Паспорт программы Содержание программы Введение
 Скачать 366.65 Kb.
|
| Содержание программы Паспорт программы……………………………………………………3 Содержание программы……………………………………………….6- 30
Список литературы………………………………………………….31 ПАСПОРТ ПРОГРАММЫ
Концептуальные основания программы Программа составлена для учащихся10,11 классов и спланирована так, что занятия приучают к самостоятельной творческой работе, развивают инициативу учащихся, вносят элементы исследования в их работу, содействуют выбору будущей профессии. Кроме того, они имеют большое воспитательное значение, способствуя развитию личности учащегося как члена коллектива, воспитывают чувство ответственности за порученное дело, готовят к трудовой деятельности. Работая, ребята могут заниматься подготовкой докладов, проведением экспериментальных исследований, чтением литературы, изготовлением и конструированием физических приборов и игр, организацией массовых мероприятий и т.д., не отдавая предпочтение какому-либо одному виду деятельности. Это позволяет развить общий кругозор учащихся, усовершенствовать их умение работать с научно-популярной литературой, справочниками, техническим оборудованием, открывает широкие возможности для творчества. В процессе обучения школьники получат представление об экспериментальном методе познания в физике, взаимосвязи теории и эксперимента. Курс рассчитан на расширение и углубление знания материала курса физики, на привитие интереса к изучаемому предмету, поэтому часть времени отводится обучению учащихся на составления алгоритма решения задач используемых в едином государственном экзамене в части С. Актуальность данной темы – это проблема недостаточного интеллектуального развития подрастающего поколения сейчас очень актуальна. Несмотря на огромное количество информации, подростки не умеют ей пользоваться рационально, применять полученные знания на практике, ориентироваться в жизненных ситуациях, находить теоретические знания в окружающем мире. Программа не дублирует общеобразовательную программу по физике, а лишь опирается на практические умения и навыки, приобретенные на уроках. Программа состоит из шести основных блоков:
Которые позволяют учителю решить поставленные перед собой задачи – освоить новые педагогические технологии, внедрить их в образовательно-воспитательный процесс, создать положительный психологический климат, благоприятно влияющий на обучение воспитанников. В программе реализуются теоретические и практические блоки, что позволяет наиболее полно охватить и реализовать потребности обучающихся, дать необходимую информацию и создать условия для самовыражения личности. Программа «Физика: пути поисков и ответов» разработана в соответствии с международными, федеральными: 1.Международные документы:
2. Федеральные документы:
Материальная база кабинета физики позволяет значительно повысить уровень сформированности практических ЗУНов учащихся, расширить фронтальный эксперимент (помимо программы), активизировать творческую деятельность учащихся. При решении экспериментальных задач и постановке опытов у ребят есть широкий выбор видов деятельности: работа в группах, в парах, индивидуально (возможности кабинета позволяют все). Программа позволяет обобщить, расширить и углубить теоретические знания учащихся (необходимая литература и помощь учителя обеспечены), хорошо подготовиться к дальнейшему обучению ВУЗе. На занятиях используется личностно-ориентированный подход, методы активного обучения, такие как эвристическая беседа, разрешение проблемной ситуации, экспериментальное моделирование, метод проектов, индивидуальная работа. Решение физических задач – один из основных методов обучения физике. С помощью решения задач обобщаются знания о конкретных объектах и явлениях, создаются и решаются проблемные ситуации, формируют практические и интеллектуальные умения, сообщаются знания из истории , науки и техники, формируются такие качества личности, как целеустремленность, настойчивость, аккуратность, внимательность, дисциплинированность, развиваются эстетические чувства, формируются творческие способности. И период ускорения научно – технического процесса на каждом рабочем месте необходимы умения ставить и решать задачи науки, техники, жизни. Поэтому целью физического образования является формирования умений работать с школьной учебной физической задачей. Последовательно это можно сделать в рамках предлагаемой ниже программы, целями которой являются: - развитие интереса к физике, решению физических