Одаренные дети
план-конспект занятия по физике (10, 11 класс)

Занятие по физике с одаренными детьми 10-11 классов.

Цель: развитие у учащихся интереса к проектной дельности, склонности к выполнению сложных заданий, способности мыслить творчески, подготовка к олимпиадам различного уровня.

Задачи:

- выявить способных и одаренных детей, проявляющих интерес к предмету физика ;

- использовать индивидуальный подход в работе с одаренными учащимися на уроках математики, физики и во внеурочное время с учетом возрастных и индивидуальных особенностей детей;

- развивать творческие и интеллектуальные способности учащихся.

Ход мероприятия

I. Орг. момент

II. Вступительное слово

Британский физик Эрнест Резерфорд как-то сказал: «Науки делятся на две группы — на физику и собирание марок». Возможно, он был несколько категоричен, но его главная мысль, очевидно, верна: физика — важнейшая из наук, помогающая понять, как устроен мир.

Большинство людей уверены, что физика — дело скучное и имеющее отдаленное отношение к жизни. Даже зная, что многим явлениям в ней есть именно научное объяснение, они считают понимание природы каждого из них доступным только специалистам.

На самом деле физика — не только уравнения, формулы и схемы. А изучающие ее люди, отнюдь не покрытые книжной пылью существа. Интересные факты о физике и ученых, занимающихся этой наукой, тому подтверждение.

Все, что есть на Земле и за ее пределами, подчиняется физическим законам. Люди не задумываются об этом, но пользуются в повседневной жизни. Например, всем известно, что не стоит купаться в реке в грозу, потому что нужно бояться удара молнии. Но ведь она опасна и на открытом сухом пространстве. Что же страшного именное в воде? А то, что она отлично проводит электричество, но только благодаря содержащимся примесям, ионам минеральных солей. Сами молекулы воды ток не воспринимают, но об этом несведущие люди не имеют представления. Хотя вряд ли знание подобных интересных фактов о физике сподвигло бы их наполнять бассейны дистиллированной жидкостью и купаться в грозу.

Любой человек хоть раз в жизни ездил в лифте. И многим приходила в голову мысль о том, что делать, если он начнет падать с высоты. Большинство решили бы, что в таких обстоятельствах шансов выжить нет. Или что в момент удара необходимо подпрыгнуть. На самом деле рассчитать это время нереально. Но если сделать так, чтобы сила удара пришлась на как можно большую площадь поверхности тела, возможно, все обойдется. То есть попросту нужно лечь на пол. Как видно, интересные факты о физике способны спасти жизнь.

Именно физика занимается изучением таких фактов и это еще один самый занимательный предмет из школьной программы. Но, несмотря на то, что в наше время люди (и даже дети) многое знают о физике, они, оказывается, еще многого не знают. Именно решение задач по физике дает нам навык осмысленного, подготовленного риска.

Вот, к примеру, то, что композитор Бетховен был не просто глух, он был потрясающе изобретателен. «Ну как глухой человек мог написать гениальные произведения?» - спросите Вы. А вот так: он брал свою трость и один конец приставлял к роялю, а второй - к своим зубам. Таким образом, звук превращался в сильные, тяжелые удары, которые доходили до его здорового внутреннего уха. Такое явление можно испытать на себе – возьмите в зубы механические часы и заткните себе уши. Если взять в зубы тикающие наручные часы и заткнуть себе уши, то тиканье превратится в сильные, тяжелые удары — настолько оно усилится. Удивительные факты — почти глухие люди разговаривают по телефону, прижимая трубку к височной кости. Глухие часто танцуют под музыку, ведь звук проникает в их внутреннее ухо через пол и кости скелета. Вот какими удивительными путями доходят звуки до слухового нерва человека, но «музыкальный слух» при этом остается.

А слышали Вы о Бермудском треугольнике? Куда же исчезают люди с корабля, когда он заплывает в него? Оказывается, что ветер отражается от длинных волн океана и порождает инфразвук, который просто губительно воздействует на человеческую психику. От такого звука люди просто несознательно впадают в панику и, причем, сами выбрасываются за борт.

Почему сидящая на проводе птица не погибает от удара током?

Сидящая на проводе высоковольтной ЛЭП птица не страдает от тока, потому что её тело — плохой проводник тока. В местах прикосновения птичьих лап к проводу создаётся параллельное соединение, а так как провод гораздо лучше проводит электричество, по самой птице бежит очень малый ток, который не может причинить вреда. Однако стоит птице на проводе коснуться ещё какого-нибудь заземлённого предмета, например, металлической части опоры, она сразу погибает, ведь тогда уже сопротивление воздуха по сравнению с сопротивлением тела слишком велико, и весь ток идёт по птице.

