Использование материалов приложения к "Первому сенятбря" "Физика" на уроках физики

Пояснительная записка

Для обеспечения требований к содержанию образования и формирования необходимых учебных навыков и умений учащихся, так же для подготовки учащихся для успешной сдачи ЕГЭ учителю необходимо время для подготовки к уроку, для подбора тематических разноуровневых задач содержания, их решения и многого другого.
Молодой учитель имеет небогатый УМК и кабинет в удовлетворительном состоянии, а о приборах можно говорить отдельно. Давно не переиздаются хорошие пособия по физике: Тарасова Л.В. и Тарасовой А.Н. “Вопросы и задачи по физике”, М.: Просвещение, 1984; Храмов Ю.А “Физики. Библиографический справочник”, под редакцией Ахизера А.И.,
М.: Наука, 1983;Дагаев М.М. “Книга для чтения по астрономии”, Дина Маше “Астрономия, перевод М.В. Мамуны и М.Ю. Шевченко, М.: Просвещение, 1985 и т.д.
Появились неплохие методические пособия для подготовки учащихся к ЕГЭ, такие как: Н.И. Зорин “Элективный курс, методы решения физических задач”, М.: Вако, 2007;
И.Л. Касаткина “Задачи по физике. Подготовка к ЕГЭ и олимпиадам”, М.: Феникс, 2005.  Эти издания не охватывают всю программу школьного курса физики.
Одним из решений проблем нехватки времени является использование материалов журнала «ПС физика» Мобильный, современный, актуальный журнал охватывает все стороны работы учителя физики: заочные курсы повышения квалификации, сценарии уроков и внеурочных мероприятий, демонстрационные варианты ЕГЭ, поурочные планирования по различным программам и многое другое.

Я веду подборку материалов с 1996 года. За это время журнал претерпел изменения в плане дизайна. Включая 2001 год, журнал издавался на газетных полосах, что было неудобным для хранения материалов, но имелось преимущество: к каждому номеру были приложены вкладыши по различным направлениям, такие как: типовые разноуровневые зачетные контрольные работы (углубленный уровень), листы взаимоконтроля, вступительные экзамены по физике абитуриенту, физика классическая и современная и другие. Была возможность их систематизировать по темам общего курса физики, не нарушая целостности содержания оставшегося материала газеты.
При подготовке учащихся к ЕГЭ и проведению элективных занятий я использую материалы, опубликованные в газетах, в следующей последовательности:

Данную таблицу можно дополнить содержанием статей в рубрике «Физика классическая и современная», которая опубликована в номерах 48/97; 4,6,8,10,12,14,16,20,22,24,26,30/98 и т.д.
Приведу пример использования статьи «Основы электродинамики» (№37/97) на 2-ух часовом занятии элективного курса “Физика в задачах” в 11 классе.
В данной публикации автор приводит краткую теорию электромагнитных колебаний, возникающих в идеальном колебательном контуре, и примеры решения 2 задач второго уровня сложности.

Первый уровень содержит 23 теоретических вопроса, во втором уровне 19 задач, с которыми учащиеся справились на первом занятии. К третьему уровню автор подобрал 16 задач. На втором занятии каждому ученику были предложены задачи третьего уровня сложности. Задачи не вызывают особых затруднений. В тексте приведены числовые  значения ответов задач с 24 по 59. Задачи третьего уровня учащиеся решают за  10-15 минут, оставшиеся время отводим на решение сложных задач олимпиадного характера (номер 60,61,62; к ним приведены буквенные значения ответов). Наиболее сильные учащиеся справились с данными задачами после изучения материала опубликованного в газете №9/02 “Расчет параметров процессов в цепях постоянного тока, содержащих катушки индуктивности” Д.А.Ивашкина.
Ниже привожу содержание статьи В.А.Емельянова “Разноуровневые вопросы и задачи” (№37/97, п.10 настоящей систематизации) и возможные решения наиболее сложных  задач
№ 61, 62.

Первый уровень.

Содержит 23 теоретических вопроса, из которых наиболее сложными являются:

19. Что понимают под автоколебаниями? Чем отличаются автоколебания от свободных колебаний?
20. Каковы основные части автоколебательной системы?
21. Нарисуйте принципиальную схему автоколебательного генератора на транзисторе.
22. Назовите основные части автоколебательной системы в схеме генератора на транзисторе.
23. Объясните, как осуществляется обратная связь в генераторе на транзисторе.

Второй уровень.

