Программа элективного курса «Методы решения задач по физике» (10-11 класс)
элективный курс по физике (10 класс) на тему

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ АДМИНИСТРАЦИИ МУНИЦИПАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ ЯМАЛЬСКИЙ РАЙОН

МОШИ «Новопортовская школа-интернат среднего (полного) общего образования»

Программа элективного курса

«Методы решения задач

по физике

Класс  10-11

автор-составитель: Г.Б. Кондратова,  учитель физики,

МОШИ «Новопортовская школа-интернат среднего (полного) общего образования»_

с. Новый Порт, 2011

Программа элективного курса
«Методы решения задач по физике»^[1]

(10-11 классы, 68 часов)

Пояснительная записка

Программа курса составлена на основе программы «Методы решения задач по физике» авторы В. А. Орлов, профессор ИСМО РАО, г. Москва, Ю. А. Сауров, профессор Вятского ГГУ, г. Киров.

Курс рассчитан на учащихся 10—11 классов профильной школы и предполагает совершенствование подготовки школьников по освоению основных разделов физики.

Основные цели курса:

• развитие интереса к физике и решению физических задач;
• совершенствование полученных в основном курсе знаний и умений;
• формирование представлений о постановке, классификации, приемах и методах решения школьных физических задач.

Достижение целей обеспечивается решением следующих задач:

Образовательные:  развитие компетентностей в предметной области знания:

• знакомство с минимальными сведениями о понятии «задача», с представлением о значении задач в жизни, науке, технике, с различными сторонами работы с задачами;
• знакомство учащихся с расчетными математическими методами, развитие навыка конкретного расчета;
• овладение методами решения задач повышенной сложности по разделам «Механика», «Тепловые явления», «Электрические явления»;
• повышение информационной и компьютерной грамотности. 

Воспитательные:

• психолого-педагогическая диагностика интеллектуальной деятельности;
• повышение мотивации саморазвития;

• формирование коммуникативных  умений: докладывать о результатах своего исследования, участвовать в дискуссии, кратко и точно отвечать на вопросы.

Развивающие: 

• развитие у школьников рационального физического мышления на основе формирования умений устанавливать факты, различать причины и следствия, строить модели и выдвигать гипотезы, отыскивать и формулировать доказательства выдвинутых гипотез, выводить из экспериментальных фактов и теоретических моделей физические законы;

• овладение умственными операциями поиска решения задач;

• развитие самостоятельности, умений использовать справочную литературу и другие источники информации.
• повышение личностной результативности участия в олимпиадах и конкурсах по физике.

Актуальность программы 

Решение задач по физике – сложнейший процесс, требующий не только знаний математики и физики, но и специфических умений. Необходимо уметь анализировать условие задачи, переформулировать и перемоделировать, заменять исходную задачу другой задачей или делить на подзадачи, составлять план решения, проверять предлагаемые для решения гипотезы, т.е. владеть основными умственными операциями, составляющими поиск решения задачи, которые в физике имеют свои особенности.

Научиться решать – это научиться задавать себе вопросы и концентрироваться на поиске ответов к ним. Знание модели поиска решений делает круг вопросов к самому себе более определенным и целенаправленным. Саморегуляция мышления при поиске решений задач и гибкость ума – это проблемы, которым не уделяется в настоящее время должного внимания.

Программа элективного курса согласована с требованиями государственного образовательного стандарта и содержанием основных программ курса физики базовой и профильной школы. Она ориентирует учащихся на дальнейшее совершенствование уже усвоенных учащимися знаний и умений. Элективный предмет дает возможность обучающимся, изучающим физику на базовом уровне  /2 часа в неделю/, закрепить навыки решения задач. Для этого вся программа делится на несколько разделов. Первый раздел знакомит школьников с минимальными сведениями о понятии «задача», дает представление о значении задач в жизни, науке, технике, знакомит с различными сторонами работы с задачами. В частности, они должны знать основные приемы составления задач, уметь классифицировать задачу по трем-четырем основаниям.

