ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА Анализ типичных ошибок при выполнении заданий ЕГЭ по физике на тему: «Электродинамика. Квантовая механика (расчетная задача)» Реферат

Государственное автономное учреждение

дополнительного профессионального образования

«Саратовский областной институт развития образования»

Анализ типичных ошибок при выполнении заданий ЕГЭ по физике на тему: «Электродинамика. Квантовая механика (расчетная задача)»

Соляник Стелла Равиловна

ГАПОУ СО «Саратовский техникум отрасалевых технологий»

г. Саратов

Отметка: «_______»_________________________________

Преподаватели: _________________________________/К.И.Гурьев/

_________________________________/М.В.Камочкина/

_________________________________/А.В.Савин/

__________________________________/М.Ю.Сурова/

6 декабря 2019 года

Саратов

Содержание

Введение 3

Основная часть 4

Общая информация о результатах проведения ЕГЭ – 2018, 2019 г. 5

Задачи. Анализ ошибок. Рекомендации. 7

Заключение 13

Библиография 14

Введение.

Данная квалификационная работа представляет собой статистико-аналитическую обработку ошибок при выполнении заданий ЕГЭ – 2018, 2019 по физике, рассмотрение методов их устранения при дальнейшей подготовке старшеклассников к сдаче ЕГЭ.

Целью работы является

• представление статистических данных о результатах ЕГЭ в Саратовской области и по РФ;

• проведение анализа типичных ошибок при выполнении заданий ЕГЭ – 2018, 2019

• разработка рекомендаций по совершенствованию подготовки выпускников к решению задач по теме: «Электродинамика. Квантовая механика (расчетная задача)»;

Структура работы

Работа состоит из двух частей:

Часть I включает в себя общую информацию о результатах проведения ЕГЭ в Саратовской области в 2019 году и аналогичную информацию по РФ за 2018 год.

Часть II включает в себя разбор задач и анализ возможных ошибок при их решении, рекомендаций по совершенствованию подготовки выпускников к решению задач по теме: «Электродинамика. Квантовая механика (расчетная задача)»

Материалы квалификационной работы могут быть использованы:

• учителями физики старших классов при подготовке учеников к сдаче ЕГЭ;

• преподавателями СПО при подготовке студентов к поступлению в ВУЗы;

руководителям и членами методических объединений учителей-предметников естественнонаучного цикла при планировании обмена опытом работы, распространении успешного опыта обучения школьников и студентов предмету физика.

Основная часть.

Общая информация о результатах проведения ЕГЭ – 2018, 2019 г.

По данным отчёта ФИПИ о самых сложных заданиях в ЕГЭ в 2018 году по физике [1] сдавало 150 650 выпускников (23% от общего числа сдающих экзамены). Самое большое количество желающих сдавать физику зафиксировано в 2018 году в Москве, Подмосковье, Санкт-Петербурге, Республике Башкортостан и Краснодарском крае.

Средний балл ЕГЭ по физике в 2018 году - 53,22 балла. В 2017 году этот показатель был такой же - 53,16 тестовых балла. На 100 баллов сдали экзамен 269 человек (в 2017 году - 278 человек).

Какие задания оказались сложными для выпускников 2018 года [2]

• явления фотоэффекта и распространения электромагнитных волн. Здесь плохо распознаются графики зависимости энергии фотоэлектронов от частоты падающего света и энергии фотонов от длины волны.

• наиболее сложными оказались задания на определение направления силы Лоренца для заряженной частицы, движущейся вдоль проводника с током.

• по электродинамике многие не справились с задачами на движение в магнитном поле конического маятника с заряженным шариком.

• задачи по квантовой физике: трудности вызвала задача на фотоэффект.

Рассмотрим обстановку, сложившуюся на ЕГЭ в Саратовской области в 2019 году[3] . Ежегодно около 25% участников ЕГЭ в СО сдают экзамен по физике, среди них более 30% – выпускники образовательных организаций повышенного уровня. Как правило, число юношей, выбравших экзамен по физике, в три раза превышает количество девушек. Изменение числа участников по АТЕ происходит в основном под влиянием демографической ситуации.

На диаграмме распределения тестовых баллов по физике (рис. 1) мы видим, что наиболее вероятная сумма тестовых баллов равна 47, что меньше половины возможных.

Рассмотрим динамику результатов ЕГЭ по физике за 2017 – 2019 годы (Таблица 1). Мы наблюдаем рост среднего балла по сравнению с 2017 годом, на 32 % увеличилось количество получивших от 81-99 баллов, но количество 100 – балльников уменьшилось вдвое.

Результаты ЕГЭ по физике 2019 года в Саратовской области в целом сопоставимы с результатами ЕГЭ прошлых лет. Процент участников, набравших балл ниже минимального, составляет в 2019 году 3,9% (6,99% в 2018 году), при этом количество участников, получивших максимальный балл, по сравнению с прошлым годом увеличилось на 2 человека.

