КАЧЕСТВЕННЫЕ ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ КАК СРЕДСТВО АКТИВИЗАЦИИ УЧЕБНО-ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОБУЧАЮЩИХСЯ
статья по физике (11 класс)

Аннотация: в статье представлен опыт использования практико-ориентированных задач при изучении физики. Данные задания направлены на развитие у учащихся мышления, способствуют формированию мотивации к более прочному и глубокому усвоению изучаемого материала, желания самостоятельно приобретать знания.

Ключевые слова: ФГОС, практико-ориентированный подход, практико-ориентированные задачи.

Естественно-математическая подготовка обучающихся является полноправной и важной составляющей в условиях реализации новых Федеральных государственных образовательных стандартов среднего общего образования

Цель современного педагога - активизация познавательной деятельности обучающихся, обеспечение качественных знаний по предмету, подготовка будущих студентов с прочными знаниями для профессиональных учебных заведении.

Традиционное изложение теоретического материала при изучении любой темы на уроках физики должно включать как физический эксперимент, а также решение задач, большинство из которых должно быть практико-ориентированного содержания, с учетом профильной направленности преподавания физики.

Физическая задача — это словесная модель физического явления или совокупности явлений с некоторыми известными и неизвестными данными. Умение решать различные задачи по физике - это основной критерий качества усвоения материала.

Практика показала, что ни содержание стандартных задач, ни процессы их решения не вызывают у обучающихся познавательного интереса. А отсутствие познавательного интереса оборачивается скукой на уроке, бездельем, моральным вредом.

Один из способов дать толчок мыслительной деятельности - предложить ученикам интересные практико-ориентированные качественные задачи.

Качественная задача — это такая задача, которая связана с качественной стороной физического явления, решаемая путем логических умозаключений, основанных на законах физики, чертежа, выполнения математических действий. Это задачи «на принцип действия того или иного прибора», «на смекалку», «на описание явлений природы» и другие задачи предпрофессионального содержания. Они способствуют привитию интереса к будущей профессии.

Успешное решение таких задач по физике – залог успехов и в понимании физики, и в развитии творческой деятельности школьников. Они приближают изучаемую теорию к окружающей жизни, способствуют построению логических умозаключений, основанных на физических законах, способствуют профориентации, развивают политехнический кругозор.

Проверка знаний обучающихся посредством решения качественных задач позволяет осуществлять обратную связь между обучающимися и преподавателем, даёт конкретный материал для анализа полноты и качества знаний, помогает своевременно увидеть проблемы, ошибки и недочёты в знаниях обучающихся.

Качественные задания можно применять и при изучении новой темы, при закреплении и проверке знаний учащихся.

Решение качественных задач может осуществляться различными методами: графическим, экспериментальным или методом построения логических рассуждений. При решении качественных задач можно придерживаться следующей схемы:

• Внимательно прочесть задачу;
• Изучить условие задачи;
• Составить план решения, если есть необходимость, то целесообразно сделать рисунок;
• Проанализировать полученный ответ с точки зрения возможности его использования в профессиональной ситуации.

Все выше изложенное побудило меня составить подборку таких задач, которые вызывают наибольший интерес у обучающихся с учетом их интересов и профиля обучения.

Например, работая в кадетских классах, использую подборку задач с военной составляющей:

1. Наблюдатель видит вспышку выстрела орудия, а через 4 с слышит его звук. Какова дальность стрельбы орудия? Скорость распространения звука в воздухе. 340 м/с
2. Звук выстрела и пуля одновременно достигают высоты 700 м. Какова начальная скорость пули? Выстрел произведён вертикально вверх. Сопротивление движению пули не учитывать. Скорость распространения звука в воздухе принять равным 340 м/с
3. Объясните смысл выражения: «Радиостанция работает на волне 15 м». (Ответ: Это означает, что данная радиостанция излучает волны длиной 15 м).
4. Определите длины волн, соответствующие частотам 35 МГц, 160 кГц.
5. На сколько сила сопротивления воздуха уменьшает дальность полета снаряда, если при начальной скорости 420 м/с, направленной под углом 45° к горизонту, дальность полета снаряда 11 км?
6. Чтобы обеспечить устойчивый полет пули, в канале ствола огнестрельного оружия делают винтовую нарезку. Внутри ствола длиной 1 м пуля делает один полный оборот и вылетает со скоростью 900 м/с. Определите время, в течение которого пуля движется внутри ствола. Чему равна угловая скорость вращения пули в момент вылета?
7. Частоты собственных колебаний крыла самолёта можно определить опытным путём. С этой целью крыло подвергается действию вибратора, которым может быть эксцентрик, приводимый во вращение электродвигателем с изменяемым числом оборотов. Какое физическое явление лежит в основе этого приёма? ( Явление механического резонанса. Здесь действие эксцентрика является периодической возмущающей силой известной частоты).
8. При наезде колеса боевой машины на неровности возникают толчки и последующие колебания корпуса машины. Какие вредные последствия может вызвать это явление в боевой обстановке? (Ответ: Ухудшаются возможности ведения огня и наблюдения за полем боя, возникают неприятные ощущения у водителя и десанта).
9. Для бронетранспортеров и грузовых автомашин частота собственных колебаний корпуса составляет 1,6 - 2,4 Гц. Каков период этих колебаний ?
10. На боевых кораблях для ориентации, обнаружения противника, сигнализации, связи и прокладки курса используют ультразвуковые колебания широкого диапазона, как правило, не свыше 50 кГц. Какова длина этих волн в воде? Как изменилась бы длина ультразвуковых волн при выходе их из воды в воздух, температура которого 00С? Скорость распространения звука в воде 1500 м/с.
11. При выстреле пуля массой 9 г вылетает из канала ствола автомата со скоростью 725 м/с. Определите кинетическую энергию пули и скорость отдачи (движение автомата назад. Масса автомата равна 3,8 кг.
12. Какова длина волны на которой работает РЛС, если частота волн 18 ГГц?
13. Отсчёт времени в РЛС ведётся при помощи кварцевого генератора, исполняющего роль точных часов. Определить какое расстояние пройдёт электромагнитная волна за время трёх периодов генератора, если частота кварцевого генератора 150 кГц. (Ответ:6 км).
14. На каком расстоянии находится цель, если отражённый сигнал принят радиолокатором через 900 мкс после момента посылки сигнала?
15. В сырую погоду дым от разрывов снарядов и дымовых гранат стелется над поверхностью Земли. Почему? (Частицы дыма при большой влажности воздуха служат центрами конденсации водяных паров и, покрываясь слоем воды, становятся более тяжелыми)
16. Парашютист опускаемся на землю со скоростью 3 м/с при спокойном состоянии воздуха. С какой скоростью он будет двигаться при горизонтальном ветре, скорость которого 5 м/с?
17. Водитель выключил двигатель, когда автомобиль двигался по горизонтальному шоссе со скоростью 50 км/ч, после чего движение автомобиля было равнозамедленным. Определить ускорение, путь и время движения автомобиля с выключенным двигателем. Коэффициент трения колес о шоссе 0,05.
18. Танк весом 600 кН идет по мосту со скоростью 60 км/ч. Радиус кривизны моста 0,5 км. Найти силу давления танка на середину моста, если мост 1) выпуклый; 2) вогнутый.3) плоский
19. В состоянии ли гидролокатор подводной лодки, работающей на частоте 40 кГц обнаружить мину диаметром 40 см? Почему? Скорость распространения звука в воде 1500 м/с.
20. Для оперативного управления ходом боя в войсках применяют портативные радиостанции с фиксированной частотой. Определить ёмкость конденсатора входного колебательного контура радиостанции, если известно, что при индуктивности 45мкГн контур настроен в резонанс на электромагнитные колебания с длиной волны 40м.
21. Один из передатчиков, установленный на корабле-спутнике «Восток» работал на частоте 20 МГц. Найти период и длину радиоволн. (Ответ: 15 м).
22. УКВ- радиостанция Р-109 м работает в диапазоне частот от 21,5 – 28,5 МГц. Какие длины волн соответствуют этим частотам? (Ответ: 10,52 м).
23. Радиоприёмник радиостанции Р- 108 м может принимать волны длиной от 8,22м до 10,71м. В каком частотном диапазоне работает этот приёмник? (Ответ: 36,5 МГц; 28 МГц).
24. В каких пределах может изменяться ёмкость контурного конденсатора переменной ёмкости в генераторе передатчика Р- 108 м, если индуктивность контура составляет 2 мкГн, а генерируемая частота может изменяться от 28,0 МГц до 36,5 МГц? (Ответ: от 16,1пФ до 9,6пФ).