В первом разделе при решении задач особое внимание уделяется последовательности действий, анализу физического явления, проговариванию вслух решения, анализу полученного ответа. Если в начале раздела для иллюстрации используются задачи из механики, молекулярной физики, электродинамики, то в дальнейшем решаются задачи из разделов курса физики 11 класса. При повторении обобщаются, систематизируются как теоретический материал, так и приемы решения задач, принимаются во внимание цели повторения при подготовке к единому государственному экзамену. Особое внимание следует уделить задачам, связанным с профессиональными интересами школьников, а также задачам межпредметного содержания. При работе с задачами следует обращать внимание на мировоззренческие и методологические обобщения: потребности общества и постановка задач, задачи из истории физики, значение математики для решения задач, ознакомление с системным анализом физических явлений при решении задач и др.

При изучении первого раздела возможны различные формы занятий: рассказ и беседа учителя, выступление учеников, подробное объяснение примеров решения задач, коллективная постановка экспериментальных задач, индивидуальная и коллективная работа по составлению задач, конкурс на составление лучшей задачи, знакомство с различными задачниками и т. д.

В результате школьники должны уметь классифицировать предложенную задачу, составлять простейшие задачи, последовательно выполнять и проговаривать этапы решения задач средней сложности.

При решении задач по механике, молекулярной физике, электродинамике главное внимание обращается на формирование умений решать задачи, на накопление опыта решения задач различной трудности. Развивается самая общая точка зрения на решение задачи как на описание того или иного физического явления физическими законами. Содержание тем подобрано так, чтобы формировать при решении задач основные методы данной физической теории.

К теоретическим задачам мы относим: во-первых, задания, которые «уводят» учащихся в мир идеализированных моделей. Это своего рода головоломки. Для их решения, кроме знания законов физики, нужно уметь проявить смекалку, умение выбирать нетривиальный способ решения; во – вторых, приближенные к практике, родившиеся под влиянием физических опытов или при наблюдении явлений природы. В таких задачах рассматриваются не идеализированные схемы, а реальные физические объекты. Экспериментальные задания разделяем на несколько типов:

• измерение какого – либо параметра физического тела или системы тел (плотности, массы, электрического сопротивления и др.);
• выявление и исследование какой – либо зависимости (КПД наклонной плоскости от угла наклона, сопротивления лампы от силы тока, частоты колебания струны от ее натяжения и т.д.) 
• определение кинематической, оптической или электрической схемы, скрытой в «черном» ящике, и нахождение параметров этой схемы;
• конструирование действующей модели технического устройства.

Экспериментальные задания обычно предполагает несколько способов его выполнения. Ученик должен провести анализ каждого из них, оценить точность полученных результатов и выбрать оптимальный способ.

Содержание программных тем обычно состоит из трех компонентов. Во-первых, в ней определены задачи по содержательному признаку; во-вторых, выделены характерные задачи или задачи на отдельные приемы; в-третьих, даны указания по организации определенной деятельности с задачами. Задачи можно подбирать исходя из конкретных возможностей учащихся. Рекомендуется, прежде всего, использовать задачники из предлагаемого списка литературы, тренажеры для подготовки к ЕГЭ по физике, а в необходимых случаях школьные задачники. При этом следует подбирать задачи технического и краеведческого содержания, занимательные и экспериментальные.

Для достижения поставленных задач необходимо использовать следующие методы обучения: проблемные, поисковые, эвристические, исследовательские, проектные в сочетании с методами индивидуальной и групповой работы.

На занятиях применяются коллективные и индивидуальные формы работы: постановка, решение и обсуждение решения задач, подготовка к ЕГЭ, подбор и составление задач на тему и т. д. Предполагается также выполнение домашних заданий по решению задач. В итоге школьники могут выйти на теоретический уровень решения задач: решение по определенному плану, владение основными приемами решения, осознание деятельности по решению задачи, самоконтроль и самооценка, моделирование физических явлений и т.д.

Сроки реализации программы: 2 года в объеме 68 часов  (1 час – в 10 классе, 1 час – в 11 классе).

Средства обучения: задачники по физике, сборники по подготовке к ЕГЭ ФИПИ, методические пособия, журналы «Физика в школе», программные средства по физике (тренажеры).

Требования к уровню подготовки обучающихся 

Учащиеся должны иметь представление: что такое стандартная ситуация, основные приемы составления задач.

Частными предметными результатами обучения по программе являются: овладение разнообразными способами выполнения математических расчётов для нахождения неизвестной величины в соответствии с условиями поставленной задачи на основании использования законов физики.

