Короткин Г.Р., Пашкевич Т.А. Программа спецкурса «Методы и приемы решения задач по физике»

Введение

На занятиях обобщаются и систематизируются теоретические знания по физике. Значительная часть времени отводится решению задач.

Решение задач способствует углублению и закреплению знаний и умений учащихся, применению их в новых ситуациях. Задачи по физике служат также средством проверки знаний, умений и навыков учащихся. Правильное использование учителем задач по физике повышает интерес учащихся к физике, способствует совершенствованию приобретенных в основном курсе знаний, умений и навыков.

Решение задач по физике является одним из основных методов обучения. Он учит учащихся умению синтезировать и анализировать, абстрагировать и конкретизировать, сравнивать и проводить аналогии, обобщать и делать выводы. В процессе решения физических задач у учащихся развивается логическое и творческое мышление, смекалка и творческая активность.

Программа составлена на основе программы общеобразовательной школы, рассчитана на 136 ч (X класс – 68 часов и XI класс – 68 часов в год) и охватывает все разделы школьного курса физики. На занятиях используются различные групповые и индивидуальные формы работы.

В программе дано примерное распределение часов.

X класс (68 ч)

Семинарские занятия (6 ч)

Физическая задача. Классификация задач по физике. Этапы решения задач. Применение анализа, синтеза, абстрагирования, сравнения, аналогии в решении задач. Методы и приемы решения физических задач (аналитико-син-тетический, алгебраический, геометрический, алгоритмический, координатный, экспериментальный).

1. МЕХАНИКА (34 ч)

1.1. Кинематика (8 ч)

Повторение. Основная задача кинематики. Механическое движение и основные его характеристики. Равномерное и равноускоренное движения (прямолинейное и криволинейное). Свободное падение тел. Основные формулы кинематики (1 ч).

Координатный метод решения задач по кинематике. Решение задач на прямолинейное движение, движение тела, брошенного горизонтально и под углом к горизонту, движение тела по окружности.

Задачи с использованием принципа относительности. Методы и приемы решения количественных, качественных, экспериментальных и графических задач (8 ч).

1.2. Динамика (8 ч)

Повторение. Основная задача динамики. Основные понятия динамики: сила, масса. Законы динамики. Силы в природе (1ч).

Алгоритмический прием в решении задач по динамике. Решение задач на движение тела и системы тел под действием нескольких сил в горизонтальном и вертикальном направлениях, по наклонной плоскости, по окружности, связанных тел и др.

Комбинированные задачи и приемы их решения (7 ч).

1.3. Законы сохранения в механике (8 ч)

Повторение. Импульс тела (материальной точки). Закон сохранения импульса. Реактивное движение. Механическая работа. Мощность. Энергия. Кинетическая и потенциальная энергии. Закон сохранения механической энергии (1 ч).

Использование координатного метода и алгоритмического приема в решении задач на закон сохранения импульса. Методы решения задач на закон сохранения энергии в механических процессах. Ознакомление учащихся с разными способами решения задач. Составление экспериментальных задач и их решение. Задачи с недостающими или лишними данными. Творческие задачи. Комбинированные задачи по физике и методы их решения (7 ч).

1.4. Механика жидкостей и газов (4 ч)

Повторение. Давление. Закон Паскаля. Гидравлические машины. Давление жидкости на дно и стенки сосуда. Атмосферное давление и его измерение. Закон Архимеда. Плавание тел. Движение жидкостей (газов) по трубам. Закон Бернулли (1 ч).

Решение задач на расчет давления и сил давления, а также задач с учетом действия Архимедовой силы. Решение задач на законы движения жидкостей и газов, а также задач на взаимодействие жидкостей (газов) с твердыми телами при их относительном движении (определение скорости течения жидкости или газа, расход жидкости в потоке, расчет мощности потока, расчет давления) (3 ч).

1.5. Статика твердого тела (6 ч)

Повторение. Момент силы. Правило моментов. Условия равновесия тела. Центр тяжести. Устойчивость тел. Виды равновесия (безразличное, устойчивое и неустойчивое). Простейшие механизмы (рычаг, блок, ворот, клин и др.) (1 ч). Алгоритмические приемы решения задач на равновесие материальной точки (задач, где на тело действуют силы, продолжения которых пересекаются в одной точке) и твердого тела (задач, где на тело действуют силы, продолжения которых не пересекаются в одной точке). Решение задач на нахождение центра тяжести тела или системы тел (5 ч).

2. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА (22 ч)

2.1. Электростатика (6 ч)

Повторение. Электрический заряд, закон сохранения электрического заряда, закон Кулона, напряженность электрического поля, проводники и диэлектрики в электрическом поле, потенциал и разность потенциалов, напряженность и потенциал электростатического поля точечного заряда, электроемкость, соединение конденсаторов, энергия электрического поля (1 ч).

Решение экспериментальных задач. Применение координатного метода и алгоритмического приема в решении задач по данной теме. Использование аналитико-синтетического метода в решении задач на закон сохранения электрического заряда, взаимодействия зарядов, равновесия зарядов и их движения, принципа суперпозиции электрических полей. Решение комбинированных задач с учетом формул напряженности и потенциала точечного заряда, поверхностной плотности заряда, энергии электрического поля. Использование закона сохранения электрического заряда и закона сохранения энергии в решении задач на электроемкость (5 ч).

2.2. Постоянный электрический ток (8 ч)

Повторение. Электрический ток и условия его существования. Сила тока. Напряжение. Источники тока. Электродвижущая сила (ЭДС). Закон Ома для участка цепи и для полной цепи. Сопротивление проводников и его зависимость от температуры. Соединения проводников. Расчет электрических цепей. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца (1 ч).

Приемы решения задач на расчет разветвленных электрических цепей. Метод точек равного потенциала. Метод симметрии. Шунтирование и подбор дополнительных сопротивлений к электроизмерительным приборам. Расчет электрических цепей с использованием правил Кирхгофа. Решение качественных, экспериментальных, занимательных, комбинированных задач и задач с проектным содержанием. Решение задач «черного ящика» (7 ч).

2.3. Магнитное поле тока (4 ч)

Повторение. Взаимодействие токов. Магнитное поле. Индукция магнитного поля. Линии магнитной индукции.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Закон Ампера. Сила Лоренца. Магнитные свойства вещества (1 ч).

Методы и приемы решения задач о силовом действии магнитного поля на проводники с током и движущиеся заряженные частицы. Решение задач на движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях. Решение задач на взаимодействие параллельных токов (3 ч).

2.4. Электромагнитная индукция (4 ч)

Повторение. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Закон Фарадея и правило Ленца. Закон электромагнитной индукции. ЭДС индукции в движущихся проводниках. Самоиндукция. Индуктивность. ЭДС самоиндукции. Энергия магнитного поля. Электромагнитное поле. Электрические магниты постоянного тока (1 ч).

Решение качественных и экспериментальных задач. Решение задач на применение: 1) закона электромагнитной индукции и самоиндукции; 2) закона сохранения и превращения энергии к работе электрических машин (3 ч).

3. ОБОБЩАЮЩИЕ ЗАНЯТИЯ (6 ч)

Понятие о нестандартных задачах и их решение. Решение комбинированных, конкурсных и олимпиадных задач, а также задач, предлагавшихся на вступительных экзаменах в разные вузы Республики Беларусь и стран СНГ.

XI класс (68 ч)

1. ПОВТОРЕНИЕ (4 ч)

На данных занятиях нужно актуализировать и систематизировать теоретические знания по механике (кинематика, динамика, законы сохранения в механике, механика жидкостей и газов) и электродинамике (электростатика, постоянный электрический ток, магнитное поле тока, электромагнитная индукция), а также вспомнить основные методы и приемы решения задач по физике.

2. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ (10 ч)

2.1. Колебательное движение (6 ч)

Повторение. Гармонические колебания. Математический и пружинный маятники. Колебательный контур. Смещение, амплитуда, период, частота и фаза колебаний. Превращение энергии при колебаниях. Собственные и вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания. Переменный электрический ток. Емкостное и индукционное сопротивления. Закон Ома для цепи переменного тока. Действующее значение силы переменного тока. Трансформаторы. Генераторы переменного тока (1 ч).

Решение задач на нахождение величин, характеризующих колебательное движение (амплитуды, смещения, частоты, периода, фазы, скорости, ускорения). Решения задач на использование закона сохранения энергии колеблющегося тела. Решение задач о математическом и пружинном маятниках (с учетом того, что колебания маятника происходят в электрическом поле, в жидкости или маятник движется ускоренно и др.).

Решение задач на применение формул силы тока, ЭДС и напряжения переменного тока, а также закона Ома для расчета простейших электрических цепей переменного тока. Использование метода векторных диаграмм. Задачи на закон сохранения и превращения энергии в применении к процессам, протекающим при работе электрических машин (генераторов тока, трансформаторов). Решение задач на применение формулы Томсона. Решение качественных задач (5 ч).

