Ohjeita fysiikan ylioppilaskirjoituksiin Kari Eloranta 2016 Jyväskylän Lyseon lukio 11. tammikuuta 2016
Kokeen rakenne Fysiikan kokeessa on 13 tehtävää, joista vastataan kahdeksaan. Tehtävät 12 ja 13 ovat jokeritehtäviä, joista voi saada maksimissaan yhdeksän pistettä. Toinen jokeritehtävä on usein kokeellinen. Tehtävistä 1-11 voi saada maksimissaan kuusi pistettä. Ensimmäinen tehtävä on yleensä helppo. Esimerkiksi oikeiden vaihtoehtojen liittämistä toisiinsa, oikein/väärin -tehtäviä ilman perusteluja ja lauseiden muodostamista avainsanoista. Tehtävä 2 on yleensä kuvaajanpiirtotehtävä, jossa mittaustuloksista piirretään kuvaaja, ja kuvaajasta lasketaan esimerkiksi fysikaalinen kulmakerroin tai määritetään hetkellisen suureen arvo kuvaajalle piirretystä tangentista. Aivan ensimmäisiä tehtäviä lukuunottamatta tehtävät eivät välttämättä ole vaikeusjärjestyksessä.
Tehtävien rakenne Tehtävät jakaantuvat kurssikohtaisiin perustehtäviin, sekä tehtäviin, joissa tarvitaan tietoja ja taitoja useamman kurssin alueelta. Laskennalliset tehtävät (mekaniikan laskutehtävät, sähköopin kytkentäkaaviot ja laskut, aaltoliikkeen taittumistehtävät,...) Kokeelliset tehtävät (kuvaajien piirtämistä mittaustuloksista, graafinen derivointi ja integrointi, fysikaalisen kulmakertoimen määrittäminen, koetulosten selittämistä,...) Kuvaajatehtäviä (kuvaajien tulkintaa, voimakuvioiden piirtämistä perusteluineen,...) Sanalliset tehtävät. Puhtaita esseetehtäviä on harvoin. Yleensä sanalliset tehtävät jaetaan pienempiin osiin, kuten a), b) ja c)-osioihin. Osassa tehtäviä on yhdistetty sanallisia ja laskennallisia osioita.
Laskutehtävistä Laskennalliset tehtävät muodostavat fysiikan yo-kokeen ytimen. Laskennallisten tehtävien fysikaaliset periaatteet on perusteltava aina. Yhtälöt ratkaistaan suuremuodossa. Lukuarvot yksikköineen sijoitetaan vasta lopuksi. Vastaus ilmoitetaan oikealla tarkkuudella (merkitsevät numerot). Voimakuviossa todelliset voimat erotetaan vektorikomponenteista selkeasti. Voimakuviot ja kytkentäkaaviot on piirrettävä yleensä aina riippumatta siitä, pyydetäänkö niitä erikseen.
Sanalliset tehtävät Sanalliset tehtävät voivat olla esimerkiksi käsitteiden selityksiä, ilmiöiden tulkintaa, luonnon rakenteiden tarkastelua ja teknisten sovellusten fysikaalisten periaatteiden selvittämistä. Jos vastaat sanalliseen tehtävään, sinun täytyy tietää tarkasti mistä on kyse, ja käyttää vastauksessasi fysikaalisia käsitteitä täsmällisesti. Tehtäviin ei voi vastata yleistiedon perusteella. Ainoastaan fysikaaliset tosiasiat tuottavat pisteitä. Voit päätellä vastauksesi laadun laskemalla kuinka monta fysiikan faktaa siihen sisältyy. Älä vastaa sanalliseen tehtävään, ellet todella tiedä mistä on kyse. Laskuista ja kuvaajatehtävistä saa keskimäärin paremmin pisteitä kuin sanallisista tehtävistä.
Kuvaajista Kuvaajien piirtämisestä Ylioppilaskirjoituksissa kuvaajat piirretään A4-millimetripaperille. Kuvaajan tulee olla vähintään puolet paperin koosta. Akselit tulee olla oikein päin. Esimerkiksi, jos tehtävänannossa pyydetään piirtämään nopeus ajan funktiona, nopeus tulee pystyakselille, ja aika vaaka-akselille. Akseleita ei saa katkaista, ellei se ole tehtävän ratkaisun kannalta välttämätöntä. Suureiden symbolit tulevat akseleiden sisäpuolelle, ja yksiköt ulkopuolelle.
