54650

Розв’язання задач підвищеної складності у процесі підготовки учнів до олімпіад із фізики

Практическая работа

Педагогика и дидактика

Опанування учнями середньої школи знань із фізики потребує розвязання задач. Таким чином формуються допитливість самостійність інтерес до навчання розвивається вміння аналізувати явища.

Украинкский

2014-03-17

1.25 MB

74 чел.

Харківська районна державна адміністрація

Відділ освіти

Мереф’янська загальноосвітня школа І-ІІІ ступенів №1

Харківської районної ради Харківської області

С.І. Цимбалюк

Розв’язання задач підвищеної складності

у процесі підготовки учнів до олімпіад із фізики.

«Розв’язання задач підвищеної складності

у процесі підготовки учнів до олімпіад із фізики»

Вступ.

Опанування учнями середньої школи знань із фізики потребує розв'язання задач. Таким чином формуються допитливість, самостійність, інтерес до навчання,  розвивається вміння аналізувати явища.

Досвід викладання фізики свідчить, що учні стикаються з найбільшими труднощами у ході розв’язання нестандартних задач, для вирішення яких традиційних способів недостатньо. Тільки невелика частина учнів має здібності і бажання вивчати фізику і самостійно розв’язувати задачі олімпіадного рівня, тому саме їм вчителі мають приділяти найбільше уваги. Обдаровані діти потребують додаткових занять на факультативах, гуртках, в умовах індивідуального навчання. Такі додаткові заняття повинні бути системними і відбуватися за заздалегідь сформованою програмою, мати чітку мету і напрямок. Наприклад, підготовку до участі в олімпіадах з фізики треба планувати і починати вже на початку навчального року.

На думку автора роботи, навчання обдарованих учнів передбачає розв'язання і пояснення задач підвищеної складності, що мали місце на олімпіадах з фізики різних рівнів. Тому темою своєї роботи я обрав оптимальні способи розв`язку задач, які були запропоновані учням 11 класу Харківської області на Всеукраїнській олімпіаді з фізики II (районного) етапу 2011-2012, 2012-2013н.р.

Мета цієї роботи – ознайомити учнів і педагогів з методами розв`язання олімпіадних задач.

Ця робота може бути використана учнями та вчителями не тільки для підготовки до участі в олімпіадах, а і для тих, хто хоче спробувати себе у розв`язанні задач підвищеної складності.

Усі зауваження та побажання прошу надсилати на адресу: mer_sc1@mail.ru.

Департамент науки і освіти Харківської обласної державної адміністрації

КВНЗ  «Харківська академія неперервної освіти»

Задачі ІІ (районного) етапу Всеукраїнської учнівської олімпіади з фізики (2012/2013 навчальний рік)

11 клас

1. Задача. (3 бали)  У системі, яку зображено на рисунку (див. рис. 1), маса тягарця  m4 дорівнює 1 кг,  а маси усіх блоків однакові і дорівнюють 300 г. Система зрівноважена і нерухома. Знайдіть маси тягарців m1, m2, і m3. Масою троса і тертям в блоках знехтувати.  

Розв’язок:

m4 = 1 кг

m0 = 300 г

m1-?

m2-?

m3-?

За відсутності тертя, сила натягу троса в усіх частинах однакова.

Для розв’язку задачі достатньо зобразити сили, які діють на один з рухомих блоків та вантаж m4.

Згідно з першим законом Ньютона:

Підставимо перше рівняння в друге, отримаємо:

Аналогічно  знаходиться маса інших вантажів.

Цілком зрозуміло, що m1= m2= m3

Відповідь:1,7кг.

2. Задача. (4 бали)  Ракета масою М  із працюючим двигуном нерухомо «зависла» над землею. Швидкість газів, що витікають з ракети, дорівнює υ.

Яка потужність двигуна?

Розв’язок:                                                                                   

М-маса ракети

v – швидкість витікання газів                                          

-прискорення вільного падіння

N-?

На рисунку показано сили, що діють на ракету

- реактивна сила тяги двигуна,  m-маса вилетівших газів за час t, v-швидкість витікання газів   

- сила тяжіння ракети

Згідно з першим законом Ньютона:

   (I)

Потужність знайдемо за формулою:

 

Робота двигуна рівна кінетичній енергії вилетівших газів за час t.

 Отримаємо:

     (II)

Масу вилетівших  газів за час роботи двигуна знайдемо з формули (I)

Знайдене значення маси підставимо в формулу (II)

Відповідь: 

3. Задача (5 балів) У довгій, розташованій горизонтально, теплоізольованій трубі між двома однаковими поршнями (масою m кожен) знаходиться 1 моль

одноатомного газу при температурі Т0. У початковий момент часу поршні

зближуються, причому швидкості поршнів направлені в один бік і дорівнюють 3υ і υ. До якої найбільшої температури Т нагріється газ? Масою газу в порівнянні з масою поршнів можна знехтувати. Поршні тепло не проводять. Атмосферний тиск і тертя можна не враховувати.

Розв’язок:

m- маса поршня

ν =1 моль

Т0 - початкова температура газу

3υ - швидкість лівого поршня

υ - швидкість правого поршня

Т-?

