Методические страницы

Физический бой как средство развития творческого мышления учащихся

Общие положения. Физический бой – это соревнование двух команд в решении физических задач. Он состоит из двух частей. Сначала команды получают условия задач и решают их в течение заданного времени, используя любую литературу, но не общаясь ни с кем, кроме жюри. Затем начинается собственно бой: одна команда рассказывает решение задач, другая оппонирует, т.е. ищет ошибки (недостатки), а если решения нет, то может привести своё. Выступления и оппонента, и докладчика оцениваются жюри в баллах каждое. Если команды так до конца задачу и не решили, то часть баллов (или даже все) может забрать себе жюри. Считается, что бой закончился вничью, если результаты команд отличаются не более чем на 3 балла. Если, по условию, он не может закончиться вничью, то жюри до боя оглашает процедуру определения победителя. Капитаны команд имеют право просить жюри о предоставлении перерыва на 5–10 мин примерно через каждые полтора часа и только между раундами.

 

Тепловые явления. 8-й класс

Вопрос капитанам. Почему ожог 100°-ным паром сильнее, чем 100°-ной водой?

1. В фарфоровый чайник массой 200 г при комнатной температуре 18 °С налили 400 г кипятка. Заварится ли чай, если для хорошей заварки должна быть температура не меньше 90 °С? Зачем советуют перед заваркой сполоснуть чайник горячей водой?

2. Никого не удивляют птицы, сидящие на дереве (где же им ещё сидеть?). Но если в сильные холода вы бывали поблизости от рек и озёр, то наверняка обратили внимание на птиц, сидящих на льду. Как вы думаете, что они там делают? Рыбу они там не ловят, питаться на льду им нечем, а отдыхать удобнее и безопаснее на деревьях. Никаких видимых причин для такого странного поведения вроде бы нет. Но иногда пернатых на льду собирается так много, что отпадают всякие сомнения в том, что прилетают они сюда неспроста и что-то им на льду всё-таки надо. Чем объяснить такое непонятное поведение? Что гонит птиц на лёд?

3. «Травы, травы, травы не успели//От росы серебряной согнуться...» Почему роса обильнее всего выпадает на травы? Если вы пройдете ранним утром по лугу, то ноги промочите гораздо сильнее, чем во время прогулки после дождя. Почему?

4. Хватит ли мощности ГЭС, чтобы испарить воду, проходящую через её турбины? За начальную температуру можно взять 20 °С.

5. Воду налили в алюминиевую кастрюлю. На графике представлена зависимость количества теплоты, получаемого при нагревании алюминиевой кастрюлей и водой, от времени. Массы воды и кастрюли одинаковы. Укажите, какой из графиков принадлежит воде. Ответ обоснуйте.

Ответы

Вопрос капитанам. Внутренняя энергия пара больше, чем воды той же массы воды и той же температуры.

1. По закону сохранения энергии, Q₁ = Q₂ ⇒ c₁m₁(t° - t°₁) = c₂m₂(t° - t°₂) ⇒ t ≈ 86,6 °С ⇒ не заварится.

2. Птицы греются, потому что намерзающий лёд значительно теплее окружающего морозного воздуха. Во-первых, температура воды под ним не ниже 0 °С, а во-вторых, при образовании льда выделяется большое количество тепла – теплота кристаллизации (340 000 Дж/кг). В сильные морозы разница температур между воздухом и намерзающим льдом особенно заметна.

Вопрос. Могут ли птицы греться на тающем льду?

Ответ. Нет, т.к. при таянии льда тепло поглощается, лёд холоднее воздуха.

Вопрос. Получает ли вода тепло, выделяющееся при её замерзании?

Ответ. Нет, т.к. температура воды подо льдом такая же, как и у льда, равная 0 °С, поэтому теплообмена между водой и льдом не происходит.

3. Различные тела и поглощают тепловые лучи, и сами их излучают. Если тело поглощает много лучистой энергии, значительно нагреваясь при этом, то оно много энергии и излучает, соответственно также значительно охлаждаясь. Назначение листьев растений как раз и состоит в том, чтобы как можно больше поглощать солнечных лучей, необходимых для «производства» хлорофилла. Следовательно, в тёмное время суток листва излучает много тепла, гораздо больше, чем почва. Пар, находящийся в воздухе, охлаждается на поверхности травы и конденсируется, образуя росу. Часть её поглощается растением, часть собирается в крупные капли, которые сгибают травы, стекают по стеблям и увлажняют корни.

