Методы решения задач по физике

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
“Ульяновский государственный педагогический университет
имени И. Н. Ульянова”

МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ

методические рекомендации

Составители:
Путова М. С.,

Алтунин К. К.

Ульяновск

2018

УДК 536.71 Печатается по решению

ББК 74.262.22 редакционно-издательского совета

А 52 ФГБОУ ВО “УлГПУ имени И.Н. Ульянова”

Методы решения задач по физике : методические рекомендации. / Составители: Путова Ю. С., Алтунин К. К. — Ульяновск: Изд. УлГПУ, 2018. — 32 с.

Издание содержит описание методов решения задач по физике. Методические рекомендации предназначены для школьников 9-10 классов и студентов вузов, изучающих курсы по методике преподавания физике и методике решения задач по физике. Методические указания составлены в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом по направлению подготовки 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки).

6+

УДК 536.71

ББК 74.262.22

А 52

© Путова Ю. С., Алтунин К. К., 2018

© Ульяновский государственный педагогический

университет имени И. Н. Ульянова, 2018

Усвоение теоретического материала по физике осуществляется полнее и прочнее в процессе решения задач, так как в ходе разрешения задачных ситуаций те или иные теоретические знания становятся насущной необходимостью. При этом раскрывается с разных сторон практическая значимость физических знаний, и устанавливаются границы применимости физических теорий.

В этой связи, главная цель, поставленная в данной работе, состоит в том, чтобы как можно полнее показать пути использования и способы применения на практике теоретического материала из разделов физики.

Решение задач по физике - необходимый элемент учебной работы. Задачи дают материал для упражнений, требующих применения физических закономерностей к явлениям, протекающим в тех или иных конкретных условиях. Поэтому они имеют большое значение для конкретизации знаний учащихся, для привития или умения видеть различные конкретные проявления общих законов. Без такой конкретизации знания остаются книжными, не имеющими практической ценности. Решение задач способствует более глубокому и прочному условию физических законов, развитию логического мышления, сообразительности, инициативы, воли к настойчивости в достижения поставленной цели, вызывает интерес к физике, помогает навыков самостоятельной работы и служит незаменимым средством для развития самостоятельности суждения. Решение задач - это один из методов познания взаимосвязи законов природы.

Решение задач на уроке иногда позволяет ввести новые понятия и формулы, выяснить изучаемые закономерности, подойти к изложению нового материала. Содержание физических задач расширяет круг знаний учащихся о явлениях природы и техники. В процессе решения задач ученики непосредственно сталкиваются с необходимостью применить полученные знания по физике в жизни, глубже осознают связь теории с практикой. Решение задач - одно из важных средств повторения, закрепления и проверки знаний учащихся.

Решение задач по физике в основной школе - необходимый элемент учебной работы. Задачи дают материал для упражнений, требующих применения физических закономерностей к явлениям, протекающим в тех или иных конкретных условиях. Поэтому они имеют большое значение для конкретизации знаний учащихся, для привития или умения видеть различные конкретные проявления общих законов. Без такой конкретизации знания остаются книжными, не имеющими практической ценности. Решение задач способствует более глубокому и прочному условию физических законов, развитию логического мышления, сообразительности, инициативы, воли к настойчивости в достижения поставленной цели, вызывает интерес к физике, помогает навыков самостоятельной работы и служит незаменимым средством для развития самостоятельности суждения. Решение задач - это один из методов познания взаимосвязи законов природы.

Одной из основных задач физической науки: умение измерять физические величины и применять эти измерения в качестве данных для решения задач по физике. Важная сторона овладения знаниями основ науки физика, является одним из компонентов обучения физики, успешно реализует основной дидактический принцип единства обучения, воспитания и развития.

При решении задач овладения различными приемами измерения физических величин происходит уточнение и закрепление физических понятий о веществах и процессах и явлениях, вырабатываются умения и навыки по использованию имеющихся знаний. Побуждая учеников повторять изученный материал, углублять и осмысливать его, физические задачи формируют систему конкретных представлений. Задачи, включающие определенные ситуации, становятся стимулом самостоятельной работы учащихся над учебным материалом.

Являясь одним из звеньев в прочном, глубоком усвоении учебного материала, способствует происхождению в действии формирования законов, теорий и понятий, запоминания правил, формул, составления условий задачи и следственных выводов при определении способа решения задачи.

Решение задач по определению способа измерения конкретной физической величины способствует воспитанию целеустремленности, развитию чувства ответственности, упорства и настойчивости в достижении цели. В процессе решения используется межпредметная информация, что формирует понятие о единстве природы.

В ходе нахождения путей и способов измерений идет сложная мыслительная деятельность, которая определяет как содержательную сторону мышления (знание), так и действенную (операции действия). Теснейшее взаимодействие знаний и действий способствует формированию приемов мышления: суждений, умозаключений, доказательств.

