Программа элективного курса «Решение физических задач»
методическая разработка по физике по теме

БУ «Лангепасский политехнический  колледж»

Филиал в г. Покачи

Программа

элективного курса

«Решение физических задач» 

Преподаватель Каращук С.Н.

2016г.

Программа курса «Решение физических задач» рассчитана на студентов 1,2 курсов.

Основная направленность элективного курса

• обеспечить дополнительную поддержку студентам для сдачи экзамена по физике;
• развить содержание курса физики для изучения на профильном уровне

Цели:

1. развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе решения физических задач и самостоятельного приобретения новых знаний;

2. совершенствование полученных в основном курсе знаний и умений;

3. формирование представителей о постановке, классификаций, приемах и методах решения физических задач;

4. применять знания по физике для объяснения явлений природы, свойств вещества, решения физических задач, самостоятельного приобретения и оценки новой информации физического содержания.

Задачи курса:

1. углубление и систематизация знаний учащихся;

2. усвоение учащимися общих алгоритмов решения задач;

3. овладение основными методами решения задач.

Содержание программы

Методические рекомендации

При решении задач по механике полезно при возможности решать одну и ту же задачу в разных системах отсчета.

В решении задач по кинематике предпочтительней использовать не формулы пути, пройденного при равномерном или равноускоренном движении, а уравнения движения, определяющие координаты движущегося тела в зависимости от времени.

Следует уделить время решению задач по небесной механике, в том числе с использованием законов Кеплера; подробно остановиться на совместном применении законов сохранения в механике: упругий и неупругий нецентральные удары, разделение неподвижного и движущегося тела на две или более частей, реактивное движение, уравнение Бернулли и его частные случаи — истечение жидкости из отверстия в сосуде, течение жидкости в горизонтальных трубах разного диаметра, измерение давления жидкости в трубах.

В разделе «Молекулярная физика и термодинамика» целесообразно остановиться на двух подходах к изучению тепловых явлений — статистическом и термодинамическом; решить задачи о процессах в газе, не являющихся изопроцессами.

Необходимо рассмотреть условие равновесия смеси газов в сосуде, разделенном полупроницаемой перегородкой. Полупроницаемыми называют перегородки, через которые одни вещества (газы) могут проникать, а другие не могут. Например, металлы палладий и никель проницаемы только для водорода и непроницаемы для других газов, а серебро проницаемо только для кислорода. Когда с обеих сторон от перегородки установятся одинаковые концентрации проникающего через него газа, потоки газа в обе стороны выравниваются и устанавливается динамическое равновесие, т.е. результирующий поток через перегородки равен нулю. Другие газы при этом не проникают через перегородки, их парциальные давления и, соответственно, полные давления по разные стороны от перегородки могут быть различными.

При решении задач по термодинамике об изменениях агрегатного состояния вещества нужно обратить внимание учащихся на используемое при решении этих задач уравнение теплового баланса (это не что иное, как частный случай первого закона термодинамики). Особого внимания требуют задачи с не определенным в условии конечным равновесным состоянием вещества.

Круговые процессы могут быть представлены в различных координатах (p,V; V,T; p,T). Необходимо четко объяснять ученикам, что работа газа в круговом процессе определяется по площади полученной фигуры из участков графика только в координатах (р,V).

Следует в краткой, но доступной форме объяснить особенности молекулярного строения жидкостей, физическую природу дополнительной (избыточной) энергии молекул жидкости в ее поверхностном слое и, соответственно, образования поверхностной энергии свободной поверхности жидкости, сил поверхностного натяжения. Вопросы смачивания и несмачивания следует увязать с различием в силах притяжения между молекулой жидкости и молекулой (атомом) твердого вещества, с одной стороны, и между молекулами жидкости, с другой. Формулу Лапласа для давления под искривленной поверхностью жидкости можно привести без вывода, только для сферической поверхности. Объяснение капиллярных явлений дать со ссылкой на давление Лапласа; формулу высоты подъема (опускания) жидкости в капилляре вывести как пример применения формулы Лапласа. Привести примеры проявления капиллярных явлений в природе, технике, бытовых условиях. Решить экспериментальные задачи на определение коэффициента поверхностного натяжения.

Раздел «Электростатика» нужно дополнить расчетом напряженности и потенциала поля распределенных зарядов на примерах равномерно заряженных сферы, плоскости, бесконечной тонкой нити, тонкого кольца. Для решения этих задач необходимо ввести понятия линейной и поверхностной плотности заряда.

Рассматривая суперпозицию электрических полей, полезно вернуться к пройденному ранее материалу и решить комбинированные задачи на суперпозицию электрического и гравитационного полей.

Задачи о превращениях энергии при перезарядке конденсаторов в этом курсе следует усложнить, включив в цепь источники тока для того, чтобы учесть работу сторонних сил. Закон сохранения энергии в этом случае целесообразно записывать в форме, аналогичной форме записи первого закона термодинамики:

ΔW = A + Q,

где ΔW — изменение энергии системы, А - работа сторонних сил, Q — выделившееся при перезарядке количество теплоты (аналогично ΔU = A + Q).

