Методическое пособие «Формирование навыков решения задач по физике у одаренных детей» (стр. 1 )

МБУ "Муниципальный методический центр"

Управления образования Администрации города Ижевска

совместно с  ФГБОУ ВПО "Удмуртский Государственный Университет"

создали  методическое пособие для учителей физики города Ижевска

«Формирование навыков решения задач

по физике у одаренных детей»

Методическое пособие отражает содержание занятий семинара

для учителей физики  города Ижевска,

проводимого в первом полугодии 2014-2015 учебного года

заведующим КОФ УдГУ .

Статьи сборника издаются в авторской редакции.

  © Составитель канд. физ.-мат. наук, доцент Игорь Владимирович  Милютин, 2015

  © "Муниципальный методический центр" Управления образования Администрации города Ижевска

  © Удмуртский госуниверситет, 2015

С О Д Е Р Ж А Н И Е:

Введение.  3 стр.

Занятие 1. Относительность движения. Выбор системы отсчета.  5 стр.

Занятие 2. Графические решения. Метод подобия.  9 стр. 

Занятие 3. Метод размерностей.  13 стр. 

Занятие 4. Графический смысл работы, метод подобия. Динамика.  16 стр.

Занятие 5. Метод отрицательных масс. Законы сохранения.  20 стр.

Занятие 6. Законы сохранения. Условия равновесия.  24 стр.

Занятие 7. Метод виртуальных перемещений. Зависимость результата измерений от способа измерений.  27 стр.

Занятие 8. Гидро - и аэростатика.  30 стр.

ВВЕДЕНИЕ

Данное пособие  - результат проведенного в первом полугодии 2014-15 учебного года заведующим Кафедрой общей физики УдГУ Милютиным Игорем Владимировичем цикла семинаров  для учителей физики г. Ижевска.

Основой этих семинаров стал двухлетний опыт работы преподавателей КОФ УдГУ с интересующимися физикой школьниками и студентами. Занятия со школьниками проводились по параллелям классов (9, 10, 11 классы). Финансирование на эту деятельность было предоставлено УдГУ.

Организуя свою деятельность, преподаватели УдГУ исходили из того, что для школьников и студентов занятия, хотя и бесплатные, но доброволь-ные. Поэтому, они, по-возможности,  не должны были быть скучными.

Кроме того, даже если, как предполагалось, на занятия собирались интересующиеся и способные, у них еще не сформирована потребность решать и разбирать самостоятельно задачи. Формирование такой потребнос-ти – главная цель подобных занятий, и появится она только тогда, когда посещение занятий будет регулярным.

Поэтому – значительная часть предлагаемого на занятиях материала должна быть занимательной, необходимо чередовать различные виды деятельности, чтобы стимулировать интерес, нужно учитывать, что интерес укрепляется, если «получается».

С учетом сказанного каждое занятие строилось по следующим принципам:

Открывает занятие разминка, включающая качественные, в том числе и экспериментальные,  и простые оценочные задачи. Тематика этих задач может совпадать, а может и не совпадать с тематикой основного занятия. Возможно включение элементов разминки по ходу занятия. По возможности, следует давать постановку задачи через эксперимент. У каждого занятия есть основная, но не единственная тема.

Основной материал следует «переслаивать» как задачами на повторение (если они решаются учениками, то это формирует интерес и уверенность), так и задачами на материал следующих занятий.

Не обязательно доводить до конца решение каждой задачи на том занятии, на котором она была сформулирована, можно дать время на размышление дома, особенно, если задача «красива». Сказанное выше относится и к экспериментальным задачам – принесли приборы и оборудование на занятие, а показали не все, да еще сделали это так, чтобы учащиеся и педагоги поняли – остальное в следующий раз.

Материал представленных далее занятий рассчитан на два учебных часа, но следует помнить, что это учебные часы для учителей. Как показывает опыт, с учениками нужно двигаться примерно вдвое медленней.

К части задач приведены решения. Прежде всего это относится к случаям, иллюстрирующим рассматриваемые методы решения. 

