Решить задачу по физике: Помогите решить задачу по физике, 7 класс, пожалуйста!!! - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

2 модели ракеты через 4 с выпал предмет. Через какое время он окажется на поверхности земли?

СРОЧНО!!!!!!! у калориметр теплоємність якого можна знехтувати знаходиться деяка рідина температура якої 20° у рідну кидають нанріті до 100° однакові … металеві кульки після вкидання першої кульки температура рідини підвищилась до 40°. якою стане температура кульки після вкидання другої кульки? скільки кульок потрібно кинути і рідину ,щоб установилася температура 90°С

4. «Блочная система». Груз массой m = 10 кг удерживают с помощью системы блоков, прикла- Дывая к свободному концу верёвки силу F (рис. 3 а). Определит … е величину этой силы. С какой силой нужно будет действовать на верёвку для удерживания системы, если на верёвке закрепить дополнительный груз массы m = 10 кг, как показа- но на рис. 3 б) и 3 в)?

3. «Сложная конструкция». Конструкция Т-образной формы составлена из двух брусков в форме прямоугольных параллелепипедов с основанием аха и высотой b.

… Она аккуратно опускается в воду так, что некоторое время сохраняет положение равновесия, показное на рис. 2. При этом нижний брусок погружается на 2/3 высоты. Определите, на какую глубину будет погружена конструкция, если её перевернуть и поставить в воду так, Рие чтобы нижний брусок занимал горизонтальное положение.

Для приготовления компотов мама взяла два вида ягод и три банки объёмом V = 3 л каждая. В первую банку она положила ягоды первого вида массой m = 100 … ги залила их водой объёмом 1 = 2,8 л, во вторую – ягоды второго вида массой m2 = 240 ги залила их водой объёмом V2 = 2,6 л. Обе банки оказались заполнены содержи- мым доверху. Каковы плотности ягод каждого вида? Для приготовления смешанного компота мама положила одинаковые объёмы ягоды обоих видов и также залила их доверху водой объёмом V = 2,8 л. Какие массы ягод она положила в третью банку? Плотность воды равна р= 1000 кг/м3. Впитывание ягодами воды не учитывайте.

Определи, сколько воды образовалось в калориметре, если в 470 г снега с температурой 0 °С опустили железный шар массой 224 г с температурой 111 °C. Уд … ельная теплота плавления снега равна 3,4⋅105Джкг, удельная теплоёмкость железа — 460Джкг⋅°С. Для плавления бруска из железа массой 400 г потребовалось 60 кДж тепла при его температуре плавления. Определи удельную теплоту плавления бруска. Ответ (округли до сотых): 15 ⋅105Джкг.(не уверен в этом ответе) Сколько энергии рассеялось при превращении 95 г свинца в жидкое агрегатное состояние, если было израсходовано 12 г бензина, а начальная температура свинца равна 22 °С. Удельная теплоёмкость свинца — 130 Джкг⋅°С, температура плавления свинца равна 327 °С, а удельная теплота плавления свинца — 0,25⋅105 Дж/кг, удельная теплота сгорания бензина — 47⋅106 Дж/кг. Ответ (округли до десятых): кДж.

У мальчика в распоряжении оказалось два барометра, у каж- дого из которых две шкалы: один измеряет давление в единицах bar и inHg, второй — в bar и ps … i. Определите, какое давление показал бы манометр в psi, если бы при измерении давления в единицах inHg показания были бы равны 21.

помагите пожалуйста

Содержание

Решим любую задачу по физике (решение задач повышенной сложности)

Министерство образования Республики Беларусь

Национальный институт образования

Решим любую задачу по физике

(решение задач повышенной сложности)

Учебная программа факультативных занятий

для 9–11 классов

учреждений общего среднего образования

с белорусским и русским языками обучения

Минск 2012

В авторской редакции

Автор-составитель:

Слободянюк Анатолий Иванович, заведующий кафедрой компьютерного моделирования физического факультета БГУ, кандидат физико-математических наук, доцент, преподаватель физики Лицея БГУ.

Предлагаемые факультативные занятия предназначены для учащихся 9 –11–х классов, желающих глубже усвоить основной материал курса физики, научиться понимать суть и характер основных физических законов и теорий, научиться анализировать различные физические явления, строить математические модели этих явлений, решать сложные физические задачи.

Данный курс также предназначен для учащихся, желающих принимать участие в престижных физических олимпиадах различного уровня от школьных до Международных, лучше подготовить к участию турнирах юных физиков, научно-практических конференциях.

Курс может быть рекомендован для учащихся специализированных классов физико-математического профиля.

Программа курса составлена в полном соответствии с действующей Учебной программой и календарно-тематическим планированием по физике.

Для работы в рамках данного курса рекомендуется использовать материалы белорусских физических олимпиад, опубликованных в серии книг издательства «Аверсев», методическое пособие автора «Очень длинные физические задачи», а также ресурсы сайта .

Часть материала курса была опубликована в серии статей в журнале «Физика: проблемы преподавания».

Курс прошел многолетнюю апробацию в Лицее БГУ.

Основные составляющие курса неоднократно использовались в ходе подготовки учащихся средних учебных заведений к Республиканским и Международным физическим олимпиадам.

Содержания данного курса неоднократно служила основой для авторских курсов для учителей физики в Академии последипломного образования, Минском городском, Минском, Гомельском, Витебском, Гродненском, Могилевском областных институтах развития образования.

Пояснительная записка

Предлагаемая учебная программа факультативных занятий предназначена для углубленного изучения физики, главным образом, физических законов и теорий, математических методов описания физических явлений, методов анализа и решения комплексных физических задач.

Предлагаемый подход и рекомендуемые задания принципиально отличаются от традиционных задач курса физики средней школы (но умение решать эти задачи является основой для усвоения материала данного факультативного курса).

Главное отличие большинства рассматриваемых задач заключается в их комплексности, необходимости тщательного качественного анализа, как постановки задачи, так и полученных результатов.

Не смотря на многообразие рассматриваемых явлений, содержание факультативного курса не выходит за рамки учебных программ по физике и математике, утвержденными Министерством образования Республики Беларусь в 2009 году. Значительная часть рассматриваемых задач предлагались на белорусских физических олимпиадах различного уровня в течение последних 20 лет. Решение этих задач не требует применения методов высшей математики, хотя и предполагает использование нетрадиционных методов: приближенных, графических, иногда численных.

При построении данного курса совмещаются две основных линии обучения: изучение общих методов анализа и решения задач и изучение конкретных тем курса физики. Поэтому в программе курса фигурируют темы общего плана, так и темы по различным разделам курса физики. Следует отметить, что и рассмотрение общих вопросов проводиться на примерах конкретных физических задач.

Основная идея данного курса может быть сформулирована следующим образом: «Не методика решения задач, а методика поиска решения!»

Работа в рамках предлагаемого курса факультативных занятий позволит:

углубить знание основных вопросов курса физики;
перейти на уровень осмысленного понимания различных физических законов и теорий;
освоить методы построения математических явлений, и их использования для решения физических задач;
расширить набор математических методов решения физических задач;
развить у школьников смелость браться за решения самых сложных задач, самостоятельной постановке новых физических проблем;
изучить методы качественного анализа различных физических явлений.

Учебная программа факультативного курса каждого года рассчитана на 70 учебных часов (2 часа в неделю). В каждом учебном году предусмотрен резерв учебного времени. Не смотря на то, что данная программа является сквозной, обучение можно начинать с любого класса, включив в программу общие вопросы (касающиеся, прежде всего, общих методов решения задач), изученные в предыдущие годы.

Рекомендуемый порядок изучения тем, объем предлагаемого материала, выбор решаемых задач может быть изменен по усмотрению учителя.

Программа составлена в форме календарно-тематического планирования.

9 класс.

Неделя	Тема факультативного занятия	Содержание материала Факультативного занятия
1	Физическая задача. Общие подходы к решению физических задач.	Анализ условия задачи. Качественный анализ возможного решения. Составление плана решения. Математическое решение полученной системы уравнений. Анализ полученного результата.
2	Что значит понимать смысл физического закона?	Пример: Давление, закон Паскаля, закон Архимеда.
3	Что значит понимать смысл физических величин?	Пример: сила тока, электрическое напряжение, сопротивление
4	Аналогии ничего не доказывают, но многое объясняют!	Условия равновесия: гидростатика и электростатика Движение жидкости и законы постоянного электрического тока
5	Язык графиков	Равномерное движение и его графическое представление. Нагревание и остывание тел (зависимости температуры от количества теплоты) Электрическое сопротивление Последовательное и параллельное соединение проводников
6	Малые величины и приближенные вычисления	Зависимость электрического сопротивления от температуры. Тепловое расширение тел. Упругие деформации.
7	Касательные к графикам, площади под графиками – их физический смысл	Закон Ома и закон Джоуля-Ленца. Системы с переменной теплоемкостью.
8	Векторы и их применение в решении физических задач.	Вектор скорости. Относительность движения.
9	Равномерное движение.	Закон равномерного движения. Графическое представление равномерного движения.
10	Равномерное движение нескольких тел.	Совместное описание движения нескольких тел.
11	Равноускоренное движение материальной точки по прямой.	Закон равноускоренного движения. Графическое представление равноускоренного движения.
12	Движение тел с переменной скоростью	Расчет скорости по известному ускорению. Расчет координат по известному закону изменения скорости
13	Движение тела, брошенного под углом к горизонту.	Закон движения. Вычисление кинематических характеристик движения.
14	Криволинейное движение.	Траектория. Векторы скорости и ускорения при криволинейном движении. Нормальное и тангенциальное ускорения.
15	Равномерное движение по окружности.	Характеристики движения: угол поворота, как координата, угловая и линейная скорости, частота и период вращения, Центростремительное ускорение.
16	Суперпозиция движений.	Разложение движения на составляющие. Сложение скоростей. Сложение ускорений.
17	Плоскопараллельное движение.	Разложение плоскопараллельного движения на составляющие. Мгновенный центр вращения. Движение по циклоиде.
18	«Красивые» траектории движения	Разложения движений на элементарные составляющие. Эпициклоиды, гипоциклоиды.
19	Масса тела. Сила.	Строгое введение понятий массы и силы на основании законов динамики Ньютона.
20	Основная задача механики.	Второй закон Ньютона, как уравнение для определения закона движения (общая схема). Численный метод Эйлера для нахождения закона движения.
21	Простейшие задачи динамики.	Силы реакции и силы натяжения. Тело на наклонной плоскости. Блок.
22	Силы упругости. Закон Гука.	Физический смысл закона Гука. Границы применимости. Последовательное и параллельное соединение пружин.
23	Неупругие деформации.	Общий вид зависимости сил упругости от деформации. Гистерезис в деформациях.
24	Силы трения. Закон Кулона – Амонтона.	Физическая природа сил трения. Трение покоя и трение скольжения. Влияние трения на характеристики движения.
25	Движение тел с учетом сил трения.	Движение по наклонной плоскости. Явление застоя – зона застоя.
26	Закон Всемирного тяготения. Сила тяжести.	Движение спутников и планет и по круговым орбитам. Изменение силы тяжести с высотой.
27	Общая схема решения динамических задач.	Поиск недостающих уравнений: – рассмотреть движение всех тел; – проецирование на разные оси; – поиск геометрических связей;
28	Импульс тела. Изменение импульса.	Импульсное представление второго закона Ньютона. Расчет сил по изменению импульса.
29	Движение тела с переменной массой.	Влияние изменения массы на характеристики движения. Реактивная сила.
30	Работа в механике.	Зависимость силы от координаты. Определение работы. Расчет работы переменной силы.
31	Энергия. Кинетическая энергия.	Расчет кинетической энергии тела. Теорема о кинетической энергии.
32	Потенциальные и диссипативные силы. Потенциальная энергия.	Доказательства потенциальности сил тяжести, всемирного тяготения, силы упругости.
33	Расчет потенциальной энергии.	Потенциальная энергия силы тяжести, сил гравитационного взаимодействия, сил упругости.
34	Общая схема решения задач с использованием законов сохранения	– Выявление сохраняющихся величин; – определение «начального и конечного» состояний; – формулировка уравнений законов сохранения; – решение уравнений; – анализ полученных результатов.

