Технология работы с учебным материалом по физике

Введение.

Главная проблема перед подготовкой к экзамену по физике – как в достаточно краткие сроки изучить и запомнить большое количество информации.

В этом смысле физика  –  предмет, который дает много возможностей "сэкономить" память. Содержание курса легко структурируется, иначе говоря "раскладывается по полочкам". В шкафу, в котором все разложено по полочкам, легко найти нужную вещь. Если вы научитесь делать то же самое с информацией, успех на экзамене вам гарантирован.

В данном пособии учащимся и абитуриентам предлагается технология подготовки к экзамену по физике. Поэтому в пособии даны лишь конкретные рекомендации по изучению теоретического материала, запоминанию формул и определений, алгоритмы решения задач по механике, образцы структурно-логических схем. Автор не ставит перед собой целью решение большого количества задач, поскольку в настоящее время и так достаточно пособий по физике, в которых приводятся решения.

Надеюсь, что данное пособие будет интересно и начинающим учителям физики.

Как изучать теоретический материал.

1. Изучать теорию лучше всего блоками – "Кинематика", "Динамика", "Законы сохранения", "Основы МКТ", "Основы термодинамики", "Электрическое поле", "Постоянный ток" и т.д. Это позволяет не распыляться, лучше усваивать смысл явлений, законов и теорий, ориентироваться в буквенных обозначениях, так как в разных разделах физики разные величины могут обозначаться одной и той же буквой.

2. Желательно иметь под рукой не менее трех источников. У каждого автора, как правило, есть свои любимые темы, которые он излагает наиболее стройно и доступно. Наличие нескольких источников дает возможность лучше осмыслить детали, составить наиболее полное представление об изучаемом явлении. Кроме того, в разных источниках нередко используются разные буквенные обозначения одной и той же величины. Знание этой особенности не даст вам дезориентироваться при решении задач.
В качестве основного источника возьмите пособие того автора, логика и стиль изложения которого вам наиболее понятен.

3. После того, как определились с литературой, приступайте к изучению теории. Сначала ознакомьтесь с содержанием блока, внимательно изучите его, выписывая или отмечая (если это возможно) наиболее важную информацию.

4. Получив представление о том, какой объем информации вам надо запомнить, постарайтесь составить структурно-логическую схему или систематизируйте отобранный материал в таблицу. При этом перед вами встанет проблема сокращения намеченного "минимума". Сделайте это за счет текстовой информации, заменив ее рисунками, схемами, графиками. В текстовом конспекте ориентироваться сложно, а графика "разгрузит" конспект и "включит" зрительную память.
К сожалению, размеры данной статьи не позволяют показать, как “отсеивается” информация для единой “шпаргалки” по данному разделу.
Очень важно, чтобы таблица или структурно-логическая схема поместились на одной стороне листа – в этом случае вы будете видеть всю информацию сразу (см. приложение). Ведь по карте легче и быстрее определить направление к цели, нежели искать ее, блуждая по улицам города наугад.

5. Не огорчайтесь, если стройная картина не получится сразу. Не ленитесь доводить ее до совершенства. После того, как приобретете навык и найдете удобную для вас форму и структуру конспекта, дело пойдет быстрее. Ко всему прочему, в процессе поиска вы лучше усвоите тему.

6. Составив структурно-логическую схему, попробуйте рассказать вслух "зашифрованный" вами материал. Если при воспроизведении вслух возникают проблемы, значит, вы недостаточно логично построили схему, плохо продумали символы перехода от одного блока к другому. Устраните недостатки, еще раз расскажите тему и переходите к решению соответствующих задач.

7. Пусть вас не пугает кажущаяся трудоемкость подобного подхода. Помучаетесь над двумя-тремя темами, а дальше все пойдет как по маслу. Уже в процессе чтения вы начнете выделять главное и одновременно компоновать материал. К тому же вы обязательно найдете свои приемы, которые позволят вам еще быстрее подготовиться к экзамену не только по физике, но и по другим дисциплинам.