задач; - совершенствование полученных в основном курсе знаний и умений; - формирование представителей о постановке, классификаций, приемах и методах решения школьных физических задач. - успешная сдача ЕГЭ по физике Эта программа направлена на дальнейшее совершенствование уже усвоенных умений, на формирование углубленных знаний и умений. Программа делится на несколько разделов. В первый раздел вносятся сведения теоретического характера. Здесь школьники с минимальными сведениями о понятии «задача», осознают значения задач в жизни, науке, технике, знакомятся с различными сторонами работы с задачей. В частности, они должны знать основные приемы составления задач, уметь классифицировать задачу по трем-четырем основаниям. В первом разделе особое внимание уделяется последовательности действий, анализу полученного ответа, перевод единиц в дольные и кратные. В итоге школьники должны уметь классифицировать предложенную задачу, последовательно выполнять и проговаривать этапы решения задач различной сложности. При решении задач по механике, молекулярной физике, электродинамике главное внимание обращается на формирование умений решать задачи, на накопление опыта решения задач различной трудности. Развивается самая общая точка зрения на решение задачи как на описание того или иного физического явления физическими законами. В механике это описание движения материальной точки законами Ньютона и описание движения физической системы законами сохранения. Идея относительности механического движения рассматривается при решении системы задач, описание явления в различных системах отсчета. В молекулярной физике описание трех состояний вещества осуществляется на основе положений молекулярно-кинетической теории и их следствия, термодинамический метод раскрывается в применение его для описания процессов с идеальным газом, в решение процессов с идеальным газом, в решение комбинированных задач на явление превращения вещества из одного состояния в другое. В электродинамике объяснение изучаемых физических процессов ведётся на основе рассмотрения движения и существование электромагнитного поля. Необходимо большее внимание уделять задачам уровня С для успешной сдачи ЕГЭ по физике. Учащиеся затрудняются при решении графических задач, поэтому нужно отработать навыки построения графиков и показать МПС между физикой и математикой. В условиях нехватки часов по физике кружок по физике дает возможность решения этих проблем. Цели и Задачи программы: Цель программы: Повышение познавательного интереса учащихся, развитие их интеллектуальных способностей в процессе учебных занятий ,развитие креативных умений учащихся и формирование необходимого опыта творческой деятельности. Задачи программы: -углубление знаний учащихся по физике, приобретение навыка решения задач, совершенствование математических умений; -формирование устойчивого познавательного интереса к предмету; -развитие личностных качеств: внимания, памяти, логического мышления; -формирование навыков культурного общения, умения вести спор, аргументировано доказывать свою точку зрения; -формирование оптимального микроклимата. -организация свободного времени Формы выявления результатов: участие в интеллектуальных играх, подготовка сообщений и докладов, проектная деятельность, итоговые аттестация старшеклассников. Методическое обеспечение Организация процесса образования строится с использованием таких технологий и систем развивающего обучения с направленностью на развитие качеств личности, как адаптивного обучения. В такую технологию входят направления как: обучающие, познавательные, воспитательные , развивающие, что способствует развитию ребенка. Конкретные методы, используемые при реализации программы:
Формы организации занятий. Групповые , с наполняемостью до 10 человек. Учебный план
Содержание программы: Программа рассчитана на 1-часовую недельную нагрузку, в течении учебного года ( всего 36 часов ). ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ПРОГРАММЫ
ФОРМЫ КОНТРОЛЯ ДОСТИЖЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
ПРЕДПОЛАГАЕМЫЙ РЕЗУЛЬТАТ ОБУЧЕНИЯ Учащиеся должны знать:
уметь:
. Приложение 1 Дидактический материал для занятий Задача уровня региональных олимпиад по физике, требующая четкого анализа физических явлений и знания школьных курсов физики и математики в полном объеме на темы сила, масса, законы ньютона, равноускоренное движение по прямой, законы сохранения и изменения механической энергии, закон сохранения импульса, из коллекции задач по курсу Физики. Условие На длинной нити, перекинутой через блок, висят грузы массами и . На высоте над более легким грузом держат шайбу из пластилина массой (смотри рисунок). Известно, что . В некоторый момент грузы и приходят в движение без начальной скорости. Когда груз доходит до шайбы, ее отпускают без начальной скорости, и пластилиновая шайба прилипает к грузу . На какую максимальную высоту над начальным положением поднимется шайба? Трение и масса блока пренебрежимо малы. Нить невесомая и нерастяжимая, а ее участки, не лежащие на блоке, вертикальны. Показать решение Решение Рассмотрим движение грузов до момента их столкновения с шайбой из пластилина. Пусть — сила натяжения нити, — направленное вниз ускорение груза . В силу нерастяжимости нити это ускорение равно по величине и противоположно по направлению ускорению груза . Запишем уравнения движения для грузов и в проекции на вертикальную ось, направленную вниз: Рассмотрим движение грузов до момента их столкновения с шайбой из пластилина. Пусть — сила натяжения нити, — направленное вниз ускорение груза . В силу нерастяжимости нити это ускорение равно по величине и противоположно по направлению ускорению груза . Запишем уравнения движения для грузов и в проекции на вертикальную ось, направленную вниз: Вычитая эти уравнения друг из друга, получаем: . Аналогичным образом можно найти, что после прилипания пластилина к грузу его ускорение направлено вниз и равно . Этот результат можно получить и без записи уравнений движения: достаточно в найденном выше выражении для заменить массу на суммарную массу и учесть, что после прилипания пластилина ускорение груза будет положительным (так как . Пусть скорость грузов относительно земли до соударения с шайбой из пластилина была равна по величине . Так как нить нерастяжимая и блок невесомый, то при неупругом столкновении груза с пластилином возникнет кратковременное увеличение силы натяжения нити — рывок, после которого скорости всех трех тел станут одинаковыми по модулю и равными некоторой величине . Грузы и , жестко связанные нерастяжимой нитью, при столкновении с неподвижной пластилиновой шайбой ведут себя, как одно тело с массой , движущееся со скоростью . При этом проекция импульса системы на направление движения нити, очевидно, сохраняется: . Следовательно, после прилипания пластилина к грузу массой получившееся тело массой будет двигаться вверх с начальной скоростью и постоянным ускорением, направленным вниз, то есть равнозамедленно. Скорости и связаны с расстояниями и следующими кинематическими соотношениями: Учитывая записанное выше уравнение, связывающее скорости и , получаем: откуда . Ответ Шайба поднимется на максимальную высоту . Комбинированная задача, для решения которой требуется привлечение физических законов из разных тем и разделов школьного курса физики на темы центр масс, столкновения, из коллекции задач по курсу Физики. Условие Если направить поток протонов на кусок льда из тяжелой воды DO, то при минимальной кинетической энергии протонов МэВ происходит ядерная реакция с образованием ядер He. Какую минимальную кинетическую энергию надо сообщить ядрам дейтерия, чтобы при их попадании на кусок льда из обычной воды произошла эта же ядерная реакция? Показать решение Решение Рассмотрим оба опыта в системе отсчета, связанной с центром масс реагирующих частиц. Для того чтобы ядерная реакция произошла, необходимо сблизить частицы на некоторое минимальное расстояние. При этом в системе центра масс частицы, двигавшиеся навстречу друг другу со скоростями и , останавливаются, и их кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию взаимодействия. Ясно, что для начала реакции нужно, чтобы суммарная кинетическая энергия частиц (а значит, и скорость их сближения ) превосходила некоторое пороговое значение. Таким образом, минимально возможная для реакции скорость сближения частиц в обоих опытах должна быть одинакова. Релятивистскими эффектами в данной задаче можно пренебречь, поскольку кинетическая энергия протона много меньше его энергии покоя (примерно 1000 МэВ). Поэтому скорость сближения частиц, то есть их относительная скорость, в системе центра масс и в неподвижной лабораторной системе одинакова. В первом опыте скорость сближения частиц равна , а во втором — , где — масса протона, а — масса ядра дейтерия. Таким образом, мы приходим к соотношению , откуда . Учитывая, что , получаем МэВ. Ответ Ядрам дейтерия надо сообщить минимальную