Elektrostatik Kavram Testi’nin Elektriksel Alan İle İlgili On Birinci Sorusunun Değerlendirilmesi İle İlgili Bulgular

Şekil 4.1.3.8.1’de görülmekte olan bu soruda tekrar hatırlanırsa öğretmen adaylarından, içi oyuk ve pozitif (+) yükler dış yüzeyine eşit oranda dağılmış bir iletken metal kürenin yakınına bir +Q yükünün getirilmesi ile kürenin merkezindeki elektriksel alanın yönü ile ilgili yorum yapmaları istenmişti ve öğretmen adaylarının iletkenler üzerindeki yük dağılımı ve etki ile elektriklenmedeki elektrik alanı ile ilgili düşüncelerini belirlemek amaçlanmıştı.

Şekil 4.1.3.8.1: Elektrostatik Kavram Testi’nin On Birinci Sorusu

Çizelge 4.1.3.8.1’de EKT’nin on birinci sorusunun çoktan seçmeli birinci aşamasını oluşturan seçeneklerin cevaplanma oranları görülmektedir

Çizelge 4.1.3.8.1: Elektrostatik Kavram Testi’nin On Birinci Sorusu’nun

Seçeneklerine Verilen Cevap Yüzdeleri

Ön Test Son Test Kalıcılık Testi SORU 11 N % N % N % A 35 22,3 30 19,1 37 23,6 B 22 14,0 27 17,2 27 17,2 C 2 1,3 1 0,6 4 2,6 D 3 1,9 - - 3 1,9 E 43 27,4 99 63,0 77 49,0 Boş 52 33,1 - - 9 5,7

Çizelge 4.1.3.8.1’de görüldüğü üzere EKT’nin on birinci sorusunun çoktan seçmeli birinci aşamasına ön testte %27,4, son testte % 63, kalıcılık testinde de % 49 oranında doğru cevap verilmiştir. En çok işaretlenen seçeneğin doğru seçenek olduğu görülmektedir. İlk aşamaya diğer seçeneklere göre yüksek oranda doğru cevap verilse de Çizelge 4.1.3.8.2’deki analiz bulgularına göre ön test, son test ve kalıcılık testlerinde açık uçlu ikinci aşamaya tam doğru açıklama getiren öğretmen adayı sayısı sıfırdır.

Çizelge 4.1.3.8.2: Elektrostatik Kavram Testi’nin On Birinci Sorusu İle İlgili

Bulgular

SORU 11

Düzey Açıklamalar Ön T. _% Son T. _% Kalıcılık _%

A:

Doğru cevap Doğru Açıklama

E=⌠k.dq/r2_{’den kürenin merkezindeki her} noktada toplam elektriksel alan sıfır olduğunu, kürenin dışındaki bir yükün içindeki noktalarda oluşturacağı elektriksel alan olmadığını ve elektriksel alan çizgileri şekildeki gibi olduğunu ifade edenler.

- - -

B:

Doğru cevap Kısmi Doğru Açıklama

Merkezde elektriksel alan sıfır olacağını, yüklerin birbirinin etkisini yok edeceğini belirtip detaylı olarak bunun sebebini ifade etmeyenler.

Örn: “Merkezde elektriksel alan sıfır olur yükler birbirinin etkisini

yok eder.”

- 3,8 0,6

C:

Yanlış cevap Doğru Açıklama

Birici kısma yanlış cevap verdikten sonra ikinci kısımda E=⌠k.dq/r2_{’den kürenin merkezindeki her noktada toplam} elektriksel alan sıfır olduğunu, kürenin dışındaki bir yükün

içindeki noktalarda oluşturacağı elektriksel alan olmadığını ve elektriksel alan çizgileri şekildeki gibi olduğunu ifade edip tam doğru açıklama yapanlar.

D:

Doğru cevap İlgisiz, yetersiz açıklama

Birinci kısmı doğru cevaplayıp ikinci kısma yanlış olmayan ancak yetersiz veya ilgisiz cevap verenler.

