Методика решения задач по теме "Законы постоянного тока"
статья по физике (10 класс) на тему

Методическая разработка

учителя физики и математики МБОУ г. Астрахани «СОШ № 64»

Авдеевой М.А.

«Методика решения задач по теме «Законы постоянного тока»»

 Как известно, решение задач играет огромную роль в обучении физике. Однако при этом решение задач не должно быть самоцелью. Процесс решения некоторых наиболее значимых задач следует завершать беседой о том, что нового узнали учащиеся в результате работы над задачей, какие особенности ее и ее решения наиболее важны.

Прежде чем приступить к изложению методики обучения решению физических задач, рассмотрю вкратце некоторые элементы теории (сущность физических задач, их структура, классификация, процесс решения).

1. Сущность физических задач.

Физическую задачу можно рассматривать как словесно-символическое описание реальной или воображаемой ситуации.  Последняя возникает тогда, когда мы изучаем какой-нибудь физический предмет (явление или процесс) как на эмпирическом, так и на теоретическом уровнях. Качественная и количественная стороны физического явления (процесса) характеризуются многими величинами и особенностями. Одни из этих характеристик можно установить (задать) непосредственно,  другие- нельзя. Тогда и возникает ситуация по нахождению каких-то неизвестных характеристик рассматриваемого явления (процесса). Словесное или иное описание этой ситуации и есть физическая задача.  

2. Сущность физических задач.

В каждой физической задаче описывается физический предмет (явление или процесс), при этом рассматривается лишь определенная его сторона. Формулировка задачи состоит из одного или нескольких высказываний, принимаемых за истинные. Каждое такое высказывание есть элементарное условие задачи. Характеристики объектов задачи могут быть как данными (известными), так и неизвестными. Последние в свою очередь делятся на промежуточные (вспомогательные) неизвестные и на искомые, установление которых составляет цель решения задачи и указано в вопросе задачи.

Пример: Электрический кипятильник рассчитан на напряжение 120В при силе тока 4А. Найти площадь поперечного сечения и длину нихромового провода, который необходимо взять для нагревательного элемента кипятильника, если допустимая плотность равна 10,2 А/мм2, а удельное сопротивление нихрома при работе кипятильника составляет           1,3*10-6Ом*м? (Изменение длины провода в процессе нагревания не учитывать).

Элементарные условия следующие: Имеется нихромовый провод, рассчитанный на напряжение 120В при силе тока 4А. Допустимая плотность тока 10,2 А/мм2. Объектом этого условия является нихромовый провод. Количественные характеристики заданы: напряжение 120В, сила тока 4А, плотность тока 10,2А/мм2. Промежуточное значение- удельное сопротивление 1,3*10-6Ом*м. Требование задачи сводится к отысканию площади поперечного сечения проводника и длины провода.

3. Классификация физических задач.

Такую классификацию можно производить , например, по характеру рассматриваемого в задаче предмета, явления, процесса( реальные- в которых хотя бы один из объектов есть реальный; идеальные- в которых все объекты идеальные); по характеру требования (нахождение искомой величины, объяснение физического явления, процесса, доказательство справедливости высказанного в задачи суждения о свойствах объектов или их отношениях; опытная проверка гипотезы;  экспериментальное установление закономерности); по форме представления условий задачи (словесные; графические; схематические); по характеру решения (алгоритмические, эвристические).

4. Процесс решения физических задач.

Под ним я подразумеваю  весь процесс от чтения условия задачи до полного завершения и обсуждения решения.

Пример: В сеть с напряжением 220В включены параллельно две электрические лампы сопротивлением 200 Ом каждая. Определить силу тока, проходящего через каждую лампу.

Проведя логический анализ задачи, вычленив все элементарные условия и требования, записываем исходные данные, после чего можно перейти к построению математической модели задачи. Для этого надо найти в физической теории те законы, закономерности, формулы, которые определяют зависимость искомого от данных.

 В конкретном примере используется закон Ома для участка цепи и правила параллельного  соединения проводников:

I=; U1=U2=U.

Из примера можно сделать выводы:

1. Решить физическую задачу- это значит найти такие общие положения физической теории, применяя которые к условиям задачи или к промежуточным результатам решения, мы в конечном счете удовлетворяем требованиям задачи и получаем ее ответ.
2. Процесс решения физической задачи состоит из трех частей: аналитической, основной и учебно-познавательной.

Аналитическая часть содержит такие этапы: построение физической модели, состоящее из установления тех идеальных  условий, при которых рассматриваемое в задаче явление может быть подведено под физическую теорию; замена реальных объектов их идеальными объектами; логический анализ (вычленение  из текста задачи всех элементарных условий и требований, выявление объектов  каждого условия и их характеристик и связей, отношений); построение знаково-символической модели задачи в виде схематической записи условий и требований, в виде чертежа.

 Основная часть решения включает такие этапы: поиск способа решения; построение математической модели; осуществление способа решения; физическая интерпретация полученного решения и его проверка; формулирование ответа задачи.

 Учебно-познавательная часть процесса решения должна ответить на следующие вопросы: при каких условиях данная задача имеет решения? Сколько различных  решений она может иметь при разных допущениях? Какими другими способами она может быть решена? Не существует ли более рационального решения?

