Сформулировать и решить задачу по рисунку физика: № 829. На рисунке 91 представлены различные случаи взаимодействия магнитного поля с током. Сформулировать задачу для каждого из приведенных случаев и решить ее.

Содержание

Самостоятельная работа “Электромагнитное поле”

Просмотр содержимого документа
«Самостоятельная работа “Электромагнитное поле”»

Электромагнитное поле» 9 класс 1 вариант

1. Радиостанция ведет передачи на частоте 70 МГц. Чему равна длина волны?

2. Определите силу тока, проходящему по прямолинейному проводнику, находящемуся в однородном магнитном поле с индукцией 10 Тл, если на активную часть проводника длиной 20 см, действует сила 20 Н. Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции.

3. Протон движется в однородном магнитном поле с индукцией 5 мТл со скоростью 10000 км/с, направленной перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите силу, действующую на протон.

4. Сформулировать и решить задачу по рисунку

5. Электрон описывает в однородном магнитном поле окружность радиусом 4 мм. Скорость движения электрона равна 3,5∙10

6 м/с. Определите индукцию магнитного поля.

Электромагнитное поле» 9 класс 2 вариант

1. Чему равна длина волн, посылаемых радиостанцией, работающей на частоте 1400 кГц?

2. В однородное магнитное поле, индукция которого 1,26 мТл, помещен проводник длиной 20 см перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите силу, действующую на проводник, если сила тока в нем 50 А.

3. Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 0,5 Тл со скоростью 20000 км/с перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите силу, с которой магнитное поле действует на электрон

4. Сформулировать и решить задачу по рисунку

5. Электрон влетает в магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции со скоростью 107 м/с. Рассчитайте радиус кривизны траектории, по которой будет двигаться электрон, если индукция магнитного поля 5,6 мТл.

Самостоятельная работа по теме «Сила Ампера. Сила Лоренца»

Самостоятельная работа по теме “Сила Ампера. Сила Лоренца”

Вариант 1.

1. В магнитном поле находится проводник с током (рис. 25). Каково направление силы Ампера, действующей на проводник?

А. От читателя. Б. К читателю. В. Равна нулю.

2. Прямолинейный проводник длиной 10 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 4 Тл и расположен под углом 30° к вектору магнитной индукции. Чему равна сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, если сила тока в проводнике 3 А?

3. В магнитном поле с индукцией 5 Тл движется электрон со скоростью 104 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. Чему равен модуль силы, действующей на электрон со стороны магнитного поля?

4. На рисунке 77 показано сечение про­водника с током. Электрический ток на­правлен перпендикулярно плоскости ри­сунка. В каком случае правильно указано направление линий индукции магнитного поля, созданного этим током?

1) рис А 2) рис Б 3) нет правильного ответа

5. В какую сторону отклоняется протон под действием магнитного поля (рис. 29)?

A. Влево. Б. Вправо. B. Вверх.

6. Во всех  вариантах определите направление силы Ампера.

A. Влево. Б. Вправо. B. Вверх. Г. От читателя. Д. К читателю. Е. Равна нулю. Ж) вниз

7. Во всех  вариантах определите направление силы Лоренца

A. Влево. Б. Вправо. B. Вверх. Г. От читателя. Д. К читателю. Е. Равна нулю. Ж) вниз

Самостоятельная работа по теме “Сила Ампера. Сила Лоренца”

Вариант 2.

1.В магнитном поле находится проводник с током (рис. 28). Каково направление силы Ампера, действующей на проводник?

А. От читателя. Б. К читателю. В. Равна нулю.

2. Прямолинейный проводник длиной 5 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 5 Тл и расположен под углом 30° к вектору магнитной индукции. Чему равна сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, если сила тока в проводнике 2 А?Рис. №2

3. Определите направление силы. Рис. №2

А → Б. ↓ В. ← Г. ↑

4. В какую сторону отклоняется электрон под действием магнитного поля (рис. 30)? 

А. Влево. Б. Вправо. В. Вверх.

5. В магнитном поле с индукцией 5 Тл движется электрон со скоростью 104 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. Чему равен модуль силы, действующей на электрон со стороны магнитного поля?

6. Во всех четырех вариантах определите направление силы Ампера

A. Влево. Б. Вправо. B. Вверх. Г. От читателя. Д. К читателю. Е. Равна нулю. Ж) вниз

7. Во всех  вариантах определите направление силы Лоренца

A. Влево. Б. Вправо. B. Вверх. Г. От читателя. Д. К читателю. Е. Равна нулю. Ж) вниз

Качественные задачи по физике / Шимко Е.А. — Институт цифровых технологий, электроники и физики АлтГУ

Елена Анатольевна Шимко, доцент кафедры общей экспериментальной физики, кандидат педагогических наук, председатель краевой предметной комиссии по физике

Качественные задачи по физике

Главная особенность качественной задачи состоит в том, что в ней внимание обучающихся акцентируется на объяснении физических явлений, свойств тел, вещества, изучаемых процессов. Цель их не формальное закрепление полученных физических знаний и механическое заучивание физических терминов и формул, а разносторонний анализ явлений, законов природы, технических достижений, который не требует сложных математических преобразований и расчётов. В качественной задаче по физике для разрешения ставится проблема, связанная с качественной стороной физического явления. Решается такая задача путем логических умозаключений, базирующихся на законах физики.

Качественные задачи в КИМ ОГЭ и ЕГЭ по физике относятся к заданиям повышенного уровня сложности, но демонстрируют результаты выполнения ниже, чем расчетные задачи высокого уровня сложности.

Менее шестой части выпускников IX классов в Алтайском крае (13,73 %) показали наличие таких умений в полной мере в 2019 году, что также является самым низким результатом за последние три года (2018 год – 31,07 %, 2017 год – 24,88 %).

Средний процент выполнения качественной задачи ЕГЭ в 2019 году составил 22,02 %, но полностью успешно справились с ее решением только 8,07 % выпускников XI классов (2018 год – 5,99 % и 1,54 % соответственно).

Очевидно, что в процессе обучения физике недостаточно времени отводится деятельности по объяснению явлений на основе построения связных письменных объяснений с аргументами в виде законов, формул или правил. Другая причина, возможно, заключается в том, что выпускники не знакомы с правилами оформления качественных задач на экзамене и критериями их оценивания.

Качественные задачи ОГЭ в 2020 году

Задание 21 проверяет умение применять информацию из текста физического содержания при решении учебно-познавательных и учебно-практических задач.

Задание 22 проверяет умение объяснять физические процессы и свойства тел в ситуациях жизненного характера.

Полный ответ на задания 21 и 22 должен включать не только ответ, но и его развёрнутое, логически связанное обоснование (2 балла).

Качественные задачи ОГЭ по физике в настоящее время делятся на две типа, следовательно, есть и два подхода к оцениванию решения:

1 тип заданий предполагает выбор более чем из двух возможных ответов

(трёх и более). В этом случае есть следующие основания для оценивания решения на 1 балл:

– представлен правильный ответ на поставленный вопрос, но его обоснование некорректно или отсутствует;

– представлены корректные рассуждения, приводящие к правильному ответу, но ответ явно не сформулирован.

Участник ОГЭ получает 0 баллов, если:

– ответ на вопрос неверен, независимо от того, что рассуждения правильны или неверны, или отсуствуют;

– представлены общие рассуждения, не относящиеся к ответу на поставленный вопрос.

2 тип заданий предполагает выбор одного из двух возможных ответов. В этом случае есть следующие основания для оценивания решения на 1 балл:

– представлен правильный ответ на поставленный вопрос, но его обоснование не является достаточным, или в нём допущена ошибка;

– представлены корректные рассуждения, приводящие к правильному ответу, но ответ явно не сформулирован.

Участник ОГЭ получает 0 баллов, если:

– ответ на вопрос неверен, независимо от того, что рассуждения правильны или неверны, или отсуствуют;

– представлены общие рассуждения, не относящиеся к ответу на поставленный вопрос.

Для согласования корректности или достаточности обоснования эксперту необходимо выделить в решении не менее двух элементов логических рассуждений ученика.

Рассмотрим пример качественной задачи 1 типа к тексту физического содержания «Парниковый эффект» (рис. 1). Обоснование ответа строится на прямой или косвенной интерпретации информации, представленной на графиках (рис. а и рис. б к тексту).

Рис. 1

На рисунке 2 представлено решение качественной задачи 1 типа, которое эксперты оценивают на 2 балла из 2. Основание – приведён не только правильный ответ, но и его развёрнутое, логически связанное обоснование.

Рис. 2

Рисунок 3 демонстрирует пример качественной задачи 1 типа, которую оценили на 1 балл из 2. Основание – представлен правильный ответ на поставленный вопрос, но обоснование нельзя считать достаточным, поскольку приведено общее утверждение для инфракрасного излучения из текста.

Рис.3

На рисунке 4 можно увидеть пример качественной задачи 1 типа, который оценивается на 1 балл из 2. Основание – представлен правильный ответ на поставленный вопрос, но его обоснование отсутствует.

Рис.4

Пример решения качественной задачи 1 типа с неверным ответом (0 баллов из 2) показан на рисунке 5.

Рис.5

Рассмотрим пример качественной задачи 2 типа (рис. 6) к тексту физического содержания «Молния и гром». Достаточное обоснование ответа должно содержать указания:

а) на наведение положительного заряда на поверхности земли;

б) на определение направления тока, как направления движения положительно заряженной частицы (или указание направления тока от «+» к «–»).

Рис.6

На рисунке 7 представлено решение качественной задачи 2 типа, которое эксперты оценивают на 2 балла из 2. Основание – приведён правильный ответ и его развёрнутое, логически связанное обоснование.

Лишняя информация в ответе не противоречит приведенному обоснованию.

Рис. 7

На рисунке 8 показан пример решения качественной задачи 2 типа, оцененной на 1 балл из 2. Основание – представлен правильный ответ на поставленный вопрос, но его обоснование нельзя считать достаточным, так как отсутствует указание на определения направления электрического тока.

Рис. 8

Пример решения качественной задачи 2 типа, которая оценена на 0 баллов из 2, показан на рисунке 9. Основаниеответ на вопрос неверен независимо от того, что есть правильные рассуждения.

Рис. 9

Качественные задачи ЕГЭ в 2020 году

Требования к полноте ответа приводятся в самом тексте задания.  Как правило, все задания содержат:

А) требование к формулировке ответа: «Как изменится … (показание прибора, физическая величина)», «Опишите движение …» или «Постройте график …» и т. п.

Б) требование привести развёрнутый ответ с обоснованием: «объясните …, указав, какими физическими явлениями и закономерностями оно вызвано» или «…поясните, указав, какие физические закономерности вы использовали для объяснения».

Обобщенная схема оценивания строится на основании трех элементов решения:

  • формулировка ответа;
  • объяснение;
  • прямые указания на физические явления и законы.

В критериях оценивания приводится перечень явлений и законов, на основании которых строится объяснение (рис.10).

Рис.10

На рисунке 11 можно увидеть пример решения качественной задачи (задание 27 КИМ ЕГЭ 2020), который оценивается на 3 балла из 3. Основание – приведён правильный ответ и верные рассуждения об изменениях температуры и объема газа. Приведена запись уравнения Клапейрона-Менделеева с учетом плотности газа, а также ссылки на изопроцессы.

Рис.11

Пример недочётов, встречающихся в решении качественной задачи, показан на рисунке 12 (оценивается на 2 балла из 3). Основание – дан правильный ответ об изменениях температуры и объема, приведены верные рассуждения. Но в работе отсутствует вывод об изотермическом процессе на участке 1-2. Кроме того, вместо названия газовых законов указано «уравнение Клайперона», что можно расценивать как лишние записи.

Рис.12

За решение этой задачи снимается 1 балл по критерию одного логического недочета и наличия лишних записей. В критериях оценивания задания (рис.10) видно, что даже при наличии всех указанных недостатков в решении выставляется 2 балла.

Пример ошибок, встречающихся в решении качественной задачи, показан на рисунке 13 (оценивается на 1 балл из 3). Основание – получен неверный ответ, но имеются верные рассуждения, направленные на решение задачи, в части обоснования изменения величин в изобарном процессе.

Рис.13

При подготовке к экзаменам по физике рекомендуем использовать учебные материалы, подготовленные преподавателями Института цифровых технологий, электроники и физики:

  • Курс «ОГЭ 2020 – Физика», преподаватель Равиль Муратович Утемесов, доцент кафедры общей экспериментальной физики, кандидат технических наук, заместитель председатель краевой предметной комиссии по физике (Интернет-лицей: https://public.edu.asu.ru/enrol/index.php?id=637).
  • Курс «Физика ЕГЭ – 2020», преподаватель Елена Анатольевна Шимко, доцент кафедры общей экспериментальной физики, кандидат педагогических наук, председатель краевой предметной комиссии по физике (Интернет-лицей: https://public.edu.asu.ru/course/view.php?id=151).

В курсах есть расписание вебинаров, на которых рассматриваются задания КИМ ОГЭ и ЕГЭ с подробными комментариями (http://webinar.asu.ru/physics/).

