Ответы на вопросы к госу по МПФ

Рассмотрим выражение работы для некоторых видов сил. При изучении работы

силы тяжести прежде всего отличают, что сила тяжести и перемещение при

свободном падении направлены в одну и ту же сторону. Далее выясняется, что

работа силы тяжести не зависит от длины и формы пути, прошедшего телом, и

всегда равна произведению силы тяжести на разность вертикальных координат

исходного и конченого положения тела. Работа силы тяжести на любой

замкнутой траектории всегда равна нулю. Таким свойством обладают и другие

силы: давление, сила всемирного тяготения, сила упругости и др.

Все силы работа которых на замкнутой траектории равна нулю получили

название консервативных.

Далее выясняют вопрос о работе силы упругости, формула в учебнике получена

на примере работы, которую производит деформированная пружина при переходе

в недеформированное состояние F = kx . Для упрощения начало координат

совмещается со свободным концом недеформированной пружины. Учитывая, что

сила упругости переменна, то для вычисления работы силы упругости

приходится брать среднее значение силы, а работа равна среднему

арифметическому начального и конечного значения этой системы.

Необходимо раскрыть относительный характер величины работы, то есть

показать, что работа зависит от выбранной СО. Развивая идею относительности

движения, необходимо обратить внимание учащихся на то, что работа является

величиной относительной.

13. Методика изучения темы «Механические колебания и волны»

Эта тема включена в раздел Механика, как завершающая. По мнению методистов,

так как при первоначальном изучении колебаний и волн различной природы, их

целесообразно не объединять вместе, а изучать в соответствующих разделах

механические колебания и волны при изучении механики, а электромагнитные

волны при изучении электродинамики. Основываемся главным образом на

экспериментальное изучение колебаний начинается с введения понятия о

колебательном движении. Учащимся уже известны периодические процессы, то

есть процессы повторяющиеся через равные промежутки времени.

Колебаниями называются такое движение, при котором тело поочередно

отклоняется то в одну, то в другую сторону. В учебниках можно встретить и

другое определение: Процессы, при которых состояние системы с определенной

степенью точности периодически повторяются называются колебаниями. Из этого

определения следует, что главная особенность этого движения состоит в том,

что оно периодическое. В зависимости от природы повторяющихся процессов в

различных колебаниях: механические, эл. магн. автоколебания и т.д.

На основе опытов (пружинный маятник, груз на нити и т.д.) подчеркивают, что

колебательным системам присущ ряд общих свойств: 1. У каждой колебательной

системы есть состояние устойчивого равновесия; 2. После того, как

колебательная система выведена из положения устойчивого равновесия,

появляется сила, возвращающая систему в устойчивое положение; 3.

Возвратившись в устойчивое состояние система колеблющегося тела не может

сразу остановиться, ему мешает его инертность.

Колебания которые происходят без внешних воздействий, после того как тело

выведено из состояния равновесия, называется свободными.

Система тел, которая способна совершать свободные колебания, называется

колебательной системой.

Далее рассматриваются гармонические колебания. Механические колебания

которые происходят под действием силы пропорциональной смещению и

направленные противоположно ему, называют гармоническими колебаниями.

Максимальное смещение тела от положения равновесия называется амплитудой

колебания.

Продолжительность одного полного колебания называется периодом колебаний.

Частота колебаний – это число колебаний в единицу времени. v=1/T

Движение, при котором ускорение прямо пропорционально отклонению точки от

положения равновесия и всегда наплавлена в сторону равновесия называется

гармоническими колебаниями.

Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на

длинной, нерастяжимой и невесомой нити. При отклонении маятника из

положения равновесия, равнодействующая силы упругости и силы тяжести

заставляет маятник совершать колебания. Период колебания маятника [pic]

зависит от длинны нити и не зависит от массы тела, не зависит также от

амплитуды колебаний, поэтому маятник используется для регулировки хода

часов.

Рассмотрим собственные и вынужденные колебания, резонанс. Резкое

возрастание амплитуды вынужденных колебаний при равенстве частот колебаний

вынуждающей силы и собственных колебаний системы называется резонансом.

Рассматривая волны необходимо обратить внимание на следующие моменты:

процесс распространения колебаний в среде называется волной; длинной волны

называется расстояние, на которое распространяется волна за время равное

периоду колебаний частиц; скорость волны определяется из формулы: [pic];

существуют продольные и поперечные – колебания частиц происходят

перпендикулярно распространению волны.