Метапредметные результаты 

– овладение навыками самостоятельного приобретения новых знаний, организации учебной деятельности, постановки целей, планирования, самоконтроля и оценки результатов своей деятельности, умениями предвидеть возможные результаты своих действий;

– формирование умений воспринимать, перерабатывать и предъявлять информацию в словесной, образной, символической формах, анализировать и перерабатывать полученную информацию в соответствии с поставленными задачами, выделять основное содержание прочитанного текста, находить в нём ответы на поставленные вопросы и излагать его;

– приобретение опыта самостоятельного поиска, анализа и отбора информации с использованием различных источников и новых информационных технологий для решения познавательных задач;

– освоение приёмов действий в нестандартных ситуациях, овладение эвристическими методами решения.

Учащиеся должны уметь: классифицировать задачу, анализировать физическое явление, формировать собственный алгоритм решения задач, определять адекватные способы и методы решения задачи, последовательно выполнять и проговаривать этапы решения задачи средней сложности, прогнозировать ожидаемый результат и сопоставлять его с собственными физическими знаниями. Использовать  различные источники информации, включая энциклопедии, Интернет-ресурсы и другие базы данных, в соответствии с коммуникативной задачей, сферой и ситуацией общения осознанно выбирать средства языка и знаковые системы (текст, таблица, схема, рисунок).

Планируемые результаты

1. Повышение качества обученности по физике;
2. Успешность сдачи ЕГЭ по физике.

Учебно-тематический план

Поурочное планирование элективного курса «Методы решения задач по физике»

(68 час.)

10 -11 классы

Тема 1. Физическая задача.
Классификация задач

(4 ч)

1/1. Что такое физическая задача. Состав физической задачи. Физическая теория и решение задач. Значение задач в обучении и жизни.

2/2. Классификация физических задач по требованию, содержанию, способу задания и решения. Примеры задач всех видов.

3/3. Составление физических задач. Основные требования к составлению задач. Способы и техника составления задач.

4/4. Примеры задач всех видов.

Тема 2. Правила и приемы решения физических задач

(6 ч.)

5/1. Общие требования при решении физических задач. Этапы решения физической задачи. Работа с текстом задачи.

6/2. Анализ физического явления; формулировка идеи решения (план решения). Выполнение плана решения задачи. Числовой расчет.

7/3.  Использование вычислительной техники для расчетов. Анализ решения и его значение. Оформление решения.

8/4. Типичные недостатки при решении и оформлении решения физической задачи.

9/5. Изучение примеров решения задач. Различные приемы и способы решения: алгоритмы, аналогии, геометрические приемы.

10/6. Метод размерностей, графические решения и т. д.

Тема 3. Динамика и статика

(8 ч.)

11/1. Координатный метод решения задач по механике.

12/2. Решение задач на основные законы динамики: Ньютона.

13/3. Законы для сил тяготения, упругости, трения, сопротивления.

14/4. Решение задач на движение материальной точки, системы точек, твердого тела под действием нескольких сил.

15/5. Задачи на определение характеристик равновесия физических систем.

16/6. Задачи на принцип относительности: кинематические и динамические характеристики движения тела в разных инерциальных системах отсчета.

17/7-18/8. Подбор, составление и решение по интересам различных сюжетных задач: занимательных, экспериментальных с бытовым содержанием, с техническим и краеведческим содержанием, военно-техническим содержанием.

Экскурсии с целью отбора данных для составления задач.

Тема 4. Законы сохранения

(8 ч)

19/1. Классификация задач по механике: решение задач средствами кинематики, динамики, с помощью законов, сохранения.

20/2. Задачи на закон сохранения импульса и реактивное движение.

21/3. Задачи на определение работы и мощности.

22/4. Задачи на закон сохранения и превращения механической энергии.

23/5.  Решение задач несколькими способами. Составление задач на заданные объекты или явления. Взаимопроверка решаемых задач.

24/6. Знакомство с примерами решения задач по механике республиканских и международных олимпиад.

25/7-26/8. Конструкторские задачи и задачи на проекты: модель акселерометра, модель маятника Фуко, модель кронштейна, модель пушки с противооткатным устройством, проекты самодвижущихся тележек, проекты устройств для наблюдения невесомости, модель автоколебательной системы.