В ходе дистанционного обучения физике (10-11 класы) можно применять материалы курса «Экспериментальная физика» (Общедоступные ресурсы: https://public. edu.asu.ru/course/view.php?id=363).

Перечень возможных заданий в ходе дистанционного обучения физике

Контрольные работы по физике 9 класс | Методическая разработка по физике (9 класс) на тему:

Контрольная работа № 1

«Прямолинейное равномерное  и равноускоренное движение» 9 класс

1 вариант

1. Велосипедист, двигаясь равномерно, проезжает 20 м за  2  с. Какой путь он проедет при движении с той же скоростью за 10 с?

2. Через 25 с после начала движения спидометр автомобиля показал скорость движения

36 км/ч. С каким ускорением двигался автомобиль?

3.Самолет для взлета должен приобрести скорость 240 км/ч. Какой должна быть длина взлетной полосы, если известно, что время разгона самолета равно 30 с?

4.Пуля, летящая со скоростью 400 м/с, ударяет в земляной вал и проникает в него на глубину s = 36 см. Определите, какое время она движется внутри вала.

5.Определите путь, пройденный катером, если он будет двигаться 10 с с постоянной скоростью 5 м/с, а затем 10 с с постоянным ускорением 0,5 м/с2.

Контрольная работа № 1

«Прямолинейное равномерное и  равноускоренное движение» 9 класс

2 вариант

 1. Автомобиль, двигаясь равномерно, проехал 50 м за 2 с. Какой путь он проедет за 20 с, двигаясь с той же скоростью?

2. С каким ускорением должен затормозить автомобиль, движущийся со скоростью 36 км/ч, чтобы через 10 с остановиться?

3.  Автомобиль, остановившись перед светофором, набирает затем скорость 54км/ч на пути 50 м. С каким ускорением он должен двигаться? Сколько времени будет длиться этот разбег?

4. Двигаясь из состояния покоя, мотоциклист проходит 1 км пути с ускорением 0,8 м/с2. Чему равно время разгона мотоциклиста и его скорость в конце этого пути?

5. Дистанцию 100 м спринтер преодолел за 10 с. Из них 2 с он потратил на разгон,

а остальное время двигался равномерно. Чему равна скорость равномерного движения спортсмена?

Контрольная работа №2 «Законы динамики» 9 класс 1 вариант

1. С каким ускорением двигался при разбеге реактивный самолет массой 50 т, если сила тяги двигателей 80 кН?

2. Чему равна сила, сообщающая телу массой 3 кг ускорение 0,4 м/с2 ?

3. Автомобиль массой 2 т, движущийся со скоростью 90 км/ч, останавливается через

 3 секунды после нажатия водителем педали тормоза. Чему равен тормозной путь автомобиля? Каково его ускорение? Чему равна сила торможения?

4. Определите силу давления пассажиров общей массой 150 кг на пол кабины лифта:

 а) при спуске с ускорением 0,6 м/с2 ; б) ) при подъеме с тем же ускорением : в) при равномерном движении.

5. Автомобиль массой 1,5 т через 20 с после начала движения развил скорость 90 км/ч. Определите силу тяги автомобиля, если коэффициент трения равен 0,02.

Контрольная работа №2 «Законы динамики» 9 класс 2 вариант

1. Вагонетка массой 200 кг движется с ускорением 0,2 м/с2 . Определите силу, сообщающую вагонетке это ускорение.

2. Чему равно ускорение, с которым движется тело массой 3 кг, если на него действует сила 12 Н?

3. На автомобиль массой 2 т действует сила трения 16 кН. Какова начальная скорость автомобиля, если его тормозной путь равен 50 м?

4. Тело массой 5 кг лежит на полу лифта. Определите силу давления тела  на пол лифта:

а) при равномерном движении; б) при спуске с ускорением 2 м/с2 ; в) при подъеме с тем же по модулю ускорением.

5. Трамвай массой 20 т, отходя от остановки, на расстоянии 50 м развивает скорость 8 м/с. Определите силу тяги двигателей трамвая, если коэффициент трения равен 0,036.

Контрольная работа № 3 « Механические колебания и волны. Звук » 9 класс  1 вариант

1. По графику, приведенному на рисунке, найти амплитуду,

период и частоту колебаний. Написать уравнение

гармонических колебаний.

2. Определить период колебаний материальной точки,

совершившей 50 полных колебаний за 20 с. .

3. Найти массу груза, который на пружине жесткостью

 250 Н/м делает 20 колебаний за 10 с.

4. Расстояние между ближайшими гребнями волн в море 6 м. Лодка качается на волнах, распространяющихся со скоростью  2 м/с. Какова частота ударов волн о корпус лодки.  

5.  Один математический маятник имеет период колебаний 3 с, а другой – 4 с. Каков период колебаний математического маятника, длина которого равна сумме длин указанных маятников?

Контрольная работа № 3 « Механические колебания и волны. Звук » 9 класс  2 вариант

1. По графику, приведенному на рисунке, найти амплитуду,

период и частоту колебаний. Написать уравнение

гармонических колебаний.

2.  Материальная точка за 1 мин совершила 300 колебаний.

Определить период колебаний и частоту.

3. Математический маятник длиной 99,5 см за одну минуту

совершал 30 полных колебаний. Определить период колебания

маятника и ускорение свободного падения в том месте,

где находится маятник.

4. Наблюдатель, находящийся на берегу озера, установил, что период колебания частиц воды равен 2 с, а расстояние между смежными гребнями волн 6 м. Определить скорость распространения этих волн.

5. Периоды колебаний двух математических маятников относятся как 2:3. Рассчитайте во сколько раз первый маятник длиннее второго.

Контрольная работа № 4  « Электромагнитное поле» 9 класс 1 вариант

1. Радиостанция ведет передачи на частоте 70 МГц. Чему равна длина волны?

2. Определите силу тока, проходящему по прямолинейному проводнику, находящемуся в однородном магнитном поле с индукцией 10 Тл, если на активную часть проводника длиной 20 см, действует сила 20 Н. Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции.

3. Протон движется в однородном магнитном поле  с индукцией 5 мТл со скоростью 10000 км/с, направленной перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите силу, действующую на протон.

4. Сформулировать и решить задачу по рисунку

5. Электрон описывает в однородном магнитном поле окружность радиусом 4 мм. Скорость движения электрона равна 3,5∙106 м/с. Определите индукцию магнитного поля.

Контрольная работа № 4  « Электромагнитное поле» 9 класс 2 вариант

1. Чему равна длина волн, посылаемых радиостанцией, работающей на частоте 1400 кГц?

2. В однородное магнитное поле, индукция которого 1,26 мТл, помещен проводник длиной 20 см перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите силу, действующую на проводник, если сила тока в нем 50 А.

3. Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 0,5 Тл со скоростью 20000 км/с перпендикулярно линиям магнитной индукции. Определите силу, с которой магнитное поле действует на электрон

4. Сформулировать и решить задачу по рисунку

5. Электрон влетает в магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции со скоростью 107 м/с. Рассчитайте радиус кривизны траектории, по которой будет двигаться электрон, если индукция магнитного поля 5,6 мТл.

Контрольная работа № 5 «Строение атома и атомного ядра,

использование энергии атомных ядер» 9 класс  1 вариант

1.В ядре атома меди 63 частицы, из них 29 протонов. Сколько нейтронов и электронов находится в этом атоме?

2. Какой изотоп образуется из  92239U после двух ß-распадов и одного α-распада?

3.При бомбардировке ядер железа нейтронами образуется ß-радиоактивный изотоп марганца с массовым числом 56. Напишите реакцию получения искусственного радиоактивного марганца и реакцию происходящего с ним ß-распада.

4. Найдите  дефект масс и энергию связи ядра   37Li,  

5. Найдите энергию, поглощенную или выделившуюся в результате реакций:

                               714N + 24Не → 817O + 11H                                   49Ве + 12Н → 510В + 01n

Контрольная работа № 5 «Строение атома и атомного ядра,

использование энергии атомных ядер» 9 класс  1 вариант

1. В ядре атома свинца 207 частиц. Вокруг ядра обращается 82 электрона. Сколько нейтронов и протонов в ядре этого атома?

2. Во что превращается изотоп тория  23490 Th, ядра которого претерпевают три последовательных  α-распада?

3. Ядро изотопа магния с массовым числом 25 подвергается бомбардировке протонами. Ядро какого  элемента при этом образуется, если ядерная реакция  сопровождается излучением  α- частиц?

4. Найдите дефект масс и энергию связи ядра  1327Al.

   5. Определить энергетический выход ядерной реакции

                                                                                   157N  +  11Н →  126C  +  24Не

Ответы:

1

2

3

4

5

К – 1

1 вариант

100 м

0,4 м\с2

1020 м

0,002 с

125 м

К – 1

2 вариант

500 м

-1 м\с2

7 с

50 с

1,1 м\с

К – 2

1 вариант

1,6 м\с2

1,2 Н

-16600 Н

1410 Н

1590 Н

1500 Н

2175 Н

К – 2

2 вариант

40 Н

4 м\с2

28 м\с

50 Н

40 Н

60Н

20 кН

К – 3

1 вариант

6см

0,25 с

4 Гц

X(t)=0,06Sin8πt

0,4 с

1,6 кг

0,3 Гц

6,3 м

К – 3

2 вариант

15 см

4 с

0,25 Гц

X(t)=0,15Cos0,5πt

0,2 с

5 Гц

9,8 м\с2

3 м\с

В 2,25 раза

К – 4

1 вариант

4 м

10 А

8·10-15Н

F к нам,

Fвправо,

Fвправо

5·10-3Тл

К – 4

2 вариант

214 м

1,2·10-2 Н

1,6·10-2 Н

Северный полюс внизу,

ток от нас,

линии магнитной индукции к нам

0,01 м

К – 5

1 вариант

электронов-29

нейтронов-34

уран(235)

11Н

0,0407 а. е.м.

37,91МэВ

Есв=1,2МэВ

Есв=4,35МэВ

К – 5

2 вариант

протонов-82

нейтронов-125

Полоний(222)

1122Na

0,23524 а.е.м.

219,13МэВ

Есв=5,48МэВ

           Приложение 1.    Контрольные работы.

Контрольная работа № 1

«Прямолинейное равномерное и  равноускоренное движение» .

Контрольная работа №2 «Законы динамики» .

Контрольная работа № 3 « Механические колебания и волны. Звук » .

Контрольная работа № 4  « Электромагнитное поле» .

Контрольная работа № 5 «Строение атома и атомного ядра,

использование энергии атомных ядер» .

Физика

План самостоятельной работы учащегося 10 класса по физике (ЕМН)

IV четверть                                                                                                Номер урока: 15

Тема урока:  Энергия магнитного поля

Цель: Учащийся должен научиться проводить аналогию между механической и магнитной энергией.

Краткий тезисный конспект

 Рассмотрим явление самоиндукции при размыкании ключа.

Уменьшение тока при размыкании цепи создает настолько мощный индукционный ток, противодействующий уменьшению тока в катушке, что напряжение на ней оказывается достаточным для зажигания лампы.

 В чем заключается явление самоиндукции?

неоновую лампу подключим к ползунковому реостату, ведь он тоже в некоторой степени катушка… Почему же теперь мы не видим такой яркой вспышки неоновой лампы? Значит есть физическая величина характеризующая свойства катушки. И эта величина получила название – индуктивность. Магнитный поток (Ф) пропорционален  индукции магнитного поля (В), которая в свою очередь пропорциональна силе индукционного тока (I). Следовательно, можно утверждать, что Ф = LI, , где L – коэффициент пропорциональности , который получил название индуктивность.Другими словами, физическая величина, характеризующая способность катушки противодействовать изменению силы тока в ней. Единица измерения генри. Явление самоиндукции можно сравнить с известным в механике  явлением инерция. Проведем аналогию: m — L, υ — I,  Ек — Емаг, следовательно ;   . Посмотрите внимательно на последнюю формулу и скажите, где максимально сосредоточена энергия магнитного поля?

Ссылки  https://youtu.be/EqBAxjdWJC4, §51 стр 295

            учебник «Физика 10» (Закирова Н.А, Аширов Р.Р.)

Задания для ученика:

а) Почему для обнаружения индукционного тока замкнутый проводник лучше брать в виде катушки, а не в виде прямолинейного провода?

    б) Северный полюс магнита удаляется от металлического кольца, как на рисунке. Определите направление индукционного тока в кольце

 

 

 

 

 

 

    а) Сквозь горизонтальное проводящее кольцо падают с одинаковой высоты алюминиевый брусок и магнит. Что упадет первым?

 

 

   б) На рисунке приведен случай электромагнитной индукции. Сформулировать и решить задачу.

