Основные типы задач кинематики и методы их решения

Экспериментальные — задачи, данные, для решения которых получают из опыта при демонстрации, или же при выполнении самостоятельного эксперимента. При решении этих задач учащиеся проявляют особую активность и самостоятельность. Преимущество экспериментальных задач перед текстовыми заключается в том, что первые не могут быть решены формально, без достаточного осмысления физического процесса. Так, например, при изучении физического прибора реостата с помощью экспериментальных задач учащиеся уясняют разницу в использовании реостата как прибора, регулирующего ток в цепи, и в качестве делителя напряжения.

Задачи с неполными данными чаще всего встречаются в жизни, когда недостающие сведения приходится добывать из таблиц, справочников, либо путем измерений. Решение задач этого типа способствует формированию навыков самостоятельной работы учащихся со справочной литературой. Примеры: 7. Какой максимальный груз может выдержать алюминиевая (медная, стальная и т.п.) проволока при заданном сечении? 8. При какой наименьшей длине обрывается от собственного веса стальная проволока, подвешенная за один конец?

1.3. Роль задач в обучении физике. Их место в учебном процессе.

Решение задач относится к практическим методам обучения и как составная часть обучения физике выполняет те же функции, что и обучение физике:образовательную, воспитательную, развивающую, но, опираясь на активную мыслительную деятельность ученика.

Образовательная функция задачи заключается в сообщении учащимся определённых знаний, выработке у учащихся практических умений и навыков, ознакомление их со специфическими физическими и общенаучными методами и принципами научного познания.

Известные отечественные психологи П. И. Зинченко и А. А. Смирнов установили следующую закономерность (закономерность Смирнова-Зинченко): «Учащийся может запомнить материал непроизвольно, если выполняет над ним активную мыслительную деятельность, и она направлена на понимание этого материала».

Решение задач, безусловно, требует активной мыслительной деятельности. Поэтому на материале задач учитель может сообщить учащимся новые знания, и даже материал, изучаемый теоретически, можно объяснить «на задаче».

Согласно одной из аксиом методики, знания считаются усвоенными только тогда, когда ученик может применить их на практике. Решение задач – практическая деятельность. Значит, задача играет и роль критерия усвоения знаний. По умению решить задачу мы можем судить: понимает ли ученик данный закон, умеет ли он увидеть в рассматриваемом явлении проявление какого-либо физического закона. А научить этому можно – опять же – через решение задач. Практика показывает, что физический смысл различных определений, правил, законов становится действительно понятным учащимся лишь после неоднократного применения их к конкретным частным примерам-задачам.

Решение задач выполняет ещё одну важную образовательную функцию – формирование и обогащение понятия физической величины – одного из основных понятий физики.

Физические задачи играют также большую роль в реализации принципа политехнизма в процессе обучения. Многие из них показывают связь физики с жизнью, техникой, производством.

Воспитательная функция задач заключается в формировании научного мировоззрения учащихся. Они позволяют проиллюстрировать многообразие явлений и объектов природы и способность человека познавать их.

Решение задач воспитывает и общечеловеческие качества. Д. Пойа пишет: «Обучение искусству решать задачи есть воспитание воли. Решая не слишком лёгкую для себя задачу, ученик учится быть настойчивым, когда нет успеха, учится ценить скромные достижения, терпеливо искать идею решения и сосредоточиваться на ней всем своим «я», когда эта идея возникает. Если учащемуся не представилось возможности ещё на школьной скамье испытать перемежающиеся эмоции, возникающие в борьбе за решение, в его математическом образовании оказывается роковой пробел». Эти слова в полной мере можно отнести и к физическим задачам. При решении задач у школьников воспитывается трудолюбие, пытливость ума, смекалка, самостоятельность в суждениях, интерес к учению, воля и характер, упорство в достижении поставленной цели.

Развивающая функция задачи проявляется в том, что, решая задачу, ученик включает все мыслительные процессы: внимание, восприятие, память, воображение, мышление. При решении задач развивается логическое и творческое мышление. Однако необходимо помнить, что, если при изучении новой темы:

• учащемуся предлагают задачи только одного типа;
• решение каждой из них сводится к одной и той же операции (операциям);
• эту операцию учащемуся не приходится выбирать среди других, которые возможны в сходных ситуациях;
• данные задачи не являются для учащегося непривычными;
• он уверен в безошибочности своих действий,

то учащийся при решении второй или третьей задачи перестаёт обосновывать решение задачи, начинает решать задачи механически, только по аналогии с предшествующими задачами, стремится обойтись без рассуждений. Это приводит к ослаблению развивающей стороны решения задач. Поэтому необходимо учить школьников решению задач разными методами, как стандартными, так и не часто использующимися в школьной практике. Полезно одну и ту же задачу решать разными способами, это приучает школьников видеть в любом физическом явлении разные его стороны, развивает творческое мышление.

Разнообразие и важность функций, выполняемых задачей, приводит к тому, что задача занимает в учебном процессе важное место в формирование знаний учащихся.

1.4.Решение физических задач в процессе обучения физике.

Решение физических задач в процессе обучения физике:

1. Содействует более отчетливому  формированию физических понятий, более разностороннему и глубокому  пониманию, прочному освоению содержания  обучения. Через соответствующий  подбор материала физических  задач можно знакомить учащихся  с новым материалом, расширяя  область их знаний, подготовить  ребят к усвоению дальнейших  частей изучаемого курса. В этом  состоит познавательное значение  решения физических задач.

2. Создает и укрепляет  навыки и умения в применении  физических законов к объяснению  явлений природы и к решению  практических вопросов. Таким образом, реализуется единство теории  и практики.

3. Позволяет осуществлять  принцип политехнизма в обучении (подбор задач с техническим  содержанием).

