Использование проблемного обучения при решении физических

Использование проблемного обучения при решении физических задач.
(X класс, физико – математический профиль, «Решение задач на расчет количества теплоты»).
Старовская Ирина Иосифовна,
учитель физики МБОУ Гимназия №4 г.Мурманск
Использование проблемного обучения при решении физических задач позволяет, основываясь на ранее
полученные знания, усваивать новые. Дети учатся применять накопленный багаж информации в
практической деятельности. Развивается логическое мышление учащихся. Они устанавливают причинно следственные связи, строят логические цепочки рассуждений.
Класс разбивается на несколько групп. При этом каждая группа получает свое задание. В ходе совместной
работы развиваются коммуникативные умения и навыки. Каждый может высказать свою точку зрения,
обсудить предложенные варианты решения. По окончании обсуждения каждая из групп представляет свою
задачу и вариант решения всему классу. При этом ребята учатся полно и точно выражать свои мысли,
развивается их монологическая и диалогическая речь. На момент начала урока каждому ученику выдается
листок с текстами всех предлагаемых задач. Задачи подобраны таким образом, что кроме информации по
физике содержат сведения по истории развития физики, по литературе и по математике. Это делает процесс
обучения более содержательным и интересным.
Работа на уроке сопровождается показом презентации «За страницами учебника…».
Урок начинается с определения проблемной или творческой задачи.
«Под проблемной или, или творческой, задачей следует понимать такую задачу, в которой
«сформулировано определенное требование, выполняющееся на основе знаний физических законов, но в
котором отсутствуют прямые или косвенные указания на те физические явления, законами которых следует
воспользоваться для решения этой задачи». (1, с.16)
Структура деятельности учащихся и учителя в ходе проблемной беседы. (2.с.142)
Этапы Деятельность учителя
Деятельность учащихся
I
Создает проблемную ситуацию и
побуждает учащихся к формулировке
проблемы.
Анализируют проблемную ситуацию и
формулируют проблему.
II
Побуждает учащихся к анализу проблемы.
Помогает актуализировать необходимые
знания.
Анализируют проблему на основе
имеющихся знаний, добывают новые знания.
Высказывают предположения о возможном
решении проблемы.
Организует деятельность по добыванию
новых знаний.
Оценивает предлагаемые решения.
III
Руководит решением и проверкой
решения.
Реализуют найденное решение и проверяют
его.
Задание группы №1 (3, с. 10, 48)
Как определить удельную теплоту парообразования воды, располагая домашним
холодильником, кастрюлей неизвестного объема, часами и равномерно горящей газовой
горелкой? Удельную теплоемкость воды считать известной.
Пусть кастрюля содержит воду, охлажденную в холодильнике до 00 С (в воде еще плавают
крохотные кусочки льда). Поставим ее на газовую плиту, одновременно заметив показания часов.
Обозначим  1 - время до момента закипания,  2 - время до того момента, когда вся вода
испарилась.
Если при сгорании газа ежесекундно образуется q джоулей тепла, то количества теплоты
Q1 и Q2, необходимые соответственно для нагревания воды до кипения можно записать в
следующем виде:
Q1  mc(t 2  t1 )  q 1 , Q2  mr  q 2 , где
m - масса воды, налитой в кастрюлю,
c - удельная теплоемкость воды,
r - удельная теплота парообразования воды,
t1=00 C- температура охлажденной воды,
t1=1000 C - температура кипения.
Поделив равенство почленно, получим
(t 2  t1 )c / r   1 /  2 , откуда r  (t 2  t1 )c 2 /  1
Поскольку учет тепловых потерь (на в окружающее пространство, на нагревание кастрюли
и пр.) невозможен, полученный результат не должен претендовать на большую точность.
Задание группы №2. (4, с.108)
Е.Евтушенко
Когда тебя толкает злоба
К забвенью собственной души,
К бесчестью выстрела и слова, Не поспеши, не соверши!
Остановись, идя вслепую,
О население Земли!
Замри, летя из кольта, пуля…
Что будет происходить с пулей, пущенной из кольта, если она, по желанию поэта, «замрет» в
воздухе?
Формирование данных.
Пусть
m - масса пули пистолета «Кольт»,
V - скорость пули (V=300 м/с для кольта марки М1911А1),
- материал пули – свинец,
с - удельная теплоемкость материала пули с=1,3*10 2Дж/К кг
t0- температура внешней среды (t0=20 0С),
tпл- температура плавления материала пули (t пл =327 0С),
 - удельная теплота плавления материала пули (   2,5 *10 4 Дж/кг)..
Используя закон сохранения энергии, мы должны констатировать, что кинетическая
энергия пули, если она мгновенно «замрет» в воздухе, перейдет в тепловую энергию движения
молекул. В предположении отсутствия передачи тепла воздуху кинетическая энергия пули пойдет
на нагревание пули до температуры плавления и, возможно, плавление части ее массы, то есть
mV 2
 mc(t пл  t 0 )  m ,
2
где m - масса пули, перешедшая в расплав. Откуда