                       

 

 

 

 

 

 

 

 

Обратная связь

 

Рефлексия

Теперь я знаю…

 

 

Теперь я умею…

 

 

Обратная связь от учителя (совестная оценка или комментарий)

 

 

 


 

Скачано с www.znanio.ru

Задачи для 11 класса На рисунке приведён график зависимости

Задачи для 11 класса

  1. На рисунке приведён график зависимости Vx(t) для тела, движущегося вдоль оси x. Постройте графики зависимости от времени ускорения ax, перемещения sx и пройденного пути l.

Решение задачи.

Первые 3 с движение происходило с постоянным ускорением а = -2 м/с2, следующие 2 с — без ускорения и последние 2 с — с ускорением а = 1 м/с2. После этого тело остается неподвижным. График ах(t) показан на рис. а. Перемещение тела в течение первых трех секунд определяется по формуле (здесь и далее численные значения, входящие в формулы, приводятся без указания единиц измерения; все величины измеряются в единицах СИ).

График sx(t) в этом интервале (см. рис. б) представляет собой параболу с вершиной при t = 2 с (в этот момент скорость тела равна нулю). Поскольку sх = 3 м при t = 3 с, в течение следующих двух секунд sХ = 3 – 2(t – 3). Величина t = 3 с представляет собой время равномерного движения. Отсюда sх = 9 – 2t, при t = 5 с (к моменту, когда равномерное движение заканчивается) находим sx = -1 м. Аналогично для третьего этапа движения sХ = -1 – 2(t – 5) + (t – 5)2/2.

Отметим что при t = 3 с и t = 5 с график sx(t) не испытывает изломов: различные его участки плавно переходят один в другой. Это обусловлено непрерывностью зависимости ux(t) мгновенных изменений скорости, т.е. изменений угла наклона касательной к графику sx(t), не происходит. Для получения графика l(t) достаточно заметить, что путь увеличивается при любом изменений sx. Поэтому убывающие участки графика sx(t) необходимо симметрично отразить вверх, сохраняя непрерывность графика (см. рисунок в).

2. Небольшое тело падает с огромной высоты на землю. Считая удар абсолютно упругим (тело отскакивает от земли с такой же по модулю скоростью, которую имело перед ударом о землю), определить ускорение тела сразу после того, как оно отскочит от земли.

Решение задачи

Во время падения на тело действуют две силы: сила тяжести , направленная вниз, и сила сопротивления воздуха , направленная противоположно скорости тела, то есть вверх. Поскольку тело падает с очень большой высоты, движение является установившимся и модули действующих на тело сил равны (рис. а)).

После абсолютно упругого удара о землю, тело отскакивает от нее с такой же по модулю, но противоположно направленной скоростью. Поэтому сила сопротивления воздуха, пропорциональная скорости движения тела, также по модулю равна силе тяжести и сонаправлена с ней ((рис. б)). Поэтому ускорение будет равно


3. Сани движутся по горизонтальной поверхности со скоростью 10 м/с. Коэффициент трения между полозьями саней и дорогой равен 0,1. Какой путь сани пройдут за 15 с?

Решение задачи

Используя второй закон Ньютона, найдем ускорение, с которым движется сани.

Таким образом, можно сделать вывод, что сани остановились через , а остальное время они покоились. Исходя из этого, найдем пройденный путь:

4. Космический корабль, имеющий скорость V = 10 км/с, попадает в неподвижное облако микрометеоров. В объеме V0 = 1 м3 пространства находится n = 1 микрометеоров. Масса каждого микрометеора m0 = 2·10-5 кг. На сколько должна возрасти сила тяги двигателя, чтобы скорость корабля при прохождении через облако не изменилась? Лобовое сечение корабля S = 49 м2. Удар микрометеоров об обшивку корабля считать неупругим.

Решение задачи.

При движении космического корабля в облаке микрометеоров частицы получают импульс со стороны обшивки, в результате чего их скорость возрастет от 0 до скорости корабля V, поскольку удар неупругий. Одновременно такой же импульс, как и частицы, получает и корабль, но в сторону, противоположную движению. В результате скорость корабля должна уменьшаться и для ее сохранения сила тяги двигателя должна возрасти. Прирост силы тяги должен быть тем большим, чем больше изменение импульса частиц за единицу времени.

Выделим (рис. 2.8) часть микрометеорного облака, которой был сообщен импульс за небольшой промежуток времени , в течение которого движение корабля можно считать равномерным.

Если за время дt корабль пройдет расстояние l, то импульс частиц, находящихся в объеме цилиндра А, возрастет от 0 до mu, частицы станут двигаться вместе с кораблем. Такое изменение количества движения произойдет за счёт импульса силы F, действующего на выделенную часть облака со стороны обшивки корабля. Сила F будет равна при этом по величине и направлению искомому увеличению силы тяги.

Учитывая, что вначале частицы покоились и направления векторов F и mu совпадают, по второму закону Ньютона:

(1)

Масса частиц, увлекаемых за время дt равна:

(2)

При малом можно с достаточной степенью точности считать, что движение на участке l равномерное и, следовательно,

(3)

Из уравнений (1)—(3) находим, что искомое увеличение силы тяги равно:

  1. В теплоизолированный сосуд с нагревателем внутри помещены 1 кг льда и 1 кг легкоплавкого вещества, не смешивающегося с водой. Сначала температура в сосуде была равна – 40оС, затем включили нагреватель, потребляющий постоянную мощность. Зависимость температуры в сосуде от времени показана на рисунке. Удельная теплоёмкость льда сл = 2·103 Дж / (кг·0С), твёрдого вещества – с = 1·103 Дж / (кг·0С). Найти удельную теплоту плавления вещества и его удельную теплоёмкость в расплавленном состоянии.

Решение задачи.

Из графика видно, что температура плавления неизвестного вещества равна – 20°С. Для нагрева содержимого сосуда от t1= – 40 °С до t2= – 20 °С потребовалось время T=1 мин = 60 с. При этом от нагревателя было получено количество теплоты Q=Pt1, где Р – мощность нагревателя. Поскольку массы льда и неизвестного вещества одинаковы,

PT = m(c1 + c)(t2– t1) Для полного плавления вещества в течение T2 = 5/ 3 мин = 100с потребовалось количество теплоты, равное

Поделив это уравнение на предыдущее, найдем удельную теплоту плавления неизвестного вещества:

Для дальнейшего нагрева смеси льда и расплава вещества до температуры t3=0°С в течение T3 =4/3 мин = 80 с потребовалось количество теплоты, равное

где с – удельная теплоемкость вещества в расплавленном состоянии. Сравнивая первый и последний этапы процесса, найдем

  1. При подключении к аккумулятору с внутренним сопротивлением r = 0,16 Ом нагревательный элемент развивает мощность N1=200 Вт. При подключении нагревательного элемента к двум таким аккумуляторам, соединённым последовательно, выделяемая в нагревателе мощность составила N2=288 Вт. Найдите ЭДС аккумулятора.

Решение задачи

Мощность, выделяемая и нагревательном элементе при подключении его к одному аккумулятору, равна , где R – сопротивление нагревателя, ЭДС аккумулятора, r – его внутреннее сопротивление. При подключении нагревателя к двум одинаковым аккумуляторам, соединённым последовательно, ЭДС и внутреннее сопротивление источника удваиваются, в результате чего мощность, выделяющаяся в нагревателе, будет . Вводя величину , получаем . Отсюда . Учитывая, что получаем ответ:

контрольная

%PDF-1.5 % 2 0 obj > /Metadata 5 0 R /StructTreeRoot 6 0 R >> endobj 5 0 obj > stream 2012-05-10T15:42:07+09:00Microsoft® Office Word 20072012-05-10T15:52:51+09:00application/pdf

  • контрольная
  • Щепин
  • PDF-XChange Viewer [Version: 2. 0 (Build 42.5) (Oct 19 2009; 20:20:19)] endstream endobj 3 0 obj > stream x]_Ǎ׃S[b*c8r>`A79)Xrɗxwd{EJ5vMW,beAC[hALt[Nt

    Решение задач в физике

    Решение задач в физике

    РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ФИЗИКИ СТРАТЕГИЯ
    Д-р Марк Холлабо
    Нормандальский муниципальный колледж

    http://www. nr.cc.mn.us/physics/Faculty/HOLLABGH/probsolv.htm

    Два фактора могут помочь вам стать лучше решатель задач физики. Прежде всего, вы должны знать и понять принципы физики. Во-вторых, вы должны иметь стратегию применения этих принципов в новых ситуациях в чем может быть полезна физика.Мы называем эти ситуации проблемы. Многие студенты говорят: «Я понимаю материала, я просто не могу решать проблемы ». Если это верно для вас как студента-физика, тогда, возможно, вам нужно развивать свои навыки решения проблем. Имея стратегию организация этих навыков может вам помочь.

    Решению физических задач можно научиться просто как вы научились водить машину, играть на музыкальном инструменте или кататься на велосипеде. Что может помочь вам больше всего, так это иметь общий подход к решению каждой проблемы, которую вы сталкиваться.Вы можете использовать разные инструменты или тактики с различных областях физики, но общая стратегия остается одно и тоже. Скорее всего, вы уже приобрели навыки решения проблем и привычки из предыдущих курсов в физика, химия или математика. Как и другие области обучения и жизни, некоторые из этих привычек могут быть полезны и некоторые могут действительно помешать вашему прогрессу в изучении того, как решать проблемы физики.

    Итак, изучая этот новый подход, будьте готовы пробовать новые идеи и отказаться от старых привычек, которые могут факт мешает вашему пониманию.Когда вы взрослеете как решатель проблем физики, вы обнаружите, что этот подход будет стать для вас второй натурой. Вы начнете автоматически делать то, что приведет вас к созданию эффективного Решение проблемы.

    Как и во многих других учебных мероприятиях, полезно разбить стратегию решения проблемы на основные и мелкие шаги. Стратегия, которую мы хотим, чтобы вы изучили, пять основных шагов: Сосредоточьтесь на проблеме , Физика Описание , Планирование решения , Выполнение плана , и Оцените решение .Давайте возьмем подробно рассмотрите каждый из этих шагов, а затем выполните образец проблема следования стратегии. На этом этапе нашей обсуждение, не беспокойтесь, если есть физические термины или концепции что вы не понимаете. Вы изучите эти концепции по мере необходимости. Затем вернитесь к этому обсуждению.

    ФОКУСИРУЙТЕ ПРОБЛЕМУ
    Обычно, когда вы читаете заявление проблема физики, вы должны визуализировать задействованные объекты и их контекст.Вам нужно нарисовать картинку и указать любую предоставленная информация.


    (1) Во-первых, создайте мысленный образ проблемной ситуации.
    (2) Затем нарисуйте грубую, хотя и буквальную картинку, показывающую важные объекты, их движение и их взаимодействия. Например, взаимодействие может состоять из один объект соединяется с другим веревкой.
    (3) Пометьте всю известную информацию. На этом этапе не беспокоиться о присвоении алгебраических символов конкретным количества.

    Иногда вопрос задают в проблема не очевидна. «Веревка безопасна?» не то, на что вы можете прямо ответить. Спросите себя, что конкретно спрашивают? Как это переводится в какое-то исчисляемое количество?

    Есть много способов решить физическую задачу. проблема. Одна из частей обучения тому, как решать проблему, – это знать, какой подход использовать. Вам нужно будет обрисовать концепции и принципы, которые, по вашему мнению, будут полезны при решении проблема.


    Если задействованы простые движения, используйте кинематику определение скорости и ускорения.
    Если задействованы силы и объекты взаимодействуют из-за них сил используйте законы движения Ньютона.
    Силы, которые действуют в течение определенного промежутка времени и заставляют объекты изменить их скорости предлагает с помощью Conservation импульса.
    Часто в ситуациях, связанных с теплофизикой или электромагнетизм, принцип сохранения энергии является полезным.
    Возможно, вам потребуется указать временные интервалы, в течение которых применение каждого принципа будет наиболее полезным.
    Важно определить любые ограничения, присутствующие в такая ситуация, например, “машина не выезжает” дорога ».
    Укажите любые приближения или упрощения, которые, по вашему мнению, облегчит решение проблемы, но не существенно повлияют на результат. Часто мы игнорировать силы трения из-за сопротивления воздуха.

    Ваш подход, вероятно, будет очень последовательно на протяжении всего определенного раздела учебника. Задача для вас будет заключаться в том, чтобы применить этот подход в различных ситуаций.

    ОПИСАТЬ ФИЗИКУ
    «Физическое описание» проблема переводит данную информацию и очень дословно изображение в идеализированную диаграмму и определяет переменные, которые могут можно манипулировать, чтобы вычислить желаемое количество.В некотором смысле вы переводите буквальную ситуацию в идеализированную ситуация, когда вы можете применить законы физики. Самый большой недостаток начинающих решателей физических задач – пытаясь применить законы физики, то есть записать уравнений, прежде чем приступить к качественному анализу проблема. Если вы можете устоять перед искушением искать уравнения слишком рано в решении вашей проблемы, вы станете гораздо более эффективное решение проблем.