Резерв – 2 часа.

10 класс.

Неделя	Тема факультативного занятия	Содержание материала
1	Элементы статики.	Равновесие механических систем. Виды равновесия. Условия равновесия. Анализ устойчивости.
2	Равновесное состояние вещества.	Параметры, характеризующие состояние вещества. Физические характеристики веществ.
3	Изменение состояния. Процессы.	Описание процессов изменения состояния. Примеры процессов – плавление, кристаллизация, испарение, конденсация. Тепловое расширение. Характеристики процессов и характеристики веществ.
4	Микроскопический подход к описанию состояния.	Связь между микро- и макропараметрами состояния вещества. Динамическое равновесие.
5	Столкновения тел.	Упругие и неупругие столкновения. Передача энергии и передача импульса. Расчет сил взаимодействия при соударениях.
6	Давление газа. Вывод основного уравнения молекулярно-кинетической теории.	Физическая причина давления газа. Расчет числа ударов, расчет давления. Теорема о равнораспределении энергии по степеням свободы. Температура – мера средней кинетической энергии движения молекул.
7	Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа.	Модель идеального газа. Возможные поправки к уравнению состояния Менделеева-Клапейрона.
8	Процессы в газах.	Равновесные состояния и равновесные процессы. Причины неравновесности. Анализ устойчивости состояний. Общее описание процессов. Уравнения состояния и уравнения процессов.
9	Поверхностное натяжение. Капиллярные эффекты.	Физическая природа сил поверхностного натяжения. Формула Лапласа. Поверхностная энергия.
10	Внутренняя энергия тел.	Внутренняя энергия тел и ее составляющие. Расчет внутренней энергии простейших модельных систем.
11	Количество теплоты. Теплопередача. Теплоемкость. Теплопроводность.	Уравнение теплового баланса. Условия протекания процессов теплопередачи.
12	Динамика процессов теплопередачи.	Эмпирические законы теплопередачи. Коэффициенты теплоотдачи и теплопроводности. Временные характеристики процессов теплопередачи.
13	Работа, как способ изменения внутренней энергии систем.	Расчет работы в молекулярных системах. Работа при расширении идеального газа. Зависимость работы от вида процесса.
14	Первый закон термодинамики.	Уравнение первого закона термодинамики и его использования для решения задач. Виды задач, решаемых на основе первого закона термодинамики.
15	Циклические процессы. Тепловые машины.	Расчет термодинамических характеристик циклических процессов. КПД тепловых машин.
16	Цикл Карно.	КПД цикла Карно. Метод элементарного цикла Карно для расчета термодинамических параметров.
17	Гидростатика и равновесие жидкостей.	Характеристики состояния жидкости. Условия равновесия. Жидкость в поле внешних сил. Закон Архимеда в поле произвольных сил.
18	Движение идеальной жидкости – гидродинамика.	Описание движения жидкости. Поле скоростей, линии тока. Поток жидкости. Поток векторного поля. Теоремы о потоке и их применение для решения задач.
19	Электрическое поле и его описание.	Напряженность электрического поля. Силовые линии. Аналогия с полем скоростей движущейся жидкости.
20	Поле точечного заряда. Принцип суперпозиции.	Расчет полей произвольной системы точечных зарядов. Алгоритм расчета силовых линий.
21	Потенциал электростатического поля.	Доказательство потенциальности электростатического поля. Разность потенциалов и потенциал поля. Связь между потенциалом и напряженностью электрического поля.
22	Проводники в электрическом поле.	Условие равновесия зарядов на проводниках в электрическом поле. Время установления равновесия. Максвелловское время релаксации. Эквипотенциальность проводников.
23	Метод изображений в электростатике.	Изображения зарядов в плоскости и сфере. Расчет сил взаимодействия.
24	Диэлектрики в электрическом поле.	Поляризация диэлектриков. Расчет поляризационных зарядов в диэлектриках. Диэлектрическая проницаемость.
25	Конденсаторы. Соединения конденсаторов.	Расчет электроемкости. Поле плоского конденсатора.
26	Энергия взаимодействия точечных зарядов.	Расчет энергии взаимодействия пары зарядов. Преобразования энергии взаимодействия в другие формы. Зависимость переходов энергии от вида процессов.
27	Энергия конденсатора. Энергия электрического поля.	Методы расчета энергии конденсатора: зарядка и разрядка конденсатора, перенос заряда, механическая работа. Вывод формулы для плотности энергии электрического поля.
28	Законы постоянного электрического тока.	Методы расчета цепей постоянного тока. Расчет энергетических характеристик электрических цепей.
29	Источники тока.	ЭДС и внутреннее сопротивление источников тока. Соединение источников.
30	Гидродинамическая аналогия цепей постоянного электрического тока.	Движение жидкости по трубам. Гидродинамическое сопротивление. Закон для движения жидкости.
31	Магнитное поле и его характеристики.	Определение вектора индукции магнитного поля. Векторное описание магнитного поля. Вихревой характер магнитного поля. Магнитный поток. Теорема о магнитном потоке.
32	Расчет магнитного поля.	Поле элементарного элемента тока. Принцип суперпозиции. Поле прямого тока. Поле соленоида.
33	Движение частиц в магнитном и электрическом полях.	Электронно-лучевые трубки, магнетрон, ускорители частиц, магнитная фокусировка.
34	Переменные электромагнитные поля. Общее описание электромагнитного поля.	Закон электромагнитной индукции. Понятие о токе смещения.

Резерв – 2 часа.

11 класс.

Неделя	Тема факультативного занятия	Содержание занятия
1	2 закон Ньютона, как уравнение движения.	Качественный анализ характера движения: – скорость, зависит только от времени; – скорость зависит только от координаты; – ускорение зависит только от времени; – ускорение зависит только от координаты;
2	Закон сохранения механической энергии, как уравнение движения.	Анализ характера движения по виду потенциальной кривой: точки возврата, фазовые диаграммы.
3	Кинематическое описание гармонических колебаний.	Аналогия между вращательным и колебательным движениями; векторные диаграммы колебательного движения, сложение колебаний – аналитический и графический методы; динамическое уравнение гармонических колебаний; уравнение закона сохранения энергии для гармонических колебаний;
4	Пружинный маятник.	Уравнения Ньютона и закона сохранения энергии для описания движения пружинного маятника. Учет начальных условий. Влияние постоянной силы. Маятник с двумя пружинами.
5	Математический маятник.	Уравнения Ньютона и Закона сохранения энергии для математического маятника. Не гармоничность колебаний. Зависимость периода колебаний от амплитуды. Приближение малых колебаний.
6	Произвольные колебательные системы с одной степенью свободы.	Общие методы расчета периода колебаний: приближение малых колебаний; разложение для возвращающей силы, разложение для потенциальной энергии.
7	Негармонические колебания.	Качественное описание произвольных колебательных систем. Зависимость периода колебаний от амплитуды.
8	Затухающие и вынужденные колебания. Резонанс.	Описание затухания под действием силы сухого трения и под действием силы вязкого трения; уравнение вынужденных колебаний: установившийся режим, превращение энергии при вынужденных колебаниях.
9	Автоколебания. Параметрические колебания.	Примеры автоколебательных систем (системы с обратной связью). Параметрические колебания и их описание.
10	Квазистационарный электрический ток.	Условия применимости квазистационарного приближения. Процессы установления тока. Аналогия с движением в вязкой среде и квазистационарными процессами в газах. Процессы зарядки разрядки конденсатора, установления тока в соленоиде – описание, характерные времена, превращения энергии
11	Переменный электрический ток.	Резистор, конденсатор и катушка индуктивности в цепях переменного тока. Векторные диаграммы токов и напряжений.
12	Описание цепей переменного тока.	Последовательное и параллельное соединение элементов; сложение напряжение и сложение токов. Резонанс напряжений и резонанс токов.
13	Колебательный контур.	Уравнение колебаний в контуре. Свободные и вынужденные колебания. Резонанс.
14	Волновые процессы. Кинематическое описание волн. Сложение волн.	Уравнение гармонических волн, характеристики волн. Графическое представление: волновые поверхности и лучи. Разность хода, сложение волн.
15	Динамическое описание механических волн.	Условия существования волн. Методы расчета скорости волн.
16	Электромагнитные волны.	Описание электромагнитных волн. Поперечность волн, понятие о поляризации. Напряженность электрического поля и индукция магнитного поля волны. Поток энергии волны, интенсивность. Скорость света и ее измерение.
17	Интерференция света.	Условия существования интерференции. Понятие о когерентности. Влияние когерентности на видность интерференционной картины.
18	Различные интерференционные схемы.	Интерферометры. Цвета тонких пленок.
19	Дифракция волн. Принцип Гюйгенса-Френеля.	Сложение нескольких волн. Векторные диаграммы при расчетах дифракции.
20	Дифракционная решетка.	Многолучевая интерференция. Дифракционная картина для решетки с произвольным числом щелей. Главные максимумы, разрешающая способность решетки.
21	Приближение геометрической оптики. Законы отражения и преломления света. Принцип Ферма.	Построение и описание хода лучей в простейших системах плоских зеркал и преломляющих поверхностей. Смысл оптических изображений. Механические аналогии. Интерференционное объяснение принципа Ферма.
22	Преломление и дисперсия света.	Преломление света на искривленной поверхности. Теория радуги.
23	Распространение света в оптически неоднородной среде. Оптико-механическая аналогия.	Описание хода лучей в оптически неоднородной среде. Простейшие виды миражей
24	Общая теория центрированных оптических систем.	Параксиальное приближение. Математическое описание хода лучей. Преломление на сферической поверхности. Тонкая линза.
25	Геометрические построения хода лучей в линзах и зеркалах. Оптические приборы.	Характерные лучи для построения изображений в линзах. Влияние размеров линз на изображения. Глаз как оптическая система.
26	Квантовая природа света.	Оптические явления, демонстрирующие квантовую природу света: тепловое излучение, фотоэффект – невозможность классического описания. Фотон и его характеристики – импульс и энергия.
27	Давление света – классическое и квантовое описание.	Методы расчета давления света. Давление света на поглощающие и преломляющие среды. Тепловое действие света.
28	Фотоэффект и его законы. Внутренний фотоэффект в полупроводниках.	Законы внешнего фотоэффекта. Полупроводниковый фоторезистор.
29	Поглощение и рассеяние света.	Описание природных оптических явлений. Рассеяние света и природа электрического сопротивления в металлах.
30	Классическое и квантовое описания свойств атомов.	Полуклассическая теория атома водорода. Понятие о спектроскопии. Спектральные приборы.
31	Модели ядра атома. Капельная модель.	Виды ядерной энергии. Ядерные реакции и условия их возникновения
32	Закон радиоактивного распада.	Характеристики радиоактивного распада. Период полураспада и интенсивность излучения.
33	Взаимодействия элементарных частиц.	Реакции взаимодействия частиц, распад, рождение частиц. Энергетических выход и пороги реакций. Релятивистское описание.
34	Элементы специальной теории относительности	Эффекты сокращения длины и интервалов времени

