Программа курса «Решение естественнонаучных задач» по предмету «Физика» для 10-11 классов

Программа курса

«Решение естественнонаучных задач»

по предмету «Физика»

для 10-11 классов

 

Пояснительная записка

Данный курс предназначен для общеобразовательных учреждений 10-11 классов (учебник «Физика 10», авторы Гельденштейн Л.Э. Дик Ю.И), изучающих физику на базовом уровне, но интересующихся физикой и планирующих сдавать экзамен по предмету в ВУЗ. Программа курса учитывает цели обучения по физике учащихся средней школы и соответствует государственному стандарту физического образования. Материал излагается на теоретической основе, включающей вопросы классической механики, молекулярной физики, электродинамики, оптики и квантовой физики.

Курс «Решение естественнонаучных задач по физике» рассчитан на 68 часов (1час в неделю на 10-11классы). Программа разработана с таким расчетом, чтобы учащиеся получили достаточно глубокие знания по физике и в ВУЗе смогли посвятить больше времени профессиональной подготовке по выбранной специальности.

Задачи курса:

развитие физической интуиции;

приобретение определенной техники решения задач по физике в соответствии с возрастающими требованиями современного уровня процессов во всех областях жизнедеятельности человека.

Одно из труднейших звеньев учебного процесса – научить учащихся решать задачи. Чаще всего физику считают трудным предметом, так как многие плохо справляются с решение задач.

Цель курса:

развитие самостоятельности мышления учащихся, умения анализировать, обобщать;

формирование метода научного познания явлений природы как базы для интеграции знаний;

создание условий для самореализации учащихся в процессе обучения.

Структура курса полностью соответствует структуре материала, изучаемого в курсе физики 10-11классов (учебник «Физика 10», авторы Гельденштейн Л.Э. Дик Ю.И).

Необходимость создания данного курса вызвана тем, что требования к подготовке по физике выпускников школы возросли, а количество часов, предусмотренных на изучение предмета сократилось с 4 часов в неделю до 2 часов.

Программа курса предполагает проведение занятий в виде лекций и семинаров, а также индивидуальное и коллективное решение задач.

При решении задач по механике, молекулярной физике, электродинамике главное внимание обращается на формирование умений решать задачи, на накопление опыта решения задач различной сложности. Разбираются особенности решения задач в каждом разделе физики, проводится анализ решения и рассматриваются различные методы и приемы решения физических задач. Постепенно складывается общее представление о решении задач как на описание того или иного физического явления физическими законами. Учащиеся, в ходе занятий, приобретут:

-навыки самостоятельной работы;

-овладеют умениями анализировать условие задачи, переформулировать и перемоделировать, заменять исходную задачу другой задачей или делить на подзадачи;

-составлять план решения,

-проверять предлагаемые для решения гипотезы (т.е. владеть основными умственными операциями, составляющими поиск решения задачи).

Решая физические задачи, ребята должны иметь представление о том, что их работа состоит из трёх последовательных этапов:

1) анализа условия задачи (что дано, что требуется найти, как связаны между собой данные и искомые величины и т.д.),

2) собственно решения (составления плана и его осуществление),

3) анализа результата решения.

Главная цель анализа - определить объект (или систему), который рассматривается в задаче, установить его начальное и конечное состояние, а также явление или процесс, переводящий его из одного состояния в другое, выяснить причины изменения состояния и определить вид взаимодействия объекта с другими телами (это помогает объяснить физическую ситуацию, описанную в условии, и дать её наглядное представление в виде рисунка, чертежа, схемы). Заканчивается анализ содержания задачи краткой записью условия с помощью буквенных обозначений физических величин (обязательно указываются наименования их единиц в системе СИ).

Приступая к решению задачи, надо напомнить ученикам о необходимости иметь план действий: представлять себе, поиск каких физических величин приведёт к конечной цели.

Алгоритм решения физических задач.

Внимательно прочитай и продумай условие задачи.

Запиши условие в буквенном виде.

Вырази все значения в СИ.

Выполни рисунок, чертёж, схему.