14. Методика изучения главы «Основы МКТ вещества»

Изучение этой темы основывается на знании учащихся, полученных при изучении

курса в 7-8 классах и курса химии в 8-9 классах.

Центральное понятие этой темы – понятие молекулы; сложность его усвоения

школьниками связана с тем, что молекула – объект, непосредственно

ненаблюдаемый. Поэтому учитель должен убедить 9-ков в реальности микромира,

в возможности его познания. В связи с этим большое внимание уделяют

рассмотрению экспериментов, доказывающих существование и движение молекул и

позволяющих вычислить их основные характеристики. Кроме этого,

целесообразно ознакомить учащихся с расчетными методами определения

характеристик молекул.

Положения МКТ:

1. Все вещества состоят из молекул. 2. Эти молекулы хаотично и непрерывно

движутся. 3. Молекулы взаимодействуют между собой.

Правильное объяснение броуновского движения было дано Эйнштейном спустя 80

лет Сухомлинский построил, а Перрен экспериментально подтвердил теорию

броуновского движения. При рассмотрении броуновского движения необходимо

сделать следующие выводы: 1. Движение броуновских частиц вызывается ударами

молекул вещества о стенки сосуда, в котором они взвешены. 2. Броуновское

движение непрерывно и бесконечно. Оно зависит от свойств вещества, в

котором эти частицы взвешены. 3. Движение броуновской частицы позволяет

судить о движении молекулы среды, в котором частицы находятся. 4.

Броуновское движение доказывают существование молнии, их движение которое

носит непрерывный и хаотичный характер этого движения.

Вопрос о взаимодействии молекул школьники уже изучали в 10 классе, знания

поэтому нужно углубить. Необходимо подчеркнуть следующие моменты:

межмолекулярные взаимодействия имеют электромагнитную природу;

межмолекулярные взаимодействие характеризуется силами притяжения и

отталкивания; силы межмолекулярного взаимодействия действуют на расстояниях

не больше 2-3 диаметров молекул. На этом расстоянии заметна лишь сила

притяжения, силы отталкивания практически равны нулю; по мере уменьшения

расстояния между молекулами силы взаимодействия увеличиваются. Сила

отталкивания растет быстрее, чем сила притяжения.

Вводят ряд понятий: Относительной молекулярной (атомной) массой называется

отношение массы молекулы данного вещества к 1/12 массы атома углерода.

[pic]. Количество вещества – это отношение числа молекул, содержащихся в

данном теле к числу атомов, которое содержится в 0,012 кг углерода. [pic],

[pic]. Моль – это количество вещества, содержащее в себе столько

структурных элементов, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода.

Молярная масса – масса 1 моля вещества [pic].

Если найдем связь между количеством вещества, массой вещества и

молекулярной массой, получим: [pic].

Идеальный газ. Основное уравнение МКТ. Существует два определения понятия

идеальный газ: термодинамическое и молекулярно-кинетическое. В

термодинамике под идеальным газом понимают газ, у которого при

изотермическом процессе при постоянной массе, давление обратно

пропорционально его объему. Другое определение: Идеальный газ – это газ

состоящий из большого количества молекул, которые представляют собой

материальные точки, не взаимодействующие друг с другом, на расстоянии, но

взаимодействуют при столкновении по закону абсолютно упругого удара.

Принимая молекулу газа за материальную точку, исходят из того, что

суммарный объем меньше объема сосуда и его можно не учитывать.

Следует отметить, что принятая модель идеального газа работает только

тогда, когда газ находится в равновесном состоянии. Эта модель не применима

при высоких давлениях и низких температурах.

[pic]. Доказательство уравнения можно разбить на 4 этапа: 1. Найдем

импульс, приобретенный стенкой при ударе одной молекулы газа. mo – масса

одной молекулы. Разложим силы на составляющие: [pic], [pic]. 2. Найдем

число молекул, которое возможно дойдут до стенки dC. Число молекул в объеме

– половина - [pic]. 3. Общий импульс, полученный стенками сосуда будет

[pic]. Из механики известно, что импульс силы равен изменению импульса тела

[pic], [pic]. 4. [pic], [pic], [pic], проекции скорости на оси равны, так

как все направления равноправны. [pic], [pic] - средняя квадратичная

скорость. [pic] - основное уравнение МКТ. [pic].

Следующим шагом в изучении этого вопроса – введение понятия температура.

