OII 2013 Nazionale Sperimentale · Griglia di valutazione

Sigla: Correttori

Olimpiadi della Fisica 2013 – Gara Nazionale – Prova Sperimentale Griglia di Valutazione

Sigla: Correttori:

Punti MAX | Punti

1 — Distanza media tra le bobine

Misurazione corretta, descritta chiaramente (1 pt) — 1 Valore plausibile (7 – 10 mm) con incertezza (1 pt) — 1 Espressione corretta della misura $d$ (1 pt) — 1

2 — Massa di 1 cm² di foglio alluminio

Misurazione corretta descritta chiaramente (1 pt) — 1 Massimizza i bracci: braccio > 9 cm (0,5 + 0,5 pt) — 1 Realizza un equilibrio (2 pt) Ripete (2 pt/equilibrio) max 10 pt — 10 Calcolo coerente corretto (2 pt) — 2 Valore con almeno due cifre significative e scarto $\Delta m_1$ dal valore $3,39\cdot 10^{-3}\text{g}$ : $\Delta m_1\le 0,1\cdot 10^{-3}\text{g}$ (5 pt) — $\Delta m_1=0,2\cdot 10^{-3}\text{g}$ (2 pt) — $\Delta m_1>0,2\cdot 10^{-3}\text{g}$ (0 pt) — 5 Incertezza misure dirette e indiretta (1 + 1 pt) — 2 Espressione corretta della misura (1 pt) — 1

totale — 25

3 — Corrente $I$ vs $n$ in repulsione

Tabella chiara (1 pt), con unità di misura (1 pt), incertezze di $I$ (1 pt) — 3 Valori attendibili per $I$, con eventuali ripetizioni per un dato $n$ (0,5 pt/mis → max 10 pt) — 10 Formula $I^2=kn$ o equivalente (2 pt) — 2 Calcolo corretto di $k$ da grafico linearizzato o da regressione lineare con calcolatrice (10 pt) da media aritmetica non ponderata (5 pt) — 10 Valore con almeno due cifre significative e scarto $\Delta k$ dai valori di riferimento (v. tab3-4 a pag 4) $|\Delta k|\le 0,002{\text{A}}^2$ (5 pt) — $|\Delta k|=0,003{\text{A}}^2$ (2 pt) — $|\Delta k|>0,003{\text{A}}^2$ (0 pt) — 5 valuta l’incertezza di $k$ (2 pt) — 2 Espressione corretta della misura (1 pt) — 1

4 — Forza elettrodinamica vs $I$ in repulsione

Procedimento matematico corretto (4 pt) e chiaro (1 pt) — 5 Scrive formula $F=k^{\prime }{I}^2$ o equivalente (2 pt) — 2 Valore di $k^{\prime }$ coerente con la misura di massa dei campioncini e di $k=I^2/n$ (2 pt) — 2 Valuta incertezza di $k^{\prime }$ (2 pt) — 2 Espressione corretta della misura (1 pt) — 1

totale — 45

5 — Circuito per correnti concordi

Disegno, anche limitato alle sole modifiche, corretto (4 pt) chiaro (1 pt) — 5 Realizza il circuito (c’è almeno una misura di $I$ in attrazione) (5 pt) — 5

6 — Tabella $I$ vs $n$ in attrazione

Non indica alcun accorgimento (v. risposta 8): 0,2 pt/mis (max 2 pt) — (2) Indica almeno un accorgimento (v. risposta 8): 0,5 pt/mis (max 5 pt) — (5) Ottiene valori di $I$ in eccesso o in difetto rispetto ai corrispondenti in repulsione (v. risposta 4) che sono sicuramente coerenti con l’accorgimento (v. risposta 8) 1 pt/mis (max 10 pt) — 10

7 — Spiegazione dell’instabilità dell’equilibrio in attrazione

Spiegazione corretta completa chiara (15 pt) — 15

Forza elettr. varia al variare della distanza tra le bobine (0,5 pt), aumenta o diminuisce (0,5 pt) — (1) Considera i tre momenti delle tre forze in gioco (1 pt) — (1) Effetto equilibratore del peso del giogo (3 pt) — (3) Confronto tra momento del peso del giogo e “delta-momento” di forza elettrodinamica (4 pt) — (4) Dipendenza dal valore della corrente $I$ della stabilità o meno (5 pt) — (5) Spiegazione chiara (1 pt) — (1)

8 — Accorgimenti

Usa la mano o sostegno mobile per influire su scostamenti da posizione orizzontale (2 pt) — (2) Usa sostegno fisso opportunamente (5 pt) indicando errori in eccesso o in difetto per $I$ (5 pt) — 10

totale — 45

Altri accorgimenti significativi (2 pt/accorgimento max 10 pt) [annotarli a pie’ di pagina] BONUS