кинетическую энергию МэВ. Задача уровня региональных олимпиад по физике, требующая четкого анализа физических явлений и знания школьных курсов физики и математики в полном объеме на темы расчет составляющих теплового баланса, фазовые переходы, насыщенный пар, влажность, из коллекции задач по курсу Физики. Условие В сосуде находился лед при температуре . Туда влили воду массой кг, взятую при температуре . Каким может быть конечный объем системы , если установившаяся в системе температура: а) положительна? б) отрицательна? в) равна нулю? Плотности воды и льда и , их удельные теплоемкости и , удельная теплота плавления льда кДж/кг. Теплоемкостью сосуда и потерями теплоты пренебречь. Показать решение Решение Обозначим через начальную массу льда в сосуде. Рассмотрим возможные значения установившейся в системе температуры . а) Пусть . Тогда масса воды отдала количество теплоты , а масса льда получила количество теплоты на этапе нагревания до , затем при плавлении и при нагревании образовавшейся воды до установившейся температуры. Поскольку теплоемкостью сосуда и потерями тепла можно пренебречь, то из уравнения теплового баланса получаем: Определяемая из данного соотношения конечная температура положительна, если . Таким образом, масса льда лежит в интервале . Конечный объем содержимого сосуда связан с массой льда соотношением ; отсюда . Подстановка числовых данных в полученную формулу дает л. б) Пусть . Тогда масса воды отдала количество теплоты при охлаждении до , затем при замерзании, и при охлаждении образовавшегося льда до конечной температуры, а лед получил количество теплоты . Из уравнения теплового баланса получаем: Определенная из этой формулы установившаяся температура отрицательна, если ; при этом начальная масса льда превосходит критическое значение . Конечный объем системы должен удовлетворять неравенству . Подстановка числовых данных в полученную формулу дает л. в) Из проведенного выше рассмотрения следует, что конечная температура системы равна , если начальная масса льда удовлетворяет неравенству . В процессе установления равновесия вода отдала количество теплоты , лед получил количество теплоты ; следовательно, количество теплоты пошло либо на плавление массы льда (если ), либо на кристаллизацию массы воды при . При этом объем системы изменяется на величину и оказывается равным . Учитывая неравенство для начальной массы льда, приходим к соотношению: . Подстановка числовых данных дает . Ответ а) При : , или ; б) при : , или л; в) при : , или . Задача, уровня вступительных испытаний в вузы, требующая для решения грамотного использования как физических, так и математических познаний и умения применять стандартные приемы, изучаемые в школьных курсах физики и математики на тему переменный электрический ток, цепи переменного тока, трансформатор из коллекции задач по курсу Физики. Условие Электрическая цепь состоит из двух конденсаторов емкостью , двух одинаковых катушек индуктивности и идеального трансформатора с коэффициентом трансформации, равным единице. Если зарядить один из конденсаторов и замкнуть ключ, подсоединяющий его к трансформатору, в цепи возникнут гармонические колебания с частотой . Найдите возможные частоты гармонических электрических колебаний в цепи, если оба ключа замкнуты. Показать решение Решение При разомкнутом втором ключе трансформатор ведет себя, как катушка индуктивности . Частота электромагнитных колебаний в такой цепи . Отсюда можно найти : она равна . Пусть теперь оба ключа замкнуты. При этом в цепи возможны два вида гармонических колебаний: первый — когда силы токов, текущих через обмотки трансформатора, одинаковы по амплитуде и по фазе; второй — когда силы токов, текущих через обмотки трансформатора, одинаковы по амплитуде, но имеют противоположные фазы. В первом случае магнитные потоки через сердечник трансформатора будут складываться. Поэтому ЭДС индукции в обмотках трансформатора удвоится по сравнению со случаем разомкнутого ключа, что можно представить как эффективное удвоение индуктивности обмотки трансформатора. Частота колебаний в этом случае будет равна Во втором случае магнитные потоки через сердечник трансформатора будут вычитаться и скомпенсируют друг друга, поэтому ЭДС индукции в обмотках трансформатора наводиться не будет. При этом индуктивность обмотки трансформатора можно считать равной нулю, и частота колебаний будет равна . Заметим, что эту задачу можно решать и другим способом, записывая закон Ома для