся к ЕГЭ и ГИА

Марина Юрьевна Демидова окончила МГПИ им. В.И.Ленина в 1985 г. по специальности «Учитель физики и астрономии». Педагогическую деятельность начала в московской гимназии № 710 РАО. Соросовский учитель, дважды лауреат Гранта Москвы в области наук и технологий в сфере образования, отличник народного образования, к.п.н., член федеральной предметной комиссии разработчиков ЕГЭ по физике с 2002 г., с 2006 г. – председатель ФПК ЕГЭ по физике. Автор ряда статей по проблемам оценки качества образования, методики преподавания физики и естествознания, пособий по подготовке к ЕГЭ, участник разработки ГОС первого и второго поколений. Замужем, дочь школьница.

Геннадий Григорьевич Никифоров окончил МГПИ им. В.И.Ленина в 1965 г. по специальности «Учитель физики и электротехники», к.п.н., ведущий научный сотрудник лаборатории физического образования ИСМО РАО. Работал в школе № 1 г. Кандалакша Мурманской обл., затем – в ИОСО (тогда – ИСМО) РАО. Педагогический стаж 30 лет, отличник народного образования. Соавтор учебников по физике для 7–9-го классов, построенных на основе метода естественно-научного познания, под ред. академика В.Г.Разумовского и проф. В.А.Орлова. Обладатель двух золотых медалей ВВЦ за разработку учебной техники и типового кабинета физики. Редактор и автор ряда пособий, касающихся оборудования кабинета физики. Заместитель председателя ФПК ЕГЭ по физике. Один из авторов технологии проверки экспериментальных умений учащихся при государственной аттестации на базе муниципальных диагностических центров. Женат, имеет уже взрослую дочь.

Елена Евгеньевна Камзеева окончила физфак МГУ им. М.В.Ломоносова в 1983 г., к.ф.-м.н. В 1994–2007 гг. преподавала физику и астрономию в ЦО № 987 г. Москвы. Дважды получала Грант Москвы в области наук и технологий в сфере образования. Руководитель творческой лаборатории учителей физики ЮОУО по освоению ИКТ, поддерживает сайт http://www.physlab.edusite.ru. Под её руководством создан сетевой образовательный журнал (http://www.journal.edusite.ru/), позволяющий проводить окружные дистанционные конкурсы для учащихся и учителей. Организатор Виртуальной школы ОМЦ (http://www.omc-class.ru/). Руководитель группы разработчиков КИМ для проведения государственной итоговой аттестации (ГИА) учащихся 9-х классов в новой форме. Замужем, имеет двоих взрослых сыновей и уже двоих внуков.

Лекция 1. Тестовые технологии диагностики и контроля знаний учащихся

1. Формы тестовых заданий

Тестирование – это специально разработанная научно оптимизированная процедура, позволяющая максимально объективно оценивать уровень достижений человека, в том числе и учебных, и выражать это количественно в форме чисел. Развитие системы независимого тестирования необходимо и учащимся, и учителям: для учащихся – это объективное средство определения своих достижений, а для учителей – средство оценки эффективности обучения, его корректировки в соответствии с возможностями учащихся и социальным заказом на объём, содержание и качество образования.

Любой тест строится из тестовых заданий, форм представления которых достаточно, но не так уж много. Познакомимся с самой распространённой типологией.

Задания закрытого типа должны включать в себя:

– введение (описание ситуации);

– формулировку задания (вопрос);

– варианты ответа: ключ (верный ответ) и дистракторы (неверные ответы).

Иногда в такие задания включают ещё так называемый стимульный материал, который мотивирует на выполнение задания, даёт общее направление поиска области, в которой лежит ответ на вопрос. Преимуществами заданий с выбором ответа является простота проверки, возможность её автоматизации, высокая объективность и быстрота выполнения задания, что в целом делает эти задания достаточно надёжными инструментами тестирования. К недостаткам можно отнести, в первую очередь, сложность разработки, невозможность учёта альтернативных стратегий выполнения задания, невозможность проверки комплексных умений и отрицательное влияние на процесс обучения при слишком сильном увлечении лишь этой формой тестовых заданий.