Kuvaajista Sovituksista Suoran tai käyrän sovittaminen mittauspistejoukkoon Jos suureiden välillä on lineaarinen riippuvuus, mittauspistejoukkoon sovitetaan suora. Jos suureiden välillä ei ole lineaarista riippuvuutta, mittauspisteet yhdistetään pisteiden kautta pehmeästi kaartuvalla käyrällä. Pisteitä ei saa yhdistää murtoviivalla. Suoraa/käyrää ei saa pakottaa origon kautta, jos mittauspisteiden perusteella suora/käyrä ei näyttäisi kulkevan origon kautta. Myös siinä tapauksessa, että origo on mittauspiste, kuvaajan piirtämisessä tulee erikseen harkita, kulkeeko se origon kautta vai ei.
Kuvaajista Suoran sovitus Milloin mittauspistejoukkoon sovitetaan suora? Mittauspistejoukkoon sovitetaan suora, jos 1 suureet ovat suoraan verrannollisia (m = ρv, s = vt, F = ma, F = kx, F = µn, U = RI, P = U I, Q = CU,...) 2 suureiden välillä on lineaarinen riippuvuus (x = x 0 + vt, v = v 0 + at, ω = ω 0 + αt, l = l 0 + αl 0 t, E max = Φ h f,...) 3 mittauspistejoukkoon sovelletaan lineaarista mallia riippumatta siitä asettuvatko mittauspisteet suoralle vai ei. Suora piirretään siten, että mittauspisteet asettuvat mahdollisimman tasaisesti suoran ympärille. Yleensä suoraa jatketaan niin pitkälle, että se leikkaa y-akselin (ekstrapolointi). Jos suureiden tulisi olla suoraan verrannollisia, y-akselin leikkauspiste antaa arvion mittauksen systemaattiselle virheelle.
Graafisia menetelmiä Fysikaalinen kulmakerroin Fysikaalisen kulmakertoimen laskeminen Mittauspistejoukkoon sovitetusta suorasta lasketaan yleensä sen fysikaalinen kulmakerroin. Kulmakerrointa määritettäessä 1 Pisteet valitaan mahdollisimman kaukaa toisistaan, jotta kuvaajan lukemisesta aiheutuva suhteellinen virhe olisi mahdollisimman pieni. 2 Kulmakertoimen määrittäminen merkitään näkyviin kuvaajaan. 3 Kulmakerroin ilmoitetaan yksikköineen pyöristettynä oikeaan tarkkuuteen. Huomaa, että kulmakertoimen laskemisessa käytettävät pisteen luetaan suoralta. Alkuperäisiä mittauspisteitä ei saa käyttää.
Graafisia menetelmiä Graafinen derivointi Hetkellisen suureen arvon määrittäminen kuvaajasta Mittauspistejoukkoon sovitetusta käyrästä voidaan määrittää tietyissä tilanteissa hetkellisen suureen arvo piirtämällä käyrälle tarkastelukohtaan tangentti, ja laskemalla tangentin fysikaalinen kulmakerroin. Esimerkiksi hetkellinen nopeus saadaan paikan kuvaajasta ajan suhteen ja hetkellinen kiihtyvyys nopeuden kuvaajasta ajan suhteen. Menetelmää kutsutaan graafiseksi derivoinniksi. Tangentin kulmakertoimen laskemisessa sovelletaan edellisessä diassa esitettyjä periaatteita. Huom. Kaikista kuvaajista ei saa hetkellistä arvoa graafisella derivoinnilla. Esimerkiksi resistanssin määritelmä on R = U/I. Se ei ole jännitteen U kuvaajan sähkövirran I suhteen tarkastelukohtaan piirretyn tangentin fysikaalinen kulmakerroin.
Graafisia menetelmiä Graafinen integrointi Suureen arvon määrittäminen fysikaalisen pinta-alan avulla Kun "suure on kahden muun suureen tulo", sen arvo voidaan määrittää kuvaajasta fysikaalisen pinta-alan avulla. Esimerkiksi tasaisessa liikkeessä matka on s = v t. Tällöin, jos kappaleen nopeuden v kuvaaja ajan t funktiona tunnetaan, nopeuden kuvaajan ja aika-akselin väliin jäävä pinta-ala on paikan muutos eli siirtymä. Menetelmää kutsutaan graafiseksi integroinniksi. Pinta-ala voidaan määrittää esimerkiksi jakamalla alue pieniin neliöihin ja laskemalla neliöiden lukumäärä. Mitä pienempiä neliöitä käytetään, sitä tarkempi tulos saadaan. Tyypillisimpiä graafisen integroinnin tilanteita ovat yllä mainitun siirtymän lisäksi muuttuvan voiman impulssi I = F t, muuttuvan voiman tekemä työ W = F s ja muuttuvan sähkövirran siirtämä sähkövaraus Q = I t (kondensaattorin lataus/purkausvirta).