Практикум по физике "Решение задач" для 11 класса
элективный курс (11 класс) на тему

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА

«Практикум по физике »

Шмидт Натальи Александровны, первая квалификационная категория,

(Ф.И.О., категория)

11, класс, срок реализации – 1 триместр

(предмет, класс и т.п.)

п.г.т. Уренгой    

2013 – 2014 учебный год

Пояснительная записка

Курс рассчитан на учащихся старших классов и предполагает совершенствование подготовки школьников по освоению основных разделов физики и углубление теоретических знаний,  и развитие практических умений  и навыков решения задач.

Цель курса: подготовить выпускников общеобразовательной школы профильного класса к поступлению в высшие технические   ученые заведения и получению профессии технического профиля.

Задачи курса:

1. Более глубокое изучение основ физики через решение  физических задач.
2. Совершенствованию полученных в основном курсе физики знаний и умений.
3. Формирование представлений о постановке, классификации, приемах и методах решения физических задач.
4. Формирование метода научного познания явлений природы как азы для интеграции знаний и развития мышления учащихся.
5. Развитие интереса к физике и решению физических задач.

Программа курса согласована с требованиями государственного образовательного стандарта и содержанием основных программ курса физики. Она ориентирует учителя на дальнейшее совершенствование уже усвоенных знаний и умений учащихся. Для этого вся программа делится на несколько разделов. Первый раздел знакомит учащихся с понятием «задача», дает представление о значении задач в жизни, науке, технике, знакомит с различными сторонами работы с задачами. В этом разделе  и в других при решении задач  особое внимание уделяется последовательности действий (алгоритму), анализу физических явлений, проговариванию вслух решений, анализу полученного ответа.

Во втором и последующих разделах рассматриваются алгоритмы решения задач по конкретной теме, анализируется необходимые для решения задач теоретические знания, используется несколько способов решения одной задачи (если таковые имеются). А также используются несколько методов решения: используются структурно логические схемы Бетева, метод графов.

При повторении обобщаются и систематизируются  как теоретические знания так и приемы решения задач, используются материалы ЕГЭ – тестовые задания, демонстрационные и контрольно-измерительные материалы.

В результате учащиеся должны уметь применять знания, полуученые на уроках дополнительных занятиях,  уметь классифицировать задачи, подбирать необходимый алгоритм, находить аналогии в задачах, использовать несколько методов решения задач, находить решение любой поставленной задачи.

Для составления данного элективного курса использовались  лекции  по методике преподавания физики, педагогике, практикума по решению физических задач преподавателей Омского государственного педагогического университета, физического факультета.

Тематическое планирование

ТЕХНОЛОГИЯ ОБУЧЕНИЯ РЕШЕНИЮ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

План:

1. Понятие «задача» и ее функции
2. Классификация ученых физический задач
3. Требования, знания и умения выпускников средней школы в плане физической задачи
4. Методы решения учебных физических задач
5. Уровни обобщенного умения решать физические задачи
6. Способы обучения учащихся к умению решать задачи
7. Способы записи условия и решения задач
8. Методика решения задач:

• вычислительных
• логических (качественных)
• графических
• экспериментальных
• задач с межпредметным содержанием

Понятие «задача» и ее функции

Физическая задача – ситуация, требующая от учащихся мыслительных и практических действий на основе знаний законов и методов физики, направленных на владение знаний по физике, умений применять их на практике, развивать мышление.

Функции задач:

• Познавательные
• Воспитывающие (волю, настойчивость, трудолюбие)
• Развивающие мыслительные операции (анализ, сравнение)
• Организующие (организация своей работы)
• Контролирующие

Классификация учебных физических задач

По способу выражения условия:

• Текстовые
• Задачи рисунки
• Экспериментальные
• Графические

По способу определения решения:

• Количественные (с математическими операциями)
• Качественные
• Графические
• Экспериментальные

Требования, знания и умения выпускников средней школы в плане физической задачи

Знания о задаче:

• Что такое задача
• Структура задачи
• Содержание задач на систему (предмет задачи и требования)
• Содержание решающей системы (метода, способы, средства решения)

Знания о процессе решения задач (основные действия)

• Ознакомление с условием задачи с выделением заданных характеристик, ограничений и неизвестных.
• Составление плана решения задач
• Выбор метода решения задачи и его применение
• Решение задачи
• Проверка и контроль результатов решения задачи.