Задания с выбором одного правильного ответа формулируются исходя, как правило, их трёх, четырёх или пяти дистракторов. Количество дистракторов определяет вероятность угадывания. Чем больше вариантов ответов, тем меньше вероятность. Например, если ответов 4, то вероятность угадывания 25%. Правильно выбранный ответ оценивается в 1 балл. Инструкция перед заданиями такого типа должна указывать на необходимость выбора только одного ответа. Например: «Обведите кружком номер правильного ответа».

Пример 1. Какое физическое явление используется в основе работы спиртового термометра?

1) расширение жидкости при нагревании;

2) испарение жидкости при нагревании;

3) излучение при нагревании;

4) конвекция в жидкости при нагревании.

В заданиях с выбором нескольких ответов оцениваются все правильно выбранные ответы. В этом случае можно ставить, например, по 1 баллу за каждый верный выбор. Инструкция к заданию должна предусматривать особенности этой формы заданий: «Обведите кружком номера всех правильных ответов».

Пример 2. К физическим величинам относятся:

1) сила; 2) давление; 3) метр; 4) диффузия; 5) масса; 6) объём.

В заданиях на установление соответствия необходимо для каждого из элементов одного столбца указать соответствующий элемент другого. Если предполагается однозначный выбор, то число элементов правого столбца должно быть больше числа элементов левого столбца. Элементы столбцов следует подбирать по возможности однородные, желательно использовать разные формы представления информации, если проверяется, например, знание формул. Такие задания могут оцениваться в несколько баллов исходя из числа элементов правого столбца.

Пример 3. Установите соответствие между предложенными в левом столбце формулами и названиями величин, для вычисления которых они используются.

Используется для вычисления

1) ЭДС источника тока

4) напряжённости электрического поля

6) работы сил электрического поля

8) энергии конденсатора

Ответы. А2, Б3, В7, Г4, Д6.

Задания на установление правильной последовательности применяют, как правило, при проверке алгоритмов различных действий. Для физики этот тип заданий, как правило, не используют, т.к. довольно сложно договориться об однозначной последовательности, например, действий при решении задач, несмотря на то, что в целом алгоритм широко известен.

Пример 4. Установите правильную последовательность, расставив цифры в прямоугольниках.

Решение задач по динамике.

□ Выбрать систему отсчёта.

□ Записать 2-й закон Ньютона.

□ Записать 2-й закон Ньютона в скалярной форме.

□ Решить систему уравнений.

□ Получить систему уравнений.

□ Сделать схематический рисунок.

Задания открытого типа предполагают, что испытуемый вписывает несколько слов в предложенное утверждение. При конструировании таких заданий необходимо все утверждения делать по возможности короткими, учащийся должен добавлять как можно меньше слов, последнее лучше ставить ближе к концу задания.

Пример 5. Силы, с которыми взаимодействуют два тела, равны по ___________ и противоположны по _____________.

Задания с развёрнутым ответом (или со свободно-конструируемым ответом) предполагают, что учащиеся записывают ответ в свободной форме, стремясь сделать его как можно более полным и правильным. Самое сложное здесь — это формулировка задания с заложенными в нём критериями полного правильного ответа. Хотя можно использовать и другой способ. Например, в ЕГЭ и ГИА из-за однотипности используемых заданий с развёрнутым ответом (расчётные задачи) требования к полному правильному ответу изложены в инструкции, предваряющей задания.

2. Особенности конструирования заданий

При конструировании текстов заданий по физике кроме типовых требований, распространяющихся на задания по любому предмету, необходимо учитывать ряд специфических особенностей.

1. Текст задания должен быть корректен с точки зрения однозначного понимания всеми участниками экзамена и не зависеть от принятых в том или ином учебнике обозначений или допущений. Поэтому по возможности необходимо указывать все величины или условия, которыми при выполнении задания можно пренебречь, или аккуратно формулировать условия использования той или иной физической модели. Например:

– в заданиях на свободное падение указывать, что сопротивлением воздуха можно пренебречь;

– в заданиях на газовые законы, в которых не приведены числовые значения параметров, а используется, например, какой-либо инертный газ, указывать, что газ можно считать идеальным;

– в заданиях на колебательный контур указывать, что активным сопротивлением можно пренебречь или что контур можно считать идеальным, и т.п.