Система общих методов решения физических задач объединяет следующие методы:

1) метод анализа физической ситуации задачи;

2) метод применения физического закона;

3) систему обще-частных методов;

4) метод упрощения и усложнения, метод оценки;

5) метод анализа решения;

6) метод постановки задачи.

Среди общечастных методов выделены кинематический, динамический, законов сохранения, расчета физических полей, дифференцирования и интегрирования.

Метод анализа физической ситуации сводится к выделению и анализу физического явления (явлений) описанных в задаче.

В основе метода упрощения и усложнения лежат два взаимосвязанных и противоположных процесса: процесс упрощения (идеализация, оценка и отбрасывание второстепенных явлений, пренебрежение несущественными деталями) и процесс усложнения (учёт и рассмотрение ранее отброшенных деталей, объектов, явлений).

Одним из наиболее серьезных препятствий по решению задач по физике студентами является неумение использовать метод дифференцирования и интегрирования. Среди главных причин проблемы с математикой (неумение дифференцировать и интегрировать, а иногда при наличии этих умений трудности с их применением при решении конкретных физических задач) можно отметить и непонимание сути самого метода.

В основе метода дифференцирования и интегрирования лежат два принципа: принцип возможности представления закона в дифференциальной форме и принцип суперпозиции (если величины входящие в закон, аддитивны). Большое значение при использовании этого метода имеет знание и понимание границ применимости физических законов.

Задачи по физике можно классифицировать по различным признакам:

1) по содержанию (абстрактные и конкретные, с производственным и историческим содержанием, занимательные);

2) по дидактической цели (тренировочные, контрольные, творческие);

3) по способу задания условия (текстовые, графические, задачи-опыты, задачи-рисунки);

4) по трудности и сложности;

5) по характеру и методу исследования (количественные, качественные, экспериментальные).

Можно предложить следующую классификацию физических задач:

1) задачи на основные понятия и положения физики;

2) задачи на стандартные ситуации раздела;

3) задачи на сложные объекты и явления раздела;

4) задачи на стандартные ситуации различных разделов физики.

Физические задачи классифицируют также по их принадлежности к тому или иному разделу физики, отдельной теме (задачи на: относительность движения, кинематику, динамику равномерного движения по окружности, законы сохранения в механике, движение заряженных частиц в магнитном поле и пр.).

Поскольку в физике различают два способа познания - экспериментальный и теоретический, задачи разделяют на экспериментальные и теоретические. Экспериментальной называют задачу, если для её решения необходимо провести эксперимент, выполнить измерения. В теоретической задаче приведены известные физические величины, характеризующие описываемое явление. При её решении не нужно производить измерений.

Элементарная задача - это задача, для решения которой, необходимо и достаточно верно использовать один соответствующий физический закон.

Стандартная задача - это задача, для решения которой необходимо и достаточно привлечь систему «обычных» знаний и «стандартных» методов и приёмов.

Нестандартная задача - задача, в процессе решения которой применение «обычных» законов и методов недостаточно: система уравнений получается незамкнутой.

Оригинальной (олимпиадной) называют нестандартную задачу, при решении которой догадка является определяющей по сравнению с обычными знаниями и методами.

Задачи-вопросы - задачи, при решении которых требуется объяснить то или иное физическое явление или предсказать, как оно будет протекать при данных условиях; в содержании этих задач отсутствуют числовые данные. Термин «качественные» не точен, поскольку некоторые качественные характеристики явления находят свое объяснение в соответствующих количественных соотношениях. Но этот термин подчеркивает главную особенность задач такого типа - внимание обучающихся в них акцентируется на качественной стороне рассматриваемого явления.

Графические задачи - задачи, в процессе решения которых используют графики. По роли графиков в решении задач их можно подразделить на два вида:

1) задачи, ответ на вопрос которых может быть найден в результате построения графика;

2) задачи, ответ на вопрос которых может быть найден с помощью анализа графика.

Виды задач:

1) исследование углов наклона графиков;

2) определение значения физической величины по площади ограниченной графиками;

3) вычисление по графику или семейству графиков третьей величины. Графические задачи позволяют наиболее наглядно и доходчиво выражать функциональные зависимости между величинами, характеризующими процессы, протекающие в природе и технике. Иногда только с помощью графиков могут быть представлены процессы, которые лишь на более поздних стадиях обучения физике можно выразить аналитически (например, работа переменной силы). Графический метод используется в обучении физике не только для решения задач, но и для формирования и анализа изучаемых физических понятий (путём раскрытия их связи с другими понятиями), обобщения, систематизации знаний и т. д. При этом у обучающихся развиваются важные операции мышления (анализ, синтез, обобщение и т.д.), и качества (сообразительность, внимание и т. д.), что, безусловно, способствует пониманию изучаемого материала и является его неотъемлемой составляющей.

Одной из остро стоящих в настоящее время проблем в практике обучения физике является развитие экспериментальных умений и навыков. Помимо лабораторных работ экспериментальные умения и навыки формируются в процессе решения экспериментальных задач.