    Чтобы построить ваше физическое описание, вы должны выполнить следующий:

    • Переведите ваше изображение в диаграмму (и), которая дает только важная информация для математического решение. На идеализированной диаграмме люди, машины, а другие объекты могут стать квадратными блоками или точками.
    • Определите символ для каждой важной физической переменной на ваша диаграмма.
    • Обычно вам нужно начертить систему координат, показывающую + и – направления.
    • Если вы используете концепции кинематики, нарисуйте движение диаграмма с указанием скорости объектов и ускорение в определенных положениях и в определенное время.
    • Если взаимодействия важны, нарисуйте идеализированное свободное тело, и силовые диаграммы.
    • При использовании принципов сохранения нарисуйте «до», «передача» (т. е. во время), и диаграммы “после”, чтобы показать, как система изменения.Сбоку от диаграмм укажите значение для каждой физической переменной, которую вы отметили на диаграммы или укажите, что она неизвестна.

    Тогда, используя вопрос, ваша физика описания и изложенного вами подхода, вам нужно будет определить целевую переменную. То есть вы должны решить, что неизвестное количество – это то, что вы должны вычислить из своего списка переменные. Спросите себя, отвечает ли рассчитанное количество вопрос.В сложных задачах может быть больше, чем одна целевая переменная или несколько промежуточных переменных, которые вы вычислить.

    Теперь, зная целевые переменные, и ваш подход, вы можете собрать свой набор математических выражений с использованием принципов и ограничений вашего подход, чтобы связать физические переменные с вашим диаграммы. Это первый раз, когда ты действительно начинаешь смотреть для количественных соотношений между переменными.

    ПЛАН РЕШЕНИЯ
    Прежде чем вы начнете вычислять ответ, найдите время, чтобы составить план.Обычно, когда по законам физика выражается в уравнении, уравнение является общим, универсальное заявление. Вы должны построить конкретные алгебраические уравнения, которые позволят вам вычислить целевую переменную.

    • Определите, как уравнения в вашем наборе инструментов могут быть вместе, чтобы найти вашу целевую переменную. Начните с уравнение, содержащее целевую переменную.
    • Определите все неизвестные в этом уравнении.
    • Найдите уравнения в вашем наборе инструментов, содержащие эти неизвестные.
    • Продолжайте этот процесс, пока ваши уравнения не будут содержать новых неизвестные.
    • Пронумеруйте каждое уравнение для удобства.
    • В настоящее время не решайте уравнения численно.

    Часто опытные специалисты по решению проблем будут начать с целевой переменной и работать в обратном направлении, чтобы определить путь к ответу. Иногда единицы помогут найти правильный путь. Например, если вы ищете скорость, вы знаете, что ваш окончательный ответ должен быть в м / с.

    У вас есть решение, если в вашем плане много независимых уравнений, так как есть неизвестные. Если не, определите другие уравнения или проверьте план, чтобы убедиться, что он вероятно, что переменная будет сокращена из ваших уравнений.

    Если у вас такое же количество уравнений и неизвестные, указывают порядок, в котором следует решать уравнения алгебраически для целевой переменной. Обычно вы начинаете построение плана в конце и работа в обратном направлении первый шаг, то есть вы записываете уравнение, содержащее сначала целевая переменная.

    ВЫПОЛНИТЬ ПЛАН
    Теперь вы готовы выполнить план.

    • Выполните алгебру в порядке, указанном в плане.
    • Когда вы закончите, у вас должно получиться одно уравнение с ваша целевая переменная изолирована с одной стороны и известна только количества с другой стороны.
    • Подставьте значения (числа с единицами измерения) в это окончательное уравнение.
    • Убедитесь, что единицы согласованы, чтобы они отменили должным образом.

    Наконец, вычислите числовой результат для целевая переменная (и). Убедитесь, что ваш окончательный ответ понятно человеку, который оценит ваше решение.

    Чрезвычайно важно решить задача алгебраически перед вставкой любого числового значения. Некоторые неизвестные количества могут быть отменены, и вы на самом деле не нужно знать их числовое значение. В некоторые сложные задачи может быть полезно вычислить промежуточные числовые результаты как проверка обоснованности вашего решение.

    ОЦЕНИТЬ РЕШЕНИЕ
    Наконец, вы готовы оценить свой отвечать. Здесь вы должны руководствоваться здравым смыслом в отношении того, как реальный мир работает так же, как и те аспекты физического мира вы узнали на уроке физики.

    • Имеют ли векторные величины и величину, и направление?
    • Может ли кто-нибудь воспользоваться вашим решением?
    • Является ли результат разумным и в пределах вашего опыт? Помните, например, что автомобили не езжайте по шоссе со скоростью 300 миль / час.Если вы кладете более прохладный предмет в горячую воду, вода остывает вниз, и температура объекта повысится.
    • Есть ли смысл в единицах измерения? Скорость не измеряется, например, в кг / с.
    • Вы ответили на вопрос?

    По возможности рекомендуется внимательно прочтите решение, особенно если оно оценивается вашим инструктором. Если ваша оценка подсказывает вам, что ваш ответ неправильный или необоснованный, сделайте заявление на этот счет и объясните свои рассуждения.

    Дополнительная литература:

    Патриция Хеллер, Рональд Кейт и Скотт Андерсон (1992), Обучение решению проблем через кооперативное группирование. Часть 1. Групповое или индивидуальное решение проблем, американец. Журнал физики , Vol. 60, No. 7, pp. 627-636.

    Патрисия Хеллер и Марк Холлабо (1992), Задача обучения Решение через кооперативную группировку. Часть 2: Разработка проблем и структурирование групп, США Журнал физики , Vol.60, No. 7, pp. 637-644.

    стратегий решения проблем | Физика

    Цель обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Понимать и применять процедуру решения проблем для решения проблем с использованием законов движения Ньютона.

    Очевидно, что успех в решении задач необходим для понимания и применения физических принципов, не говоря уже о более насущной необходимости сдачи экзаменов.Здесь соблюдаются основы решения проблем, представленные ранее в этом тексте, но особое внимание уделяется конкретным стратегиям, полезным при применении законов движения Ньютона. Эти методы также укрепляют концепции, полезные во многих других областях физики. Многие стратегии решения проблем прямо изложены в рабочих примерах, поэтому следующие методы должны укрепить навыки, которые вы уже начали развивать.

    Стратегия решения проблем для законов движения Ньютона

    Шаг 1. Как обычно, сначала необходимо определить задействованные физические принципы. Как только будет определено, что здесь задействованы законы движения Ньютона (если проблема связана с силами), особенно важно нарисовать тщательный набросок ситуации . Такой эскиз показан на рисунке 1 (а). Затем, как показано на рисунке 1 (b), используйте стрелки для обозначения всех сил, тщательно пометьте их и сделайте их длины и направления соответствующими силам, которые они представляют (при наличии достаточной информации).

    Рис. 1. (a) Эскиз Тарзана, висящего на лозе. (b) Стрелки обозначают все силы. T – это натяжение лозы над Тарзаном, F T – сила, которую он оказывает на лозу, и w – его вес. Предполагается, что все остальные силы, такие как ветер, можно не принимать во внимание. (c) Предположим, нам дана масса человека-обезьяны и просят найти напряжение в лозе. Затем мы определяем интересующую систему, как показано, и рисуем диаграмму свободного тела. F T больше не показан, потому что это не сила, действующая на интересующую систему; скорее, F T действует на внешний мир. (d) Показаны только стрелки, используется метод сложения “голова к хвосту”. Очевидно, что T = –w , если Тарзан неподвижен.

    Шаг 2. Определите, что необходимо определить и что известно или может быть выведено из проблемы, как указано. То есть составьте список известных и неизвестных. Затем внимательно определите интересующую систему . Это решение является решающим шагом, поскольку второй закон Ньютона включает только внешние силы. Как только интересующая система идентифицирована, становится возможным определить, какие силы являются внешними, а какие – внутренними, что является необходимым шагом для применения второго закона Ньютона. (См. Рис. 1 (c).) Третий закон Ньютона можно использовать для определения того, действуют ли силы между компонентами системы (внутренними) или между системой и чем-то внешним (внешним).Как было показано ранее в этой главе, интересующая система зависит от того, на какой вопрос нам нужно ответить. Этот выбор становится легче с практикой, и в конечном итоге он перерастает в почти бессознательный процесс. Умение четко определять системы будет полезно и в последующих главах.

    Диаграмма, показывающая интересующую систему и все внешние силы, называется диаграммой свободного тела . На диаграммах свободного тела показаны только силы, а не ускорение или скорость. Некоторые из них мы нарисовали на рабочих примерах.Рисунок 1 (c) показывает диаграмму свободного тела для интересующей системы. Обратите внимание, что на диаграмме свободного тела не показаны внутренние силы.

    Шаг 3. После построения диаграммы свободного тела второй закон Ньютона может быть применен для решения задачи . Это сделано на рисунке 1 (d) для конкретной ситуации. В общем, как только внешние силы четко определены на диаграммах свободного тела, должно быть несложной задачей их преобразование в форму уравнения и решение неизвестного, как это было сделано во всех предыдущих примерах.Если проблема одномерная, то есть если все силы параллельны, то они складываются как скаляры. Если проблема двумерная, то ее необходимо разбить на пару одномерных задач. Это делается путем проецирования векторов сил на набор осей, выбранных для удобства. Как видно из предыдущих примеров, выбор осей может упростить задачу. Например, когда речь идет о наклоне, наиболее удобен набор осей, одна из которых параллельна наклону, а другая – перпендикулярна ему.Почти всегда удобно делать одну ось параллельной направлению движения, если это известно.

    Применение второго закона Ньютона

    Прежде чем писать уравнения чистой силы, важно определить, ускоряется ли система в определенном направлении. Если ускорение равно нулю в определенном направлении, то чистая сила равна нулю в этом направлении. Точно так же, если ускорение не равно нулю в определенном направлении, то результирующая сила описывается уравнением:.Например, если система ускоряется в горизонтальном направлении, но не ускоряется в вертикальном направлении, то у вас будут следующие выводы:

    F нетто x = ma ,

    F нетто y = 0.

    Эта информация понадобится вам для определения неизвестных сил, действующих в системе.

    Шаг 4. Как всегда, проверяет правильность решения . В некоторых случаях это очевидно.Например, разумно обнаружить, что трение заставляет объект скользить по склону медленнее, чем при отсутствии трения. На практике интуиция развивается постепенно через решение проблем, и с опытом становится все легче судить о том, является ли ответ разумным. Еще один способ проверить свое решение – проверить единицы измерения. Если вы решаете на силу и получаете единицы м / с, значит, вы ошиблись.

    Сводка раздела

    Чтобы решить проблемы, связанные с законами движения Ньютона, следуйте описанной процедуре:

    1. Нарисуйте схему проблемы.
    2. Определите известные и неизвестные величины и определите интересующую систему. Нарисуйте диаграмму свободного тела, которая представляет собой эскиз, показывающий все силы, действующие на объект. Объект представлен точкой, а силы представлены векторами, идущими в разных направлениях от точки. Если векторы действуют в направлениях, которые не являются горизонтальными или вертикальными, разделите векторы на горизонтальные и вертикальные компоненты и нарисуйте их на диаграмме свободного тела.
    3. Напишите второй закон Ньютона в горизонтальном и вертикальном направлениях и сложите силы, действующие на объект.Если объект не ускоряется в определенном направлении (например, в направлении x), тогда F net x = 0 . Если объект действительно ускоряется в этом направлении, F net x = ma .
    4. Проверьте свой ответ. Разумный ответ? Единицы правильные?

    Задачи и упражнения

    1. Ракета массой 5,00 × 10 5 кг взлетает вверх. Его двигатели развивают тягу 1,250 × 10 7 , сопротивление воздуха – 4.50 × 10 6 Н. Каково ускорение ракеты? Ясно покажите, как вы следуете этапам стратегии решения проблем для законов движения Ньютона.

    2. Колеса автомобиля среднего размера действуют на дорогу с силой 2100 Н, разгоняющей автомобиль в прямом направлении. Если сила трения, включая сопротивление воздуха, составляет 250 Н, а ускорение автомобиля составляет 1,80 м / с 2 , какова масса автомобиля с учетом его пассажиров? Ясно покажите, как вы следуете этапам стратегии решения проблем для законов движения Ньютона.В этой ситуации нарисуйте диаграмму свободного тела и напишите уравнение чистой силы.

    3. Вычислите силу, которую прыгун в высоту весом 70 кг должен приложить к земле, чтобы вызвать восходящее ускорение, в 4 раза превышающее ускорение свободного падения. Ясно покажите, как вы следуете этапам стратегии решения проблем для законов движения Ньютона.

    4. При приземлении после эффектного сальто гимнастка весом 40,0 кг замедляется, толкаясь прямо на ковер. Вычислите силу, которую она должна приложить, если ее замедление равно 7.В 00 раз больше ускорения свободного падения. Ясно покажите, как вы следуете этапам стратегии решения проблем для законов движения Ньютона.

