Разработка занятия спецкурса «Методы решения физических задач» в 10 классе

Средняя общеобразовательная школа-гимназия №17

г.Актобе Казахстан

Разработка занятия спецкурса

«Методы решения физических задач»

в 10 классе

подготовила

учитель физики

Макарова Елена Геннадьевна

г. Актобе

2012

Разработка занятия спецкурса «Методы решения физических задач» в 10 классе

Тема: Физическая задача. Классификация задач и их основные приемы решения.

После изучения темы необходимо знать:

Что такое физическая задача. Состав физической задачи. Значение задач в обучении и жизни. Классификация физических задач по требованию, содержанию, способу задания, способу решения.

После изучения темы необходимо уметь:

Классифицировать физические задачи по требованию, содержанию, способу задания, способу решения. Приводить примеры задач всех видов. Составлять простейшие физические задачи. Определять типы задач по функциям, используя опорный конспект.

Физическая задача- небольшая проблема, которая в общем случае решается с помощью логических умозаключений, математических действий и эксперимента на основе законов и методов физики.

Классификация задач

По содержанию

Физический материал (механика, молекулярная физика, электричество и т.д.)	1. Как можно вдвое уменьшить силу тока в проводнике? 2. Начертите ход лучей, которые падают на границу вода-воздух под углом 30º.
Информация (исторического, политехнического, межпредметного, занимательного, бытового и др. содержания)	1.Почему жара в местах с влажным климатом переносится труднее, чем в областях с сухим климатом? 2. В известных опытах О. Герике (1654 г.) с магдебургскими полушариями по изучению атмосферного давления, чтобы разнять два полушария, из которых был выкачан воздух, впрягали шестнадцать лошадей (по восемь к каждому полушарию). Можно ли обойтись в таком опыте меньшим количеством лошадей? 3. Барон Мюнхгаузен утверждал, что вытащил сам себя из болота за волосы. Обосновать невозможность этого.
По характеру и методам исследований	Качественные задачи— задачи, при решении которых устанавливают только качественную зависимость между физическими величинами. Как правило, вычисления при решении таких задач не производят.	Какой снег- рыхлый или плотный- лучше предохраняет озимые посевы от вымерзания? Ответ: рыхлый, т.к. в нем содержится воздух- плохой проводник тепла.
	Количественные задачи— задачи, при решении которых устанавливают количественную зависимость между искомыми величинами, а ответ получают в виде формулы или определенного числа.	Действуя силой 80 Н, человек поднимает из колодца глубиной 10 м ведро воды за 20 с. Какую мощность развивает при этом человек? Ответ: N = Fs/t = 80Н ·10м/ 20с = 40 Вт
По способу решения задач	Устные	Почему глубокие водоемы не промерзают до дна?
	Экспериментальные	Проградуируйте пружину и выразите формулой зависимость ее удлинения от приложенной силы.
	Графические	Изобразите графически силу тяжести и вес гири массой 5 кг, стоящей на чаше весов.
	Вычислительные	Определите работу тока в приборе мощностью 600 Вт за 3 ч.

Типы задач по функциям

• На определение статуса знания (понятий, законов, фактов, принципов). Например, задача с выбором правильного ответа.

Пример: «В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной. Это утверждение является:

А) определением явления;

Б) физическим законом;

В) опытным фактом;

Г) названием явления».

• На использование моделей и моделирования при познании природы на функции моделей в физике.

Пример: «Можно ли считать математический маятник моделью?».

• На выдвижение гипотез, их доказательство теоретическими и экспериментальными методами.

Пример: «Как без проведения эксперимента доказать гипотезу: я могу свободно сдвинуть с места шкаф с книгами?».

• На использовании аналогии как приема научного познания.

Пример: «Мальчик из кинофильма «Матрица» говорит Нео: «Не пытайся согнуть ложку. Ее не существует». Можно ли аналогично утверждать: «Не пытайся потрогать массу, ее нет?».

• На различные аспекты построения научного знания: структура теории, виды знания, функции знания и др.

Пример: «Чем отличается наблюдение от эксперимента?».

• На закономерностях (особенностях) развития научного знания, науки: абсолютность и относительность знания, связь научного знания с практикой, роль теории в современном обществе, роль знаний в жизни человека и др.

Пример: «Каковы основные показатели развития физики?».

• На конкретные методы и методики научного исследования: макроскопическое и микроскопическое описание объектов, статистические и динамические закономерности, системный анализ, математику, как язык физики, мысленный эксперимент и др.

• На особенности экспериментального метода познания: связь теории и опыта, взаимодействие прибора и объекта, проблема точности экспериментальных данных, приемы расчета погрешностей др.

Пример: «Для чего в научных исследованиях стараются повысить точность измерений?».

• На отделение объектов природы от объектов науки, т.е. средств описания: объекты природы и объекты науки (классификация), познаваемость объектов природы и др.

Пример: «Можно ли утверждать, что классическая механика ошибочна, ибо она не дает точного описания механического движения?».