Экспериментальные задачи - это задачи, при решении которых с той или иной целью используется эксперимент. Методика решения экспериментальных задач зависит от роли эксперимента в их решении. Если в задаче содержатся все данные, необходимые для её решения, и надо только проверить ответ с помощью опыта, то ее решение и оформление производится так же, как решение и оформление текстовой задачи. Решение экспериментальных задач, в которых данные получаются в результате опыта, состоит из следующих элементов: постановки задачи, анализа условия, измерений, расчёта результата, опытной проверки результата. Подготовка эксперимента и проведение измерений в этом случае приобретают принципиальное значение, так как на их основе определяются все величины, необходимые для решения задачи. Можно выделить две наиболее распространенные группы учебных экспериментальных задач. При решении этих задач проявляется особая активность и самостоятельность. Преимущество экспериментальных задач перед текстовыми заключается ещё и в том, что первые не могут быть решены формально, без достаточного осмысления физического процесса.

Комбинированные задачи - это задачи, которые требуют для решения применения многих закономерностей, устанавливаемых в разных темах и разделах физики. Они могут использоваться для углубления знаний учащихся (студентов), расширения их представлений о взаимосвязях физических явлений, для тематической проверки знаний и умений, понимания изученного материала.

Можно выделить три этапа решения поставленной задачи: физический, математический, и анализ решения.

Физический этап начинается с изучения условия задачи и заканчивается составлением системы уравнений, которая содержит искомые величины. Данная система должна содержать необходимое и достаточное количество уравнений для выражения искомой величины через известные величины.

Математический этап начинается решением этой системы уравнений путем подстановки в уравнения числовых значений физических величин и заканчивается получением числового ответа. Этот этап можно разделить на:

а) получение решения в общем виде,

б) нахождение числового ответа задачи.

После получения решения в общем виде и числового ответа проводят проверку правильности решения (этап анализа решения). Проверку решения проводят следующими способами:

а) соответствие размерностей;

б) соответствие полученного числового ответа физически возможным значением искомой величины;

в) При получении многозначного ответа соответствие полученных ответов условиям задачи.

Рассмотрим подборку задач для контрольных работ в основной школе по механике и систематизируем их по данным принципам.

• По способу решения

Задача 1. При каком условии летчик реактивного истребителя может рассмотреть пролетающий недалеко от него артиллерийский снаряд?

Решение. Если скорость летчика и артиллерийского снаряда одинакова, и они летят в одном направлении.

Задача 2. Вес груза G =100 Н, угол наклона поверхности указан на рисунке.

Решение. Определив направление реакций, можно решить эту задачу графическим методом, построив силовой треугольник, который будет замкнутым, поскольку векторная сумма сил равна нулю (равновесие груза).

Для построения векторной цепочки (в нашем случае – треугольник) откладываем силу тяжести груза G в определенном масштабе (поскольку нам известны и направление, и величина этой силы).

Для реакций мы знаем лишь их направление (величина сил неизвестна). От концов вектора силы G откладываем отрезки прямых, параллельные реакциям, и точка пересечения этих прямых позволит нам получить искомый треугольник сил. Теперь можно определить величину любой из реакций, измерив её длину на чертеже линейкой и умножив на масштаб чертежа, который задает сила G. Порядок построений показан на рисунке.

Задача 3. Какую силу тяги прилагала лошадь каждый раз, перевозя кирпич от церкви до дома Кирилла и Анатолия, если она совершила работу 720 кДж, подъезжая к дому за 0,5 часа? Подвода с кирпичом тряслась по дороге со скоростью 3,6 км/ч.

Решение. Данная задача решается расчетным методом. На первом шаге следует записать дано, если требуется, то перевести величины в систему СИ. Далее следует выяснить и записать, что нужно найти в задаче и непосредственно решение.

1) Запишем основную формулу для нахождения работы А= F·s выражаем неизвестную нам величину - силу F=_

2) В условии задачи не сказано с каким ускорением лошадь перевозила груз и нет пометки на движение(переменное). В таком случае считают, что лошадь двигалась равномерно. Используем формулу для равномерного движения _

3) На заключительном шаге в формулу для нахождения силы подставляем формулу расстояния F=_ и уже в готовую формулу подставляем величины

F=_= 400 Н

Задача 4. На концах равноплечного рычага подвешены два тела равной массы, но разного объема. Сохранится ли равновесие, если тела опустить в воду?

Решение: В беседе выясняют, что при погружении тела в воду на него будет действовать выталкивающая сила. Ее величина пропорциональна объему тела и плотности жидкости. На меньшее по объему тело будет действовать меньшая выталкивающая сила. Поэтому в воде перетянет тело меньшего размера. Ответ проверяют опытом.

Задача 5. Рассчитайте, под каким углом должен выстрелить танк, чтобы попасть по вагону. Каким импульсом должен обладать снаряд, чтобы остановить вагон?

Решение: Учитель сам дает ребятам начальные данные или же ученик может их придумать дома. Например,

Коэффициент трения=0,5

Масса снаряда 1 кг, Х снаряда 3,809 м, У снаряда 5,492 м.