Расчет разветвленных цепей постоянного тока можно провести с применением правил Кирхгофа. Достаточно использовать схемы с тремя контурами (один внешний, два внутренних) как наиболее простые для применения правил Кирхгофа. В этом случае получается система трех уравнений (одно - по первому правилу для одного из узлов цепи, два других — по второму правилу для двух из трех контуров). Рекомендуется после составления системы уравнений в общем виде подставить числовые значения для упрощения решения полученной системы.

В раздел «Постоянный ток» целесообразно включить прикладные вопросы о расчете шунтов и добавочных сопротивлений (способ изменения цены деления амперметра или вольтметра).

Следует рассмотреть задачи о нелинейных элементах в цепях постоянного тока (идеальном полупроводниковом диоде, газоразрядной трубке и т.д.) при прямом и обратном включениях.

В разделе «Магнитное поле, электромагнитная индукция» необходимо рассмотреть задачи о движении частиц при одновременном действии на них электрического и магнитного полей (случаи движения частицы по винтовой линии или по прямой).

Исследуя движение металлических перемычек (подвижный проводник в замкнутом контуре в магнитном поле) и применяя закон электромагнитной индукции, следует при определении ЭДС индукции использовать эквивалентные схемы: существование ЭДС индукции эквивалентно действию источника тока с ЭДС, равной ЭДС индукции, возникающей на данном участке цепи. Знаки полюсов определяют, применяя правило Ленца и правило левой руки. Составив эквивалентную схему, для ответа на поставленный в задаче вопрос, можно воспользоваться правилами Кирхгофа. Следует рассмотреть частный случай: возникновение разности потенциалов на противоположных параллельных поверхностях массивного проводника, расположенного в магнитном поле, при прохождении по нему электрического тока; массивный проводник при этом неподвижен (эффект Холла).

В разделе «Колебания и волны» нужно рассмотреть механические колебания как результат действия квазиупругих сил. Раздел полезно дополнить рассмотрением эффекта Доплера в акустике и указать на проявление этого же эффекта в оптике.

Простейшие колебательные системы (математический и пружинный маятник) рассматривают в случаях ускоренного движения точек подвеса маятников и влияния внешних сил на движение маятников (например, действие электрического поля на заряженное тело, входящее в систему маятника). При рассмотрении электромагнитных колебаний и волн целесообразно использовать аналогию электромагнитных и механических колебаний.

В решении задач о цепях переменного тока, резонансе напряжений и токов целесообразнее использовать векторные диаграммы, чем готовые формулы. Для последовательного соединения элементов цепи используют векторную диаграмму напряжений, а для параллельного - векторную диаграмму токов.

Рассматривая превращения энергии в колебательном контуре, наибольшее внимание уделяют применению закона сохранения и превращения энергии в схемах колебательного контура при изменении его параметров (индуктивности и электроемкости). Здесь могут также быть рассмотрены задачи с подключением в колебательный контур активного сопротивления (выделение теплоты на активном сопротивлении). Полезно вернуться к цепям постоянного тока и обсудить роль катушек индуктивности и конденсаторов в процессах установления равновесия при размыкании или замыкании цепи.

В задачах о периодических процессах следует широко использовать графики и таблицы.

В разделе «Геометрическая оптика» задачи о построении изображений в зеркалах и линзах усложняются рассмотрением изображений движущихся предметов. Полезно решить задачи на построение изображений в двойных зеркалах (показать, что все изображения точки в паре плоских зеркал находятся на одной окружности, центр которой расположен на ребре двухгранного угла, образованного зеркалами; получить формулу, позволяющую определить число изображений в двойных плоских зеркалах).

Применением известных учащимся законов отражения и преломления будут, по сути дела, задачи на построение изображений в плоскопараллельных пластинах, сферических зеркалах.

Следует также рассмотреть зависимость оптической силы линзы от показателя преломления среды и радиусов кривизны сферических поверхностей линзы. Выяснить, как определяется оптическая сила и увеличение оптической системы для случаев, когда отдельные элементы системы расположены вплотную друг к другу и на расстоянии друг от друга. Рассмотреть случай расположения линзы на границе раздела сред с различными показателями преломления.

В волновой оптике нужно не ограничиваться решением формальных задач на условие возникновения интерференционных экстремумов, а рассмотреть конкретные интерференционные картины от двух отверстий, зеркал Ллойда и Френеля, бипризмы Френеля. Рассматривая интерференцию в тонких пленках, нужно решить практическую задачу о просветлении оптики, задачу о кольцах Ньютона, клинообразных пластинах. Все виды задач необходимо рассмотреть как в проходящем, так и в отраженном свете.

В раздел «Квантовая физика» необходимо включить вопрос о квантово-волновом дуализме, не рассмотренный в некоторых учебниках физики; рассчитать длину волны де Бройля для классической (v << с) и релятивистской (v ≈с) частиц.

При решении задач о давлении света следует вернуться к вопросу о механизме давления газа и при решении задач использовать модель фотонного газа. Задачи о фотоэффекте нужно разнообразить определением характеристик фотоэффекта (ток насыщения, красная граница фотоэффекта, работа выхода, запирающее напряжение и т.д.) и постоянной Планка, используя график.

В задачах о линейчатых спектрах излучения и поглощения энергии атомом обратить внимание на границу применимости постулатов Бора; не ограничиваться только атомом водорода, использовать понятие водородоподобного атома (иона) – ;;; и т.п.