Какие задачи могут встретиться, и возможна ли их классификация?
РАЗДЕЛ 1. НЕСКОЛЬКО СОВЕТОВ ОБЩЕГО ХАРАКТЕРА К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ
Если Вы действительно хотите, научиться решать задачи по физике и получать удовлетворение от самостоятельно решенной задачи, то полезно про честь эти советы, прежде чем приступить к “практическому плаванию”.
Процесс и выработка навыка решения задач по физике составляет основу подготовки выпускника физического факультета.. Студент подготовлен к работе, если он усвоил теорию и в состоянии применить полученные знания на практике. Он должен иметь желание научиться решать задачи, проверив при этом свои способности к творчеству, и понять свои собственные и чужие ошибки в процессе обучения этому навыку, требующему, кроме интереса, силу воли, упорство и время.
Прежде чем приступить к решению конкретной задачи, полезно ответить на ряд вопросов общего характера. Первый вопрос.
Что такое идеализация физической задачи?
Идеализация задачи это упрощение реальных природных связей между телами. Учебная физическая задача это модель физического явления, освобождённая от связей, влиянием которых можно пренебречь. Таким образом, идеализированная задача – это поставленная задача, когда введены разумные физические упрощения и выделен класс изучаемых явлений.
Изменения, происходящие с телами и веществами в окружающем мире, называют явлениями.
Физические явления – это изменения, происходящие с физическими телами и веществами, из которых они состоят, без превращений этих веществ в другие.
К физическим явлениям относятся механические, электрические, магнитные, тепловые, звуковые, световые, атомные явления.
|
|
|
Разумная идеализация научных экспериментов – это важнейшая черта физики как науки и талант ученого-физика, изучающего данное явление. Без такого разумного пренебрежения в физике невозможно было бы решить ни одной физической задачи.
Поэтому при решении и учебных задач очень важно отметить для себя упрощающие ограничения, допущения и предположения, которые присутствуют в задаче в скрытом или явном виде. Эта предварительная работа помогает написать необходимые формулы, которые помогают раскрыть связи между известными физическими величинами и величинами, подлежащими определению. В механике как разделе физики вводится множество таких понятий, которые часто используются при решении идеализированных задач. Полезно еще раз вспомнить такие важные для механики идеализированные понятия как материальная точка, абсолютно твёрдое тело, абсолютно упругий и неупругий удары, невесомый блок, нерастяжимая нить и т.д. Важно всегда задать себе следующий вопрос: какое упрощающее предположение стоит за идеализированным понятием и каковы границы его применимости?
|
|
|
Пример. Снаряд выпущен из орудия под углом a = 60° к горизонту с начальной скоростью v0=500 м/c. Найти дальность полета снаряда. Сопротивлением воздуха пренебречь.
Проводим предварительный анализ задачи на “идеализацию”.
Задача поставлена. Задача является идеализированной. Одна идеализация в задаче указана явно – “сопротивлением воздуха пренебречь”. Однако другие упрощающие условия в задаче только подразумеваются. Неявно предполагает- ся, что:
· орудие расположено на Земле,
· не учитывается движение Земли вокруг Солнца,
· не учитывается вращение Земли вокруг собственной оси,
· предполагается, что направление вектора ускорения свободного падения g в любой точке траектории имеет одно и тоже направление,
· ускорение свободного падения на Земле считается постоянным: g = 9,8 м/c2 ,
· снаряд принимается за материальную точку.
Попробуйте указать границы применимости каждого из вышеперечисленных предположений и сформулировать условия, когда влияние каждого из отброшенных факторов на дальность полета снаряда может оказаться существенным.
Какой основной вывод можно сделать из этого анализа?
|
|
|
Важно научиться “видеть” упрощающие предположения в каждой задаче и постараться обобщить задачу на тот случай, когда отброшенное предположение оказывается существенным. Можно руководствоваться следующим принципом: “Понять – значит обобщить”. Это умение может оказаться существенным при оценке вашей квалификации как физика-исследователя.
Какие задачи могут встретиться, и возможна ли их классификация?
Физические задачи имеют множество признаков. Полезно выделить наиболее существенные из этих признаков, чтобы определить группу методов пригодных для решения этих задач. При изучении физического явления одни физические величины являются известными, а другие – нет. Поэтому если попытаться ответить на вопрос, что же такое физическая задача, то можно дать такое определение:
Физическая задача – это словесная модель физического явления с некоторыми известными и неизвестными физическими величинами, которые существенным образом (этап “идеализации” произведён) характеризуют это явление.
Решить физическую задачу – это значит восстановить неизвестные связи и найти неизвестные величины. Из этого определения следуют две квалификации физических задач. Первая основана на различии методов нахождения неизвестных величин, а вторая учитывает содержание данного явления, которое отражает данная физическая задача.
|
|
|
Деление по методу предполагает, что для нахождения неизвестных физических величин можно выбрать два пути: экспериментальный и теоретический. При первом методе предполагается, что неизвестные величины определяются из опыта путем измерений. В теоретическом методе неизвестные величины определяются из анализа физических законов, управляющих этим явлением, что предполагает решение замкнутой системы математических уравнений: алгебраических, дифференциальных, интегральных, функциональных, из которых можно восстановить неизвестные физические величины. В данной методической разработке предполагается решение теоретических задач, без использования измерений. Классификацию теоретических задач проведём по степени анализа физического явления и разделим на два больших класса: поставленные и непоставленные.
Под непоставленной задачей понимается такая задача, в которой не приводится совокупность необходимых данных для получения управляющих уравнений (за исключением может быть табличных величин) или не проведена её идеализация или отсутствуют оба признака. Пример задачи П.Л. Капицы взятый из брошюры: “Понимаете ли вы физику” (изд-во “Знание”, Москва 1968. под ред. Л.Асламазова и И.Слободецкого): Оценить порядок скорости, с которой человек должен бежать по воде, чтобы не тонуть.
В этой задаче не указана связь между такой физической величиной как скорость и физическими характеристиками воды, которые характеризуют условия плавания тел в жидкости (плотность, вязкость, поверхностное натяжение и др.). Не проведён этап идеализации (выбор модели жидкости), из которой можно получить уравнения, связывающие характеристики жидкости с движением твёрдого тела по её поверхности.
В поставленной задаче не только обеспечена полнота величин и их значений, необходимых для её решения, но и проведён процесс идеализации. Здесь нет необходимости приводить пример поставленной задачи, так как значительное их число приводится в многочисленных задачниках по курсу “Общей физики”.
Основной вывод, который можно сделать из этого анализа, следующий:
задачи, с которыми встречается студент при изучении физики являются поставленными и их решение предполагает знание основных закономерностей изучаемого явления и понимания физических формул, которые “управляют” данным явлением. Задачи, с которыми встретится студент как начинающий физик-исследователь после окончания университета, в большинстве случаев уже будут непоставленными и для их решения необходима “постановка” (выработка модели) и весь арсенал методов и законов, необходимый для их решения.
Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 23; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!