/ Unità di Ricerca in Didattica della Fisica – Università degli Studi di Udine
Circuiti elettrici- Test pre/post

Legend:

  • Scientificexplanation

Look at (model, perspective adopted by prospective teachers (PT); quantity involved)

Research questions (as decided in Udine meeting)

RQ1. How PT improve the understanding of the main conceptual aspects?

macro-physical description of a simple DC circuit using basic concept as: Intensity of current; difference of potential; resistance; equivalent circuit;

RQ2. How PT face the main learning knots/problems in literature?

Topologicalaspectsrelateted to circuit

Circuit as a system

Bipolar nature of each circuit element

Perspective used (current perspective; tension/voltage perspective; resistance perspective; topological perspective)

RQ3. How the different TEA contribute in gaining PCK competencies on DC electrical circuits?

Competence in the analysis of the conceptual problems related to the situations considered

Competence in recognizing knots at the base of students’ reasoning

Competence in propose stategy able to help students to overcome lerning difficulties

Alberto suggestion for extension of Research Questions

RQA: remain the perspective used the same? Change it according to the context? Change it according to the way in which is presented the situation (realistic schetch/photo/schema)? Local/global vision and coherence in the PT answers[NB perform an analysis between question to look at this]

RQB: which quantities are used?

RQC: relation between correctness of answer and conceptual/functional understanding

Corrente e circuiti elettrici. Questionario Iniziale.

Q1.Un circuito è formato da una pilada 4,5 V, dei fili di collegamento, una lampadina, un interruttore. Quando si chiude il circuito la lampadina si accende.

1.1 Quale modello può spiegare meglio come fa a circolare la corrente nel circuito consentendo l’accensione della lampadina?

Model indicated

Perspective/way to look at adopted

Quantityinvolved

______NB: In the meeting with MM thisquestionwasskiped, butinterestingaspectsemerged by analysis a posteriori 1.2 Si discutano alcune tipiche risposte degli studenti. illustrando in particolare il ragionamento che ciascun modello sottende:

Modello A: C’è flusso di corrente solo dal polo positivo verso la lampadina. Non c’è flusso di corrente che esce dalla base della lampadina poiché la corrente è usata per accendere la lampadina

Modello B: La corrente scorre da ciascuno dei due poli della pila verso la lampadina (essa si accende per lo scontro delle due correnti in verso opposto)

Modello C: La corrente circola sempre nello stesso verso in tutto il circuito, ma ha intensità minore dopo che è passata attraverso la lampadina

Modello D: la corrente circola nello stesso verso e con la stessa intensità in tutto il circuito.

.(RQ3)

Perpective used: scientific explanation; correct/uncorret; correction; student reasoning

(Scientific explanation: the PT explains the scientific concept involved, don’t considering the sentences of students; Correction of answer: the PT corrects the students answer, evidencing often what is wrong; Correct/incorrect: the PT indicates when the answer is correct or incorrect (without explain why); Student reasoning; the PT indicates the students reasoning (in his opinion).

Student reasoning based on: unipolar motion of current; current collision; current consumption; closed circuit

Q2.Un circuito è formato da una pilada 4,5 V, dei fili di collegamento di rame, un tratto di filo di nichel-cromo di lunghezza L, un interruttore. Quando si chiude il circuito nel circuito l’amperometro indica che nel circuito circola una corrente I. Quando si sostituisce il filo di nichel-cromo con uno sempre dello stesso materiale ma di lunghezza maggiore, l’amperometro indica che nel circuito circola una corrente I’<I.

2.1 Come si può spiegare questo fatto?

2.2 In che modo l’inserimento nel circuito del filo di nichel-cromo di lunghezza maggiore produce la diminuzione di corrente che circola in esso?

2.3 Si supponga ora di sostituire al filo di lunghezza L di nichel-cromo con un filo della stessa lunghezza e stesso materiale, ma di sezione maggiore di quello inserito inizialmente. Quando si chiude il circuito, l’amperometro indica che nel circuito circola una corrente I”>I. Come si può spiegare questo fatto?

2.4 In che modo l’inserimento nel circuito del filo di nichel-cromo di sezione maggiore determina il fatto che la corrente che circola nel circuito è maggiore di I?

RQ1 and RQ2 (but also RQ3: capability to use concepts to explain)

  • Two possible answers are: A) extension of surface=double/triple wires in parallel and same ddp at the ends.; extension of length=2/three wires one after another one and repartition of ddp along the wire (based on a macroscopic model); B) extend the surface= increase the number of charge carriers, extend the length= decrease the field in the wire and for that the v of the charge carriers (based on a microscopic model)

perspective used (according current; tension; current-resistence; tension-resistence…) RQ1

Ohm laws to:

  • find solution to exercise
  • describe the phenomenology
  • Interpret the phenomenology

Use of topology

Use of math (proportionality)

2.5 Si supponga ora di sostituire al filo di lunghezza L di nichel-cromo con un filo della stessa lunghezza e sezione, ma di diverso materiale. Quando si chiude il circuito, l’amperometro indica che nel circuito circola una corrente I’’’I. Come si può spiegare questo fatto?