2.2. Волновое движение (4 ч)

Повторение. Волны. Поперечные и продольные волны. Длина волны. Скорость распространения волн. Звуковые волны. Звуковой резонанс. Электромагнитные колебания и волны. Гипотеза Максвелла. Свойства электромагнитных волн. Принципы современной радиосвязи. Простейший радиоприемник. Радиолокация (1 ч).

Решение задач на волновое движение с учетом длины волны, частоты и периода колебаний и скорости распространения волн в различных средах, радиолокация. Решение качественных (логических) задач о свойствах электромагнитных волн и принципах современной радиосвязи (3 ч).

3. ОПТИКА (10 ч)

3.1.Геометрическая оптика (6 ч)

Повторение. Законы отражения и преломления света. Абсолютный и относительный показатели преломления. Полное внутреннее отражение света. Тонкие линзы. Формула линзы. Увеличение линзы. Построение изображений в плоском зеркале и линзах (собирающей и рассеивающей). Оптические приборы: лупа, фотоаппарат, проекционный аппарат, микроскоп. Ход лучей в этих приборах. Глаз (1 ч). Методы и приемы решения задач по геометрической оптике.

Решение задач на построение изображений в плоском зеркале и линзах, на определение размеров и взаимного расположения изображения, предмета и зеркала (или линзы), на преломление света на плоской границе раздела двух сред, на оптические системы, состоящие из нескольких линз или линз и зеркал, на расчет увеличения, даваемого оптическими приборами (5 ч).

3.2. Физическая оптика (4 ч)

Повторение. Скорость света в однородной среде. Дисперсия света. Интерференция механических волн и света. Условия образования максимумов и минимумов. Дифракция механических волн и света. Формула дифракционной решетки. Поляризация света. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Рентгеновские лучи. Шкала электромагнитных излучений (1 ч).

Решение качественных и расчетных задач на описание различных свойств электромагнитных волн: скорость, дисперсия, интерференция, дифракция, поляризация. Задачи на определение длины световой волны, на использование условий максимума и минимума при интерференции, нахождение ширины спектра разных порядков, полученных от Дифракционной решетки (3 ч).

3.3. Элементы теории относительности (2 ч)

Повторение. Постулаты теории относительности и их следствия. Масса и энергия с СТО. Релятивистский закон сложения скоростей. Закон взаимосвязи массы и энергии. Длина тела в различных системах отсчета.

Решение задач на закон взаимосвязи энергии и массы. Задачи на расчет длины тела в системе отсчета, относительно которой оно движется, зависимости массы и энергии от скорости движения тела, релятивистского закона сложения скоростей (2 ч).

4. СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИКА (34 ч)

4.1. Законы микромира. Атомы и молекулы (6 ч)

Повторение. Световые волны. Фотоэффект и его законы. Уравнение, объясняющее фотоэффект. Давление света. Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. Волновые свойства электрона.

Спектральный анализ и его закономерности. Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора. Строение атома водорода по Бору. Основное и возбужденное энергетическое состояние атома. Атомы и молекулы, их свойства (1 ч).

Методы и приемы решения задач на световые кванты и взаимодействие их с веществом. Решение задач на применение формул, связывающих энергию, импульс, массу фотона с частотой световой волны, использование формулы Эйнштейна, объясняющей фотоэффект.

Решение задач на квантовые постулаты Бора, закономерности в спектрах атома водорода и водородоподобных атомов, вычисление частоты излучения атома и длины волны излучения при переходе атома из основного энергетического состояния в другое (5 ч).

4.2. Основы молекулярно-кинетической теории (6ч)

Повторение. Основные положения МКТ. Количество вещества. Размеры и масса молекул. Число Авогадро. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ идеального газа. Температура. Средняя кинетическая энергия молекул газа. Измерение скорости молекул газа. Реальные газы. Фазовые переходы. Внутренняя энергия. Плавление и отвердевание. Парообразование и конденсация. Испарение и кипение. Расчет количества теплоты. Уравнение теплового баланса. Насыщенный пар. Критическая температура. Влажность воздуха (1 ч).

Решение задач на использование формул, в которые входят: количество вещества, масса и размеры молекул, скорость движения молекул, концентрация молекул. Использование аналитико-синтетического метода при решении задач на применение основного уравнения МКТ.

Качественные задачи по физике и примеры их решения. Решение качественных и количественных задач по теме «Влажность воздуха». Аналитико-синтетический метод в решении задач на составление уравнения теплового баланса (5 ч).