 В заключении следует установить, с какой учебно-познавательной целью была решена эта задача, осуществлена ли эта цель в процессе решения, какие особенности задачи и решения наиболее интересны, а потому нуждаются в осмыслении, запоминании. Конечно, не все перечисленные этапы обязательны при решении каждой физической задачи. Все зависит от характера задачи, от цели ее решения, от того, насколько способ ее решения знаком учащимся. Однако я считаю, что полезнее решить одну задачу с полным проведением всех нужных этапов и развернутым обсуждением, чем десять однотипных задач без обсуждения.

 Для обучения учащихся решению физических задач я использую системы учебных заданий следующего содержания:

1. по формированию умений и навыков в выполнении отдельных операций, входящих в деятельность по решению задач;
2. по составлению и преобразованию физических задач;
3. по обработке общего подхода к поиску метода решения задачи, знакомству с разными такими методами и формированию способностей в решении различных физических задач.

Рассмотрю их более подробно

1. Чтобы выработать у учащихся умения и навыки в выполнении отдельных действий, необходимых для решения физических задач, в начале изучения темы даю им специальные учебные задания такого вида:

Какое физическое явление рассматривается в задаче?

Построить идеальную физическую модель задачи.

 Расчленить текст задачи на элементарные условия и требования.

Построить для задачи вспомогательную модель.

На основе каких общих положений физической теории может быть решена задача?

Построить математическую модель физической задачи. При каких условиях можно решить задачу?

Приведу примеры текстов задач:

1. На рисунке дан график зависимости сопротивления проводника от напряжения на его концах. Объяснить, что выражает график.

2. Сопротивление медного провода при 200С равно 50Ом. Определить его сопротивление при -300С .
3.  На рисунке дана схема параллельного соединения двух резисторов. Через резистор R1 =55Ом проходит ток I1=4А. Определить сопротивление резистора R2 , если через него проходит ток  I2=0,8А.

            R1

                                                        R2   

На этом этапе сами задачи не решаются.

2. Для осознания учащимися сущности, структуры и особенности физических задач, механизмов их решения важное  значение имеет составление ими физических задач самостоятельно.

Например: дается краткое условие, нужно составить текст.

1. R1=R2=…=R6=R=60 Ом

UАВ=220В

I1, I2, I3, I4, I5, I6-?

2. R=23,6Ом

ἐ=12В

r=0,6Ом

m=3

n=2

I-?

3. R1=15Ом

R2=20Ом

I=1А

r=0,9Ом

ἐ-?

В отличии от готовых задач, имеющих, как правило, единственный ответ, задачи, составленные разными учащимися, имеют различные ответы. Поэтому после выполнения задания анализируем ее условие, решение, полученный ответ, фронтально обсуждаем результат.

3. Для выработки у учащихся общего подхода к решению любых физических задач показываю им этот подход на ряде примеров, в частности, очень подробно обсуждаем с ними процесс решения некоторых достаточно сложных задач.

Приведу примеры такого обсуждения:

1. Определить силу тока при коротком замыкании батареи с ЭДС 12В, если при замыкании ее на внешний резистор сопротивлением 4Ом сила тока в цепи равна 2А. Почему при коротком замыкании падение напряжения на внешнем участке цепи близко к нулю, хотя в этом случае в цепи существует наибольший ток?

Для построения логической модели задачи проводят анализ ее условий. Расчленяем задачу на элементарные условия и требования, выявляем их объекты и характеристики.

 Имеется полная цепь с ЭДС, равной 12В, известно внешнее сопртивление-4Ом. Объектом этого условия является полная цепь. Количественные характеристики: ЭДС-12В, внешнее сопротивление-4Ом. Промежуточное значение- сила тока 2А. Требование задачи- ток короткого замыкания.

Дано:            Решение:

ἐ=12В          При коротком замыкании R=0, поэтому

R=4Ом        записываем закон Ома для полной цепи в

I=2А            следующем виде:

                     Iк.з.=    (1)

Iк.з.-?           Т.к. неизвестно внутреннее сопротивление, то обратимся опять к закону Ома для полной цепи в номинальном режиме:

I=r= (2)

Подставим формулу (2) в формулу (1).

 Iк.з.=

Iк.з.=

При коротком замыкании R, поэтому и U

При коротком замыкании работа сил электрического поля по перемещению зарядов практически равна нулю.

2. Найти общее сопротивление участка цепи, изображенного на рисунке, если R1=2Ом,  R2=R3=R4=15Ом,  R5=3Ом,  R6=90Ом.

Дано:                        Решение:

R1=2Ом                                     R2

R2=R3=R4=15Ом                     R3

R5=3Ом                                    R4           

R6=90Ом                     R1                                    R5  

R-?                                              R6                           

На участке 2-4 по правилам параллельного соединения:

R2-4=;

R2-4= 5Ом

На участке 1-5 по правилам последовательного соединения

R1-5=R1+R2-4+R5

R=10Ом

Общее сопротивление по правилам параллельного соединения:

= +

R=9Ом

Ответ: R=9Ом

 Литература:

1. Е.М.Гутник «Использование качественных задач по физике для развития общеучебных умений  учащихся»

«Физика в школе»,1992г., №1, с.17.

2. «Сборник задач и вопросов по физике» под общей ред. Р.А.Гладковой.