Задачи в курсе физики

В овладении учащимися курсом физики, решение задач является важнейшим средством реализации дидактических и воспитательных целей. Задачи служат инструментом формирования физических понятий, развития мышления учащихся, их самостоятельности. Решение задач воспитывает настойчивость, трудолюбие, любознательность. Задачи являются средством контроля качества и глубины усвоения материала.

Обучение решению задач является органической частью преподавания физики, но, к сожалению, умение учащихся решать задачи в большинстве случаев находится на недостаточном, а иногда и низком уровне. Причин тому много. Основная, на наш взгляд, – отсутствие оптимальной технологии обучения, основанной на достижениях современной педагогической психологии. Кроме того, настоящая программа по физике претерпела существенные изменения: это и сокращение учебных часов, и перераспределение тем, в связи с введением профильного обучения, и изменение требований к минимуму содержания основного и среднего образования.

Таким образом, возникает вопрос: как в новых условиях организовать работу учащихся в школе и дома по решению задач, какие приемы использовать при обучении, какие задачи, сколько и в какой последовательности надо решать, чтобы с наименьшими затратами труда и времени выйти на желаемый результат.

Основная цель, которая ставится при решении задач, заключается в том, чтобы учащиеся глубже поняли физические закономерности, научились разбираться в них и применять их к анализу физических явлений, к практическим вопросам.

Для этого учителю необходимо произвести тщательный отбор задач, определить последовательность их решения. Отобранная система задач должна удовлетворять ряду требований. Основным дидактическим требованием является постепенность усложнения связей между величинами и понятиями, характеризующими процесс или явление, описываемое в задачах. Желательно начинать решение задач по теме или отдельному вопросу курса физики с тренировочных задач. Затем идут более сложные расчетные, экспериментальные и другие задачи, подбираемые последовательно, с возрастающим числом связей.

Необходимость такого отбора связана еще и с тем, что в настоящее время существует достаточно широкий круг задачников по физике, содержащих задачи разного уровня и ученики не всегда способны выбрать для себя необходимый задачник. Необходимо учитывать и такой фактор: в данной теме нельзя все время решать задачи только одного типа. Материал следует непрерывно повторять.

Мы пришли к выводу, что решать задачи по разным темам ученики должны дома. Для четкой организации работ мы стали планировать домашние задачи на всю тему, включая в него не только задачи изучаемого материала, но и на повторение. В начале изучения темы каждый ученик получает брошюру с полным перечнем задач, которые необходимо решить к концу изучения темы и примерный план их решения. Выполнение этого плана ведет к получению ребятами глубоких и прочных знаний, хороших оценок в школе и на вступительных экзаменах в вузе.

Нами разработаны планы-задания для учащихся по решению задач с 7-го по 11-й класс. Вот некоторые из них:

7-й класс

Тема: “Взаимодействие тел”

1. Почему мяч, брошенный вертикально вверх, падает на землю?
2. Почему жидкость можно переливать из сосуда в сосуд?
3. Какая сила вызывает оползни, сели или камнепады?
4. Под действием какой силы сокращается пружина при изменении нагрузки?
5. В чем различие между понятиями “сила тяжести, действующая на тело” и “вес тела”?
6. Если масса воды в ведре уменьшится в два раза, изменится ли её вес? Как?
7. Какая сила тяжести действует на шары массой: 3 кг, 5 кг, 10 кг? Изобразите ее графически.
8. Сколько весит керосин объемом 18,75 л?
9. С какой силой растянута пружина, к которой подвесили брусок из латуни размером 10 х 8 х 5 см?
10. Подвешенная к потолку люстра действует на потолок с силой 49 Н. Какова масса люстры?
11. Мотоцикл М-106 весит 980 Н. Чему равна масса мотоцикла?
12. Парашютист весом 720 Н спускается с раскрытым парашютом. Чему равна сила сопротивления воздуха при равномерном движении парашютиста? Чему равна в этом случае равнодействующая сил, действующих на парашютиста?
13. На движущийся автомобиль в горизонтальном направлении действуют сила тяги двигателя 1,25кН,сила трения 600 Н и сила сопротивления воздуха 450 Н. Чему равна равнодействующая этих сил?
14. Зачем тротуары в гололедицу посыпают песком?
15. Почему трудно держать в руках живую рыбу?

