Методика решения задач по физике

 

Январцевская  средняя  общеобразовательная  школа  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 
Тема: «Методика  решения задач по физике» 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подготовила: М.К. Истлеу

учитель физики

 

 

 

 

 

 

 

 

Август- 2011

 

 

 

Комплексный подход к формированию умений

решать задачи по физике

 

Актуальность: С 2004 года наша школа работает по ЕНТ. Введение ЕНТ поставило перед учителем и учащимися жесткие требования к тестированию. Уровень сложности материалов ЕНТ по физике с каждым годом повышается.

Проблема: Сравнив старые билеты по физике с вопросами для подготовки к ЕНТ, я увидела, что возникла противоречивая ситуация: от учащихся требуют новых знаний, а обучают старыми методами.

Поэтому я поставила  цель: дополнить старую методику решения  задач новыми приёмами, подойти к формированию умений решать задачи по физике комплексно.

Задачи: Проанализировать тесты ЕНТ предыдущих лет

Проанализировать учебники физики и математики

Выявить физические и математические трудности

Составить рекомендации по их преодолению

Решение и анализ задач  позволяют понять и запомнить основные законы и формулы физики, создают представление об их характерных особенностях и границах применимости. Задачи развивают навык в использовании общих законов материального мира для решения конкретных вопросов, имеющих практическое и познавательное значение. Умение решать задачи является лучшим критерием оценки глубины изучения программного материала.

Сейчас в школах получили распространение в основном три метода решения задач.

Первый состоит в том, что учащимся даётся алгоритм решения задач нового типа, показывается, как он применяется и предлагается решить самостоятельно ряд задач с его помощью.

Второй (традиционный) метод заключается в следующем: учитель объясняет образец решения задачи нового типа (не выделяя алгоритма решения), а затем предлагает учащимся самостоятельно решать подобные задачи.

Третий метод фактически заложен во всех учебниках: даются образцы решения задач, но не предлагается плана и алгоритма решения.

 

Анализируя контрольные  экзаменационные материалы для  подготовки к ЕНТ по физике, я пришла к выводу, что соотношение между теорией и задачами существенно изменилось в сторону количественных задач.

Примерное распределение  таково:

теоретические вопросы  и качественные задачи составляют примерно от 50% до 33%.

количественные задачи от 50% до 67%, среди них графические задачи от 7,5% до 12,5%.

В изучении курса физики решение задач имеет исключительно большое значение, им должна отводиться значительная часть курса.

В процессе работы с учебниками физики и математики были выявлены трудности физического характера. В математике ученик привык оперировать с числами и небольшим количеством переменных, в основном X и Y. В физике количество физических величин очень большое. Например,

В учебнике физики 7 класса ученики должны запомнить 20 новых физических величин, 15 формул и 6 размерностей.

В 8 классе: 20 физических величин, 26 формул, 13 размерностей.

В 9 классе: 18 физических величин, 58 формул, 5 размерностей, 2 физические постоянные.

В 10 классе: 34 физические величины, 55 формул, 20 размерностей, 8 физических постоянных.

В 11 классе: 29 физических величин, 63 формулы, 2 размерности, 1 физическая постоянная.

 

Математических трудностей пять:

 

Составление системы уравнений, полностью  отражающей данный физический процесс, представляет основную трудность решения почти всех задач по физике.

Ко второй математической трудности  я отношу вычисление степени с  натуральным показателем. На уроках математики эта тема изучается недостаточно и ученики забывают правила вычисления. Поэтому при решении задач  на закон всемирного тяготения, законы фотоэффекта испытывают затруднения.

К третьей математической трудности  я отношу решение графических  задач. Опять таки это связано  с большим количеством физических величин и закономерностей. В  математике ученики пользуются системой XOY, а в физике их огромное множество: координата от времени, скорость от времени, ускорение от времени и т.д.

Четвёртая трудность - решение задач  с элементами геометрии. Учащиеся затрудняются нарисовать чертёж по условию задачи.

Пятая трудность – нахождение проекций векторов на координатные оси. В математике рисуют стандартный прямоугольный треугольник со сторонами abc и определяют a = c·cosα, b=c sinα. В физике изучаются наклонные плоскости и треугольник оказывается под углом к горизонту, т.е. он по-другому расположен на чертеже.

 

Рекомендации по преодолению  трудностей:

 

Составление и использование на уроках таблиц, плакатов, рисунков.

Изучая учебник математики, Алгебра  – 9, я составила таблицу свойства степени с натуральным показателем  и стандартный вид числа. Такими таблицами пользуюсь при решении задач на закон всемирного тяготения, законы фотоэффекта и других, где требуется применение этих свойств.

 

Свойства степени с натуральным  показателем

 

1	10m 10n= 10m+n	102 103 =105                            102 10-3 = 10-1
2	10m : 10n = 10m-n	1023:1021 = 1023-21 = 102          109 : 10-4 = 109+4 = 1013
3	(10m)n = 10mn	(105)2 = 1010                             (10-4)2 = 10-8
4	(5·10m)n = 5n 10mn	(3 103)2 = 9·106                        (5 10-3)2 = 25 10-6
5	√102n = 10n	√1018 = 109                               √2,5 109 = √25 108 = 5 104
6	1/ 10n = 10-n 1/ 10-n = 10n	1/ 1023 = 10-23 1/ 10-23 = 1023

 

Стандартный вид числа

а•10ⁿ

например:

2750 = 2,75•10³

0,0275 = 2,75•10^-2

 

 

 