    5. Грузовой поезд состоит из двух двигателей 8,00 × 10 4 и 45 вагонов средней массой 5,50 × 10 4 кг . (a) Какую силу должен приложить каждый двигатель назад к рельсам, чтобы поезд разогнался со скоростью 5,00 × 10 -2 , если сила трения составляет 7,50 × 10 5 , при условии, что двигатели действуют одинаково? Это не большая сила трения для такой массивной системы.Трение качения поездов невелико, и, следовательно, поезда являются очень энергоэффективными транспортными системами. (b) Какова сила сцепления между 37-м и 38-м автомобилями (это сила, которую каждый прилагает к другому), если предположить, что все автомобили имеют одинаковую массу и что трение равномерно распределено между всеми автомобилями и двигателями?

    6. Коммерческие самолеты иногда выталкивают из зоны погрузки пассажиров тягач. (a) Трактор массой 1800 кг прилагает усилие 1,75 × 10 5 назад на тротуар, и система испытывает силы сопротивления движению, общая сумма которых составляет 2400 Н.Если ускорение составляет 0,150 м / с 2 , какова масса самолета? (b) Рассчитайте силу, прилагаемую тягачом к самолету, при условии, что на самолет испытывает трение 2200 Н. (c) Нарисуйте два эскиза, показывающие интересующие системы, используемые для решения каждой части, включая диаграммы свободного тела для каждой.

    7. Автомобиль массой 1100 кг тащит лодку на прицепе. (a) Какая суммарная сила сопротивляется движению автомобиля, лодки и прицепа, если автомобиль оказывает на дорогу силу 1900 Н и развивает ускорение 0.550 м / с 2 ? Масса лодки с прицепом – 700 кг. (b) Какова сила в сцепке между автомобилем и прицепом, если 80% сил сопротивления испытывают лодка и прицеп?

    8. (a) Найдите значения сил F 1 и F 2 , которые в сумме дают общую силу F к , показанную на рисунке 4. Это можно сделать либо графически, либо с помощью тригонометрии. (b) Графически покажите, что одинаковая общая сила получается независимо от порядка добавления F 1 и F 2 .(c) Найдите направление и величину некоторой другой пары векторов, которые в сумме дают F к . Изобразите их в масштабе на том же чертеже, что и в части (b), или на подобном рисунке.

    Рисунок 4.

    9. Двое детей тянут третьего ребенка на санях «снежное блюдце», прилагая усилия F 1 и F 2 , как показано сверху на рис. 4. Найдите ускорение системы «санки и ребенок» весом 49,00 кг. Обратите внимание, что направление силы трения не указано; это будет в направлении, противоположном сумме F 1 и F 2 .

    Рисунок 5.

    10. Предположим, ваша машина глубоко увязла в грязи, и вы хотите использовать метод, показанный на рисунке 6, чтобы вытащить ее. (а) Какую силу вы должны приложить перпендикулярно центру каната, чтобы создать на автомобиль усилие в 12000 Н, если угол равен 2,00 °? В этой части явным образом покажите, как вы следуете шагам Стратегии решения проблем для законов движения Ньютона. (б) Настоящие канаты растягиваются под действием таких сил. Какая сила будет приложена к автомобилю, если угол увеличится до 7?00 °, и вы по-прежнему прикладываете силу, указанную в части (а), к его центру?

    Рисунок 6.

    11. Какая сила действует на зуб на рисунке 7, если натяжение проволоки составляет 25,0 Н? Обратите внимание, что сила, прилагаемая к зубу, меньше, чем натяжение проволоки, но это необходимо из практических соображений о том, как сила может быть приложена во рту. Ясно покажите, как вы следуете шагам в Стратегии решения проблем для законов движения Ньютона.

    Рис. 7. Подтяжки используются для приложения силы к зубам для их выравнивания.На этом рисунке показаны усилия, приложенные проволокой к выступающему зубу. Общая сила, приложенная к зубу проволокой, F app , направлена ​​прямо к задней части рта.

    12. На рис. 9 изображены супергерой и верный помощник, неподвижно висящие на веревке. Масса супергероя составляет 90,0 кг, а у Trusty Sidekick – 55,0 кг, а масса веревки незначительна. (а) Нарисуйте схему свободного тела, показывающую все силы, действующие на Супергероя, Надежного помощника и веревку.(b) Найдите натяжение веревки над Супергероем. (c) Найдите натяжение веревки между Супергероем и Надежным помощником. Укажите на диаграмме свободного тела интересующую систему, которая использовалась для решения каждой части.

    Рис. 9. Супергерой и верный помощник неподвижно висят на веревке, пытаясь понять, что делать дальше. Будет ли натяжение веревки везде одинаковым?

    13. Медсестра толкает тележку, прикладывая усилие к ручке под углом 35,0º ниже горизонтали.Загруженная тележка имеет массу 28,0 кг, а сила трения – 60,0 Н. (a) Нарисуйте диаграмму свободного тела для интересующей системы. б) Какую силу должна приложить медсестра, чтобы двигаться с постоянной скоростью?

    14. Создайте свою задачу Рассмотрите натяжение троса лифта в то время, когда лифт запускается из состояния покоя и ускоряет свой груз вверх до некоторой крейсерской скорости. Взяв лифт и его груз за представляющую интерес систему, нарисуйте диаграмму свободного тела. Затем рассчитайте натяжение троса.Среди вещей, которые следует учитывать, – масса лифта и его нагрузка, конечная скорость и время, необходимое для достижения этой скорости.

    15. Создай свою задачу Представьте, что два человека катят санки с четырьмя детьми по заснеженному склону. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете ускорение тобоггана и его нагрузку. Включите диаграмму соответствующей интересующей системы в виде свободного тела в качестве основы для анализа. Покажите векторные силы и их составляющие и объясните выбор координат.Среди факторов, которые следует учитывать, – силы, прилагаемые толкающими, угол наклона, а также масса тобоггана и детей.

    16. Неоправданные результаты (a) Повторите упражнение 7, но предположите, что ускорение составляет 1,20 м / с. 2 . б) Что неразумного в результате? (c) Какая посылка является необоснованной и почему необоснованной?

    17. Необоснованные результаты (a) Каково начальное ускорение ракеты с массой 1?50 × 10 6 на взлете, двигатели которых развивают тягу 2,00 × 10 6 ? Не пренебрегайте гравитацией. б) Что неразумного в результате? (Этот результат был непреднамеренно достигнут несколькими настоящими ракетами.) (C) Какая предпосылка является необоснованной или какие предположения несовместимы? (Возможно, вам будет полезно сравнить эту проблему с проблемой ракеты ранее в этом разделе.)

    Избранные решения проблем и упражнения

    1. Используя диаграмму свободного тела:

    Рисунок 2

    • [латекс] {F} _ {\ text {net}} = T-f-mg = \ text {ma} \\ [/ latex],

    так что

    [латекс] a = \ frac {T-f- \ text {mg}} {m} = \ frac {1 \ text {. {3} \ text {N} \\ [/ latex]. Сила, прикладываемая прыгающим в высоту, на самом деле направлена ​​вниз на землю, но F поднимается от земли и заставляет его прыгать.

  • Этот результат является разумным, поскольку человек вполне может приложить силу величиной 10 3 Н.
  • 5. (а) 4.41 × 10 5 N ​​(б) 1,50 × 10 5 N ​​

    7. (а) 910 Н (б) 1,11 × 10 3

    9. (а) a = 0,139 м / с, θ = 12.4º

    11. Используйте законы Ньютона, поскольку мы ищем силы.

    • Нарисуйте диаграмму свободного тела:

    Рисунок 8.

    • Натяжение задается как T = 25,0 Н. Найдите F app . Использование законов Ньютона дает: [latex] \ sigma {F} _ {y} = 0 \\ [/ latex], так что приложенная сила обусловлена ​​ y -компонентами двух напряжений: F app = 2 T sin θ = 2 (25,0 Н) sin (15º) = 12,9 Н Компоненты напряжения x сокращаются. [латекс] \ sum {F} _ {x} = 0 \\ [/ латекс].
    • Это кажется разумным, поскольку прилагаемое усилие должно быть больше, чем сила, приложенная к зубу.

    Веб-сайт класса физики

    Одна из учебных целей файлов звуковой справки – помочь студентам стать лучше и увереннее в решении проблем. Если бы можно было наблюдать за выполнением задач всеми учащимися, которые хорошо умеют решать проблемы, то не обязательно было бы наблюдать, что они используют одни и те же подходы к решению проблем.У большинства хороших решателей проблем есть уникальные небольшие приемы, которые отличают их от других хороших решателей проблем. Тем не менее, есть несколько общих привычек. Хотя хороший решатель проблем может не религиозно придерживаться этих привычных практик, он все больше полагается на них по мере того, как проблемы становятся более сложными.

    В приведенном ниже списке описаны некоторые общие привычки, которые присущи тем, кто умеет решать проблемы. Список НЕ является исчерпывающим; он просто включает некоторые обычно наблюдаемые привычки, которые практикуют хорошие специалисты по решению проблем.Кто угодно может хорошо решать проблемы; из-за различий в личностях и стилях обучения одни, безусловно, будут лучше других. Тем не менее, любой, кто прилагает усилия к тому, чтобы научить себя успешно решать проблемы, может научиться эффективно решать эту задачу. Учащийся, который уделит некоторое время и внимание приведенному ниже списку и приложит усилия, чтобы персонализировать его в соответствии со своим подходом к проблемам, улучшит свою способность решать проблемы. Использование этих файлов звуковой справки и методов решения проблем, которые они продвигают, не только поможет вам в решении ваших проблем, но также сделает вас более уверенным в решении проблем.

    Чтение и визуализация

    Все хорошие решатели проблем внимательно прочитают проблему и приложат усилия, чтобы визуализировать физическую ситуацию. Физические задачи начинаются со словесных задач и заканчиваются математическими упражнениями. Перед тем, как начнется математическая часть задачи, ученик должен преобразовать записанную информацию в математические переменные. Многие ошибки (и, возможно, даже большинство) могут быть связаны с этим процессом перевода.Эти ошибки обычно являются результатом неспособности визуализировать физическую ситуацию, описанную в устном изложении проблемы, или невозможности упустить некоторую стратегическую информацию во время процесса чтения. Хороший решатель проблем часто построит диаграмму той или иной формы, чтобы помочь в решении этой важной задачи визуализации. Фактическая диаграмма будет зависеть от темы, к которой относится проблема. Если тема касается сил, можно нарисовать диаграмму сил. Если проблема касается зеркал, можно нарисовать диаграмму лучей или диаграмму объект-изображение.А если проблема касается сложения векторов, можно нарисовать диаграмму сложения векторов. Но независимо от темы, хороший специалист по решению проблем обычно начинает перевод написанных слов в математические переменные с информативного наброска или диаграммы, изображающей ситуацию.

    Организация известной и неизвестной информации

    Как упоминалось ранее, физические задачи начинаются со словесных задач и заканчиваются математическими упражнениями.Во время алгебраической / математической части задачи ученик должен произвести замену известной числовой информации в математическую формулу (и, надеюсь, в правильную формулу). Математическая формула записывается в виде символов, которые представляют некоторые физические величины, такие как фокусное расстояние, расстояние, ускорение или силу. Перед выполнением таких замен ученик должен сначала приравнять числовую информацию, содержащуюся в словесном утверждении, с соответствующей физической величиной.Хороший решатель проблем является привычкой внимательно читать устное утверждение и сочетать внимание к единицам (метры, килограммы, джоули и т. Д.) Со своим пониманием значения физических величин, чтобы точно извлекать числовую информацию. и приравняем к соответствующему символу. Более того, хорошие решатели проблем будут выполнять эту задачу, записывая количественную информацию с ее единицей и символом в организованном виде, часто записывая значения на своей диаграмме.Эта задача также будет включать в себя наблюдение стратегических и значимых фраз, таких как «увеличенное и виртуальное изображение», «расходящаяся линза», «начиная с состояния покоя», «с постоянной скоростью» и «при отсутствии сопротивления воздуха». Хотя такие фразы явно не предоставляют числовую информацию, они имеют большое значение для предложения информации, предполагающей конкретную стратегию решения. Помимо определения известной информации, хорошие специалисты по решению проблем также практикуют привычку определять количество, которое нужно решить, и записывать его в терминах соответствующего символа.

    Разработка стратегии решения неизвестного

    После того, как физическая ситуация визуализирована и нанесена на диаграмму, а числовая информация извлечена из словесного заявления, начинается этап построения стратегии. На этом этапе задачи ученик обдумывает вопрос: «Как я могу использовать известную информацию – явную и подразумеваемую – для определения неизвестной величины?» Больше, чем на любом другом этапе решения проблемы, именно на этом этапе студент должен мыслить критически и применять свои знания физики.

