Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Програма спецкурсу «Фізика в задачах»

Скачати 141.88 Kb.

Програма спецкурсу «Фізика в задачах»




Скачати 141.88 Kb.
Дата конвертації13.06.2017
Розмір141.88 Kb.
ТипПрограма

Програма спецкурсу «Фізика в задачах»

М.А. Новосельський методист ЧОІПОПП

О.В. Чуйко вчитель фізики вищої

категорії, вчитель – методист.



Пояснювальна записка.
Науково-технічний прогрес тісно пов’язаний з розвитком фізичних знань. Розвиток сучасної науки зумовлює потребу у висококваліфікованих фахівцях, формування яких розпочинається з школи.

Розв’язування задач складає невід’ємну частину вивчення фізики на будь якому рівні – від шкільного до найвищого. Розв’язування і аналіз задач дозволяють зрозуміти та запам’ятати основні закони і формули фізики, дають уявлення про характерні особливості та межі їх застосування. Задачі розвивають навички в використанні загальних законів матеріального світу для розв’язання конкретних питань, що мають практичне та пізнавальне значення.

Конститу́ція (лат. constitutio - установлення, устрій, порядок) - основний державний документ (закон), який визначає державний устрій, порядок і принципи функціонування представницьких, виконавчих та судових органів влади, виборчу систему, права й обов'язки держави, суспільства та громадян.
Матеріалі́зм - один з основних напрямків філософії, який у вирішенні основного питання філософії стверджує, що буття, природа, матеріальне є первинним, а дух, свідомість, ідеальне - вторинним. Визначення первинності і вторинності різне у різних філософів.

Робити висновки про ступінь розуміння фізичних законів можна по вмінню свідомо їх застосовувати до аналізу конкретних фізичних явищ, а саме до розв’язування задач.

Фі́зика (від грец. φυσικός природний, φύσις природа) - природнича наука, яка досліджує загальні властивості матерії та явищ у ній, а також виявляє загальні закони, які керують цими явищами. Це наука про закономірності Природи в широкому сенсі цього слова.
Фізичний закон - наукове узагальнення, що ґрунтується на емпіричному спостереженні за поведінкою природних тіл, яке вважається універсальниим і незмінним фактом фізичного світу.
Власний викладацький досвід вказує на те, що найважчим для учнів є проблема „з чого розпочати?”, тобто не саме використання фізичних законів, а саме вибір, які закони і чому потрібно застосовувати під час аналізу в кожному конкретному випадку. Саме на формування уміння вибрати шлях розв’язування задачі, уміння визначати, які саме фізичні закони описують дане явище, подолання страху перед задачею і направлена дана програма.

Вивчення даного курсу передбачає досягнення такої мети:

розвиток інтересу до фізики, до розв’язування фізичних задач;

— удосконалювання отриманих в основному курсі знань і умінь;

— формування знань про постановку, класифікацію, прийоми і методи розв’язування фізичних задач.

Програма факультативного спецкурсу погоджена за змістом з програмою основного курсу фізики. Вона орієнтує вчителя на подальше удосконалення та поглиблення вже засвоєних знань і умінь.



Програма поділяється на такі розділи:

  1. Класифікація фізичних задач та методи їх розв’язування.

  2. Етапи розв’язування фізичних задач.

  3. Практичне застосування курсу.

  • кінематика,

  • динаміка та закони збереження,

  • статика,

  • механіка рідин,

  • молекулярна фізика і термодинаміка,

  • електростатика,

  • електричний струм,

  • коливання та хвилі,

  • оптика,

  • релятивістська та квантова фізика.
    Ква́нтова меха́ніка - фундаментальна фізична теорія, що в описі мікроскопічних об'єктів розширює, уточнює і поєднує результати класичної механіки і класичної електродинаміки. Ця теорія є базою для багатьох напрямів фізики та хімії, включаючи фізику твердого тіла, квантову хімію та фізику елементарних частинок.


4. Інтелектуальні змагання.