   Содержание операции и последовательность их реализации в процессе решения задачи (общий алгоритм)

1. Чтение задачи
2. Выделение способа задания предмета
3. Краткая запись условия и требований задачи
4. Устное воспроизведение содержания задачи по выполненному ее кодированию
5. Выделение системы знаний (раздела, темы, курса, которые объясняют заданную ситуацию)
6. Выявление возможных путей разрешения требований задачи
7. Определение рационального подхода
8. Проверка целесообразности решения задачи выбранным методом
9. Выделение способа решения задачи
10. Выделение  из записи основного уравнения. Определение его достаточности
11. Преобразование исходного уравнения или системы уравнений для нахождения неизвестного
12. Операция с наименованиями величин, единиц измерения
13. Уточнение содержания полученного результата
14. Выбор метода проверки результата
15. Проверка результатов на достоверность, реальность, соответствие

Методы решения учебных физических задач

Аналитический метод – предполагает решение исходя из условий задачи (от частного к общему)        

Синтетичекий метод – предполагает решение исходя из требований задачи.

Аналитико – синтетический метод  - предполагает решение исходя из условий и требований задачи.

Уровни обобщенного умения решать физические задачи

1. Перенос умения выполнять отдельные операции в данной теме на выполнение операций по решению задач в другой теме, разделу.
2. Характеризуется переносом структуры решения задачи одного раздела на решение задачи  другого раздела (вырабатывается общий алгоритм решения задачи).
3. Характеризуется переносом умения решать физические задачи на решение задачи по другим учебным предметам.

Способы обучения учащихся к умению решать задач

I. Репродуктивный 

1. Объяснение учителем подхода к решению задач данного вида
2. Коллективное решение задач
3. Самостоятельное решение задач дома
4. Самостоятельно решение задач на контрольной работе

II. Алгоритмический.

1. Схема  способа. Алгоритм дает учитель.
2. Раскрытие учителем общего подхода к решению физической задачи данного вида
3. Коллективное решение небольшого количества задач с использование общего подхода
4. Полусамостоятельное  решение задач, включающее коллективный анализ условия задачи, обсуждение плана решения и самостоятельно решение  по реализации намеченного плана или выполнение отдельных операций
5. Самостоятельное решение задач  (самостоятельный анализ условий задачи, краткая запись, выбор хода решения и т.д.)

III  Проблемно-поисковый

1. Вырабатывается совместно общий алгоритм решения задачи
2. Выдвижение проблемы
3. Отыскивание учащимися под руководством учителя общего алгоритма решения задач данного типа
4. Самостоятельное решение задач
5. Самостоятельная работа дома
6. Самостоятельная работа по решению задач на контрольной работе.

Алгоритм дети нарабатывают сами с помощью учителя

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

АНАЛИЗ УСЛОВИЯ ЗАДАЧИ

1. Выявить свойство, явление, процесс, состояние, о котором идет речь в задаче. (При чтении условия необходимо выделить   основное содержание, известное, неизвестное, и установить связи и отношения и записать их).
2. Анализ того, что записываем (рисунок или схему).
3. Записать уравнение или систему уравнений.
4. Математическое решение задачи в общем виде.
5. Проверить путем операции с наименованием величин.
6. Произвести вычисления: подстановка данных.
7. Анализ полученного результата и окончательно делаем выводы, связанные с анализом полученного результата.