Тема 5. Строение и свойства газов, жидкостей и твёрдых тел

(6 ч)

27/1. Качественные задачи на основные положения и основное уравнение молекулярно-кинетической теории (МКТ).

28/2. Задачи на описание поведения идеального газа: основное уравнение МКТ, определение скорости молекул, характеристики состояния газа в изопроцессах.

29/3. Задачи на свойства паров: использование уравнения Менделеева — Клапейрона, характеристика критического состояния. Задачи на определение характеристик влажности воздуха.

30/4. Задачи на описание явлений поверхностного слоя; работа сил поверхностного натяжения, капиллярные явления, избыточное давление в мыльных пузырях.

31/5. Задачи на определение характеристик твердого тела: абсолютное и относительное удлинение, тепловое расширение, запас прочности, сила упругости.

32/6. Качественные и количественные задачи. Устный диалог при решении качественных задач. Графические и экспериментальные задачи, задачи бытового содержания.

Тема 6. Основы термодинамики

(6 ч)

33/1. Комбинированные задачи на первый закон термодинамики.

34/2. Задачи на расчет газовых циклов.

35/3. Задачи на тепловые двигатели.

36/4. Сбор данных для составления задач.Конструкторские задачи и задачи на проекты: модель газового термометра; модель предохранительного клапана на определенное давление.

37/5. Проекты использования газовых процессов для подачи сигналов; модель тепловой машины.

38/6. Проекты практического определения радиуса тонких капилляров.

Тема 7. Электрическое и магнитное поля

(5 ч)

39/1. Характеристика решения задач раздела: общее и разное, примеры и приемы решения.

40/2. Задачи разных видов на описание электрического поля различными средствами: законами сохранения заряда и законом Кулона, силовыми линиями, напряженностью, разностью потенциалов, энергией.

41/3.  Решение задач на описание систем конденсаторов.

42/4. Задачи разных видов на описание магнитного поля тока и его действия: магнитная индукция и магнитный поток, сила Ампера и сила Лоренца.

43/5. Решение качественных экспериментальных задач с использованием электрометра, магнитного зонда и другого оборудования.

Тема 8. Постоянный электрический ток в различных средах

(9 ч)

44/1. Задачи на различные приемы расчета сопротивления сложных электрических цепей.

45/2. Задачи разных видов на описание электрических цепей постоянного электрического тока с помощью закона Ома для замкнутой цепи, закона Джоуля — Ленца, законов последовательного и параллельного соединений. 46/3. Ознакомление с правилами Кирхгофа при решении задач.

47/4. Постановка и решение фронтальных экспериментальных задач на определение показаний приборов при изменении сопротивления тех или иных участков цепи, на определение сопротивлений участков цепи и т. д. 48/5. Решение задач на расчет участка цепи, имеющей ЭДС.

49/6. Задачи на описание постоянного электрического тока в электролитах, вакууме, газах, полупроводниках: характеристика носителей, характеристика конкретных явлений и др.

50/7. Качественные, экспериментальные, занимательные задачи, задачи с техническим содержанием, комбинированные задачи.

51/8. Конструкторские задачи на проекты: установка для нагревания жидкости на заданную температуру, модель автоматического устройства с электромагнитным реле.

52/9. Проекты и модели освещения, выпрямитель и усилитель на полупроводниках, модели измерительных приборов, модели «черного ящика».

Тема 9. Электромагнитные колебания и волны

(14 ч)

53/1. Задачи разных видов на описание явления электромагнитной индукции.

54/2. Задачи на закон электромагнитной индукции, правило Ленца.

55/3. Задачи на индуктивность.

56/4. Задачи на переменный электрический ток: характеристики переменного электрического тока.

57/5. Задачи на  электрические машины.

58/6. Задачи на расчет трансформатора.

59/7. Задачи на описание различных свойств электромагнитных волн: скорость, отражение, преломление.

60/8. Задачи на расчет интерференции, дифракции, поляризации.

61/9. Задачи по геометрической оптике: зеркала.

62/10. Задачи по геометрической оптике: линзы.

63/11. Задачи по геометрической оптике: оптические системы.

64/12. Классификация задач по СТО и примеры их решения.

65/13.Задачи на определение оптической схемы, содержащейся в «черном ящике»: конструирование, приемы и примеры решения. Групповое и коллективное решение экспериментальных задач с использованием осциллографа, звукового генератора, трансформатора, комплекта приборов для изучения свойств электромагнитных волн, электроизмерительных приборов.