Örn: “Gauss yüzeyi olarak düşünürsek kürenin merkezinde

elek.alan sıfırdır.”

7,0 37,6 26,8

E:

Doğru Cevap Yanlış Açıklama

Birinci kısma doğru cevap verip ikinci kısma yanlış açıklamada veya yanlış formüllendirmede bulunanlar.

Örn: “Kürenin merkezinde yük olmadığı için elektriksel alan

sıfırdır.”, “+E=k.Q/(4πεo). Bu yüzden yaklaşmasından etkilenmez.”

8,9 18,5 9,6

F:Doğru Cevap

Açıklama yok Birinci kısma doğru cevap verip ikinci kısma hiçbir açıklamada bulunmayanlar. 11,5 3,2 12,1 G:Yanlış cevap

İlgisiz, yetersiz açıklama

Birinci kısmı yanlış cevaplayıp ikinci kısma yanlış olmayan ancak yetersiz veya ilgisiz cevap verenler.

Örn: “Çünkü + yüklü cisimlerde E alan çizgileri dışa doğrudur.”

3,2 1,3 -

H:

Yanlış cevap Yanlış Açıklama

Birinci kısmı yanlış cevaplayıp ikinci kısma yanlış açıklamada bulunanlar.

Örn: “Sağ el kuralına göre. (Sağ el kuralından dolayı sola

doğrudur.).”, E, -’den +‘ya doğru olacağından”

15,3 28,0 15,9

I:Yanlış cevap

Açıklama yok Birinci kısma yanlış cevap verip ikinci kısma hiçbiraçıklamada bulunmayanlar. 21,0 7,6 29,3 J:Cevap yok

Açıklama yok Hem birinci kısmı hem de ikinci kısmı boş bırakanlar. 33,1 - 5,7 Çizelge 4.1.3.8.3 incelendiğinde son testte 18, kalıcılık testinde ise 10 öğretmen adaylarının kürenin merkezinde yük olmadığı için elektriksel alanın sıfır olduğunu düşündükleri görülmektedir. Ayrıca, kürenin merkezinde (+) yüklerin yüzeyinde ise (-) yüklerin biriktiğini ve bunların birbirini nötrlediği için elektriksel alanın merkezde sıfır olduğunu iddia eden yada (-) yüklerin kürenin sağına (+) yüklerin soluna birikmesi sonucu merkezde elektriksel alanın sıfır olacağının, ya da aynı yüklerin birbirini itmesi nedeniyle küre ve dışarıdaki yük (+) yüklü olacağı için kürede elektriksel alanın sola doğru olacağının belirtildiği ifadeler göze çarpan bulgular arasındadır.

Öğretmen adaylarının büyük çoğunluğu elektriksel alan çizgilerinin tam doğru aşamadaki gibi çakışmayacak şekilde olduğunu bilmemektedirler. Bu nedenle dışarıdaki yükün kürenin merkezinde bir elektriksel alan oluşturabileceği yanılgısına sahip oldukları görülmektedir.

Elektriksel alanın yönünün (-)’den (+)’ya doğru olması, elektriksel kuvvetin formülünün elektriksel potansiyel ile aynı şekilde ifade edilmesi gibi diğer yanılgılar da Çizelge 4.1.3.8.3’de ayrıntılı olarak incelenebilir.

Çizelge 4.1.3.8.3: On Birinci Sorunun Analizinden Elde Edilen Yanlış İfadeler

SORU 11 Ön test Son test Kalıcılık Yanlış İfadeler Den Kon Den Kon Den Kon Küreye yükler eşit oranda dağılacağından merkezde sıfırdır. 1 - - - +Q yükünün etkisi küre merkezinden geçiyor. 1 - - - +Q yükü elektriksel alan üzerinde old.için alan sıfırdır. 1 - - - Kürenin merkezinde yük bulunmadığından elektriksel alan sıfırdır. - 3 13 7 8 2 + yüklü cisim yaklaştırılınca + yükler sola kayar - yükler sağa

