Ключевые ситуации при решении задач курса физики. 8-й класс

Наибольшие трудности при изучении физики учащиеся испытывают при решении задач, т.е. когда требуется применить знания. Эти трудности приводят учащихся к отказу даже от попытки решать задачу. Но в современных условиях при введении ОГЭ и ЕГЭ по физике проверяется именно умение применять полученные знания, а не декларировать их, как это было ранее при проведении устных экзаменов в 9 и 11 классе.

Исходя из личного опыта, могу отметить – в школьном курсе физики огромное количество задач разного уровня сложности, направленности, типов, способов и методов решения, но большинство из них группируются вокруг нескольких десятков типичных учебных ситуаций – ключевых ситуаций.

• Опыт изучения ключевых ситуаций - главный итог изучения физики;
• овладение ключевыми ситуациями формирует компетенции в решении задач, раскрывает теснейшую связь между теорией и задачами;
• ключевые ситуации позволяют наглядно показать применение физических законов; ключевую ситуацию можно проанализировать с помощью школьного курса математики.

Для меня в курсе физики 8 класса важными являются следующие ключевые ситуации:

• Тепловые явления. Агрегатные состояния. (Чтение графиков тепловых процессов. Решение расчетных задач),
• Световые явления. Линзы. Ход лучей в линзах.

При изучении темы “Тепловые явления” у учащихся вызывает затруднение работа с графиками тепловых процессов, анализ графиков на качественном и количественном уровне при решении качественных (логических) и расчетных задач. Изучение каждого теплового процесса сопровождается подобной работой, но наибольший интерес вызывает комплексный анализ графиков, содержащих все виды фазовых переходов вещества: плавление (кристаллизация), кипение (конденсация), нагревание (охлаждение).

Кроме того, при хорошей математической подготовке класса, обязательно решаются комплексные задачи на расчет тепловых процессов, параметров тепловых процессов, определение КПД.

Обобщающий урок по разрешению ключевой ситуации “Тепловые процессы. Агрегатные состояния вещества” провожу после изучения материала по данной теме и выполнения серии лабораторных и экспериментальных работ. Одна из целей урока (развивающая): формировать умение анализировать свойства и явления на основе знаний, выделять главную причину, влияющую на результат, логически мыслить, проверить уровень самостоятельности мышления учащихся по применению знаний в различных ситуациях, пользоваться справочными материалами и таблицами, грамотно осуществлять перевод единиц измерения в СИ. При возможности данное занятие можно разбить на 2 урока – повторение и обобщение изученного материала и непосредственно контрольная работа. Приводимые ниже теоретические вопросы и задачи можно рассматривать и решать так же по мере изучения темы. Важен высокий темп опроса. Задачи №1, №2, №3 (контролирующие) предварительно подробно анализируются совместно с учащимися на примере обучающих задач и предлагаются для самостоятельного решения.

Привожу фрагмент урока

Занятие состоит из трех частей, каждая часть оценивается отдельной оценкой:

“Повторяй-ка” - “Теория” - учащимся предложены наиболее важные теоретические задания;

“Отвечай-ка” - “Вопросы” - при ответах, на которые, учащиеся должны показать свое умение объяснять различные явления и процессы, происходящие в природе, на основе полученных теоретических знаний, а также умение применить свои знания в конкретной ситуации.

“Решай-ка” - “Задачи” (обучающие задачи) - определенное количество задач, которые должен решать каждый ученик.

Весь перечень вопросов и задач к занятию заранее вывешивается на стенде “У нас на уроке” для предварительного ознакомления учащихся. Привожу некоторые из них.