4.3. Основы термодинамики (8 ч)

Повторение. Термодинамическое равновесие. Обратимые и необратимые процессы. Уравнение состояния газа. Газовые законы (Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля). Закон Дальтона. Работа в термодинамике. Способы изменения внутренней энергии. Адиабатный процесс. Законы термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам. Физические основы работы тепловых двигателей. КПД тепловых двигателей (1 ч).

Методы и приемы решения задач на уравнения состояния газа  и газовые законы. Решение графических задач. Решение задач на законы термодинамики и на расчет КПД тепловых двигателей. Применение алгоритмических приемов к решению комбинированных задач на газы (7 ч).

4.4. Физика конденсированного состояния (8 ч)

Повторение. Строение твердых тел, жидкостей и газов. Кристаллические и аморфные тела. Поверхностное натяжение жидкостей. Электрический ток в жидкостях. Законы электролиза. Тепловое расширение тел. Диэлектрики, металлы и полупроводники. Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимость. Полупроводниковые приборы (диод, транзистор). Магнитные свойства вещества. Парамагнетики, диамагнетики, ферромагнетики (1 ч).

Решение задач с учетом сил поверхностного натяжения и избыточного давления, с использованием формул зависимости длины, объема и плотности тел от температуры. Расчет высоты поднятия (опускания) жидкости в капиллярах. Решение задач на описание постоянного электрического тока в электролитах и полупроводниках. Решение задач на закон Гука.

4.5. Атомы и излучение. Атомное ядро и элементарные частицы (6 ч)

Повторение. Электрический ток в газах. Самостоятельный и несамостоятельный разряды. Типы самостоятельного разряда. Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Вакуумные приборы (диод, триод, электронно-лучевая трубка). Строение атома и ядра. Энергия связи атомных ядер. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Правило смещения. Ядерные реакции. Цепные ядерные реакции. Термоядерная реакция. Энергетический выход. Элементарные частицы. Понятие о дозе излучения (1 ч).

Решение задач на закономерности прохождения электрического тока в газах, вакууме. Применение закона сохранения энергии при решении задач. Задачи на расчет смещения электронов в электронно-лучевой рубке. Задачи на определение продуктов ядерных реакций на основе законов сохранения электрического заряда и массового числа. Расчет энергии связи атомных ядер и энергетического выхода ядерной реакции. Решение задач на закон радиоактивного распада (5 ч).

5. ОБОБЩАЮЩИЕ ЗАНЯТИЯ (10 ч)

Решение комбинированных, конкурсных и олимпиадных задач, а также задач, предлагавшихся на вступительных экзаменах в различные вузы Республики Беларусь и стран СНГ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Богдан В.И. и др. Практикум по методике преподавания физики. – Мн.: Выш.шк., 1979.

2. Валаш В.А. Задачи по физике и методы их решения. – М.: Просвещение, 1974.

3. Балл Г.А. Теория учебных задач: Психолого-педагогический аспект. – М.: Педагогика, 1990.

4. Беликов B.C. Решение задач по физике. Общие методы. – М.: Высш. рйк., 1986.

5. Дамитов Б.К., Фридман Л.М. Физические задачи и методы их решения. – Алма-Ата: Мектеп, 1987.

6. Демкович В.П., Демкович Л.П. Сборник задач по физике. – М.: Просвещение, 1981.

7. Задачи по физике / Под ред. О.Я.Савченко. – М.: Наука, 1988.

8. Каменецкий С.Е., Орехов В.П. Методика решения задач по физике в средней школе: Кн. для учителя. – 3-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1987.

9. Луцевич А.А. и др. Решение задач по механике и молекулярной физике. – Мн.: Народная асвета, 1989.

10. Моляко В.Л. Психология решения школьниками творческих задач. – Киев: Радянская школа, 1983.

11. Пойа Д. Как решать задачу. – Львов: Квантор, 1991.

12. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике для 8—10 классов средней школы. – М.: Просвещение, 1986.

13. Савченко Н.Е. Решение задач по физике. – Мн.: Выш. шк.,1988.

14. Тарасов Л.В., Тарасова А.Н. Вопросы и задачи по физике. – М.: Высш. шк., 1975.

15. Усова А.В., Тулькибаева Н.Н. Практикум по решению физических задач: Учеб. пособие для студентов физ.-мат. фак. – М.: Просвещение, 1992.

16. Эсаулов А.Ф. Проблемы решения задач в науке и технике. – Л.: ЛГУ, 1979.