Приёмы и методы

C.А.ЖДАНОВ,
МОУ СОШ № 6, г. Липецк
lipschool6@lipetsk.ru
sc6@comin.fo.lipetsk.ru
www.sc6.lipetsk.ru

Организация повторения курса физики в выпускном классе

Согласно классическому планированию учебного материала, в конце изучения любого предмета обязательно следует итоговое повторение изученного за курс средней школы. Проведение серии повторительно-обобщающих уроков – одно из основных звеньев методически продуманной системы уроков, которая помогает решать задачи развивающего обучения. Основная цель заключительного повторения сводится не только к обобщению и закреплению основных ключевых физических закономерностей, но и к развитию логических умений анализировать, конкретизировать полученные сведения (а их не так уж и мало!), а также приводить их в определённую систему, используя всевозможные методы повторения материала.

Сегодня учителю предоставлено право использовать любой учебно-методический комплект, включённый в Федеральный перечень. Одним из широко распространённых является УМК В.А.Касьянова. Да, он вызывает много нареканий (слишком сложен, перегружен математическими выкладками, много лишнего), однако, по моему мнению, всё же подходит для любого профиля обучения, а главное, основной акцент автор делает на научный и мировоззренческий аспекты образования, являющиеся важнейшими составляющими интеллектуального потенциала страны.

Изучение курса физики в 11-м классе предполагается заканчивать примерно в апреле, а оставшиеся 1–1,5 месяца отводятся на повторение. Имея некоторый практический опыт использования этого УМК в течение 4 лет, смею утверждать, что в классах универсального профиля (2 ч/нед.), а тем более профилях естественного цикла (4 и более часов в неделю), указанные сроки итогового повторения можно свободно выдержать. Безусловно, предлагаемое автором планирование (см.: Касьянов В.А. Физика. 11-й кл.: Тематическое и поурочное планирование. – М.: Дрофа, 2002, с. 55–56), в котором на повторение отводится 28 ч, определяет лишь ориентир для деятельности творчески работающего педагога.

Мною была опробована следующая организация итогового повторения: весь учебный материал был разбит на 13 блоков занятий в соответствии с ключевыми темами курса физики (Кинематика материальной точки. Динамика материальной точки. Законы сохранения. Механические колебания и волны. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Термодинамика. Твёрдое тело, жидкость и пар. Электростатика. Постоянный электрический ток. Магнетизм. Электромагнитные колебания и волны. Геометрическая и волновая оптика. Физика атомного ядра), и в каждый блок включались уроки теоретического повторения, практического закрепления и контроля знаний.

Обычно на каждую тему отводилось не более двух часов: на первом – фронтальное обобщение материала по данному разделу и решение типовой задачи, в которую включались все ключевые моменты рассматриваемой темы; на втором – вариант решения тематической экспериментальной задачи и итоговая контролирующая работа, обычно в виде теста с небольшим количеством вопросов и одной-двумя задачами средней степени сложности. Выбор предлагаемой формы обусловлен тем, что, во-первых, предлагаемое планирование укладывается примерно в 25–26 уроков, что соответствует заявленным временным рамкам повторения, во-вторых, позволяет достаточно глубоко восстановить физическую сущность природных явлений, сделав шаг к формированию единой физической картины мира.

Можно возразить, что за один урок невозможно вспомнить все законы и формулы, например, динамики или геометрической и волновой оптики. Однако нельзя забывать, что на этапе повторения и обобщения ставится цель не вновь рассмотреть весь материал (за пять школьных лет толковый ученик вполне в силах усвоить основные вехи физики, причём в 10–11-м классах это изучение идёт на достаточно высоком уровне по тому же учебнику В.А.Касьянова), а лишь восстановить в памяти и обобщить. В арсенале учителя – богатая палитра средств и методов, позволяющая ученикам вспомнить законы и формулы, а также физический смысл процессов. Повторение на итоговых уроках должно сопровождаться образованием многосторонних связей между изученным материалом на основе проблемных вопросов и решения познавательных задач. Можно, конечно, записать все известные формулы и сформулировать основные законы, хотя эту работу необходимо поручить сделать самим учащимся в качестве опережающего домашнего задания, а можно разнообразить деятельность составлением ситуативных таблиц по теме или использованием готового материала (заранее написанного на доске или размноженного для индивидуального использования). (См., например, справочное пособие «Физика в таблицах. 7–11-й кл.» (авт.-сост. В.А.Орлов. – М.: Дрофа, 1997)).

