Задачи в курсе физики и алгоритмы их решения

ЗАДАЧи   В   КУРСЕ   ФИЗИКИ   и   АЛГОРИТМЫ   ИХ   РЕШЕНИЯ

Автор – Татаринова Лариса Александровна – учитель матемаики и физики МКОУ Касьяновская СОШ Кантемировского района

Воронежской области

2016 год

Физика - одна из самых удивительных наук! Физика столь интенсивно развивается, что даже лучшие педагоги сталкиваются с большими трудностями, когда им надо рассказать о современной науке. Необходимо увлечь учащихся предметом, а еще и научить решать задачи.

Физика в переводе с древне греческого - «природа». 

Физика — это  область естествознания, наука, которая изучает наиболее фундаментальные закономерности, определяющие общую структуру и эволюцию материального мира. Являясь одним из трех китов, на которых зиждется современная система мироустройства, физика, является наукой о природе в самом широком понимании этого слова! Кроме того, что она  изучает материальные и энергетические  параметры организации вселенной, она также ставит перед собой задачи пояснения и логического обоснования фундаментальных взаимодействий в природе, управляющих движением материи.

Умение решать физические задачи – одно из свойств человеческого интеллекта. С помощью решения задач обобщаются знания о конкретных объектах и явлениях, создаются и решаются проблемные ситуации, формируются практические умения и навыки, обобщаются знания из истории, науки и техники, формируются такие качества личности, как целеустремленность, настойчивость, аккуратность, внимательность, дисциплинированность, развиваются эстетические чувства, формируются творческие способности. В период ускорения научно – технического прогресса на каждом рабочем месте необходимы умения ставить и решать задачи науки и техники. Поэтому целью физического образования является формирование умений работать со школьной учебной физической задачей. 

Основная цель, которая ставится при решении задач, заключается в том, чтобы учащиеся глубже поняли физические закономерности, научились разбираться в них и применять их к анализу физических явлений, к практическим вопросам.

Типы задач по физике.

Глобально все задачи можно разделить на 2 основные группы:

1.     Базовые (физические) задачи – задачи, в которых нужно определить физический закон или физическое явление и применить соответствующую формулу.

2.     Комбинированные задачи – задачи, в которых нужно применить законы из нескольких разделов физики.

И   в каждом типе таких задач можно выделить еще несколько видов:

1.     Явные задачи (простые) – это задачи, где нужно просто применить нужную формулу или выразить неизвестную величину из одной формулы.

2.     Графические задачи – задачи с использованием и анализом графика зависимости какой-либо физической величины

3        Неявные задачи – задачи, в которых сразу не видно как можно определить неизвестную величину.

Поскольку физические задачи отличаются друг от друга главным образом по содержанию и дидактическим целям, то их можно еще классифицировать:

1) по содержанию;

2) по способу выражения условия;

3) по основному методу решения.

Вообще, с решением задач по физике связан именно первый вид. Поэтому ему уделяют всегда больше внимания.

По содержанию физические задачи разделяют прежде всего на задачи по механике, молекулярной физике, электродинамике. Такое деление условно, так как часто в условии используются сведения из нескольких разделов физики. Данный вид задач часто применяется на экзаменах по физике.

Далее различают задачи с :

а) абстрактным содержанием (Какую максимальную скорость может развить велосипед движущийся по окружности радиуса r, если коэффициент трения покоя равен k?). такие задачи используются при повторении материала, особенно при подготовки к экзаменам.

б) конкретным содержанием.(Указав конкретное значение r и k получим задачу с конкретным содержанием.

Такие задачи дают связь с действительностью, жизненным опытом учащихся.

Познавательный интерес только тогда имеет прочную основу для своего развития, когда учителю и ученикам будет понятна связь между содержанием учебного материала и его назначением в жизни. Очень важно понимать для чего, зачем мы изучаем те или иные явления природы и насколько велико их значение в развитии цивилизации.