TOTALE — 115

Topic: Magnetism, Rotational Dynamics, Circuits Metodi: Torque & Angular Momentum Analysis, Graph Linearization, Error Propagation Competenze: Experimental Data Analysis, Graph Linearization, Error Propagation Objects: Coil, Beam Fonte: Testo (PDF) — p.1 Soluzione: Soluzioni (PDF)

Code: Graders

Physics Olympiad 2013 – National Competition – Experimental Test Grading Grid

Code: Graders:

Max Points | Points

1 — Average distance between the coils

Correct measurement, clearly described (1 pt) — 1 Plausible value (7 – 10 mm) with uncertainty (1 pt) — 1 Correct expression of the measurement $d$ (1 pt) — 1

2 — Mass of 1 cm² of aluminum foil

Correct measurement clearly described (1 pt) — 1 Maximize the arms: arm > 9 cm (0.5 + 0.5 pt) — 1 Achieves equilibrium (2 pt) Repeats (2 pt/equilibrium) max 10 pt — 10 Correct coherent calculation (2 pt) — 2 Value with at least two significant digits and deviation $\Delta m_1$ from the value $3,39\cdot 10^{-3}\text{g}$ : $\Delta m_1\le 0,1\cdot 10^{-3}\text{g}$ (5 pt) — $\Delta m_1=0,2\cdot 10^{-3}\text{g}$ (2 pt) — $\Delta m_1>0,2\cdot 10^{-3}\text{g}$ (0 pt) — 5 Uncertainty of direct and indirect measurements (1 + 1 pt) — 2 Correct expression of the measurement (1 pt) — 1

total — 25

3 — Current $I$ vs $n$ in repulsion

Clear table (1 pt), with units of measurement (1 pt), uncertainties of $I$ (1 pt) — 3 Reliable values for $I$, with possible repetitions for a given $n$ (0.5 pt/measurement → max 10 pt) — 10 Formula $I^2=kn$ or equivalent (2 pt) — 2 Correct calculation of $k$ from linearized graph or from linear regression with calculator (10 pt) from unweighted arithmetic mean (5 pt) — 10 Value with at least two significant digits and deviation $\Delta k$ from the reference values (see tab3-4 on page 4) $|\Delta k|\le 0,002{\text{A}}^2$ (5 pt) — $|\Delta k|=0,003{\text{A}}^2$ (2 pt) — $|\Delta k|>0,003{\text{A}}^2$ (0 pt) — 5 evaluates the uncertainty of $k$ (2 pt) — 2 Correct expression of the measurement (1 pt) — 1

4 — Electrodynamic force vs $I$ in repulsion

Correct mathematical procedure (4 pts) and clear (1 pt) — 5 Writes formula $F=k^{\prime }{I}^2$ or equivalent (2 pts) — 2 Value of $k^{\prime }$ consistent with the mass measurement of the samples and of $k=I^2/n$ (2 pts) — 2 Evaluates uncertainty of $k^{\prime }$ (2 pts) — 2 Correct expression of the measurement (1 pt) — 1

total — 45

5 — Circuit for currents in the same direction

Drawing, even limited to the modifications only, correct (4 pts) clear (1 pt) — 5 Builds the circuit (there is at least one measurement of $I$ in attraction) (5 pts) — 5

6 — Table $I$ vs $n$ in attraction

Does not indicate any precaution (see answer 8): 0.2 pts/meas (max 2 pts) — (2) Indicates at least one precaution (see answer 8): 0.5 pts/meas (max 5 pts) — (5) Obtains values of $I$ in excess or in defect with respect to the corresponding ones in repulsion (see answer 4) that are definitely consistent with the precaution (see answer 8) 1 pt/meas (max 10 pts) — 10

7 — Explanation of the instability of equilibrium in attraction

Correct complete clear explanation (15 pts) — 15

Electrodynamic force varies as the distance between the coils varies (0.5 pts), increases or decreases (0.5 pts) — (1) Considers the three moments of the three forces involved (1 pt) — (1) Balancing effect of the weight of the yoke (3 pts) — (3) Comparison between the moment of the weight of the yoke and the “delta-moment” of electrodynamic force (4 pts) — (4) Dependence on the value of the current $I$ of the stability or otherwise (5 pts) — (5) Clear explanation (1 pt) — (1)

8 — Precautions

Use your hand or a movable support to counteract deviations from the horizontal position (2 pts) — (2) Use a fixed support appropriately (5 pts) indicating errors in excess or in defect for $I$ (5 pts) — 10

total — 45

Other significant precautions (2 pts/precaution max 10 pts) [note them in a footnote] BONUS

TOTAL — 115

Solution: Soluzioni (PDF)