Fysik Råd og vink til den skriftlige prøve Fysik htx Juni 2018

Fysik 2018 Råd og vink til den skriftlige prøve Fysik htx Juni 2018 Undervisningsministeriet Styrelsen for Undervisning og Kvalitet Juli 2018

Indhold 1. Indledende bemærkninger... 3 2. Censorernes bedømmelse af kvaliteten af årets opgaver... 3 3. Censorernes bemærkninger til besvarelserne af årets sæt... 4 5. Generelle bemærkninger til besvarelserne... 277 6. Statistik... 288 7. Afsluttende bemærkninger... 299

1. Indledende bemærkninger Ved den skriftlige prøve i fysik (htx) sommeren 2018 er der stillet et opgavesæt, som er tilgængeligt på Materialeplatformen. Sættet er mærket gl-htx181-fys/a-04062018 og findes pa adressen http://materialeplatform.emu.dk/eksamensopgaver/gym/htx/2018.html. Opgavekommissionen bag opgavesættene til årets skriftlige prøve i fysik (htx) bestod af Rene Lynge Eriksen, Peter Gross (formand), Jens Kurt Kraaer, Kim Lang og Peter Nørgaard. Desuden har fagkonsulent Kim Bertelsen været tilknyttet opgavekommissionen. Opgavesættet indeholdt 15 spørgsmål. 2. Censorernes bedømmelse af kvaliteten af årets opgaver Pa censormødet diskuterer fysikcensorerne sættet som helhed inden karakterfastsættelsen for de enkelte besvarelser. Hensigten er dels at etablere det bedst mulige grundlag for en ensartet bedømmelse af besvarelserne, dels at rådgive opgavekommissionen med hensyn til det fremtidige arbejde. Drøftelsen sker pa basis af censorernes indberetning af deres umiddelbare bedømmelse af et antal besvarelser og en samling skriftlige kommentarer til såvel de enkelte spørgsmål som til sættene som helhed. Under rettearbejdet indberetter censorerne deres bedømmelse af et antal besvarelser. Besvarelsen af hvert af de 15 spørgsmål tildeles et mellem 0 og 10 point. I år udgør disse indberetninger en stikprøve pa ca. 60 % af samtlige besvarelser. Det skal bemærkes, at der ikke er nogen centralt fastsat rettenorm, som fastlægger pointfradraget for bestemte fejltyper. Pointtallene fra stikprøven kan benyttes til at vurdere sværhedsgraden af de enkelte spørgsmål. Spørgsmål med pointtal 8-10 ma således opfattes som umiddelbart lette, pointtal 6-8 svarer til mere sammensatte eller vanskelige spørgsmål, mens spørgsmål med pointtal under 6 kræver, at eksaminanden kan bruge eller opstille mere komplicerede modeller for den foreliggende situation. Pointtallene for denne prognose er i det følgende angivet som elevscore. De skriftlige censorer har endvidere vurderet de enkelte spørgsmål pa en skala med fem gradueringer: Uegnet spørgsmål (-2), Ringe spørgsmål (-1), Middelgodt (0), Velegnet (+1) og Meget velegnet (+2). Vurderingerne er angivet under de enkelte sæt. Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 3

Elevscore 3. Censorernes bemærkninger til besvarelserne af årets sæt 1198 elever var til prøve i det omtalte sæt. Censorerne vurderede, jf. skalaen ovenfor, 10 af sættets 15 spørgsmål til 1,3 eller derover, mens to spørgsmål fik vurderingen 0,8 og 1,0 hhv. Gennemsnittet af censorernes vurdering af sættets spørgsmål er 1,4. Den bedste vurdering fik spørgsmålene 5a (1,8), 3a (1,9), og 4b (2,0), mens spørgsmål 2b (0,8) og 4a (1,0) fik den laveste vurdering. Elevscoren for hele sættet baseret på stikprøven: 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Fysik - htx 2018 1a 1b 2a 2b 3a 3b 3c 4a 4b 4c 4d 5a 5b 5c 5d Spørgsmål Censorerne har skriftligt kommenteret elevernes besvarelse af de enkelte delspørgsmål; disse kommentarer følger nedenfor. Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 4

1. Elektrisk sidespejl Spørgsma l 1a (Elevscore: 9,1) Bestem strømstyrken i varmelegemet. Et rigtig godt opstartsspørgsmål. Eksempel på en besvarelse: Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 5

Spørgsma l 1b (Elevscore: 9,3) Bestem varmelegemets resistans. Endnu et godt spørgsmål som eleverne faktisk klarer lidt bedre end spørgsmål 1a. Fint at de to spørgsmål kan løses uafhængigt af hinanden. Eksempel på en besvarelse: Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 6

