Методические страницы

Итоги ЕГЭ-2009 по физике и подготовка к ЕГЭ-2010

1. Структура экзаменационного варианта и критерии оценки работы

В 2009 г. в ЕГЭ по физике принимали участие 205 379 выпускников из всех регионов страны, что составило 20,4% от общего числа выпускников (для сравнения, в 2008 г. – 59 796 выпускников из 69 регионов). Результаты оказались существенно ниже предыдущих (диаграмма, табл. 1). Основная причина — резкое увеличение числа сдававших. Средний тестовый балл составил 48,9 против 53,0 в 2008 г.

Таблица 1.
Распределение участников экзамена по полученным тестовым баллам в 2009 г.

Баллы	0–10	11–20	21–30	31–40	41–50	51–60	61–70	71–80	81–90	91–100
Доля сдававших, %	0,05	0,27	5,89	20,59	32,05	22,55	9,89	3,68	0,74	0,25

Лидерами по числу участников, набравших 100 баллов, стали Москва (24 человека), Республика Башкортостан (17), Чувашская республика и Челябинская область (по 11 человек).

2. Анализ результатов выполнения экзаменационной работы

Каждый экзаменационный вариант ЕГЭ по физике включал в себя задания по всем содержательным темам, а по наиболее важным из них задания повторялись на разных уровнях сложности. В табл. 2 представлены результаты выполнения групп заданий по содержательным темам (здесь задача с развёрнутым ответом считалась решённой, если учащийся набрал за неё не менее 2 баллов). Отдельной строкой отмечены результаты выполнения заданий с выбором ответа, проверяющих методологические умения.

Таблица 2.
Результаты выполнения заданий по содержательным темам курса физики

№	Содержательная тема (раздел)	Доля выполнивших задание относительно общего числа сдававших, %
		Базовый уровень		Повышенный ур.		Высокий уровень
		В среднем	Миним. (максим.)	В среднем	Миним. (максим.)	В среднем	Миним. (максим.)
Механика
1	Кинематика	60	25 (93)	39	20 (51)	—	—
2	Динамика	65	40 (94)	48	26 (67)	18	14 (27)
3	Статика	50	36 (72)	18	13 (24)	—	—
4	Законы сохранения	68	47 (86)	48	43 (60)	19	14 (28)
5	Механические колебания и волны	54	33 (66)	30	25 (43)	—	—
МКТ и термодинамика
6	Молекулярная физика	59	27 (81)	45	14 (74)	32	26 (38)
7	Термодинамика	59	26 (89)	32	21 (48)	40	18 (67)
Электродинамика и элементы СТО
8	Электростатика	60	33 (79)	23	21 (25)	—	–
9	Постоянный ток	58	43 (84)	44	25 (69)	29	20 (39)
10	Магнитное поле	51	26 (75)	31	19 (38)	18	9 (48)
11	Электромагнитная индукция	—	—	20	11–28	29	27 (32)
12	Электромагнитные колебания и волны	57	23 (76)	27	15 (56)	25	21 (30)
13	Оптика	43	15 (77)	17	12 (24)	32	29 (35)
Квантовая физика
14	СТО	49	44 (56)	—	—	—	—
15	Корпускулярно-волновой дуализм	65	58 (75)	49	37 (74)	46	18 (74)
16	Физика атома	61	19 (86)	—	—	53	47 (59)
17	Физика атомного ядра	65	39 (88)	—	—	—	–
Методы научного познания
18	Методы научного познания	50	33 (72)	43	23 (63)	—	–

Участники продемонстрировали усвоение на базовом уровне основных понятий, формул и законов только по четырём из семнадцати тем школьного курса физики – «Динамика», «Законы сохранения в механике», «Корпускулярно-волновой дуализм» и «Физика атомного ядра». (Группа учащихся считается усвоившей тот или иной элемент знаний или умений, если средняя доля выполнения задания или группы заданий, которые проверяют данный элемент, составляет не менее 65% для вопросов с выбором ответа и 50% для заданий с кратким и развёрнутым ответом.)