8-й класс

Тема “Тепловые явления”

1. При полном сгорании 200 г тротила выделяется 1,5 • 10⁸ Дж энергии. Чему равна теплота сгорания топлива?
2. На сколько градусов нагреется вода в стакане, если ей сообщить количество теплоты, равное 10 Дж? Вместимость стакана принять равной 200 см³.
3. Какое количество теплоты требуется для плавления куска олова массой 10 г, начальная температура которого равна 32^оС?
4. Какое количество теплоты израсходовано на нагревание воды массой 0,75 кг от 20 до 100^оС и последующее образование пара массой 250 г?
5. Почему лед в теплой комнате тает быстрее чем в холодной ?
6. Почему на Севере для измерения температуры воздуха пользуются не ртутными термометрами, а спиртовыми?
7. Почему температура воды в открытом стакане всегда бывает немного ниже температуры воздуха в комнате?
8. В двух одинаковых тарелках поровну налиты жирные и постные щи. Какие щи быстрее остынут? Почему?
9. При остывании от 72 до 22^оС кирпичная печь отдала окружающей среде 52500 кДж теплоты. Определите массу кирпичной печи. Удельная теплоемкость кирпича – 750Дж/кг^оС.
10. На нагревание воды массой 600 г, взятой при температуре 0^оС, израсходовано 214,2 кДж теплоты. До какой температуры при этих условиях нагрелась вода? Удельная теплоемкость воды – 4200 Дж/кг^оС .
11. На газовой плите нагрели 4,4 кг воды от 0^оС до температуры кипения (100^оС). Сколько природного газа было при этом израсходовано, если считать, что вся выделившаяся теплота пошла на нагревание воды. Теплота сгорания природного газа – 4,4 10⁷ Дж/кг, удельная теплоемкость воды – 4200 Дж/кг^оС .
12. Температура воды массой 5 кг повысилась от 7 до 53^оС при опускании в неё нагретой железной гири. Определите массу этой гири, если после опускания её в воду температура гири понизилась от 1103 до 53^оС. Удельная теплоемкость воды – 4200 Дж/кг^оС, железа – 460 Дж/кг^оС.
13. На сколько градусов повысилась температура 200 г воды, если ей была передана вся теплота, выделившаяся при полном сгорании 2 г спирта?
14. 2 кг льда при температуре минус 10^оС внесли в комнату, после чего лед растаял, а образовавшаяся вода нагрелась до температуры 18^оС. Сколько теплоты для этого потребовалось? Удельная теплоёмкость льда – 1800 Дж/кг^о С, температура плавления льда – 0^оС, удельная теплоёмкость воды – 4200 Дж/ кг^о С. Удельная теплота плавления льда – 3,4 10 ⁵Дж/кг.

9-й класс

Тема “Основы динамики”

1. Сравнить ускорения двух стальных шаров во время столкновения, если радиус первого шара в 2 раза больше радиуса второго. Зависит ли ответ задачи от начальных скоростей шаров?
2. Сравнить ускорения двух шаров одинакового радиуса во время взаимодействия, если первый шар сделан из стали, а второй – из свинца.
3. Два тела массами 400 и 600 г двигались друг другу навстречу и после удара остановились. Какова скорость второго тела, если первое двигалось со скоростью 3 м/с?
4. Вагон массой 60 т подходит к неподвижной платформе со скоростью 0,2 м/с и ударяет буферами, после чего платформа получает скорость 0,4 м/с. Какова масса платформы, если после удара скорость вагона уменьшилась до 0,1 м/с?
5. Сила 15 Н действует на тело массой 0,5 кг. Какая сила сообщит такое же ускорение телу массой 2 кг?
6. Тело, движущееся под действием постоянной силы, прошло в первую секунду путь 25 см. Определите силу, если масса тела 25 г.
7. Скорость автомобиля изменяется по закону v_х = 10 + 0,5t. Найдите результирующую силу, действующую на него, если масса автомобиля равна 1,5 т.
8. Под действием силы 150 Н тело движется так, что его координата в направлении действия силы изменяется по закону х=100+5t+0,5t². Какова масса тела?
9. Два мальчика тянут веревку в разные стороны, прилагая силы 100 Н каждый. Веревка может выдержать, не разрываясь, груз весом 150 Н. Разорвется ли веревка?
10. Как изменится сила притяжения между двумя телами, если расстояние между ними удвоится? Утроится? Уменьшится?
11. Изобразите вектор силы тяжести, действующей на следующие тела:

    а) шар, подвешенный на нити;
    б) брусок, лежащий на столе;
    в) брусок, лежащий на наклонной плоскости;
    г) спутник, движущийся по орбите вокруг Земли;
    д) льдину, плавающую на поверхности воды.