Качественные задачи появились около 200 лет назад. Главная особенность качественной задачи состоит в том, что в ней внимание учащихся акцентируется на объяснении физических явлений, свойств тел, вещества, изучаемых процессов. Цель их не формальное закрепление полученных на уроках знаний и механическое заучивание физических терминов и формул, а разносторонний анализ явлений, законов природы, технических достижений.

 В качественной задаче по физике для разрешения ставится проблема, связанная с качественной стороной физического явления. Решается такая задача или путем логических умозаключений, базирующихся на законах физики, или графически, или экспериментально в условиях лабораторных исследований. Математические действия при решении задачи обычно не применяются. В качественной задаче ставится такой вопрос, ответ на который ученик должен составить сам, синтезируя данные условия задачи и свои знания по физике. Метод решения таких задач можно назвать аналитико-синтетическим методом. Центр тяжести в таких задачах переносится на логическое решение, которое осуществляется на основе применения физических законов, соотношений между физическими величинами, известных фактов.

Все физические задачи, независимо от раздела, можно решить, выполняя определённые шаги, которые назовём «Алгоритм решения задач по физике».

1. Внимательно прочитайте задачу.
2. Запишите в «Дано» все данные и правильно запишите искомую величину.
3. Сделайте перевод единиц в СИ, если это необходимо.
4. Сделайте чертёж  или схему, если это необходимо.
5. Напишите формулу или закон, по которым находится искомая величина.
6. Запишите дополнительные формулы, если это необходимо.      Сделайте математические преобразования.
7. Подставьте цифровые значения в окончательную формулу. Вычислите ответ. Проанализируйте его.
8. Запишите ответ.
9. Похвалите себя.

Алгоритм решения задач очень хорошо помогает отработать навыки применения базовых знаний по конкретным темам и разделам физики. Это является основным инструментом учителя и учащегося при подготовке к итоговой аттестации в форме ОГЭ и ЕГЭ. 

Рассмотрим алгоритмы решения задач по физике по каждой теме курса.

Алгоритм решения задач по физике

1. Внимательно прочти условие задачи.

2. Произведи краткую запись условия задачи с помощью общепринятых буквенных обозначений (СИ).

3. Выполни рисунки или чертежи задачи.

4. Определи, каким методом будет решаться задача.

5. Запиши основные уравнения, описывающие процессы, предложенные задачной системой.

6. Найди решение в общем виде, выразив искомые величины, через заданные.

7. Проверь правильность решения задачи в общем виде, произведя действия с наименованием величин.

8. Произведи вычисления.

9. Произведи оценку реальности полученного решения.

10. Запиши ответ.

Алгоритм решения задач по кинематике

1. Проанализировать условие задачи: определить движение тела и характер этого движения.

2. Записать краткое условие задачи в единицах СИ.

3. Сделать чертёж. Записать кинематические законы движения для тела в векторной форме.

4. Спроецировать векторные величины на оси х и у.

5. Вывести формулу для расчёта искомой величины.

6. Вычислить значение искомой величины.

7. Проконтролировать размерность и ответ.

Алгоритм решения задач по динамике

1. Проанализировать условие задачи: выяснить характер движения.

2. Записать краткое условие задачи в единицах СИ.

3. Сделать чертеж с указанием все сил, действующих на тело, векторы ускорений и системы координат.

4. Записать уравнение второго закона Ньютона в векторной форме.

5. Записать уравнение второго закона Ньютона в проекциях на оси координат с учетом направления осей координат и векторов.

6. Вывести формулу для расчёта искомой величины.

7. Вычислить значение искомой величины.

8. Проконтролировать размерность и ответ.

Алгоритм решения задач на закон сохранения и превращения энергии

1. Проанализировать условие задачи: проверить систему взаимодействующих тел на замкнутость.

2. Записать краткое условие задачи в единицах СИ.

3.Сделать чертёж с указанием положения системы для различных моментов времени.

4. Записать формулы для определения полной механической энергии в начальный и конечный момент времени.

5. Вывести формулу для расчёта искомой величины.