Масса вагона 500 кг, Х вагона 25,159 м , скорость вагона 1,168 м/с.

Найти: угол обстрела, начальную скорость.

• По типу задач

Задача 1. Через какой промежуток времени автомобиль, двигаясь с ускорением 4 м/_ , увеличит скорость с 10 до 20 м/с?

Решение:

1) Задача явная, так как она относится к 1 разделу физики – кинематики.

2) Анализ формул из этого раздела, которые следует точно знать. У нас их всего 4: _,S= _

3) Проанализировав дано и формулы, можно сделать вывод, что задача базовая, в которой достаточно применить формулу : _ так как в ней все известно кроме t.

4) Выражаем t = ( _ )/a = (20 м/с - 10 м/с)/ 4 м/_ = 2.5 с.

Задача 2. Из орудия массой 450 кг вылетает снаряд массой 5 кг в горизонтальном положении со скоростью 450 м/с. На какое расстояние после выстрела откатится орудие, если оно останавливается через 0,2 с.

Решение:

1) Записываем начальные условия _=450 кг, _=5 кг,_=450 м/с, t=0,2 c.

2) Проанализировав задачу, записываем основные формулы, которые потребуются для её решения. Согласно закону сохранения импульса

_+_=0.

Выражаем неизвестную величину

_=_,

путь найдем из уравнения для пути

_

a=- _

(ускорение отрицательно так как υ (конечная)=0, пушка остановилась).

В нашем случае _=_, тогда

_

соответственно

S=_

S=_

3) Подставляем значения S=(0,2с*5кг*450м/с)/2*450кг=0,5 м.

• По виду задач.

Задача 1. Велосипедист ехал со скоростью 5 м/с и резко затормозил, пройдя путь до остановки 5 метров. Определить ускорение велосипедиста?

Решение:

1) Записываем дано и что требуется найти.

Задача базовая, так как она относится только к одному разделу физики – кинематики.

2) Анализ формул из этого раздела, которые нужно

точно знать, их всего 4: _,S= _

3) Проанализировав дано и формулы, можно сделать вывод, что

задача явная, в ней достаточно применить формулу S= _ ,

так как в ней все известно кроме а.

4) Выражаем а= _ = (0 м/_ - 25 м/_)/10 м = - 2.5 м/_

Ускорение получилось отрицательным – это нормально, так как велосипедист тормозит, т.е движение равнозамедленное.

Задача 2. По графику зависимости скорости от времени (в системе

СИ) определить перемещение тела за 8 секунд?

Решение:

1) Дан график зависимости V(t) ,значит, это графическая задача.

В задачах данного типа сначала нужно

проанализировать график и извлечь из него известные данные.

2) На графике все отложено в системе СИ. Поэтому можно узнать начальную скорость _ = 2 м/с. Причем далее в течении 3с скорость увеличивается, значит, движение равноускоренное, а затем с 3с до 8с скорость уменьшается до 0. Значит на этом промежутке движение равнозамедленное.

3) Соответственно для 1 промежутка от 0 до 3 с можно применять любую формулу для перемещения при равноускоренном движении. На этом участке у нас также известна конечная скорость υ = 6 м/с , значит лучше брать формулу S = _ =(6м/с+2м/с)*3с/2 = 12 м.

4) На 2 промежутке от 3с до 8с тоже лучше брать формулу S = _ . Так как на этом участке _ = 6м/с, _ = 0 м/с, то получаем

S =(0м/с+6м/с)*5с/2 = 15м

5) Итого, итоговое перемещение S = 12м+15м = 27м.

Задача 3. Мальчик бросил с балкона, находящегося на высоте 10 м мяч. Известно, что мяч упал на землю на расстоянии 6м от балкона. Определить начальную скорость мяча, если он был брошен горизонтально.

Решение:

1) Дано: высота h=10м, дальность полета S=6м

2) Задача базовая – из раздела «Движение под углом к

горизонту».

3)В данной задаче для наглядности делаем рисунок

4) Это задача относится к виду неявных задач, так как в теме «Движение под углом к горизонту» нет конкретной формулы для _. В таких задачах следует записать либо формулу физического закона, который работает в данной задаче, либо проанализировать «дано» и записать для начала формулы для тех величин, которые даны в «дано».

5) Итак, есть высота: это движение по ОY вниз – значит движение равноускоренное. Тогда можно записать

h =_ ,_=0. Так как начальная скорость перпендикулярна OY.

Значит h = _ .Из этой формулы сразу можно найти время

t = 2h / g = 1.4 с

6) Осталась еще одно данное – это дальность полета S = _t,

_ = _ ,так как скорость направлена горизонтально, т.е.

совпадает по направлению с ОХ. Тогда _ = _= 6м/1.4с = 4.3 м/с.

• По содержанию

Задача 1. Какую силу нужно приложить, чтобы поднять по наклонной плоскости тело массой m с ускорением а , если угол наклона плоскости к горизонту α? Коэффициент трения μ .