m  1 V 2
 
 c(t пл  t 0 ) .
m  2

В зависимости величины параметров, входящих в правую часть соотношения, возможны
m
следующие значения соотношения
:
m
1.
m
 0, – это означает, что температура пули просто не достигла t пл ,
m
2. 0 
3.
m
 1 , – это соответствует условию, что масса пули m расплавилась,
m
m
 1 , – это означает, что вся пуля расплавилась, и расплав будет нагреваться до
m
температуры, большей t пл .
Определим отношение
m
для указанных в разделе формирования данных значений
m
параметров:
Если пуля, пущенная из кольта, по желанию поэта «замрет» в воздухе, то она нагреется до
температуры плавления свинца – 327 0С и 20% ее массы расплавится.
Задание группы №3 (5, с.74)
Крыльчатка в опыте Дж.Джоуля вращалась с помощью двух опускающихся грузов по
14 кг каждый (см. рис). Грузы опускались приблизительно на 2 м, затем Джоуль вновь
накручивал веревку и опускал грузы. В каждом опыте проводилось 12 таких падений.
Эффективная масса воды в калориметре составляла около 7 кг (сюда включалась и
поправка на калориметр, крыльчатку и т.д.). Приняв, что коэффициент перехода между
механической потенциальной энергией и теплотой составляет 4,2 Дж\кал, найдите
возрастание температуры воды.
Q  cm2 T Приняв, что вся потенциальная энергия идет на нагревание воды, получим:
kQ  Eпот , но Eпот  nm1 gh . Тогда kcm2 T  nm1 gh ; T 
nm1 gh
(m1  масса грузов; m2 –
kcm2
масса воды); T  0,23 К или t  0,230 C
Задание группы №4 (6, с.74)
Первые измерения удельной теплоемкости произвел Дж.Блек. Он налил равные
объемы воды и ртути в одинаковые сосуды, поместил их на одинаковом расстоянии от огня
и наблюдал за скоростью повышения температуры воды и ртути. Ученый был в полной
уверенности, что температура ртути будет повышаться медленнее, чем воды, поскольку
плотность ртути в 13,5 раза больше. Верным ли было предположение Блека?
Температура ртути повышалась вдвое быстрее, так как удельная теплоемкость ртути равна
1/27 удельной теплоемкости воды. Действительно, QPT  cPT mPT TPT и QB  cB mB TB - это
полученные ртутью и водой количества теплоты. По условию задачи время опыта одно и тоже,
тогда:
QPT  QB ;
cPT mPT TPT  cB mB TB ;
TPT
c m
 B B .
TB
c PT mPT
Учитывая, что
cB
m
TPT
1
27
, получим
 27 и B 

 2 . Отсюда очевидно, что
c PT
mPT 13,5
TB 13,5
TPT  2TB , т.е. ртуть нагрелась в 2 раза быстрее.
Задание группы №5 (7, с.49).
Задачи, приводящие к логарифмическим уравнениям или неравенствам.
Для обогрева помещения, температура в котором Tп = 200 С, через радиатор пропускают
горячую воду температурой Тв = 600 С. Через радиатор проходит
m= 0,3 кг/с воды. Проходя по радиатору расстояние х = 84 м, вода охлаждается до
температуры Т (0С), причем
x 
cm

log 2
TВ  Т П
,
Т ТП
Дж
ВТ
теплоемкость воды,   21 0 коэффициент теплообмена, а   0,7 –
0
кг  С
С
постоянная. До какой температуры (в градусах Цельсия) охладится вода?
где с  4200
Решение. Задача сводится к решению уравнения х=84 при заданных значениях теплоемкости,
коэффициента теплообмена и постоянной  :
х  84  x  
cm

log 2
 0,7 
 log2
TВ  Т П
 84 
Т ТП
4200  0,3
60  20
 log2
 84 
21
Т  20
40
40
2
 4  Т  20  10  Т  30 0 С
Т  20
Т  20
Ответ: 30 С.
В своих отзывах об уроке учащиеся говорили, что интересно решать задачи, где что-то не
дано, что-то нужно предположить самим, говорили о появляющемся интересе при решении задач
с историческим или литературным содержанием. Все единодушно отмечали, что для решения
подобного рода задач необходимо знать основной материал.
Литература
1. Научно - методический журнал «Физика. Все для учителя», Пилотный выпуск, 2010, статья
«Технология проблемного обучения на примере изучения курса физики в общеобразовательной
школе, автор Б.Л.Тевлин.
2. Л.А.Иванова, Активизация познавательной деятельности учащихся при изучении физики, Пособие
для учителей, Москва, «Просвещение», 1983.
3. В.Н.Ланге, Экспериментальные физические задачи на смекалку, Физика, Библиотечка
физико-математической школы, Москва, «Наука», Главная редакция физикоматематической литературы, 1985.
4. А.П.Смирнов, О.В.Захаров, Веселый бал и вдумчивый урок, Физические задачи с
лирическими условиями, Издательство фирмы «Кругозор», Москва, 1994.
5. С.В.Позойский, И.В.Галузо, История физики в вопросах и задачах, Пособие для учителей
учреждений, обеспечивающих получение общего среднего образования, Минск,
«Вышэйшая школа», 2005.
6. С.В.Позойский, И.В.Галузо, История физики в вопросах и задачах, Пособие для учителей
учреждений, обеспечивающих получение общего среднего образования, Минск,
«Вышэйшая школа», 2005.
7. Д.Д.Гущин, А.В.Малышев, ЕГЭ 2011, Задача В 10, Задачи прикладного содержания,
Рабочая тетрадь под редакцией А.Л.Семенова и И.В.Ященко, Москва, Издательство
МЦНМО, 2011.