Занятие 1.

Относительность движения. Выбор системы отсчета

Разминка

Имеется 8 одинаковых по размеру и виду шаров, один из которых с полостью. Как определить его, пользуясь только чашечными весами, причем можно провести только 2 взвешивания? Токарь изготовил партию деталей с ошибкой – каждая деталь оказалась на 10  г легче, чем нужно. Бракованные детали перед плавлением хранились на складе в отдельном ящике среди 9 остальных таких же ящиков с деталями. Кладовщик забыл, в каком ящике бракованные детали. Каким минимальным числом взвешиваний это можно определить? В каком случае тележка быстрее доедет до края?

Обезьяна перебирает веревку лапами со скоростью v, с какой скоростью она поднимается? С какой силой она действует на веревку, если вес обезьяны Р?

Останкинская телебашня высотой 530 м имеет массу 30 000 т. Какова будет масса точной копии этой башни высотой 53 см?

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.

Лодочник, проплывая под мостом, теряет весло, замечает это через полчаса, разворачивается и встречает весло в 5 километрах от моста. Какова скорость течения?

Решение:

Решать задачу относительно системы, связанной с берегом, процесс достаточно долгий (хорошо, если вы не поверите на слово  и попытаетесь это сделать). Проще это делать в системе, связанной с веслом.

Прежде всего, в условии не говорится, куда двигался лодочник – вверх или вниз по течению. Как окажется, ответ от этого не зависит, но для определенности будем считать, что сначала лодка двигалась по течению. Относительно весла, лодка будет удаляться со скоростью лодки в стоячей воде, и приближаться с такой же скоростью. Времена движения в ту и другую сторону одинаковые. Полное время движения  - 1 час, за который весло проплыло 5 километров, следовательно, скорость течения  - 5 км/ч.

Четыре таракана расположены в вершинах квадрата со стороной а так, как показано на рисунке. Они одновременно побежали с одинаковой скоростью v так, что каждый продолжает смотреть находящемуся впереди перпендикулярно в бок. Встретятся ли тараканы, если да, то где, и через какое время? Поезд движется на север со скоростью v = 20 м/с. Пассажиру вертолета, пролетающего над поездом кажется, что поезд движется на запад со скоростью u = 20 м/с. Найти скорость вертолета и направление его полета. Бесконечный конус с углом раствора 90⁰ движется с постоянной скоростью справа налево к центру покоящегося шара. Направление скорости совпадает с осью конуса. Шар разрывается на много осколков, которые летят во все стороны равномерно с одинаковыми по модулю скоростями. Какая часть осколков попадет на конус? Влиянием силы тяжести пренебречь. Капли дождя падают отвесно со скоростью u. По дороге катиться мяч со скоростью v. Другой такой же мяч лежит неподвижно. На какой мяч попадает больше капель? Во сколько раз? Ведро выставлено под дождь. Изменится ли скорость наполнения ведра водой, если подует ветер?

1.7. Трактор движется со скоростью v = 36 км/ч. С какой скоростью движутся относительно Земли:

а) т. А на нижней части гусениц;

б) т. В на верхней части гусениц;

в) т. С?

1.8. Диск радиуса R катиться без проскальзывания со скоростью v по горизонтали.

а) Найти модули и направления скоростей и ускорений т. А, В, С, Д на ободе диска относительно дороги.

б) Какие точки диска имеют ту же по модулю скорость, что и центр диска О?

1.9. Катушка с нитью лежит на горизонтальном столе и может катиться по нему без проскальзывания. Внутренний радиус катушки r, внешний R. С какой скоростью u будет перемещаться ось катушки, если конец нити тянуть в горизонтальном направлении со скоростью v? Рассмотреть случаи а и б.

1.10. Колесо, пробуксовывая, катится по ровной горизонтальной дороге. Найти скорость центра колеса v, если известно, что скорость его нижней точки v1 = 2 м/с, а верхней v2 = 10 м/с.