Підбір задач учитель здійснює виходячи з конкретних можливостей учнів, зі збір­ників фізичних задач підвище­ної складності, збірників олімпіадних, експериментальних, якісних, графічних задач, а та­кож саме з життя, або зі списку, запропонованому в кінці програми. В окремих випадках використовуються шкільні збірники задач. При підборі задач значна увага, ніж в основному курсі, приділяється задачам технічного змісту, цікавим експериментальним, творчим завданням, завданням вимоги яких, викону­ються учнями на основі знан­ня фізичних законів, без яких-небудь прямих чи непрямих вказівок на те, якими знання­ми треба користуватися.

В умовах комп'ютеризації навчання управління розв'я­зуванням задач мож­на покласти на комп’ютер, що за­безпечує необхідну учням ін­дивідуальну допомогу — кожен учень, залежно від його здіб­ностей, працюватиме в тому темпі, який для нього найзруч­ніший.

Робота учнів з комп’ютерними моделями надзвичайно корисна, так як комп’ютерні моделі дозволяють в широких межах змінювати початкові умови фізичних експериментів, що дозволяє їм виконувати різноманітні віртуальні досліди. Така інтерактивність відкриває перед учнями величезні пізнавальні можливості, так як вони стають не тільки спостерігачами, а й активними учасниками експериментів. Притому комп’ютер з якіс­ним графічним екраном та сис­темою мультимедіа надає прин­ципово нові можливості у відтворенні реальної картини фізичного процесу.

Задача Коші - одна з основних задач теорії диференціальних рівнянь - полягає в пошуку розв'язку (інтеграла) диференціального рівняння, що задовольняє початковим умовам (початковим даним).
Фізичний процесор (англ. Physics Processing Unit - англ. PPU, «фізичний прискорювач») - пристрій, мікросхема, виділений спеціалізований процесор, призначений для обробки «фізичних» обчислень переважно в фізичних рушіях.



Вивчивши даний курс учні

повинні знати:

повинні вміти:

  • аналізувати умову задачі та інтерпретувати її наочною схемою, або кресленням;

  • складати рівняння, що пов’язують фізичні величини які характеризують дане явище з кількісної сторони;
    Фізи́чна величи́на - властивість, спільна в якісному відношенні для багатьох фізичних об'єктів (фізичних систем, їхніх станів і процесів, що в них відбуваються) та індивідуальна в кількісному відношенні для кожного з них.


  • розв’язувати одержані рівняння;

  • аналізувати отримані результати та робити висновки.

  • вміти оперувати різними способами розв’язування задач.


Тематичний розподіл:


п/п

Тема

Кількість годин




теор.

практ.

10 клас

1.

Класифікація фізичних задач та методи їх розв’язування

2

2

0

2.

Етапи розв’язування фізичних задач.


3

3

0

3.

Практичне застосування курсу.

  • кінематика




  • динаміка та закони збереження

  • статика




  • механіка рідин




  • молекулярна фізика і термодинаміка




26




4
5
5
5
4


1
1
0
0
1

4.

Інтелектуальні змагання.

4

0

4

11 клас

1.

Класифікація фізичних задач та методи їх розв’язування

2

2

0

2.

Етапи розв’язування фізичних задач.


3

3

0

3.

Практичне застосування курсу.

  • електростатика




  • електричний струм




  • коливання та хвилі




  • оптика




  • релятивістська та квантова фізика.



25


4
3
4
4

3


1
2
1
1

2


4.

Інтелектуальні змагання.

5

0

5

10 клас

(1 година на тиждень, всього 35 годин)
1. Класифікація фізичних задач та методи їх розв’язування (2 години).

Класифікація фізичних задач за змістом. Способи розв’язування фізичних задач: арифметичний, алгебраїчний, геометричний. Методи розв’язування задач: синтетичний – виявлення причинно-наслідкових зв’язків, графічний, експериментальний.

Алгоритмічні прийоми в процесі розв’язування задач.

Приклади задач усіх видів: текстові(якісні, обчислювальні), експериментальні, графічні, задачі-малюнки, творчі задачі(дослідницькі, конструкторські).

Складання фізичних задач. Основні вимоги до складання задач. Способи і техніка складання задач.

Математичні додатки до розв’язування фізичних задач:



  • елементи векторної алгебри;

  • правила наближених розрахунків;

  • формули алгебри та тригонометрії у фізичних задачах.