Урок решения задач по разрешению ключевой ситуации “Световые явления. Линзы. Ход лучей в линзах” провожу после изучения нового материала по теме “Линзы” и выполнения лабораторных работ “Получение изображения при помощи линзы”, “Определение фокусного расстояния и оптической силы линзы” для систематизации знаний учащихся по теме, формирования навыков решения графических задач на построение изображения в линзах, применения формулы тонкой линзы. Построение изображений в линзах и определение хода световых лучей в линзах вызывает затруднение учащихся и в 11 – м классе. Требуется подробный анализ данного вопроса. На уроках я предварительно систематизирую весь теоретический материал по данной проблеме в форме блиц-опроса или соревнования между группами учащихся (команды по расположению учащихся по рядам), с обязательным выполнением всех чертежей и записей на доске. Задачи №1, №2 (обучающие) подробно анализируется совместно с учащимися, проговаривается ход их выполнения, далее с учетом уровня класса предлагается для самостоятельного решения задача №3 (контролирующая) и подобная ей – применение формулы тонкой линзы, определение всех параметров линзы, вида линзы, построение изображений в линзах.

Учитель. Сформулируйте определение линзы.

Учащиеся. Прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими или сферической и плоской поверхностями, называется линзой. Если толщина линзы в центральной ее части много меньше радиуса кривизны ее сферических поверхностей и с расстоянием от предмета до линзы, то такая линза называется тонкой.

Учитель. Назовите основные линии и точки, характеризующие линзы. Изобразите их на чертеже.

Учащиеся (выполняют чертеж и делают пояснения)

• Прямая, проходящая через центры кривизны сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называется главной оптической осью линзы О₁О₂ ;
• точка, через которую любой луч проходит не изменяя своего направления, называется главным оптическим центром линзы О;
• любая прямая, проходящая через оптический центр линзы, называется побочной оптической осью;
• линзы, превращающие падающий на них параллельный пучок лучей в пучок сходящихся лучей, называются собирающими (собирающие линзы в центре толще, чем по краям);
• линзы, превращающие падающий на них параллельный пучок лучей в пучок расходящихся лучей, называются рассеивающими (рассеивающие линзы в центре тоньше, чем по краям);
• лучи, падающие параллельным пучком на линзу, после преломления идут сходящимся пучком и пересекаются в одной точке, называемой фокусом;
• фокус, расположенный со стороны падающих лучей, перед линзой, называется передним фокусом; фокус, находящийся в пространстве преломленных лучей, называется задним фокусом; каждая линза имеет два фокуса – передний и задний;
• пучок лучей, параллельных главной оптической оси, после преломления в линзе сходится в главном фокусе F. Для собирающей линзы главный фокус является действительным, для рассеивающей – мнимым;
• плоскость, проведенная через главный фокус перпендикулярно главной оптической оси, называется фокальной плоскостью. Каждый из лучей, параллельных оптической оси, после преломления в линзе проходит через одну и ту же точку, лежащую в фокальной плоскости линзы.

Учитель. Что называется фокусным расстоянием линзы?

Учащиеся. Расстояние между фокальной плоскостью и плоскостью линзы называют фокусным расстоянием F. Единица измерения F (1 м). У собирающей линзы фокусное расстояние F>0, т.к. фокус действительный, а у рассеивающей линзы фокусное расстояние F<0, т.к. фокус мнимый.

Учитель. Дайте определение оптической силы линзы.

Учащиеся. Величина, обратная фокусному расстоянию, называется оптической силой линзы D. D=1/F. Оптическую силу линзы выражают в диоптриях (дптр). Линза с оптической силой в 1 дптр имеет фокусное расстояние в 1 м. У собирающих линз оптическая сила положительна D>0 (действительный фокус), а у рассеивающих линз оптическая сила отрицательна D<0 (мнимый фокус).

Учитель. Как можно рассчитать оптическую силу системы линз, например телескопа, подзорной трубы или микроскопа?

Учащиеся. Для расчета оптической силы системы линз необходимо найти сумму оптических сил всех линз, входящих в систему с учетом знака оптической силы.

D= D₁+ D₂+ D₃+ D₄

Учитель. Какова зависимость оптической силы линзы от радиуса кривизны ее поверхностей?