4. Помогает “оживить»  физические формулы конкретным  содержанием, дать учащимся навык  в выборе формул и в пользовании  ими.

5. Закрепляет знание и  применение наименований физических  величин в различных системах, формирует навыки работы с  таблицами постоянных величин;

6. Является одним из  действенных способов установления  меж предметных связей.

7. Позволяет осуществить  повторение пройденного материала, организовать контроль знаний.

В практике работы решение физических задач часто используют при изложении нового учебного материала.

Особое внимание следует уделить задачам при закреплении материала, так как только умение решать задачи характеризует степень осознанности пройденного материала, прочность и глубину знаний.

1.5.Этапы по решению физических задач.

Решение задач по физике - необходимый элемент учебной работы позволяющий учащимся обширнее понять и рассмотреть физические процессы, явления и  закономерности, происходящие в окружающем нас мире. Задачи дают материал для упражнений, требующих применения физических закономерностей к явлениям, протекающим в тех или иных конкретных условиях. В связи с этим они имеют большое значение для конкретизации знаний учащихся, для привития или умения видеть различные конкретные проявления общих законов. Без такой конкретизации знания остаются книжными, не имеющими практической ценности.

Решение задач способствует более глубокому и прочному пониманию физических законов, развитию логического мышления, сообразительности, инициативы, воли к настойчивости в достижения поставленной цели, вызывает интерес к физике, помогает привитие навыков самостоятельной работы и служит незаменимым средством для развития самостоятельности суждения учащихся. Решение задач - это один из методов познания взаимосвязи законов природы. Решение задач на уроке иногда позволяет в вести новые понятия и формулы, выяснить изучаемые закономерности, подойти к изложению нового материала. В процессе решения задач ученики непосредственно сталкиваются с необходимостью применить полученные знания по физике в жизни, глубже осознают связь теории с практикой. Решение задач - одно из важных средств повторения, закрепления и проверки знаний учащихся.

Можно сказать так, что основная особенность физической задачи та, что  в ней рассматривается  физический процесс и , хотя решения физической задачи в основном сводится к ряду математических действий, правильное решение задачи по физике возможно лишь в том случае, если правильно понять физический процесс к которому относится данная задача. По этому, на мой взгляд, можно дать следующие общие указания к решению задач по физике.

1. Условие задачи следует читать с большим вниманием, как говорит  в своей книге Пойа, неоднократно, пока не станет ясным, какой именно физический процесс или физическое явление рассматривается в данной задаче.
2. Затем необходимо записать заданные и искомые в задаче физические величины. Запись условия задачи  следует вести тщательно, ничего не пропуская, и записывать так же и те величины, числовые значение которых не задаются, но о них можно судить по условию задачи. Например, если задача относится к торможению до остановки, следует записать, что конечная скорость движущегося тела равна нулю, если в задаче сказано, что какой-то величиной можно пренебречь, обязательно следует записать, что эта величина равна нулю и т.п.
3. Вспомнить, каким физическим законом  подчиняется данный процесс, и какими математическими формулами выражаются эти законы. Если формул несколько,  то сличить величины, входящие в различные формулы, с величинами, заданными и искомыми в данной задаче, и выбрать те формулы, в которые входят заданные и искомые величины.
4. Как правило, задача по физике решается в общем виде, т.е. выводится формула, в которой искомая величина выражена через величины, заданные в задаче. В последней строке решения в найденную формулу подставляются численные  значения заданных величин и размерность этих величин, и таким образом определяется численное значение и размерность искомой величины. При таком решении задачи не происходит накопления погрешности, что неизбежно, если вычислять  с некоторым приближением значения промежуточных величин и эти приближенные значения вставлять в формулу для подсчета значения искомой величины. Исключения из данного правила крайне редки и бывают двух родов:  

1. Если формула, для какой либо промежуточной величины настолько громоздка, что вычисление этой величины значительно упрощает дальнейшею запись решения
2. Если решение задачи в цифрах значительно проще, нежели вывод формулы, при том не влияет на точность  полученного результата.

5. Прежде чем подставлять численные значения заданных величин в полученные расчётные формулы для искомых величин, следует произвести пересчет всех данных величин, выразив их в одной системе единиц- предпочтительно в системе СИ. Исключения из этого правила составляют формулы, в которых какая-либо величина входит множителем в числитель и знаменатель,- эти величины могут быть выражены в любых, но, разумеется, в одних и тех же единицах.
6. Правильность полученного ответа до некоторой степени проверяется размерностью. Если в расчетную формулу входят алгебраические суммы, то следует обратить внимание на совпадение размерности слагаемых.
7. Частичный контроль правильности решения осуществляется по порядку численного значения полученного результата, который должен соответствовать физическому смыслу искомой величины.
8. Ответ должен быть получен с определенной степенью точности, соответствующей точности исходных данных. Одинаково вредны как недостаточная, так и излишняя точность вычислений. Так, если исходные длины измерены или заданы с точностью до 1см, а в ответе получилось 287мм, то ответ следует записать как 29см либо 0,29м, но не 28,7см или 0,287м. В то же время, если исходные величины заданы с точность до 1мм, а в ответе получилось 29см, то следует записать ответ 29,0 см либо 290мм, либо 0,290м,  но не 0,29м или 29 см.
9. Полученный в решение задачи ответ подчеркивается либо заключается в рамку.

2.1. Основные понятия и законы механики.

Физическая величина – это количественная характеристика свойства материальных объектов или явлений (процессов). Каждаяфизическая величина устанавливается однозначным способом ееизмерения – экспериментального определения или расчета. Определение физической величины указывает принципиальный способее измерения.

Физическое понятие (модель объекта или явления) – это абстракция (филос.), которая отражает только основные, наиболеесущественные, свойства материальных объектов или явлений (процессов).