2. Етапи розв’язування фізичних задач (3 години).

  • короткий запис та виконання відповідного малюнка, схеми;

  • аналіз умови задачі та її наочна інтерпретація схемою, або кресленням;

  • складання рівнянь, що пов’язують фізичні величини, які характеризують дане явище з кількісної сторони;

  • розв’язування одержаних рівнянь;

  • аналіз отриманого результату та числові розрахунки;

  • пошук інших можливих розв’язків задачі та вибір з них найбільш раціонального.

Оформлення розв’язку задачі. Типові недоліки під час розв’язку і оформлення фізичних задач.

Різні прийоми і способи розв’язання фізичних задач: алгоритми, аналогії, геометричні прийоми, метод розмірностей, графічні рішення і т.д.



3. Практичне застосування курсу(26 годин).
Практика (грец. πράξις «діяльність») - доцільна і цілеспрямована діяльність, яку суб'єкт здійснює для досягнення певної мети. Практика має суспільно-історичний характер і залежить від рівня розвитку суспільства, його структури.


Кінематика.

Розв’язування задач на відносність руху (на переправі, навігаційні задачі), визначення радіуса кривизни циклоїди, задачі з балістики (в ціль з найменшою швидкістю, як попасти в ціль за стіною, як далеко летять краплі з колеса, що обертається, та інші).



Лабораторна робота №1: Дослідження залежності швидкості тіла від прискорення.

Екскурсії з метою добору даних для складання задач.



Динаміка та закони збереження.

Алгоритми розв’язку задач з динаміки.

Розв’язування задач на основні закони динаміки: закони Ньютона,(нерухомий та рухомий блоки, система блоків) закони для сил тяжіння („мертва петля”, проект космічної орбіти, зміна орбіти), пружності, тертя, опору (рух тіла, зануреного у воду), на рух матеріальної точки, системи точок, рух твердого тіла під дією декількох сил (санчата на горі, похила площина та дошки на похилій площині), розв’язування задач на закони збереження (зіткнення кулі з клином, тривалість удару, фізика руху футбольного м’яча, відбивання м’яча від стінки).

Матеріа́льна то́чка (частинка) -це фізична модель, яку використовують замість тіла, розмірами якого в умовах даної задачі можна знехтувати.
Зауваження: В цій статті векторні величини позначаються жирним шрифтом, тоді як скалярні - курсивом.


Лабораторна робота №2: Дослідження вільного падіння тіл.

Статика.

Задачі на визначення характеристик рівноваги фізичних систем (стійка та нестійка рівноваги, колоди в кузові вантажівки).

Задачі на принцип відносності: кінематичні і динамічні характеристики руху тіла в різних інерціальних системах відліку.

Принцип відносності - це фундаментальний фізичний принцип, що включає в себе такі постулати: Існують інерційні системи відліку (СВ) - такі СВ в яких вільний рух (при якому на тіло не діє ніяка сила) відбувається рівномірно і прямолінійно Всі закони природи однакові в інерційних СВ.
ред.№ Вільне падіння - рух фізичного тіла в умовах, коли на нього діє лише гравітаційна сила. Попри слово падіння в назві, під дією сили тяжіння тіло не обов'язково повинно рухатися вниз. До прикладів вільного падіння належать рух тіла, підкинутого вертикально вгору або під кутом до горизонту, обертання Землі навколо Сонця тощо.
Фізи́чна систе́ма - об'єкт фізичних досліджень, множина взаємопов'язаних елементів, відокремлена від навколишнього середовища й така, що взаємодіє з ним, як ціле . При цьому під елементами слід розуміти фізичні тіла або інші фізичні системи.
Інерці́альна систе́ма ві́дліку - система відліку, в якій тіло, на яке не діють жодні сили (або сили, що діють на нього компенсують одна одну, тобто рівнодійна дорівнює нулю), рухається рівномірно й прямолінійно.

Механіка рідин.

Розв’язування задач на рух шарів рідини (витікання води з постійною швидкістю, гідравлічний удар, гідравлічний таран).