66/14. Конструкторские задачи и задачи на проекты: плоский конденсатор заданной емкости, генераторы различных колебаний, прибор для измерения освещенности, модель передачи электроэнергии и др.

Обобщающее занятие по методам
и приёмам решения физических задач

(2ч)

Литература

1. Рымкевич А.П.Сборник задач по физике. – М.: Дрофа, 2008

2. Демкович В.П. , Демкович Л.П.Сборник задач по физике"

3. Степанова Г.Н.ьСборник задач по физике.

4. Гольдфарб Н.И. Сборник вопросов и задач по физике.

5. Бендриков Г.А. Буховцев Б.Б. Керженцев В.В. Мякишев Г.Я.Задачи по физике для поступающих в Вузы.

6. Балаш В.А. Задачи по физике и методы их решения - 1-е изд. 1964, 4-е изд. 1983

7. Баканина Л.П. Белонучкин В.Е. Козел С.М. Сборник задач по физике 10-11. -  3-е изд., 2001.

8. Турчина Н.В. Физика. 3800 задач для школьников и поступающих в Вузы. – М.: Дрофа, 2000

9. Баканина Л.П..Белонучкин В.Е Козел С.М. Мазанько И.П.Сборник задач по физике - 2-е изд., 1990

10. Меледин Г.В. Физика в задачах. Экзаменационные задачи с решениями - 1-е изд., 1985 2-е изд., 1990

11. Гельфгат И.М. Генденштейн Л.Э. Кирик Л.А. 1001 задача по физике - 3-е изд. 1997

12. Бутиков Е.И. Быков А.А. Кондратьев А.С. Физика в примерах и задачах - 3-е изд., 2000

13. Аганов А.В. Сафиуллин Р.К. Скворцов А.И. Таюрский Д.А. Физика вокруг нас : качественные задачи по физике -  3-е изд. 1998

14. Буховцев Б.Б. Кривченков В.Д. Мякишев Г.Я. Сараева И.М.Сборник задач по элементарной физике. -  5-е изд. 1987

15. М.П.Шаскольская И.А.Эльцин "Сборник избранных задач по физике" 5-е изд. 1986

16. О.Ф.Кабардин В.А.Орлов "Международные физические олимпиады"* Библиотечка "КВАНТ" вып. 43 1985

17. Задачи московских физических олимпиад /Под ред. С.С.Кротова . - Библиотечка "КВАНТ" вып. №60, 1988

18. Буздин А.И. Зильберман А.Р. Кротов С.С Раз задача. Два задача - Библиотечка "КВАНТ" вып. № 81, 1990

19. Кабардин О.Ф. Орлов В.А. Зильберман А.Р.Физика-задачник. – М.: Дрофа,- 3-е изд., 2000

20. ЕГЭ -2011, 2012. Физика: типовые экзаменационные варианты: 32 варианта: 9-11 классы/ под ред. М.Ю. Демидовой. – М.: Национальное образование, 2011. – 272с. – (ЕГЭ: ФИПИ – школе)

Приложение 1

Международные системы единиц.

Какой большой ветер напал на наш остров!

Сорвал с домов крыши, как с молока пену.

И если гвоздь к дому прижать концом острым,

Без молотка – сразу он сам войдёт в стену.

Согласитесь, чудесно! Я с юности в восторге от этих строк Новеллы Матвеевой. Можно ли написать лучше? Вряд ли. А вот по сути – неправдоподобно! Хотя бы потому, что давление ветра, действуя пропорционально квадрату скорости, даже в урагане (около 0,2 Н/см2) не превышает давления, которое мы разовьём, когда будем просто сильно дуть на этот гвоздь (до 0,7 Н/см2).

