Использование графического метода решения физических задач

Физика – наука, изучающая явления и процессы в неживой природе не только на качественном, но и количественном уровне, то есть закономерности между физическими величинами, их характеризующими.

Поэтому решение физических задач играет важную роль в обучении и на уроках физики им отведена немалая часть времени.

Физические задачи – важное средство овладения курсом физики, так как в процессе их решения учащиеся получают опыт применения полученных знаний на практике, у них формируется умение анализировать различные явления, события, осуществлять отбор наилучших методов и приемов для поиска неизвестного, развивается физическое и логическое мышление и другие способности.

Графические задачи занимают особое место в школьном курсе физики. Это связано с тем, что решение таких задач развивает все операции мышления учащегося: анализ, синтез, абстрагирование, обобщение, конкретизацию

По умению работать с информацией в графическом виде, решать различные прямые и обратные графические задачи можно судить об уровне развития абстрактного и логического мышления учащегося

Можно выделить следующие приемы работы с графиками, которые образуют целостную систему: работа с предложенными графиками, построение графиков, решение задач графическим способом, графическое отображение результатов измерений при выполнении лабораторных работ и работ практикума.

Как правило графический метод позволяет значительно упростить математические расчеты, доходчиво выражать функциональные зависимости между величинами, характеризующими физические процессы: при изучении различных типов движения в механике, газовых процессов в молекулярной физике, термодинамических процессов.

Применение графического метода позволяет продемонстрировать непосредственное использование знания графиков функций из курса математики для решения практических задач.

Также использование этого метода позволяет учащимся находить физические величины, которые они не могут рассчитать аналитически в школьном курсе физики на данном этапе: работа переменной силы, путь и перемещение при сложном переменном движении. Рассмотрим примеры задач, которые можно решить графическим методом.

Изобары

На рисунке изображены две изобары (I и II) для равных масс одного и того же газа. Сравните давления, при которых осуществлялись эти процессы.
Для ответа на вопрос задачи перед учениками встает вопрос: "Чем отличаются процессы изменения состояния газа?"

Для его решения проводят изотерму и определяют, при каком процессе одной и той же температуре соответствует больший объем. Обучающимся уже известно, что большему объему при изотермическом процессе соответствует меньшее давление. Следовательно, процесс I происходит при меньшем давлении, чем процесс II.

Система координат

Очень полезны для анализа изменения состояния газа задачи, в которых последовательность процессов изменения состояния данной массы газа, заданных в одной системе координат, нужно изобразить в двух других. Подобные переходы являются прекрасными упражнениями, позволяющими глубже понять происходящие в системе процессы.

Если график задан в масштабированных осях с конкретными цифрами, то переход к другим осям не представляет никаких трудностей, так как из уравнения Менделеева-Клапейрона можно найти недостающие координаты для характерных точек графика, после чего легко построить график в любых осях.

Если же численных данных нет, то можно стоить графики из качественных соображений, основываясь на физике процессов.
Преподавание физики без постановки демонстрационных экспериментов, проведения опытов, лабораторных работ не может быть полноценным.

В процессе обучения в средней школе обучающимся предлагается выполнить эксперименты по изучению законов Бойля-Мариотта, Гей-Люссака. В процессе выполнения этих работ рассматривается несколько состояний газа, фиксируются их макроскопические параметры в таблице, например:

Таблица для фиксации макроскопических параметров

Далее на их основании экспериментальных данных строится кривая зависимости p(V).

Пользуясь графиками можно легко контролировать и улучшать свои наблюдения и измерения, например тогда, когда экспериментальные данные не ложатся на заданной кривой.

Если ход физического процесса, наблюдаемого в лабораторной работе, неизвестен, то график дает представление о нем и возможность выяснить, какая существует зависимость между физическими величинами. Экспериментальные задачи на газовые законы решают с использованием цилиндра переменного объема и датчика давления.

Сегодня в условиях информатизации образования появляются новые современные инновационные технологии, открывающие новые возможности для организации эффективного взаимодействия субъектов образовательного процесса.

Интегрирование обычного урока с компьютером позволяет преподавателю значительно разнообразить процесс обучения, делая его более интересным и интенсивным. При этом компьютер не заменяет преподавателя, а только дополняет его.

Для исследования функций и построения графиков требуется много времени, приходится выполнять много громоздких вычислений, это не удобно, на помощь приходят компьютерные технологии. Использование компьютерной техники в решении задач значительно облегчает интеллектуальный труд студента.

В своей педагогической практике я использую программу MS Excel в решении графических задач на различных уроках. Такие задачи развивают интерес обучающихся к дисциплине "Физика" . Данная программа может сделать урок более эффективным, попутно способствуя расширению знаний и в информатике.