Проанализируй, какие физические процессы, явления происходят в ситуации, описанной в задаче, выяви те законы (формулы, уравнения), которым подчиняются эти процессы, явления.

Запиши формулы законов и реши полученное уравнение или систему уравнений относительно искомой величины с целью нахождения ответа в общем виде.

Подставь числовые значения величин с наименование единиц их измерения в полученную формулу и вычисли искомую величину.

Проверь решение путём действий над именованием единиц, входящих в расчётную формулу.

Проанализируй реальность полученного результата.

Формами контроля усвоенных знаний и приобретенных умений могут служить следующие виды работ:

разработка и создание компьютерной программы, иллюстрирующей явление или процесс;

подготовка и проведение презентации, отражающей последовательность действий при исследовании влияния изменения параметра на состояние системы;

тесты или контрольные работы.

Программа курса:

10 класс

34ч, 1ч в неделю

1.Введение (1ч)

Инструктаж по технике безопасности.

2.Кинематика (6ч)

Кинематика материальной точки. Графическое представление неравномерного движения. Вращательное движение твердого тела.

3.Основы динамики (8ч)

Стандартные ситуации динамики (наклонная плоскость, связанные тела).

Движение под действием нескольких сил в горизонтальном и вертикальном направлении. Движение под действием нескольких сил: вращательное движение. Динамика в поле сил.

4. Законы сохранения (8ч)

Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

Закон сохранения энергии. Правила преобразования сил. Условия равновесия и виды равновесия тел.

5. Основы МКТ и термодинамики (6ч)

Температура. Энергия теплового движения молекул. Уравнение газа. Изопроцессы в идеальном газе. Изменение внутренней энергии тел в процессе теплопередачи.

6. Электростатика (6ч)

Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора. Закон Ома для участка цепи. Соединение проводников. Закон Ома для полной цепи. Правила Кирхгофа. Закон электролиза.

11 класс

34 ч, 1 ч в неделю

7. Электродинамика (6ч)

Правило буравчика. Сила Ампера. Сила Лоренца. Применение правила Ленца. Закон электромагнитной индукции. Явление самоиндукции. Индуктивность.

8. Механические колебания (4ч)

Законы гармонических колебаний материальной точки. Модели колебательных механических систем: математический маятник; пружинный маятник; физический маятник.

9. Электромагнитные колебания (4ч)

Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях. Различные виды сопротивлений в цепи переменного тока.

Механические волны (4ч)

Свойства волн. Звуковые волны.

11. Световые волны (6ч)

Законы геометрической оптики. Формула тонкой линзы. Увеличение линзы. Интерференция волн. Дифракция волн. Поперечность световых волн. Поляризация света.

12. Элементы теории относительности (3ч)

Инварианты и изменяющиеся величины. Относительность длины, массы, времени, скорости.

13. Излучение и спектры (1ч)

Виды излучений. Спектры и их виды. Спектральный анализ.

14. Квантовая физика (8ч)

Фотоэффект и законы фотоэффекта. Модели атомов. Квантовые постулаты Бора. Закон радиоактивного распада. Энергия связи атомных ядер. Ядерные реакции. Энергетический выход ядерных реакций.

Учебно-тематический план:

Задания для подготовки к контрольным работам

Тема 1. Кинематика

1. Движения двух велосипедистов заданы уравнениями: х1=5t, х2=150- 10t. Построить графики зависимости х(t). Найти время и место встречи.

   Скоростной лифт в высотном здании поднимается равномерно со скоростью 3м/с. Начертить график перемещения, определить по графику время, в течение которого лифт достигнет высоты 90м(26этаж).

   Поезд движется со скоростью 20м/с. При торможении до полной остановки он прошел расстояние в 200м. Определить время, в течение которого происходило торможение.

   Уравнение движения материальной точки имеет вид х=-3t². Определить перемещение и скорость точки через 2секунды.

   Свободно падающее тело за последнюю секунду прошло 2/3 всего пути. Найти путь, пройденный телом за все время падения.

