5. Алгоритм решения физических задач

Несмотря на различие типов физических задач и дидактических целей их решения в разных классах, в педагогической практике и методической литературе уже сложилась общая точка зрения на процесс решения задач как часть обучения и воспитания учащихся на конкретном физическом материале. В связи с этим в последние годы все большее внимание привлекают к себе вопросы алгоритмизации решения задач. [2]

Алгоритм - описание последовательности действий (план), строгое исполнение которых приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов.

Алгоритм - это набор точных предписаний, однозначно задающих содержание и последовательность выполнения шагов (действий) для решения определённого класса задач. Каждый шаг алгоритма должен быть однозначно определён и понятен исполнителю. [11]

Алгоритм может быть общим и содержать последовательность действий, не зависящую от того, к какому разделу курса физики относится задача. Возможно составление частных алгоритмов решения задач или последовательности действий при решении задач по тому или иному разделу курса физики, по той или иной теме.

Виды алгоритмов:

♦ линейный (последовательный) - описание действий, которые выполняются однократно в заданном порядке;

♦ циклический - описание действий, которые должны повторяться указанное число раз или до тех пор, пока не выполнится заданное условие;

♦ разветвляющийся – алгоритм, в котором в зависимости от условия выполняется та или иная последовательность действий;

♦ вспомогательный – алгоритм, который можно использовать в других алгоритмах, указав только его имя. [11]

В качестве примера приведен алгоритм решения задач на газовые законы:

1. Чтение и разъяснение условия задачи.

2. Краткая запись условия задачи.

3. Перевод значений величин в СИ.

4. Анализ задачной ситуации:

- выделить объект (газ), состояние которого исследуется;

-сделать рисунок, отметив параметры, характеризующие каждое состояние газа;

-установить, какие параметры газа изменяются;

-переформулировать условие задачи на языке физической модели.

5. Создание математической модели задачи:

-записать уравнение Клапейрона, если не меняются масса и состав газа;

-записать формулу одного из газовых законов, если не меняются масса и состав газа и один из параметров его состояния;

-записать уравнение Менделеева-Клапейрона, если меняются масса и состав газа, а также параметры его состояния;

-записать дополнительные уравнения;

-выразить искомую величину.

6. Выполнение вычисления.

7. Проверка и анализ ответа. [13]

6. Типы задач по физике для средней школы

1.Основы кинематики

1.1 Равномерное прямолинейное движение:

• относительность движения (нахождение скорости, времени и перемещения);

• уравнение движения (нахождение скорости и перемещения);

• графики движения и скорости.

1.2 Неравномерное прямолинейное движение:

• расчет средней скорости (путевой и перемещения);

1.3 Равноускоренное прямолинейное движение:

• расчет параметров движения (скорости, перемещения, пройденного пути и ускорения);

• уравнение движения (нахождение скорости, ускорения и перемещения);

• графики движения, скорости, пройденного пути и ускорения.

• расчет параметров свободного падения и движения тела, брошенного вертикально вверх.

1.4 Криволинейное движение:

• расчет параметров равномерного движения по окружности;

• расчет параметров движения тела, брошенного горизонтально;

• расчет параметров движения тела, брошенного под углом к горизонту.

2. Основы динамики

2.1 Движение тел по вертикали

• расчет параметров движения и взаимодействий при движении одного тела;

• расчет параметров движения и взаимодействий при движении двух и более тел.

2.2 Движение тел по горизонтальной поверхности

• расчет параметров движения и взаимодействий при движении одного тела;

• расчет параметров движения и взаимодействий при движении двух и более тел.

2.3 Движение тел по наклонной плоскости

• расчет параметров движения и взаимодействий при движении одного тела;

• расчет параметров движения и взаимодействий при движении двух и более тел.

2.3 Движение тел по окружности

• расчет параметров движения и взаимодействий при движении тела.

3.Законы сохранения в механике

3.1 Закон сохранения импульса

• изменение импульса тела, взаимосвязь импульса тела и импульса силы;

• сохранение импульса замкнутой системы тел.

3.2 Работа и мощность силы

• работа постоянной силы;

• работа изменяющейся силы;

• мощность силы.