Температура характеризует внутреннее состояние изолированной системы тел,

находящихся в состоянии термодинамического равновесия. Можно встретить

следующее определение температуры: Температурой называют скалярную

физическую величину, характеризующую интенсивность теплового движения

молекул изолированной системы в условиях термодинамического равновесия

пропорциональную средней кинетической энергии поступательного движения

молекул.

Предельная температура, при которой давление идеального газа становится

равным нулю, при постоянном объеме или объем газа становится равным нулю

при определенном давлении, называется абсолютным нулем температур.

Учитывая, что [pic], [pic], [pic], [pic], то есть температура является

мерой средней кинетической энергии движения молекул.

15. Методика изучения газовых законов.

Газовые законы могут изучаться индуктивно, либо дедуктивно. При индуктивном

подходе газовые законы изучаются как эмпирические, полученные при обобщении

данных эксперимента, а затем выводят уравнения состояния идеального газа.

Закон Бойля-Мариота. Открыт экспериментально. Р. Бойль – 1662г. Э. Мариот –

1667г. При постоянной температуре объем данной массы газа обратно

пропорционально давлению. PV = const – изотермический процесс T = const,

[pic]. Для данной массы газа произведение давления на объем постоянно, если

температура постоянна. По оси у – V, по x – P, графическая зависимость –

изотерма.

Закон Гей-Люсака. Открыт экспериментально в 1802г. При постоянном давлении

объем данной массы газа зависит от температуры по линейному закону. [pic],

процесс – изобарный [pic]. Для данной массы газа отношение объема к

температуре постоянно, если давление газа не меняется. По оси х – t, y – V.

График – изобара.

Предположим, что имеем 1 моль газа. Газ характеризуется параметрами [pic],

Ро=101325 Па, Vom=22.4 л = 22,4 10-3 м3. [pic], [pic] - универсальная

газовая постоянная. R = 8.31 Дж/К.

Предположим, что имеем [pic], [pic] - уравнение Менделеева – Клайперона.

Другой вывод уравнения М-К. Известно, что давление газа описывается

согласно основному уравнению МКТ [pic] (4) [pic] (5) [pic], [pic], [pic]

(6) – это соотношение найдено фр. Физиком Клайпероном в 1834г. Он хотя и

связал все параметры, характеризующие состояние газа, но это уравнение не

удобно для практического применения. Дело в том, что в него, помимо P, V, T

входят не измеряемые на опыте число молекул N. В 1874 г. Менделеев

усовершенствовал эту формулу, ввел в нее массу: [pic], [pic], [pic].

Закон Шарля. 1787г. Шарль установил, что давление данной массы газа при

постоянном объеме зависит от температуры по линейному закону. [pic], [pic]

- термический коэффициент давления газа.

16. Научно методический анализ основных понятий раздела электродинамика

(Электрический заряд, электрическое поле).

Электродинамика – раздел физики посвященный изучении электрических и

магнитных явлений, в которых основную роль играет взаимодействия между

телами, элементарный заряд. Взаимодействие осуществляется через

электромагнитное поле, связанное с этими телами или частицами. Основное

понятие является понятие электрического заряда и электрического поля.

Наличие электрического заряда у тела (частицы) проявляется во

взаимодействии с другими заряженными телами (частицами). Электрический

заряд – свойство частиц материи или тел, характеризующее их взаимосвязь в

собственном электромагнитном поле. Имеется два вида зарядов: положительный

и отрицательный. Количественно определяется по силовому взаимодействию тел,

обладающих электрическим зарядом.

Авторы Шахмаев и др. На вопрос: Что такое электрический заряд? Отвечают:

понятие заряда в какой-то мере сходно с понятием гравитационной массы.

Подобно тому, как для характеристики гравитационного взаимодействия тел и

частиц было введено понятие массы, так и для характеристики взаимодействия

тел (частиц) введено понятие электрического заряда. Введение понятия массы

позволило изучить явления, связанные с гравитационным взаимодействием

частиц и тел, а введение понятия заряда позволяет изучить электромагнитные

взаимодействия. Опытным путем установлено, что электрический заряд обладает

следующими свойствами: 1. Электрические заряды могут быть двух видов:

положительными и отрицательными; 2. Электрический заряд величина

инвариантная, не зависящая от скорости движения зарядов; 3. Электрический

заряд аддитивен, то есть заряд системы тел равен сумме зарядов тел,

входящих в систему; 4. Все электрические заряды кратны заряду электрона; 5.

Суммарный заряд изолированной системы остается постоянным.

Центральное место в разделе электродинамика при изучении электрических

явлений занимает закон сохранения электрического заряда, который

подтверждается наблюдателями. Для демонстрации закона сохранения заряда

используют следующее оборудование: электролиты с шаровыми кондукторами,

пластинки для электризации (эбонит и из органического стекла), разрядник на

изолированной ручке. Из опыта делается вывод: сумма зарядов замкнутой

системы остается постоянной.

Затем изучается закон Кулона. На основе опыта с крутильными весами.

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме прямо

пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату

расстояний между ними.

Два неподвижных точечных заряда находятся в вакууме на расстоянии R друг от

друга и взаимодействуют с силами, направленными по одной прямой,

соединяющей эти заряды, модули этих сил пропорциональны произведению

зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояний между ними. [pic], к

– коэффициент пропорциональности. [pic], [pic]- электрическая постоянная.

[pic], [pic].

Необходимо напомнить учащимся, что закон Кулона справедлив для точеных

неподвижных заряженных тел. Если размеры тел и расстояния между ними

соизмеримы, то закон Кулона не применим.

Далее формируют понятие об электрическом поле. Самый простой случай

электромагнитного взаимодействия проявляется при создании поля покоящихся

заряженными телами. В этом случае электромагнитное поле предстает как поле

электростатическое.

На основе опытов: 1) Поднося к электрометру наэлектризованную палочку,

замечаем что стрелка отклоняется еще до того, как палочка коснется

электрометра; 2) Помещаем стрелку из сухого дерева, она займет между шарами

вполне определенное положение. Эти опыты говорят о том, что вокруг

наэлектризованных тел существует материальный передатчик взаимодействия

электрических зарядов, который называем электрическим полем.

Показываем, что электрическое поле, существующее вокруг наэлектризованной

палочки на различных расстояниях от палочки не одинаково. Следовательно, не

обходимо ввести физическую величину, которая характеризует электрические

поле. Для этого можно воспользоваться действием поля на пробный

электрический заряд q. Отношение силы, с которой электрическое поле

действует на пробный заряд к этому заряду будет зависеть от поля, которое

изучается и от положения пробного заряда в нем.

Напряженностью электрического поля называют векторную величину, являющуюся

силовой характеристикой электрического поля в данной точке. Напряженность

равна отношению силы с которой поле действует на точечный положительный

электрический заряд к этому заряду. [pic], [pic]. Если поля создаются n

зарядами и в это поле вводится заряд q, то равнодействующая сила,

действующая на заряд q, равна векторной сумме сил.

Напряженность поля системы зарядов равна векторной сумме напряженностей

поля каждого из зарядов системы. Этот вывод называется принципом

суперпозиции.

Распределение поля в пространстве можно сделать видимым. Дается

определение: Непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через

которую они проходят, совпадают с вектором напряженности называются

силовыми линиями электрического поля, либо линиями напряженности.

Опыт: с помощью султанов показывают демонстрации, сначала с одним, затем с

двумя.

17. Научно методический анализ основных понятий раздела электродинамики

(Потенциал, разность потенциалов, отношение между напряженностью поля и

разностью потенциалов).

Работа электрического поля по перемещению заряда [pic], [pic], [pic],

[pic].

Из курса физики 9 класса известно, что если работа не зависит от формы

траектории, то она равна изменению потенциальной энергии, взятой со знаком

минус. Следовательно, введем обозначение [pic] - потенциальная энергия

заряда в положении 2, аналогично для положения 1. Значит потенциальная

энергия заряда в однородном электростатическом поле в общем случае равен

[pic] (3). (эта формула подобна [pic]), но заряд в отличие от массы может

быть положительным и отрицательным. Если поле совершает положительную

работу, то потенциальная энергия заряженного тела уменьшается,

одновременно, согласно закону сохранения энергии, кинетическая энергия –

увеличивается, то есть заряд ускоряется в поле.

Физический смысл имеет не сила потенциальной энергии, а разность ее

значений, определенная работой поля при перемещении заряда из начального

положения в конечное.

Отметим, что работа электростатического поля при перемещении заряда из

одной точки в другую не зависит от начального и конечного положений заряда.

На замкнутой траектории положительного заряда. На замкнутой траектории

работа электростатического поля всегда равна нулю.

Из (3) следует, что потенциальная энергия заряда пропорциональна заряду,

следовательно отношение потенциальной энергии к заряду не зависит от

помещенного в поле заряда. Это позволяет ввести новую характеристику поля –

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5