По этим же критериям на повышенном уровне не усвоена ни одна из тем. Наиболее трудными оказались вопросы по статике, электростатике, электромагнитной индукции и оптике.

Задачи высокого уровня сложности (часть С) наиболее успешно решались по темам из молекулярной физики и термодинамики, кван­товой физики и постоянного тока. Наибольшие затруднения вызвали задачи по динамике, законам сохранения в механике и магнитному полю.

В 2009 г. впервые был проведён анализ не по усвоению содержательных разделов, а по умениям, которые проверяются в рамках КИМ ЕГЭ по физике.

2. 1. Результаты выполнения заданий, проверяющих усвоение основного понятийного аппарата школьного курса физики. В соответствии со спецификацией основная часть заданий с выбором ответа и задания В1 и В2 были направлены на проверку того, насколько хорошо учащиеся знакомы с основными физическими моделями, явлениями, величинами, законами и постулатами. Наибольшее число заданий проверяет в экзаменационном варианте понимание смысла различных физических величин и законов. Ниже представлены результаты выполнения соответствующих групп заданий по разделам курса физики.

По механике на базовом уровне сложности усвоены следующие содержательные элементы: • ускорение при равноускоренном движении – 78% •  второй закон Ньютона (расчёт) – 65%; • сила трения скольжения – 74% • сила упругости – 80% • сила тяжести – 77% • импульс силы – 70% • импульс тела (сравнение импульсов двух тел) – 69% • закон сохранения импульса при неупругом ударе – 77% • потенциальная энергия – 80% • правило моментов для рычага – 65% •  определение амплитуды и частоты по уравнению колебаний — 66%.

Лучшие результаты продемонстрированы для заданий, представляющих собой простое применение соответствующих формул в простейших расчётных ситуациях. Ниже приведён пример задания, с которым справились 81% учащихся (здесь и далее правильные ответы выделены полужирным шрифтом).

• Пример 1. Камень массой 1 кг брошен вертикально вверх. В начальный момент его энергия равна 200 Дж. На какую максимальную высоту поднимется камень? Сопротивлением воздуха пренебречь.

1) 10 м; 2) 200 м; 3) 20 м; 4) 2 м.

Задания по формулам для кинетической энергии, мощности и периода колебаний маятника выполнили чуть более 60% тестируемых. Наиболее трудными оказались задания на формулу центростремительного ускорения, второй закон Ньютона (сонаправленность равнодействующей приложенных сил и ускорения тела) и момент сил (определение плеча силы). В заданиях по формуле для центростремительного ускорения затруднения, судя по выбору дистракторов, имеют скорее математический характер (многие предполагают, что в знаменателе стоит квадрат радиуса). К сожалению, всё ниже становятся результаты выполнения заданий по статике, даже для элементарной операции нахождения плеча силы (42%).

По МКТ и термодинамике на базовом уровне сложности усвоены следующие содержательные элементы: • абсолютная температура – 75% • изопроцессы (график) – 65% • удельная теплота паро­образования или плавления вещества (определение) – 67% • первый закон термодинамики (расчёт) – 66%. Ниже приведён пример задания на узнавание определения физической величины, с которым справились 66% экзаменуемых.

Пример 2. Удельная теплота парообразования воды равна 2,3 · 10⁶ Дж/кг. Это означает, что для испарения:

1) любой массы воды при температуре кипения необходимо количество теплоты 2,3 · 10⁶ Дж;

2) 1 кг воды при температуре кипения необходимо количество теплоты 2,3 · 10⁶ Дж;

3) 2,3 кг воды при температуре кипения необходимо количество теплоты 10⁶ Дж;

4) 2,3 кг воды при любой температуре необходимо количество теплоты 10⁶ Дж.

Немногим более половины тестируемых справились с заданиями на формулы для количества теплоты при нагревании тела, внутренней энергии идеального газа, давления смеси газов, зависимости давления газа от концентрации молекул и средней кинетической энергии движения молекул.