Гідравлі́чний уда́р (англ. hydraulic impact, hydraulic shock, water hammer; нім. Druckwelle f, hydraulischer Stoss m, hydraulischer Schlag m) - явище підвищення або зниження гідромеханічного тиску в напірному трубопроводі, викликане зміною в часі і в будь-якому перерізі трубопроводу швидкості руху рідини (наприклад, через відкривання або закривання засувки).

Розв’язування задач на знаходження тиску та сил тиску в середині рідини (перекинута лійка, човен в басейні).

Розв’язування задач на плавання тіл (гальмування у глейкій рідині, падіння у рідині).



Молекулярна фізика і термодинаміка.

Розв’язування якісних задач на основні положення та основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії (МКТ), визначення швидкостей молекул (коливання поршня, визначення кількості молекул в атмосфері, газ в посудині з перетинкою та інші).

Розв’язування задач на властивості пари (тиск пари над викривленою поверхнею, тиск вологого повітря), використання рівняння Менделєєва — Клапейрона.

Розв’язування задач на описання явищ поверхневого шару: робота сил поверхневого натягу, капілярні явища, надлишковий тиск у мильних міхурах, на застосування формули Лапласа.

Поверхне́вий на́тяг - фізичне явище, суть якого полягає в прагненні рідини скоротити площу своєї поверхні при незмінному об'ємі.
Тиск Тиск - фізична величина, яка чисельно дорівнює силі, що діє на одиницю площі поверхні тіла та діє за напрямом зовнішньої нормалі до цієї поверхні.

Розв’язування задач на визначення характеристик твердого тіла: абсолютне і відносне подовження, теплове розширення, запас міцності, сила пружності.

Си́ли пру́жності - сили, що виникають в тілі при його пружній деформації, викликані цією деформацією. Є окремим випадком потенційних сил. Наближено описуються законом Гука

Розв’язування комбінованих задач на перший закон термодинаміки, на теплові двигуни (штучний лід, динамічне опалення, перетин ізотерми з адіабатою та інше).

Теплові́ двигуни́ - галузь науки і техніки, яка вивчає теорію робочих процесів, конструкцію, методи проектування, виготовлення, ремонт та експлуатацію теплових машин.

Розв’язування конструкторських задач.

Лабораторна робота №3: Вивчення ізопроцесів.
Інтелектуальні змагання (4 години).

Проведення контрольного комп’ютерного тестування, олімпіади.

Узагальнююче заняття.
11 клас

(1 година на тиждень, всього 35 годин)
1. Класифікація фізичних задач та методи їх розв’язування (2 години).

Класифікація фізичних задач за змістом. Способи розв’язування фізичних задач: арифметичний, алгебраїчний, геометричний. Методи розв’язування задач: синтетичний – виявлення причинно-наслідкових зв’язків, графічний, експериментальний.

Алгоритмічні прийоми в процесі розв’язування задач.

Приклади задач усіх видів: текстові(якісні, обчислювальні), експериментальні, графічні, задачі-малюнки, творчі задачі (дослідницькі, конструкторські).

Складання фізичних задач. Основні вимоги до складання задач. Способи і техніка складання задач.

Математичні додатки до розв’язування фізичних задач:



  • елементи векторної алгебри;

  • правила наближених розрахунків;

  • формули алгебри та тригонометрії у фізичних задачах.


2. Етапи розв’язування фізичних задач (3 години).

  • короткий запис та виконання відповідного малюнка, схеми;

  • аналіз умови задачі та її наочна інтерпретація схемою, або кресленням;

  • складання рівнянь, що пов’язують фізичні величини, які характеризують дане явище з кількісної сторони;

  • розв’язування одержаних рівнянь;

  • аналіз отриманого результату та числові розрахунки;

  • пошук інших можливих розв’язків задачі та вибір з них найбільш раціонального.

Оформлення розв’язку задачі. Типові недоліки під час розв’язку і оформлення фізичних задач.

Різні прийоми і способи розв’язання фізичних задач: алгоритми, аналогії, геометричні прийоми, метод розмірностей, графічні рішення і т.д.



3. Практичне застосування курсу (25 годин).

Електростатика.

Розв’язування задач про точкові заряди та системи точкових зарядів. Використання законів механіки з урахуванням закону Кулона та його наслідків (електричне поле диполя, диполь та точковий заряд).

