Научно-практическая работа "Составление и решение многофункциональных задач по физике"

В изучении курса физики решение задач имеет исключительно большое значение и им отводится значительная часть курса. Решение и анализ позволяют понять и запомнить основные законы и формулы физики, создают представление об их характерных особенностях и границах применения. Задачи развивают навык в использовании общих законов материального мира для решения конкретных вопросов, имеющих практическое и познавательное значение. Умение решать задачи является лучшим критерием оценки глубины изучения материала и его усвоения. Но как разобраться в огромном количестве задач, и мыслимо ли прорешать все задачи? Накопив определенный опыт решения задач, я пришла к выводу, что количество решаемых задач можно значительно сократить, если задачи в которых рассматривается одна и та же физическая ситуация, или физическая модель объединить и составить одну большую задачу, называемую ЗУМ, что означает – задача универсальная многофункциональная. Решение ЗУМов дает учащимся увидеть одну и ту же физическую ситуацию в различных аспектах, что создает целостное представление о физике. Такие задачи помогут учащимся при подготовке к экзаменам и олимпиадам. На, уроках, такого типа задачи можно составлять при повторении и обобщении темы.

В чем состоит отличие ЗУМа, от обычной задачи? В отличие от обычной задачи здесь есть главное действующее лицо, вокруг которого разворачиваются все события. Устанавливаются все возможные связи этой физической величины с изучаемыми по данной теме величинами. Обычных задач приходится решать несколько, ЗУМов одну или две. Составленный образ задачи позволяет увидеть физическую суть задачи. Составление и решение ЗУМов вызывает у учащихся определенный интерес. Не надо искать и перерывать огромное количество задачников, чтобы решить множество задач при подготовке к экзаменам, олимпиадам. Вместе с тем, составление и решение ЗУМов требует хороших знаний по теме и умения решать простейшие опорные задачи. Не все физические ситуации можно объединить в одну задачу. Учитель должен хорошо ориентироваться во всех типах задач, решаемых в курсе школьной программы. Учить составлять такие ЗУМы лучше учащихся старших классов, на специальных курсах или на уроках повторения и закрепления материала. Записывать такие задачи желательно в отдельную тетрадь.

В настоящее время в моей копилке имеется около 10 таких ЗУМов по различным темам: «Электрическое поле. Напряженность поля», «Шарик на нити», «Фотоэффект. Законы фотоэффекта», «Графическая, по механике», «Электрический ток», «Молекулярная физика», «Движение тела по наклонной плоскости», «Атомная и ядерная физика». Алгоритм составления таких задач отражен в моей работе.

Презентация

Алгоритм составления ЗУМа:

1. Определить «главное действующее лицо » задачи, то есть относительно какой величины или физического процесса будет составляться задача.
2. Определить физические величины, которые можно найти из условия задачи.
3. Составить схематичный чертеж задачи.
4. Записать условие задачи.
5. С помощью физических законов и формул установить математическую связь между величинами, выведенными в решении.
6.  Произвести решение полученных уравнений или системы уравнений.
7. Проведя арифметические расчеты, получить ответ, который необходимо оценить, насколько он реален.
8. Проверить ответ на корректность.

1. Образ многофункциональной задачи по теме: «Ядерная и атомная физика»:

Краткое условие задачи:

Для ядра Х атома

1. Определить состав ядра атома;
2. Определить энергию связи атомного ядра;
3. Ядро, какого атома образуется в результате взаимодействия ядра Х с элементарной частицей а?
4. В какое ядро превратится ядро Х после х-α-распадов и у-β-распадов?

( Для составления такой задачи лучше брать ядра , )

2. Образ ЗУМ по теме: «Электрическое поле. Напряженность поля».

Условие задачи:

Между двумя точечными зарядами +q₁ и –q₂ расстояние равно r.

а) найдите напряженность поля в средней точке А между зарядами.

б) найдите напряженность поля в точке В, если r₁ = r₂.

в) найдите напряженность в точке С, если r₃ > r₄.

г) определите потенциалы в этих точках.

д) определите результирующую силу взаимодействия между зарядами в этих точках, и зарядом q₃ помещенным в эти точки.

3. ЗУМ с использованием ситуации «Шарик на нити».

а) Динамика.

Шарик массой m, привязанный нитью к подвесу описывает в горизонтальной плоскости окружность, имея постоянную скорость. Определить скорость шарики и период его вращения по окружности, если длина нити l, а ее угол с вертикалью составляет α.

б) Законы сохранения.

Пуля летевшая горизонтально со скоростью υ попадает в шар, подвешенный на нити длиной l. Определите на какой угол отклонится шар, если масса пули m₁, масса шара m₂.

в) Электростатика.

На каком расстоянии от шарика А погруженного в керосин, должна быть расположена стальная пылинка В объемом V, чтобы она находилась в равновесии? Заряд шарика q₁, заряд q₂. Каким будет равновесие: устойчивым или неустойчивым?

г) Электрическое поле.

Какой угол α вертикально составляет нить, на которой висит заряженный шарик массой m, помещенный в горизонтальное, однородное электрическое поле напряженностью Е. Заряд шарика q.

д) Механические колебания.

Маятник состоит из тяжелого шарика массой m, подвешенного на нити длиной l. Определить период колебаний маятника и энергию, которой он обладает, если наибольший угол его отклонения от положения равновесия α.

4. ЗУМ по теме: «Фотоэффект. Законы фотоэффекта».

Условие задачи:

Длина волны света, соответствующая красной границе фотоэффекта некоторого металла равна λmax.