Резерв – 2 часа.

Список литературы.

Очень длинные физические задачи/ Мн. Изд. БГУ, 2000г, 185 с./А.И. Слободянюк
Олимпиады по физике (2003 — 2004 гг.)/ Мн.: Белорусская ассоциация «Конкурс», 2006, 176с. /А.И. Слободянюк, Г.С.Кембровский, Л.Г. Маркович
Олимпиады по физике (2006 г., 7-11 классы) / Мн.: Аверсэв, 2007, 176 с./ А.И. Слободянюк, Г.С.Кембровский, Л.Г. Маркович
Олимпиады по физике (2007 г., 7-11 классы) / Мн.: Аверсэв, 2008, 302 с./ А.И. Слободянюк, Г.С.Кембровский, Л.Г. Маркович
Олимпиады по физике (2008 г., 7-11 классы) / Мн.: Аверсэв, 2009, 317 с. / А.И. Слободянюк, Г.С.Кембровский, Л.Г. Маркович
Олимпиады по физике (2009 г., 7-11 классы) / Мн.: Аверсэв, 2010, 340 с. / А.И. Слободянюк, Г.С.Кембровский, Л.Г. Маркович, А.А. Мищук
Олимпиады по физике (2010 г.,7-11 классы»/, Мн., Г.С.Кембровский, А.И.Слободянюк , Л.Г.Маркович, А.А.Мищук «Аверсэв», 2011, 416с.
Олимпиады по физике (2011 г.,7-11 классы»/, Мн., Г.С.Кембровский, А.И.Слободянюк , Л.Г.Маркович, А.А.Мищук «Аверсэв», 2011, 416с.
Физика для «зубров» / Минск: Белорус. ассоц. «Конкурс», 2007, 160 с. / А.И. Слободянюк
Физика для избранных. Ч.1 Механика / Минск: Белорус. ассоц. «Конкурс», 2007, 288 с. / А.И. Слободянюк
Физика для избранных. Ч.2 Электростатика. Электрический ток. / Минск: Белорус. ассоц. «Конкурс», 2010, 286 с. / А. И. Слободянюк
Физика для избранных. Ч.3 Электродинамика. Теория колебаний / Минск: Белорус. ассоц. «Конкурс», 2011, 345 с. / А. И. Слободянюк
Материалы сайта

Физические задачи как средство развития обучащихся

1. Классификация физических задач

С решением физических задач как с одним из необходимых элементов учебной работы ребята знакомятся уже на первых уроках физики в 7 классе. Решение задач – это то, что пугает многих, хотя сам процесс решения любой задачи может стать увлекательным и является очень полезным: ведь в жизни человек постоянно сталкивается с необходимостью решать «задачи жизненные».

По мнению А.В.Усовой, задачи имеют большое значение для конкретизации знаний учащихся, для привития им умения видеть различные конкретные проявления общих законов. Без такой конкретизации знания остаются книжными, не имеющими практической ценности. Решение задач способствует более глубокому и прочному усвоению физических законов, развитию логического мышления, сообразительности, инициативы, воли и настойчивости в достижении поставленной цели, вызывает интерес к физике, помогает приобретению навыков самостоятельной работы и служит незаменимым средством для развития самостоятельности в суждениях. …Решение задач – одно их важнейших средств повторения, закрепления и проверки знаний учащихся. [20, с. 92-93].

Одними из первых определение физической учебной задачи дали С.Е.Каменецкий и В.П.Орехов: физической задачей в учебной практике обычно называют небольшую проблему, которая в общем случае решается с помощью логических умозаключений, математических действий и эксперимента на основе законов и методов физики. По существу на занятиях по физике каждый вопрос, возникший в связи с изучением учебного материала, является для учащихся задачей. Активное целенаправленное мышление «всегда есть решение задач» в широком понимании этого слова.

Вместе с тем, С.Е.Каменецкий и В.П.Орехов подчеркивают, что с сущностью физических явлений учащихся знакомят различными методами: путем рассказа, демонстрации опытов, постановки лабораторных работ, проведения экскурсий и т.д. При этом активность учащихся, а следовательно, глубина и прочность их знаний будут наибольшими тогда, когда создается «проблемная ситуация». В ряде случаев ей может быть придана форма задачи, в процессе решения которой ученик «переоткрывает» для себя физическую закономерность, а не получает ее в готовом виде. В этом случае задача выступает как средство изучения физического явления. С этой целью можно использовать качественные, расчетные, экспериментальные и другие задачи. [10, с. 6-7].

Чаще всего самим учащимся ответить на вопрос: «Что же такое задача?» сложно. На вопрос: «Какими бывают физические задачи?», ребята отвечают в основном: «…простыми и сложными». А ведь понимание сущности физической задачи, возможность определения ее структуры, умение отнести данную для решения задачу к определенному типу помогут учащемуся определить способ дальнейшей деятельности по ее решению.

Кроме того, образовательные стандарты нового поколения «… трактуют понятие «результат образования» с позиции деятельностного подхода, …» [1]. И уже все понимают, что качество образования обучающегося будет оцениваться не по количеству знаний, приобретенных им в школе, а по умению выполнять различные виды деятельности, находить пути решения и решать различные по сути задачи.

Владение способами деятельности делает обучение активным и действенным. Поэтому очень важно, чтобы обучающийся смог соотнести данную ему для решения задачу к определенному классу, отличив ее по каким-либо признакам.

В методической и учебной литературе описан широкий ряд классификаций физических задач по различным признакам.

А.В.Усовой и Н.Н.Тулькибаевой подробно описаны способы классификации задач.

По их мнению по содержанию задачи делят на:

текстовые;
графические;
экспериментальные;
задачи-рисунки.

По основному способу решения:

логические;
вычислительные;
графические;
геометрические;
экспериментальные.

По степени сложности:

простые;
сложные.

По характеру и методу исследования:

качественные;
количественные.

По характеру используемого материала выделяют:

задачи, для решения которых достаточно знаний определенной темы, раздела;
комплексные задачи, требующие применения знаний из различных разделов одного учебного предмета;
задачи, требующие применения знаний из нескольких учебных дисциплин. [21, 10-11].

С.Е.Каменецкий и В.П.Орехов подчеркивают, что задачи по физике классифицируют по многим признакам:

по содержанию;
целевому назначению;
глубине исследования вопроса;
способам решения;
способам задания условия;
степени трудности и т.д.

По содержанию задачи следует разделить прежде всего в зависимости от их физического материала. Различают задачи по:

механике;
молекулярной физике;
электричеству и т.д.

Такое деление условно в том отношении, что нередко в условии задачи используются сведения из нескольких разделов физики.

Различают задачи с абстрактным и конкретным содержанием. Примером с абстрактным содержанием может быть следующая задача: какую силу нужно приложить, чтобы поднять по наклонной плоскости тело массой m, если длина плоскости l, а высота h? Трением пренебречь. Какова сила давления тела на плоскость?

Если же в задаче будет указано, какая именно используется наклонная плоскость, что за тело и как оно поднимается по ней, то это будет уже физическая задача с конкретным содержанием.

Достоинство абстрактных задач состоит в том, что в них выделяется и подчеркивается физическая сущность, выяснению которой не мешают несущественные детали. Главное достоинство конкретных задач — большая наглядность и связь с жизнью.

Задачи, содержащие материал о технике, промышленном сельскохозяйственном производстве, транспорте и связи, называют задачами с политехническим содержанием. Эти задачи должны составлять значительную часть задач по физике.

Ряд задач содержит сведения исторического характера: данные о классических физических опытах, открытиях, изобретениях или даже исторических легендах. Такие задачи называют задачами с историческим содержанием.

Широкое распространение получили также занимательные задачи. Отличительной чертой их содержания является использование необычных парадоксальных или занимательных фактов и явлений. Их решение оживляет уроки, повышает интерес учащихся к физике.

…По способу решения различают:

устные;
экспериментальные;
вычислительные;
графические задачи. [10, 9-10]

2. Общие вопросы методики решения физических задач

Мы видим, что как по содержанию, так и по дидактическим целям физические задачи очень разнообразны. Также, зачастую разным является и уровень подготовки учащихся в пределах одного классного коллектива. Кроме того, на начальном этапе изучения физики или отдельного физического раздела очень важен порядок решения задач разных типов: во многих случаях для понимания и выяснения физической сущности того или иного физического явления целесообразно начинать с решения задач качественных (задач-вопросов) и экспериментальных и только потом переходить к задачам вычислительным и графическим.

Курс физики без умения решать физические задачи не может быть усвоен в полном объеме. Очень многие учащиеся испытывают значительные затруднения при решении задач, что сказывается на их выборе своей будущей профессии и дальнейшего жизненного пути. Поэтому научить обучающегося решать физические задачи – одна из важнейших педагогических задач, но и вместе с этим – сложнейшая педагогическая проблема.

Тем не менее, сложность данного вида занятий для обучащихся может быть существенно уменьшена путем достаточного подбора учебных задач и применения ряда общих положений для их решения.

