Разработка темы "Законы сохранения" в элективном курсе "Методы решения задач повышенной сложности в курсе физики 10-го класса"

Введение

При работе с профильными физико-математическими классами необходимо учитывать несколько весьма важных факторов:

• мотивированность большинства учащихся;
• их достаточно высокая обученность;
• как правило, увеличенное число часов, выделяемых на профильные предметы.

Все это позволяет реализовать повышенный уровень содержания образования при изучении физики, в том числе и в элективных курсах. В курсе повышенного уровня предполагается и реализуется более полное изучение всех фундаментальных физических теорий (классической механики, МКТ, электродинамики, квантовой теории), опора на фундаментальные физические принципы обязательное выявление границ применимости физических понятий и законов. Основное место в профильном классе при изучении физики занимает решение задач, причем, как правило, комбинированных. Это обусловлено тем, что при их решении необходимо, прежде всего, выделить те физические процессы, которые происходят, создать модели данных процессов, описать их математически и решить системы уравнений.

Курс рассчитан на учащихся 10-го класса школ, работающих в рамках московского базисного плана, и предполагает совершенствование подготовки школьников по наиболее сложным разделам курса физики.

Основные цели курса:

• совершенствование полученных в основном курсе знаний и умений;
• развитие интереса к решению задач;
• формирование представлений о приемах и методах решения физических задач.

Необходимость разработки данного курса связана с тем, что наибольшие сложности при изучении физики у учащихся связаны с решением задач. Вместе с тем контрольно-измерительными материалами ЕГЭ части С являются задачи, которые дают наибольший пересчитанный балл. Помимо этого, во многих ВУЗах проводятся олимпиады, результаты которых также засчитываются в качестве вступительных испытаний в данное учебное заведение. Выбор данной параллели обусловлен тем, что именно в нем сосредоточены наиболее сложные для понимания и наиболее базовые разделы физики.

В данный курс помимо традиционных элементов школьного курса физики включены и не рассматриваемые обычно элементы, которые могут встречаться во вступительных испытаниях и на олимпиадах.

Вариативность курса обеспечивается подбором задач и таким образом может быть реализована индивидуальность процесса обучения.

К рассмотрению предлагается разработка одного из разделов элективного курса.

Образец планирования по теме “Законы сохранения”
Поурочное планирование

Задачи к теме

Занятие 1.

1. Шары одинаковой массы движутся так, как показано на рисунке, и абсолютно неупругого соударяются. Как будет направлен импульс шаров после соударения?

2. Тело массой m бросили под углом к горизонту a с начальной скоростью v. Пренебрегая сопротивлением воздуха, найдите приращение импульса за первые t секунд

3. Проверить решение задачи №2 в компьютерной среде “Живая физика” с конкретными значениями параметров.

Занятие 2.

1. Летевшая горизонтально со скоростью 10м/с граната разорвалась на две части с массами 1 кг и 1,5 кг. Найдите величину скорости меньшего осколка, если больший после взрыва полетел со скоростью 25 м/с в прежнем направлении.

2. Два автомобиля одинаковой массы m движутся со скоростями v и 2v относительно Земли по одной прямой в противоположных направлениях. Чему равен модуль импульса второго автомобиля в системе отсчета, связанной с первым автомобилем?

1) 3mv
2) 2mv
3) mv
4) 0

3. Человек массой 70 кг находится на корме лодки, плавающей на озере. Длина лодки 5 м, а ее масса 280 кг. На какое расстояние передвинется человек относительно дна, если перейдет на нос лодки?

Занятие 3.

1. Лыжник может спуститься с горы от точки М до точки N по одной из траекторий, представленной на рисунке. При движении по какой траектории работа силы тяжести будет иметь максимальное по модулю значение?

 

1) 1; 2) 2; 3) 3; 4) работа силы тяжести по всем траекториям одинакова.

2. Тело массой m соскальзывает с наклонной плоскости длиной l, образующей угол a с горизонтом. Определите работу каждой силы приложенной к телу.

3. Из шахты глубиной 100 м поднимается равномерно груз массой 500 кг на канате массой 100 кг. Какая работа при этом будет совершена.

Занятие 4.

1. Мяч свободно падает с балкона. На рисунке показан график изменения кинетической энергии мяча по мере его удаления от балкона. Какова масса мяча? Трением о воздух пренебречь. 1) 0,5 кг 2) 0,4 кг 3) 0,3 кг 4) 0,2 кг

2. Тело, находящееся на горизонтальной поверхности, брошено под углом к горизонту. Изменение его потенциальной энергии Е_р в зависимости от высоты h изображено на графике

 

3. Из работы Г.Лейбница “Динамический этюд о законах движения”

“…На основании рассуждений и опыта я нашел, что сохраняется абсолютная живая сила… Если бы живая сила могла когда-либо увеличиваться, то действие было бы больше своей причины, т.е. получилось бы вечное механическое движение. Это значит, что мы имели бы нечто такое, что могло бы воспроизводить свою причину и что-то еще помимо этого, – что является нелепостью. Если, наоборот, сила могла бы уменьшаться, то она в конце концов исчезла бы совсем, так как, не будучи в состоянии увеличиваться, но зато будучи в состоянии уменьшаться, она все более приходила бы в упадок, – это, без сомнения, противоречит порядку вещей.”