12. Найдите ускорение свободного падения на поверхности Венеры, если ее масса равна 4,9 · 10²⁴ кг, а радиус 6100 км.
13. Пользуясь законом всемирного тяготения, найдите ускорение свободного падения на высоте, равной радиусу Земли; на высоте, равной двум радиусам Земли.
14. Тело свободно падает с некоторой высоты и у поверхности земли достигает скорости 100 м/с. С какой высоты падало тело? Сколько времени продолжалось его движение?
15. Тело падает с некоторой высоты и проходит последние 196 м пути за 4 с. С какой высоты и сколько времени падало это тело?
16. Камень падает в шахту. Через 6 с слышен звук удара камня о дно шахты. Определите глубину шахты, считая скорость звука равной 330 м/с.
17. Мяч брошен вертикально вверх со скоростью 24 м/с. На какую высоту он поднимается?
18. Над шахтой глубиной 40 м вертикально вверх бросили камень со скоростью 12 м/с. Через сколько времени будет услышан звук от удара камня о дно шахты, если скорость звука равна 330 м/с?
19. Тело брошено под углом 30° к горизонту со скоростью 20 м/с. Найдите проекции скорости на оси ОХ и ОУ.
20. Под каким углом к горизонту брошено тело, если его начальная скорость равна 20 м/с, а проекция на ось ОУ равна 17 м/с?

10-й класс

Тема “Основы МКТ”

1. Какое количество вещества содержится в воде массой 200 г?
2. Сравните количество вещества, содержащееся в одинаковых объемах ртути и алюминия.
3. Какова масса 20 моль серной кислоты?
4. Какой объем занимают 12 моль алюминия?
5. Найдите число атомов в серебряной ложке массой 54 г.
6. Капля масла объемом 0,003 мм³ растеклась по поверхности воды тонким слоем и заняла площадь 300 см². Принимая толщину слоя равной диаметру молекулы масла, определите этот диаметр.
7. Почему газы легче сжимаются, чем твердые тела и жидкости?
8. Чем объясняется увеличение длины проволоки при ее нагревании?
9. Почему не рекомендуется стирать окрашенные в темные цвета ткани вместе с белыми?
10. Какое давление на стенки сосуда производит кислород, если средняя квадратичная скорость его молекул 400м/с и число молекул в 1 см³ равно 2,7 • 10¹⁹?
11. Сколько молекул газа находится в сосуде вместимостью 480 см³ при температуре 20°С и давлении 2,5 • 10⁴ Н/м²?
12. Средняя квадратичная скорость молекул газа около 400 м/с. Определите объем, который займет газ при среднем давлении 1 • 10⁵ Н/м² и массе 1,0 кг.
13. Считая воздух однородным газом, найдите, во сколько раз средняя квадратичная скорость пылинки массой 1,74–10^-12 кг, взвешенной в воздухе, меньше средней квадратичной скорости движения молекул.
14. Каково давление азота, если средняя квадратичная скорость его молекул 500 м/с, а его плотность 1,35кг/м³?
15. Средние квадратичные скорости молекул водорода и кислорода соответственно равны 1840 м/с и 460 м/с. Сравните средние кинетические энергии этих молекул.
16. Определите среднюю кинетическую энергию молекулы одноатомного газа и концентрацию молекул при температуре 290 К и давлении 0,8 МПа.
17. В баллоне вместимостью 10 л находится газ при температуре 27°С. Вследствие утечки газа давление снизилось на 4,2 кПа. Какое число молекул вышло из баллона, если температура сохранилась неизменной?
18. При повышении температуры идеального газа на 150 К средняя скорость его молекул возросла от 400 до 500 м/с. На сколько градусов надо нагреть газ, чтобы увеличить среднюю скорость его молекул от 500 до 600 м/с?
19. Определите массу водорода, находящегося в баллоне вместимостью 20 л под давлением 830 кПа при температуре 17°С.
20. Газ занимает объем 100 л при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре 20 °С. Каково количество вещества газа? Сколько молекул газа в этом сосуде?
21. Определите температуру азота, имеющего массу 2г, занимающего объем 830 см³ при давлении 0,2 МПа.
22. Какое давление рабочей смеси установилось в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания, если к концу такта сжатия температура повысилась с 47 до 367°С, а объем уменьшился с 1,8 до 0,3 л? Первоначальное давление было 100 кПа.
23. Газ массой 16 г при давлении 1 МПа и температуре 112°С занимает объем 1,6 л. Определите, какой это газ.
24. *В баллоне вместимостью 200 л находится гелий под давлением 100 кПа при температуре 17°С. После подкачивания гелия его давление поднялось до 300 кПа, а температура увеличилась до 47°С. На сколько увеличилась масса гелия?
25. Некоторое количество водорода находится при температуре 200 К и давлении 400 Па. Газ нагревают до температуры 10000 К, при которой молекулы водорода практически полностью распадаются на атомы. Определите давление газа, если его объем и масса остались без изменения.
26. Определите плотность азота при температуре 27°С и давлении 100 кПа.
27. Тонкий резиновый шар радиусом 2 см наполнен воздухом при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении. Каков будет радиус шара, если его опустить в воду с температурой 4°С на глубину 20 м?
28. Вертикальный цилиндр с тяжелым поршнем наполнен кислородом массой 10 г. После нагревания цилиндра на 50 К поршень, имеющий площадь 100 см², поднялся на высоту 7 см. Определите массу поршня, если над ним нормальное атмосферное давление. Трением поршня о стенки цилиндра пренебречь.