8. Тем учащимся, у которых преобладает образное восприятие информации, трудно будет делать логические построения. Предлагаю им для начала изучить логику авторских структурно-логических схем и таблиц. Это не столь эффективно, как самостоятельно составленная шпаргалка, потому что многие детали останутся для вас "за кадром", но это сэкономит время.

9. При изучении, отборе и систематизации материала удобно пользоваться обобщенными планами. Это сужает границы поиска нужной информации. Такие планы можно найти в некоторых учебниках. Вот один из вариантов. [1].

Обобщенные планы.

Физическое явление

1. Признаки явления, по которым оно обнаруживается или определение явления.
2.Условия, при которых протекает явление.
3. Связь данного явления с другими.
4. Объяснение явления на основе научной теории.
5. Примеры использования явления на практике.

Физический опыт

1. Цель опыта.
2. Схема опыта.
3. Условия, при которых осуществлялся опыт.
4. Ход опыта.
5. Результат опыта.

Физическая величина

1. Явление или свойство тела, которое характеризует данная величина.
2. Определение физической величины.
3. Формулы, связывающие данную величину с другими.
4. Единицы величины.
5. Способы измерения величины.
6. Направление (для векторных величин).

Закон

1. Формулировка и математическое выражение закона.
2. Опыты, подтверждающие справедливость закона.
3. Примеры проявления закона на практике.
4. Границы применимости закона.
5. Следствия закона.

Физическая теория

1. Основные понятия, положения, законы, принципы в теории.
2. Опытное обоснование теории.
3. Основные следствия теории.
4. Практическое применение теории.
5. Границы применимости теории.

Прибор, механизм, машина

1. Назначение устройства.
2. Схема устройства.
3. Принцип действия устройства
4. Применение и правила пользования устройством.

10. Научитесь читать формулы. Это избавит вас от необходимости выписывать и заучивать определения величин и формулировки законов.
Формула – это определение или закон, записанные с помощью буквенных обозначений физических величин. А в любом определении можно выделить ключевые слова и слова уточняющие.
Физические формулы можно разделить на 2 группы – дадим им условное название "формулы-определения" и "формулы-законы". Для каждой группы характерны свои ключевые слова, а уточняющие подскажет здравый смысл, даже если вы забыли определение учебника.

11. Определяйте принадлежность формулы к той или иной группе в процессе изучения материала и сразу же "сортируйте" их на отдельном листе. Например:

12. Смиритесь с тем, что буквенные обозначения физических величин и формулы придется запоминать. Знание формул позволит решить еще одну проблему – избавит от страха забыть размерность. Ведь производные единицы физических величин в СИ устанавливаются из основных единиц с помощью соответствующих зависимостей. Например, ускорение определяется по формуле . Скорость измеряется в СИ в м/с, время – в секундах. Следовательно, единицей ускорения будет .

13. Международная система единиц (СИ) состоит из трех групп единиц – основных, производных и дополнительных. Чаще всего мы используем единиц первых двух групп. Основных единиц всего семь. Их необходимо помнить наизусть.

14. Знание единиц и буквенных обозначений может вывести вас на формулы физических величин. На любом экзамене вам дадут возможность пользоваться справочными таблицами. Если вы, например, забыли формулу количества теплоты, необходимого для нагревания тела, то по размерности удельной теплоемкости, указанной в таблице или условии задачи, можно восстановить формулу: => .

15. Опыт преподавания в школе показывает, что у учащихся часто возникают трудности с переводом кратных и дольных единиц в основные и наоборот. Рекомендуется выучить наизусть приставки для образования кратных и дольных единиц и соответствующие множители. А далее просто замените приставку соответствующим множителем и наоборот:

3,5 кН = 3,5 ^. 10³ Н;
75МПа = 75 ^. 10⁶ Па;
64мН = 64 ^. 10^-3Н;
9 нКл = 9 ^. 10^-9 Кл.

Общие рекомендации по решению задач по физике.

1. Исследование вопроса задачи.

Внимательно прочитайте условие задачи и постарайтесь понять, что от вас требуется. Вопрос может быть задан в неявной форме. В этом случае необходимо подумать, какую физическую величину надо найти, чтобы на него ответить.