   Скорость точек экватора Солнца при его вращении вокруг своей оси 2км/с. Найти период вращения Солнца вокруг своей оси и центростремительное ускорение точек экватора.

   Какое расстояние пройдет велосипедист при 60 оборотах педалей, если диаметр колеса 70 см, ведущая зубчатка имеет 48 зубцов, а ведомая- 18 зубцов?

   Две материальные точки движутся по окружности радиусами R1 и R2,причем R1=2 R 2. Сравнить их центростремительные ускорения, если равны их периоды обращения.

Тема 2. Основы динамики

Автомобиль массой 1т поднимается по шоссе с уклоном 30º под действием силы тяги 7кН. Найти ускорение автомобиля, считая, что сила сопротивления зависит от скорости движения. Коэффициент сопротивления равен 0,1. Ускорение свободного падения принять равным за 10м/с².

Тело массой 1кг, подвешенное на нити длиной 1м,описывает окружность с постоянной угловой скоростью, совершая 1об/с. Определить модуль силы упругости нити F и угол α, который образует нить с вертикалью.

На штанге укреплен невесомый блок, через который перекинута нить с двумя грузами, массы которых 500г и 100г. Во втором грузе имеется отверстие , через которое проходит штанга. Сила трения груза о штангу постоянна и равна 13Н. найти ускорение грузов и силу натяжения нити.

Самолет делает «мертвую петлю» радиусом R=255м. Какую наименьшую по величине скорость υ должен иметь он в верхней точке траектории, чтобы летчик не повис на ремнях, которыми он пристегнут к креслу.

Лыжник начал спуск по плоскому склону, наклоненному к горизонту под углом 30º. Считая, что коэффициент трения скольжения μ=0,1, а ускорение свободного падения 10м/с², вычислить скорость, которую он приобретет через 6секунд.

Тема 3. Законы сохранения

Взрыв разрывает камень на три части. Два осколка летят под прямым углом друг к другу: осколок массой 1кг имеет скорость 12м/с, а осколок массой 2кг – скорость 8м/с. Третий осколок отлетает со скоростью 40м/с. Какова масса и направление движения третьего осколка?

Охотник стреляет с легкой надувной лодки, находящейся в покое. Какую скорость приобретет лодка в момент выстрела, если масса охотника вместе с лодкой равна 120кг, масса дроби – 35г, начальная скорость дроби равна 3220м/с? Ствол ружья во время выстрела направлен под углом 60º к горизонту.

Навстречу платформе с песком, движущейся горизонтально со скоростью υ, по гладкому желобу соскальзывает без начальной скорости тело массой m и застревает в песке. Желоб длины l образует с горизонтом угол α. Найти скорость движения платформы после попадания в нее тела. Масса платформы M.

Тема 4. Основы МКТ и термодинамики

1. В баллоне находилось некоторое количество газа при нормальном атмосферном давлении. При открытом вентиле баллон был нагрет, после чего вентиль закрыли и газ остыл до температуры 283К. При этом давление баллона упало до 70кПа. На сколько нагрели баллон?

   Вследствии того, что в барометрическую трубку попал воздух при температуре 253К и давлении 770мм рт.ст., барометр показывает давление 765 мм рт.ст. Какое давление покажет барометр при нормальных условиях? Длина трубки 1м, тепловое расширение ртути не учитывать.

   Трубка длиной l и сечением S запаяна с одного конца и подвешена к динамометру открытым концом вниз. В трубке находится воздух, запертый столбиком ртути, доходящей до открытого конца трубки. Показания динамометра F. С каким ускорением а нужно поднимать систему, чтобы показания динамометра возросли вдвое? Атмосферное давление р۪ , сопротивлением воздуха и массой трубки пренебречь.

Тема 5. Электростатика

3. Переменное магнитное поле, сосредоточенное вблизи оси кольца, создает в нем ЭДС индукции ε. Ось симметрии поля проходит через центр кольца перпендикулярно его плоскости. На кольце выбран участок, равный трети длины кольца, и к нему параллельно подключен проводник сопротивлением R, расположенный вне магнитного поля. Чему равна сила тока в этом проводнике, если сопротивление провода, из которого сделано кольцо, равно 2R?