1. Найдите Ав электронов из этого металла.
2. Максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых из него с длиной волны λ.
3. Максимальную Е_к электронов.
4. Найти значение запирающего напряжения U_з.
5. Найти энергию падающего фотона Е_γ.

5. Графическая ЗУМ.

1. По графику υ_х(t) автомобиля определить характер движения на участках ОА и АВ.
2. Найти проекции ускорения ах на участках ОА и АВ.
3. Записать уравнение скорости υ_х(t) каждом участке.
4. Записать уравнение перемещения на каждом участке.
5. Найти перемещение на каждом участке.
6. Найти силу тяги, развиваемую при разгоне (на ОА).
7. Найти развиваемую мощность.
8. Определить Ек автомобиля на участке АВ.
9. Найти путь, пройденный машиной.
10. Найти υ_ср. на всем пути.
11. Определить работу силы тяги на участке ОА.
12. Построить графики а_х(t), S_x(t), l(t).
13. Определить координату автомобиля через t₁ = 10 с, t₂ = 30 с.

6. ЗУМ по теме: «Электрический ток».

Для решения задач по теме «Электрический ток», алгоритм несколько изменяется, и состоит в следующем:

1. По предложенным схемам электрической цепи, составляется условие задачи.
2. Записывается краткое условие задачи и осуществляется перевод единиц в одну систему.
3. Рассчитывается сопротивление всей цепи.
4. Рассчитывается внутреннее сопротивление и эдс источника тока.
5. Определяется общий ток по закону Ома для всей цепи.
6. Рассчитываются токи и напряжения на участках.
7. Определяется работа, мощность и количество теплоты на различных участках цепи.

1. Определить общее сопротивление цепи и напряжение на участке СД, если R₁ = 4 Ом, R₂ = 3 Ом, R₃ = 3 Ом, амперметр показывает силу тока 2 А.
2. Определить токи и напряжение на каждом резисторе, а также общую силу тока и напряжение, если ε = 5 В, r = 1 Ом.
3. Найти заряд на конденсаторе, С = 5 мкФ.
4. Определить токи и напряжения во всех ветвях.
5. Определить мощность и количество теплоты на различных участках. 

7. ЗУМ с использованием ситуации «Наклонная плоскость».

Кинематика.

	1.По наклонной доске пустили катиться снизу вверх шарик. На расстоянии l = 30 см от начала пути шарик побывал дважды: через t1 = 1с и через t2 = 2с после начала движения. Определить начальную скорость ν0 и ускорение а движения шарика, считая его постоянным.
	2.Тело падает с высоты 4м. На высоте 2м оно упруго ударяется о закрепленную площадку, расположенную под углом 300 к горизонту. Найти полное время движения тела и дальность его полета.
Динамика.	3.Тело скользит равномерно по наклонной плоскости с углом наклона 400. Определить коэффициент трения тела о плоскость.
	4.Автомобиль массой 1т поднимается по шоссе с уклоном 300 под действием силы тяги 7кН. Коэффициент трения между шинами автомобиля и поверхностью шоссе 0,1. Найти ускорение автомобиля.
	5.Груз массой m1, связанный нерастяжимой нитью, перекинутой через неподвижный блок, с другим грузом массой m2, движется вниз по наклонной плоскости. Найти силу натяжения нити и ускорение грузом , если коэффициент трения между m1 и лоскостью0,1. Угол наклона плоскости к горизонту ά. Массами нитей блока, а так же трением в блоке пренебречь.
	6. На наклонную плоскость с углом ά помещена плоская плита массой m2, а на нее –брусок массой m1.Коэффициент трения между бруском и плитой μ1.Определить при каких значениях коэффициента трения μ2 между плитой и плоскостью плита не будет двигаться, если известно, что брусок скользит по плите.

Работа. Мощность. Энергия.

7. Какую работу совершит сила F, подняв по наклонной плоскости груз массой m на высоту h с ускорением а. Сила действует параллельно наклонной плоскости. Трением о плоскость пренебречь.

Статика.

Теплота и работа.

9.Сани массой 6 кг скатываются с горы, образующей с горизонтом угол 30°. Пройдя по склону горы 50 м, сани достигают скорости 4,5м/с. Определите количество теплоты, выделенное при трении полозьев о снег.

Электричество.

10.По наклонной плоскости, составляющей угол ά с горизонтом, соскальзывает с высоты h небольшое тело, заряженное отрицательным зарядом –q. В точке вертикали, проведенной через начальное положение тела, с основанием находится заряд +q. Определите скорость, с которой тело достигнет основания наклонной плоскости. Проанализируйте зависимость скорости от угла ά : а) ά = 45°, б) ά < 45°, в) ά > 45°. Трением пренебречь. Масса тела m. υ₀=0.

8. ЗУМ по теме «Электроемкость. Конденсаторы. Соединение конденсаторов».

Найти общую емкость конденсаторов, включенных по схемам:

Приложение 1

 Как видно из примеров приведенных в данной статье, видно, что составление такого типа задач, требует хороших знаний по теме и умение решать простые задачи.

Поэтому ЗУМы лучше учится составлять с учащимися старшего возраста, начиная с 9 класса. Не все физические ситуации можно объединить под одну задачу. Учитель должен хорошо ориентироваться во всех типах задач, решаемых в курсе школьной программы. Целостность задачи позволяет увидеть связь между разделами физики. При подготовке к экзаменам такие задачи оказываются незаменимыми. Не надо искать и перерывать огромное количество задачников, чтобы решить множество задач. Достаточно решить 2-3 таких задачи, и большая часть материала будет повторена.