Вот родители в магазине говорят: «Взвесьте килограмм колбасы», – и другие родители им взвешивают. В поликлинике врач (с высшим образованием) измеряет и записывает вес ученика: например, 40 кг. А всё дело в одном очень несчастливом совпадении. Ещё не так давно – лет пятьдесят назад – международная система единиц (SI) никак не входила в обиход российских граждан, несмотря на Декрет от 1918 г. Это можно понять – не до того было (кстати, даже о теории относительности широкие массы у нас узнали лишь после 1921 г., спустя 15 лет). И пользовались мы двумя системами сразу: учёные – системой СГС, инженеры – так называемой технической. Первая называлась так потому, что основными единицами в ней были сантиметр, грамм массы и секунда (СГС), а в технической – метр, килограмм силы (кгс) и секунда (МКГСС). Посмотрим внимательно на таблицу:

Не вдаваясь в подробности науки метрологии, скажем, что для измерения всех механических величин можно обойтись всего тремя основными единицами – для них изготавливаются всего три эталона. Повторим, что в СГС это см, г, сек – по международному соглашению. Тогда остальные физические единицы получают с помощью простых известных соотношений и называют их производными от основных единиц. Так, в СГС единица скорости υ = L/T (см/сек), а единица силы F = m · a (г · см/сек2) = дина (от греч.  – сила).

В системе МКГСС – чуть другие основные единицы, чем в SI: длина и время выражаются также в метрах и секундах, а вот третий эталон – не масса, а сила. Единицей силы является килограмм силы, с соответствующим эталоном (обозначения «кГ» или «кгс» и соответственно дольные единицы: «гс» или просто «Г»). Эти обозначения и стоят на старых гирях или на старых весах. Именно в этих, ныне устаревших, единицах выражается наш вес (и вес колбасы в магазине). Тогда единица массы в технической системе (техническая единица массы) определится соотношением кГ · с2/м = т.е.м. Так, при весе 40 кГ масса школьника равна (округлённо) 4 т.е.м. Эта причудливая величина всеми прочно забыта – инженеры её не особенно почитали, сила важнее.

А теперь внимание! При переходе к SI (кстати, неграмотно говорить «в системе СИ»!), основными единицами стали метр, секунда и килограмм массы (приставка «кило-» затесалась сюда потому, что в 1889 г. так назвали парижский эталон). Чисто случайно (это можно показать!) оказалось, что численно килограмм силы в МКГСС и килограмм массы в SI совпадают! Это совпадение, грубо говоря, такое же, как, скажем, совпадение роста ученика (150 см) со стоимостью учебника (150 руб.). Но мы привычно пользуемся этим, так же как пользуемся калориями и миллиметрами ртутного столба. А американцы – фаренгейтами, фунтами и милями. По данным ЮНЕСКО 80-х гг., 50% населения не понимает 50% слов, которыми пользуются. Сейчас обе цифры, пожалуй, увеличились.

Приложение 2

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

СТАНДАРТНАЯ ЗАДАЧА

Допустим, мы хотим научить детей решать стандартные задачи на расчёт количества теплоты в процессе нагревания и охлаждения.

Выписываем на доске исходную формулу: Q = cmΔt = cm(t2 – t1). Это и есть решение простейшей (прямой) типовой задачи по данной теме. В процессе обсуждения выясняем, какие величины должны быть известны для расчёта количества теплоты, и на доске появляются такие записи:

Далее в процессе обсуждения устанавливаем, что возможны ещё такие задачи:

Есть ещё три варианта исходной формулы, когда неизвестными являются Δt, t1 и t2. Если для них также сделать аналогичные записи на доске, то получим семейство возможных стандартных задач данного типа. В зависимости от ситуации учитель решает, делать все записи или ограничиться несколькими, оговорив устно остальные варианты.

Таким образом, третьим этапом данной технологии является определение семейства возможных стандартных задач данного типа и подготовка учащихся к восприятию условия задачи, с которой ученику, возможно, придётся встретиться при решении задач. Если такая работа проводится систематически, то может наступить момент, когда учителю достаточно сказать: «Приступаем к поиску семейства возможных задач!» – и всю работу этого этапа учащиеся выполнят самостоятельно в тетрадях с последующим обсуждением и уточнением вариантов.

На четвёртом этапе предлагаю учащимся придумать тексты своих задач по данной теме, используя семейство возможных задач. Именно опора на такое семейство позволяет практически каждому ученику составить свою задачу.

В чём же творчество? Творчество в том, что ученику нужно:

– выбрать интересное ему вещество, которое нагревается или охлаждается, по условию задачи;

– подобрать такие числовые значения физических величин, чтобы было удобно выполнять вычисления, а ответ получился правдоподобным; т.е. ученику придётся при этом неоднократно прорешать составляемую задачу, просмотреть параграф учебника, воспользоваться таблицей соответствующих физических величин;

– грамотно сформулировать условие и вопрос задачи и записать их в своей тетради.