цепей переменного тока и решая получившуюся систему дифференциальных уравнений. Однако такой способ решения выходит за рамки школьной программы. Ответ Возможные частоты гармонических электрических колебаний в цепи, если оба ключа замкнуты, равны и . Задача уровня региональных олимпиад по физике, требующая четкого анализа физических явлений и знания школьных курсов физики и математики в полном объеме на темы равномерное движение материальной точки по прямой, баллистика (равноускоренное движение в пространстве), центр масс, закон сохранения импульса, из коллекции задач по курсу Физики. Условие Снаряд, летевший вертикально, взорвался в верхней точке своей траектории, распавшись на три осколка массами , и , которые полетели в разные стороны с одинаковыми начальными скоростями. Через некоторое время после взрыва расстояние между осколками и оказалось равным . Чему было равно в этот момент расстояние между осколками и , если ни один из осколков еще не достиг земли? Влиянием воздуха и массой взрывчатого вещества снаряда пренебречь. Показать решение Решение Перейдем в систему отсчета, падающую на землю с ускорением свободного падения . В этой системе отсчета осколки после взрыва движутся в разные стороны равномерно и прямолинейно с одинаковыми скоростями, равными начальной скорости, приобретенной в результате взрыва. Из закона сохранения импульса (примененного в инерциальной системе отсчета) следует, что начальные скорости осколков лежат в одной плоскости. Следовательно, в рассматриваемой системе отсчета все осколки после взрыва снаряда в любой момент времени располагаются на окружности с центром в точке взрыва. Изобразим эту окружность на рисунке, обозначив угол между направлениями разлета осколков и через , а угол между направлениями разлета осколков и через . Рассмотрим положения осколков в момент времени, когда расстояние между осколками и оказалось равным . Тогда из рисунка следует, что где — радиус изображенной окружности, — искомое расстояние. Поскольку, как уже говорилось, импульс рассматриваемой системы в процессе разрыва снаряда на осколки сохраняется неизменным, то из теоремы косинусов, примененной к треугольнику, построенному из векторов импульсов осколков, следует: где — начальная скорость осколков. Отсюда, с учетом заданных соотношений между , и , находим: , то есть угол разлета осколков и составляет . Из теоремы синусов, примененной к тому же треугольнику, получаем: откуда и . Используя тригонометрические формулы для половинного угла, найдем: откуда . Подставляя эти выражения в формулу для , получим ответ: . Ответ Расстояние между осколками и будет равно .
Задача уровня региональных олимпиад по физике, требующая четкого анализа физических явлений и знания школьных курсов физики и математики в полном объеме на темы законы сохранения и изменения механической энергии, сила, масса, законы ньютона, сила трения, основы кинематики твердого тела, из коллекции задач по курсу Физики Условие Велосипедное колесо, вся масса которого сосредоточена в его ободе, раскрутили вокруг оси, удерживая ее неподвижной в горизонтальном положении. При этом пришлось совершить работу , и вся эта работа пошла на увеличение механической энергии колеса. Затем колесо осторожно поставили на горизонтальную поверхность доски такой же массы, которая может без трения двигаться по столу. Какое максимальное количество теплоты может выделиться в системе, пока колесо не покинет доску? Колесо при движении все время остается в вертикальной плоскости. Показать решение Решение Пока колесо движется относительно доски с проскальзыванием, на него со стороны доски действует сила трения, увеличивающая скорость поступательного движения колеса и уменьшающая угловую скорость его вращательного движения. Доска при этом разгоняется в противоположном направлении. Когда скорость доски сравняется со скоростью точки колеса, соприкасающейся с доской, колесо начнет катиться по доске без проскальзывания, сила трения скольжения перестанет действовать в системе, и скорости тел изменяться перестанут, если пренебречь трением качения. Обозначим через массу колеса, совпадающую с массой доски, — радиус колеса, — скорость поступательного движения колеса, совпадающую по модулю и противоположную по направлению скорости доски, — угловую скорость вращения колеса, — коэффициент трения скольжения. Заметим, что , где — начальная угловая скорость колеса. Поскольку действующая между колесом и доской сила трения скольжения равна , а их