Как правило, в классе на уроке решение задачи начинают с ее внимательного чтения, желания понять о чем идет речь, то есть определить с каким физическим явлением мы будем иметь дело. После прочтения можно попросить кого-нибудь из обучащихся повторить условие задачи своими словами и постараться определить тип предложенной задачи:

задача-вопрос;
вычислительная задача;
графическая и т.д.,

то есть дальше мы должны определить способ деятельности: будем ли мы что-то считать, работать с графиком или рассуждать.

После прочтения и пересказа условие задачи обучащимися может быть понято не до конца, поэтому желательно задать им несколько вопросов, например таких:

Какие факты изложены в задаче, причины и следствия, может быть о чем-то не сказано, почему?
О каком физическом явлении (или явлениях), физическом теле (телах) идет речь? Что с ними происходит?
Какие физические законы (формулы) мы сможем использовать для объяснения происходящего в задаче?
Почему тело изменило свое положение и как? назвать причины.
Вспомнить, может что-то подобное встречалось на уроках?

После такой непродолжительной беседы обучающимся можно предложить задачу «нарисовать», показать «что было и что стало», ведь все-таки, наиболее часто приходится иметь дело с текстовыми задачами и только лишь запись «Дано:» не всегда может помочь делу.

Общие подходы к решению физических задач разных типов изложены в трудах ученых-методистов: А.В.Усовой, Н.Н.Тулькибаевой, С.Е.Каменецкого, В.П.Орехова, М.Е.Тульчинского и др.

А.В.Усова поясняет, что при решении задач-вопросов требуется объяснить, что то или иное физическое явление или предсказать, как оно будет протекать в определенных условиях. Как правило, в содержании таких задач отсутствуют числовые данные.

Например:

На груди и на спине водолаза помещают толстые свинцовые пластины, а к башмакам приделывают свинцовые подошвы. Зачем это делают?
Почему волосок электрической лампочки накаливается добела, в то время как провода остаются холодными, хотя по ним проходит такой же ток?

Отсутствие вычислений при решении задач-вопросов позволяет сосредоточить внимание учащихся на физической сущности. Необходимость обоснования ответов на поставленные вопросы приучает школьников рассуждать, помогает глубже осознать сущность физических законов. Решение задач-вопросов выполняют, как правило, устно, за исключением тех случаев, когда задача содержит графический материал. Ответы могут быть выражены и рисунками. Например, ответ к задаче: «Нарисуйте шар, плавающий на поверхности жидкости, плотность которой вдвое больше плотности вещества шара» – может быть выражен только рисунком.

К задачам-вопросам тесно примыкают задачи – рисунки. В них требуется устно дать ответы на вопрос или изобразить новый рисунок, являющийся ответом на рисунок задачи. Решение таких задач способствует воспитанию у учащихся внимания, наблюдательности и развитию графической грамотности.

Количественные задачи – это задачи, в которых ответ на поставленный вопрос не может быть получен без вычислений. При решении таких задач качественный анализ так же необходим, но его дополняют еще и количественным анализом с подсчетом тех или иных числовых характеристик процесса. Количественные задачи разделяют по трудности на простые и сложные.

Под простыми задачами понимают задачи, требующие несложного анализа, и простых вычислений, обычно в одно – два действия. …Для решения количественных задач могут быть применены разные способы: алгебраический, геометрический, графический. Алгебраический способ решения задач заключается в применении формул и уравнений. При геометрическом способе используют теоремы геометрии, а при графическом – графики.

…Эксперимент в задачах используют по разному. В одних случаях из опыта, проводимого на демонстрационном столе, или из опытов, выполняемых учащимися самостоятельно, находят данные необходимые для решения задачи. В других случаях задача может быть решена на основе данных, указанных в условиях задачи. Опыт в таких случаях используют для иллюстрации явлений и процессов, описанных в задаче, или для проверки правильности решения. Но если эксперимент применяется только для проверки решения, задачу неправомерно называть экспериментальной. Существенным признаком экспериментальных задач является то, что при их решении и данные берутся из опыта. В процессе решения экспериментальных задач у учащихся развивается наблюдательность, совершенствуются навыки обращения с приборами. При этом школьники глубже познают сущность физических явлений и законов.

В графических задачах в процессе решения используют графики. По роли графиков в решении задач различают такие, ответ, на который может быть получен на основе анализа уже имеющего графика, и в которых требуется графически выразить функциональную зависимость между величинами. Решение графических задач способствует уяснению функциональной зависимости между величинами, привитию навыков работы с графиком. В этом их познавательное и политехническое знание.

Физические задачи, в условии которых не хватает данных, для их решения называют задачами с неполными данными. Недостающие данные для таких задач находят в справочниках, таблицах и в других источниках. С такими задачами учащиеся будут часто встречаться в жизни, в связи с этим решение в школе подобных задач очень ценно.

Для того, чтобы проявить учащимся интерес к решению задач необходимо их умело подбирать. Содержание задач должно быть понятным и интересным, кратко и четко сформулированным. Математические операции в задаче не должны затушевывать ее физический смысл, необходимо избегать искусственности и устаревших числовых данных в условиях задач.

Начинать решение задач по темам нужно с простейших, в которых внимание учащихся сосредотачивается на закономерности, изучаемой в данной теме, или на уточнении признаков нового понятия, установлении его связи с другими понятиями. Затем постепенно следует переходить к более трудным задачам. [20, с. 93]

3. Решение текстовых задач: качественных и количественных

В учебном процессе по физике наиболее часто используют текстовые задачи, в которых условие выражено словесно, текстуально, причем в условии есть все необходимые данные, кроме физических постоянных. По способам решения их разделяют на задачи – вопросы и расчетные (количественные).

Задачи-вопросы решают устно. Для решения, как правило:

не требуется никаких расчетов;
требуется сообразительность и находчивость;
необходимо отчетливое понимание сущности физических явлений и закономерностей.

Решение качественной задачи – это построение рассуждения, приводящее к ответу на поставленный вопрос. Чтобы научить осознанно подходить к решению качественных задач, нужна определенная система работы учителя и продуманная методика обучения.

Прежде всего это – правильный подбор задач. Наиболее доступны для начала задачи, в которых предлагается дать объяснение физическим явлениям, или фактам, известным обучащимся из личного опыта. Решение качественных задач включает три этапа: чтение условия, анализ задачи и решение. При анализе содержания задачи используют, прежде всего, общие закономерности, известные обучащимся по данной теме. После этого выясняют, как конкретно должно быть объяснено то явление, которое описано в задаче. Ответ к задаче получают как завершение проведенного анализа. В качественных задачах анализ условия тесно сливается с получением нужного обоснованного ответа.

Пример:

На цоколе лампы карманного фонаря написано: «0,28 А».

Что это означает? Что произойдет если по спирали лампы пропустить меньшую силу тока? Что произойдет, если сила тока в спирали будет значительно больше?

Речь идет о протекании тока в участке цепи – спирали лампы карманного фонаря. А что такое электрический ток? Направленное движение заряженных частиц, а сила тока в соответствии с формулой-определением – это количество заряда, перенесенное по спирали в единицу времени. Следовательно, если увеличить силу тока, увеличится и количество заряда, перенесенное по проводнику в единицу времени. В данной задаче три вопроса, поэтому и ответов должно быть тоже 3:

Это означает, что при нормальной работе лампы по ее спирали за каждую секунду переносится заряд в 0,28 Кл;
Если по спирали лампы пропустить меньшую силу тока, будет переносится и меньший заряд, т.е. накал лампы уменьшится;
Если сила тока в спирали будет значительно больше, то и заряд, переносимый в единицу времени увеличится, увеличится накал спирали и спираль может перегореть.

Решение расчетных задач – это умение получать новое знание в процессе применения формул.

Простые расчетные задачи – это задачи «на подстановку»: краткая запись условия, перевод в СИ, решение в общем виде, постановка данных в формулу и анализ результата.

Решение более сложных расчетных задач требует осуществления трех важных шагов:

выяснить, о каком физическом явлении идет речь в тексте задачи;
смоделировать ситуацию, описанную в тексте задачи, и представить модель ситуации в виде рисунка;
подобрать законы или составить уравнения, которые описывают эту модель и позволяют получить ответ на вопрос задачи.

Поэтому начинать решение следует с анализа задачи по схеме:

Явление – Модель – Законы

Для этого необходимо:

I. Распознать явления, которым соответствует описанная в задаче ситуация:

Выделить объекты (анализ), с которыми происходят изменения, и их характеристики в начальном состоянии;
Выделить конечное состояние каждого объекта и его характеристики;
Установить воздействия, которые привели к изменению состояния каждого объекта;

II. Построить модель ситуации (выполнить рисунок, схему или чертеж («нарисовать» задачу), описанной в задаче;

III. Составить уравнения, описывающие построенную модель.

Прежде всего необходимо научиться различать явления, которым соответствует ситуация задачи. Выполним это на примере анализа условия задачи по теме «Постоянный ток»:

Источник замкнули сначала на один резистор, а потом на другой, затем на оба, соединенные последовательно. В первом случае сила тока – 3А, во втором – 2А, в третьем – 1,5А. Какова сила тока, проходящего через источник при параллельном соединении этих сопротивлений?

Итак, объекты в начальном состоянии – замкнутая цепь с разными потребителями: первый резистор, второй резистор, последовательно соединенные резисторы.

Конечное состояние – замкнутая цепь с параллельно соединенными резисторами.

Воздействие – не указано.

Явление – электрический ток в замкнутой цепи, при последовательном и параллельном соединении потребителей.

Таким образом, начиная уже с 7 класса надо приучать обучающихся решать расчетные задачи по такому простому плану:

Явление;
Рисунок;
Формула (или уравнение для классов постарше).

Такая систематическая работа способствует развитию логического мышления обучающихся, и воспитывает сознательный подход к решению задач. Ели обучающийся заранее знает план, по которому ему придется действовать, то и сам процесс для него становится психологически комфортным.

Анализ условия задачи на уроке можно проводить в виде беседы, в ходе которой обсуждаются логически связанные между собой вопросы, что постепенно подводит обучащихся к наиболее рациональному способу решения задачи. Иногда полезно разобрать несколько вариантов решения одной и той же задачи, сопоставить их, и выбрать наиболее рациональный. Нужно систематически приучать обучащихся самостоятельно анализировать задачи, требуя от них вполне сознательного и обоснованного рассуждения.

4. Операции сравнения, анализа и синтеза при решении физических задач

В современных условиях развивающего обучения важнейшим критерием успешного освоения курса физики является развитие логического мышления. Именно систематическое решение физических задач способствует формированию таких мыслительных операций как сравнение, анализ и синтез, которые в свою очередь позволят решить любую даже не физическую задачу.

Часто, основными средствами обучения решению задач по физике являются:

решение «по образцу»;
решение в соответствии с определенным алгоритмом решения.

Оба эти способа активно пропагандируются также и в различных авторских рабочих тетрадях на печатной основе. Но надо учитывать:

решать «по образцу» учащиеся привыкают быстро и настолько сильно, что стоит немного изменить условие задачи – сразу начинаются трудности;
решение по алгоритму дает хороший результат при решении задач из некоторых разделов, например, из кинематики, и для сложных творческих задач подобрать определенный алгоритм практически невозможно.

Кроме того, оба эти метода не решают главную педагогическую задачу – они не развивают учащегося, его учебную инициативу и самое главное: не обеспечивают успешности в случае его абсолютно самостоятельной работы.

По заключению ученых-методистов гораздо более сложным способом решения физических задач, но вместе с тем и достаточно универсальным способом (методом) решения практически любой физической задачи является применение мыслительных операций.

По мнению А.В.Усовой, аналитико-синтетический метод – основной метод решения задач по физике в средней школе во всех классах. Удачное применение его в учебном процессе позволяет вести учащихся по правильному пути отыскания решения задачи, и способствует развитию их логического мышления.

В методических пособиях по физике довольно часто анализ, и синтез рассматривают как два самостоятельных метода. Однако такое разделение нельзя понимать буквально. Синтез и анализ также неразделимы, как индукция и дедукция в процессе мышления. При решении физических задач используют анализ и синтез, взятые в совокупности, т.е. практически применяют аналитико-синтетический метод.

При этом методе решения путем анализа, начиная с вопроса задачи, выясняют, что необходимо знать для ее решения, и, постепенно расчленяя сложную задачу на ряд простых, доходят до известных величин, данных в условии.

Затем с помощью синтеза рассуждения проводят в обратном порядке: используя известные величины, и подбирая необходимые соотношения, производят ряд действий, в результате которых находят неизвестное.

Поясним это на примере следующей задачи: “Найдите давление на почву гусеничного трактора массой 10 т, если длина опорной части гусеницы 2 м, а ширина 50 см”.

Анализ: чтобы определить давление трактора на почву, необходимо знать действующую на него силу тяжести, и площадь опоры. Сила тяжести в задаче не дана, площадь опоры не указана. Для определения общей площади опоры, т.е. площади опорной части двух гусениц, необходимо узнать площадь опоры одной гусеницы и умножить ее на два. Площадь одной части одной гусеницы можно определить, так как известны ее ширина и длина. Силу тяжести, действующую на трактор, можно найти по известной его массе.

Синтез: рассуждение ведут в обратном порядке, в его ходе составляют план решения и производят необходимые вычисления. Последовательность рассуждения примерно следующая.

Зная ширину длину опорной части гусеницы, можно определить опорную площадь одной гусеницы. Для этого необходимо длину на ширину. Зная опорную площадь одной гусеницы, можно определить общую площадь опоры трактора. Для этого необходимо найденную площадь, т.е. площадь опорной части одной гусеницы, умножить на два. Зная массу трактора, находят силу тяжести, действующую на него. По силе тяжести и площади опоры можно определить давление трактора на почву. Для этого силу тяжести необходимо разделить на площадь опоры [20, с. 96-97].

Тульчинский М.Е. также поясняет: чтобы связать данное явление с одним или несколькими физическими законами, надо расчленить сложное явление на ряд простых, т.е. применить анализ. Для соединения в общий вывод следствий, полученных из отдельных законов, используется синтез [19, с. 5].

Каменецкий С.Е. и Орехов В.П. описывают применение аналитического и синтетического способов рассуждения при решении задач следующим образом: при аналитическом способе рассуждения начинают с определения искомой величины, выясняют, как связана эта величина с другими величинами и, последовательно применяя физические формулы, приходят кратчайшим путем к искомой величине.

При синтетическом способе рассуждения сначала устанавливают промежуточные зависимости между данными физическими величинами, стараясь подготовить почву для определения искомой величины. В итоге всех операций, часть из которых может оказаться лишней, получают выражение, из которого и находят искомую величину.

Учащиеся чаще всего становятся на путь синтетического решения: они пробуют различные зависимости между величинами, пока не установят такую, которая дает возможность найти искомую величину. При этом, естественно, вначале возможны пути, не приводящие к желаемому результату. Синтетический, способ решения наиболее простой, но не всегда короткий.

Аналитический способ труден, так как требует строгой логической последовательности в действиях, но он быстрее приводит к конечной цели.
При решении задач, особенно в старших классах, предпочтение нужно отдать аналитическому способу, так как этот способ имеет большое значение для развития логического мышления.

Приведем пример решения задачи аналитическим и синтетическим способами.

Продолжение статьи

В настоящий момент информационное общество нуждается в человеке «обучаемом», а не только «обученном»: способном самостоятельно учиться и многократно переучиваться в течение своей жизни, быть готовым к самостоятельным действиям и принятию решений.

Основу деятельностного подхода в обучении составляет теория поэтапного формирования умственных действий. Реализация учебной деятельности в современных условиях достигается формированием у обучащихся теоретического мышления путем специального построения учебного процесса и особой организации познавательной деятельности. Учитель должен не просто излагать систему знаний, а способствовать формированию у обучающихся научного стиля мышления.

Одной из основных целей учебного предмета «Физика» для каждого учителя должно стать развитие мышления обучающихся, прежде всего абстрактного-логического; формирование у обучащихся качеств мышления и качеств личности, необходимых для полноценного функционирования человека в современном обществе.

Список использованной литературы

Федеральный государственный образовательный стандарт Основного общего образования http:// standart.edu.ru/catalog.aspx?CatalogId=2588.
Большой энциклопедический словарь. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Большая Российская энциклопедия; СПб.: Норинт, 2001. – 1456 с.
В.Е.Столяренко. Психология и педагогика: учебник / Л.Д.Столяренко, С.И.Самыгин,– Изд. 4-е. – Ростов н/д : Феникс, 2014. – 636 с. – (Высшее образование).
Волькенштейн В.С. Все решения к «Сборнику задач по общему курсу физики» В 2 кн. Кн. 2 – М.: Олимп: ООО «Фирма «Издательство АСТ», 1999 г. – 592 с. – (Готовимся к экзаменам).
Выготский Л.С. Проблемы развития психики, собр. соч. в 6-ти тт. Т.З / Под ред A.M. Матюшкина. – М.: Педагогика, 1983. – 368 с.
Гальперин П.Я. Лекции по психологии: Учебное пособие для студентов вузов. – М: Книжный дом «Университет»: Высшая школа, 2002.
Громцева О.И. Сборник задач по физике: 10-11 классы – М.: Издательство «Экзамен», 2015. – 208 с.
Зверева Н.М., Володарский В.Е., Вакс И.З., Коршак Е.В., Легкий М.П. Об активизации мышления учащихся при постановке физических задач//Физика в школе. – №2, 1977. – С. 34-42.
Зимняя И.А. Педагогическая психология: Учеб. пособие. – Ростов-на-Дону: Феникс, 1997.-480 с.
Каменецкий С.Е., Орехов В.П. Методика решения задач по физике в средней школе. Пособие для учителей. /; М., «Просвещение», 1971. – 448 с.
Каменецкий С.Е., Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е. и др.
Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений. — Под ред. С.Е. Каменецкого, Н.С. Пурышевой. — М.: Изд. центр “Академия”, 2000. — 368 с.
Касаткина И.Л. Репетитор по физике: электромагнетизм, колебания и волны, оптика, элементы теории относительности, физика атома и атомного ядра. / И.Л. Касаткина. – Изд-е 10-е, перераб. и доп. / Под ред. Т.В. Шкиль. – Ростов н/Д: идательство “Феникс”, 2009 – 844 с. : ил.
Менчинская Н.А. Проблема учения и умственного развития школьника. – М.: Педагогика, 1989. – 223 с.
Рубинштейн С.Л. О мышлении и путях его исследования. – М.: АН СССР, 1958.-147 с.
Рубинштейн С.Л. Основы общей психологии. – С.-Пб.: Питер Ком, 1998. – 688 с.
Столяренко Л.., Самыгин С.И. Психология и педагогика: учебник/ Изд. 4-е. – Ростов н/д: Феникс, 2014. – 636 с. (Высшее образование).
Тарасов Л.В., Тарасова Н.Н.. Вопросы и задачи по физике.- М.:Высш. шк., 1968. – 238с.
Тульчинская Г.М. Формирование умений учащихся по применению сравнений в курсе физики средней школы. – Дисс. …к.п.н, – М.: МПГУ, 1991.-176 с.
Тульчинский М.Е. Качественные задачи по физике в средней школе. Пособие для учителей. Изд. 4-е, переработ. И доп. М., «Просвещение», 1972. 240 с. с ил.
Усова А.В., Орехов В.П., Каменецкий С.Е. Методика преподавания физики в 7-8 классах средней школы: Пособие для учителя / и др.; Под редакцией А.В.Усовой. – 4-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1990. – 319 с.
Усова А.В., Тулькибаева Н.Н. Практикум по решению физических задач: Для студентов Физ.-Мат. фак. /. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2001. – 206 с.: ил.
Фаликман М. Виды мышления: видеолекция / Мария Фаликман (к. п. н.) // ПостНаука: проект. — 16.10.2015. — 14 мин 35 с.
Физика 8 класс: рабочая тетрадь к учебнику А.В.Перышкина / Т.А.Ханнанова. – М.: Дрофа, 2014. – 127, [1] с.: ил.
Фридман Л.М., Волков К.Н. Психологическая наука – учителю. – М.: Просвещение, 1985, – 224 с.
http://files.school-collection.edu.ru/.
Одинцова Н.И. Поурочное планирование по физике к Единому государственному экзамену / Н.И. Одинцова, Л.А.Прояненкова. – М.: Издательство «Экзамен», 2009. – 414, (Серия «УМК»).
Материалы курса «Как научить решать задачи по физике (основная школа). Подготовка к ГИА»: лекции 5-8. – М.: Педагогический университет «Первое сентября», 2010. – 128 с.

Алгоритм решения задач по физике

Решение задач по физике непростая задача для каждого ученика. Таким образом, многие все еще не уверены в своих силах и как только речь об экзамене, и вовсе начинается самый настоящий страх, не справится с решением задач. Теория это конечно хорошо, но когда доходит дело до того, чтобы внедрить ее на практике, возникают определенные сложности. Вот тогда и нужно знать, какому конкретному алгоритму следовать, в решении задач, чтобы в итоге получить верный результат решаемой задачи. Здорово, когда люди сами могут составить алгоритм, по которому можно будет решить задачи, но для этого нужно обладать достаточным объемом знаний, так что как правило, все пользуются готовым алгоритмом решений задач по физике. Готовые алгоритмы передаются от преподавателя ученикам, другими словами это методика, с помощью которой решаются задачи.