Удобство подобных таблиц, пример которых дан ниже, очевидно: обобщение и повторение сводится не к формальному восстановлению имеющихся знаний, а к построению замкнутого образа рассматриваемых явлений и процессов.

Для закрепления целесообразно решить на уроке задачу рассматриваемой тематики, носящую комплексный характер, т.е. по возможности охватывающую наиболее общие закономерности. Умение решать задачи – главный критерий качества усвоения материала, и чем разнообразнее спектр применяемых при решения задач знаний, тем выше интеллектуальный потенциал учащегося.

ЗАКОНЫ НЬЮТОНА
Параметр	Первый закон	Второй закон	Третий закон
Физическая система	Макроскопическое тело		Система из двух тел
Модель	Материальная точка		Система из двух материальных точек
Описываемое явление	Состояние покоя или равномерного прямолинейного движения	Движение с ускорением	Взаимодействие тел
Суть закона	Постулирует существование инерциальной системы отсчёта (если то )*	Взаимодействие определяет изменение скорости , т.е. ускорение	Силы действия и противодействия равны по модулю, противоположны по направлению, приложены к разным телам, имеют одну природу: F12 = –F21
Примеры проявления	Движение космического корабля вдали от притягивающих тел	Движение планет, падение тел на Землю, торможение и разгон автомобиля	Взаимодействие тел: Солнца и Земли, Земли и Луны, бильярдных шаров
Границы применимости	Инерциальные системы отсчёта. Макро- и микромир. Движение со скоростями, много меньшими скорости света

* Жирным курсивом обозначаются векторы.

Можно задаться вопросом: а зачем вообще решать задачи при повторении? Многим физика вообще не нужна, а количество сдающих её в качестве экзамена на итоговой аттестации невелико. Ответ очевиден: а как же дифференциация обучения? индивидуальный подход? Кому нужна физика – свой набор задач, остальным – лишь обзорно, на ключевые закономерности, но каждый должен быть занят делом. Предлагаю набор многоуровневых задач* для подготовки к итоговой аттестации (нумерация соответствует типовым билетам Минобрнауки РФ**).

_____________________________________

*За основу взят «Сборник задач по физике. 10–11-й кл.», 9-е изд. (сост. Г.Н.Степанова. – М.: Просвещение, 2003).

**См. также «Физику» № 14/03. – Ред.

Билет № 1 (задача на применение законов сохранения массового числа и электрического заряда)

1. Какой изотоп образуется из после четырёх -распадов?

2. Известно, что одна a-частица из двух миллионов частиц энергией 8 МэВ вызывает превращение ядра алюминия-27 в кремний-30. Напишите уравнение этой ядерной реакции. Какую энергию надо затратить, чтобы осуществить превращение всех ядер, содержащихся в 1 г алюминия?

Билет № 3 (задача на определение периода и частоты свободных колебаний в контуре)

1. При изменении тока в катушке индуктивности на 1 А за время 0,6 с в ней возбуждается ЭДС, равная 0,2 В. Какую длину будет иметь радиоволна, излучаемая генератором, контур которого состоит из этой катушки и конденсатора ёмкостью 14 100 пФ?

2. В катушке входного контура приёмника индуктивностью 10 мкГн запасается при приёме волны максимальная энергия 4 ^. 10^–15 Дж. Максимальная разность потенциалов на конденсаторе контура равна 5 ^. 10^–4 В. Определите длину волны, на которую настроен приёмник.

Билет № 4 (задача на применение первого закона термодинамики)

1. Аргон занимает объём 2,5 л при давлении 10⁵ Па. На сколько изменилась внутренняя энергия газа, если при сжатии его до объёма 0,25 л давление повысилось в 20 раз?