2. Koaksialkabel Spørgsmål 2a (Elevscore: 8,0) Hvor langt er kablet? Fint regnespørgsmål, som kræver overblik af eleven. Her er typisk flere fejl end i opgave 1. Mange har problemer med enhederne, og mange sætter simpelthen ε₀ = 1. Eksempel på en besvarelse: Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 7

Spørgsmål 2b (Elevscore: 5,0) Forklar hvilken af modellerne, der passer til forbindelsen på figur 2.2, og bestem kapacitansen af forbindelsen på figur 2.2. Mange elever gætter svaret, dvs. mangler at give en god begrundelse for hvilken model, der passer med figuren. Eksempel på en besvarelse: Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 8

Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 9

3. Lokomotivopbremsning Spørgsmål 3a (Elevscore: 7,4) Bestem lokomotivets (negative) acceleration under en sådan bremsning. Den negative acceleration bestemmes for de flestes vedkommende ved at benytte en kendt formel, hvor accelerationen kan findes vha. strækningen og hastighedsændringen. For at opnå en korrekt besvarelse, skal hastigheden omregnes til m/s, og det skal fremgå hvordan accelerationen bliver negativ. Eksempel på en besvarelse: Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 10

Spørgsmål 3b (Elevscore: 4,2) Bestem størrelsen af den samlede kraft, som virker mellem lokomotivets hjul og skinnerne i bevægelsesretningen. Bremsekraften findes i langt de fleste korrekte besvarelser ved at se på den resulterende kraft, hvis toget skal bremses fra 160 km/t til 0 plus den ekstra kraft som hidrører fra tyngdekraften. Hvis man kun har udregnet den første, hvilket er tilfældet for mange eksaminander, har man kun besvaret spørgsmålet halvt. Der er flere steder, hvor man kan lave fejl, fx når man skal udregne vinklen. Alternativt har nogle få benyttet en elegant løsning, hvor man kigger på energibevarelse, så bremsekraftens arbejde skal sættes lig med ændringen i den mekaniske energi. Eksempel på en besvarelse: Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 11

Spørgsma l 3c (Elevscore: 3,6) Bestem en tilnærmet værdi for temperaturstigningen i bremseklodser og hjul ved bremsningen i spørgsmål b), og forklar hvilke tilnærmelser du gør. Det er vigtigt at gøre det klart hvilke antagelser man gør i dette delspørgsmål, fx at alt arbejdet bliver omdannet til indre energi i hjul og bremseklodser. Arbejdet kan fx udregnes vha. energibevarelse, eller kraften fra forrige delspørgsmål kan benyttes. Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 14

Eksempel på en besvarelse: Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 15

4. Bil på bakke Spørgsmål 4a (Elevscore: 8,4) Bestem den samlede normalkraft på bilens forhjul, når bilen parkeres på en vandret parkeringsplads. Næsten alle svarer rigtigt. Eksempel på en besvarelse: Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 16

Spørgsmål 4b (Elevscore: 7,5) Indtegn disse fire kræfter på en kopi af figur 4.1 med angivelse af retning og angrebspunkt. Spørgsmålet giver god indsigt i, om eleven har grundlæggende begreb om kræfter. Mange scorer højt pointtal i dette spørgsmål, men det fanger rigtig fint elevens forståelse. Typiske fejl: Normalkraft tegnes lodret Friktionskraft vender nedad rampen Angrebspunkt for normalkraft er sat i hjulnav. Eksempel på en besvarelse: Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 17

Spørgsmål 4c (Elevscore: 4,5) Bestem størrelsen af den statiske gnidningskraft fra vejen på baghjulene. Mange elever finder den maksimale statiske gnidningskraft ved at slå gnidningskoefficienten mellem dæk og tør asfalt op. Overraskende få elever løser denne opgave som en simpel opgave ved blot at tegne kraftpile. Mange elever har besynderlige udregninger. Typisk fejl er, at eleven beregner friktionskraften efter formlen F friktion = μ N Eksempel på en besvarelse Spørgsmål 4d (Elevscore: 1,8) Bestem størrelsen af den samlede normalkraft på forhjulene. En svær opgave hvor mange elever, der ikke er i nærheden af et korrekt svar, bruger meget plads/tid på at lave noget, der ikke er korrekt. Omkring 30% forsøger at regne den vha. momentbetragtninger. En del af disse elever gør opgaven overkompliceret. Meget få løser spørgsmålet på en enkel måde Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 18