Учащиеся. Линзы с разным радиусом кривизны поверхности проявляют различную преломляющую способность: линза с более выпуклыми поверхностями (с большей кривизной поверхности) преломляет лучи сильнее, чем линза с меньшей кривизной. Линза, у которой фокусное расстояние короче, дает большее увеличение.

Учитель. Существуют ли определенные правила построения изображений светящихся точек (предметов) в линзах?

Учащиеся. При построении изображения светящейся точки (предмета) из всего потока лучей, падающих на линзу, выбирают два из следующих четырех характерных лучей:

1. Луч, проходящий через оптический центр линзы. Этот луч проходит через линзу, не преломляясь;
2. Луч, идущий параллельно какой-либо оптической оси. После преломления этот луч должен пройти через фокус, лежащий на этой оптической оси (если светящаяся точка лежит на главной оптической оси, для построения изображения нужно провести побочную оптическую ось);
3. Луч, проходящий через передний фокус линзы. В силу обратимости хода световых лучей такой луч после преломления должен идти параллельно главной оптической оси;
4. Луч, проходящий через передний двойной фокус линзы. После преломления этот луч проходит через задний двойной фокус.

Ход этих четырех лучей легко проследить. Все остальные лучи, падающие на линзу из светящейся точки (предмета), проходят через линзу так, что попадают в ту же точку (изображение), где пересекаются лучи, с помощью которых сделано построение.

Параллельный пучок лучей, падающий на линзу под углом к оптической оси, собирается в точке, лежащей в фокальной плоскости линзы.

Учитель. Покажите на доске построение изображения, какого-либо предмета в тонкой линзе, охарактеризуйте это изображение и запишите формулу тонкой линзы.

Учащиеся выполняют чертеж и дают пояснения.

Полученное изображение: действительное, увеличенное, перевернутое.

АВ = h – высота предмета, А'В' = Н – высота изображения, d – расстояние от предмета до линзы, f – расстояние от линзы до изображения, F- точка фокуса, фокусное расстояние.

Формула тонкой линзы: ; знаки “±” ставятся в случае если линза собирающая “+”, рассеивающая “-”; фокус, полученное изображение - мнимые – “-”.

Линейное увеличение линзы , показывает, во сколько раз полученное изображение больше чем предмет, расположенный перед линзой.

Учитель. Проанализируйте характер получаемых изображений в зависимости от расположения предмета перед линзой.

Учащиеся. Чтобы охарактеризовать получаемое изображение необходимо сравнить расстояние от предмета до линзы с фокусным расстоянием данной линзы. Если:

1. расстояние от предмета до линзы меньше фокусного расстояния d<F, то полученное изображение – мнимое, прямое, увеличенное;
2. расстояние от предмета до линзы больше фокусного расстояния, но меньше двойного фокусного расстояния F<d<2F, то полученное изображение - действительное, перевернутое (обратное), увеличенное;
3. расстояние от предмета до линзы равно двойному фокусному расстоянию d=2F, то полученное изображение действительное, перевернутое (обратное), равное;
4. расстояние от предмета до линзы больше двойного фокусного расстояния d>2F, то полученное изображение – действительное, перевернутое (обратное), уменьшенное.

Учитель. Существуют ли какие-либо особенности при построении изображений в рассеивающей линзе?

Учащиеся. При построении изображения точки в рассеивающей линзе пользуются:

1. Лучом, идущим параллельно какой-либо оптической оси (после преломления он своим продолжением проходит через фокус, лежащий на этой оси);
2. Лучом, проходящим через оптический центр (он идет не преломляясь).

Все остальные лучи, падающие на линзу из точки-предмета, проходят через линзу так, что их продолжение попадает в ту же точку (изображение), где пересекаются продолжения характерных лучей.

Учитель. Есть ли особенности изображений предметов в рассеивающих линзах?

Учащиеся. Изображение, образуемое рассеивающей линзой, при любом положении предмета мнимое, прямое, уменьшенное.