2. Объём кислорода массой 160 г, температура которого 27 °С, при изобарном нагревании увеличился вдвое. Найдите работу газа при расширении, количество теплоты, которое пошло на нагревание кислорода, изменение внутренней энергии.

3. Для изобарного нагревания газа в количестве 800 моль на 500 К ему сообщили количество теплоты 9,4 МДж. Определите работу газа и приращение его внутренней энергии.

Билет № 6 (задача на движение или равновесие заряженной частицы в электрическом поле)

1. В направленном вертикально однородном электрическом поле находится пылинка массой 10^–9 г и зарядом 3,2 ^. 10^–17 Кл. Какова напряжённость поля, если сила тяжести пылинки уравновешена силой электрического поля?

2. Электрон движется по направлению силовых линий однородного поля, напряжённость которого равна 1,2 В/см. Какое расстояние он пролетит в вакууме до полной остановки, если его начальная скорость 1000 км/с? Сколько времени будет длиться этот полёт?

Билет № 7 (задача на определение индукции магнитного поля по закону Ампера или по формуле для расчёта силы Лоренца).

1. В масс-спектрографе заряженные частицы ускоряются на участке длиной L электростатическим полем и, попав в магнитное поле индукцией B, описывают окружность радиусом R. Выведите формулу для расчёта удельного заряда частицы q/m, если ускоряющее напряжение равно U, а начальная скорость частицы равна нулю.

2. По горизонтально расположенному проводнику длиной 20 см и массой 4 г течёт ток 10 А. Найдите индукцию (модуль и направление) магнитного поля, в которое нужно поместить проводник, чтобы сила тяжести уравновешивалась силой Ампера.

3. Электрон движется в однородном магнитном поле индукцией B = 4 мТл. Найдите период обращения электрона.

Билет № 8 (задача на применение уравнения Эйнштейна для фотоэффекта)

1. Пороговая чувствительность сетчатки человеческого глаза к жёлтому свету ( = 600 нм) составляет 1,7 ^. 10^–18 Вт. Сколько фотонов при этом ежесекундно попадает на сетчатку глаза?

2. При увеличении в два раза энергии фотонов, падающих на металлическую пластинку, максимальная энергия вылетающих фотоэлектронов увеличилась в три раза. Определите работу выхода электронов из этого металла, если первоначальная энергия фотонов 10 эВ.

3. Работа выхода электронов из ртути равна 4,53 эВ. При какой частоте излучения запирающее напряжение равно 3 В?

Билет № 10 (задача на определение показателя преломления прозрачной среды)

1. Луч света падает на поверхность жидкости из воздуха под углом 40° и преломляется под углом 24°. При каком угле падения угол преломления будет равен 20°?

2. Какова толщина H плоскопараллельной стеклянной пластинки, если точку, нанесённую чернилами на заднюю сторону пластинки, наблюдатель видит на расстоянии 5 см от передней поверхности пластинки? Луч зрения перпендикулярен поверхности пластинки. Показатель преломления стекла равен 1,6. Для малых углов принять tg sin ( выражается в радианах).

Билет № 11 (задача на применение закона электромагнитной индукции)

1. В магнитном поле индукцией 0,25 Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции со скоростью 0,50 м/с движется проводник длиной 1,2 м. Определите ЭДС индукции в проводнике.

2. Индуктивность катушки 0,1 мГн. При какой силе тока энергия магнитного поля равна 10^–4 Дж?

Билет № 12 (задача на применение закона сохранения энергии)

1. Шарик для игры в настольный теннис радиусом 15 мм и массой 5 г погружён в воду на глубину 30 см. Когда шарик отпустили, он выпрыгнул из воды на высоту 10 см. Чему равна энергия, перешедшая при этом в тепло вследствие трения шарика о воду?

2. С какой скоростью двигался поезд массой 1500 т, если под действием тормозящей силы 150 кН он прошёл с момента начала торможения до остановки путь 500 м?

Билет № 13 (задача на применение уравнения состояния идеального газа)

1. Открытый сосуд нагрели до температуры 450 °С. Какая часть воздуха осталась в нём по сравнению с тем количеством, какое было при 27 °С? Расширением сосуда пренебречь.