    Сложные задачи по физике (которые, вероятно, привлекают студентов к этим аудиофайлам помощи) являются многоэтапными задачами. Путь от известной информации к неизвестной величине часто не сразу очевиден. Проблема становится похожей на головоломку; Сборка всех частей в одно целое может произойти только после тщательного осмотра, обдумывания, анализа и, возможно, некоторых неправильных поворотов. В таких случаях время, потраченное на разработку стратегии, принесет огромные дивиденды, предотвращая потерю нескольких разочаровывающих минут импульсивных попыток решения проблемы.Хорошие специалисты по решению проблем используют свои базовые знания физики и физических формул, чтобы подумать о том, как известная информация связана друг с другом и как она связана с окончательной неизвестной величиной. Благодаря практике и наблюдению за другими специалистами по решению проблем (например, их учителем) они знают, что, вероятно, существуют некоторые промежуточные неизвестные величины, которые необходимо будет вычислить, прежде чем найти окончательную неизвестную величину. Сравнивая известную информацию (которую они ранее записали в организованном порядке) с известными математическими формулами, они могут определить промежуточные величины, которые позволят им впоследствии определить окончательную величину.Они записывают свои мысли, обдумывая возможные шаги для решения проблемы; они часто набрасывают схематический план, который показывает, как соединить отдельные части, чтобы решить проблему в целом.

    Часто трудности, возникающие на этапе разработки стратегии решения проблемы, являются результатом недостатка знаний по теме. Хороший решатель проблем понимает, что, если они очень мало знают о теме, нет смысла пытаться решить проблему.Вместо того, чтобы тратить драгоценное время на попытки, они тратят свое время на изучение темы, поиск соответствующих математических формул и изучение соответствующих концепций и принципов. Хорошие специалисты по решению проблем достаточно изобретательны, чтобы знать, где искать формулы и другую информацию, необходимую им для решения проблемы. Они могут искать в своих заметках в классе, в своих учебных пакетах, в своих учебниках или на онлайн-ресурсах. Как только хороший решатель проблем наполняет свои умы информацией, они возвращаются к проблеме, чтобы применить свои новые знания физики, снова спрашивая: «Как я могу использовать известную информацию – явную и подразумеваемую – для определения неизвестной величины?»

    Даже при подходящем понимании физики проблемы ученик может застрять и нуждаться в помощи.Хорошие специалисты по решению проблем обычно не застают врасплох подобные камешки; они понимают, что они естественны для любого процесса построения стратегии. В таких случаях хорошие решатели проблем часто находят время, чтобы посмотреть на ранее решенные проблемы, которые похожи или идентичны той, которую они пытаются решить. Они будут сравнивать текущую проблему с предыдущими с точки зрения известных и неизвестных величин и наблюдать за процессом решения этих похожих проблем, размышляя, можно ли использовать подобную стратегию.Они могут посмотреть на предыдущие задачи, которые они сделали, примеры задач из учебника или из онлайн-ресурсов или задачи, выполненные в классе. Поскольку они тщательно делали записи в классе и организовывали свои собственные решения проблем, хорошие специалисты по решению проблем извлекают огромную пользу из таких сравнений. Часто для текущей проблемы можно использовать то же решение, что и для предыдущей. Часто простая практика просмотра предыдущих решений заставляет задуматься о том, как можно продолжить текущее решение.Во время этого процесса сравнения происходит значительное обучение, которое позволяет хорошему специалисту по решению проблем не только решать текущую проблему, но и усваивать математические отношения между величинами в физике. Эти усилия превращают хороших решателей проблем в тех, кто решает проблемы еще лучше, уверенно подходящих к любой проблеме, которая впоследствии возникает.

    Идентификация соответствующей формулы (е)

    После того, как была составлена ​​стратегия решения проблемы, хороший специалист по решению проблем перечислит соответствующие математические формулы на своей бумаге.Им может потребоваться время, чтобы перестроить формулы так, чтобы неизвестная величина появлялась сама по себе в левой части уравнения. Они потратят время на проверку единиц, в которых была указана данная информация, и при необходимости произведут преобразование в стандартные метрические единицы. Процесс определения формулы – это просто естественный результат этапа разработки эффективной стратегии.

    Алгебраические манипуляции и операции

    Наконец, начинается математика, но только после того, как появятся важнейшие мысли и физика.На заключительном этапе процесса решения известная информация подставляется в идентифицированные формулы, чтобы найти неизвестную величину. Следуя тщательно разработанной стратегии, хороший специалист по решению проблем тратит время, чтобы манипулировать уравнениями и решать неизвестное. Они записывают шаги стратегической алгебры на бумаге в случае, если их ответ неверен. Если ошиблись, они могут быстро проверить свою алгебру, чтобы определить, произошла ли ошибка на математической фазе проблемы или на стадии планирования / размышления / физики проблемы.

    В приведенном выше описании привычек хорошего решателя проблем следует отметить, что большая часть работы над проблемой выполняется до того, как будут выполнены фактические математические операции. Физические задачи – это больше, чем упражнения по математической обработке числовых данных. Физические задачи требуют внимательного чтения, хороших навыков визуализации, некоторых базовых знаний физики, аналитического мышления и проверки, а также большого количества стратегических построений.

    Получают ли учащиеся выгоды от самостоятельного построения продуктивных диаграмм при решении вводных физических задач? Случай двух задач электростатики

    Для обеих задач все студенты нарисовали диаграмму.Однако не все схемы, нарисованные студентами, были признаны продуктивными (для решения задач). В задаче 1 вмешательство PO привело к значительному увеличению процента студентов, которые нарисовали продуктивную диаграмму (значение p = 0,036 по сравнению с NS с помощью теста хи-квадрат [42]), в то время как процент студентов из DO, которые нарисовали диаграмму продуктивная диаграмма почти идентична проценту студентов в NS, как показано в таблице 2. Обратите внимание, что, поскольку учащимся в группе DO была предоставлена ​​непродуктивная диаграмма, только 45% из них добавили больше деталей к этим диаграммам, чтобы получить продуктивную диаграмму. .Что касается задачи 2, ни одно из вмешательств не повлияло на процент учащихся, рисовавших продуктивные диаграммы (данные, приведенные в таблице 3). Отметим, однако, что задача 2 – двумерная, а задача 1 – одномерная, и что больше студентов рисовали продуктивные диаграммы для задачи 2, чем для задачи 1 (77% по сравнению с 50%).

    Таблица 2. Процент (и количество) студентов в трех группах вмешательства, которые составили продуктивную диаграмму для задачи 1.

    % студентов, составивших продуктивную диаграмму (количество учеников, составивших продуктивную диаграмму)
    PO 66% (19)
    DO 45% (18)
    NS 41% (21)
    Все студенты 50% (58)

    Таблица 3. Процент (и количество) студентов в трех группах вмешательства, которые составили продуктивную диаграмму для задачи 2.

    % студентов, составивших продуктивную диаграмму (количество учеников, составивших продуктивную диаграмму)
    PO 82% (41)
    DO 79% (31)
    NS 66% (19)
    Все студенты 77% (91)

    Подобно проценту студентов, которые нарисовали продуктивную диаграмму, о которой говорилось выше, похоже, что, хотя вмешательства в некоторой степени повлияли на успеваемость учащихся по задаче 1, они не повлияли на задачу 2.В таблице 4 перечислены средние баллы для каждой группы (PO, DO, NS) по двум различным частям задачи 1 (данные в викторине через неделю после того, как учащиеся узнали об электрическом поле и электрической силе). ANOVA [42] показывает отсутствие статистически значимой разницы между тремя группами в части электрического поля ( p = 0,332), но в части электрической силы не все три группы сопоставимы с точки зрения производительности ( p = 0,040). ). Для дальнейшего исследования были проведены попарные тесты t [42] для части электрической силы, которые показывают, что студенты из группы PO показали значительно лучшие результаты, чем студенты из двух других групп (сравнение PO с DO: p значение = 0.017, размер эффекта = 0,60; сравнение PO с NS: p значение = 0,011, величина эффекта = 0,55). Эти величины эффекта соответствуют средним эффектам.

    Таблица 4. Количество студентов ( N ), средние (Avg.) И стандартные отклонения (S.d.) по двум частям задачи 1 для двух групп вмешательства и группы сравнения из 10 баллов.

    Полевая часть Силовая часть
    N Ср. S.d. Ср. S.d.
    PO 29 7,0 3,25 8,6 2,80
    DO 40 7,1 2,61 6,6 3,77
    NS 51 7,9 2,78 6,8 3,59

    По задаче 2 дисперсионный анализ не выявил статистически значимых различий между разными группами ( p = 0.131), возможно потому, что в задаче 2 процент учащихся, построивших продуктивную диаграмму в трех разных группах, был сопоставимым. Средние значения и стандартные отклонения учащихся в трех разных группах показаны в таблице 5 (размеры групп вмешательства в таблицах 4 и 5 не совпадают, потому что две исследованные здесь проблемы были даны в двух разных викторинах, а вмешательства были реализованы в разные декламации в разные недели).

    Таблица 5. Количество студентов ( N ), средние значения и стандартные отклонения (стандартное отклонение) по задаче 2 для двух групп вмешательства и группы сравнения из 10 баллов.

    N Среднее Std. разработчик
    PO 50 5,8 3,1
    DO 39 6,7 2.5
    NS 29 5,3 3,3

    Таким образом, получается, что для задачи 1 студенты, которых попросили нарисовать диаграмму, справились значительно лучше (по крайней мере, в силовой части задачи), возможно, потому, что они с большей вероятностью рисовали продуктивные диаграммы, в то время как для задачи 2 , вмешательства не выявили существенно различающихся тенденций (процент учащихся, рисующих продуктивную диаграмму или балл).

    Учащиеся, которые рисуют эффективные диаграммы, успевают лучше, чем учащиеся, не умеющие

    Как упоминалось ранее, диаграммы производительности для обеих задач включают в себя базовые физические установки (т.е.е. два заряда из задачи 1) и векторы, указывающие направления электрического поля или векторов электрической силы. В Таблице 6 показаны результаты учеников, которые составили продуктивные диаграммы, и тех, кто не сделал этого для обеих задач, независимо от вмешательства (т.е.все ученики собраны вместе). Наши результаты показывают, что студенты, которые нарисовали продуктивную диаграмму, значительно превзошли студентов, которые не справились с обеими задачами (оба значения p меньше 0,001, а величина эффекта соответствует большим эффектам), что аналогично результату, ранее встречавшемуся в контексте выполнение студентами задачи о стоячих звуковых волнах в трубках [22].

    Таблица 6. Количество студентов ( N ), средние значения и стандартные отклонения (стандартное отклонение) для студентов, которые рисовали продуктивные диаграммы, и тех, кто не рисовал по задачам 1 и 2 из 10 баллов, а также значения p и величины эффекта для сравнения производительность студентов, которые нарисовали продуктивную диаграмму, с работой студентов, которые не нарисовали продуктивную диаграмму.

    Среднее значение Std.разработчик р значение Размер эффекта
    Задача 1 – нарисовано прод. диаг. 58 8,3 2,2 <0,001 0,84
    Проблема 1 – не нарисовано прод. диаг. 62 6,3 2,6
    Задача 2 – нарисовано прод. диаг. 91 6.6 2,9 <0,001 0,91
    Задача 2 – не нарисовано прод. диаг. 27 4,1 2,5

    Чем выше уровень детализации на диаграмме ученика, тем выше его успеваемость

    Для обеих задач 1 и 2 учащиеся нарисовали продуктивные диаграммы, которые включали различные уровни соответствующих деталей. Например, для задачи 1 некоторые студенты нарисовали два заряда, а также два вектора электрического поля в средней точке (соответствующая деталь 1).Другие студенты нарисовали два заряда, а также два вектора электрического поля и два вектора электрической силы в средней точке (соответствующая деталь 2). Как правило, студенты, которые рисовали второй тип диаграмм, имели две отдельные диаграммы, одну для части электрического поля и одну для части электрической силы. И все же другие студенты нарисовали непродуктивную диаграмму, которая не включает векторы, указывающие направления электрического поля или векторы силы в средней точке. Мы отмечаем, что студенты также могут добавлять в диаграммы детали, которые не имеют прямого отношения к процессу решения проблемы.Например, некоторые студенты нарисовали векторы, идущие наружу от положительного заряда и внутрь к отрицательному заряду во всех направлениях. Интервью показывают, что некоторые из этих студентов воспроизводили то, как выглядит электрическое поле вокруг изолированных положительных и отрицательных зарядов. Хотя это связано с физической ситуацией, представленной в задаче, это напрямую не полезно для решения проблемы, если ученики не осознают, что им нужно учитывать среднюю точку и думать о направлении электрического поля, создаваемого каждым зарядом в этой точке.Таким образом, исследователи посчитали, что продуктивная диаграмма должна содержать детали, которые имеют непосредственное отношение к решению проблемы.

    Для задачи 2 включены производственные диаграммы, например три заряда и две силы, действующие на заряд 1 C (соответствующая деталь 1), или три заряда, две силы, действующие на заряд 1 C, и их компоненты x и y , нарисованные для конкретного выбора координаты система (соответствующая деталь 2). Непродуктивная диаграмма включала только три заряда.Подобно задаче 1, некоторые ученики добавляли в свою схему детали, которые не имели прямого отношения к решению проблемы. Например, некоторые студенты нарисовали векторы, указывающие направление сил, действующих на два заряда 2C. Эти детали могут быть полезны, если в задаче запрашиваются результирующие силы, действующие на заряды 2C, но они бесполезны для определения чистой силы, действующей на заряд 1C. Таким образом, для обеих задач 1 и 2 наше рассмотрение того, какие особенности диаграммы делают ее продуктивной, связано с визуализацией релевантной информации о проблемах, которая полезна для их решения (например,грамм. направления электрического поля или векторов электрической силы).