массы одинаковы, уравнения поступательного движения для колеса и для доски запишутся также одинаковым образом: , или ; следовательно, центр колеса и доска движутся с ускорениями, равными по величине и противоположными по направлению. Для расчета зависимости угловой скорости вращения колеса от времени заметим, что изменение кинетической энергии системы за время , равное совпадает с работой силы трения за этот промежуток времени. Данная работа отрицательна и равна по модулю произведению величины силы трения на величину относительной скорости соприкасающихся участков тел и на промежуток времени , то есть . Таким образом, справедливо уравнение: из которого, с учетом выражения для /, получаем уравнение для угловой скорости колеса: . Из полученных выражений для линейных и угловых ускорений находим законы изменения скоростей поступательного и вращательного движения: и . Колесо начнет двигаться без проскальзывания при условии обращения в нуль относительной скорости нижней точки колеса и доски: , откуда для момента времени, в который это произойдет, получаем . В этот момент времени и , а кинетическая энергия системы равна . Следовательно, за время в системе выделится количество теплоты, равное , если колесо к этому моменту еще не успеет скатиться с доски. Ответ Максимальное количество теплоты, которое может выделиться в системе, пока колесо не покинет тележку, равно . Задача уровня региональных олимпиад по физике, требующая четкого анализа физических явлений и знания школьных курсов физики и математики в полном объеме на темы второе начало термодинамики, тепловые машины, расчет составляющих теплового баланса, из коллекции задач по курсу Физики. Условие Над молями идеального одноатомного газа проводят циклический процесс, график которого изображен на -диаграмме. Цикл состоит из вертикального (1-2) и горизонтального (3-1) участков и « лестницы» (2-3) из ступенек, на каждой из которых давление и объем газа изменяются в одно и то же количество раз. Отношение максимального давления газа к минимальному равно ; отношение максимального объема к минимальному также равно . Найдите КПД тепловой машины, работающей по данному циклу. Показать решение Решение Поскольку тепловая машина совершает за цикл положительную работу, рассматриваемый цикл проходится по часовой стрелке, в направлении 1-2-3. Для расчета КПД этой тепловой машины, равного отношению совершенной работы к количеству теплоты , полученному от нагревателей, обозначим через и минимальные давление и объем газа; тогда максимальные давление и объем будут равны и . Заметим, что на горизонтальном участке ступеньки объем возрастает в раз, а на вертикальном участке давление уменьшается в такое же число раз. В данном цикле газ получает теплоту на участке 1-2, а также на горизонтальных участках лестницы 2-3. Количество теплоты, полученное на участке 1-2, равно изменению внутренней энергии газа: . Далее, на -м горизонтальном участке лестницы ( изменяется в пределах от 1 до ) газ расширяется от объема до при постоянном давлении . При этом он совершает работу , изменяет свою внутреннюю энергию на и получает количество теплоты . На вертикальных участках « лестницы» газ не совершает работы и отдает теплоту. На участке 3-1 газ отдает теплолу и совершает отрицательную работу . Следовательно, суммарное количество теплоты, полученное от нагревателей, равно а совершенная работа Искомый КПД цикла равен Ответ КПД тепловой машины, работающей по данному циклу, равен Задача уровня региональных олимпиад по физике, требующая четкого анализа физических явлений и знания школьных курсов физики и математики в полном объеме на темы электромагнитная индукция, движение проводников в магнитном поле, динамика вращения, сила, масса, законы ньютона, из коллекции задач по курсу Физики Условие На конце невесомого проводящего стержня закреплен маленький металлический шарик, касающийся гладкой проводящей сферической поверхности радиусом м. Второй конец стержня закреплен в центре сферы при помощи проводящего шарнира так, что стержень может вращаться без трения вокруг него, сохраняя электрический контакт со сферой. Эта система помещена в однородное вертикальное магнитное поле с индукцией Тл и подключена к батарее так, как показано на рисунке. Если стержень закрутить вокруг вертикальной оси в определенном направлении с частотой рад/с и под определенным углом к вертикали, то этот угол и частота вращения в дальнейшем не будут меняться. Определите этот угол и ЭДС