Одна из единиц расстояния в Индии называется «му». Она обозначает расстояние, на котором слышно мычание коровы. Физика окружает нас со всех сторон. 

• Мы привыкли думать, что жидкости не имеют никакой собственной формы. Это неверно. Естественная форма всякой жидкости – шар. Жидкости просто не могут принять эту форму из-за силы тяжести. 

Довольно распространенное явление, вызываемое повышенной напряженностью электрического поля перед грозой, во время грозы и сразу после. Первыми свидетелями этого явления были моряки, наблюдавшие огни святого Эльма на мачтах и других вертикальных заостренных предметах

ХРУПКАЯ МЕЧТА ЗОЛУШКИ ИЛИ НОВОГОДНЯЯ СКАЗКА ДЛЯ ЮНЫХ ФИЗИКОВ 02.01.2017 С детства мы помним, что праздничные туфельки Золушки были сделаны из хрусталя. Сказка ведь так и называется: «Золушка, или хрустальная туфелька». Но, действительно ли туфелька Золушки была хрустальная? На сегодняшний день подсчитано, что сказка о Золушке (Cinderella (англ.), Aschenputtel или Aschenbrodel (нем.), Cendrillon (фр.) существует в нескольких сотнях вариантов. Наиболее ранняя и известная из них это «Золушка» итальянского сказочника Джамбаттиста Базиле, вошедшая в сборник «Сказка сказок» (1634г.). Золушка Джамбаттиста Базиле потеряла пианеллу – так называлась обувь с подошвой из пробки, которую носили женщины Италии в те времена. Спустя 60 лет французский писатель Шарль Перро (1628—1703) записал свою обработку сказки - «Золушка, или Туфельки, отороченные мехом», которая в 1697 году вошла в его сборник «Сказки моей матери Гусыни, или Истории и сказки былого времени с нравоучениями». Крестная мать-волшебница дарит Золушке роскошный наряд и туфли, отороченные мехом. Мехом! А известные нам хрустальные туфельки появились у Золушки в результате неправильных переводов. Французское слово «мех для оторочки» было заменено созвучным словом «стекло». Сказка сказкой, но, можно ли ходить в хрустальных туфельках? Студенты факультета физики и астрономии университета Лестера из Великобритании рассмотрели необычную для физиков сказочную тему о хрустальных туфельках Золушки из знаменитой сказки Шаря Перро. Статья прошла рецензирование и была опубликована в научном журнале Journal of Physics Special Topics. Исходя из описания Золушки в сказке, можно считать, что вес ее составлял примерно 55 килограмм, и носила она обувь приблизительно 36 размера. Художники, иллюстрирующие книжки, обычно изображают изящные хрустальные туфельки Золушки непременно с высоким и тонким каблуком. Студенты просчитали физические свойства туфельки из хрусталя, при этом выяснилось, что в принципе такая обувь может существовать, и максимальная высота каблука вполне могла бы достигать 14 сантиметров, однако при этом Золушка должна была бы только стоять в них и не двигаться. Когда вы стоите, сила, действующая на землю, равномерно распределяется на площадь двух ступней ног. В покое ноги Золушки создают давление на хрусталь примерно в 28,5 килопаскаля, что примерно равно давлению воздуха на горе Эверест. Хрусталь может выдержать максимальное давление в 330 мегапаскалей, что в десятки тысяч раз больше, поэтому Золушка могла бы совершенно спокойно стоять в таких хрустальных туфельках. Однако при ходьбе или беге все кардинально меняется, и к тому же весь вес тела переносится на одну ногу. Так выглядит распределение сил при  ходьбе или беге в стеклянной обуви: В сказке Золушка была вынуждена в спешке покинуть бал и потеряла одну из туфелек, пытаясь убежать от Принца. И как предположили исследователи, хрустальные туфельки на высоком каблуке не выдержали бы нагрузки и разлетелись бы на осколки в тот момент, когда Золушка начала бы бежать от Принца. По расчетам хрустальная обувь бегущей сказочной красавицы не могла иметь каблук выше 1,15 сантиметра, иначе туфельки просто бы рассыпались.

Задача1

Половину пути велосипедист проехал со скоростью 15 км/ч. Далее половину оставшегося времени движения он ехал со скоростью 6 км/ч, а затем до конца пути шел пешком со скоростью 4 км/ч. Определить среднюю скорость велосипедиста на всем пути в км/ч.

