Дистанционная физическая школа

Код курса: Ф 1

7-8 классы

Модуль 2. Нестандартные задачи

В реальной жизни встающие перед человеком задачи (профессиональные, научные, бытовые) отличаются от задач, решаемых на уроке. Для реальных задач «не из учебника» чаще всего сразу не ясно, как их решать; не всегда известен алгоритм их решения; не всегда имеется всё необходимое «информационное сопровождение» - необходимо уметь извлекать из памяти, актуализировать имеющиеся знания, искать нужную информацию во внешних источниках. Особенно это характерно для научной деятельности. Школьная же задача не всегда является образцом решения реальных жизненных задач. Учебная задача имеет много важных свойств и предназначений, но ещё она должна становиться для ученика настоящим, хоть и маленьким, научным исследованием. Задача должна учить самостоятельности мышления, стимулировать интуитивное творческое мышление, развивать креативные качества личности. Физика, как никакой другой предмет, имеет для этого большие возможности. К сожалению, эта цель забывается, и большое количество задач решаются только для закрепления знаний законов, формул, выработки умений производить вычисления, для контроля знаний. А, значит, научить решать задачи при таком подходе нельзя. Можно научить решать типовые задачи, но не научить решать задачи, проблемы «вообще».

Задание 1. измерить толщину нити.

Решение. Понятно, что в этом случае, возникнет проблема в выполнении непосредственного измерения.

Для решения этой задачи уместно воспользоваться методом рядов. Для этого необходимо обмотать карандаш (ручку) нитью так, чтобы витки нити плотно прилегали друг к другу, одновременно считая их количество; при помощи линейки измерить длину ряда и разделить ее на число витков.

использование «суровых» ниток или медной проволоки облегчит проведение эксперимента.

Пример. Для эксперимента использовалась швейная нить №40.

Длина ряда L = 10мм ± 1,5мм.

Число витков N = 50.

Толщина нити .

Вычислим погрешность измерения: ∙D,

где L=1 мм (погрешность линейки),

N = 1 (погрешность подсчета числа витков), т.е. допускается, что экспериментатор может ошибиться на один виток.

То есть, ошибка составит около 2,4%, что не так уж и плохо.

Задание 2. определить среднюю плотность сахара-рафинада.

Оборудование: весы, линейка, мензурка с водой, пачка сахара-рафинада.

Плотность тела – это масса, приходящаяся на единицу объема тела. Если тело однородное (то есть не имеет пустот или посторонних включений), то

, где ρ – плотность, m – масса, V – объем.

Если тело не является однородным, то можно говорить лишь о средней плотности

.

Возможные решения.

а) при помощи весов и мензурки

Измерим массу кусочка при помощи весов, а его объем найдем при помощи мензурки (методика измерения объема твердого тела и вычисления погрешности описана в лабораторном занятии в модуле 1). Затем вычислим плотность.

Пример. Масса кусочка m = 7,3г ± 0,01г .

Объем кусочка V = 5 см³. Плотность 1,46 .

Оценим погрешность ∆ρ = , где m = 0,01г (погрешность весов ВГУ-1).

∆V = = ∙5см³ 0,2 см³,

а значит, ∆ρ = ∙1,46 0,06 .

б) при помощи весов и линейки

Измерим массу кусочка при помощи весов, а его объем найдем при помощи линейки, измерив длину, ширину и высоту кусочка. Затем вычислим плотность.

Масса кусочка m = 7,3г ± 0,01г.

Длина а = 1,8см ± 0,15см.

Ширина b = 1,8см ± 0,15см.

Высота с = 1,8см ± 0,15см.

Объем кусочка V=abc=1,8см1,8см1,8см 5,8 см³.

Плотность 1,26 .

Оценим погрешность ∆ρ = , где m = 0,01г,

∆V = = ∙5,8см³ 1,45 см³,

а ∆ρ = ∙1,26 0,32 .

в) при помощи линейки

Для решения этой задачи необходимо измерить объем куска сахара при помощи линейки, а его массу вычислить через массу, указанную на упаковке и количества кусочков в коробке.

Масса упаковки нетто M = 600 г ± 3% (как указано на упаковке)

Количество кусочков N = 72

Масса кусочка m = = 8,3 г

Длина а = 1,8см ± 0,15см

Ширина b = 1,8см ± 0,15см

Высота с = 1,8см ± 0,15см

Объем кусочка V=abc=1,8см1,8см1,8см  5,8 см³

Плотность 1,43 .

Оценим погрешность ∆ρ = ,

где ∆m = = ∙8,3г 0,36 г,

∆V = = ∙5,8см³ 1,45 см³,

∆ρ = ∙1,43 0,4 .

Задачи - оценки

Точное измерение или вычисление физической величины зачастую требует знания всех факторов, влияющих на исследуемый процесс. Поэтому, во многих случаях искомую характеристику процесса определяют приближенно, или как говорят, оценивают. Для проведения оценки необходимо детально рассмотреть явление или процесс, отделить главные факторы от второстепенных, и на основании этого построить разумную физическую модель. При составлении модели предполагается, что исследователь сам может определить реальные значения физических величин, используемых в дальнейшем для расчетов. К физической модели предъявляются противоречивые требования – с одной стороны, модель должна быть достаточно простой, с другой – более-менее точно отражать ход моделируемого явления или процесса.

Задание 1. Оцените, какое расстояние пройдет человек, сделав миллион шагов, и сколько времени он затратит на этот поход?