Применение исследовательских задач в преподавании физики и подготовке к соревнованиям школьников

 

3) Расчетные олимпиадные задачи. Самый традиционный олимпиадный жанр. Для 7-8 классов «действие» традиционных олимпиадных задач было перенесено в космическое пространство (реальное или фантастическое), задачи для 9-11 классов были основаны на явлениях астрономии, физики Земли, космонавтики и авиации.

 

(9 класс, 2005 г.) Подлетев к незнакомой планете, космический корабль перешел на низкую круговую орбиту. Смогут ли космонавты, пользуясь только часами, определить среднюю плотность вещества планеты? Как?

Напоминаем на всякий случай, что объем шара радиуса R вычисляется по формуле V = 4πR³/3

Ниже размещены  три задачи с решениями из Космической Одиссеи разных лет.

 

 

 

 

 

Спутник для Евгении. (9-11 класс, 2008 г.) На снимке вы видите редкое явление природы – астероид  Евгения со спутником. Спутник диаметром 13 км вращается вокруг астероида диаметром 215 км по почти круговой орбите радиусом 1190 км и совершает полный оборот за 4,7 суток.

Можете ли вы с помощью  этих данных определить плотность астероида? Из какого вещества, по вашему мнению, он может состоять?

Решение

Напоминаем на всякий случай, что объем шара радиуса R вычисляется по формуле V = 4πR³/3

 

Корабль обращается по орбите радиусом r=1190км ) с периодом T=4,7сут под действием гравитационной силы. Запишем второй закон Ньютона для корабля:

. (1)

Средняя плотность планеты  радиуса R

, (2)

Из формул (1), (2) получаем:

(3)

Подставив данные, получим  ρ=1160кг/м³.

Эта плотность ненамного  больше плотности воды. Это означает, что астероид может иметь пористое строение,  либо состоять из водяного льда с небольшой примесью камней.

Великолепная  восьмерка. (9-11 класс, 2005 г.)

На фото представлен  хорошо вам известный космический  объект, снятый с земной поверхности.

1. Что это за объект?

2. Как проводились  съемки?

3. Почему на фото  получилась «восьмерка»?

РЕШЕНИЕ. На фотографии 36 изображений Солнца, снятые в разные дни года в одно и то же время суток, при этом фотокамера не меняла своего положения. Если бы движение Солнца по небесной сфере было равномерным, то изображения располагались бы по дуге окружности (например, при съемке в 12.00 местного времени Солнце было бы видно строго на юге на разной высоте). Поскольку движение Солнца неравномерно, его положения в одно и то же время суток немного смещены, и вместо дуги окружности получается восьмерка. Такая кривая (положение Солнца в одно и то же время суток в разные дни года) называется аналема.

 

Взгляд со стороны (7 класс, 2005 год) На фото – снимок Земного шара. Какое явление наблюдает человек, находящийся в черном пятне? А человек, находящийся в серой области вокруг этого пятна? Почему форма пятен именно такая?

РЕШЕНИЕ. Человек в черном пятне видит полное солнечное затмение – пятно возникает потому, что Луна закрывает эту область Земли от солнечных лучей. На серую область попадают лучи только от части солнечного диска. Человек видит эту часть – и называет это частным солнечным затмением. Пятна имеют форму круга, потому что это тень от шара (Луны).

 

Заключение

На первый взгляд кажется, что подготовка турнирной команды – неразрешимая задача.

В моей разработке показано, что очень сложная турнирная  задача при детальном рассмотрении сводится к нескольким задачам попроще. Точно так же задача подготовки к  турниру сводится к ряду более простых:

• Набор кружка и создание команды;
• Нахождение подхода к турнирным задачам;
• Освоение методов физических исследований: оценочные задачи, дополнительные главы физики и математики, выбор физической модели, эксперимент;
• Подбор литературы;
• Решение турнирных задач;
• Обсуждение и доводка решений;
• Подготовка и репетиция докладов.

Думаю, Вы согласитесь, что  каждая из этих задач уже не кажется  неприступной.

Понятно, что одного желания  руководителя недостаточно, чтобы в  школе появилась турнирная команда. И руководителю, и ученикам придется затратить много сил и времени – и это основная трудность на этом пути. Почему же все-таки находятся и учителя, и дети, которые бросаются в это дело с головой?

Ученик при этом чувствует, что он стал лучше понимать физику и здорово научился решать тестовые, конкурсные и олимпиадные задачи. Еще бы – многие физические законы он вывел для себя сам, работая над турнирными задачами. Многие турнирные бойцы стали студентами, еще не закончив школу. И в университете они становятся одними из лучших – потому что уже школьниками почувствовали вкус научной работы.

Учителю же подготовка турнирной  команды дает ни с чем не сравнимый  рост физической квалификации. Ему  теперь по плечу олимпиадные задачи любого уровня – вплоть до международного. Он видит, что знания, полученные в институте, не лежат мертвым грузом, но активно используются. И, конечно, большое удовольствие доставляют победы воспитанников.

Так что собирайте  группу учеников, интересующихся физикой  – и начинайте подготовку. Успехов Вам!

 

Литература

1. XI Турнир юных физиков. Ст. в журнале «Квант», № 8/88, стр. 61.
2. Асламазов Л.Г., Варламов А.А. Удивительная физика. Серия «Библиотечка «Квант», вып. 63 – М.: Наука, Главная редакция физ.-мат. литературы, 1988.
3. Енохович А.С. Справочник по физике и технике. – М.: Просвещение, 1989.
4. Зельдович Я.Б., Яглом И.М. Высшая математика для начинающих физиков и техников. – М.: Наука, Главная редакция физ.-мат. литературы, 1985.
5. Меледин Г.В. Физика в задачах. – М.: Наука, Главная редакция физ.-мат. литературы, 1989.
6. Перельман Я.И. Занимательная физика. М.: Наука, Главная редакция физ.-мат. литературы, 1988.
7. Тарасов Л.В. Физика в природе: Кн. для учащихся. – М.: Просвещение, 1988.
8. Турниры – не просто игра, Турниры – это серьезно. Сост. – Колебошин В.Я., Виктор П.А. – Одесса: ИУУ, 2002.
9. Уокер Дж. Физический фейерверк. Пер. с англ. – М.: Мир, 1979.
10. Хилькевич С.С. Физика вокруг нас. Серия «Библиотечка «Квант», вып. 40 – М.: Наука, Главная редакция физ.-мат. литературы, 1985.