• На конструирование (теоретическое и экспериментальное) объектов, задач, проблем.

Пример: «Согласно распространенной модели «Большого Взрыва» Вселенной время ее существования оценивают в 10¹⁰ лет. Оцените размеры пространства Вселенной сейчас».

• На комплексное исследование физического объекта: разные явления, разные средства описания и др.

Пример: «Опишите все физические свойства предложенного бруска».

Задание: Определите по содержанию, по характеру и методам исследований, по способу решения класс следующих задач:

1. Вычислить дефект массы ядра изотопа неона.

2. Средняя высота спутника над поверхностью Земли 1700 км. Определить его скорость и период вращения.

3. Почему зимой заметно выделение тумана при дыхании, а летом нет?

4. Написать уравнение гармонического колебания, если его амплитуда 5 см, период 4с. Построить график зависимости смещения от времени.

5. На плитке мощностью 0,5 кВт стоит чайник, в который налит 1л воды при 16ºС. Вода в чайнике закипела через 20 мин после включения плитки. Какое количество теплоты потеряно при этом на нагревание чайника?

6. Если поверхность воды колеблется, то изображение предметов в воде принимает причудливые формы. Почему?

Решение любой физической задачи может быть разбито на четыре этапа:

1. На основе анализа физического процесса составляется система уравнений.

2. Математическое решение системы уравнений. (Предварительно решить вопрос о совместности уравнений).

3. Анализ полученных результатов с точки зрения физики процесса.

4. Вычисления и оценка реальности результатов.

С другой стороны все задачи можно разделить на задачи двух типов:

1. Тренировочные задачи. Условие такой задачи содержит все необходимые величины и четко сформулированный вопрос. Проблема решения такой задачи – проблема выполнения определенного алгоритма действий.

2. Задачи, требующие анализа, результатом которого является разбиение условия на конечное число подзадач 1 типа. Уровень сложности такой задачи определяется соотношением между объемами аналитической и алгоритмической части.

Особое положение занимают «эвристические» задачи, решение которых не может быть сведено к выполнению конечного числа алгоритмов.

В данном материале мы будем рассматривать базовые алгоритмы раздела «Механика».

Решение тренировочных задач темы «Равноускоренное движение»

В идеале задачи этой темы должны решаться на основе только двух формул:

• закона движения

• определения ускорения

• и вспомогательной формулы ,

которая используется, если скорость тела в интересующий нас промежуток времени не изменяла своего направления. Решение задачи начинаться с задания начальных условий (Н.У.) движения (r, v, a при t = 0) и с выбора системы отсчета (если она не задана в условии задачи).

Но это в идеале. За один, два урока при данном подходе с проблемой не справиться, тем более что задача отягощается математическими проблемами при выводе формул и заданием Н.У.

Решим проблему с начальными условиями:

Пример. Мячик бросили вертикально вверх с высоты h₀ = 6 м со скоростью v₀ = 20 м/с. Определите, через сколько секунд мячик окажется на высоте h = 1 м.

Опустим начало решения и запишем закон движения в проекции на ось Oy:

Зачеркиванием введем Н.У. и при необходимости К.У.

В итоге получаем частный случай закона движения для нашей задачи: .

Разрешить проблему времени позволяет алгоритм, в основе которого лежат шесть формул:

Формула №1 используется в редких случаях, если в условии задачи задается положение тела.

Формулу № 6 необходимо пробовать в первую очередь если выполняется условие . Для случая это очевидное следствие формулы №3. Для случая требует вывода.

• Краткая запись условия.

• Рисунок
  Анализ краткой записи условия.

• Математическое решение.

• Анализ полученного результата.

• Вычисления.

• Ответ.

При краткой записи условия необходимо обратить особое внимание на скрытые условия, т.е. величины заданные вербально. На первых этапах достаточно при чтении условия делать остановки в трудных местах условия.

Рисунок необходим для определения знака ускорения через выбор системы координат и проекцию. Проще на этом этапе рисунок заменить комментарием: «разгон», «торможение» или «равноускоренное движение», «равнозамедленное движение». Но во многих методических источниках не рекомендуется использовать термин «равнозамедленное движение» т.к. он сужает границы применения термина «равноускоренное движение» и приводит к невозможности единого описания некоторых видов движения, например движения под действием силы тяжести. При дальнейшей работе возникают следующие проблемы: учащиеся делят движение под действием силы тяжести на два участка и не воспринимают его как единое целое, описываемое с точки зрения математики одним уравнением, т.е. данный подход не удается обобщить и тему приходится изучать с «нуля».

Анализ полученного результата включает в себя:

• проверку размерности как проверку правильности полученной формулы;

• анализ зависимости искомой величины от данных особенно при их критических значениях;

• оценку реальности результата.

К следующему занятию:

1. Найдите и выпишите из любого сборника задачу исторического содержания и задачу межпредметного содержания.

2. Составьте качественную и количественную задачи по разделу «Механика» и предоставьте их решение.