2. В баллоне вместимостью 200 л находится гелий под давлением 100 кПа при температуре 17 °С. После подкачивания гелия его давление поднялось до 300 кПа, а температура увеличилась до 47 °С. На сколько увеличилась масса гелия?

3. Неизвестный газ при температуре 91 °С и давлении 800 кПа имеет плотность 5,4 кг/м³. Найдите массу молекулы этого газа.

Билет № 16 (задача на применение графиков изопроцессов)

1. На рисунке представлен циклический процесс, проведённый над идеальным газом в количестве 1 моль. а) Назовите каждый процесс. б) Как изменяются термодинамические параметры газа при переходе из одного состояния в другое? в) Напишите уравнения, описывающие каждый процесс цикла.

г) Изобразите этот процесс в других координатах.

2. На рисунке изображены графики зависимости давления от абсолютной температуры для двух: а) одинаковых масс идеального газа, нагреваемых изохорно в сосудах разного объёма; б) разных масс, нагреваемых изохорно в сосудах вместимостью V₁ = V₂. Какому графику соответствует: больший объём сосуда? большая масса газа?

Билет № 17 (задача на определение работы газа с помощью графика зависимости давления газа от его объёма)

1. Идеальный газ расширяется по закону p = V. Найдите графически работу, совершённую газом при увеличении объёма от V₁ до V₂. Поглощается или выделяется тепло в этом процессе?

2. На рисунке изображён циклический процесс, проведённый с неизменной массой идеального газа. Опишите характер теплообмена газа в каждом процессе, составляющем цикл.

Билет № 18 (задача на определение модуля Юнга материала, из которого изготовлена проволока)

1. Четыре деревянные круглые колонны поддерживают платформу весом 2 МН. Диаметр каждой колонны 20 см, длина 2,5 м. Найдите напряжение, испытываемое деревом, и деформацию каждой колонны, если модуль Юнга для дерева (вдоль волокон) равен 10¹⁰ Па.

2. Сравните относительные удлинения, возникающие в стальной и алюминиевой проволоках под действием напряжения 80 Н/мм². В каком теле возникают большие упругие деформации (с большим или с малым значением модуля упругости E)?

Билет № 19 (задача на применение закона Джоуля–Ленца)

1. В электрочайник с обмоткой сопротивлением 30 Ом налита вода массой 0,5 кг при температуре 20 °С. Через 15 мин выкипело 10% воды при силе тока в обмотке 4 А. Чему равен КПД чайника?

2. Электропечь должна давать количество теплоты 24 ккал за 10 мин. Какой должна быть длина нихромовой проволоки сечением 5 ^. 10^–7 м², если печь предназначена для электросети напряжением 36 В?

Билет № 21 (задача на применение закона Кулона)

1. Во сколько раз надо изменить один из двух точечных зарядов, чтобы при увеличении расстояния между ними в 16 раз сила их взаимодействия не изменилась?

2. Два одинаковых шарика подвешены в воздухе на нитях равной длины так, что их поверхности соприкасаются. После того как каждому шарику был сообщён заряд 0,4 мкКл, шарики разошлись на угол 60°. Определите массу шарика, если расстояние от точки подвеса до центра шарика 0,2 м.

Билет № 24 (задача на применение закона сохранения импульса)

1. Лодка стоит неподвижно в стоячей воде. Человек, находящийся в лодке, переходит с носа на корму. На какое расстояние переместится лодка, если масса человека 60 кг, масса лодки 120 кг и длина лодки 3 м? Сопротивлением воды пренебречь.

2. Четыре человека стоят друг за другом на длинной доске, лежащей на льду. Все они по очереди с разбега спрыгивают с доски, отталкиваясь от её конца со скоростью 2 м/с относительно доски. Масса каждого равна 60 кг, масса доски 10 кг. Чему равна конечная скорость доски?

Ответы

1. 3,5 ^. 10²⁹ МэВ.

3. 77 500 м; 1100 м.

