4. Практичні заняття із загальної фізики
У ході вивчення загального курсу фізики, крім засвоєння основних теоретичних знань, які складають зміст цієї навчальної дисципліни, студенти повинні навчитись використовувати ці знання на практиці для розв’язування практичних завдань. Цій меті, зокрема, підпорядковані аудиторні практичні заняття, а також самостійна робота студентів з виконання домашніх та індивідуальних завдань з розв’язування фізичних задач та тестових завдань.
Практичні заняття – це вид навчальних занять, на яких студенти під керівництвом викладача набувають вмінь і практичних навичок застосовувати одержані теоретичні знання і, перш за все, опановують методику розв’язування фізичних задач. При підготовці до практичних занять, а також при їх проведенні, студенти вивчають лекційний матеріал, опрацьовують рекомендовану літературу, виконують домашні завдання з розв’язування задач.
Фізику не можна вивчити, якщо не навчитись розв’язувати фізичні задачі. Фізична задача – це фізичне явище, точніше його словесна модель з деякими відомими фізичними величинами, які це явище характеризують. Розв’язати фізичну задачу означає знайти (встановити) невідомі зв’язки між фізичними величинами або ж визначити шукані фізичні величини. На практичних заняттях із загального курсу фізики і вдома студенти розв’язують текстові кількісні теоретичні задачі. Теоретичною фізичною задачею називають фізичне явище (або сукупність явищ) з деякими невідомими і відомими фізичними величинами, які характеризують це явище, якщо таку задачу розв’язують, не використовуючи фізичних вимірювань.
Розв’язування фізичних задач сприяє розвитку логічного мислення. В ході розв’язування задач студенти набувають умінь і навичок практичного застосування наукових знань. Розв’язування кожної задачі вимагає подолання певних труднощів, пов’язаних з розкриттям причинно-наслідкових зв’язків між фізичними явищами і величинами, які їх визначають. Набуті уміння і навички в розв’язуванні задач стимулюють студентів до самостійного набуття нових знань і прояву творчих здібностей. У них утверджуються вольові риси характеру, відбувається активізація розумових сил, приходить усвідомлення того, що розв’язування задач потребує цілеспрямованості, зосередженості і повної самовіддачі.
При розв’язуванні теоретичних кількісних задач з механіки доцільно дотримуватись такої послідовності дій:
Уважно прочитати задачу і зрозуміти її зміст.
У конспект необхідно записати повний текст умови задачі, оскільки у будь-якій задачі з фізики кожне слово є інформативним, тобто часто в певних словах виражена так звана «прихована умова задачі». Наявність в конспекті повного тексту умови задачі дає можливість студенту більш ефективно здійснювати самостійну роботу щодо повторення навчального матеріалу, спрямовану на підготовку до контрольної роботи, модульного контролю чи семестрового іспиту.
Записати коротко в «Дано» умову задачі, включаючи і табличні дані. У лаконічній формі необхідно записати характеристики руху. Наприклад, якщо в умовах задачі сказано, що тіло рухається рівномірно і прямолінійно, то в «Дано» потрібно записати
.
Якщо ж за умовою задачі на тіло діє
постійна сила, то треба записати
.
Якщо ж в умові задачі сказано, що тіло
рухається без тертя, то треба записати,
що коефіцієнт тертя дорівнює нулю,
тобто
.Перевести значення фізичних величин у систему одиниць СI. У тому випадку, коли ці величини задані в літерних виразах, у «Дано» достатньо лише вказати, що вони виражені в СI.
Зробити рисунок або схему, яка прояснює умову задачі. При розв’язуванні задач з механіки, в яких часто використовуються векторні величини, це є дуже важливим.
Продумати теоретичну базу розв’язування задачі, тобто вияснити, якими фізичними законами, правилами, співвідношеннями між величинами, поданими в умові задачі, треба скористатись. У разі необхідності треба звернутись до тих розділів підручника, довідника чи конспектів лекцій, в яких розглянуто теоретичний матеріал, що відповідає змісту задачі.
Розв’язати задачу в загальному вигляді (у літерних виразах) і одержати робочу формулу, тобто виразити шукану величину через величини, які є в умові задачі.
Перевірити одержаний розв’язок задачі за допомогою аналізу розмірності фізичних величин. Для цього потрібно, записавши шукану величину в квадратні дужки, виразити всі величини в правій частині формули в одиницях вимірювань цих величин в СI. При правильному розв’язуванні задачі ви одержите одиницю вимірювання шуканої величини у вибраній системі одиниць.
Підставити числові значення та одержати відповідь.
Зробити аналіз одержаної відповіді і оцінити її правдоподібність.
Розв’язування задач, в певному сенсі, є гімнастикою для розуму. Тому якщо ви вирішили навчитись розв’язувати задачі з механіки, то налаштовуйтесь на систематичну роботу. Не відкладайте все на останній день. Якщо задача не виходить, то не відкидайте її, не опускайте руки і не розслабляйтесь. Уміння розв’язувати задачі досягається багаторазовими вправами. Не забувайте при розв’язуванні задач використовувати свої знання з математики. Дуже часто студенти-першокурсники навіть уявляючи хід розв’язування задачі не можуть довести її до кінця через свою слабку математичну підготовку. У цьому випадку доведеться попрацювати над повторенням і засвоєнням математичного апарату механіки.
З методикою і прикладами розв’язування задач з різних розділів механіки та інших курсів загальної фізики можна детально ознайомитись в задачниках і в навчальних посібниках [47-60]. На сайті «Образовательный проект А.Н. Варгина» (http://www.physics-vargin.net/zadathi_1.html) усі бажаючі можуть у вільному доступі знайти заархівовані класичні задачники з усіх розділів загальної фізики, які мають детальні розв’язки з поясненнями. На нашу думку, у разі потреби краще ознайомитись і розібратись з ходом розв’язування задачі в цих книгах, ніж бездумно списувати в сусіда по парті чи в будь-кого, не вникаючи в суть задачі. На одній із сторінок цього сайту у вільному доступі є, зокрема, написаний англійською мовою посібник із розв’язаними задачами із задачника І.Є. Іродова [47], який є основним при проведенні практичних занять на фізичному та на радіофізичному факультетах. Для оптимізації роботи з цим джерелом, а також з іншими джерелами, написаними іноземними мовами, студентам-першокурсникам доцільно використовувати Порівняльний фізичний словник «Механіка та молекулярна фізика», який є Додатком №4 до цього посібника. Його також можна використовувати і при перекладі наукової літератури з механіки та навчально-тренувальних фізичних текстів, які рекомендують студентам-фізикам для самостійного опрацювання при вивченні іноземних мов.