2. В заданиях, требующих проведения каких-либо расчётов, часто используются значения различных физических констант. В КИМах ЕГЭ и ГИА по физике значения всех констант и справочных величин указываются в начале варианта. Поэтому в тексте их можно опустить, однако все расчёты и конструирование дистракторов необходимо проводить исходя из принятых значений тех или иных постоянных. Если такого справочного материала не предусмотрено, то значения всех постоянных должны быть введены в текст задания.

3. Если при формулировке задания используются график, схема или рисунок, то в тексте должно быть указание на них. Если на рисунке использованы обозначения физических величин, то в тексте должны содержаться ссылки на них. Например, в приведённой ниже задаче на рисунке приводятся обозначения физических величин, а в тексте численные значения этих величин приводятся вместе с обозначениями.

Пример 6. Грузики с точечными массами m₁ = 0,25 кг и m₂ = 0,5 кг прикреплены к невесомому стержню длиной l = 1 м (см. рисунок). Стержень может вращаться вокруг горизонтальной оси, проходящей через точку О. Грузик m₂ в нижней точке траектории имеет скорость υ = 2 м/с. Определите силу, с которой стержень действует на грузик m₁ в этот момент времени.

Особенности конструирования заданий с выбором ответа. При конструировании таких заданий необходимо тщательно формулировать дистракторы, обращая внимание на перечисленные ниже моменты.

1. Правдоподобность дистракторов. Прежде всего дистракторы должны быть однородны с точки зрения их отношения к одному из разделов физики. Это важно при формулировке всевозможных заданий качественного характера (см. пример 7 ниже). В заданиях, подразумевающих расчёты, принято конструировать дистракторы исходя из возможных ошибок в знании формул или проведении преобразований. Это оптимальный путь, но нужно помнить, что если в задании идёт речь о скорости пули и в ответе получается, например, 600 м/с, то вряд ли найдутся учащиеся, которые попадутся в ловушку ответа, например, 0,025 м/с, хотя в нём и будет заложена вполне вероятная ошибка в расчётах. И не выберут они этот ответ не потому, что не совершают запланированной в нём ошибки, а потому, что, «по здравому смыслу», пуля с такой скоростью лететь не может. Поэтому в таких случаях лучше конструировать дистракторы исходя, например, из ошибок в порядке величины или единицах (см. пример 8 ниже).

Пример 7. Ниже приведено описание одного из явлений: «Быстро пролетают в поле зрения микроскопа мельчайшие частицы, почти мгновенно меняя направление движения. Медленнее продвигаются более крупные частицы, но и они постоянно меняют направление движения. Большие частицы практически толкутся на месте». Какое явление описано в этом тексте?

1) диффузия; 2) броуновское движение; 3) теплопроводность; 4) конвекция.

Пример 8. Искусственный спутник обращается по круговой орбите на высоте 600 км от поверхности планеты со скоростью 3,4 км/с. Радиус планеты равен 3400 км. Чему равно ускорение свободного падения на поверхности планеты?

1) 3,0 км/с 2 ; 2) 4,0 м/с 2 ; 3) 9,8 м/с 2 ; 4) 9,8 км/с 2 .

Как показывает практика, даже в таких простых вопросах, когда речь идёт об изменении тех или иных величин, нужно внимательно просчитывать правдоподобность каждого из дистракторов. В приведённом ниже примере 9 обе величины уменьшаются в 2 раза, поэтому ответ «увеличится в 4 раза» учащимися практически не выбирается.

Пример 9. Как изменится давление идеального одноатомного газа, если среднюю кинетическую энергию теплового движения молекул и их концентрацию уменьшить в 2 раза?

1) увеличится в 4 раза; 2) уменьшится в 2 раза; 3) уменьшится в 4 раза; 4) увеличится в 2 раза.

Здесь был бы больше уместен дистрактор «не изменится», который предполагает, что давление зависит от одной из величин прямо пропорционально, а от другой – обратно пропорционально.