Методика решения  задач по физике

Выбор правильной методики выполнения какой-либо работы очень  часто является залогом успеха. Решение  задач по физике не является исключением  из этого правила. Конечно, не существует универсальной методики решения  задач, которой нужно беспрекословно следовать. Примерный алгоритм,  при решении задач:  
1. Внимательно прочитать условие задачи. Установить в общих чертах условия задачи и каким физическим законам они отвечают. 
2. Сделать краткую запись условий. Обычно слева в столбик записывают все данные и искомые величины. Лучше все данные задачи сразу выразить в одинаковых величинах (СИ). 
3. Сделать чертеж, схему или рисунок, поясняющие описанный в задаче процесс. Указать на чертеже все данные и искомые величины задачи.  
4. Написать уравнение или систему уравнений, отображающих происходящий физический процесс в общем виде. 
5. Если равенства векторные, то им сопоставить скалярные равенства. 
6. Используя условия задачи и чертеж, преобразовать исходные равенства так, чтобы в конечном виде в них входили лишь упомянутые в условиях задачи величины и табличные данные.  
7. Решить задачу в общем виде (получить "рабочую формулу"), т.е. выразить искомую величину через заданные в задаче.  
8. Произвести вычисления.  
9. Произвести проверку единиц величин, подставив их в "рабочую формулу". Полученная единица должна совпадать с единицей искомой в задаче величины.  

Следует помнить, что  задачи по физике в моделях отражают физическую реальность окружающего мира. Приступая к решению очередной задачи, пусть даже самой простой, попытайтесь распознать явление, представить его мысленно, обсудить его протекание (если есть с кем), а уж затем приступать к поиску ответа на поставленный вопрос задачи.

Если Вам трудно представить  себе, как протекает физическое явление, попробуйте посмотреть интерактивные модели по физике. Это flash-анимация, которая помогает глубже понять суть явления и смоделировать его при разных условиях.

1. Оформлять задачу можно традиционно:
• краткая запись условия, где необходимо отразить не только данные числовые значения, но и все дополнительные условия, которые следуют из текста задачи (хотя, это не всегда очевидно, а возникает по ходу решения). Неизменность или кратность каких-либо параметров, их граничные значения, условия, которые определяются физическим содержанием задачи (например, отсутствие трения, постоянство ускорения и т. п.).
• оформление задачи рисунком: сделать к задаче рисунок, на котором отображается ситуация описанная в задаче, нанести все данные условия задачи, и сформулировать вопрос задачи.

Рисунок особенно необходим, если используемые уравнения заданы в векторной форме. В этом случае надо нарисовать систему координат, относительно которой следует записать векторное уравнение в проекциях. Рисунок в большинстве случаев сильно облегчает процесс решения любой задачи, не только по физике.

Рисунок также необходим, если тело движется или находится под углом.

2. Очень важно правильно поставить вопрос к задаче. Возможны следующие варианты:
• вопрос задачи сформулирован четко и понятно, например, найти значение какого-либо параметра (при постановке такого вопроса трудностей не возникает);
• на сколько или во сколько одна величина отличается от другой. Здесь надо найти разность двух значений одного параметра (скорости, силы и т. д.) или найти отношение физических величин.

Пример: НА СКОЛЬКО увеличилась  скорость? Изменение скорости = конечная скорость минус начальная:

ΔV = V − Vo.

Реже вопрос может  быть сформулирован иначе: НА СКОЛЬКО  начальная скорость тела превышала  конечную? В этом случае:

ΔV = Vo − V.

Будьте внимательны!

Другой пример: ВО СКОЛЬКО  раз уменьшилась масса тела? Надо узнать:

m/m_o.

• если стоит вопрос: «Как изменился какой-либо параметр?», то нужно самому выбрать НА СКОЛЬКО или ВО СКОЛЬКО (во сколько раз.. ?) в зависимости от данных задачи. Если изменение относительно небольшое, выбирайте на сколько. Если параметр может отличаться в несколько раз, лучше выбрать во сколько раз.

В ответе на вопрос «Как изменилась скорость.. ?» всегда вычитают из конечного значения начальное:

V − Vo,

или делят конечную скорость на начальную:

V/Vo.

При этом если скорость увеличивалась, то:

ΔV > 0   и   V/Vo > 1.

Если же она уменьшалась, то:

ΔV < 0   и   V/Vo < 1.

Практический вывод: если скорость увеличилась, а вы получили ΔV < 0, хорошенько задумайтесь. И наоборот.

3. Надо проверить, все ли заданные величины в задаче находятся в одной системе единиц (СИ, СГС и других). Если величины даны в разных системах, их следует выразить в единицах системы, принятой Вами для решения. Предпочтение отдается системе СИ, но не всегда.

Итак, условие задачи оформлено, теперь можно приступать к решению задачи.

4. Обдумываем физическое содержание задачи, выясняем, к какому разделу она относится, и какие законы в ней надо использовать. Задачи могут быть комбинированные, решение их требует использования законов нескольких разделов физики. В задачах механики обычно первый вопрос, который надо поставить перед собой: каков характер движения?
5. Далее следует записать формулы, соответствующие используемым в задаче законам, не следует сразу искать неизвестную величину; надо посмотреть, все ли параметры в формуле известны. Если число неизвестных больше числа уравнений, надо добавить уравнения, следующие из условия и рисунка. Общий принцип: сколько сколько неизвестных, столько должно быть и формул. Далее останется только решить систему уравнений, то есть свести задачу от физической к математической.

Пример подобной задачи:

Наблюдатель, стоящий  на платформе, определил, что первый вагон электропоезда прошёл мимо него в течение 4 с, а второй — в течение 5 с. После этого передний край поезда остановился на расстоянии 75 м от наблюдателя. Считая движение поезда равнозамедленным, определить его ускорение.