3.3 Механическая энергия. Закон сохранения и превращения механической энергии

• расчет потенциальной энергии взаимодействия и кинетической энергии движения;

• взаимное превращение потенциальной энергии взаимодействия и кинетической энергии движения;

• изменение потенциальной энергии взаимодействия и кинетической энергии движения при совершении силой или силами работы;

• расчет упругих и неупругих взаимодействий тел.

4. Статика

4.1 Равновесие тел, не имеющих оси вращения.

4.2 Устойчивость равновесия.

4.3 Равновесие тел, имеющих неподвижную ось вращения.

4.4 Равновесие тел, имеющих подвижную ось вращения.

4.5 Давление жидкостей на дно и стенки сосуда.

4.6 Однородная и разнородные жидкости в сообщающихся сосудах.

4.7 Действие силы Архимеда.

4.8 Гидравлическая машина.

4.9 Центр масс (тяжести) системы тел (материальных точек).

5.Механические колебания и волны

5.1Механические колебания

• расчет параметров механического колебания;

• уравнение колебательного движения;

• расчет параметров колебательных систем.

5.2 Механические волны.

6.Электростатика.

6.1Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда.

6.2 Взаимодействие заряженных тел.

6.3 Напряженность электростатического поля одного или нескольких зарядов.

6.4 Заряд в однородном электростатическом поле.

6.5 Потенциал поля одного или нескольких зарядов.

6.6 Обмен тел зарядами при их соединении.

6.6 Потенциальная энергия электростатического взаимодействия и ее изменение при совершении работы.

6.7 Электроемкость уединенных проводников.

6.8 Расчет параметров конденсаторов.

6.9 Энергия конденсаторов.

6.10 Закономерности соединения конденсаторов.

7.Законы постоянного тока

7.1 Сила и плотность тока и их зависимость от различных параметров.

7.2 Сила тока в резисторах при их различном соединении.

7.3 Зависимость сопротивления проводников от способа их соединения, размеров и температуры.

7.4 Конденсаторы в участке цепи при различных соединениях резисторов.

7.5 Расширение пределов измерения электроизмерительных приборов.

7.6 Расчет параметров источников и элементов электрической замкнутой цепи.

• различные виды соединения резисторов;

• различные виды соединения источников тока;

• короткое замыкание.

7.7 Мощность постоянного электрического тока при последовательном и параллельном соединении резисторов.

7.8 Электронагревательные приборы.

7.9 К.П.Д. источника тока, электропотребителей.

7.10. Проводимость различных сред.

7.11 Электролиз.

8. Магнитное поле постоянного тока

8.1 Расчет параметров магнитного поля постоянного тока.

8.2 Сила Ампера.

8.3 Сила Лоренца

• движение частиц по окружности;

• движение частиц по спирали.

9.Электромагнитная индукция

9.1 Правило Ленца.

9.2 Явление электромагнитной индукции

• при изменении вектора магнит ной индукции;

• при изменении площади контура;

• при изменении угла ;

• при движении проводника в магнитном поле;

• самоиндукция.

10 Электромагнитные колебания и волны

10.1 Электромагнитные колебания

• расчет параметров электромагнитного колебания;

• уравнение колебательного движения;

• расчет параметров колебательных систем.

10.2 Переменный ток

• расчет параметров переменного тока и элементов электрической цепи;

• расчет трансформатора.

10.3 Электромагнитные волны.

11. Оптика

11.1 Лучевая оптика

• законы отражения света;

• построение изображений в зеркалах;

• показатель преломления среды и скорость света;

• законы преломления света;

• формула тонкой линзы;

• построение изображений.

11.2 Волновая оптика

• интерференция света;

• дифракция света.

11.3 Квантовая оптика

• световые кванты;

• законы фотоэффекта;

• давление света;

• волны де Бройля.

12.Элементы СТО

13.Физика атома

13.1 Ядерная модель атома.

13.2 Квантовые постулаты Бора.

13.3 Соотношение неопределенностей.

14.Молекулярная физика

• основное уравнение МКТ;

• изопроцессы, газовые законы;

• уравнение состояния идеального газа;

• влажность воздуха;

• поверхностное натяжение;

• капиллярное поднятие жидкости;

• упругие свойства твердых тел.

15. Основы термодинамики

• первое начало термодинамики;

• применение первого закона термодинамики к изопроцессам;

• тепловые двигатели, КПД;

• уравнение теплового баланса.

16.Физика ядра

• радиоактивность;

• энергия связи;

• ядерные реакции.