батареи. Ускорение свободного падения принять равным . Показать решение Решение Рассмотрим вначале процессы, которые будут происходить в данной системе, если не сообщать стержню сразу заданную скорость вращения вокруг вертикальной оси под определенным углом ней. При помещении нашей системы в магнитное поле и подключении ее к батарее в цепи пойдет ток. Если отклонить стержень от вертикали, то на него со стороны магнитного поля начнет действовать сила Ампера, направленная перпендикулярно магнитному полю и стержню и заставляющая стержень раскручиваться вокруг вертикальной оси, проходящей через шарнир. При таком раскручивании стержня в магнитном поле на его концах возникает ЭДС индукции, направленная навстречу ЭДС батареи (по правилу Ленца) и равная по величине где — угол между стержнем и вертикалью. Поскольку ЭДС индукции возрастает по мере увеличения частоты вращения стержня и угла между стержнем и вертикалью, то эта ЭДС в конце концов сравняется с ЭДС батареи, ток перестанет протекать через стержень, сила Ампера станет равной нулю, и угол и частота вращения стержня прекратят изменяться. В результате получится, что стержень движется, как конический маятник длиной , вращающийся с угловой скоростью под углом к вертикали. Найдем этот угол . На шарик действуют сила тяжести и суммарная сила реакции подвеса и опоры . Поскольку трения нет, то сила реакции опоры направлена, как и сила реакции подвеса, вдоль стержня. Равнодействующая всех сил является центростремительной силой , обеспечивающей вращение шарика вокруг оси. Уравнения движения шарика имеют вид: Отсюда , и , а ЭДС батареи равна Теперь представим себе, что мы с самого начала закрутили стержень с указанной в условии частотой под углом к вертикали, ЭДС батареи равна , а направление вращения таково, что ЭДС индукции в стержне компенсирует ЭДС батареи (для этого стержень должен вращаться по часовой стрелке, если смотреть на систему сверху). Тогда, очевидно, в дальнейшем это вращение и будет происходить с неизменной частотой и под найденным выше постоянным углом к вертикали. Заметим, что если закрутить стержень в противоположном направлении, то ЭДС индукции будет складываться с ЭДС батареи, в цепи пойдет большой ток, сила Ампера быстро затормозит вращение стержня, и он остановится в вертикальном положении. Замечание. У электродвигателей постоянного тока, вращающихся без нагрузки, ток холостого хода очень мал, несмотря на большое напряжение питания и небольшое сопротивление обмотки. Как и в только что разобранной задаче, в обмотке, вращающейся в магнитном поле, возникает « противоЭДС», почти полностью компенсирующая напряжение питания, и малый ток через обмотку обеспечивает силу Ампера, необходимую только для преодоления небольших сил трения в двигателе. Ответ угол между стержнем и вертикалью , ЭДС батареи В. Задача уровня региональных олимпиад по физике, требующая четкого анализа физических явлений и знания школьных курсов физики и математики в полном объеме на темы когерентность волн, интерференция света, волны, различные типы волн, скорость, частота и длина волны, принцип Гюйгенса, отражение и преломление волн, из коллекции задач по курсу Физики Условие Звуковая волна от удаленного источника падает на стену, имеющую вогнутую цилиндрическую форму, под углом, близким к , причем эта волна идет перпендикулярно оси цилиндра. Определите, в какую точку вблизи стены следует поместить чувствительный микрофон, чтобы он зарегистрировал максимально возможную интенсивность звука. Найдите расстояние от этой точки до стены и до оси цилиндра. Радиус цилиндра много больше размеров стены, но много меньше расстояния до источника. Длина волны звука много меньше размеров стены. Показать решение Решение Из условия следует, что при решении можно пользоваться приближением геометрической оптики и строить ход « лучей», как в оптических задачах. Рассмотрим звуковые волны, падающие на стену в близких точках и . Поскольку источник звука находится далеко от стены, падающие на нее « лучи» звука вблизи стены идут практически параллельно (смотри рисунок). После отражения вблизи точки луч распространяется по направлению ; после отражения вблизи точки , где угол падения (то есть угол между направлением распространения падающей волны и нормалью к стене) больше — по направлению . Лучи и пересекаются в точке , где получается « изображение» источника звука. В этой точке колебания складываются, интенсивность звука максимальна — там и должен располагаться