Статья «Применение неравенств в школьном курсе физики»

Автор- Черпита Валерий Николаевич,

учитель физики ГБОУ Школы 2051 города Москвы

Применение неравенств в школьном курсе физики

При изучении школьного курса физики такое математическое понятие, как «неравенство», может быть применено как при изучении теоретического материала, так и при решении физических задач.

Отметим, прежде всего, что в законе электромагнитной индукции правило Ленца может быть изложено путем применения неравенств: если ΔΦ > 0, то Φи < 0, и, наоборот, если ΔΦ < 0, то Φи > 0, где ΔΦ – изменение магнитного потока через рамку, в которой индуцируется ЭДС индукции, Φи – магнитный поток магнитного поля, созданного током электромагнитной индукции.

Далее, неравенства применяются при математической формулировке границ применимости физических законов. Например, при прямолинейном равнопеременном движении, когда вектор ускорения направлен навстречу вектору начальной скорости, материальная точка сначала движется равнозамедленно, в некоторый момент t временем скорость становится равной нулю, затем точка движется равноускоренно в противоположном направлении с нулевой начальной скоростью. Пройденный путь при таком движении может .быть рассчитан по формулам:

S = V0 * t – a * t² / 2, если t ≤ t и S = V0 * t – a * t² / 2 + a * (t – t)² / 2, если > t.

Напряженность электростатического поля, создаваемого в вакууме сферой радиуса R, по поверхности которой равномерно распределен заряд q, может быть рассчитана по формулам:

E = 0, если r < К и Е = k * q / r², если r ≥ R.

Приведем пример решения физической задачи с использованием неравенств.

Алюминиевая и стальная гиря уравновешены на равноплечных рычажных весах. Какая чаша перевесит, если весы полностью опустить в воду? Из первого предложения в условии задачи следует, что массы гирь равны. Так как плотность алюминия меньше плотности железа (ρAl < ρFe), то объем алюминиевой гири больше объема железной: VAl >VFe, и выталкивающая сила со стороны воды будет большей по величине на алюминиевую гирю по сравнению с железной: FB Al < FB Fe, поэтому перевесит чаша с железной гирей.

Неравенства используют не только при решении, но и при записи ответов ряда физических задач. Приведем пример такой задачи. Тело массой m находится на горизонтальном диске на расстоянии r от оси вращения. Диск начинают медленно раскручивать. Коэффициент трения тела о диск равен μ. При каком значении угловой скорости начнется соскальзывание тела? Предельная угловая скорость, при которой тело будет удерживаться на диске, определяется из второго закона Ньютона, когда сила трения покоя принимает максимальное значение, равное

Fтр. пок. макс. = μ * m * g, и m * ω² * к = μ * m * g. Откуда максимальная ω = (μ * g / r)½. Тело начинает соскальзывать, когда ω > (μ * g / r)½. Таким образом, применение неравенств является насущной необходимостью при изучении школьного курса.

Некоторые аспекты гуманитаризации обучения физике в современной школе

Новое социально-экономическое общества, неподготовленные реформы системы образования, навязывание российскому сознанию чужих целей, форм и методов воспитания и обучения обусловили необратимый кризис чистого знания, с особой слой подчеркнули важность и значимость гуманитаризации целостного педагогического процесса.

Гуманитаризация школьного образования не сводится, как это иногда полагают, к повышению внимания к учебным предметам гуманитарного цикла. В числе академических предметов физика уникальна по своим возможностям раскрытия сути в современной теории познания для показа ее эволюции на важнейших этапах истории науки от Платона до Коперника, от Ньютона до Фарадея, от Максвелла до Эйнштейна. Этот путь эволюции состоял в постоянном осмыслении соотношения между знанием и истиной, в движении от полного отождествления того и другого до ясного осознания модельного характера научных знаний, до понимания того, что при великой силе наши знания имеют ограниченную область применения. Эта гуманитарная истина имеет и методологическое, и социальное, и культурное значение.

Характерной чертой прежнего обучения физике был безусловный приоритет концепции «физика – для всех», когда через систему обучения физике общество решало важную задачу обеспечения кадрового потенциала для научно-технического прогресса безотносительно к тому, кто в действительности станет учеником этого процесса. Гуманитаризация образования требует учета интересов конкретной личности, склонностей и возможностей каждого обучаемого, создание условий для осознания и понимания им важности и значимости знания физики в своей собственной жизни, в жизни человека и жизни общества. Думается, что определяющей функцией в процессе гуманитаризации физического образования является развивающая, т.е. не физическое образование, а формирование личности с помощью физики. В соответствии с принципом приоритета развивающей функции центром методической системы обучения физике становится познание окружающего человека мира средствами физики и, как следствие, динамическая адаптация человека к этому миру, социализация личности.

Разделяя точку зрения Раби И.А., мы считаем, что основными аспектами преподавания физики гуманитарным путем являются понимание ее исторического развития, ее философского смысла, ее человеческого и социального значения в плане показа биографий ученых, характера первооткрывателей и изобретателей, триумфа, поисков и разочарований. Принципиальное отличие гуманитарного подхода в отборе содержания физического образования заключается в том, что в его состав включаются, кроме собственных физических знаний, элементы логики, культурный фон эпохи, эмоционально-ценностные представления, опыт творческого отношения к миру, опора на субъективный опыт личности.

Таким образом, гуманитаризация физического образования требует пересмотра учебников, учебных пособий, в целом, всей методической системы учителя.