I.ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ПО КИНЕМАТИКЕ НЕОБХОДИМО:

1. Рационально выбрать систему отсчета с указанием начала отсчета времени и обозначить на схематическом чертеже всю кинематическую характеристику движения (перемещение точки за рассматриваемый промежуток времени, мгновенную скорость в конце и в начале перемещения, a, и  t , g)
2. Записать кинематические законы движения для каждого из движущихся тел в векторной форме.
3. Спроецировать векторные величины на оси X  и Y и проверить, является ли полученная система уравнений полной.
4. Используя кинематические связи, геометрические соотношения и специальные условия, данные в задаче, составить недостающие уравнения.
5. Решить полученную систему уравнений относительно неизвестных.
6. Перевести все величины в одну систему единиц и вычислить исходные величины.
7. Проанализировать результат и проверить его размерность.

При решении задач на движение материальной точки по окружности необходимо дополнительно учитывать связь между условиями

2. ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ДИНАМИКЕ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО

 И ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ НЕОБХОДИМО:

1. Выяснить, с какими телами взаимодействует движущиеся тело и, сделав схематический чертеж и расставить все действующие силы.
2. Записать второй закон Ньютона в векторной форме.
3. Спроецировать векторные величины на оси X и Y (выбрать начало координат в центре движущегося тела, ось X направить по ускорению, ось Y по силе реакции опоры)
4. Если полученная система уравнений не является полной, составить недостающие уравнения, исполняется третий закон, Закон Кулона.
5. Решить полученную систему уравнений относительно неизвестных в общем, виде и проверить  размерность.
6. Сделать числовые расчеты.

Если в задаче рассматривается движение нескольких тел, необходимо записать второй Закон для каждого из них и учесть кинематические и динамические связи между ними (например, равенство ускорений тел, жестко связано между собой, равенство сил действия и противодействия и т.д.)

III. ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ НА ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА НЕОБХОДИМО:

1.        Проверить систему, взаимодействий тел на замкнутость. В случае замкнутой системы сохраняется полный вектор импульса. Если система не замкнута, то: а) сохраняется проекция полного вектора импульса, на то направление по которому внешние силы не действуют или их действие скомпенсировано (обычно это горизонтальное направление)  б) если за время взаимодействия внешние силы незначительно изменяют импульсы взаимодействующих тел (взрыв, удар, выстрел),то для практических расчетов можно пользоваться Законом сохранения импульса (хотя, строго говоря, он не выполняется).

2.        Изобразить на чертеже векторы импульсов тел системы непосредственно перед и после взаимодействия.

3.        Записать Законы сохранения импульса в векторной форме

4.        Спроецировать векторные величины на оси X и Y (выбираются произвольно, но так, чтобы было удобно проецировать).

5.        Решить полученную систему скалярных уравнений относительно неизвестных в общем виде.

6.        Проверить размерность и сделать цифровой расчет.

IV.ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ВЫЧИСЛЕНИЕ

РАБОТ ПОСТОЯННОЙ СИЛЫ НЕОБХОДИМО:

1.        Выяснить, работу какой силы требуется определить в задаче, и записать исходную форму А = FS cos α

2.        Сделать схематический чертеж и определить угол между силой и перемещением.

3.        Если в условии задачи сила неизвестна, ее следует определять из второго Закона Ньютона (динамики)

4.        Определить величину модуля перемещения из законов кинематики.

5.        Подставить значение модулей силы и перемещения в формулу работ и, проверив размерность, сделать числовой расчет.

V.ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ НА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ НЕОБХОДИМО:

1.        Выяснить какую мощность нужно определить среднюю (р=А|t ) или мгновенную (р=FU cos α ) 

2.        Указать на чертеже силы, действующие на тело, и не кинематические характеристики движения.

3.        Из второго закона определить силу.

4.        Из законов кинематики определить среднюю или мгновенную скорость.

5.        Подставить полученные значения F и U  в формулу мощности.

6.        Проверив разности, сделать числовой расчет.