    Таблица 7, которая показывает успеваемость студентов, которые нарисовали эти разные типы диаграмм для обеих задач, показывает, что более высокий уровень релевантной детализации на диаграмме ученика соответствует более высокому баллу. Для задачи 1 (одномерная задача), которая была задана как в викторине, так и в промежуточном семестре, существует статистически значимая разница между учениками, которые рисовали непродуктивные диаграммы, и учениками, которые рисовали диаграммы, которые включали более важные детали (оба значения p для сравнения учащиеся, нарисовавшие соответствующие детали 1 или 2 диаграммы, с учащимися, нарисовавшими непродуктивные диаграммы, меньше 0.001, и величина эффекта велика), но разница в успеваемости между студентами, которые нарисовали соответствующие диаграммы деталей 1, и студентами, нарисовавшими соответствующие диаграммы деталей 2, не является статистически значимой, как показано в таблице 8. Это было обнаружено как в викторине, так и в среднесрочной перспективе. По задаче 2 (2D-задача) учащиеся, нарисовавшие соответствующие диаграммы деталей 1, справились значительно лучше, чем учащиеся, которые рисовали непродуктивные диаграммы ( p = 0,008, размер эффекта = 0,61), и учащиеся, которые нарисовали диаграммы соответствующих деталей 2, показали значительно лучшие результаты, чем учащиеся, которые нарисовал соответствующие диаграммы детали 1 ( p <0.001, величина эффекта = 0,87). Различия между средними показателями по группам весьма заметны, а величина эффекта указывает на средний или большой эффект, несмотря на большие различия внутри каждой группы. Успеваемость студентов, которые рисовали диаграммы с высочайшим уровнем детализации, почти вдвое выше, чем у студентов, рисовавших непродуктивные диаграммы!

    Таблица 7. Количество студентов ( N ), средние (Avg.) И стандартные отклонения (Std. Dev.) Для групп студентов с диаграммами, включающими различные уровни релевантной детализации для задачи 1 в викторине и в промежуточном семестре, а также для задачи 2 в загадка.

    Задача 1 – Тест Проблема 1 – Среднесрочная перспектива
    Ср. Std. разработчик Ср. Std. разработчик
    Схема простоя 62 6,4 2,6 45 7.0 2,6
    Соответствующая деталь 1 49 8,3 2,2 51 8,4 2,0
    Соответствующая деталь 2 9 8,9 1,4 25 9,0 1,4
    Задача 2 – Тест
    Ср. Std. разработчик
    Схема простоя 27 4,1 2,5
    Соответствующая деталь 1 58 5,7 2,9
    Соответствующая деталь 2 33 8,0 2,2

    Таблица 8. p значений и размеров эффекта для сравнения успеваемости учащихся с диаграммами, включающими различные уровни релевантной детализации (UD = непродуктивная диаграмма, RD1 = релевантная деталь 1, RD2 = релевантная деталь 2) для задачи 1 в викторине и в промежуточном классе и для задачи 2 (в викторине).

    УД-РД1 РД1-РД2
    р значение Размер эффекта p значение Размер эффекта
    Задача 1 – Тест <0.001 0,82 0,284 0,33
    Задача 1 – среднесрочный период 0,003 0,62 0,133 0,35
    Задача 2 0,008 0,61 <0,001 0,87

    Как упоминалось ранее, индивидуальные интервью с девятью студентами, которые в то время проходили эквивалентный второй семестр вводного курса физики, основанного на алгебре, проводились с использованием протокола «мысли вслух» [41].Эти интервью показали, что для задачи 2 теория когнитивной нагрузки [43] может быть одной из возможных рамок, которая может объяснить, почему студенты, которые явно нарисовали компоненты двух сил, показали лучшие результаты. В частности, двое из опрошенных студентов были практически идентичны по специальностям и оценкам (как в текущем курсе физики, так и в предыдущем). Карен и Дэн оба были специалистами по биологии, и в первом семестре по физике они получили аналогичные оценки (B + и A-, соответственно).Во втором семестре на уроке физики на первом экзамене (средний класс 75/100) они оба получили 81/100, а на втором экзамене (средний класс 65/100) они оба получили 81/100. Обратите внимание, что первый экзамен был сосредоточен в основном на электростатике и включал вопросы, в которых студентам предлагалось рассчитать чистое электрическое поле из-за конфигурации зарядов и чистую силу, действующую на конкретный заряд, но вопросы были в другом контексте.

    При решении задачи 2 Карен поняла, что ей нужно найти компоненты обеих сил x и y , обусловленные каждым из 2 зарядов C, и, прежде чем приступить к их поиску, она нарисовала все компоненты на Схема представлена ​​как показано на рисунке 3.Затем она вычислила все компоненты и правильно объединила их, чтобы определить как величину результирующей силы, так и ее направление (угол ниже оси x ). Работая над этой проблемой, было очевидно, что Карен сосредотачивалась только на нескольких вещах одновременно и систематизировала то, как она находила чистую силу. Например, при нахождении компонентов наклонной (не горизонтальной) силы она перерисовала треугольник, в котором эта сила была гипотенузой, и определила углы.Единственная ошибка Карен заключалась в том, что она использовала угол 45 ° вместо 60 °, чтобы найти эти компоненты.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рис. 3. Силы, возникающие из-за двух отдельных зарядов заряда 1 C и их компонентов, как показано Карен (студентка).

    Загрузить рисунок:

    Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

    Дэн также сразу понял, что компоненты должны быть рассмотрены, и приступил к их поиску после перерисовки заряда 1 C (см. Рисунок 4) и двух сил, действующих на него из-за двух зарядов 2 C.Он работал над этой задачей медленнее, чем Карен, но через некоторое время правильно определил компоненты наклонной силы x и y и записал их (тригонометрические функции все еще были включены, то есть он записал x компонент как 18 × 10 9 cos 30). Однако, в отличие от Карен, он не рисовал эти компоненты на своей диаграмме; его диаграмма сил (показанная на рисунке 4) включала только две силы и их величины.

    Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

    Рисунок 4. Силы, действующие на заряд 1 C из-за двух зарядов 2 C, нарисованных Дэном (учеником).

    Загрузить рисунок:

    Стандартное изображение Изображение высокого разрешения

    Когда Дэн объединил компоненты, он сделал две ошибки: (1) его компонент сетки на не включал тригонометрическую функцию, которую он ранее записал (когда он нашел компонент на наклонной силы). Когда он определял чистую составляющую y , он сказал: «Эта [горизонтальная сила] не имеет составляющей y , поэтому она [составляющая y чистой силы] всего лишь 18 умноженная на 10 9. [величина, которую он нашел для наклонной силы] »и (2) он вычел две составляющие x вместо того, чтобы складывать их (он вычел горизонтальную силу из составляющей x наклонной силы).В частности, он написал на бумаге для компонента сетки x следующее:

    Возможно, что отчасти причина, по которой он вычитал компоненты, заключается в том, что он явно не нарисовал компонент x наклонной силы и возможно, из-за того, что наклонная сила находится в четвертом квадранте (с чем следует обращаться осторожно), он неявно предположил, что одна из ее составляющих должна быть отрицательной или что что-то должно быть вычтено. Он вычел горизонтальную силу из составляющей x наклонной силы, хотя рисунок, который он нарисовал, ясно показывает, что горизонтальная сила имеет положительное направление x .После того, как он закончил работать над всеми задачами в меру своих возможностей, на втором этапе собеседования его попросили уточнить моменты, которые он не разъяснил ранее, и несколько дополнительных вопросов. Например, Дэну задали более простой вопрос. Его попросили добавить две силы: одну в положительном направлении на , другую в первом квадранте, составляющую угол 30 ° с горизонтом. Здесь он также не рисовал компоненты явно на диаграмме и в итоге вычитал компоненты x двух сил точно так же, как он вычитал компоненты x в задаче 2 (проблема треугольника) i.е. он вычел вертикальную силу из составляющей y наклонной силы. Когда его спросили, почему он вычитал эти компоненты, он посмотрел на диаграмму несколько секунд и сказал:

    На самом деле, вы добавляете […] извините, я не знаю, почему [я сделал это] […], вы добавляете, потому что здесь есть положительный компонент y [вертикальная сила] и положительный y составляющая здесь [наклонной силы].

    Подходы этих двух студентов различались в основном тем, что Карен явно рисовала все силы и компоненты, тогда как Дэн рисовал только силы.Дэн вычел компоненты x без объяснения причин, и когда его попросили добавить две силы в математическом контексте (аналогично двум силам в контексте физики), он совершил точно такую ​​же ошибку для двух предполагаемых компонентов. быть добавленным. Когда его спросили о том, почему он вычитал их, он осознал эту ошибку самостоятельно почти сразу, из чего можно было заключить, что при решении обеих задач (проблема 2 и более простая математическая задача с аналогичным сложением векторов) он не сосредотачивался на соответствующей информации.Как только его внимание было привлечено к вопросу о том, следует ли складывать или вычитать векторы в более простой математической задаче, он ясно знал, что необходимо складывать компоненты и . Перед допросом он не рисовал компоненты наклонной силы и, казалось, вычитал компоненты автоматически без явной причины. Кроме того, когда его спросили, почему он вычитал компоненты, он не начал с попытки оправдать это (например, начав предложение со слов «Я вычел их, потому что… ‘), из чего следует, что не было четкой причины, по которой он вычитал компоненты и . Другими словами, вполне возможно, что у него не было никаких когнитивных ресурсов, которые можно было бы использовать для размышлений о том, следует ли добавлять или вычитать компоненты из-за необходимости обрабатывать слишком много информации за один раз в своей рабочей памяти (например, силы, тригонометрические углы , сложение векторов и т. д.). Когда пришло время использовать эту информацию о компонентах наклонной силы, чтобы найти составляющую x чистой силы, он забыл правильно учесть составляющую x .С другой стороны, у Карен были компоненты, явно нарисованные на бумаге, вместо того, чтобы держать эту информацию в голове, и она смогла оглянуться на свои компоненты и правильно учесть знак составляющей x наклонной силы. Теория когнитивной нагрузки [43], которая включает в себя понятие распределенного познания [44, 45], дает одно возможное объяснение неудачному и успешному добавлению векторов Дэном и Карен в этом контексте: отсутствие информации о компонентах на диаграмме Дэна требовало, чтобы он придерживался этого информацию в его рабочей памяти, тогда как Карен не нужно было хранить эту информацию в своей рабочей памяти, поскольку она явно включила компоненты в свою диаграмму.Поскольку рабочая память Дэна обрабатывала разнообразную информацию во время решения проблем, у него могла быть когнитивная перегрузка, и информация о компонентах, которые он планировал использовать в подходящее время, чтобы найти компоненты чистой силы, не была задействована должным образом.

    Интервью с другими студентами, которые рисовали диаграммы с более высоким уровнем детализации, показали, что включение информации в диаграмму может помочь высвободить когнитивные ресурсы для обработки информации о сложении векторов и о проблемах в целом, что помогло им выполнить соответствующие вычисления и найти свои ошибки .С другой стороны, студенты, которые рисовали непродуктивные диаграммы или вообще не рисовали диаграммы, иногда, казалось, имели когнитивную перегрузку, поскольку, как и Дэн, они делали ошибки при первоначальном решении задач. Однако, возвращаясь к проблеме после того, как их спросили об их решениях, они иногда сами выявляли свои ошибки. Это говорит о том, что, когда они изначально решали проблемы, они, возможно, не принимали тщательно решения относительно решения проблемы отчасти из-за того, что у них снизилась способность к когнитивной обработке.Включая информацию о проблемах в явном виде, например использование схематических представлений может помочь учащимся увеличить когнитивные способности обработки, распределяя их познания [44, 45].

    6.1 Решение проблем с законами Ньютона – University Physics Volume 1

    Сила сопротивления на барже
    Два буксира толкают баржу под разными углами (рис. 6.4). Первый буксир прилагает усилие 2,7 × 105 Н2,7 × 105 Н в направлении × , а второй буксир прилагает силу 3.6 × 105N3,6 × 105N в направлении y . Масса баржи составляет 5,0 × 106 кг 5,0 × 106 кг, а ее ускорение составляет 7,5 × 10–2 м / с27,5 × 10–2 м / с2 в указанном направлении. Какова сила сопротивления воды барже, сопротивляющейся движению? ( Примечание: Сила сопротивления – это сила трения, создаваемая жидкостями, такими как воздух или вода. Сила сопротивления препятствует движению объекта. Поскольку баржа имеет плоское дно, мы можем предположить, что сила сопротивления действует в противоположном направлении. движения баржи.) Рис. 6.4 (a) Вид сверху двух буксиров, толкающих баржу. (b) Схема свободного тела для корабля содержит только силы, действующие в плоскости воды. В нем не учитываются две вертикальные силы – вес баржи и выталкивающая сила поддерживающей ее воды, которые не показаны. Обратите внимание, что F → appF → app – это общая приложенная сила буксиров.
    Стратегия
    Направления и величины ускорения и приложенных сил показаны на Рисунке 6.4 (а). Мы определяем общую силу буксиров на барже как F → appF → app так, чтобы F → приложение = F → 1 + F → 2.F → приложение = F → 1 + F → 2.

