סיכום ודיון בשאלון חשמל

 השאלון בחשמל עסק בעיקר בנושאים הבאים: השדה החשמלי והפוטנציאל החשמלי של כדור מוליך וטעון (כולל חיבור של שני כדורים כאלה וכדור בתוך קליפה כדורית), מעגלי זרם הכוללים נגדים וקבלים, טעינה ופריקה של קבל, כוחות מגנטיים בין שני תילים נושאי זרם, שינוי השטף ויצירת כא''מ מושרה על ידי מסגרת שנכנסת לתוך שדה מגנטי.

לפי הניתוח שערכנו מצאנו שהקשיים המרכזיים של התלמידים התמקדו בנושאים ובמושגים הבאים:

חוק גאוס
תלמידים מתקשים מאוד בהבנת חוק גאוס. בתכנית הלימודים החדשה צומצם הנושא לכדי טיפול איכותי בחוק ללא הוכחות מתמטיות, ועל התלמידים לדעת רק את היישומים של חוק גאוס.

אחד היישומים הוא השדה החשמלי בתוך מוליך טעון ופיזור המטען על פני מוליך טעון.

כ-20% מהתלמידים כתבו שהמטען מפוזר בכל נפח הכדור המוליך והטעון.

מומלץ להסביר כי העובדה שהמטען החשמלי העודף במוליך טעון נמצא על פני המוליך, נובעת מהיותו בשיווי משקל אלקטרוסטטי ומחוק גאוס (השדה החשמלי בתוך המוליך מתאפס).

מושג הפוטנציאל 
המושג פוטנציאל הוא מושג מופשט, קשה להבנה.  תלמידים נוטים לזהות את הפוטנציאל בנקודה עם השדה החשמלי באותה נקודה. מחקרים קודמים בהוראת הפיזיקה תומכים באבחנה זו.

כ-15% מהתלמידים חושבים שאם השדה בתוך מוליך הוא אפס, גם הפוטנציאל הוא אפס (ראו ניתוח שאלה 1).

תלמידים גם מתקשים בהבנת העקרונות הפיזיקליים הקשורים בחיבור שני מוליכים טעונים.

לכן יש להדגיש שבעת חיבור שני מוליכים טעונים הפוטנציאלים של שני הכדורים משתווה, תוך שימור המטען הכולל של המערכת (ראו המלצות דידקטיות בשאלה 1) .

טעינה ופריקה של קבל
1. תלמידים חושבים שבכל מעגל חשמלי הכולל נגדים וקבלים,  קבל מהווה נתק המפסיק את זרימת הזרם בכל המעגל (גם כאשר הקבל הוא רק חלק מענף מסוים במעגל).

2. כ-50% מהתלמידים חושבים שהמתח על הקבל בתום הטעינה הוא תמיד מתח המקור, ללא קשר לסוג החיבורים במעגל.

3. תלמידים אינם מבחינים בין התנהגות הזרם בזמן טעינה של קבל לבין התנהגותו בזמן פריקה.

חשוב לנתח את התנהגות הקבל במעגלי זרם ישר באופן איכותי תחילה ורק לאחר מכן באופן כמותי.

ראו ניתוח והערות דידקטיות בשאלות 2 ו- 3.

סוגי החיבורים של הנגדים והקבלים במעגל החשמלי
תלמידים מתקשים בזיהוי סוגי החיבורים של הנגדים והקבלים במעגלים מורכבים.

הדבר בא לידי ביטוי בשאלות 2  ו-3.

חשמל תשס"ה