микрофон. Пусть угол падения луча в точке равен , а в точке угол падения равен ; при этом длина дуги равна . Поскольку угол отражения звуковой волны равен углу ее падения, то из построения вытекает, что . При малых из треугольника по теореме синусов получаем, что откуда . Это расстояние как раз и можно считать расстоянием до стены, поскольку размеры стены намного меньше . Далее, поскольку , то расстояние можно найти из треугольника по теореме косинусов: Отсюда . Ответ , . Задача, уровня вступительных испытаний в вузы, требующая для решения грамотного использования как физических, так и математических познаний и умения применять стандартные приемы, изучаемые в школьных курсах физики и математики на тему неравномерное движение материальной точки по прямой, путь и перемещение из коллекции задач по курсу Физики. Условие Материальная точка движется вдоль координатной оси так, что ее скорость пропорциональна . Известно, что участок пути от точки с координатой м до точки с координатой м материальная точка прошла со средней скоростью м/с. С какими средними скоростями и были пройдены участки пути от точки до точки с координатой м и от точки до точки ? Показать решение Решение В соответствии с условием задачи, скорость материальной точки пропорциональна квадрату ее координаты, то есть , где — константа. Следовательно, участок пути от точки с координатой до точки с координатой ( — малое изменение координаты) будет пройден за время . Складывая промежутки времени, за которые материальная точка проходит различные малые участки пути, найдем, что время прохождения участка от точки до точки равно . Следовательно, средняя скорость на данном участке равна . Рассуждая аналогичным образом, можно найти, что и . Отсюда получаем пропорции: и . Таким образом, м/с и м/с. Ответ Средняя скорость на участке пути от точки до точки равна м/с, средняя скорость на участке пути от точки до точки равна м/с. Эвристические задания, обсуждаемые на занятиях. «Загадка Антарктиды». Итальянские ученые-полярники, совершив экспедицию в Антарктиду, столкнулись с удивительной загадкой. Близ залива Инглей они открыли ледяное ущелье, где постоянно дует сверхскоростной и сверххолодный ветер. Поток воздуха температурой минус 90 градусов мчится со скоростью 200 км в час. Неудивительно, что это ущелье назвали «вратами ада» – никто не может находиться там без риска для жизни больше одной минуты: ветер несет частицы льда с такой силой, что мигом рвет одежду в клочья. Предложите свою версию объяснения этого феномена. «Гипотеза». Составьте гипотетический рассказ на тему: «Если бы все одноименные электрические заряды притягивались, а разноименные заряды – отталкивались». «Способ». Представьте, что вы попали на необитаемую планету. Самое интересное, что вся поверхность этой планеты покрыта маленькими шариками. Слой шариков составляет порядка полутора метров. Предложите как можно больше способов передвижения по этой планете. «Опыты». Придумай как можно больше физических опытов с носовым платком. Дай краткие пояснения каждому случаю. Какие из придуманных тобой опытов можно показывать как фокусы? Каким образом? «Скрип». Исследуй такое явление, как скрип. Какие бывают скрипы? Как скрип возникает? От чего зависит сила скрипа? Попытайся найти самые необычные факты и дай им объяснение. Где в жизни можно с пользой применять такое явление как скрип? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. В.И.Лукашик, Е.В.Иванова. Сборник школьных олимпиадных задач по физике 7-11 классов. М. «Просвещение» 2007г. 2. В.И.Лукашик. Физическая олимпиада.- М.»Просвещение» 1987г. 3. Г.И.Лернер. Решение школьных и конкурсных задач. Новая школа М. 1995г. 4. Л.Э.Генденштейн и др. Решение ключевых задач по физике для основной школы. «Илекса». М.2005г. 5. И. К.Турышев и др. Решение задач с элементами исследования в 9-11 классах средней школы. Владимир -1993г. 6. Г.А.Бендриков и др. Задачи по физике для поступающих в ВУЗы. Москва «Наука». 1984г. 7. А.И.Буздин и др. Задачи московских физических олимпиад. М.1988г. 8. Б.Ю.Коган. Сто задач по электричеству. М.1976г. 9. Б.Ю.Коган. Сто задач по механике. М.1973г. 10. В.А.Буров и др. Фронтальные экспериментальные задания по физике. М. «Просвещение» 1985г. 11. Практикум по физике в средней школе. Под редакцией А.А.Покровского. М.»Просвещение». 1982г. 12. А.В.Усова, А.А.Бобров «Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики». Интернет-сайты.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||