25. В колебательном контуре возбудителя радиостанции Р-105 м величина индуктивности составляет 1,3мкГн, конденсатор переменной ёмкости установлен на ёмкость 12,2 пФ. Определить : -на какую частоту настроен передатчик; - как велик период генерируемых колебаний; - какова длина излучаемых радиоволн? (Ответ: 40МГц; 2,2*10-8с; 7,5м).
26. Почему радиоприём сильно ослабляется при проезде машин в туннеле или под мостом? (Ответ: Сказывается экранирующее действие мостов и туннелей, так как они состоят из проводящих материалов (металл, железобетон, земля).
27. Радиоприём на УКВ сопровождается гораздо меньшим уровнем радиопомех. Чем это объяснить? (Ответ: Спектр частот, излучаемый радиопомехами, содержит самые разнообразные колебания и поэтому трески принимаются радиоприёмником, независимо от того, на какую длину волны он настроен. Частота же УКВ настолько высока, что гармоники таких частот в спектрах радиопомех почти отсутствуют. Поэтому радиопомехи на УКВ, как правило, не принимаются).
28. Почему на коротких волнах возможен дальний и сверхдальний приём? (Ответ: короткие волны могут многократно отражаться от ионосферы).
29. Каков КПД УКВ-радиостанции Р-105М, выходная мощность её 1 Вт, потребляемый ток при передаче – 2А, а питается она от четырёх последовательно соединённых аккумуляторов, напряжением 1,2 В каждый? (Ответ: 10%).
30. Чем объяснить, что полупроводниковая аппаратура имеет более высокий КПД, чем ламповая? (Ответ: В ламповой радиоаппаратуре часть потребляемой энергии расходуется на разогрев катодов ламп, чего нет в транзисторной аппаратуре).
31. На какой частоте работает радиолокационная станция, если длина волны 10 см? (Ответ: 3000МГц).
32. На каком расстоянии находится цель, если отражённый сигнал принят радиолокатором через 400 мкс после момента посылки сигнала? (Ответ: 60 км).
33. Через сколько времени будет принят отражённый сигнал от самолёта, если он находится на расстоянии 150 км от радиолокатора? (Ответ: 10-3с).
34. Длительность развёртки индикатора обнаружения артиллерийских РЛС составляет 200 мкс. Определить дальность действия РЛС. (Ответ:30 км).
35. Высококачественные цепи РЛС покрывают тонким слоем серебра. С какой целью делается это покрытие? (Ответ: Известно, что токи высокой и сверхвысокой частоты протекают по поверхности проводника (Скин-эффект). Поэтому серебрение приводит к уменьшению сопротивления токам высокой частоты).
36. Почему РЛС для обнаружения самолётов работают в метровом и дециметровом диапазонах, а артиллерийские РЛС – в сантиметровом и даже миллиметровом? (Ответ: Для интенсивного отражения радиоволн необходимо, чтобы её длина была меньше размеров цели. Исходя из этого, и выбирают соответствующие диапазоны для РЛС разного назначения).
37. РЛС артиллерийской разведки (сантиметровый диапазон) позволяют обнаружить взводные колонны и даже отдельных солдат. Возможно ли с помощью РЛС ПВО, работающей в метровом диапазоне, подобное обнаружение? (Ответ: Нет. Смотрите предыдущую задачу).
38. Радиоприёмник Р-310М, применяемый для связи между войсками перекрывает длины волн от 5м до 2000м. Какому диапазону частот соответствуют эти длины волн?
39. Для оперативного управления ходом боя в войсках применяют портативные радиостанции с фиксированной частотой. Определить ёмкость конденсатора входного колебательного контура радиостанции, если известно, что при индуктивности 50мкГн контур настроен в резонанс на электромагнитные колебания с длиной волны 50м.
40. На какой частоте суда передают сигнал бедствия SOS, если по международному соглашению длина радиоволны должна быть 600м? (Ответ: 500кГц).В каком диапазоне длин волн работает радиопередатчик, если ёмкость его колебательного может меняться от 60 до 240пФ, а индуктивность составляет 50мкГн? (Ответ: от 103 до 211м).
41. Определить дальность действия радиолокатора, если время развёртки в электронно-лучевой трубке составляет 2000мкс. (Ответ:300 км).
42. Определить длину волны радиолокационной станции при частоте колебаний 3ГГц. (
43. На каком расстоянии от радиолокатора находится цель, если радиолокатор принимает отражённый от неё сигнал через 100мкс после момента посылки сигнала? (Ответ:15 км).
44. Через сколько времени возвратится к радиолокатору отражённый от цели сигнал. если она находится на расстоянии 45км от радиолокатора? (Ответ: 3*10-4с).
45. Радиолокатор работает на волне длиной 20см и даёт 5000 импульсов в секунду. причём длительность каждого импульса 2мкс. Сколько колебаний содержится в каждом импульсе? (Ответ: 3*103).
46. Чтобы обеспечить устойчивый полет пули, в канале ствола огнестрельного оружия делают винтовую нарезку. Внутри ствола длиной 1 м пуля делает один полный оборот и вылетает со скоростью 800 м/с. Определите время, в течение которого пуля движется внутри ствола. Чему равна угловая скорость вращения пули в момент вылета?
47. На сколько сила сопротивления воздуха уменьшает дальность полета снаряда, если при начальной скорости 400 м/с, направленной под углом 45° к горизонту, дальность полета снаряда 10 км?
48. Пуля пролетает в первую секунду 340 м. Выстрел производится с танка вдоль дороги в тот момент, когда расстояние до цели составляет 340 м. Безветрие. Что раньше достигнет цели; пуля или звук вы-стрела. Ответ дайте для случаев, когда танк: 1) приближается к цели; 2) стоит на месте; 3) удаляется от цели. Скорость звука 340 м/с.