2. Формулировка четырёх ответов. К сожалению, зачастую простые вопросы, которые хотелось бы задать учащемуся, подразумевают лишь два ответа («возникнет – не возникнет», «наибольшее – наименьшее») или три («уменьшится», «увеличится», «не изменится»). В этих случаях иногда прибегают к введению третьего промежуточного элемента.

Пример 10. Три тела одинаковой массы нагревались одним и тем же источником тепла. Из графиков зависимости температуры T от времени t (см. рисунок) следует, что * :

1) удельная теплоёмкость тела А наименьшая (49%);

2) удельная теплоёмкость тела Б наименьшая (2%);

3) удельная теплоёмкость тела В наименьшая (44%);

4) удельные теплоёмкости трёх тел одинаковы.

Но это, как правило, не помогает, т.к. дистрактор, относящийся в данном случае к среднему графику, не работает (см. проценты выбора каждого ответа).

К сожалению, практически единственным выходом здесь является введение ещё одного элемента или ещё одного вопроса. В примере 11 для этого использованы два случая вращения рамки, а в примере 12 вместо вопроса о показаниях одного прибора введены вопросы сразу и об амперметре, и о вольтметре. Таким образом, удаётся избавиться от дистракторных проблем, но при этом существенно увеличивается сложность заданий.

Пример 11. На рисунке показаны два способа вращения рамки в однородном магнитном поле. Ток в рамке:

1) возникает в обоих случаях;

2) не возникает ни в одном из случаев;

3) возникает только в первом случае;

4) возникает только во втором случае.

Пример 12. В электрической цепи, изображённой на рисунке, ползунок реостата переместили вправо. Как изменились при этом показания идеальных вольтметра и амперметра?

1) Показания обоих приборов увеличились;

2) показания обоих приборов уменьшились;

3) показания амперметра увеличились, вольтметра уменьшились;

4) показания амперметра уменьшились, вольтметра увеличились.

3. Длина дистракторов и согласование текста задания и дистракторов. В заданиях с выбором из четырёх ответов принято формулировать либо все ответы примерно равной длины (по количеству слов), либо попарно (два коротких, два более длинных).

Пример 13. В планетарной модели атома принимается, что число:

1) электронов на орбитах равно числу протонов в ядре;

2) протонов равно числу нейтронов в ядре;

3) электронов на орбитах равно сумме чисел протонов и нейтронов в ядре;

4) нейтронов равно сумме чисел электронов на орбитах и протонов в ядре.

Кроме того, тексты всех дистракторов должны быть согласованы с вопросом задания. Поэтому, если, например, в задании спрашивается «как изменится?», а все ответы – «не изменится», то лучше формулировать задание в виде утверждения, а не вопроса.

Пример 14. Если длину медного провода и напряжение между его концами увеличить в 2 раза, то сила тока, протекающего через провод:

1) не изменится; 2) уменьшится в 2 раза; 3) увеличится в 2 раза; 4) увеличится в 4 раза.

Особенности конструирования заданий на установление соответствия. По физике в последнее время используются задания на установление соответствия. Здесь различаются два типа заданий. Первый из них направлен на проверку характера изменения различных физических величин при тех или иных процессах. В первом столбце перечисляются физические величины, а во втором три ответа: «уменьшается», «увеличивается», «не изменяется». При этом цифры в правильном ответе могут повторяться. Несмотря на то, что число элементов в обоих столбцах одинаково, однозначного соответствия здесь установить нельзя (выбор трёх ответов из девяти возможных).

Пример 15. К концам длинного однородного проводника приложено напряжение U. Провод укоротили вдвое и приложили к нему прежнее напряжение U. Какими станут при этом сила и мощность тока, сопротивление проводника?

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго.

А) сила тока в проводнике

Б) сопротивление проводника

В) выделяющаяся на проводнике тепловая мощность

Второй тип заданий предполагает установление однозначного соответствия между тремя элементами первого столбца и тремя из пяти возможных элементов второго столбца. Как правило, в такой форме формулируются те задания, для которых в форме с выбором ответа невозможно сконструировать четыре равнозначных ответа.