Средний балл по физике достаточно стабильная величина, в сравнении с прошлым годом стал на единицу выше - 53,31 балла. Динамика распределения тестовых баллов за три года свидетельствует о смещении распределения в сторону диапазона более высоких баллов от 60 до 100 баллов (на 3,88%) [3], рисунок 2.

Традиционно сложным для учащихся являются задания с развернутым ответом (№№28-32), хотя в текущем году наблюдается некоторый рост количества участников, решивших (под решенными понимаются задания, оцененные не менее, чем в 2 балла) хотя бы одну из этих задач (35%, в 2018 – 24%, в 2017 –32%), хотя по-прежнему 30% учащихся не приступают к выполнению этой части (Таблица 2)

В задании 32 требовалось связать величину тока насыщения при фотоэффекте с мощностью падающего излучения. Задание вызвало наибольшие затруднения (менее 6% успешно выполнивших, причем и среди высокобалльных работ процент успешного выполнения этого задания чуть более 50%). Поскольку, при решении задачи необходимо использовать не только известные понятия и формулы, но и с точки зрения общефизических соображений необходимо увидеть связь количества выбитых электронов с мощностью падающего света, поэтому учащиеся в большинстве своем не справились с поставленной задачей.

Таблица 2

¹⁶ Сумма первичных баллов, полученных всеми участниками группы за конкретное задание, отнесенное к произведению количества участников группы на максимальный балл за задание.

Выводы, сделанные сотрудниками ГАУ СО «РЦОКО» [3] :

В целом можно считать, что учащимися успешно освоен базовый и, частично, повышенный уровень знаний и умений по механике, молекулярной физике и квантовой физике. В меньшей степени это касается электродинамики.

В то же время низким остается уровень умения решать расчетные «многоходовые» задачи. Особенно это касается способности обучающихся анализировать ситуации исходя из общефизических принципов, не сводящихся к стандартным формулам.

Данный анализ показал, несмотря на то, что задача на фотоэффект попадается в ЕГЭ по физике неоднократно процент обучающихся, выполнивших задание 32 практически не меняется год от года и остается низким. Именно этот факт и привел меня к мысли разобраться в проблемах, возникших у школьников при изучении темы «Фотоэффект».

Задачи. Анализ ошибок. Рекомендации.

Задание 32 №9331

Решение:

Из графика найдем ток насыщения I_н, который равен 2 мА. По определению:

,

А мощность падающего излучения:

, где - энергия одного фотона падающего света.

Из условия, что в среднем один из 20 фотонов, подающих на катод, выбивает электрон, получаем:

.

Итак, имеем:

Трудность данной задачи, на мой взгляд, заключается в том, что выпускники не связывают решение задач на внешний фотоэффект с определением силы тока и мощности излучения. Они восприняли теорию фотоэффекта только через призму теоремы Эйнштейна о внешнем фотоэффекте и законов фотоэффекта [6], а то, что любое направленное движение заряженных частиц является электрическим током – это не попало в их поле зрения и на самом деле. Например, по учебнику физики для общеобразовательных учреждений [6] решить эту задачу в лоб невозможно. Таким образом, разработка методов, как научить ученика решать подобные задачи ложится на плечи учителя.

Далее я рассмотрю ряд задач, которые помогут подвести ученика к восприятию заданий подобного уровня сложности. К моему глубокому сожалению подготовка современных выпускников свелась к разбору задач ЕГЭ, которые уже были предложены специалистами ФИПИ или задач с соответствующих сайтов, например, [5], что и дало полученный в школе стабильный низкий результат решения многоуровневых задач. Для того, чтобы решить эту проблему необходимо изменить саму концепцию изложения материала учителем, не пытаться выучить или обучить учащихся решению задач «из ЕГЭ», а помочь создать учащемуся его собственное мировоззрение в заданной теме – это и есть современный подход к обучению в рамках ФГОС.

В своей работе я рассмотрю несколько задач, рассмотрение которых позволит решить возникшую проблему. Все изложенные далее задачи опубликованы в пособии [4]. При разборе мы рассмотрим еще ряд проблем, которые традиционно возникают у выпускников.

Задача 17.2. [4] Свет мощностью 0,5 кВт с длиной волны 20 нм падает перпендикулярно к поверхности площадью 100 см². Сколько фотонов ежесекундно падает на 1 см² этой поверхности?

Решение:1. Мощность источника – это энергия излучения, падающего на заданную поверхность в единицу времени:

.

2. Согласно квантовой теории света энергия одного фотона равна: .

3. По условию задачи за одну секунду на поверхность 1 см² падает такое количество фотонов:

.

4. Определим размерность и численное значение искомой величины:

;

.

Ответ: на 1 см² поверхности падает 510¹⁷ фотонов заданного излучения.

Если непосредственно перед изучением темы «Фотоэффект» рассмотреть данную задачу и, к тому же позже сослаться на ее решение, то мы видим, что она действительно поясняет подход к решению нашей задачи 32.