1) Какую физическую величину Г.Лейбниц называет абсолютной живой силой?
2) Формулировка какого закона природы предпринята автором?
3) В чем Вы видете неправоту автора?

4. Шарики массой m движутся навстречу друг другу со скоростями v и 2v и налетают на пружину длиной l и жесткостью k. На какое минимальной расстояние сблизятся шарики?

Занятие 5.

1. Тело массой m, находящееся на вершине наклонной плоскости высотой H, соскальзывает вниз и, пройдя некоторый путь по горизонтальному участку, останавливается. Какую работу надо совершить, чтобы втащить тело обратно на вершину по тому же пути?

2. Экспериментально проверить решение предыдущей задачи.

Занятие 6.

1. Брусок скользит по наклонной плоскости вниз без трения. Что происходит при этом с его импульсом, потенциальной энергией, силой реакции наклонной плоскости?

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ	ИХ ИЗМЕНЕНИЕ
А. импульс Б. потенциальная энергия С. сила реакции наклонной плоскости	1) увеличится 2) уменьшается 3) не изменяется

А	Б	С

2. Кусок пластилина сталкивается со скользящим навстречу по горизонтальной поверхности стола бруском и прилипает к нему. Скорости пластилина и бруска перед ударом направлены противоположно и равны v_пл = 15 м/с и v_бр = 5 м/с. Масса бруска в 4 раза больше массы пластилина. Коэффициент трения скольжения между бруском и столом m = 0,17. На какое расстояние переместятся слипшиеся брусок с пластилином к моменту, когда их скорость уменьшится на 30%?

3. Предположим, что схема энергетических уровней атомов некоего вещества имеет вид, показанный на рисунке, и атомы находятся в состоянии с энергией Е(1). Электрон, столкнувшись с одним из таких атомов, отскочил, приобретя некоторую дополнительную энергию. Импульс электрона после столкновения с покоящимся атомом оказался равным 1,2•10–24 кг•м/с. Определите кинетическую энергию электрона до столкновения. Возможностью испускания света атомом при столкновении с электроном пренебречь.

Контроль знаний по теме

1. Тело массой 1 кг движется с постоянной по модулю 1 м/с скоростью по окружности. Чему равно изменения импульса тела за четверть периода?

А) 0 кгм/с
Б) 1 кгм/с
В) 2 кгм/с
Г) 2 кгм/с

2. В результате взрыва граната разорвалась на три осколка. Два осколка летят под прямым углом друг к другу: осколок массой т₁= 1 кг со скоростью v₁ = 12 м/с, осколок массой m₂= 2 кг со скоростью v₂= 8 м/с. Третий осколок отлетает со скоростью v₃= 40 м/с. Найдите массу третьего осколка.

3. Упругий шарик массой т движется горизонтально со скоростью v по направлению к вертикальной стенке, двигающейся со скоростью и навстречу шарику. Определите изменение импульса шарика после удара о стенку и силу, действующую на стенку, если продолжительность удара ?.

4. Мяч брошен вертикально вверх. На рисунке показан график изменения кинетической энергии мяча по мере его подъема над точкой бросания. Какова масса мяча? Трением о воздух пренебречь. 1) 0,15 кг 2) 0,9 кг 3) 1,0 кг 4) 1,5 кг

5. Шар массой 1 кг, подвешенный на нити длиной 90 см, отводят от положения равновесия на угол 60^о и отпускают. В момент прохождения шаром положения равновесия в него попадает пуля массой 10 г, летящая навстречу шару. Она пробивает его и продолжает двигаться горизонтально. Определите изменение скорости пули в результате попадания в шар, если он, продолжая движение в прежнем направлении, отклоняется на угол 39^о. (Массу шара считать неизменной, диаметр шара – пренебрежимо малым по сравнению с длиной нити, cos 39° = 7/9.

6. Вертикально висящая недеформированная пружина обладает жесткостью к = 10 Н/см. К нижнему концу пружины подвесили груз массой т =3 кг и отпустили без начальной скорости. Определите максимальное удлинение пружины, если масса пружины ничтожно мала. (Решить задачу аналитически и проверить решение в интерактивной среде “Живая физика”)

Список литературы

1. Роботова А.С., Никонов И.Н. Элективный курс в профильной школе как введение в науку. Учебно-методическое пособие для учителей. – С.-Пб.: Каро, 2005.
2. Программы элективных курсов. Физика. 9–11 кл. Профильное обучение. – М.: Дрофа, 2005.
3. Энциклопедия административной работы. CD.– М.: Сентябрь, 2005.
4. Орлов В.А., Ханнанов Н.К., Никифоров Г.Г. Учебно-тренировочные материалы для подготовки к единому государственному экзамену. Физика. М.: Интеллект-Центр, 2004.