Универсальных решений для всех задач не существует и, тем не менее, есть ряд определенных правил, которые подходят для всех задач и правила, которые подходят для решения отдельных групп задач. Таким образом, для каждого раздела физики есть свой комплекс правил, которые можно использовать в решение задач (алгоритм решения задач по кинетике, алгоритм решения задач по механике и т.д.)

Общий алгоритм решения задач по физике:

Чтение условие задачи. Анализ условий задачи. На этом этапе важно определить три момента, о каком физическом теле речь, какие его характеристики, определение физического явления, к которому относится данный процесс.
Записывание кратких условий задачи. Определите, что известно и что необходимо выяснить, а также о каких единицах измерения речь.
Непосредственное решение задачи. Создание графиков, рисунков и схем, если необходимо. Определите количество формул, которое понадобится для решения данной задачи. Нужно выяснить, какая величина неизвестна и достаточно ли одной формулы для того, чтобы ее выяснить. Определите конкретно рабочую формулу.
Вставьте величины в рабочую формулу и решите задачу. При возможности проверьте правильность ответа.

Но в том случае, когда алгоритм не способен вам помочь решить задачи по физике, вы можете обратиться за помощью к посторонним людям. Решение задач по физике (http://Anode-Logic.ru) может быть частью вашего обучения. Готовое решение позволяет потом решать похожие задачи. Физика сложный предмет, поэтому в обучение стоит применять все возможные методы.

Если материал был полезен, вы можете отправить донат или поделиться данным материалом в социальных сетях:

Многомерная модель решения физических задач

Одна из основных целей обучения студентов-физиков состоит в том, чтобы укрепить их знания в решении физических задач. Карл Виман, лауреат Нобелевской премии в области физики, объясняет эту цель следующим образом:

Экспертная компетентность – основная цель образования и область, в которой исследования дали полезные идеи. Подходящая метафора – это ученик и эксперт, разделенные мысленным эквивалентом каньона; функция обучения состоит в том, чтобы направлять ученика по пути, который безопасно и эффективно ведет через каньон к нирване экспертного мышления.Образовательные исследования, тщательные измерения и новые технологии позволяют безопасно направлять большинство студентов по пути к истинному пониманию и оценке физики (Wieman & Perkins, 2005, стр. 38–40).

К сожалению, исследования показали, что преподавание физики в колледжах часто плохо помогает студентам в приобретении знаний и навыков, необходимых для решения физических задач. Студенты покидают как вводный уровень, так и курсы физики более продвинутого уровня, не понимая важных концепций механики, оптики, электричества и магнетизма, и используют плохие стратегии решения проблем (например.г., Хендерсон, 2005; Макдермотт, 2001). В ответ преподаватели физики призывают к реформе преподавания и изучения физики, потому что они хотели бы, чтобы все их ученики стали, условно говоря, экспертами в решении проблем, поставленных на этих курсах (Wieman & Perkins, 2005).

Ряд критических переменных способствует успеху экспертов в такой области, как физика, и отличает экспертов от новичков. В рамках своей области знаний эксперты используют более целенаправленные стратегии при решении проблем, обладают более обширными и более организованными знаниями, более метакогнитивны, имеют большую мотивацию и, как правило, получают большую социальную поддержку (например,г., Александр, 2003 г., Эрикссон, 2006 г., Хатано и Оура, 2003 г., Циммерман, 2006 г.). Исследование опыта решения физических задач предполагает, что важны следующие переменные: способ решения физических задач, включая используемые стратегии решения реальных проблем; способ классификации проблем, который предполагает глубину, широту и организацию концептуального знания; используемые метакогнитивные стратегии; и представлены ли проблемы наглядно в виде диаграммы свободного тела (например,g., Anzai, 1991, Taasoobshirazi, Carr, 2009 Chi, 2006). Эти переменные способствуют развитию опыта в решении физических задач и отличают экспертов от новичков в физике.

Хотя исследования определяют переменные, которые приводят к опыту в решении физических задач, эти переменные обычно изучаются индивидуально. Отсутствуют исследования, изучающие взаимосвязи между этими переменными, и исследования, показывающие, какие переменные являются наиболее важными для успеха в решении проблем.В результате преподаватели физики не знают, на что следует обратить внимание во время обучения, а на что менее важно. Небольшое исследование дает рекомендации о том, как лучше всего подтолкнуть учащихся к более высокому уровню успеваемости, хотя исследователи предлагают сделать именно это (например, Gerace, 2001, Wieman and Perkins, 2005). Это особенно важно для студентов-физиков, которые специализируются в области естественных наук, физики и инженерии и развивают свой опыт в решении физических задач.

Кроме того, в области физики и большинства наук исследование экспертных знаний сосредоточено почти исключительно на когнитивных переменных, включая различия в навыках решения проблем и знаниях.Роль, которую мотивация играет во влиянии на решение экспертных проблем, мало изучена. Учитывая эти ограничения и необходимость понимать и поддерживать опыт студентов в решении физических задач, цель настоящего исследования состояла в том, чтобы изучить исследования различий между экспертами и новичками в решении проблем в целом и в физике в частности, чтобы сформулировать и протестировать образец опыта в решении физических задач. Модель определяет важные компоненты решения проблем, описывает, как эти компоненты влияют друг на друга, и количественно оценивает относительный вклад каждого компонента.В частности, модель исследует влияние мотивации, метакогнитивного планирования, использования стратегии, навыков категоризации и диаграмм свободного тела на оценку решения проблемы. Знания, полученные в результате изучения этих компонентов и того, как они в идеале взаимодействуют, можно использовать для улучшения преподавания и изучения решения физических задач. Поскольку некоторые из компонентов решения проблем (например, использование стратегии, навыки категоризации) в физике аналогичны компонентам в химии, биологии и других науках (например,g., Stains and Talanquer, 2008; Williams and Noyes, 2007), модель будет также полезна исследователям и преподавателям других наук.

Как повысить вашу способность решать проблемы в физике

Альберт Эйнштейн однажды сказал: «Формулировка проблемы часто важнее, чем ее решение …» 1 МИЛЛИОН ДОЛЛАРОВ

Бывший генеральный директор Apple Стив Джобс сказал: «Когда вы начинаете смотреть на проблему, и она кажется действительно простой, вы действительно не понимаете ее сложности.Затем вы входите в проблему и видите, что она действительно сложна, и придумываете все эти запутанные решения. Это своего рода середина, и на этом большинство людей останавливаются … Но действительно великий человек будет продолжать искать ключ, лежащий в основе принцип проблемы – и найдет элегантное, действительно красивое решение, которое работает ».

Решению задач, будь то по физике или другим дисциплинам, можно научиться.Рафис Абазов на сайте TopUniversities продвигает для своих студентов методологию IDEAL: «Определить, определить, изучить, действовать и смотреть».

1. Определите проблему – определите природу проблемы, визуализировав физическую ситуацию и переведя записанную информацию в задаче в математические переменные. Нарисуйте схему, показывающую объекты, их движения или взаимодействия. Например, взаимодействие может состоять из двух объектов, соединенных веревкой.

2. Определите основные элементы проблемы – отметьте на схеме всю известную и неизвестную информацию. Это позволяет вам переводить между вербальным, визуальным и математическим режимами и их конкретными проявлениями слов, изображений и уравнений.Обязательно включите связанные единицы для каждого элемента, это поможет вам определить, для чего решается.

3. Изучите возможные решения – после того, как физическая ситуация была визуализирована и нанесена на диаграмму, а числовая информация была извлечена из постановки задачи, учащиеся могут либо использовать свои базовые знания физики и физических формул, либо искать эта информация в классных заметках, учебных пакетах, учебниках или онлайн-ресурсах.

Иногда полезно работать в обратном направлении, говоря: «Я хочу получить ответ на Z, но если бы я знал Y, я мог бы найти Z, и если бы я знал X»…. и так далее, пока вы не вернетесь к тому, что указано в исходной постановке задачи.

4. Действия по устранению проблемы – это часто включает в себя работу над предыдущими похожими проблемами и наблюдение за процессом решения. Затем известная информация подставляется в идентифицированные формулы для определения неизвестной величины. Всегда решайте сначала символически, прежде чем указывать фактическое количество. Это позволяет вам убедиться, что ваш ответ имеет смысл в физическом мире.

5. Ищите уроки, которые нужно усвоить – оценивая процесс решения, вы можете сформулировать уроки, которые вы извлекли, так, чтобы следующий проект решения проблем был более эффективным.

Решение во сне

Иногда над решением проблем работают другие руки. Возьмите решение химика Августа Кекуле о структуре молекулы бензола, а значит, и о структуре всех ароматических соединений. После долгой борьбы с проблемой Кекуле вздремнул.Ему приснилась змея, которая глотала собственный хвост, и он проснулся с осознанием того, что форма молекулы бензола представляет собой кольцо.

Как решать физические задачи

Сегодня пятница, конец вводной недели в Университете Сассекса. В порядке подготовки к лекциям, которые начнутся в следующий понедельник, я прочитал сегодня лекцию всем новым студентам факультета физики, в ходе которой дал несколько советов о том, как решать физические задачи, не только с точки зрения их решения, но и того, как представить ответ соответствующим образом.

Я начал с формулы Ричарда Фейнмана (чудак на картинке выше) для решения физических задач:

Запишите проблему.
Подумайте как следует.
Запишите ответ.

Это может показаться высокомерным или шутливым, или просто шуткой, но на самом деле это лишь середина. Совет Фейнмана по пунктам 1 и 3 абсолютно точен, и его стоит повторить много раз аудитории студентов-физиков.

Я возвращаюсь к старому стилю школьного образования, когда подходу к решению невидимых математических или научных задач уделялось гораздо больше внимания, чем сейчас.В настоящее время на школьных экзаменах даются гораздо более подробные инструкции, чем в мое время, часто до такой степени, что учащимся требуется только заполнить пробелы в решении, которое уже было намечено.

Я обнаружил, что многие, особенно первокурсники, испытывают затруднения, когда сталкиваются с проблемой, когда у них нет ничего, кроме чистого листа бумаги, на котором можно написать решение. На мой взгляд, самая большая проблема, с которой мы сталкиваемся в физическом образовании, заключается не в отсутствии математических навыков или базовых научных знаний, необходимых для выполнения вычислений, а в отсутствии опыта в том, как поставить проблему в первую очередь, и, как следствие, неопределенности в отношении , или даже боязнь, как с начать .Я называю это «синдромом чистой бумаги».