2. Анализ условия задачи.

На этом этапе необходимо:

• выяснить сущность физических явлений, о которых говорится в задаче, определить взаимосвязь между отдельными явлениями;
• зафиксируйте отдельные состояния системы, проследите за изменением ее параметров;
• проанализируйте график, схему, чертеж, рисунок, если они имеются в задаче;
• постарайтесь определить, какие законы, правила, формулы можно применить в данной ситуации.
• выясните содержание неизвестных или малопонятных вам терминов, которые употребляются в задаче.

3. Запись условия задачи.

Данные задачи записывайте в традиционный столбик (это не принципиально, но так договорились физики), предусмотрите при этом место для записи табличных данных.

4. Перевод единиц величин в СИ.

Приучите себя обязательно выполнять перевод единиц величин в СИ. На экзамене, волнуясь, вы можете забыть об этом, если процедуру перевода единиц не отработаете до автоматизма. К тому же это хорошая тренировка для запоминания приставок и соотношения между различными единицами.

5. Выполнение чертежа, схемы, рисунка. (Этот пункт иногда удобнее выполнять при анализе условия).

Практически все задачи по физике решаются с рисунком. Не всегда удается сразу выполнить правильный рисунок, поэтому рисуйте задачу даже тогда, когда задача самая элементарная. Со временем натренируетесь, и вам под силу будут даже сложные ситуации. Тела, о которых идет речь в задаче, изображайте условно в виде кружочка или квадратика, переходы системы из одного состояния в другое можно показать стрелкой, начальное состояние изобразите пунктирной линией, конечное – сплошной. Отразите на рисунке данные задачи в буквенных обозначениях, неизвестное обозначьте вопросительным знаком.
Создание рисунка позволит вам обнаружить детали, которые остались незамеченными при анализе условия задачи.

6. Решение задачи.

Решение большинства задач средней сложности удобно начинать с записи формулы (закона), из которой вы собираетесь выразить искомую величину. Записав ее, еще раз посмотрите на данные в вашем условии – какие величины, необходимые для расчета, вам известны, а каких не хватает. Подумайте, какие законы, правила вы еще можете использовать. Помните, что число уравнений должно быть равно числу неизвестных.
Задачи по физике принято решать в общем виде. Это означает, что вы должны последовательно исключить из ваших уравнений "ненужные" вам неизвестные, производя математические преобразования до тех пор, пока не выразите искомую величину через известные величины.

7. Проверка по размерности.

Очень важно именно на этом этапе проверить правильность вывода результирующей формулы по размерности. Это позволит вам исправить возможные ошибки до того, как сделаете вычисления (а, значит, сэкономить время); ко всему прочему вы не будете загромождать расчеты наименованиями единиц.

8. Вычисления и анализ ответа.

После того, как вы сделаете необходимые вычисления, соотнесите ответ с условием задачи, установите, ответили ли вы поставленный вопрос, ту ли величину нашли.
Оцените правдоподобность полученного результата.
Не забудьте записать ответ.

Алгоритм решения задач по кинематике.

1. Если в условии задачи, которую вам предстоит решить, ничего не говорится о массе, плотности, силах, коэффициентах трения и жесткости, то эта задача относится к кинематике.

2. Самое главное при решении задач по кинематике – правильно выбрать закон движения тела. Для этого постарайтесь понять:

• по какой траектории движется тело? Если в условии ничего об этом не говорится, то следует об этом догадаться по смыслу задачи;
• как движется тело – равномерно, равноускоренно, по окружности или в задаче речь идет о комбинации нескольких видов движения;
• некоторые данные задаются в неявном виде. Например, если говорится, что тело двигалось из состояния покоя, то это значит, что его начальная скорость равна нулю. Если же речь идет о торможении до полной остановки, то это означает, что конечная скорость равна нулю.

3. После анализа условия следует записать краткое условие задачи и выполнить чертеж.

4. Далее действуйте в соответствии с общими рекомендациями.

Алгоритм решения задач по динамике.

1. Если кроме кинематических величин в задаче говорится о массе или силах, коэффициентах трения и упругости, то это задача из раздела "Динамика".