Закон Кулона - один з основних законів електростатики, який визначає величину та напрямок сили взаємодії між двома нерухомими точковими зарядами. Експериментально з задовільною точністю закон вперше встановив Генрі Кавендіш у 1773.

Розв’язування задач про заряджені тіла, розмірами яких знехтувати не можна (заряд між сферами, заряджена напівсфера, розрізана заряджена куля, заряджені краплі рідини ). Парадокс електростатичної енергії. Розрахунок ємності конденсатора, системи конденсаторів.

Лабораторна робота №4: Дослідження взаємодії точкових зарядів.

Електричний струм.

Розв’язування задач на різні прийоми розрахунку опору складних електричних кіл (опір ланцюга, паралельне та послідовне з’єднання джерел струму, місток Уїнстона), на використання закону Джоуля — Ленца, законів послідовного і паралельного з'єднань. Використання правил Кірхгофа до розв’язування задач. Постановка і розв’язання фронтальних експериментальних задач на визначення зміни показів приладів при зміні опору тих, або інших ділянок кола.

Розв’язування задач на використання законів постійного електричного струму в електролітах, вакуумі, газах, напівпровідниках. Розв’язування конструкторських задач і задач на проекти: установка для нагрівання рідини на задану температуру, модель автоматичного пристрою з електромагнітним реле, моделі вимірювальних приладів, моделі «чорної шухляди».

Розв’язування задач на закон Біо-Савара-Лапласа, на силу Ампера, силу Лоренца та дію магнітного поля на рамку зі струмом (падіння рамки в магнітному полі, перехідні процеси в електродвигуні).

Закон Біо-Савара-Лапласа - закон, який визначає магнітну індукцію навколо провідника, в якому протікає електричний струм. Початково Жан-Батіст Біо і Фелікс Савар на підставі своїх експериментів сформулювали закон, що визначав напруженість магнітного поля навколо прямолінійного дуже довгого провідника зі струмом.
Електроліз - розклад речовин (наприклад, води, розчинів кислот, лугів, розчинених або розплавлених солей тощо) постійним електричним струмом.
Вимірювальний прилад Вимі́рювальний при́лад (рос. измерительный прибор; англ. indicating instrument; measuring instrument; нім. Ausmessungsgerät n, Messgerät n) - засіб вимірювань, в якому створюється візуальний сигнал вимірюваної інформації.
Магнітне поле Магні́тне по́ле - складова електромагнітного поля, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.

Електромагнітне поле. Теорія Максвела в якісному вигляді.

Рівня́ння Ма́ксвелла - це основні рівняння класичної електродинаміки, які описують електричне та магнітне поле, створене зарядами й струмами.


Лабораторна робота №5: Спостереження взаємодії паралельних струмів.

Лабораторна робота №6: Дослідження вища електромагнітної індукції.
Коливання та хвилі.

Розв’язування задач на закони коливального руху (комбінований маятник, несиметричний маятник, подвійний маятник).

Розв’язування задач на змінний електричний струм: характеристики змінного електричного струму, електричні машини, трансформатор (коливальний контур з джерелом струму, не синусоїдальні коливання).

Електр́ична маш́ина - електромеханічний пристрій для перетворення механічної енергії на електричну чи електричної на механічну, або електричної енергії одного роду чи з одними параметрами на електричну енергію іншого роду або з іншими параметрами.
Електромагні́тна інду́кція - явище створення в просторі вихрового електричного поля змінним магнітним потоком. Одним із наслідків електромагнітної індукції є зв'язок між змінними електричним та магнітними полями в електромагнітній хвилі, інший наслідок, практично важливий для генерації електричного струму, - виникнення електрорушійної сили в провідному контурі, магнітний потік через який змінюється.
Змі́нний струм - електричний струм, сила якого періодично змінюється з часом.

Розв’язування задач на описання різних властивостей механічних (збудження хвилі в струні) та електромагнітних хвиль (направлене випромінювання радіохвиль): швидкість, відображення, переломлення, інтерференція, дифракція, поляризація.