Дано: ; ; ; ; ; 

Найти: 

Решение

Средняя скорость равна отношению общего пути к сумме промежутков времени:

Так как по условию , то:

Время на первом участке равно:

Из условия известно, что:

Так как ,   , 

то:

Следовательно, время на втором участке равно:

Подставим в формулу средней скорости выражение для времени на втором участке:

В преобразованное выражение для средней скорости подставляем значение времени на первом участке:

Подставляем в данное выражение данные из условия:

Ответ: .

 Задача 2

Эскалатор метро поднимает неподвижно стоящего на нем пассажира в течение 60 с. По неподвижному эскалатору пассажир поднимается в три раза дольше. Сколько времени будет подниматься пассажир по движущемуся эскалатору?

Дано: ; 

Найти: t

Решение

Искомое время будет равно отношению общего пути (от начала до конца эскалатора) к сумме скоростей человека и эскалатора:

Скорость эскалатора равна:

Скорость человека на неподвижном эскалаторе:

Сумма данных скоростей равна:

Подставим выражение суммы скоростей в исходную формулу:

Задача 3

С какой скоростью начало тело двигаться вверх по наклонной плоскости, если на расстоянии 0,5 м от её основания тело было через 0,5 с и через 2,5 с от начала движения?

Дано:  – координата точки, которую тело проходит через время  и ;  – ускорение.

Найти: 

Решение

Координата при равнопеременном движении равна:

Данную формулу запишем для  и :

Из условия задачи видно, что:

Или:

В полученной ранее системе уравнений два неизвестных, и . Если требуется найти , то оптимальным способом решения данной системы будет домножение первого уравнения на 25 и вычитание из него второго уравнения. Тем самым мы уберём слагаемое, которое содержит ускорение a.

Ответ: .

Задача № 4

Тело свободно падает с высоты h без начальной скорости.
За последнюю секунду оно проходит расстояние S = 25 м.
Найти h.

Решение:

Составим уравнение для пути S за последнюю секунду как разность расстояний, 
пройденных телом при свободном падении без начальной скорости (υо= 0 ) за время t  и за время  t - ∆t  (по условию ∆t= 1 с):
S = gt2/2 -  g(t - ∆t)2/2.   (1)
Из этого уравнения находим t :
2S = gt2- g(t - ∆t)2,   2S/g = t2- t2+ 2t∆t - ∆t2  =>  t = S/g∆t+ ∆t/2.
t = 25 м/10 м/с2 ∙1 с + 1/2 с = 3 с.
И подставляем его в формулу  h = gt2/2.    (2)
Вычислим:
h = 10 м/с2∙(3 с)2/2 = 45 м.
Ответ: 45 м. 
 
Решение 2.

Запишем соответствующее уравнение для последнего участка пути:
s = υ1∆t + g(∆t)2/2  и найдем из него скорость  υ1 в конце 1-го участка движения. Далее найдем расстояние, пройденное на 1-ом участке (до последней секунды): 
s1= υ12/2g и полное расстояние - высоту h: 
h = s1+ s.
Убедитесь, что получается такой же ответ. 

Задача5

Самолет для взлета должен иметь скорость 25 м/с. Длина пробега перед взлетом 100 м. Масса самолета 1000 кг, коэффициент сопротивления равен 0,02. Какова мощность моторов в момент взлета, если движение равноускоренное?

Задача №2.7.33 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

υ=25 м/с, S=100 м, m=1000 кг, k=0,02, N−?

Решение задачи:

Мгновенную мощность моторов N перед взлетом найдем из формулы:

N=F⋅υ(1)

Чтобы найти силу тяги F, запишем второй закон Ньютона в проекции на ось x:

F—Fсопр=ma

Сила сопротивления Fсопр равна произведению коэффициента сопротивления k на силу нормальной реакции опоры N:

Fсопр=kN

Первый закон Ньютона, записанный в проекции на ось y даст такое равенство:

N=mg

Fсопр=kmg

Значит:

F—kmg=ma

F=m(a+kg) (2)

Ускорение самолета найдем по следующей формуле из кинематики (понятно, что начальная скорость самолета равна нулю):

υ2=2aS

a=υ22S (3)

Подставим (3) в (2), а полученное — в формулу (1). В итоге имеем:

N=m(υ22S+kg)⋅υ

Подставив исходные данные задачи в формулу, посчитаем ответ:

N=1000⋅(2522⋅100+0,02⋅10)⋅25=83125Вт≈83кВт

Ответ: 83 кВт

Задача6

Парашютист, достигнув в затяжном прыжке скорости 55 м/с, раскрыл парашют, после чего за 2 с скорость уменьшилась до 5 м/с. Найти наибольшую силу натяжения строп парашюта, если масса парашютиста 80 кг.