2.6 In che modo l’inserimento nel circuito del filo di una altro materiale determina il fatto che la corrente che circola nel circuito è diversa da I?

See 2.1-4, and.

Role of material

Resistivity as a property linked to a microscopic vision/model or as quantity depending on material?

Q3. Osserva il circuito schematizzato in figura. Le tre lampadine L1, L2, L3 sono tutte uguali.

3.1Quale sarà la luminosità di ciascuna delle lampadine (I1, I2, I3 rispettivamente)? Indicare se la luminosità delle lampadine sarà per tutte la stessa o eventualmente in che relazione d’ordine stanno tra loro le luminosità delle tre lampadine, motivando adeguatamente la risposta.

3.2 Cambia la luminosità della lampadine se si svita L3? Spiegare______

3.3 Cambia la luminosità della lampadine se si cortocircuita L3, come illustrato in figura?

Spiegare(alsofor RQ3)

Topological aspects (recognize the equivalnet topology of 3 parallel resistors)

Perspective used (DV, I, R-DV, R-I) RQ1

Recognition of equal DV

Equivalent resistance role

Functional understanding of concepts (RQ1-RQ2)

Role of representation (see in connection to Q9–comparison Q3.1-Q9)

Short circuit (comparison Q3.3 – Q8)

Q4.Si consideri il circuito illustrato in figura, dove le due pile sono diverse e le quattro lampadine L1,L2, L3, L4 sono uguali. Si rileva che la lampadina L2 è accesa. Quale sarà la luminosità delle lampadine L1, L3 e L4, rispetto a quella di L2? Spiegare la risposta.

Mainly for RQ1

  • Additivity of DV

role attributed to the battery

battery and additivity of DV (RQ2)

equivalent circuit role

closed circuit and model of current

Q5.Si considerino i circuiti A, B, C, D, E illustrati in figura. Vi è un circuito che ha due lampadine collegate in parallelo con la pila? Ve ne più di uno? Indicarli e spiegare il ragionamento fatto.

______

Q6. Quale dei seguenti schemi di circuito (A, B, C, D) rappresenta il circuito realistico illustrato nel riquadro? Spiegare

Topologicalaspect

Aswers and representation

Q7. In figura sono illustrate le diverse modalità con cui degli studenti hanno cercato di far accendere una lampadina connettendola ai poli di una batteria da 4,5 V.

7.1 In qualche caso la lampadina si è accesa? Spiegare

7.2 Indicare il ragionamento sotteso a ciascuna modalità rappresentata. ______

RQ1-2 and RQ3 (7.3)

unipolarvs bipolarmodel

Role of closed circuit concept (see C) explanation: recognize PTs that is a closed circuits? Why does not work?

Specific role attributed to the + pole of the battery

Symmetric/unsimmetric elements of a circuit: attribution to + and – to the the bulb

Q8. Si consideri il circuito schematizzato in figura in cui le tre lampadine L1. L2, L3 sono uguali.

Si preveda la luminosità di ciascuna delle tre lampadine rispetto a quelle della altre lampadine. Motivare la risposta.

  • It is possible to giva a correct anwers only using the concept of DV (probably no: do you need also the cocept of resistance)

Perspectiveused

Topologicalaspetcs__

Recognition of the short circuit (comparison Q3.3-Q8)______

Q9. Si consideri la foto riprodotta a destra del circuito formato da tre lampadine uguali collegate in parallelo, un interruttore e una pila. Quando si chiude il circuito, la luminosità di ciascuna lampadina sarà la stessa? Spiegare
See eventually in relation to Q3 (representation) /

Q10. Si considerino i tre circuiti illustrati in figura, in cui le lampadine sono tutte uguali e le pile sono tutte uguali.

Ordinare in senso crescente la luminosità delle cinque lampadine presenti nei tre circuiti, specificando eventualmene i casi in cui le luminosità sono uguali. Spieagare la risposta.

Rq1-RQ2

Circuit as a system

Perspective used

Series and paralle

Equivalent circuit

Battery as a tension source(RQ2)

______

Q11. In figura sono rappresentati:

-un primo circuito con una sola lampadina in cui circola una corrente I e la luminosità della lampadina è Io;

-un secondo circuito con tre lampadine uguali collegate come in figura.

11.1 La luminosità di ciascuna delle tre lampadine (I1, I2, I3) saràmaggiore, minore, uguale a Io? Spiegare.______

11.2 La luminosità di ciascuna delle tre lampadine (I1, I2, I3) sarà maggiore, minore, uguale a quella delle altre due lampadine? Spiegare

11.3 Si svita la lampadina L2. Cambiano le luminosità delle lampadine? Specificare se resta uguale o cambia ed eventualmente in che modo, motivando adeguatamente.

11.4 Si cortocircuita la lampadina L2. Cambiano le luminosità delle lampadine? Specificare se resta uguale o cambia ed eventualmente in che modo, motivando adeguatamente la risposta.

______

circuita s a system

equivalentcircuit

perpectiveused

batteryastension source

topology (?)

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