6. Вычислить значение искомой величины.

7. Проконтролировать размерность и ответ.

Алгоритм решения задач на применение закона сохранения импульса.

1. Проанализировать условие задачи: проверить систему взаимодействующих тел на замкнутость.

2. Записать краткое условие задачи в единицах СИ.

3. Изобразить на чертеже векторы импульсов тел системы до и после взаимодействия.

4. Записать закон сохранения импульса в векторной форме.

5. Спроецировать векторные величины на оси х и у; записать закон сохранения импульса в скалярной форме.

6. Вывести формулу для расчёта искомой величины.

7. Вычислить значение искомой величины.

8. Проконтролировать размерность и ответ.

Алгоритм решения задач на «Газовые законы»

1. Проанализировать условие задачи: выяснить, сколько состояний газа рассматривается в задаче.

2. Записать краткое условие задачи в единицах СИ.

3. Записать параметры p,V и T, характеризующие каждое состояние газа. Определить какой процесс произошёл.

4. Записать уравнение закон Клапейрона - Менделеева для данных состояний.

5. Вывести формулу для расчёта искомой величины.

6. Вычислить значение искомой величины.

7. Проконтролировать размерность и ответ.

Алгоритм решения задач на «Основы термодинамики»

1. Проанализировать условие задачи: проверить систему тел на замкнутость; определить, какие тела участвуют в теплообмене.

 2. Записать краткое условие задачи в единицах СИ.

3. Определить для каждого тела, какие процессы с ним происходят при теплообмене.

4. Записать для каждого процесса формулу для вычисления количества теплоты, выделенной или поглощённой.

5. Составить уравнение теплового баланса.

6. Вывести формулу для расчёта искомой величины.

7. Вычислить значение искомой величины.

8. Проконтролировать размерность и ответ.

Алгоритм решения задач на тему «Электростатика»

1. Проанализировать условие задачи: выяснить, какая система зарядов создаёт электростатическое поле.

2. Записать краткое условие задачи в единицах СИ.

3. Сделать чертёж; определить направление векторов напряжённости, которые создаются в данной точке, каждым из зарядов.

4. Рассчитать модули векторов напряжённости.

5. Вывести формулу для расчёта искомой величины, используя принцип суперпозиции для напряжённости.

6. Вычислить значение искомой величины.

7. Проконтролировать размерность и ответ.

Значение качественных задач трудно переоценить. Они способствуют углублению и закреплению теоретических знаний учащихся. Приближая изучаемую теорию к окружающей жизни, они усиливают интерес к предмету, способствует развитию наблюдательности.

Метод решения этих задач, заключающийся в построении логических умозаключений, основанных на физических законах, служит прекрасной школой мышления, вырабатывает четкое понимание сущности физических явлений и их закономерностей, учит учащихся применять знания на практике. Эти задачи прививают любознательность, желание узнать, почему так происходит, умение ставить проблему и, что не менее важно решать ее. В последние годы количество качественных задач в материалах ОГЭ и ЕГЭ повышается.

Общие методические задачи при решении качественных задач сводятся к следующему:

1.     Знакомство с условием задачи;

2.     Осознания условия задачи;

3.     Составление плана решения задачи;

4.     Осуществления плана решения задачи;

5.     Получение и проверка ответа.

Успехов всем в освоении физических задач!

            

Ссылки на используемые ресурсы:

1.    Алгоритм решения задач по физике - http://www.tutoronline.ru/blog/algoritm-reshenija-zadach-po-fizike

2.     ЕГЭ - http://4ege.ru/fizika/51877-algoritm-resheniya-zadach-po-fizike.html

3.     Качественные задачи в курсе физики - http://nsportal.ru/shkola/fizika/library/2013/11/03/kachestvennye-zadachi-v-kurse-fiziki

4.     Решение задач и физический эксперимент в школьном курсе физики - http://portal.snauka.ru/2013/03/863

5.     Физика – наука о природе - http://www.all-fizika.com/article/index.php?id_article=656