4. 375 Дж; 12,5 кДж, 44,2 кДж, 31,7 кДж; 3,3 МДж, 6,1 МДж.

6. 3,1 ^. 10⁵ В/м; 2,4 см, 4,7 ^. 10^–8 с.

7. 20 мТл;

8. 5; 5 эВ; 1,8 ^. 10¹⁵ Гц.

10. 33°; 8 см.

11. 0,15 В; 1,4 А.

12. 2,26 ^. 10^–2 Дж; 10 м/с.

13. 41,5%; на 57 г; 3,4 ^. 10^–26 кг.

16. 1. а) 1–2: изобарный; 2–3: изохорный; 3–1: изотермический; б) 1–2: p = const, T , V; 2–3: V = const, T , p; 3–1: T = const, V, p; в) 1–2: V₁/T₁ = V₂/T₂; 2–3: р₂/T₂ = р₃/T₃; 3–1: p₃V₃ = p₁V₁.

2. а) Графику 1; б) графику 2.

17. поглощается; 1–2: изохорное нагревание Q = U > 0; 2–3: изобарное охлаждение Q = U + А < 0; 3–1: изотермическое расширение Q = A > 0.

18. 4 мм, 16 МПа; _ст/_ал = 0,35, с малым.

19. 65%; 3,24 м.

21. увеличить в 256 раз; 6,2 г.

24. 14,9 м/с.

Наиболее интересной формой проведения итогового повторения является решение экспериментальных задач. Проведя даже несложный опыт, ученик начинает осознанно понимать прикладное значение тех формул и законов, о которых ему рассказывал учитель на протяжении нескольких лет.

Кинематика: определить ускорение тела, движущегося по столу под действием груза, который связан с ним нитью, перекинутой через край стола (оборудование: нить, три гайки, измерительная лента).

Динамика: определить коэффициент трения бусинки на нити (оборудование: нить, бусинка, линейка, грузик).

Законы сохранения: определить работу, которую надо совершить, чтобы полностью вынуть из воды металлический цилиндр, стоящий на дне сосуда, заполненного водой (оборудование: сосуд с водой, линейка, динамометр, металлический цилиндр).

Молекулярная физика и тепловые явления: определить удельную теплоту парообразования воды (оборудование: электроплитка, сосуд с водой, часы, термометр).

Постоянный ток: определить сопротивление вольтметра (оборудование: миллиамперметр, вольтметр, провода, реостат, источник питания).

Электромагнитные явления: определить опытным путём, какое из двух одинаковых ножовочных полотен намагничено? (Оборудование: два ножовочных полотна).

Механические колебания и волны: определить площадь комнаты (оборудование: секундомер, груз, нить длиной больше длины комнаты).

Оптика: определить показатель преломления жидкости, налитой в стакан (оборудование: стакан с водой, линейка, лампочка, батарейка, экран).

В принципе подбор экспериментальных задач сугубо индивидуален для каждого класса. Их введение на этапе повторения значительно оживляет учебный процесс.

Исходя из вышесказанного можно отметить следующее: повторять всю школьную физику необходимо, и этот процесс должен происходить не спонтанно, а планомерно, систематично и вне зависимости от дальнейших предпочтений учащихся.

Сергей Алексеевич Жданов – учитель физики и информатики высшей квалификационной категории; в 1996 г. окончил с отличием Липецкий ГПИ, педагогический стаж 10 лет. Является финалистом городского профессионального конкурса «Учитель года-2000». Педагогическая философия: «Мои звёзды – это мои ученики. Если бы вы знали, какое это счастье: после мучительных поисков, сомнений и терзаний увидеть вспыхнувшее радостью детское лицо. Он нашёл решение – сам! Он понял то, что раньше казалось ему непостижимым. Это значит, что в данный миг зажглась ещё одна звёздочка, и теперь она будет гореть всё ярче. И лишь немногие знают: это я помог её зажечь. И только самый мудрый догадается: зажечь звезду можно, только сгорая самому. Но такая уж у меня профессия – моё счастье и горе, мои крылья, мои небеса и моя преисподняя. Такая уж у меня философия: “Через тернии – к звёздам!”»