11-й класс

Тема “Оптика”

1. Чему равна скорость распространения света, если расстояние от Земли до Луны, равное 3,84 10⁵км, он проходит за 1,28 с?
2. Длина желтого света в вакууме равна 0,589 мкм. Какова частота колебаний в такой волне?
3. Почему сидя у костра, мы видим предметы по другую сторону костра колеблющимися?
4. Почему трудно попасть в рыбу, стреляя в нее из ружья с берега, если она находится на глубине нескольких десятков сантиметров от поверхности воды?
5. В каких случаях свет, переходя из одной прозрачной среды в другую, не преломляется?
6. Во сколько раз скорость распространения света в алмазе меньше, чем в сахаре?
7. Луч света падает из воздуха на поверхность жидкости под углом 40 ^о и преломляется под углом 24^о. При каком угле падения луча угол преломления будет 20^о?
8. Луч света падает на поверхность раздела двух прозрачных сред под углом 35^о и преломляется под углом 25^о. Чему будет равен угол преломления, если луч будет падать под углом 50^о?
9. Луч света переходит из глицерина в воздух. Каков будет угол преломления луча, если он падает под углом 22^о? (п = 1,47)
10. В дно водоема глубиной 1,5 м вбита свая, которая выступает из воды на 30 см. Найти длину тени от сваи на дне водоема при угле падения солнечных лучей 45^о.
11. Если на лист белой бумаги попадает растительное масло, то бумага становится прозрачной. Объясните это явление.
12. Определить предельный угол при переходе луча из жидкости в воздух, если угол полной поляризации для этого случая равен 36^о 19^/ .
13. Определить постоянную дифракционной решетки, если при её освещении светом с длиной волны 656 нм второй спектр виден под углом 15^о.
14. При освещении дифракционной решетки светом с длиной волны 590 нм спектр третьего порядка виден под углом 10^о 12^/ . Определить длину волны, для которой спектр второго порядка будет виден под углом 6^о 18^/.
15. Какой наибольший порядок спектра можно видеть в дифракционной решетке, имеющей 500 штрихов на 1 мм, при освещении её светом с длиной волны 720 нм?
16. Почему интерференционная окраска одного и того же места поверхности мыльного пузыря непрерывно меняется?
17. Определить длину волны для линии в дифракционном спектре третьего порядка, совпадающей с изображением линии в спектре четвертого порядка с длиной волны 490 нм.

Тема “Электромагнитные и световые волны”

1. Что такое электромагнитные волны?
2. Каковы основные положения теории электромагнитного поля Максвелла?
3. Как в воздухе меняется длина электромагнитных волн, излучаемых колебательным контуром, если емкость колебательного контура увеличить в 4 раза?
4. Как изменится мощность электромагнитных волн, если частота их излучения увеличится в 2 раза?
5. Какова взаимная ориентация векторов В, Е, С?
6. Определите частоту колебаний электромагнитных волн в вакуме, если их длина равна 2 см.
7. Как меняется скорость распространения электромагнитных волн при переходе их из вакуума в среду?
8. Как должна двигаться заряженная частица, чтобы возникло электромагнитное излучение?
9. Какие величины изменяются при распространении электромагнитной волны в вакууме?