В некоторых задачах необходимо дополнительно использовать формулу КПД механизма:

VI.ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ НА ПРИМЕНЕНИЕ ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ НЕОБХОДИМО:

1.        Сделать схематический чертеж. Обозначить на нем кинематические характеристики начального и конечного состояния системы.

2.        Проверить систему на замкнутость. Если система тел замкнута, решение проводится по закону сохранения механической энергии, т.е. Ек1+ Еn2= Ек2+Еn2, или Е1=Е2. Если система не замкнута, то изменение механической энергии системы равно работе внешних сил, т.е.   Е2-Е1=А  или ΔЕ = А. В задачах на столкновение тел необходимо использовать также закон сохранения импульса.

3.        Выбрать нулевой уровень потенциальной энергии (выбирается произвольно)

4.        Выяснить какие внешние силы действуют на тело в произвольной точки траектории.

5.        Записать формулы механической энергии в начальном и конечном положении.

6.        Пользуясь: а) алгоритмом решения задач для расчета работы, определить работу внешней силы при переходе из начального состояния в конечное или; б) алгоритмом решения задач на применение закона сохранения импульса установить связь между начальными и конечными  скоростями тел системы.

7.        Поставить полученное значение энергий и работы в формулу работ и сделать числовой расчет. Если система замкнута, действия, описанные в пунктах 4 и 6 (а), проводить не нужно в этом случае знания энергий подставляются в формулу закона сохранения энергии.

VII.ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ПО СТАТИКЕ НЕОБХОДИМО:

1.        Изобразить на чертеже все силы, действующие на тело, находящееся в положении равновесия.

2.        Записать первое условия равновесия  Σ Fi=0.

3.        Спроецировать векторные величины на оси Х и Y (выбирается произвольно, но так, чтобы проецирование было наиболее простым).

4.        Если для решения задачи первого условия недостаточно, записать уравнение  моментов относительно любой точки тела:

5.        Решить систему уравнений относительно неизвестных, проверить размерность и сделать числовой расчет.

Если ось вращения закреплена, для решения задачи достаточно второго условия; если тело не имеет оси вращения — первого условия.

Аналогично решаются задачи по статике жидкости и газов, однако в этом случае необходимо дополнительно учитывать закон Паскаля сжимаемость жидкости и выталкивающую силу, действующую на тело со стороны жидкости или газов.

VIII.ЗАДАЧИ НА РАСЧЕТ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ 

условно можно разделить на две группы:

ЗАДАЧИ, РЕШЕНИЕ КОТОРЫХ ОСНОВАНО НА ОБЩИХ УРАВНЕНИЯХ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ.

Для решения задач необходимо:

1.        Записать уравнение гармонических колебаний в виде Х=Х0 sin(wt + U0)

2.        Определить начальную фазу колебаний U0, используя условия задачи, и выразить, если это необходимо, циклическую частоту колебаний w через частоту V если период колебаний Т, используя формулу: w=2П V; Т=1/V.

3.        Определить мгновенные значения скорости и ускорения, точки, совершающей гармонические колебания: для скорости взять первую производнуюот координаты, для ускорения — первую производную от скорости или вторую от координаты.

4.        Если необходимо, использовать закон сохранения механической энергии mU2/2 + kX2/2= const.

5.        Решить полученное уравнение относительно неизвестных.

6.        Сделать числовой расчет и проверить размерность искомой величины.

ЗАДАЧИ НА РАСЧЕТ ПЕРИОДА КОЛЕБАНИЙ

МАТЕМАТИЧЕСКОГО И ПРУЖИННОГО МАЯТНИКА.

Для решения задач необходимо:

1.        Выяснить, чему равно ускорение точки подвеса маятника. Если, а=0, то период малых колебаний определяется по формуле Т = 2П√e/g. Если точка падежа движется с ускорением а, направляемым под углом α к ускорению силы тяжести g период малых колебаний определяется по формуле Т=2ПL/g. Для упругого маятника Т = 2Пm/k.