Задача №2.1.33 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

υ0=55 м/с, t=2 с, υ=5 м/с, m=80 кг, T−?

Решение задачи:

Для того чтобы решить эту задачу, нужно схематично нарисовать парашютиста. На схеме следует изобразить силы, действующие на парашютиста: силу тяжести и силу натяжения строп. Так как человек уменьшил скорость падения, то его ускорение направленно вверх относительно Земли.

Запишем второй закон Ньютона в проекции на ось y.

T—mg=ma

Тогда сила натяжения строп равна:

T=mg+ma=m(g+a) (1)

Модуль ускорения легко определить по формуле определению:

a=|υ—υ0|t

Так как υ<υ0, то модуль в числителе раскрывается с противоположным знаком:

a=υ0—υt (2)

Подставим полученное выражение (2) в формулу (1).

T=m(g+υ0—υt)

Мы получили ответ к задаче в общем виде, теперь посчитаем ответ численно.

T=80(10+55—52) =2800Н

ГРАФИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

2.4. Лифт в течение первых трех секунд поднимается равноускоренно и достигает скорости 3 м/с, с которой продолжает равномерный подъем в течение 6 с. Затем движется с прежним по модулю ускорением до полной остановки. Определить высоту подъема лифта.

Решение:

Построим график зависимости скорости лифта от времени и воспользуемся тем, что площадь между графиком и осью времен равна пути, пройденному лифтом. При построении учтем, что из одинаковости ускорений на участках  

разгона и торможения, следует равенство соответствующих этим участкам

интервалов времени. Вычисляя площадь получившейся трапеции, найдем  

V,  м/с                               высоту подъема лифта, равную 27 м.

3

  0       3              9   12  t, с

1. В годы Второй мировой войны английские летчики теряли много самолетов в воздушных боях над Ла-Маншем. Немецкие «Мессершмидты» были маневреннее английских «Харрикейнов», легко заходили им в хвост и сбивали. Было предложено размещать в хвостовой части истребителя ракету,

 которая должна была запускаться в сторону «Мессершмидта», при его заходе в хвост. Хорошо, что проект предварительно был показан ученым, те сказали, что ракета развернется, не долетев до самолета противника, и полетит за собственным самолетом. Почему?

Решение:

Разместить ракету в хвосте самолета – это предложение летчиков, которые рассуждали, считая, что система отсчета связана с кабиной самолета. В этой системе правильный ответ неочевиден. Для получения правильного решения проще рассуждать в неподвижной (связанной с землей) системе отсчета. В этой системе легко понять, что в момент отделения ракеты от самолета, она движется со скоростью самолета, т.е. соплом вперед, а это положение неустойчиво. Ракету развернет встречным потоком, и она полетит вдогонку за своим самолетом.

Задача 7

. Имеется веревка, перекинутая через неподвижный блок. Концы веревки свободно лежат на подставках, расположенных на разных уровнях. С какой скоростью будет сматываться веревка, когда ее движение станет равномерным? Расстояние между уровнями равно Н.

Решение:

Пусть v- скорость установившегося движения, тогда за время dt с верхней подставки смотается веревка длиной vdt, которой будет сообщен импульс

   dp=ρv2dt, где ρ – линейная плотность массы веревки. Этот импульс сообщается силой F=ρg H (именно на эту величину сила тяжести, действующая на правую часть веревки, превышает силу тяжести, действующую на левую часть веревки).  

По второму закону Ньютона

          Fdt= dp, или, после подстановки ρgH dt= ρv2dt.

Т.о.,   .

Задача 8

Шарик подвешен в высоком сосуде на легкой нити, как показано на рисунке. После того как сосуд заполниться водой, и шарик оказался полностью погруженным в воду, натяжение нити не изменилось. Определить плотность материала, из которого изготовлен шарик.

Решение:

После заполнения сосуда водой к силам, действующим на шарик, добавится сила Архимеда, поэтому, сила натяжения нити не изменится только в том случае, если шарик будет стремиться всплыть.

До заполнения водой сосуда условие равновесия имеет вид

   T=mg, где Т- сила натяжения нити, m – масса шарика.

После заполнения сосуда водой условие равновесия примет вид

   T+mg=ρВgV или T+ ρVg =ρВgV, где V – объем шарика.

Решая систему, составленную из двух условий равновесия, получим

 ρ= ρВ /2= 500 кг/м3.