По электродинамике на базовом уровне сложности усвоены только: • закон Кулона – 66% • сила Ампера – 69% • закон Ома для участка цепи – 65%. Ниже приведён пример задания, с которым справились 69% учащихся.

Пример 3. Прямолинейный проводник длиной L с током I помещён в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции В. Как изменится сила Ампера, действующая на проводник, если его длину увеличить в 2 раза, а силу тока в проводнике уменьшить в 4 раза?

1) Не изменится; 2) уменьшится в 4 раза;

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

Немногим более половины тестируемых выполнили задания на формулы для периода и частоты электромагнитных колебаний в колебательном контуре. Одними из самых трудных оказались задания не на формулы физических величин, а на определение направления вектора магнитной индукции и направления действия силы Лоренца. Так, с приведённым ниже заданием справились всего лишь 46% учащихся.

Пример 4. Протон p, влетевший в зазор между полюсами электромагнита, имеет скорость υ, перпендикулярную вектору индукции B магнитного поля, направленному вертикально (см. рисунок). Куда направлена действующая на протон сила Лоренца F ?

1) От наблюдателя ; 2) к наблюдателю ;

3) горизонтально вправо →; 4) вертикально вниз ↓.

По квантовой физике на уровне выше 65% выполнялись задания на применение законов сохранения заряда и массового числа к различным ядерным реакциям. Простые расчёты по формуле для энергии фотонов выполнили 52%, а правильное понимание смысла периода полураспада радиоактивных элементов показали 58% учащихся.

Отдельно следует отметить результаты выполнения серий заданий на проверку понимания смысла основных физических принципов и постулатов. В 2009 г. такие задания образовали четыре линии: • принцип суперпозиции сил – 57% • основные положения теории Максвелла – 51% • постоянство скорости света – 54% • излучение света атомом – 35%. Результаты выполнения этих заданий существенно ниже ожидаемых. Самой простой оказалась операция определения направления результирующей кулоновской силы (72%), а определить направление и величину равнодействующей трёх сил смогли немногим более 40% тестируемых. Лишь половина учащихся узнают среди представленных ответов основные положения теории Максвелла. Чуть более половины указывают на независимость скорости света от скорости движения источника света.

Наибольшие затруднения возникали при выполнении серии заданий на определение возможных значений энергии фотонов, испускаемых атомом в вакууме.

Пример 5. На рисунке изображена схема возможных значений энергии атомов разреженного атомарного газа. В начальный момент времени атомы находятся в состоянии с энергией Е(3). Возможно испускание газом фотонов с энергией:

1) только 2 · 10^–19 Дж;

2) только 3 · 10^–19 и 6 · 10^–19 Дж;

3) только 2 · 10^–19, 5 · 10^–19 и 8 · 10^–19 Дж;

4) любой от 2 · 10^–19 до 8 · 10^–19 Дж.

В этом задании при крайне низких результатах выполнения неверный ответ 4 выбрало больше тестируемых, чем верный. При этом не просто допускается ошибка в определении энергии фотонов, а выбирается ответ, противоречащий постулату Бора.

К сожалению, в 2009 г. лишь незначительная часть заданий с выбором ответа или с кратким ответом проверяла знакомство с различными физическими явлениями и процессами. Ниже перечислена тематика этих групп заданий с указанием средней доли выполнения.

– Узнавание определения явления или его основных свойств: • α-, β- и γ-излучение – 70% • интерференция, дифракция и поляризация – 58% • линейчатые спектры – 82%;

– характер протекания явлений или их применение (проявление в природе): • определение величины и направления скорости и ускорения при колебаниях пружинного маятника – 38% • изменение параметров газа при совершении работы в изопроцессе – 35% • возникновение ЭДС индукции в рамке, движущейся в магнитном поле (повышенный уровень) – 40% • броуновское движение (проявление в природе) – 49% • преломление света на границе раздела стекло–воздух – 35% • преломление света в линзе – 52%.