Електромагні́тна хви́ля - процес розповсюдження електромагнітної взаємодії в просторі у вигляді змінних зв'язаних між собою електричного та магнітного полів. Прикладами електромагнітних хвиль є світло, радіохвилі, рентгенівські промені, гамма-промені.

Розв’язування експериментальних задач з використанням осцилографа, звукового генератора, трансформатора, комплекту приладів для вивчення властивостей електромагнітних хвиль, електровимірювальних приладів.

Розв’язування конструкторських задач і задач на проекти: плоский конденсатор заданої ємності, генератори різних коливань, прилад для вимірювання освітленості, модель передачі електроенергії й ін.



Лабораторна робота №7: Вільні коливання в RLC контурі.
Оптика.

Задачі хвильової оптики.

Електровимі́рювальні при́лади - клас пристроїв, що застосовуються для виміру різних електричних величин. До групи електровимірювальних приладів також належать й інші засоби вимірювань - міри, перетворювачі, комплексні установки.
Фізи́чна о́птика (відома також як хвильова оптика) - розділ оптики, у якому вивчаються явища інтерференції, дифракції, поляризації світла та інші процеси, в яких наближення геометричної оптики не справджується.
Чому сонячний зайчик від прямокутного дзеркальця на далекій стіні має форму еліпса?
Сонячний зайчик - відбитий сонячний промінь, падаючий на яку-небудь дзеркальну поверхню; відблиск.
Як отримати зображення об’ємних предметів?

Розв’язування задач по геометричній оптиці: дзеркала, оптичні системи. Класифікація задач по СТВ і знайомство з прийомами їхнього розв’язку.

Екскурсія з метою збору даних для складання задач.



Лабораторна робота №8: Дифракційні гратки.
Релятивістська та квантова фізика.

Задачі на взаємні перетворення електронів і фотонів. Розв’язування задач не ефект Доплера.

Геометри́чна о́птика - розділ оптики, в якому вивчаються закони поширення світлових променів.
Ефект Доплера - явище зміни частоти хвилі, яку реєструє приймач, викликане переміщенням джерела або приймача.
Принцип дії фотонних вітрил. Атом водню та співвідношення невизначеностей.
А́том во́дню (Гідроген) - найпростіший із атомів хімічних елементів.



Лабораторна робота №9: Дослідження відносності проміжків часу.

Лабораторна робота №10: Постулати Бора.
Постулати Бора - сформульовані датським фізиком Нільсом Бором основні положення будови атома, що враховують квантований характер енергії, випромінюваної електронами.

Інтелектуальні змагання (5 годин).

Проведення контрольного комп’ютерного тестування, олімпіади.



Узагальнююче заняття.

Література:

  1. Лансберг Г.С.Элементарный учебник физики в 3-х томах. – М.:Наука. Главная редакция физико-математической литературы.,1985.

  2. Гончаренко С.У. Конкурсні задачі з фізики. – К.Вища школа,1979.

  3. Романенко В.І. Збірник задач з фізики. – К.:А.С.К.,1998. 224с.

  4. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Довідник з курсу фізики середньої школи з прикладами розв’язування задач. – Х.
    Шко́ла (від грец. σχολή - «відпочинок», пізніше «ті, кого повчають») - навчальний заклад, зазвичай початкової або середньої освіти, але також іноді й вищої (наприклад, Вища школа бізнесу) або спеціальної (наприклад, Київська школа економіки) освіти.
    :Ранок,2002. 464с.

  5. Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. Физика в примерах и задачах. – М.:Наука. Главная редакция физико-математической литературы.,1989. 464с.

  6. Гельфгат І.М. 1001 задача з фізики з відповідями, вказівками, розв’язками. – Х.:Гімназія,1998. 352с.

  7. Алексейчук В., Гальчинський О., Шопа Г. Обласні олімпіади з фізики. – Л.:Євросвіт,2003. 166с.

  8. Кремінський Б. Всеукраїнські олімпіади з фізики. – Л.:Євросвіт,2003. 232с.

  9. Балаш В.А. Задачи по физике и методы их решения. – М.Просвещение,1983. 432с.

  10. Гофман Ю.В. Законы, формулы, задачи физики. – К.:Наукова думка, 1977. 576с.







Скачати 141.88 Kb.