Эта работа активизирует творческие силы, при этом развиваются не только аналитические способности ребёнка, как при решении готовых задач, но и его синтетические способности, которые в совокупности составляют завершённый цикл человеческого мышления.

Составление задач развивает интерес учащихся к физике и повышает качество усвоения материала.

В чём суть идеи? Мы берём одну формулу и рассматриваем её со всех сторон. Получается «принцип Пензенского музея одной картины», где зритель узнаёт много, но об одной картине. Этим и объясняется глубина усвоения задачного материала по данной технологии. Есть и противоположный принцип – «принцип картинной галереи», – когда перед глазами проходят десятки картин, а целостного впечатления не остаётся, одни обрывки (не потому ли внимательные экскурсанты, задерживаясь у какой-либо картины, всегда отстают от группы, которую ведёт по залам экскурсовод?). Нередко учебный процесс уподобляется картинной галерее, когда в силу тех или иных причин учитель вынужден учить детей всему понемногу…

Задача

При  температуре  0°С  почва  покрыта  слоем снега  толщиной 10  см. Какой минимальный толщины  h  слой  дождевой  воды температуры  4°С  может  полностью растопить снег? Удельная теплота плавления снега 3,4*105 Дж/кг, его плотность 500 кг/м3, удельная  теплоемкость  воды  4200Дж/кг∙ºС ,  а  еѐ плотность 1000 кг/м3.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Задача.  

Орѐл  массой  5кг  летает  по  окружности радиусом  R=50м  на  высоте  H=500м  над землѐй.  При  этом  за  2  мин  он  пролетает 2 круга. Какова его механическая энергия?

Задача.  Тело  брошено  с  земли  вертикально  вверх  с начальной  скоростью  40  м/с.  Какой  путь пройдѐт тело за 5с?

Графическая аналитическая задача. Курсант автошколы тренируется в вождении автомобиля на гладкой горизонтальной площадке. На двух графиках представлены зависимости от времени для модуля скорости и модуля ускорения. Требуется найти путь, пройденный автомобилем, и качественно изобразить траекторию автомобиля на плоскости.

Решение. Понятно, что резкие изломы и вертикальные линии получаются здесь лишь оттого, что выбранный масштаб не позволяет изобразить плавные участки на коротких отрезках времени. Легко определить и пройденный путь – площадь под графиком скорости. Сложнее с траекторией. Здесь нужен детальный анализ и сравнение графиков. Математики часто пренебрежительно относятся к графикам. А ведь идею дифференциального исчисления, по сути, подарил Ньютону его мудрый учитель Исаак Барроу, критикованный своими коллегами именно за частое употребление графиков. Здесь видно, что до конца 36-й секунды можно смело рисовать прямолинейный участок траектории. Потому что значения скорости и ускорения на каждом из 3-секундных отрезков находятся в соответствии с парой формул равнопеременного прямолинейного движения: автомобиль сначала стоит, затем движется равноускоренно, равномерно, равнозамедленно и т.д. А вот между 36-й c и 39-й с скорость постоянна по модулю и равна 3 м/с, а ускорение при этом не равно нулю – его модуль составляет 3 м/с2! Немного подумав, догадываемся, что здесь автомобиль движется по дуге окружности. Радиус находится по формуле для нормального ускорения: R = υ2/a = 3 м. Угол поворота находим из соотношения φ = s/R = υτ/R =172° (вправо или влево). Далее снова следует прямолинейный участок, и снова поворот, на промежутке времени между 69-й и 75-й с – по радиусу 18 м, на угол 115° (вправо или влево).

Расчетная задача по кинематике. Речной катер совершает рейсы от одной пристани вниз по течению реки до другой и обратно. Скорость течения реки u = 3 км/ч, скорость катера в стоячей воде υ = 10 км/ч. Определите среднюю величину скорости υср движения катера на всём маршруте туда и обратно.