Если же в задаче будет указано, под каким углом к горизонту наклонена плоскость, что за тело, с каким ускорением оно поднимается по ней, то это будет уже физическая задача с конкретным содержанием.

Задача 2. Какую силу нужно приложить, чтобы поднять по наклонной плоскости тело массой 7кг с ускорением 2,4м\_, если угол наклона плоскости к горизонту 15°? Коэффициент трения 0,3.

Решение:

1) Сделаем рисунок

2) Запишем второй закон Ньютона равнодействующих сил_.

3) По рисунку вместо F записываем векторную сумму всех сил действующих на тело _.

4) Проецируем это уравнение на оси координат

Ox: _

Oy: _

Из первого уравнения _

Сила трения _ μN

Из второго уравнения N=_

5) Подставляем и получаем выражение:

6) Производим численные расчеты:
_=54,5 Н.

• По виду учебной деятельности

Продуктивные задания представляют собой задания, ориентированные на логическое мышление, ход выполнения которых не описан в учебнике, имеются лишь подсказки. Репродуктивные задания – это учебные задания, которые выполняются с помощью изученных ранее закономерностей (правил, законов). Репродуктивные задания нацелены лишь на предметные результаты, а продуктивные еще и на метапредметные.

Задача 1. Что произойдет с двумя одинаковыми по объему шариками, если один накачать водородом, а другой кислородом?

Решение: Плотность воздуха больше плотности водорода и меньше плотности кислорода. Можно сделать вывод, что шар, наполненный водородом начнет, подниматься вверх, а шар, наполненный кислородом, опускаться вниз.

Задача 2. Какое количество теплоты необходимо, чтобы расплавить ледяную глыбу массой 12,5т при температуре плавления? Удельная теплота плавления льда 332кДж/кг.

Решение :

1) Краткая запись условия задачи.

2) Перевод данных в систему СИ: 12,5т=12500кг, 332кДж/кг=332000Дж/кг.

3) Анализ вопроса задачи и запись формулы, в которую входит искомая величина, то есть количество теплоты _.

4) В данную формулу подставляем численные значения _12500кг·332000Дж/кг =4150000000Дж=415·_ Дж.

• По степени сложности

Задача 1. Во сколько раз средняя квадратичная скорость молекул воздуха при температуре 303 К больше, чем при температуре 243 К?

Решение:

1) Следует заметить, что воздух — это смесь газов, состоящая из азота, кислорода, углекислого и других газов. Поэтому говорить «молекула воздуха» можно только лишь в случае, если условно (в качестве модели) рассматривать воздух как однородный газ, имеющий молярную массу 0,029 кг/моль.

2) Исходя из вопроса задачи запишем формулу для нахождения средней квадратичной скорости молекул газа:

3) Тогда отношение скоростей при различных температурах будет равно:

4) Некоторые элементы взаимно уничтожатся. В результате получим соотношение вида:_.

5) Подставляем значения в выражение: _=1,12

Задача 2. В 1 _ объема при давлении 20 кПа находятся 5·_ атомов гелия (молярная масса гелия M=0,004 кг/моль). Чему равна средняя квадратичная скорость атомов гелия при этих условиях?

Решение:

1) Запишем основное уравнение МКТ:

_ (1)
2) В этом уравнении неизвестны две величины: масса одной молекулы _ и концентрация молекул n. Первую можно найти, если молярную массу M поделить на число Авогадро _=6,023·_{ }:

_=_ (2)
3) Концентрацию найдем, как отношение числа молекул N к объёму газа V:

n=_. (3)
4) Подставим выражения (2) и (3) в формулу (1), получим:_.

5) Откуда средняя квадратичная скорость _ равна:

.

6) Произведем вычисление ответа:

_=425 м/с.

Задача 3. Некоторая установка, развивающая мощность 30 кВт, охлаждается проточной водой, текущей по спиральной трубке сечением 1 см². При установившемся режиме проточная вода нагревается на ∆t=15°C. Определите скорость течения воды, предполагая, что вся энергия, выделяющаяся при работе установки, идет на нагревание воды.

Решение: В соответствии с законом сохранения и превращения энергии

где Е – энергия, выделившаяся при работе установки; Q- энергия, израсходованная на нагревание воды. Но

где τ- время работы установки, а

m- масса воды. Подставив выражения (2) и (3) в (1), получим  

При движении воды со скоростью υ по трубкам с сечением S за время τ проходит вода массой

Подставив выражение (5) в формулу (4), получим:  Р= с ρSυ∆ t.

Отсюда, υ =_≈0,47м/с.

• По способу выражения условия задачи

Задача 1. В блюдце налит мед слоем 1 см. Определить давление меда на дно блюдца.

Решение:

1) Записываем, что дано и переводим в систему СИ: 1 см = 0,01 м

2) Записываем формулу для нахождения давления жидкостей _, P - оказываемое давление (Па), _ - плотность жидкости (кг/м³), _ - ускорение свободного падения (_ = 9,8 м/с²), h - высота (м), плотность мёда равна примерно 1500 кг/м³.