В этом контексте совет Фейнмана – ключ к первому шагу решения проблемы. Однако, когда я даю советы студентам, я обычно делаю первый шаг немного более общим. важно также прочитать вопрос . Ключевым моментом является записать информацию, содержащуюся в вопросе, а затем попытаться подумать, как она может быть связана с ответом. Для начала определите соответствующие символы и нарисуйте соответствующие диаграммы. Также запишите, что вы должны доказать или рассчитать, и какая физика может соотнести это с предоставленной информацией.

Средний шаг сложнее и часто зависит от чутья или способности проявлять нестандартное мышление, что некоторым людям легче, чем другим, но это не значит, что его нельзя развивать. Ключевой момент – это посмотреть на то, что вы записали на первом этапе, а затем применить свои маленькие серые клетки для выявления – с помощью ваших знаний физики – вещей, которые могут привести вас к ответу, возможно, с помощью каких-то промежуточных величин, не дано прямо в вопросе. Это та часть, в которой некоторые студенты застревают и часто обнаруживают непонятную мешанину математических символов, беспорядочно кружащихся на странице.Процесс решения проблемы не всегда линейный. Иногда полезно немного отойти от ответа, который вы должны доказать, прежде чем вы сможете вернуться к началу и найти путь вперед.

Каждый иногда застревает, но вы можете оказать себе большую услугу, по крайней мере вставив несколько слов в алгебру, чтобы объяснить, что вы пытались сделать. Таким образом, даже если вы ошиблись, вам можно будет отдать должное за представление о том, в каком направлении вы думали путешествовать.

Последний шаг Фейнмана также важен. Я сбился со счета попыток выполнения курсовых работ, отмеченных мною на этой неделе, когда студент почти дошел до конца, но не закончил с четким изложением ответа на заданный вопрос и просто оставил формулу висящей. Возможно, это потому, что студенты могли забыть, что они пытались сделать вначале, но мне кажется очень любопытным заходить так далеко в решение, не убедившись, что вы набрали баллы. Проделав всю тяжелую работу, вы должны научиться смаковать финал, в котором вы пишете «Следовательно, ответ…» или «Это доказывает требуемый результат».Сценарии, которые этого не делают, похожи на детективы, в которых пропущены последние несколько страниц, в которых наконец раскрывается имя убийцы.

Итак, сложив все это вместе, вот три совета, которые я дал своим студентам сегодня утром.

Прочтите вопрос! Некоторые студенты дают решения проблем, отличных от поставленных. Убедитесь, что вы внимательно прочитали вопрос. Хорошая привычка – сначала перевести все, что указано в вопросе, в математическую форму и с самого начала определить любые необходимые вам переменные.Кроме того, рисование диаграммы очень помогает визуализировать ситуацию, особенно помогает прояснить любые соответствующие симметрии.
Не забудьте объяснить свои рассуждения при математическом решении. Иногда очень трудно понять, что студенты пытаются сделать, исходя только из математики, из-за чего трудно дать частичную оценку, если они пытаются сделать правильный выбор, а просто делают, например, знаковую ошибку.
Завершите свое решение соответствующим образом, четко сформулировав ответ (и, если необходимо, в правильных единицах).Не позволяйте вашему раствору высохнуть – убедитесь, что маркер знает, что вы достигли конца и что вы сделали то, что просили. Другими словами, закончите с успехом!

Есть и другие советы, которые я мог бы добавить – например, проверяет ответов, выполняя числовые части по крайней мере дважды на вашем калькуляторе, и думает о том, является ли порядок величины ответа физически разумным – но это второстепенные по сравнению к общей стратегии.

И еще одна вещь, которую не следует расстраивать, если вы находите проблемы с физикой трудными.Никогда не сдавайся без боя. Только пробуя сложные вещи, вы можете улучшить свои способности, извлекая уроки из своих ошибок. Работа преподавателя физики состоит не в том, чтобы сделать физику легкой, а в том, чтобы побудить вас поверить в то, что вы можете делать сложные вещи.

Чтобы проиллюстрировать данный совет, я использовал эту задачу, которую оставляю читателю в качестве упражнения. Это немного измененная версия – первая физическая задача, которую я поставил в качестве учебной работы, когда я начал учебу в бакалавриате еще в 1982 году.Я думаю, что он очень хорошо иллюстрирует то, что я сделал выше, и не требует сложной математики – даже исчисления! Посмотри, как у тебя дела…

Следуйте @telescoper

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Эта запись была опубликована 18 сентября 2015 года в 16:50 и размещена в разделах «Симпатичные проблемы», «Образование» с тегами: синдром чистого листа, образование, Физика, решение проблем, Ричард Фейман, Ричард Фейнман, преподавание.Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через канал RSS 2.0. Вы можете оставить отзыв или откликнуться со своего сайта.

Как решить физическую задачу? – MVOrganizing

Как решить физическую задачу?

Сосредоточьтесь на проблеме. Создайте ясный мысленный образ проблемы. А.
Опишите физику. Уточните и оцените свой мысленный образ проблемы. А.
Спланируйте решение.Превратите концепции в математику. А.
Выполнить план. Это самый простой шаг – это просто алгебра / исчисление и т. Д. А.
Оцените ответ. Будьте настроены скептически.

Почему я не могу решать физические задачи?

Физика – это все о концепциях, и чем лучше вы их понимаете, тем лучше у вас получается. Может быть много причин, по которым вы не можете решить? Возможно, книга, которую вы читаете, достаточно сложна для понимания, или вы не решаете примеры перед тем, как приступить к решению задач, или вы не можете понять концепцию и т. Д.

Как вы решаете сложные физические задачи?

Стратегия

Не паникуйте.
Попытайтесь разобраться в ситуации. В этом случае это довольно просто.
Внимательно прочтите вопрос. В этом случае вопрос короткий, и данные сложно упустить.
Организуйте информацию. Вот список наших переменных:
Набросайте сцену.
Проверить единицы.
Рассмотрите свои формулы.
Решить.

Трудно ли изучать физику?

Физика может быть сложным предметом для освоения, и первый год обучения в бакалавриате может быть особенно сложным.

Какой тип физики самый сложный?

квантовая теория поля

Много ли в физике математики?

Физика часто рассматривается как эзотерическая и сложная область, но большая часть физики очень проста и описывает, как вещи движутся в повседневной жизни. Вам не нужно быть математическим гением, чтобы изучать физику, но вам нужно знать основы, а на уроках физики в колледже часто используются математические вычисления и алгебра.

Как начать с нуля в физике?

Изучение физики с нулевого уровня никогда не бывает чем-то таким чуждым даже для заядлых физиков.Каждая новая тема или исследование должно начинаться с так называемого нулевого уровня. Но если вы хотите начать с физики школьного уровня, я бы посоветовал начать с простых вещей, таких как Механика: принципы Ньютона и т. Д.

Как мне изучать физику?

Присоединяйтесь к нашей группе физиков!

Упростите: постарайтесь максимально упростить ситуацию.
Используйте рисунки: отличный способ реализовать вышесказанное – использовать рисунки или графику.
Используйте карточки для изучения: обратите внимание на новые слова, единицы измерения, общие принципы и другие возникающие концепции.

Можете ли вы заниматься физикой без исчисления?

Нет, не обязательно, но это, безусловно, принесет вам пользу. Большинство колледжей предлагают две серии по физике: физика для естественных наук и инженерия, которая требует исчисления, и физика для наук о жизни, в которой нет.

Вам нужна тригонометрия для физики?

Тригонометрия необходима в физике.

Много ли в физике исчислений?

Хотя бы на базовом уровне. Когда вы начинаете изучать физику, основанную на исчислении, на уровне университета, это, по сути, смесь алгебры, тригонометрии и математических дисциплин.Физика, как и математика, – это не зрелищный вид спорта. Овладейте математикой, и вы обнаружите, что физика по-прежнему является сложной задачей.

Является ли физика заслугой по математике?

A: Нет. Если студент берет физику в качестве одного из трех обязательных зачетов по естествознанию, это не может быть засчитано как зачет по математике. Однако, если учащийся выберет физику в качестве факультатива после выполнения своих требований по естествознанию, он может быть квалифицирован как класс по математике, как определено округом.

Исчисление – математика или физика?

Исчисление – это раздел математики, который включает изучение скорости изменения.До изобретения исчисления вся математика была статичной: она могла помочь вычислить только объекты, которые были совершенно неподвижны. Исчисление используется во множестве областей, в которых, как вы обычно не думали, можно было бы использовать его концепции.

Сложно ли с физикой в колледже?

Физика может быть очень сложным предметом, поэтому поймите, чего от вас ждут, чтобы вы могли быть более подготовленными. Как и в большинстве классов естественных наук, вы найдете сочетание классной и лабораторной работы, а также групповых и независимых заданий.

Насколько сложна общая физика 2?

Это определенно немного сложнее, но не расстраивайтесь. В нем много интересного материала. Возможно, вам придется учиться немного усерднее, но это все. Если вы хорошо справились с физикой 1, вы должны хорошо справиться и с физикой 2.

Какой самый сложный курс в колледже?

Органическая химия: вас не должно удивлять, что органическая химия занимает первое место как самый сложный курс в колледже. Этот курс часто называют «убийцей до медицинского образования», потому что он фактически заставил многих выпускников среднего образования сменить специализацию.

Наконец решена 100-летняя физическая проблема – точно предсказывает передачу инфекционных заболеваний

Бристольский академик достиг вехи в статистической / математической физике, решив физическую проблему столетней давности – дискретное уравнение диффузии в конечном пространстве.

Это долгожданное решение можно использовать для точного прогнозирования вероятности встречи и передачи между людьми в закрытой среде без необходимости трудоемкого компьютерного моделирования.

В своей статье, опубликованной в журнале Physical Review X , доктор Лука Джуджиоли с факультета инженерной математики Бристольского университета описывает, как аналитически вычислить вероятность заселения (в дискретном времени и дискретном пространстве) рассеивающей частицы или сущность в замкнутом пространстве – то, что до сих пор было возможно только с помощью вычислений.

Доктор Джуджоли сказал: «Уравнение диффузии моделирует случайное движение и является одним из фундаментальных уравнений физики.Аналитическое решение уравнения диффузии в конечных областях, когда время и пространство непрерывны, известно давно.

«Однако, чтобы сравнить предсказания модели с эмпирическими наблюдениями, необходимо изучить уравнение диффузии в конечном пространстве. Несмотря на работу выдающихся ученых, таких как Смолуховский, Поля и других исследователей прошлого, эта проблема оставалась нерешенной более века – до сих пор.

«Замечательно, что открытие этого точного аналитического решения позволяет нам решать проблемы, которые в прошлом были почти невозможными из-за непомерно высоких вычислительных затрат.”