   Пучок электронов, пройдя ускоряющую разность потенциалов U ۪ =10 кВ, влетает в середину между пластинами плоского конденсатора параллельно им. Какое напряжение необходимо подать на пластины конденсатора , чтобы пучок электронов при выходе из конденсатора отклонялся от своего начального направления на максимальный угол? Длина пластин l= 10см, расстояние между ними d= 3см.

Тема 6. Электродинамика

3. По проволочному кольцу радиусом R течет ток I. Кольцо находится в однородном магнитном поле с индукцией В, перпендикулярной плоскости кольца. Чему равна сила натяжения кольца?

   Квадратная рамка со стороной 0,1м расположена около длинного провода, сила тока в котором равна 100А. Две стороны рамки параллельны проводу и отстоят от него на расстоянии 0,2м. Чему равен вращающий момент, действующий на рамку, если сила тока будет равна 10А?

Тема 7. Механические колебания

3. Определить потерю энергии математическим маятником за одно колебание, если до остановки маятник совершает 500 колебаний, длина нити 1м, максимальный угол α=30º, масса маятника 0,2 кг.

   Груз массой 0,1 кг подвесили на пружине жесткостью 10Н/м, отклонили от положения равновесия на 2см и отпустили. Определить скорость груза в точке, находящейся на 3см от первоначального положения ниже, если в начальный момент времени пружина была сжата, а груз находился на 2см выше положения равновесия.

Сборник задач . Автор Степанова №№ 485, 491, 494,500, 504, 506, 508

Тема 8.Электромагнитные колебания

3. Напряжение переменного тока изменяется по закону: u=140 sin314t. Определить частоту переменного тока, период, действующее значение и амплитудное значение напряжения. Можно ли сказать, чему будет равно напряжение через 10с?

   Напряжение на участке цепи изменяется по закону: u=210sin314t. Определить, какое количество теплоты выделится в электрической плитке сопротивлением 450 Ом за 1час работы.

   Понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации 10 включен в сеть с напряжением 220В. Определить напряжение на выходе трансформатора, если сопротивление нагрузки 10Ом, а сопротивление вторичной катушки 1Ом.

Сборник задач по физике для 10-11 классов. Г.Н. Степанова, №1251, 1255, 1265, 1282, 1290, 1293, 1308, 1309, 1333

Тема 9. Механические волны

3. Мимо рыболова в лодке прошло 6 гребней волн за 20с. Определить длину волны и период колебания точек волн, если скорость волны равна 2м/с.

   Определить энергию, переносимую плоской волной через единицу поверхности за единицу времени. Поверхность перпендикулярна направлению распространения волны, амплитуда колебаний частиц А, их масса m, скорость волны υ, частота колебаний ν.

Сборник задач по физике для 10-11 классов. Г.Н. Степанова, №№527, 528, 530

Тема 10. Световые волны

3. Луч света падает на зеркало под углом 35ºк его поверхности. Чему равен угол между падающим и отраженным лучами? Чему равен угол отражения? Сделайте чертеж.

   Человек приближается к плоскому зеркалу со скоростью 1,5м/с. С какой скоростью он движется к своему изображению?

   Определить угол падения луча в воздухе на поверхность воды, если угол между преломленным лучом и отраженным от поверхности воды лучом равен 90º.

   На дне ручья лежит камешек. Мальчик хочет в него попасть палкой. Прицеливаясь, мальчик держит палку в воздухе под углом 45º. На каком расстоянии от камешка воткнется палка в дно ручья, если его глубина 32см?

   На плоскопараллельную пластинку из стекла падает луч света под углом 60º. Толщина пластинки 2см. Вычислить смещение луча, если показатель преломления стекла 1,5.

   Определить оптическую силу стеклянной линзы, находящейся в воздухе, если линза двояковыпуклая с радиусом кривизны поверхностей 50см и 30см.