33. Максимальная величина заряда на конденсаторе колебательного контура равна 2мкКл, а максимальное значение силы тока в цепи контура составляет 8 А. Определите период собственных колебаний в контуре.
34. Как изменятся период и частота собственных колебаний в контуре при увеличении расстояния между пластинами конденсатора?
35. Повлияет ли на период электромагнитных колебаний, возникающих в колебательном контуре, введение ферромагнитного сердечника внутрь катушки?
36. Используя формулу Томсона для периода свободных колебаний в контуре, проверьте, что единицей измерения периода в СИ является секунда.
37. Емкость и индуктивность колебательного контура соответственно равны 50 пФ и 5,0мГн. Определите период собственных колебаний в контуре.
38.  Колебательный контур содержит конденсатор емкостью 2 пФ и катушку индуктивностью 0,5 мкГн. Определите частоту собственных колебаний в контуре.
39. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 125 пФ и катушки индуктивностью 50 мГн. Определите период и частоту собственных колебаний в контуре.
40. В колебательном контуре, емкостью конденсатора которого равна 2,5 нФ, колебания частотой 100 кГц. Определите индуктивность катушки контура.
41. Колебательный контур генератора звуковых колебаний нужно настроить на частоту 500 Гц. Какая для этого потребуется емкость конденсатора, если индуктивность катушки контура равна 0,2 Гн?
42. Как изменится период собственных колебаний в контуре, если в пространство между пластинами плоского конденсатора залить дистиллированную воду?

Третий уровень.

43. Ток в цепи колебательного контура I = - 0,02 sin400pt А, индуктивность катушки контура равна 0,1 Гн. Определите период колебания в контуре, емкость конденсатора, максимальную энергию магнитного и электрического полей.
44. Колебательный контур содержит конденсатор емкостью 0,025 мкФ и катушку индуктивностью 1,013 Гн. В начальный момент времени конденсатор имел заряд  Кл. Запишите закон изменения напряжения на конденсаторе. Найдите напряжение на его обкладках в момент времени Т/8.
45. Напряжение на конденсаторе колебательного контура изменяется по закону В, емкость конденсатора равна 0,1 мкФ. Определите период колебаний в контуре, индуктивность катушки. Запишите закон изменения силы тока в контуре.
46. Максимальная энергия магнитного поля колебательного контура равна 1,8 × . Ток в цепи контура изменяется по закону А. Определите частоту колебаний и индуктивность катушки контура.
47. Определите энергии электрического и магнитного полей колебательного контура в момент, когда энергия электрического поля составляет 0,4 энергии магнитного поля, если максимальный заряд конденсатора равен 4Кл, а максимальное напряжении на его обкладках  500 В.
48. Колебательному контуру конденсатора, емкость которого 10мкФ сообщили заряд 1 мКл, после чего в контуре возникли затухающие электромагнитные колебания. Какое количество теплоты выделится к моменту, когда напряжение на конденсаторе станет меньше начального максимального напряжения в четыре раза?
49. Максимальное значение разности потенциалов на обкладках конденсатора составляет 100 В. Емкость конденсатора колебательного контура равна 1 мкФ, индуктивность его катушки 1 Гн. Определите максимальный заряд на обкладках конденсатора и максимальную силу тока в цепи контура. Запишите закон изменения силы тока в контуре.
50. В колебательном контуре с катушкой индуктивностью 0,5 мГн максимальное значение напряжения на обкладках конденсатора равно 200 В. Определите период колебаний тока, если максимальная сила тока в контуре равна 0,2 А.
51. Воздушный конденсатор колебательного контура состоит из двух круглых пластин диаметром 20 см каждая, расстояние между которыми равно 1 см. Индуктивность катушки контура 1 мГн. Определите частоту свободных колебаний.
52. Частота собственных колебаний в контуре 50 кГц. Во сколько раз нужно увеличить расстояние между обкладками воздушного конденсатора , чтобы частота колебаний в контуре стала 70 кГц.
53. Период колебаний в контуре составляет 4,7с, индуктивность катушки 0,07 Гн. Площадь обкладок конденсатора контура равна 0,45 , а расстояние между ними 0,1 мм. Найдите диэлектрическую проницаемость диэлектрика, используемого в конденсаторе.
54. Площадь пластин конденсатора в колебательном контуре увеличили в 1,44 раза, расстояние между пластинами – в 9 раз. Определите отношение первоначальной частоты к частоте колебаний после изменения характеристик конденсатора.
55. Собственная частота колебаний в контуре, схема которого представлена на рис. 2, равна 2,5 МГц, емкость конденсаторов соответственно равна 400 пФ и 850 пФ. Определите индуктивность катушки контура.

