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

76 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

83537. Право спеціальних місій 37.02 KB
  Функції спеціальної місії визначаються за взаємною згодою між державою що посилає і приймаючою державою. Для направлення або прийняття спеціальної місії не є необхідною наявність дипломатичних або консульських відносин між державами. За деякими виключеннями держава що посилає може на свій розсуд призначити членів спеціальної місії повідомивши попередньо приймаючій державі всю необхідну інформацію про чисельність і шал спеціальної місії і зокрема повідомивши про прізвища і посади осіб яких вона має намір призначити.
83538. Дипломатичне право міжнародних організацій 36.09 KB
  Як показує практика багатостороння дипломатія відбувається головним чином в рамках міжнародних організацій при яких держави засновують свої постійні представництва які користуються такими ж привілеями та імунітетами що і члени делегацій державчленів організації. Вона охоплює чотири сфери діяльності держав в їх відносинах з міжнародними організаціями і в рамках міжнародних конференцій а саме постійні представництва держав при міжнародних організаціях місії постійних спостерігачів при міжнародних організаціях делегації держав в органах і...
83539. Кодифікація міжнародного морського права. Види морських просторів 36.24 KB
  Міжнародне морське право являє собою систему міжнародноправових принципів і норм що визначають правовий режим морських просторів і регулюють відносини між державами та іншими суб\'єктами міжнародного права з приводу їх діяльності з дослідження та використання просторів Світового океану та його ресурсів. Міжнародне морське право відноситься до однієї з найбільш старих галузей міжнародного права і спочатку склалося у формі звичаєвих норм. Кодифікація морського права була проведена в XX ст.
83540. Внутрішні морські води та їх правовий режим 36.63 KB
  Внутрішні морські води це води розташовані в сторону берега від вихідної базисної лінії територіального моря. До складу внутрішніх морських вод входять: води заток бухт лиманів історичні затоки води морських портів а також води розташовані в сторону берега від вихідних ліній прийнятих для обчисленні ширини територіального моря. Води затоки відносяться до внутрішніх морських вод якщо її берега належать одній державі ширина природного входу до затоки не перевищує 24 морських миль Якщо відстань між пунктами природного входу до...
83541. Режим морських портів 36.21 KB
  Прибережна держава самостійно вирішує питання про характер порту зокрема його закритість або відкритість для міжнародного судноплавства. Прибережна держава не повинна проте відмовляти у дозволі на вхід до закритого порту судну яке знаходиться в небезпеці у випадку аварії або штормової погоди судну що зазнає лихо. З метою забезпечення власної безпеки прибережна держава може. Прибережна держава зазвичай не втручається у відносини між капітаном екіпажем та пасажирами.
83542. Правовий режим архіпелажних вод 38.18 KB
  Суверенна влада прибережної держави обмежена правом безперешкодного проходу та правом архіпелажного проходу морськими коридорами що надається іноземним морським та повітряним суднам в архіпелажних водах ст. Архіпелажний прохід морськими коридорами означає що усі судна і літальні апарати користуються правом архіпелажного проходу такими морськими коридорами і прольоту по таким повітряним коридорам з ціллю безперервного і швидкого транзиту через архіпелажні води з однієї частини відкритого моря або виключної економічної зони до іншої частини...
83543. Поняття і межі територіального моря. Право мирного проходу. Правовий режим територіальних вод 37.22 KB
  Правовий режим територіальних вод Територіальне море це пояс морських вод шириною до 12 морських миль що розташований між берегом чи безпосередньо за внутрішніми морськими водами або архіпелажними водами держави та відкритим морем або водами спеціальних зон. Територіальне море як й внутрішні морські води є частиною території прибережної держави. На підставі цього права торгівельні судна можуть проходити через територіальне море іноземної держави без спеціального дозволу лише за умови дотримання права прибережної держави. Прохід...
83544. Поняття та правовий режим прилеглої зони 36.05 KB
  Сстановлює що прилегла зона не може пролягати далі ніж на 12 морських миль від вихідної лінії від якої відміряється ширина територіального моря проте Конвенція з морського права 1982 р. містить положення що прилегла зона не може пролягати за межі 24 морських миль від цієї лінії Розвитком інституту прилеглої зони стала практика встановлення прибережними державами за межами свого територіального морязон виключного рибальства. Ширина морських зон виключного рибальства в практиці держав різниться.
83545. Виключна економічна зона та її правовий режим 33.18 KB
  Ширина виключної економічної зони не повинна перевищувати 200 морських миль що відраховуються від вихідних ліній від яких відмірюється ширина територіального моря. Прибережна держава в межах виключної економічної зони має суверенні права на розвідку розробку і збереження природних ресурсів як живих так і неживих що знаходяться у її водах на морському дні або його надрах. Прибережна держава в межах своєї виключної економічної зони користується не тільки економічними повноваженнями але й юрисдикцією щодо створення і використання штучних...