Сборник задач по физике для 10-11 классов. Г.Н. Степанова, № 1536, 1548, 1567, 1607,1610

Тема 11. Элементы теории относительности

3. Определить скорость движения протона в ускорителе, если масса протона возросла в 10раз. Скорость света принять равной 300 000км/с.

   Электрон движется со скоростью, равной 0,6 скорости света. Определить импульс фотона.

   На сколько увеличится масса α-частицы (в а.е.м.) при увеличении её скорости от 0 до 0,9 с ? Полагать массу покоя α-частицы равной 4 а.е.м.

Сборник задач по физике для 10-11 классов. Г.Н. Степанова, №№ 1665, 1667, 1671, 1673

Тема 12. Излучение и спектры

3. В комнате стоят два одинаковых алюминиевых чайника, содержащие равные массы воды при 90 ºС. Один из них закоптился и стал черным. Какой из чайников быстрее остынет?

   Почему мел среди раскаленных углей выглядит черным?

   Для чего покрывают прочным слоем фольги спецодежду сталеваров, мартенщиков, прокатчиков и др.?

   Почему в парниках температура значительно выше, чем у окружающего воздуха, даже при отсутствии отопления и удобрений?

   Почему перед тем, как сделать рентгеновский снимок желудка больному дают бариевую кашу?

   Почему призматический спектр чаще применяют для изучения состава коротковолнового излучения, а в случае длинноволнового излучения целесообразно пользоваться дифракционным спектром?

Тема 13. Квантовая физика

3. Работа выхода электронов из кадмия равна 4,08 эВ. Какова длина волны света, падающего на поверхность кадмия, если максимальная скорость фотоэлектронов равна 720км/с?

   Наибольшая длина волны света, при которой может наблюдаться фотоэффект на калии, равна 450нм. Найдите максимальную скорость фотоэлектронов, выбитых из калия светом с длиной волны 300нм.

   Работа выхода электронов из ртути равна 4,53эВ. При какой частоте излучения запирающее напряжение окажется равным 3 В?

   При освещении металлической пластинки монохроматическим светом задерживающая разность потенциалов равна 1,6 В. Если увеличить частоту света в 2 раза, задерживающая разность потенциалов равна 5,1 В. Определите красную границу фотоэффекта.

   Фотокатод осветили лучами с длиной волны 345 нм. Запирающее напряжение при этом оказалось равным 1,33 В. Возникнет ли фотоэффект, если этот катод осветить лучами с частотой 500 ГГц ?

Литература:

Ерунова Л.И. Урок физики и его структура при комплексном решении задач обучения. – М.:Просвещение,1988

Балаш В.А. задачи по физике и методы их решения. – М.:Просвещение,1983

Абросимов Б.Ф. Физика: способы и методы поиска решения задач. – М.: Издательство «Экзамен»,2006

Шевцов В.А. Тренажер по физике (тренировочные задачи). – Волгоград: Учитель,2007

Гольдфарб Н.И. Физика: сборник задач. – М.:Просвещение,1997

Гельфгат И.М., Генденштейн Л.Э., Кирик Л.А. 1001 задача по физике. – М.: «Илекса»,2004

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика-11. – М.:Просвещение,2004

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика-10. – М.:Просвещение,2004

Новодворская Е.М. Методика проведения упражнений по физике. – М.: изд-во «Высшая школа»,1980

Тарасов Л.В., Тарасова А.Н. Вопросы и задачи по физике. – М., «Высшая школа»,1990

Кабардин О.Ф. Справочные материалы. – М.:Просвещение,1991

Гладкова Р.А., Добронравов В.Е., Жданов Л.С., Цодиков Ф.С. Сборник задач и вопросов по физике. – М. «Наука»,1983

Новодворская Е.М., Дмитриев Э.М. Сборник задач по физике. – М. , «Оникс 21 век», «Мир и образование»,2003

Гладской В.М., Самойленко П.И. Сборник задач по физике. – М.:Дрофа,2004

Степанова Г.Н. Сборник задач по физике для 10-11 классов общеобразовательных учреждений. – М.:Просвещение, 2003