3) Подставляем численные данные и находим давление

_=147 Па.

Задача 2. На рисунке приведены графики зависимости пути S от времени t для автомобиля А и мотоцикла М, которые выехали из города в одном направлении по прямой дороге. Анализируя графики, ответьте на вопросы.

а) Одновременно ли стартовали машины?

б) Через какое время после мотоцикла выехал из города автомобиль?

в) На каком расстоянии от города произошла встреча автомобиля и мотоцикла?

г) Через какое время после начала движения мотоцикла его догнал автомобиль?

д) Через какое время после начала движения автомобиль догнал мотоцикл?

Решение:

а) Нет, не одновременно, мотоциклист стартовал раньше на 1 час.

б) Через 1 час после мотоцикла выехал из города автомобиль.

в) На расстоянии в 90 км произошла встреча автомобиля и мотоцикла.

г) Через 2 часа после начала движения мотоцикла его догнал автомобиль.

д) Через 1 час после начала движения автомобиль догнал мотоцикл.

Задача 3. На какую глубину в водоеме надо погрузить детский резиновый мячик, чтобы он начал тонуть?

Решение:

При постоянной температуре: _, где: _ ≈_ — объем мячика,

p ≈ ρgh + _ - давление на глубине h.

Масса резинового мячика: m ≈ _.

Предельное условие равновесия: mg ≈ ρg(_ + V).

Тогда: h ≈_=_

Пусть:

_ ≈ 1,5×_ Па,

g ≈ 10 м/с2,

ρ ≈ _ кг/м3,

ρ_р ≈ 2×_ кг/м3,

m ≈ 0,5 кг,

R ≈ 0,1 м.

Тогда h ≈ 240 м.

На самом деле, плотность резины близка к плотности воды. На такой глубине она несколько увеличится, так как ее модуль Юнга мал.

Задача 4. На снег положили три куска ткани разного цвета. Под действием солнца снег начал таять. Ткани: белая, черная и зеленая. Где лежит зеленая ткань?

Решение: Зеленая ткань лежит под цифрой 3. От темных поверхностей свет отражается хуже, нежели от светлых. От белой ткани (1) большая часть света отразится и снег под белой тканью будет таять очень медленно. Ткань черного цвета (2) отразит малый пучок света и большая часть пройдет через ткань и растопит снег, зеленый кусок ткани темнее чем белый и светлее чем черный. Отсюда, можно сделать вывод, что зеленая ткань под номером 3.

Задача 5. Определить плотность камня. Оборудование: камень, динамометр, нить, измерительный сосуд с водой.

Решение: Определим вес камня Р при помощи динамометра. Подвешенный к динамометру камень погрузим в воду и также отметим показание динамометра Р₁ , определяющего вес камня в воде. Согласно закону Архимеда Р₁=Р-ρ·g·V, где ρ-плотность воды, V-объем камня, g-ускорение свободного падения. Отсюда, V=_, тогда плотность камня _.

• По требованию

Задача 1. Если камень, брошенный под углом 30° к горизонту, находился в полете 2 с, то с какой скоростью он упал на землю?

Решение: Если камень был в полете 2 с, то в силу симметрии 1 с он летел до максимальной точки подъема и 1 с падал вниз (сопротивлением воздуха мы пренебрегаем). В максимальной точке подъема камень имеет только горизонтальную составляющую υ_х скорости υ. Свободно падая с максимальной высоты подъема, за 1 с камень приобретет вертикальную скорость υ_y, равную: υ_y = g·t. Скорость бросания равна скорости падения тела, которая связана с вертикальной составляющей в момент падения: υ =_ =_. Искомая скорость равна υ = 20 м/с.

Задача 2. Докажите, что выталкивающие силы, действующие на один и тот же деревянный брусок, плавающий сначала в воде, а потом в керосине, одинаковы.

Решение: Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна весу вытесненной им жидкости (закон Архимеда). Брусок в обеих жидкостях плавает. Тело плавает, если вес тела равен весу вытесненной им жидкости. Так как в обеих жидкостях один и тот же брусок плавает, то он вытеснит одинаковые по весу количества жидкостей, следовательно, выталкивающие силы в них будут одинаковыми.

Задача 3. Сконструируйте прибор, который предназначен для наблюдения расширения воздуха и жидкости при нагревании.

Решение:

Оборудование: обыкновенная бутылка, резиновая пробка, стеклянная трубка, наружный диаметр которой 5-6 мм и дрель.