Решение. Средняя величина скорости υср катера равна отношению пути s на всём маршруте туда и обратно к общему времени движения Δt. По закону сложения скоростей (Галилея) классической механики, при движении по течению скорость катера относительно берега равна сумме скорости катера в стоячей воде υ и скорости течения реки u. При движении против течения – их разности. Соответственно время движения на этих этапах равно

С учётом сказанного искомая величина

Остаётся несколько упростить эту запись и получить окончательный результат:

А. Б. Рыбаков,< al-rybakov@mail.ru >, Военно-космический кадетский корпус, г. Санкт-Петербург

Простые задачи надо решать просто Газета "Физика" Издательского дома "Первое сентября",  №03/2009

Задача. На передний край тележки массой М, движущейся со скоростью υ0 по гладкой горизонтальной поверхности, кладут брусок массой m. Начальная скорость бруска относительно земли равна нулю. Какой должна быть длина тележки, чтобы брусок в дальнейшем не упал с неё? Коэффициент трения между бруском и тележкой равен μ.

Решение. Между бруском и тележкой действует сила трения скольжения, поэтому брусок будет двигаться с ускорением аб = μg, а тележка будет тормозиться с ускорением, равным по величине ат = μmg/M. Эти соотношения приводятся и автором решения. После установления этих соотношений задача сводится к кинематике, и предлагается устрашающе громоздкое решение этой кинематической задачи. Между тем, задача решается, что называется, в одну строчку.

Ясно, что относительно тележки брусок движется с ускорением: а′ = ат + аб = μg(m + M)/M, – и до остановки пройдёт по тележке путь L = υ02/(2а′). Вот и всё решение.

Уравнения  равноускоренного движения являются математическими следствиями определений скорости и ускорения, они никак не связаны с законами динамики и справедливы в любой системе отсчёта. Вот мы и воспользовались одним из стандартных уравнений равноускоренного движения, записав его в системе отсчёта, связанной с тележкой.

Задача. На горизонтальных рельсах стоит тележка массой M. В неё бросают шар массой m, который ударяется о правую стенку тележки и падает на её дно, застревая в насыпанном на дно песке. В момент, когда шар пролетал над левой стенкой тележки, его скорость была равна υ0 = 4 м/с и направлена горизонтально, а высота над поверхностью песка составляла H = 1,8 м. Какой путь s пройдёт тележка к моменту падения шара на песок, если длина тележки L = 2 м? Удар шара о стенку считать абсолютно упругим, стенку и шар гладкими, трением при движении тележки и размером шара пренебречь. При расчёте положить m = M/9. Ускорение свободного падения принять равным g = 10 м/с2.

Решение

При упругом ударе шара о правую стенку тележки сохраняются горизонтальная проекция импульса и механическая энергия. Имеем:

где u – скорость тележки, υ – горизонтальная проекция скорости шара после удара. Из этой системы находим

Поскольку вертикальная проекция скорости шара при ударе о гладкую стенку не меняется, время τ движения мяча с момента, когда он пролетает над левой стенкой, до попадания в песок равно времени свободного падения с высоты H:  

Время движения мяча с момента, когда он пролетает над левой стенкой, до удара о правую стенку, τ1 = L/υ0. Приобретя после удара скорость u, тележка пройдёт до момента падения шара на песок путь s = u(τ – τ1).

Ответ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Задача.  Резистор  сопротивлением 38 Ом изготовлен из  медного  провода  массой  m=11,2г. Найдите длину и диаметр провода. Удельное сопротивление  меди  1,7∙10-8  Ом∙м, плотность меди 8,9∙103кг/м3.

S2= ρ2∙l/R - площадь поперечного сечения алюминиевого проводника

. S1= ρ1∙l/R - площадь поперечного сечения медного проводника

= = 2 раза

Задача. К сети напряжением 120В подключают два резистора. При их последовательном соединении сила тока в них равна ЗА, а при параллельном 16А (суммарная). Чему равны сопротивления резисторов?

Задача. К концам однородного медного цилиндрического проводника длиной 40 м приложили напряжение 40В. Каким будет изменение температуры проводника через 15 с? Изменением сопротивления проводника и рассеянием тепла при его нагревании пренебречь (удельное сопротивление меди 1,7∙10-8 Ом∙м)

Закон Архимеда, статика, термодинамика

Задание.  Аквариум, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда,  наполнен  доверху  водой. Определите  и  запишите,  с  какой  средней силой  давит  вода  на  стенку  аквариума длинной 50 см и высотой 30 см?