2.        Если необходимо, то записать формулы, обязывающие период колебаний с частотой или циклический частотой колебаний.

3.        Решить полученные уравнения.

4.        Сделать числовой расчет и проверить размерность искомой величины.

Способы записи условия и решения задач

1 способ

2 способ.

Этот способ более удоен в использовании и ему отдается большее предпочтение.

ПРОГНОЗИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

По итогам данной программы учащиеся должны:

1. Приводить примеры:

• Изменения скорости тел под действием силы;
• Деформации тел при взаимодействии
• Проявления закона сохранения импульса в природе и технике
• Опытов, подтверждающих основные положения атомно – молекулярного учения о строении вещества

Измерять температуру, массу, объём силы, расстояние, силу тока, напряжение

Собирать установки для эксперимента по описанию, рисунку или схеме

2. Описывать и строить.

Описывать изменения и преобразования энергии

Сравнивать сопротивление металлических проводников по графикам зависимости силы тока от напряжения

Строить графики зависимости величин

3. Определять, вычислять, решать, распознавать.

Определять

• промежуточное значение величин по таблицам результатов измерений и построенным графикам
• направление теплопередачи путем сравнения температур тел
• характер тепловых процессов
• сопротивление металлического проводника

Вычислять  равнодействующую силу, используя второй закон ньютона, импульс тела, кинетическую и потенциальную энергию, внутреннюю энергию, другие виды энергии.

Решать задачи данных тем и использовать необходимые формулы

Объяснять

• результаты наблюдений экспериментов
• смысл числового значения кпд
• большую сжимаемость газов
• малую сжимаемость жидкостей и твердых тел
• представлять, что КПД не может быть больше или равен 100%

4. Знать законы, явления и факты, понятия и величины, модели.

Законы

• Сохранение и преобразования энергии
• Необратимость  процессов теплопередачи
• Связь температуры вещества со средней кинетической энергией
• Ома для участка цепи, для полной цепи
• Джоуля – Ленца
• Ньютона
• Всемирного тяготения
• Сохранения импульса

Явления и факты

Теплопередача, нагревание охлаждение, переходы вещества из одного состояния в другое, электризация тел, взаимодействие зарядов, электрический ток, электромагнитная индукция, прямолинейное движение, свободное падение тел, движение по окружности,

Понятия и величины

Относительность движения, энергия и ее виды, работа, мощность, КПД, скорость, масса, ускорение,  инерциальная система отсчета, дискретное строение вещества, электрический заряд, электрическое и магнитное поле, электрический ток, сила тока, напряжение, сопротивление проводника.

Модели

Материальная точка, строение газа, жидкости и твердого тела

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ В ПОМОЩЬ УЧИТЕЛЮ И УЧАЩИМСЯ

1. Володарский В.Е. «Система задач по физике для 9 класса».
2. Кабардин О.Ф., Орлов В.А. Физика. Тесты. 10-11 кл.
3. Каменский С.Е., Орехов В.П. Методика решения задач в средней школе.
4. Орлов В.А., Ханнанов Н.К. «ЕГЭ 2002: Контрольные измерительные материалы: Физика», - М.,2003.
5. Орлов В.А., Ханнанов Н.К. «Учебно-тренировочные материалы для подготовки к ЕГЭ», - М.,2002.
6. Основы методики преподавания физики в средней школе. Под ред.  А.В. Перышкина.
7. Перышкин А.В., Гутник Е.М. Физика: учебник для 9 кл.
8. Рымкевич А.П., Рымкевич П.А. «Сборник задач по физике».
9. Страут Е.К., Нурминский И.И., Гладышева Н.К. «ЕГЭ 2001: Тестовые задания: Е33 Физика», - М., 2002.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ

ЭЛЕКТРОННЫЕ УЧЕБНИКИ:

1. «Уроки физики»,  библиотека Кирилла и Мефодия, 2000
2. «К урокам физики», 2001.