Пример 16. Установите соответствие между названием физической величины и формулой, по которой её можно определить.

А) Количество теплоты, необходимое для нагревания тела

Б) Удельная теплота плавления кристаллического вещества

В) Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива

3)

Особенности конструирования заданий с кратким и развёрнутым ответом. В ЕГЭ и ГИА по физике это в основном расчётные задачи. Поэтому к их формулировке применимы все те замечания, которые были даны выше. Задания с развёрнутым ответом должны содержать в тексте ориентировки к условиям оценивания. Но пока по физике используются расчётные задачи, к которым предлагается обобщённая система оценивания, рассчитанная на три балла. Поэтому требования к полному правильному ответу формулируются в инструкции перед третьей частью работы. Полное правильное решение каждой задачи должно включать запись всех необходимых уравнений, решение полученной системы уравнений в общем виде (если только для задачи решение «по действиям» не является оптимальным), получение ответа и запись его в виде числа с наименованием.

К каждому заданию с развёрнутым ответом оформляется таблица, включающая возможный вариант правильного решения с численным ответом и систему оценивания. При этом необходимо в обобщённой системе оценивания указать в формулировке требований к полному правильному ответу те законы и формулы, которые нужны для решения задачи. Кроме того, если для решения задачи требуется обязательно сделать рисунок (как в задачах по геометрической оптике), то это условие необходимо отразить и в тексте задания, и в критериях оценивания.

Пример 17. Условимся считать изображение на плёнке фотоаппарата резким, если вместо идеального изображения в виде точки на плёнке получается изображение пятна диаметром не более некоторого предельного значения. Поэтому, если объектив находится на фокусном расстоянии от плёнки, то резкими считаются не только бесконечно удалённые предметы, но и все предметы, находящиеся дальше некоторого расстояния d. Оцените предельный размер пятна, если при фокусном расстоянии объектива 50 мм и диаметре входного отверстия 5 мм резкими оказались все предметы, находившиеся на расстояниях более 5 м от объектива. Сделайте рисунок, поясняющий образование пятна.

Образец возможного решения (рисунок обязателен):

Лучи, идущие от предмета, находящегося на расстоянии d, собираются на расстоянии f, которое больше фокусного расстояния, и поэтому образуют на плёнке пятно диаметром δ. Из подобия треугольников получаем соотношение:

Из формулы тонкой линзы находим:

Из (1) и (2) получаем

Критерии оценки выполнения задания

Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы:
– представлен не содержащий ошибок рисунок, отражающий условия задачи;
– верно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении – формула тонкой линзы);
– проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ; при этом допускается решение «по частям» (с промежуточными вычислениями).

– Представлено правильное решение без рисунка.
ИЛИ
– Рисунок выполнен неверно.
ИЛИ
– Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-либо числовых расчётов.
ИЛИ
– В математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка, которая привела к неверному ответу.

– В решении содержится ошибка в необходимых математических преобразованиях и отсутствуют какие-либо числовые расчёты.
ИЛИ
– Записаны все исходные формулы, необходимые для решения задачи, но в ОДНОЙ из них допущена ошибка.
ИЛИ
– Отсутствует одна из формул, необходимых для решения задачи.

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла (использование неприменимого закона, отсутствие более одного исходного уравнения, разрозненные записи и т.п.).

Вопросы для самоконтроля

1. Какие преимущества и недостатки имеют задания с выбором ответа по сравнению с заданиями с развёрнутым ответом?
2. Назовите основные требования, предъявляемые к дистракторам.
3. Каковы особенности заданий на установленные соответствия?
4. Каковы особенности заданий с кратким и развёрнутым ответами?

1. Аванесов В.С. Тесты: история и теория. – Педагогическая диагностика, 2004, № 3.
2. Кадневский В.М. Создание, распространение и применение тестовых методов в России. – Педагогическая диагностика, 2004, № 3.
3. Ковалёва Г.С. Тестовые технологии за рубежом.– Педагогическая диагностика, 2004, № 3.

* В скобках указан процент выбора каждого ответа.