    Сопротивление воды F → DF → D направлено в направлении, противоположном направлению движения лодки; эта сила, таким образом, действует против F → app, F → app, как показано на диаграмме свободного тела на рис. 6.4 (b). В данном случае представляет интерес система баржа, так как на нее действуют силы, а также ее ускорение. Поскольку приложенные силы перпендикулярны, оси x и y находятся в том же направлении, что и F → ​​1F → 1 и F → ​​2.F → 2. Проблема быстро становится одномерной в направлении F → ​​appF → app, поскольку трение происходит в направлении, противоположном F → app.F → приложение. Наша стратегия состоит в том, чтобы найти величину и направление чистой приложенной силы F → appF → app, а затем применить второй закон Ньютона для определения силы сопротивления F → D.F → D.

    Решение
    Поскольку FxFx и FyFy перпендикулярны, мы можем определить величину и направление F → appF → app напрямую. Во-первых, результирующая величина определяется теоремой Пифагора: Fapp = F12 + F22 = (2.7 × 105N) 2+ (3.6 × 105N) 2 = 4.5 × 105N. Fapp = F12 + F22 = (2.7 × 105N) 2+ (3.6 × 105N) 2 = 4.5 × 105N.

    Угол равен

    θ = tan − 1 (F2F1) = tan − 1 (3.6 × 105N2,7 × 105N) = 53,1 °. Θ = tan − 1 (F2F1) = tan − 1 (3,6 × 105N2,7 × 105N) = 53,1 °.

    Из первого закона Ньютона мы знаем, что это то же направление, что и ускорение. Мы также знаем, что F → DF → D находится в противоположном направлении от F → app, F → app, поскольку он замедляет ускорение. Следовательно, чистая внешняя сила имеет то же направление, что и F → ​​app, F → app, но ее величина немного меньше, чем F → app.F → app. Проблема теперь одномерная. Из диаграммы свободного тела видно, что

    Fnet = Fapp-FD.Fnet = Fapp-FD.

    Однако второй закон Ньютона гласит, что

    Таким образом,

    Fapp-FD = ma.Fapp-FD = ma.

    Это может быть решено для величины силы сопротивления водяного FDFD в виде известных величин:

    FD = Fapp-ma. FD = Fapp-ma.

    Подстановка известных значений дает

    FD = (4,5 × 105 Н) – (5,0 × 106 кг) (7,5 × 10–2 м / с2) = 7,5 × 104 Н. FD = (4,5 × 105 Н) – (5,0 × 106 кг) (7,5 × 10–2 м / с2) = 7,5 × 104 Н.

    Направление F → DF → D уже определено как направление, противоположное F → app, F → app, или под углом 53 ° 53 ° к югу от запада.

    Значение
    Числа, использованные в этом примере, приемлемы для баржи среднего размера. Конечно, трудно добиться большего ускорения на буксирах, и желательна небольшая скорость, чтобы баржа не врезалась в доки. Сопротивление относительно мало для хорошо спроектированного корпуса на низких скоростях, что согласуется с ответом на этот пример, где FDFD составляет менее 1/600 веса корабля.

    5 Решение проблем, пространственное мышление и использование представлений в науке и технике | Исследования в области образования на основе дисциплины: понимание и улучшение обучения в области естественных наук и инженерии

    являются предметом значительного расследования в DBER.В этом разделе мы выделяем исследования, в которых конкретно изучаются стратегии для улучшения решения проблем (см. Главу 4 для обсуждения исследований стратегий содействия концептуальным изменениям и главу 6 для обсуждения исследований более общих обучающих стратегий).

    Физика

    В то время как ранние исследования в области физики выявляли различия в способах решения проблем между экспертами и новичками, текущие исследования в области решения физических проблем в первую очередь изучают, как научить студентов решать проблемы в пределах предметной области от новичков.С этой целью DBER исследовал эффективность различных типов поддержки для студентов (или строительных лесов), включая следующие:

    • с использованием специальной схемы решения проблем (Heller and Heller, 2000; Pólya, 1945; Reif, 1995; Van Heuvelen, 1991),

    • разъяснение различных типов проблем (Mestre, 2002; Van Heuvelen, 1995; Van Heuvelen and Maloney, 1999),

    • предоставление примеров решений (Chi et al., 1989; Ward and Sweller, 1990) и

    • изменение формата аудитории, чтобы обеспечить больше рекомендаций и взаимодействия (Cummings et al., 1999; Дач, 1997; Hoellwarth, Moelter, and Knight, 2005).

    Другие области исследования включают эффективность и использование примеров задач (Cohen et al., 2008), нетрадиционные типы задач (Ogilvie, 2009), компьютерные тренеры (Gertner and VanLehn, 2000; Hsu and Heller, 2009; Reif and Scott, 1999) и кооперативное групповое взаимодействие (Heller, Hollabaugh, 1992; Heller, Keith, and Anderson, 1992). Это исследование проводится в широком диапазоне условий – от ситуаций в небольших исследовательских лабораториях до крупных аудиторных занятий, и комитет охарактеризовал убедительность результатов исследования по этой теме как сильные.

    В целом, это исследование показывает, что можно научить студентов навыкам решения физических задач и что тщательно продуманная поддержка оказывается полезной для студентов. Однако отдельные исследования показывают, что выгоды от решения проблем с помощью определенного типа строительных лесов невелики и их трудно измерить. Кроме того, различные типы строительных лесов взаимосвязаны, что затрудняет определение индивидуальных эффектов.

    Другое направление исследований в области физического образования показало, что повышение прозрачности символов для учащихся помогает им применять концепции и решать задачи (Brookes and Etkina, 2007).Например, вместо того, чтобы писать силы как W (вес) или T (натяжение), учащиеся получают преимущества при маркировке каждого

    1.8: Решение задач по физике

    Цели обучения

    • Опишите процесс разработки стратегии решения проблем.
    • Объясните, как найти численное решение проблемы.
    • Обобщите процесс оценки значимости численного решения проблемы.

    Навыки решения проблем явно необходимы для успеха в количественном курсе физики.Что еще более важно, способность применять общие физические принципы – обычно представленные уравнениями – к конкретным ситуациям – очень мощная форма знания. Это намного эффективнее, чем запоминание списка фактов. Аналитические навыки и способности решать проблемы могут быть применены к новым ситуациям, тогда как список фактов не может быть достаточно длинным, чтобы содержать все возможные обстоятельства. Такие аналитические навыки пригодятся как для решения задач из этого текста, так и для применения физики в повседневной жизни.

    .Figure \ (\ PageIndex {1} \): навыки решения проблем необходимы для вашего успеха в физике. (кредит: «scui3asteveo» / Flickr)

    Как вы, наверное, хорошо знаете, для решения проблем требуется определенное количество творчества и проницательности. Никакая жесткая процедура не работает каждый раз. Креативность и проницательность растут с опытом. По мере практики основы решения проблем становятся почти автоматическими. Один из способов попрактиковаться – во время чтения самостоятельно разрабатывать примеры из текста. Другой – проработать как можно больше задач в конце раздела, начиная с самых простых, чтобы укрепить уверенность, а затем постепенно переходя к более сложным.После того, как вы начнете заниматься физикой, вы будете видеть ее повсюду вокруг себя и сможете применять ее к ситуациям, с которыми вы сталкиваетесь за пределами классной комнаты, точно так же, как это делается во многих приложениях в этом тексте.

    Хотя не существует простого пошагового метода, который работал бы для каждой проблемы, следующий трехэтапный процесс облегчает решение проблемы и делает его более значимым. Три этапа – стратегия, решение и значение. Этот процесс используется в примерах по всей книге.Здесь мы рассмотрим каждый этап процесса по очереди.

    Стратегия

    Стратегия – это начальный этап решения проблемы. Идея состоит в том, чтобы точно выяснить, в чем проблема, а затем разработать стратегию ее решения. Вот несколько общих советов для этого этапа:

    • Изучите ситуацию, чтобы определить, какие физические принципы задействованы . Часто помогает нарисовать простой эскиз с самого начала. Часто вам нужно решить, какое направление является положительным, и отметить это на своем эскизе.Когда вы определили физические принципы, будет намного легче найти и применить уравнения, представляющие эти принципы. Хотя найти правильное уравнение важно, имейте в виду, что уравнения представляют физические принципы, законы природы и отношения между физическими величинами. Без концептуального понимания проблемы численное решение бессмысленно.
    • Составьте список того, что дано или может быть выведено из проблемы, как указано (укажите «известные») .Многие проблемы изложены очень кратко и требуют некоторого осмотра, чтобы определить, что известно. На этом этапе очень полезно рисовать набросок. Формальная идентификация известных имеет особое значение в применении физики к ситуациям реального мира. Например, слово «остановлен» означает, что в этот момент скорость равна нулю. Кроме того, мы часто можем принять начальное время и положение за ноль путем соответствующего выбора системы координат.
    • Точно определите, что необходимо определить в проблеме (определить неизвестные). Особенно в сложных задачах не всегда очевидно, что нужно искать и в какой последовательности. Составление списка может помочь выявить неизвестные.
    • Определите, какие физические принципы могут помочь вам решить проблему . Поскольку физические принципы обычно выражаются в форме математических уравнений, здесь может помочь список известных и неизвестных. Проще всего, если вы сможете найти уравнения, которые содержат только одно неизвестное, то есть все другие переменные известны, так что вы можете легко решить для неизвестного.Если уравнение содержит более одной неизвестной, то для решения проблемы необходимы дополнительные уравнения. В некоторых задачах необходимо определить несколько неизвестных, чтобы найти наиболее необходимое. В таких задачах особенно важно помнить о физических принципах, чтобы не сбиться с пути в море уравнений. Возможно, вам придется использовать два (или более) разных уравнения, чтобы получить окончательный ответ.

    Решение

    Этап решения – это когда вы делаете математику. Подставьте известные значения (вместе с их единицами) в соответствующее уравнение и получите численные решения, дополненные единицами .То есть выполните алгебру, исчисление, геометрию или арифметику, необходимые для нахождения неизвестного из известных, при этом обязательно проводя единицы измерения в вычислениях. Этот шаг, несомненно, важен, потому что он дает числовой ответ вместе с его единицами измерения. Обратите внимание, однако, что этот этап составляет лишь одну треть от общего процесса решения проблемы.

    Значение

    После выполнения математических расчетов на этапе решения задачи возникает соблазн подумать, что вы закончили. Но всегда помните, что физика – это не математика.Скорее, занимаясь физикой, мы используем математику как инструмент, помогающий нам понять природу. Итак, получив числовой ответ, вы всегда должны оценивать его значимость:

    • Проверьте свои единицы . Если единицы ответа неверны, значит, произошла ошибка, и вам следует вернуться к предыдущим шагам, чтобы найти ее. Один из способов найти ошибку – проверить все выведенные вами уравнения на согласованность размеров. Однако имейте в виду, что правильные единицы не гарантируют, что числовая часть ответа также верна.
    • Проверьте ответ, чтобы убедиться в его обоснованности. Имеет ли это смысл? Этот шаг чрезвычайно важен: – цель физики – точно описать природу. Чтобы определить, является ли ответ разумным, проверьте не только единицы измерения, но и величину, и знак. Величина должна соответствовать приблизительной оценке того, какой она должна быть. Его также следует разумно сравнивать с величинами других величин того же типа. Знак обычно сообщает вам направление и должен соответствовать вашим ожиданиям.Ваше суждение улучшится по мере того, как вы решите больше физических задач, и вы сможете более тонко судить о том, адекватно ли описывается природа в ответе на проблему. Этот шаг возвращает проблему к ее концептуальному значению. Если вы можете судить, является ли ответ разумным, у вас более глубокое понимание физики, чем просто способность решать проблему механически.
    • Проверьте, говорит ли ответ вам что-нибудь интересное. Что это значит? Это обратная сторона вопроса: есть ли в этом смысл? В конечном счете, физика – это понимание природы, и мы решаем физические задачи, чтобы немного узнать о том, как работает природа.Поэтому, предполагая, что ответ действительно имеет смысл, вы всегда должны уделять время тому, чтобы посмотреть, говорит ли он вам что-нибудь о мире, что вам интересно. Даже если ответ на эту конкретную проблему вам не очень интересен, как насчет метода, который вы использовали для ее решения? Можно ли адаптировать метод для ответа на интересующий вас вопрос? Во многих отношениях именно в ответах на такие вопросы, как эти, наука прогрессирует.

    Авторы и авторство

    • Сэмюэл Дж.Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *