Пособие для тех, кто хочет научиться размышлять о физических явлениях — от повседневных до фундаментальных.
Избранные задачи по физике В. И. Шелеста
Владимир Шелест. Автор фото: Антон Карлинер
Я неоднократно наблюдал, как хорошая задача после удачного обсуждения пробуждала у школьников интерес к точным наукам. Таких хороших задач немало, они разбросаны по множеству книг. В это пособие отобраны задачи, апробированные мной в педагогической практике и показавшие свою эффективность при индивидуальном и групповом обучении.
Я хотел показать, что, имея навыки физического мышления и минимум школьных знаний, можно всерьез обсуждать широкий круг явлений. Другой целью было продемонстрировать базовые техники физического мышления (качественное построение графиков, анализ предельных переходов, анализ размерностей, делание оценок)
Я хотел показать, что, имея навыки физического мышления и минимум школьных знаний, можно всерьез обсуждать широкий круг явлений. Другой целью было продемонстрировать базовые техники физического мышления (качественное построение графиков, анализ предельных переходов, анализ размерностей, делание оценок)
Зачем этот задачник
Каждая задача включает:
Пример задачи
- короткую формулировку вопроса
- подсказку — направление для размышления
- авторское решение со схемами и чертежами
- дополнение
- предысторию задачи: откуда она возникла и зачем нужна
Как устроены «Избранные задачи по физике»
Плотность человека
Условие
Какая плотность у человека?
Подразумевается, что вы:
знаете, что такое плотность.
Подсказка 1
Предложите способы измерения плотности человека.
Подсказка 2
Перечислите общеизвестные бытовые факты, позволяющие оценить плотность человека.
Как решить задачу, встав на весы и нырнув в бочку с водой? Почему именно бочка? Почему пресная вода? Какую погрешность дают еда и вдохи-выдохи? Скачайте задачник и узнайте сами!
38 задач: от вопросов о времени и скорости — к движению тел, колебаниям, космосу и пределам применимости физических законов
от вопросов о времени и скорости — к движению тел, колебаниям, космосу и пределам применимости физических законов
38 задач:
38
Траектория луны
Общеизвестно, что Луна вращается вокруг Земли, Земля — вокруг Солнца, и год состоит из 12-ти месяцев. Доверьтесь своей интуиции и нарисуйте несколько вариантов возможной траектории движения Луны относительно Солнца.
37
Хоккейная шайба
Как направлена сила трения, действующая на вращающуюся шайбу, если ее центр неподвижен?
36
Стол на колесиках
Как движется мел с точки зрения стола?
Как направлена сила трения, действующая на мел?
Как направлена сила трения, действующая на мел?
35
Две доски на наклонном столе
Разберите самый простой случай с одной доской.
Разберите простые варианты с двумя досками.
Разберите простые варианты с двумя досками.
34
Брусок, лежащий на наклонном столе
Сформулируйте самую простую модель. Нарисуйте чертеж и расставьте силы.
Всмотритесь в чертеж: что «режет глаз»?
Всмотритесь в чертеж: что «режет глаз»?
33
Пустой ящик в космосе
К какой точке приложена сила тяжести, действующая на ящик?
32
Движение тела, на которое действуют две силы
Рассмотрите движение тела простой формы. Можно ли заменить две силы одной?
31
Движение тела, на которое действует единственная сила
Рассмотрите движение тела простой формы. Как будет двигаться его центр масс?
30
Скорость лунохода
Пока на Луне не собираются проводить «Формулу-1» для луноходов. Их задача — не ставить рекорды скорости, а работать — собирать пробы грунта, фотографировать разные объекты, делать анализы и т. п., — т. е. уметь оперативно ездить по бездорожью (Луна пока не заасфальтирована). Что вынуждает ограничивать скорость лунохода?
29
Длительность лунного и солнечного затмений
Рассмотрите самые простые случаи возникновения полных затмений. Схематически изобразите их на чертеже.
28
Три черепахи
Нарисуйте взаиморасположение черепах в нескольких последовательных моментах времени.
27
Снаряд
Рассмотрите самую простую постановку задачи: на экваторе в вакууме вертикально вверх подбрасывают камень.
26
Два дуэлянта
Рассмотрите самую простую модель: у дуэлянтов рука тверда, глаз остр, голова не кружится, все происходит в вакууме.
25
Диск
Поэкспериментируйте с различными монетками, обкатывая их одна вокруг другой.
24
Цилиндр
Подумайте, как связаны между собой скорость человека, скорость верхней точки цилиндра и скорость центра цилиндра.
23
Танк
Возьмите длинную полоску бумаги, сверните кольцом и склейте края — получится короткая труба большого диаметра. Положите ее на стол боковой поверхностью, придерживая рукой, чтобы не упала. Чуть-чуть придавив трубу сверху, покатайте ее по поверхности стола — получится модель гусеничной ленты танка.
22
Самолет летит по замкнутому маршруту
Рассмотрите 2 самых простых замкнутых маршрута, состоящих из двух отрезков пути туда и обратно, ориентированных вдоль направления ветра или перпендикулярно ему.
21
Стена из лампочек
Понятно, что очевидный ответ «наблюдатель увидит светящуюся стену» неполный (иначе не стоило бы формулировать задачу). Этот ответ будет верным при определенных предположениях. Каких?
20
Два стержня
Нарисуйте положение стрежней через малое время ∆t.
Пусть точка пересечения стержней движется со скоростью u. Сравните на чертеже смещения стрежней v∆t и точки их пересечения u∆t.
Пусть точка пересечения стержней движется со скоростью u. Сравните на чертеже смещения стрежней v∆t и точки их пересечения u∆t.
19
Ведро выставлено под дождь
Максимально упростите задачу и считайте, что все капли дождя имеют одинаковые размеры и падают равномерно, а ветер дует с постоянной скоростью в горизонтальном направлении.
18
Астрономы
Покажите на чертеже, что видят астрономы планеты A.
Перейдите в систему отсчета планеты B.
Перейдите в систему отсчета планеты B.
17
Из пушки делают серию выстрелов
Сформулируйте простую модель явления. Вспомните, от чего зависит дальность полета тела.
16
Мячик падает на наклонную плоскость
Рассмотрите самую простую модель: идеально упругий гладкий мяч в вакууме падает на идеально упругий гладкий наклонный стол. Будет ли при ударах мяча о стол угол падения равен углу отражения?
15
Как зависит время возвратамяча?
Рассмотрите самый простой вариант, когда мяч подкинули в чистом поле в отсутствии силы сопротивления воздуха.
14
Скорость кубика
Рассмотрите, для простоты, задачу с одним блоком.
Попробуйте нарисовать, где окажутся груз и блок через некоторое время.
Попробуйте нарисовать, где окажутся груз и блок через некоторое время.
13
Автомобиль, упавший в пропасть
Сформулируйте самую простую модель явления.
Подумайте, почему сорвавшийся в пропасть автомобиль начинает вращаться?
Подумайте, почему сорвавшийся в пропасть автомобиль начинает вращаться?
12
Средняя скорость машины
Попробуйте качественно построить график зависимости пути, пройденного машиной, от времени.
11
Дальность полета камня
Сделайте упрощающие предположения.
Нарисуйте чертеж и обозначьте на нем величины, которые могут влиять на ответ.
Нарисуйте чертеж и обозначьте на нем величины, которые могут влиять на ответ.
10
Период колебаний груза
Подвесьте груз на нити и посмотрите, от чего зависит период его колебаний.
09
Привлекательность девушки
Попробуйте предсказать ответ для двух предельных случаев: когда расстояние до девушки очень большое или очень маленькое.
08
Мяч прыгает на столе
Условие задачи недоформулировано. В этом нет ничего страшного или необычного. Любой специалист, решая задачу, вынужден сам ее доопределять, исходя из своих целей и собственного понимания природы явления. Доопределите условие задачи.
07
Точность законов физики
Предложите метод для проверки справедливости какого-нибудь закона физики.
06
Школьный класс
Оцените размеры типичного школьного класса.
05
Плотность человека
Предложите способы измерения плотности человека.
04
Сколько волос на голове человека?
Предложите метод экспериментального решения задачи. Перечислите его плюсы и минусы.
03
Сколько секунд в году?
Подразумевается, что вы знаете сколько суток в году, часов в сутках, минут в часе, секунд в минуте.
02
Сколько вы весите?
Подумайте, а насколько точно вы знаете свой вес?
01
Что такое время?
Каждый курс механики содержит определение механического движения тела, например: движение — это изменение с течением времени положения тела в пространстве. А что такое время, обычно никто не пишет. Наверное, это совсем просто. Попробуйте сами дать определение.
Рецензии к задачнику
Алексей Колчин
Педагог, тренер и член жюри Турниров юных физиков, автор и ведущий фильмов по физике и математике GetAClass
Решение задач в школьном обучении выступает как средство более глубокого усвоения физических знаний, изложенных в учебнике. В стандартной школьной задаче надо ответить на поставленный вопрос, получить численный ответ, использовав при этом все заданные значения величин, и перейти к следующей задаче. Предлагаемая вниманию читателя книга В. И. Шелеста устроена совсем иначе: решение задач и комментарии к ним дают представление о том, как работает физик, как устроено физическое исследование. Поэтому уже в начале книги обсуждается точность и погрешности измерений, подчеркивается важность наглядного представления зависимостей физических величин с помощью графиков, а также широко используется метод размерностей, который во многих случаях позволяет формально получить Читать далее
Александр Евгеньевич Бондарь
Доктор физико-математических наук, академик РАН, профессор кафедры физики элементарных частиц физического факультета НГУ
Задачник, составленный Владимиром Ивановичем Шелестом, отражает многолетний опыт преподавания им физики в Лицее № 130 в новосибирском Академгородке и ярко отражает педагогический подход автора. Этот подход отличается в первую очередь нестандартным взглядом на преподавание физики в школе, который предполагает, что процесс обучения неразрывно связан с творческим поиском самих учеников. Физика преподносится не как строго выстроенная система знаний, а как захватывающий исследовательский процесс, когда привычные явления становятся предметом научного исследования, в процессе которого раскрываются конкретные законы физики и вся мощь физики в целом. Такой подход не просто обучает решать задачи, но приучает думать: строить модели, выделять главное, искать аналогии, оценивать Читать далее
Избранные задачи по физике
Для самостоятельного размышления, обсуждений и исследования мира.
Спасибо всем, благодаря кому издана эта книга!
Мы используем cookies, чтобы сайт работал лучше