В пробке проделать дрелью такое отверстие, чтобы трубка плотно входила в него. Далее наливаем в бутылку подкрашенную воду, чтобы удобнее было наблюдать. Наносим на горлышко шкалу. Затем вставим пробку в бутылку так, чтобы трубка в бутылке находилась ниже уровня воды. Прибор к опыту готов. Для демонстрации прибора необходимо обхватить горлышко бутылки рукой и подождать некоторое время. Мы увидим, что вода начинает подниматься по трубке. Происходит это потому, что рука нагревает воздух, находящийся в бутылке. От нагревания воздух расширяется, давит на воду и вытесняет её. Опыт можно проделать с различным количеством воды, и вы убедитесь, что уровень подъема будет разный. Если бутылка будет полностью заполнена водой, то можно уже наблюдать расширение воды при нагревании. Чтобы убедиться в этом, нужно бутылку опустить в сосуд с горячей водой.

Внеклассное мероприятие по физике «Физический брейн–ринг»

Целевая аудитория 9-10 классы

Цель: Обобщение физических знаний, стимулирование к предмету и потребности расширения физического кругозора обучающихся посредством игры

Задачи:

Образовательные: Обобщить и систематизировать ранее изученный материал, применить имеющиеся у школьников знания–информации и знания-умения по физике, а так же их жизненный опыт для решения задач, активизировать познавательную деятельность обучающихся.

Развивающие: продолжить развитие творческих способностей, логического мышления, памяти, воображения, внимания, эмоции.

Воспитательные: продолжить воспитание ответственности, активности, чувства коллективизма, умение использовать свой интеллект, волю эмоции

Форма: интеллектуальные состязания

Правила: игра проводится среди 2 или более команд, состоящих из 6-10 человек. Команды рассаживаются за отдельные столы (по числу команд). Выбирается капитан каждой команды. За шумное обсуждение и нарушение порядка ведущий (он же судья) имеет право снять по 1 баллу за каждое нарушение. Подсчет очков производится суммированием баллов в активе каждой из команд. Побеждает команда, набравшая большее количество баллов.

План

1 Организационный момент

2.Соревнование команд

1. Ребусы

2. Пентагон

3. Обгоним на задаче

4. Объяснение опыта

5. Что? Где? Когда?

6. Физический эксперимент

3.Подведение итогов

Содержание мероприятия

1 Раунд « Ребусы»

(Анод)

2. (ток)

3.( Радар)

4. (Архимед)

5. (Сила)

6. (Масса)

7. (Вакуум)

8.

(Маятник)

9. (Вольт)

1. Раунд «Пентагон»

Вопросы второго раунда приносят командам от 1 до 5 баллов в зависимости от количества использованных подсказок. Ответ после первой подсказки оценивается в 5 баллов, после второй – в 4 балла и т.д.

1.Назовите явление

• Объяснению этого явления посвящен один из трех законов классической механики.

• В переводе на русский язык - это бездеятельность.

• Мячик, выброшенный из рук горизонтально, сразу не падает вниз, а летит вперед по: причине этого явления.

• Явление изучено было еще до Ньютона Галилеем.

• Ньютон писал: "Врожденная сила материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой всякое тело, поскольку оно предоставлено само себе, удерживает свое состояние покоя или прямолинейного и равномерного движения".

Ответ: инерция

2. Назовите предмет

• Сначала он плавал, потом стал и летать.

• Он многим будучи их проводником, спас жизнь.

• Он не любит большую жару и сильную тряску.

• Он всегда целенаправлен.

• Он безразличен к драгоценным металлам и алмазам, но волнуется при взаимодействии с железом.

Ответ: компас.

3. . Этот вопрос – об уникальном путешественнике. Кто он?

1. Претендентов на это путешествие было около 3 тысяч, однако выбор пал на него.

2. Это кругосветное путешествие он совершил в одиночку.

3. Сын крестьянина, ученик ремесленного училища, рабочий, студент, курсант аэроклуба…

4. Совершенное им прославило человеческий разум, его и его Родину.

5. Ему принадлежит историческая фраза, сказанная перед началом дороги: “Поехали!”

Ответ: Ю.А. Гагарин.

4. Это физическое тело, с которым вы знакомы все, что это за тело?

1. С помощью этого тела можно продемонстрировать закон паскаля и упругость газов.

2. Его можно использовать в науке для исследования некоторых физических явлений.

3. С ним дружат некоторые спортсмены.

4. Оно имеет наименьшую площадь поверхности из всех геометрических фигур того же объема.

5. По нему плакала Таня.

Ответ: мяч.

3 Раунд .«Обгоним на задаче»

Задача №1

В алюминиевый бак массой 2 кг налита вода массой 10 кг. Какое количество теплоты требуется для нагревания бака с водой от 20°С до 100°С? (Удельная теплоёмкость алюминия – 920 Дж/кг°С, удельная теплоёмкость воды– 4200 Дж/кг°С)

Задача №2 .Маятник совершает 180 колебаний за 72 секунды. Определите период и частоту колебаний маятника.

4 Раунд «Объяснение опыта»

«Несгораемая бумага»

Оборудование: металлический стержень, полоска бумаги, спички, свеча (спиртовка)

Проведение: Стержень плотно обернем полоской бумаги и внесем в пламя свечи или спиртовки. Почему бумага не горит?

Объяснение: Железо, обладая хорошей теплопроводностью, отводит тепло от бумаги, поэтому она не загорается.