В медицинских классах:

#1050;акой из согревающих предметов, имеющих одинаковую температуру и массу, отдаст больше количества теплоты при остывании на одинаковое число градусов: мешочек с песком или грелка с водой?

#1048;звестно, что при тяжелой, физической работе человек выделяет пот объемом 10 литров. Какая масса воды может быть нагрета на 60 К за счет той тепловой энергии, которая затратилась на испарение пота объемом 10 литров?

#1053;есущая частота передатчика телеэлектрокардиографа ТЭК-1, служащего для дистанционной регистрации электрокардиограммы человека, равна 145 МГц. На какой длине волны работает передатчик?

4. Когда у человека на руке или на ноге наложен гипс, он испытывает сильную усталость. Объясните это на основании первого и второго законов Ньютона.

5. Согласно упрощенной модели сердца млекопитающего, при каждом сокращении около 15 г крови ускоряется от скорости 0,26 м/с до 0,36 м/с за время 0,10 с. Какова при этом величина силы, развиваемой сердечной мышцей?

#1051;евый желудочек сердца, сокращаясь, прогоняет кровь по системе кровообращения. Считая площадь внутренней поверхности желудочка равной 84 см2, а максимальное давление крови 121 мм. ртутного столба, рассчитайте полную силу, развиваемую мышцами желудочка в момент, когда давление максимально.

#1055;ри каждом сокращении сердце прокачивает примерно 70 см3 крови под средним давлением 105 мм ртутного столба. Рассчитайте мощность сердца в ваттах при 65 ударах пульса в минуту.

8. Почему кровяное давление измеряют на руке примерно на уровне сердца? Нельзя ли измерять давление на ноге?

#1053;ормальная температура человека в подмышечной впадине 36,60С, а в легких 330С. Чем объясняется более низкая температура легких?

#1046;изненная емкость легких у человека около 4 литров. Какова масса наполняющего их воздуха?

В химико-биологических классах:

1. Изделия из натуральных тканей (хлопка, шерсти, шёлка) имеющих пёструю расцветку следует стирать в воде, температура которой не превышает 30°C. Объясните почему. Рассмотрите значки на этикетках от кофт, пиджаков, брюк поясните их. Почему не следует замачивать и стирать вместе цветное и белое бельё?
2. В полистироловой фляге длительное время хранился керосин. Если в эту, даже очень тщательно вымытую флягу налить молоко, то в нём мы всё же будем чувствовать запах керосина. Объясните почему?
3. Лев прыгает горизонтально со скоростью 6 м/с со скалы высотой 15 м. Вычислить дальность полета льва.
4. Насекомое массой 0,09 г спускается по нити паутины, которая поддерживает его с силой 3,8.10-4Н. Каково ускорение насекомого ? Сопротивлением воздуха пренебречь.
5. Саранча массой 3,0 г в прыжке развивает скорость 3,4 м/с. Чему равна ее кинетическая энергия при этой скорости? Если саранча преобразует энергию с КПД=50%, то сколько энергии она затрачивает на этот прыжок?
6. Обезьянка массой 5,2 кг перепрыгивает с одной ветки на другую, расположенную на 1,3 м выше первой. На сколько при этом изменится потенциальная энергия обезьянки?
7. С какой скоростью лосось должен выпрыгнуть из воды, если ему необходимо преодолеть водопад высотой 3,8 м? Используйте закон сохранения энергии.
8. Моллюск морской гребешок открывает свою раковину с помощью упругого вещества абдуктина, модуль упругости которого примерно равен 1,8 МН/м2. Какую потенциальную энергию запасает кусочек абдуктина толщиной 2 мм и площадью сечения 0,3 см2 при сжатии его на 2 мм?
9. На какой предельной глубине пловец еще может продолжать дышать через трубку? Чем определяется эта глубина?
10. Почему перелетные птицы летят клином? Нужно ли при этом, чтобы все птицы стаи синхронно взмахивали крыльями?
11. У млекопитающих, существование которых зависит от умения быстро бегать, форма ног такова, что внизу они довольно тонкие, а мясо и мышцы сосредоточены высоко наверху (вблизи лопаток). Объясните, почему?
12. Сухожилие животного длиной 16 см под действием силы 12,4 Н удлиняется на 3,3 мм. Сухожилие можно считать круглым в сечении с диаметром 8,6 мм. Рассчитайте модуль упругости этого сухожилия.
13. Прыжок насекомого можно анализировать при помощи замедленной фотосъемки. Движение можно разделить на два этапа. Первый этап – отталкивание продолжается около 10-3 с. В течение этого времени ноги насекомого, отталкиваясь от земли, ускоряют блоху до скорости около 1,0 м/с. На втором этапе полет насекомого в воздухе происходит только под действием силы тяжести (прыжок вертикальный). Вычислите:а) ускорение во время отталкивания, выраженных в величинах, кратных g ; б) высоту подъема над землей во время отталкивания;
14. Когда пеликаны ныряют за рыбой, они складывают свои крылья и совершают свободное падение в воду. Предположим, что пеликан начинает нырять с высоты 25 м и, падая, не в состоянии изменить траекторию. Если у рыбы есть в запасе 0,15 с, то она может сманеврировать и уклониться от пеликана. Какова высота, на которой рыба должна заметить пеликана, чтобы спастись? Считайте, что рыба находится у поверхности воды.

Для будущих автомобилистов в инженерных классах:

#1044;ля какой цели сидения автомобиля снабжают ремнями безопасности и подголовниками?

#1055;очему при больших скоростях автомобиль иногда «заносит» на поворотах?

#1053;а каких свойствах жидкостей основана работа масляных амортизаторов?

#1055;очему зимой сливается вода из радиатора и блока цилиндров автомобиля?

#1050;акую скорость переменного движения показывает спидометр автомобиля?

#1047;ачем протектор автомобильных покрышек делаю ребристым?

#1055;очему нужно беречь тормоза автомобиля от попадания в них масла или другой жидкости?

#1055;очему при движении автомобиля на труднопроходимом участке пути давление в шинах нужно снижать?

#1055;очему на булыжной мостовой нагруженный автомобиль движется более плавно, чем такой же автомобиль без груза?

#1040;втомобиль движется равномерно по горизонтальному участку дороги. Какие силы действуют на него в этом случае?

#1055;очему двигатель автомобиля должен развивать большую мощность при разгоне, чем при равномерном движении?

Ответ: часть энергии расходуется на приобретение автомобилем кинетической энергии.

#1055;очему в тумане луч дальнего света фар автомобиля не в состоянии освещать дорогу?

Географам:

#1063;то произойдёт с пустыней Намиб, если температура воды Бенгельского течения

резко повысится?

#1044;олина Смерти – самое низкое место на океанском континенте и самое жаркое место в мире. Здесь температура может держаться около 50°C в течение нескольких дней. Казалось бы, что в долине должно быть прохладно, поскольку её окружают горы, где воздух холодный, и, как известно он опускается вниз, а горячий воздух поднимается вверх. В действительности же всё наоборот. Объясните данное явление.

#1041;удет ли обычный компас давать правильные показания в кабине автомобиля или салоне автобуса? Почему?