2. Прочитав условие задачи, проанализируйте его, оформите в соответствии с требованиями.

3. Изобразите схематически тело и укажите все действующие на него силы и кинематические величины. Если тел несколько, изобразите силы, действующие на каждое тело.

4. Выберите систему отсчета. Одну из осей системы координат обычно проводят в направлении движения тела; при вращательном движении тела одну из осей проводят в направлении радиуса, а вторую совмещают с касательной.

5. Для каждого тела запишите II закон Ньютона в векторном виде:

6. Запишите II закон Ньютона в скалярном виде через проекции: и т.д.

7. Если неизвестных больше, чем уравнений, дополните систему уравнениями связи, исходя из условия задачи.

8. Решите получившуюся систему уравнений относительно искомой величины.

9. Сделайте проверку по размерности.

10. Выполните необходимые расчеты, оцените результат и запишите ответ.

Решение задач на применение законов сохранения.

Законы сохранения импульса и механической энергии позволяют решать задачи механики проще и короче, чем при использовании законов Ньютона, если нет необходимости учитывать или определять какие-либо внутренние силы. Есть, правда, одно ограничение – законы сохранения можно применять только для замкнутой системы тел. Если внешние силы все же приходится учитывать (в частности, силу трения), то можно применять закон сохранения энергии, но не механической, а полной.

При использовании законов сохранения необходимо помнить, что импульс – величина векторная, его направление совпадает с направлением скорости, а энергия – величина скалярная, но ее значение зависит от выбора системы отсчета. Кинетическая энергия всегда положительна, но ее значение зависит от системы отсчета, в которой измеряется скорость. Значение потенциальной энергии определяют относительно уровня, условно принимаемого за нулевой. Обычно это уровень поверхности Земли.

Если в задаче идет речь о соударении тел, то необходимо помнить, что при абсолютно упругом ударе не происходит потерь механической энергии, поэтому при абсолютно упругом ударе выполняются оба закона.

При абсолютно неупругом ударе закон сохранения механической энергии не выполняется, но выполняется для замкнутой системы тел закон сохранения импульса. При этом после взаимодействия тела движутся в одном направлении с одинаковой скоростью. [2].

Алгоритм решения задач по теме "Закон сохранения импульса"

1. Прочитайте внимательно условие задачи. Если речь идет о взаимодействии тел, о массе и скорости, то это задача на применение закона сохранения импульса.

2. Кратко запишите условие и требование задачи.

3. Выявите группу тел, составляющих замкнутую систему. Условие замкнутости можно нарушать, если

а) внутренние силы значительно превышают внешние силы;
б) импульсы тел направлены перпендикулярно внешним силам.

4. Сделайте чертеж, желательно показать на нем начальное состояние взаимодействующих тел и их конечное состояние. Выберите систему отсчета.

5. Запишите закон сохранения импульса в векторном виде. Затем спроецируйте его на выбранную ось.

6. Решите полученное уравнение в общем виде.

7. Сделайте проверку по размерности.

8. Произведите вычисления. Оцените результат, запишите ответ.

Алгоритм решения задач на применение закона сохранения энергии.

1. Внимательно изучите условие задачи. Выделите взаимодействующие тела, убедитесь, что система замкнута.

2. Кратко запишите условие и требование задачи.

3. Сделайте чертеж, на котором покажите начальное и конечное состояние тела или системы тел, укажите, какой энергией обладало тело в каждом состоянии.

4. Запишите закон сохранения энергии и выразите из него искомую величину.

5. Сделайте проверку по размерности, выполните расчеты, оцените достоверность результата и запишите ответ.

Очень часто задачи на законы сохранения предполагают применение обоих законов. В этом случае закон сохранения импульса надо привести к скалярному виду и решать систему уравнений в обычном порядке.

Список литературы:

1. Саенко П.Г. Физика – 9. М. Просвещение, 1992

2. Репетитор по физике. Под ред. Касаткиной. Феникс. 1995

Приложение.

Рисунок 1.

Рисунок 2.

Рисунок 3.