Нагрівання газу відбувається за рахунок зміни кінетичної енергії поршнів.

Процес нагрівання триватиме доти, поки швидкості рухів поршнів не вирівняються. На початку руху лівий поршень почне гальмувати, а правий прискорюватись. Газ зазнає адіабатне стиснення. Як тільки швидкості поршнів вирівняються газ нагріється до максимальної температури. Запишемо закон збереження енергії.

u- швидкість руху поршнів в момент найбільшого стиснення газу.

А- затрачена робота  на стиснення газу. Так як процес адіабатичний, то ця робота рівна зміні внутрішньої енергії газу.

 (I)

Для знаходження швидкості руху поршнів в момент найбільшого стиснення газу скористаємося законом збереження імпульсу. 

Звідси знайдемо швидкість u:

Знайдене значення швидкості підставимо в рівняння (I)

Газ нагріється до температури   

Відповідь: 

4. Задача. (6 балів)

 Який заряд пройде через ключ К (див. рис. 2) після його замикання?

Розв’язок:

До з’єднання ключа К конденсатор С1 та С2 матимуть рівні заряди. Q1=Q2=Q

Після замикання ключа, заряди конденсаторів зміняться і будуть рівні

;  

;  

Заряд першого та другого конденсатора зміниться на величину

Заряд, який пройде через ключ К

Відповідь:   Напрямок протікання заряду залежить від параметрів ємності конденсаторів та величин опорів.

КВНЗ «Харківська академія неперервної освіти»

Задачі ІІ (районного) етапу Всеукраїнської учнівської олімпіади з фізики

(2011/2012 навчальний рік)

11 клас

1. Задача. (3 бали) У посудині з водою плаває тонкостінна металева чашка. Чи зміниться (і якщо зміниться, то як саме) рівень води в посудині, якщо занурити чашку у воду та потопити її?  Відповідь обґрунтуйте.

Розв’язок:

Розв’язати цю задачу можна таким чином. Розглянемо випадок, коли чашка плаває. Зрозуміло, що об’єм витісненої води дорівнюватиме об’єму зануреної частини чашки. Коли чашка повністю потоне, то об’єм витісненої води дорівнює об’єму металу, з якого зроблено чашку. Щоб дати відповідь на поставлене питання, потрібно порівняти ці об’єми.

Коли чашка плаває у воді, сила тяжіння зрівноважена силою Архімеда.

 ;      тобто  

де M- маса чашки, -густина води,

- об’єм зануреної частини чашки.

Масу чашки можна визначити як

            де - густина металу чашки,

 - об’єм  металу чашки.

З отриманих рівнянь:

       

Запишемо

       оскільки густина металу більша за густину води  ,  

то  

Значить, повністю занурена у воду чашка витіснить менший  об’єм води, аніж та, що плаває на поверхні. Отже, рівень води у посудині зменшиться.

2. Задача. (4 бали)  На діаграмі показано графік зміни внутрішньої енергії газу при його ізобарному охолодженні від температури  Т1 до температури Т2.

Яку кількість теплоті віддав газ при такому охолодженні, якщо кут нахилу графіка до вісі абсцис α?

Розв’язок:

Скористаємося першим законом термодинаміки:

;   

Для одноатомного газу ==

Виразимо роботу газу через зміну внутрішньої  енергії:  

Знайдене значення роботи підставимо в формулу першого закону термодинаміки:

 

Зміну внутрішньої енергії знайдемо за графіком умови задачі:

Отримаємо кінцевий результат: 

3. Задача (5 балів) Дві кульки з однаковими зарядами q розташовані на одній  вертикалі на відстані  H одна від одної. Нижня кулька жорстко закріплена, а верхня масою m починає падати з початковою швидкістю υ0.

На яку мінімальну відстань h наблизиться верхня кулька до нижньої?

Розв’язок:

Енергія системи кульок у початковий момент та кінцевий (момент максимального зближення) залишається незмінною.

Тоді:

Ліву частину рівняння позначимо величиною c:

    

Розв’яжимо квадратне рівняння:

;  

4. Задача. (6 балів) На дні порожнього басейну лежить тонкий стрижень довжиною L = 1 м, який складається з двох половин однакового перерізу і густиною  ρ1 = 0,5 г/см3 і ρ= 2,0 г/см3 відповідно. У басейн повільно наливають воду густиною ρ= 1,0 г/см3. При якій глибині h води в басейні стрижень становитиме з поверхнею води кут 45° ?

Розв’язок:

L=1м

ρ1 = 0,5 г/см3

ρ2 = 2 г/см3

ρ0 = 1 г/см3

α =450

h -?

На рисунку показано всі сили, що діють на стержень. 

F2 - сила тяжіння нижньої половини стержня, густина якого ρ2

F1 - сила тяжіння верхньої половини стержня, густина якого ρ1

FA- сила Архімеда, яка діє на занурену частину стержня

N - сила  реакції опори.