Задача 17.3. [4] На пластинку, которая отражает 70% и поглощает 30% падающего света, каждую секунду перпендикулярно подают 310²⁰ одинаковых фотонов, которые оказывают на пластинку действие силой 0,675 мкН. Определите длину волны падающего света.

Решение: Импульс одного фотона равен . Каждый фотон при падении на зеркальную поверхность передает ей импульс вдвое больший , чем в случае с черной (поглощающей) поверхностью .

Суммарный импульс отраженных фотонов равен , а поглощенных фотонов - , где N–общее число фотонов, падающих на поверхность.

Запишем второй закон Ньютона в импульсной форме:

.

Из полученного выражения найдем длину волны падающего света:

, где - число фотонов падающих в единицу времени.

Проверим размерность и вычислим полученную величину:

;

.

Ответ: длина волны падающего света 501 нм.

Здесь же полезно решить и данную задачу, чтобы закрепить в сознании учащихся понятие корпускулярной природы света.

Задача 17.4. [4] Красная граница фотоэффекта для некоторого металла 497 нм. Какова скорость электронов, выбиваемых из пластины светом с длиной волны 375 нм?

Решение: 1. Энергия фотона падающего излучения с заданной длиной волны равна:

.

2. Работа выхода для данного металла может быть выражена через красную границу фотоэффекта:

.

3. Запишем уравнение для Эйнштейна для внешнего фотоэффекта в форме:

.

4. Из полученного уравнения надо найти максимальную скорость движения фотоэлектронов:

.

5. Проверим размерность и вычислим полученную величину:

;

.

Ответ: скорость электронов, выбиваемых из пластины равна 5,3510⁵ м/с.

Задача 17.5. [4] Найдите задерживающую разность потенциалов для фотоэлектронов (см. рис. 17.5.1.), вырываемых с поверхности натрия светом с длиной волны 400 нм.

Решение: Запишем уравнение для Эйнштейна для внешнего фотоэффекта в форме:

,

где е – заряд электрона, U_З – задерживающее напряжение при котором сила фототока равна нулю, то есть ни один фотоэлектрон не достиг анода.

Работу выхода электронов с поверхности натрия найдем по таблице (см. 17.2.) и выразим в джоулях: А_вых= 2,28 эВ = 3,6510^-19 Дж.

Из уравнения Эйнштейна выразим задерживающую разность потенциалов:

.

Проверим размерность и вычислим полученную величину:

;

.

Ответ: 0,83 В.

После рассмотрения последних двух задач, мы можем рассчитывать на то, что у обучающихся сформируется правильная современная научная модель под названием «Явление фотоэффекта». Я специально оставила книжную нумерацию, чтобы был виден порядок изложения материала.

Но только теоретическое рассмотрение задач недостаточно для достижения цели. Основная часть выпускников испытывает трудности при проведении численных расчетов, и это ярко проявляется в задачах данного раздела.

Известно, что стандартный вид числа изучается на математике в 8 классе и если ребят специально не готовить к проведению подобных расчетов, то на экзамене они не справятся с этой задачей. И наконец, в задачах, которые содержат множество различных преобразований очень эффективно научить учеников делать грамотно проверку размерности. Этот этап позволит избежать случайных алгебраических ошибок и получить проверенный правильный результат.

Заключение

РЕКОМЕНДАЦИИ специалистов ГАУ СО «РЦОКО» [3]:

1) При подготовке учащихся к ЕГЭ по физике более активно развивать у них способность применять полученные знания к решению задач средней сложности: стандартных, но не сводящихся к использованию одной - двух известных формул.

2) При подготовке учащихся, претендующих на высокий результат, следует также развивать у них общефизический подход к анализу задач, в том числе способность самостоятельно записывать формулы, описывающие простейшие закономерности.

3) Также необходимо обратить внимание учащихся на необходимость при оформлении заданий с развернутым ответом подробного описания своих действий с указанием используемых законов, а также необходимость обоснования выдвигаемых утверждений.

Чтобы реализовать полученные рекомендации необходимо, как показано в моей работе, формировать современное мировоззрение учащихся, осуществлять метапредметный подход в изложении материала и результатом будет успешная сдача выпускниками ЕГЭ по физике.

Библиография

1. http://ege.lancmanschool.ru/fizika/kak-gotovitsya-k-ege-po-fizike-v-2019-godu/

2. https://journal.school-olymp.ru/tipichnye-oshibki-ege-2019-matematika-shizika-informatika

3. Статистико-аналитический отчет о результатах государственной итоговой аттестации по образовательным программам среднего общего образования в Саратовской области. ГАУ СО «РЦОКО». 2019г. – с. 129-141.

4. Соляник С. Р. Физика без репетитора. Пособие для подготовки к сдаче ЕГЭ и вступительным экзаменам в вузы. – М. ООО «Хит - книга», 2019. – 497 – 501 с.

5. https://mathb-ege.sdamgia.ru/

6. Физика. 11 класс. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. М.: 2014. - 440с. 23-е изд. - М.: 2014. - 400с. 19-е изд. - М.: 2010. - 400с.