çıkar merkezde alan sıfırdır. - 2 - - - -

E + yönden – yöne olacağından – yön olmadığından alan sıfırdır. - 1 - - - - +, + birbirini iter. Küre içindeki –ler yerinde kalır ve alan sıfırdır. 1 - - - Aynı kutuplar birbirini iteceği için elek. alan oluşmaz, sıfırdır. 1 1 1 - - - Küre + yüklü olduğu ve içi boş olduğu için yönü belli olmaz. 1 - - - Yüzeydeki +lar merkeze, -’ler yüzeye gider. Alan sıfırdır. - 1 1 1 - - (+) ve (-) yük birbirini nötrleyeceğinden alan sıfır olur. - - 1 1 1 3 İkisinin de uyguladıkları elek. alan şiddetleri eşit ve zıt yönlüdür. - - 1 - - - (+) yükler yerini (-) yüklere bırakacağından elekt. alan sıfır olur. - - - 1 - - Φ=E.A=Qtop/εo => E= Qtop/εo.A=0/εo.4πr2=0 - - 1 - - - Yüklü kürenin merkezinde uzaklık sıfır olduğundan alan oluşmaz. - - - 1 1 - +Q yükü zaten + yüklü olan metal küreye kendisinin zıt yönünde

bir elektriksel alana sahip olmasına neden olur.

1 - - -

Etki süresince içe doğru olur. - 1 - - - -

E, -’den +‘ya doğru olacağından. - 1 1 - 3 -

Merkez çevresindeki eksi yükler merkeze doğru hareket oluşur. 1 1 - - - - Aynı yükler birbirini iteceğinden sola doğru olur. 3 3 3 12 3 6 Kürenin ağırlığı daha fazla, yönü de sola doğrudur. 1 - - - E. alan çizgileri çakışmaz, küredeki e. alan çizgileri sola kayar - - 1 - - -

Sağ el kuralından dolayı sola doğrudur. - 1 2 - - 1

(+) yük (+) yükü iteceğinden (+)lar kürenin içine geçer. Dışı nötr. - - - 1 - - İçi boş kürelerin merkezinde elek. alan sıfırdır. E, etki ile sol yönde - - - 1 - - (-) yük gelir küre dışına +Q’da. + - doğrudur. - - - 1 - - Merkezde de + yük olduğundan. - - - - 1 1 E, +’dan –‘ye doğru olacağından sola doğru. - - - 1 +Q yükü, kürenin yükünden fazla olduğu için. 1 - - - - - +Q yükü küreye sola doğru bir kuvvet uygular. Elektriksel alan

kuvvete zıt yönlü olduğu için sağa doğru olur. 1 - - - +Q yükü getirilince metal küredeki + yükler sola doğru

itilir. – yükler sağa doğru çekilir. Elektriksel alan +dan – ye doğru olduğundan sağa doğru olur.

3 1 1 6 1 3

İkisi de aynı işaretli olduğu için. 1 - 1 8 2 2

(+)lar kürenin dışında toplanıyorsa merkezde – yükler bulunur. + ile – birbirini çeker, sağa doğru olur elektriksel alanın yönü.

1 - - -

E=k.q/ - - 3 1 - -

Aynı türden yüklü iki küre birbirini iteceğinden ve E.alan çizgileri

birbiriyle çakışır, alanda yukarı doğru olur. - - - 1 - - Yanlış Formüllendirme:

F=k.q/d2 _{d=0 old. merkezinde elektriksel alan sıfırdır. 1 - - -} E=kq/r merkezinde elektriksel alan sıfırdır. - 1 - - - 1

E=k.Q/(4πεo). - - 1 - - -

E.A=q/εo=0 => merkezde yük olmadığından. - - 1 - - -

4.1.3.9 Elektrostatik Kavram Testi’nin Elektriksel Kuvvet İle İlgili On İkinci