Вопрос. На всех ли травах выпадает одинаковое количество росы или её количество зависит от вида травы?

Ответ. Зависит от вида. Роса поит растения очень аккуратно. Учёные считают, что 250 мл росы в год приносят растениям больше пользы, чем 500–750 мл дождя. Многие ботаники утверждают, что растения при определённых условиях могут существовать там, где никогда не идут дожди, но никакая растительность не способна произрастать без росы даже в тех местах, где дождь частое явление. Кроме того, роса обильнее всего выпадает в жаркие месяцы, когда потребность в воде у многих растений особенно велика.

4.

При Δt° = (100 °С – 20 °С) = 80 °С, L = 2300 Дж/кг, с 4200 Дж/(кг · град) высота плотины должна быть h = 2 300 000 м = 2300 км.

5. Пусть с_в – удельная теплоёмкость воды, с_а – удельная теплоёмкость алюминия.

график 1 – для воды, график 2 – для кастрюли.

 

Изменение агрегатных состояний вещества. 8-й класс

1. В кастрюле кипит вода, в ней варятся макароны. Кипит ли вода в трубках макарон?

2. Два одинаковых железных шара, один из которых лежит на горизонтальной поверхности, а другой подвешен на нерастяжимой нити, нагревают от 20 до 100 °С. Одинаковое ли количество теплоты потребуется для этого? Теплообменом шаров со средой пренебречь.

3. Почему холодно на вершинах гор? Разве холодный воздух не должен спускаться вниз?

4. Понизится ли температура в комнате, если открыть дверцу работающего холодильника?

Ответы

1. Вода внутри макарон не кипит, т.к. её температура равна температуре воды в кастрюле, поэтому нет подвода тепла от более нагретого тела.

2. Нет, поскольку помимо одинакового изменения внутренней энергии потребуется совершить различную работу при подъёме центра тяжести первого (А > 0) и опускании второго (А < 0) шара.

3. Тёплый воздух, поднимаясь по склонам гор, попадает в область более низкого атмосферного давления, расширяется и охлаждается.

4. Температура повысится. Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в комнате, равно мощности, потребляемой холодильником.

 

Механические колебания. 9-й класс

1. Воронка с песком подвешена на нитях. Будет ли меняться период колебаний такого маятника по мере высыпания песка из воронки?

2. Известен период колебаний одного из двух маятников разной длины. Как, не пользуясь секундомером и линейкой, определить период колебаний другого маятника?

3. Вода, которую несут в ведре, начинает сильно расплёскиваться. Можно ли прекратить расплёскивание, не останавливаясь?

4. Ареометр, состоящий из шарика, заполненного дробью, и цилиндрической трубки, переносят из жидкости с меньшей плотностью в жидкость с большей плотностью. Изменится ли период его вертикальных свободных колебаний? Трение о жидкость не учитывайте.

5. Отчего неполный чайник перед закипанием воды шумит сильнее, чем полный?

6. В окнах, под которыми проезжают автомашины, нередко назойливо дребезжат стёкла. Это неприятное явление можно значительно ослабить, если в центре стекла прикрепить кусочек пластилина. Как объяснить этот эффект?

Ответы

1. Да, т.к. будет меняться положение центра тяжести системы воронка–песок.

2. Следует вывести маятники из положения равновесия и одновременно отпустить их, затем дождаться, когда они одновременно вернутся в исходное положение. Если первый маятник за это время совершил n₁ колебаний, а второй n₂, то можно записать соотношение T₂/T₁ = n₁/n₂, откуда T₂ = T₁ n₁/n₂.

3. Да, изменив темп ходьбы, т.е. изменив тем самым частоту внешней силы, вызывавшей резонансные колебания воды.

4. Период колебаний ареометра уменьшится.

5. Воздушная полость в чайнике служит резонатором для звуков.

6. Пластилин увеличивает массу стекла, что приводит к уменьшению собственной частоты колебаний стекла и расстраивает резонанс между ним и звуковыми волнами автомашин.

---

Подробное изложение правил физического боя с подведением итогов и списком рекомендуемой литературы приведено в электронных приложениях. – Ред.