«Тяжелая газета»

Оборудование: рейка длиной 50-70 см, газета, метр.

Проведение: Положим на стол рейку, на нее полностью развернутую газету. Если медленно оказывать давление на свешивающийся конец линейки, то он опускается, а противоположный поднимается вместе с газетой. Если же резко ударить по концу рейки метром или молотком, то она ломается, причем противоположный конец с газетой даже не поднимается. Как это объяснить?

Объяснение: Сверху на газету оказывает давление атмосферный воздух. При медленном нажатии на конец линейки воздух проникает под газету и частично уравновешивает давление на неё. При резком ударе воздух вследствие инерции не успевает мгновенно проникнуть под газету. Давление воздуха на газету сверху оказывается больше, чем внизу, и рейка ломается.

Замечания: Рейку нужно класть так, чтобы ее конец 10 см свешивался. Газета должна плотно прилегать к рейке и столу.

5 Раунд «Что? Где? Когда?»

1. Так древние греки называли отверстие для вставки гвоздя, задерживающего движение. (тормоз)

2. Чтобы спустить корабль на воду в старину его днище смазывали салом. А что в количестве около 20000 штук для этой же цели использовали в Индии? (бананы)

3. В словаре "Брокгауза и Эфрона" есть такое любопытное определение: Это такое состояние нижнего слоя атмосферы, что совершенно прозрачный при обычных условия воздух теряет свою прозрачность. О чем идет речь? (туман)

4. У каждого родителя, как впрочем, у любого источника питания, всегда есть свои …. Что же такое есть? (Плюсы и минусы)

5. Для рекламы в газете "Ваш выбор-Самара" одна из самарских компаний использовала следующий образ: миловидная девушка через соломинку пьет из стакана. Назовите техническое устройство, которое продает компания. (Насосы)

6. Назовите слово, означающее одну сорокамиллионную часть Парижского меридиана, то есть меридиана проходящего через город Париж? (Метр)

1. Раунд «Физический эксперимент»

Задание: определить площадь стола.

Оборудование: гирька, часы, нитки.

Решение: Привяжем гирьку к нити. Так как масса нити мала, то полученный маятник можно считать математическим, то есть можно воспользоваться формулой, связывающей период колебаний Т с длиной маятника l и ускорением силы тяжести g:

Определив с помощью часов период колебания маятника (для этого необходимо подсчитать число колебаний п за достаточно большой промежуток времени t) рассчитаем длину нити:_ Зная длину нити, можно определить ширину и длину стола, а тем самым и его площадь.

3. Подведение итогов.

Список литературы

1. Рымкевич А. П. Физика. Задачник. 10-11 кл.: пособие для общеобразоват. учреждений / А. П. Рымкевич. – 17-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2013. – 188 с.

2. Бендриков Г.А., Буховцев Б.Б.,. Керженцев В.В, Мякишев Г.Я. Задачи по физике: для поступающих в вузы. Учебное пособие для подготовки отделений вузов. – М.: Физматлит. 1998. - 334 с.

3. Касаткина И. Л. Физика для старшеклассников и абитуриентов: интенсивный курс подготовки к ЕГЭ / И. Л. Касаткина. - Москва: Омега-л, 2012. - 735 с.

4. Касаткина И. Л. Репетитор по физике. Механика. Молекулярная физика. Термодинамика / И. Л. Касаткина. - Изд-е 5-е, перер. и дополн./ Под ред. Т. В. Шкиль. - Ростов-на-Дону : Феникс, 2006. - 848 с.

5. Степанова Г. Н. Сборник задач по физике: для 9-11 кл. общеобразоват. учреждений / Сост. Г. Н. Степанова. - 3-е изд. - М.: Просвещение, АО «Московские учебники», 1997. - 256 с.

6. Вишнякова Е. А., Макаров В. А., Семенов М. В., Черепецкая Е. Б., Чесноков С. С., Якута А. А. Отличник ЕГЭ. Физика. Решение сложных задач. Под ред. В. А.Макарова, М. В. Семенова, А. А. Якуты; ФИПИ.-М.: Интеллект-Центр, 2010. - 368 с.

7. Гольдфарб Н. И. Физика. Задачник. 10-11 кл.: пособие для общеобразоват. учреждений / Н. И. Гольдфарб. – 16-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2012. – 398с.

8. Черноуцан А. И. Физика. Задачи с ответами и решениями : учебное пособие. - М.: Книжный дом «Университет», 2001. - 336 с.

Учебное издание

Путова Мария Станиславовна,

Алтунин Константин Константинович

Методы решения задач по физике : методические рекомендации

____________________________________________________________

Подписано к печати Формат 60х90 1/16

Бумага офсетная Уч. печ. л. 2,0

Печать оперативная Тираж экз. Заказ №

____________________________________________________________

Издательство Ульяновского государственного педагогического университета имени И.Н. Ульянова

432071, г. Ульяновск, пл. 100-летия В. И. Ленина, 4.