рис.1	рис. 2	рис. 3	рис. 4	рис. 5

                                                       
56. В колебательном контуре, схема которого изображена на рис. 2, частота свободных колебаний составляет 4Мгц, индуктивность контура равна 40 мкГн, емкость конденсатора в два раза больше емкости конденсатора . Определите емкость каждого конденсатора.
57. Конденсатор колебательного контура емкостью 500 пФ соединен с катушкой длиной 40 см и сечением 5 , содержащий 1000 витков. Сердечник немагнитный. Определите период свободных колебаний в контуре.
58. При изменении емкости конденсатора колебательного контура на 100 пФ частота колебаний изменилась от 0,2 до 0,25 МГц. Найдите индуктивность катушки контура.

Четвертый уровень.

59. Определите отношение энергии магнитного поля колебательного контура к энергии его электрического поля для момента времени Т/8.
60. Два одинаковых конденсатора  и емкостью С каждый и катушка индуктивностью L соединены, как показано на рис. 3. В начальный момент ключ К разомкнут, конденсатор  заряжен до разности потенциалов U. Конденсатор не заряжен, и ток в катушке отсутствует. Определите максимальное значение силы тока в катушке после замыкания ключа.
61. В электрической цепи из двух одинаковых конденсаторов емкостью С и катушки индуктивностью L, соединенных последовательно (рис. 4), в начальный момент один конденсатор имеет заряд , а второй не заряжен. Как будут изменяться со временем заряды конденсаторов и сила тока в контуре после замыкания ключа К?
62. Батарея из двух последовательно соединенных конденсаторов емкостью С каждый заряжена до напряжения U и в начальный момент времени подключена к катушке индуктивностью L  так, чтобы образован колебательный контур (рис. 5). Спустя интервал времени t, один из конденсаторов пробивается, и сопротивление между его обкладками становится равным нулю. Найдите амплитуду колебаний заряда на непробитом конденсаторе.

Ответы:

24. Кл; ; Гц; с; p.        25. А.
26. 0,4 А; 0,008 с; 125 Гц;  А.        27. Кл.
28. 40 В; 0,2 с; 5 Гц; Кл.                    29. Амплитудами колебаний и периодами.
30. 2,5 мДж.                                31. Дж.               32. 80 мА.
33. с.                            34. Период уменьшился, частота увеличится.
35. Период увеличился.            37. 3,14 мкс.                   38. 159 МГц.
39. 15,7 мкс;64кГц.                    40. 1мГн.                        42. Увеличится в 9 раз.
43. с;6,3 мкФ; Дж.                                      44. В; U = 70,7 В.
45. с; 10 мГн; мА.                    46. 0,5 МГц; 0,1 Гн.
47. Дж; Дж.                                        48. Дж.
49. Кл4 0,1 А; А.                              50. 3,14 мкс.
51. 95 кГц.                                   52. В 1,96 раза.             53. 2.
54. 0,4.                                         55. 15 мкГн.                  56. 59 пФ; 118 пФ.
57. 5,6 мкс.                                  58. 2,3 мГн.                   59. 1.
60. .
61. ;   ;  ; .
62. ;   .

Возможные решения наиболее сложных задач 61; 62.

№61.Решение.

Система представляет собой колебательный контур, сила тока в котором меняется по гармоническому закону ,где - частота колебаний;

- амплитуда силы тока. Так как конденсаторы включены последовательно, то их общая емкость равна . Поэтому . Для того чтобы найти , воспользуемся законом сохранения энергии. Если - заряд первого конденсатора после замыкания цепи, то заряд второго конденсатора равен =, и согласно закону сохранения энергии , где I – сила тока в цепи.
Отсюда I
Выражение (1) максимально при . Поэтому для амплитуды силы тока в цепи получаем   ;  ; 
 ;   ;  

   ;  

;  

№62. Решение.

При 0<t< в контуре будут происходить колебания заряда, причем . В момент времени  пробитый конденсатор имел заряд  и обладал энергией

После пробоя эта энергия перешла во внутреннюю и была потеряна системой, первоначальная энергия системы равна:
 ; Оставшаяся энергия равна:      ;
Амплитуду колебаний заряда после пробоя найдем из условия:
;  ;     ;

Издание прошлых лет «ПС Физика» высылаются редакцией по заявкам. По указанным статьям нет необходимости приобретать годовую подписку, достаточно только приложение.
За последние годы из материалов выше указанной систематизации переиздан всего пункт 25. «Производная в физике, технике, природе» Е.П. Суханькова 2006.
Библиотечка «Первого сентября», серия «Физика», выпуск 5 (11). Было бы полезно издать вышеуказанные статьи в виде приложений серии «Физика».