Исходя из полученных результатов, нельзя говорить об усвоении соответствующих содержательных элементов. Лучше всего выполнялись традиционные задания на соотнесение спектральных линий. Остальные задания, даже на простое узнавание определений, выполнялись хуже, чем, например, расчётные задания по механике.

Наибольшую тревогу вызывают низкие результаты для заданий, проверяющих характер протекания различных явлений или их применение (проявление) в природе. Так, в элементарном вопросе о колебаниях пружинного маятника 38% тестируемых смогли выбрать только один правильный ответ – для модуля и направления вектора скорости, и лишь 36% верно указали значение ускорения.

Пример 6. Массивный шарик, подвешенный к потолку на упругой пружине, совершает вертикальные гармонические колебания. Как ведёт себя модуль и каково направление векторов скорости и ускорения шарика в момент, когда шарик проходит положение равновесия, двигаясь вниз?

ВЕКТОР	МОДУЛЬ И НАПРАВЛЕНИЕ ВЕКТОРА
А) скорость шарика; Б) ускорение шарика	1) достигает максимума; вверх; 2) достигает максимума; вниз; 3) равняется нулю.

(Ответ: 23.)

Ещё одна яркая иллюстрация приведена в примерее 7: эта группа заданий направлена на проверку понимания явления преломления света на границе стекло–воздух. К сожалению, верный ответ выбрали лишь 35% экзаменуемых.

Пример 7. Ученик выполнил задание: нарисовать ход луча света, падающего из воздуха перпендикулярно поверхности стеклянной призмы треугольного сечения (см. рисунок). При построении он:

1) ошибся при изображении хода луча только при переходе из воздуха в стекло;

2) правильно изобразил ход луча на обеих границах раздела сред;

3) ошибся при изображении хода луча на обеих границах раздела сред;

4) ошибся при изображении хода луча только при переходе из стекла в воздух.

Для выполнения этого задания не требуется изучать преломление света в призме, необходимо лишь представлять себе общие закономерности явления преломления света.

Знакомство с преломлением света проверяется также и в задачах о ходе лучей в собирающей линзе. Здесь наиболее простыми оказались задания на узнавание положения изображения по заданному положению источника света и линзы (74%). Очевидно, помогало наличие линейки и карандаша, при помощи которых можно было построить изображение по двум основным лучам. Группа заданий, в которых необходимо было по заданному ходу лучей определить положение фокуса и рассчитать оптическую силу линзы, выполнялась гораздо хуже (около 40%). Вызвали затруднения и задания на построение хода произвольного луча (средняя доля выполнения 42%).

В целом во всей совокупности заданий на понимание физических явлений или процессов продемонстрированы наиболее низкие результаты по сравнению с остальными вышеперечисленными.

Каждый экзаменационный вариант включал одно-два задания базового уровня сложности на понимание смысла физических моделей. Однако в целом это требование проверялось лишь для трёх моделей: • модели строения газов и кристаллических тел – 75% • планетарная модель атома – 61% • строение ядра – 65%. Здесь были продемонстрированы достаточно высокие результаты, так что можно говорить об усвоении этих элементов на базовом уровне. Трудной оказалась лишь одна группа заданий, с которыми справилось не более 60% тестируемых (см. пример 8): оказалось сложно разобраться в табличной информации, а не в определении числа протонов и нейтронов.

Пример 8. На рисунке представлен фрагмент Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Под названием элемента приведены массовые числа его основных стабильных изотопов, нижний индекс около массового числа указывает (в процентах) распространённость изотопа в природе. Число протонов и число нейтронов в ядре самого распространённого изотопа бора соответственно равно:

1) 6 протонов, 5 нейтронов;

2) 10 протонов, 5 нейтронов;

3) 6 протонов, 11 нейтронов;

4) 5 протонов, 6 нейтронов.

Продолжение следует