5. Totakts-dieselmotor Spørgsmål 5a (Elevscore: 8,3) Bestem antallet af mol luft i cylinderen. Er ret stor del af eleverne kunne ud fra de givne data bruge idealgasloven, indsætte gaskonstanten og bestemme antal mol. Mange besvarelser viser ogsa, at eleven går over pa autopilot og lade CAS værktøjet styrer beregningerne og konvertering mellem enhederne. Derved er der ikke angivet mellemregningen med enheder og der arbejdes med hovedet under armen. Typiske fejl: Indsættelse af T = 75 K Faktor 10 3 eller 10 6 forkert pga. enhedsomregningsfejl Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 20

Spørgsmål 5b (Elevscore: 6,1) Undersøg ved hjælp af en beregning, om det er rimeligt at antage at kompressionen fra tilstand 1 til tilstand 2 er adiabatisk. I spørgsmålet, er der angivet procentdelen af de respektive gasser og herfra skal massen af den indesluttede gas beregnes. Denne delopgave angriber størstedelen af eleverne ogsa fint og får et brugbart resultat. Typiske fejl: Mange glemmer adiabatkonstanten, sammenligner p V Mange beregner temperaturen i tilstand 2. Da en isoterm process udelukkes (pga. ændring af temperatur), konkluderes at det ma være en adiabatisk proces. Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 22

Spørgsmål 5c (Elevscore: 4,3) Bestem med udgangspunkt i datasættet virkningsgraden for en Carnotmaskine, der arbejder mellem de samme temperaturer som gassen i cylinderen. Det spørgsmål voldte problemer for mange elever. Typiske fejl: Datasættets temperaturer anvendes ikke. I stedet anvendes temperaturer svarende til tilstand 1 og 2, hvilket ikke svarer til højeste og laveste temperatur. Eksempel på en besvarelse: Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 24

Spørgsmål 5d (Elevscore: 2,1) Bestem med udgangspunkt i datasættet en tilnærmet værdi for kredsprocessens virkningsgrad. Mange elever har ikke besvaret dette spørgsma l. Det kan til dels skyldes tidspres. Nogle har problemer med i praksis at fa bestemt arbejdet. En del bruger igen Carnots nyttevirkning. Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 25

5. Generelle bemærkninger til besvarelserne Brugen af CAS-værktøjer Det ser ud til at CAS værktøjerne er en stor hjælp for eleverne ba de ift. at udføre beregninger, at løse ligninger og ift. at ha ndtere enheder. Det ser dog ogsa ud til at det er uhyre vigtigt at eleverne vejledes i at dokumentere deres metode udenom den egentlig CAS beregning. CAS værktøjet indga r blot i besvarelsen som en metode til at udføre mellemregninger. Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 27

Frekvens 6. Statistik På censormødet foretages en opgørelse af resultaterne, som er sammenfattet i nedenstående statistik på basis af holdene i det tekniske gymnasium. I alt var 1198 eksaminander til prøve. Karakterer -3 00 02 4 7 10 12 I alt Antal 14 102 151 294 335 193 109 1198 Frekvenser 1,2 8,5 12,6 24,5 28,0 16,1 9,1 100 Karaktergennemsnittet blev 5,9. 30 25 Fysik - htx 2018 20 15 10 5 0-3 0 2 4 7 10 12 Karakter Karaktererne opdelt på køn er kun kendt fra karakterprognosen, hvor drengene i gennemsnit fik 5,6, mens pigerne i gennemsnit fik 4,5. Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 28

7. Afsluttende bemærkninger Der har i elleve a r været afholdt skriftlig prøve efter 2005-ordningen, og opgavesæt efter 2010 findes pa emu ens Materialeplatformen: http://materialeplatform.emu.dk/eksamensopgaver/. Lærere kan opna adgang ved hjælp af uni-login. Fysiklærerne pa skolen opfordres til at samarbejde om opgavedimensionen i undervisningen pa sa vel B- som A-niveau. Erfaringerne fra den skriftlige prøve pa A-niveau kan med fordel blive inddraget pa faggruppens møder. De elever, der fa r fysik A gennem opgradering af fysik B, ma hjælpes til et godt grundlag for problemløsning ved at arbejde med rimelige mængder opgaver allerede i fysik B- undervisningen. Pa den enkelte skole anbefales det, at arbejdet med undervisningen pa fagets højeste niveau koordineres, sa de indhøstede positive og negative erfaringer gives videre, na r den ene lærer afløser den anden. Kim Bertelsen Fagkonsulent Nils Kruse Evaluering af den skriftlige prøve i fysik (htx) maj 2018 29