Запишемо рівняння моментів сил відносно точки опори стержня:

де -довжина частини стержня, яка знаходиться у воді

Спростивши рівняння отримаємо:

    (I)

Запишемо значення кожної сили:

де S-площа перерізу стержня; g- прискорення вільного падіння

Ці сили підставимо в рівняння (I):

  в отримане рівняння підставимо значення
 отримаємо

Знайдемо h

(м)

Відповідь: (м)


T

T

T

m0

m4

m4 g

m3

(m3+m0) g

М

1

2

Т2

Т1

U

Т

α

F2

h

F1

FA


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25266. Українське православя: його витоки та особливості історичного розвитку. Православний рух в Україні 90-х рр. XX ст.-початку XXI ст 30 KB
  УАПЦ 1990 незалежна УПЦ Друга половина XVI ст. Філарет веде політику щоб УПЦ отримала автокефалію травень 1992 р. в Харкові Собор єпископів Російської православної церкви на якому Філарет був усунений з кафедри предстоятеля УПЦ. – утворення Української православної церкви Київського патріархату злиття УПАЦ і тих хто підтримував Філарета від УПЦ.
25267. Містицизм в рел іст людства. Особливості міст сприйняття. Заг хар христ містики 24 KB
  як правило супроводжує періоди сусп криз: занепад Рим імперії – неоплатонізмтворцем світу є надчуттєве абстрактне єдине що може бути сприйняте людиною лише в екмтазі гностицизмматерія – гріховне і зле начало що протистоїть духовному непізнаваному первоначалу; кін сер віків – суфізмпізнання Бога шляхом особливих танців або постійного повторення молитв кабалавтручання в божественні процеси за допомогою спец ритуалів молитв ісихазмчерез містичне споглядання у чернецтві можна досяг вищий ступінь пізнання запереч пізн Бога за...
25268. Проблеми християнської антропології 33.5 KB
  Видима частина – тіло плоть; невидима – душа дух – психічне те що існує у формі почуттів уявлень думок. – 2 частини у Л: душа і тіло. Дух душа тіло. Ідея про тіло як необхідний орган – знаряддя душі.
25269. Особливості розвитку православної філософії і богослов'я в ХІХ-ХХ століттях 34.5 KB
  Щербацький велику увагу приділяли проблемам пізнання істини суті пізнання. Концепція пізнання себе: â€œПізнай себеâ€. Пізнання – це наближення до Бога шляхом пізнання себе. Теорія пізнання Сковороди безпосередньо пов'язана з його вченням про три світи і дві натури вона є двоїстою: з одного боку Г.
25270. Християнський неноплатонізм. Корпус ареопагітиків 28 KB
  Корпус ареопагітиків включає 4 трактати: €œПро небесну ієрархію€ €œПро церковну ієрархію€ і €œПро божественні імена€ €œТаємниче богослов’я€ і 10 послань – в них розкривається доктрина – вища точка християнського неоплатонізму. Автор пов’язав онтологію неоплатонізму з соціальною проблематикою; доктрина про церковну ієрархію безпосередньо підстроюється до доктрини небесних ієрархій. При цьому на відміну від мітичного історизму Августину €œЦерква як град Божий€ образ церкви як ідеальна людська спільнота що знаходиться у згоді з...
25271. Римська («зовнішня» людина) і грецька («внутрішня» людина) гілки окцидентальної філософії Середньовіччя 29 KB
  Західноєвроп суспільства формуються як суспільства ієрархизованімайстер підмайстер – иежу перейти дуже важко; васал мого васала не мій васал – король не може впливати на васала свого васала. Світська і духовна ієрархія – кардинал і король – король не може впливати на васала папи.
25272. Містична діалектика середньовічної Європи (Екхарт, Бьоме) 28.5 KB
  Божество – основа внутрішнє джерело бога джерело його творчості. Душа – голвне творіння бога. Центральне місце в його філософії займає вчення про бога. Бог – це прірва яка народжує основу світу – велику містерію тілесності бога.
25273. Західноєвропейський „кордоцентризм” (Б.Паскаль, німецькі романтики) 34.5 KB
  Певна достовірність властива усім гносеологічним властивостям людини: відчуттям розуму серцю органу внутрішнього відчуття€ або чуттєвій інтуїції€ на відміну від інтелектуальної інтуїції Декарта. Особлива тема в його гносеології – критика розуму позбавлення його абсолютної величі€ і визнання його відносної мізерності€ тобто по суті визначення сфери і меж його достовірного використання. Паскаль прихильник просвітленого абсолютизму€ він протиставляє імперії влади€ – імперію розуму€. Друга магістральні ідея антропології Паска...
25274. Моністична філософська парадигма Нового часу (матеріалізм-ідеалізм) 33.5 KB
  Ідеалізм Нового часу – Лейбніц Берклі. Берклі визнає існування якісно різнорідних сфер буття: абсолютного духу або творця природи кінцевих духів€ що створені абсолютним духом і чуттєвих даних ідей€ що вкладені абсолютним духом в кінцеві духи або души і комбінації яких складають фізичні об’єкти зовнішнього світу. Берклі дотримується позицій суб’єктивного ідеалізму. Ідеї за Берклі пасивні вони засвоюються душею яка активна і володіє здатностями сприймати ідеї розум і викликати їх до впливу на них воля.