Это открытие имеет далеко идущие последствия для целого ряда дисциплин, и возможные приложения включают прогнозирование молекул, диффундирующих внутри клеток, бродячих бактерий в чашке Петри, животных, добывающих пищу в пределах своего домашнего ареала, или роботов, ищущих в зоне бедствия.

Его можно даже использовать для прогнозирования того, как возбудитель передается в толпе между людьми.

Решение загадки включало совместное использование двух методов: специальных математических функций, известных как полиномы Чебышева, и техники, изобретенной для решения электростатических задач, так называемого метода изображений.

Этот подход позволил доктору Джуджиоли иерархически построить решение дискретного уравнения диффузии в более высоком измерении, а не в решении для более низкого измерения.

Ссылка: «Точная пространственно-временная динамика случайных блужданий в ограниченной решетке в произвольных измерениях: век после Смолуховского и Полиа» Лука Джуджиоли, 28 мая 2020 г., Physical Review X .
DOI: 10.1103 / PhysRevX.10.021045

Как решить физическую проблему Студенты обычно ошибаются

Но почему? Почему натяжение не равно весу массы 2? Ответ прост – масса 2 не находится в равновесии, а вместо этого ускоряется вниз.Поскольку он ускоряется, результирующая сила не равна нулю (вектору). Это означает, что натяжение должно быть меньше веса массы 2, что и есть.

Решение для машины Полу-Этвуда

Натяжение струны зависит от веса массы 2, а также от ускорения массы 2. Однако ускорение массы 2 такое же, как и массы 1, но ускорение струны масса 1 зависит от натяжения. Значит ли это, что вы не можете решить проблему? Конечно, нет, это просто означает, что все немного сложнее.

Допустим, масса 2 ускоряется в отрицательном направлении оси y. Это означает, что я могу написать следующее уравнение силы (в направлении оси y).

Теперь я могу сделать то же самое для массы 1 с ее ускорением в x-направлении. Поскольку величины этих двух ускорений одинаковы, я буду использовать одну и ту же переменную.

С двумя уравнениями и двумя переменными ( a и T ) я могу решить для обеих переменных. Если я подставлю выражение для массы 1 T в уравнение для массы 2, я получу:

Вместо полного решения для ускорения позвольте мне оставить его в форме выше.Подумайте о проблеме так: предположим, вы рассматриваете систему, состоящую из массы 1 и массы 2, и она ускоряется. Какая сила заставляет всю систему ускоряться? Это просто вес массы 2. Это именно то, что показывает это уравнение – есть только одна сила ( м ₂ г ), и она ускоряет общую массу ( м ₁ + м. ₂). Отсюда я могу решить проблему ускорения.

Используя значения массы 1 = 1.207 кг и масса 2 = 0,145 кг, я получаю ускорение 1,05 м / с ². Это довольно близко к экспериментальному значению (см. Выше) на уровне 1,109 м / с ². Я счастлив.

Используя значение ускорения, я могу вернуться к исходному уравнению, чтобы найти натяжение. При этом я получаю напряжение 1,267 Н. Это довольно близко к экспериментальному значению 1,285 Н. И снова я счастлив. Кажется, физика все еще работает.

Физика Решение проблем

Решение физических задач

Это исследование спонсируется грантом Национального научного фонда (NSF) и предполагает сотрудничество между Департаментом психологических наук и Департаментом физики.Наши коллеги по физическому факультету – доктор Н. Санджай Ребелло и Эми Руинфар. Статью, посвященную финансированию NSF, можно найти здесь, а узнать больше о проекте можно здесь.

Когда учащиеся пытаются усвоить новый материал или разобраться в проблеме, изображения могут сыграть важную роль в облегчении обучения и облегчении понимания проблемы. Однако эти изображения должны быть последовательными и хорошо продуманными, чтобы помогать учащимся, в то время как плохо продуманные изображения могут только сбивать с толку и вводить в заблуждение.

Этот проект объединяет области когнитивной психологии, в частности, визуальные подсказки и движения глаз, и физическое образование. В этом проекте исследуется роль визуальных подсказок и обратной связи в улучшении способностей студентов к решению проблем в областях естественных наук, технологий, математики и инженерии (STEM), а также способы оптимизации эффективности таких подсказок для переносимого обучения. Первоначальные исследования представляли физические диаграммы как экспертам-физикам, так и новичкам, а затем смотрели на различия в движениях глаз и рассуждениях, поскольку они использовали информацию в диаграммах для решения физических задач (Кармайкл и др., 2010; Madsen et al., 2012). Эти исследования показали, что эксперты-физики тратили больше времени на изучение соответствующих областей диаграмм, в то время как новички уделяли больше внимания несущественным областям, связанным с распространенными заблуждениями при решении проблем. Это говорит о том, что нисходящая обработка (предыдущие знания и опыт) помогает направлять внимание при решении проблем. В последующем исследовании (Madsen et al., 2013) была предпринята попытка улучшить рассуждения новичков, отвлекая их внимание от нерелевантных областей к важным частям физических диаграмм, используя визуальные подсказки.После просмотра диаграмм с подсказками учащиеся с большей вероятностью правильно ответили на одну задачу, касающуюся американских горок (рисунок выше). Анализ движений глаз также показал, что студенты, внимательно следившие за визуальными подсказками, лучше справлялись с проблемой американских горок, чем студенты, которые меньше обращали внимание на визуальные подсказки. Для одной диаграммы, показывающей катящиеся шары (рисунок выше), были обнаружены некоторые признаки обучения; учащиеся, которым были даны подсказки для диаграммы с мячом, лучше справились с аналогичной задачей без подсказок, что позволяет предположить, что правильные рассуждения об определенной проблеме могут быть перенесены на будущие задачи.

Более поздняя работа (Rouinfar et al., 2014) показала, что если объединить и обратную связь о правильности, и визуальные подсказки, происходит большее переносимое обучение, чем при использовании только обратной связи о правильности или только визуальных подсказок. Кроме того, после того, как таким образом решено несколько схожих проблем, учащиеся, получившие как визуальные подсказки, так и обратную связь о правильности, показали повышенную автоматизацию в получении соответствующей информации, необходимой для решения проблемы передачи, которая разделяет ту же концепцию, но имеет другую форму.Те ученики, которые не получили визуальные подсказки, не приобрели такой степени автоматизма в извлечении соответствующей информации, даже если им удалось правильно решить задачу передачи. Мы объясняем роли как обратной связи о правильности, так и визуальных подсказок в терминах модели визуальных подсказок в концептуальном решении проблемы, в которой обратная связь о правильности ставит учащегося с неправильным представлением в «тупик» (не зная, как решить проблему). а затем визуальные подсказки могут направить внимание и предоставить дополнительную информацию, необходимую для реструктуризации их представления проблемы, тем самым облегчая поиск правильного пути решения.

Хотя это исследование было сосредоточено на решении физических задач, его последствия могли иметь гораздо более широкое применение. Если будут найдены соответствующие визуальные подсказки, помогающие решить проблемы в физике, эти идеи могут быть применены к другим академическим областям, где визуальные представления также играют ключевую роль. Это могло бы привести к более эффективным способам обучения студентов и содействия обучению, особенно в компьютерном обучении (CAI). Однако необходимы дополнительные исследования этой идеи, чтобы лучше понять, каким образом визуальные подсказки вместе с обратной связью о правильности могут улучшить решение проблем и обучение на их основе.В настоящее время мы разрабатываем теорию, объясняющую эти процессы.

Публикации по теме

Руинфар, А., Агра, Э., Ларсон, А.М., Ребелло, Н.С., и Лошки, Л.С. (2014). Связывание процессов внимания и концептуального решения проблем: визуальные подсказки способствуют автоматическому извлечению релевантной информации из диаграмм. [Оригинальное исследование]. Границы психологии, 5. doi: 10.3389 / fpsyg.2014.01094

Мадсен, А., Руинфар, А., Ларсон, А.М., Лошки, Л.С., и Ребелло, Н.С. (2013). Могут ли кратковременные визуальные подсказки влиять на рассуждения учащихся и движения глаз в задачах по физике? Physical Review Special Topics – Physics Education Research, 9 (2), 020104-1 – 020104-16.

Мэдсен А., Ларсон А. М. , Лошки Л. К. и Ребелло Н. С. (2012). Различия в зрительном внимании между теми, кто правильно и неправильно отвечает на задачи физики. Physical Review Специальные темы – Исследования в области физического образования, 8 (1), 010122-1-13.

Кармайкл, А., Ларсон, А. , Гир, Э., Лошки, Л., Ребелло, Н.С. (2010). Чем зрительное внимание различается между экспертами и новичками по физическим задачам? В материалах конференции Американского института физики, том. 1289 , 93-96.

Презентации на конференциях по теме

Мадсен, А., Ларсон, А. , Лошки, Л.С., и Ребелло, Н.С. (2012, март). Использование результатов сканирования для понимания различий в движениях глаз между правильными и неправильными решениями физических задач.Доклад, представленный на 7-м симпозиуме по исследованиям и приложениям отслеживания взгляда, который проводится раз в два года, Санта-Барбара, Калифорния.

Мэдсен А., Ларсон А. М. , Лошки Л. К. и Ребелло Н. С. (2011, июль). Визуальные подсказки, влияющие на движения глаз и рассуждения в физических задачах. Доклад, представленный на Летнем собрании Американской ассоциации учителей физики, Омаха, штат Нью-Йорк.

Стивенс, Т., Кармайкл, А., Ларсон, А. М. , Жир, Э., Лошки, Л. С., и Ребелло, Н. С. (2011, апрель).

Решим любую задачу по физике (решение задач повышенной сложности)

Физические задачи как средство развития обучащихся

Алгоритм решения задач по физике

Многомерная модель решения физических задач

Как повысить вашу способность решать проблемы в физике

Решение во сне

Как решать физические задачи

Нравится:

Как решить физическую задачу? – MVOrganizing

Как решить физическую задачу?

Почему я не могу решать физические задачи?

Как вы решаете сложные физические задачи?

Трудно ли изучать физику?

Какой тип физики самый сложный?

Много ли в физике математики?

Как начать с нуля в физике?

Как мне изучать физику?

Можете ли вы заниматься физикой без исчисления?

Вам нужна тригонометрия для физики?

Много ли в физике исчислений?

Является ли физика заслугой по математике?

Исчисление – математика или физика?

Сложно ли с физикой в ​​колледже?

Насколько сложна общая физика 2?

Какой самый сложный курс в колледже?

Наконец решена 100-летняя физическая проблема – точно предсказывает передачу инфекционных заболеваний

Как решить физическую проблему Студенты обычно ошибаются

Физика Решение проблем

Решение физических задач

Публикации по теме

Презентации на конференциях по теме

Оставить комментарий Отменить ответ

Сложно ли с физикой в колледже?