Единый государственный экзамен по физике включает в себя задачи базового, повышенного и высокого уровня сложности. Порой условие задач повышенного и высокого уровня сложности представлено каким-либо сюжетом, в котором очень сложно выделить протекающее физическое явление. Так задача С1 является качественной задачей повышенной сложности на объяснение физических явлений в конкретных ситуациях. Эта задача вызывает большие трудности у учащихся, связанные с тем, что необходимо логично выстроить ответ, объяснить физическое явление, описанное в условии задачи. При этом надо владеть научной терминологией. К сожалению, учащиеся ограничиваются объяснением на уровне бытовой жизни и не могут связать одно с другим. Также в задачах могут описываться несколько явлений, изучаемых в разных физических теориях. Как научить школьника разбираться в условии и находить те самые законы, которые описывают происходящие в задаче явления? Считается, что чем больше решить сложных задач, тем лучше будешь подготовлен к ЕГЭ. Как показывает практика и результаты ЕГЭ по физике, такой подход не дает хороших результатов. Умением решать сложные, нестандартные задачи овладевают лишь некоторые учащиеся в силу своих природных способностей. Большинство же школьников даже не преступают к решению задач повышенной и высокой сложности при сдаче ЕГЭ.

В этом учебном году предполагаются изменения в структуре и содержании ЕГЭ по физике. Сокращается количество задач с выбором ответа и увеличивается число задач повышенной сложности, которые нужно решить и правильно записать ответ. В содержании таких задач описываются физические явления в конкретных ситуациях. Поэтому необходимо научить учащихся переводить описание физического явления в заданной ситуации на физический язык: объект, о котором идет речь в задаче заменять идеализированным объектом, а его свойства, воздействие на него другого объекта, условия при которых происходит это воздействие выражать на языке физических величин. Другими словами, нужно научить учащихся составлять физическую модель ситуации задачи.

Первым действием в решении собственно задач должно быть построение физической модели ситуации задачи, вторым – составление уравнения, описывающего физическую модель ситуации задачи, а далее нахождение неизвестной величины. Построение физической модели ситуации, описанной в задаче должно начинаться с анализа текста. Так как в условии большинства задач описано физическое явление, происходящее в конкретной ситуации, то необходимо выделить структурные элементы этого явления словами текста [5]:

• материальный объект 1 (МО 1) и его свойства в начальном состоянии;
• воздействующий объект (ВО) и его свойства;
• воздействие и условие, при котором оно осуществляется;
• материальный объект 1 (МО1) и его свойства в конечном состоянии.

Выделенные словами текста фрагменты задачи или структурные элементы физического явления необходимо перевести на язык физической науки:

• по описанию физического явления установить возможность использования той или иной физической теории;
• установить, какие идеализированные объекты используются в этой теории;
• установить, можно ли материальный объект в задаче считать идеализированным.
• выразить свойства материального объекта в начальном состоянии через физические величины и их значения;
• выразить свойства материального объекта в конечном состоянии через физические величины и их значения;
• выразить свойства воздействующего объекта через физические величины и их значения;
• выразить условия взаимодействия на языке физической науки;
• изобразить графическую модель ситуации, описанной в задаче;
• составить текст задачи на языке физической науки.

После этого подбираем уравнение или закон, описывающий физическую модель ситуации задачи, составляем расчетную формулу и находим неизвестную величину. Все эти действия составляют обобщенный метод решения задач [3]:

1. Построение физической модели ситуации, описанной в тексте задачи;
2. Составление уравнения, описывающего физическую модель ситуации задачи;
3. Составление формулы, по которой может быть найдено значение искомой физической величины;
4. Вычисление значения искомой физической величины;
5. Контроль соответствия полученного результата здравому смыслу и ситуации, описанной в условии задачи.

В этой статье ограничимся рассмотрением первого действия данного метода и приведем примеры построения физической модели ситуации задачи, т.к. этот пункт обобщенного метода является самым сложным и требует специального обучения школьников.

Задача 1. В простейшей модели атмосферы Венеры предполагалось, что планету окружает равно-плотная атмосфера, состоящая из углекислого газа СО₂. Какова температура атмосферы вблизи поверхности Венеры, если высота атмосферы h=20 км? Радиус Венеры r = 6200 км, ее масса М=5·10²⁴ кг.

Построим физическую модель ситуации, описанной в задаче (таблица 1):

Таблица 1

Построение физической модели ситуации

Решение:

Из уравнения Менделеева-Клапейрона найдем давление идеального газа.

, где R – универсальная газовая постоянная.

Гидростатическое давление: p = ρgh

Приравниваем формулы и выражаем температуру:

Ускорение свободного падения у поверхности Венеры равно:

Получим расчетную формулу:

Подставив данные, получим ответ: T = 920 К

Задача 2. На рисунке 1 показана схема устройства для предварительного отбора заряженных частиц с целью последующего детального исследования. Устройство представляет собой конденсатор, пластины которого изогнуты дугой радиуса R≈50 см. Предположим, что в промежуток между обкладками конденсатора из источника заряженных частиц (и. ч.) влетают, как показано на рисунке 1, ионы с зарядом e. При каком значении напряженности электрического поля в конденсаторе ионы с кинетической энергией 2•10^-15 Дж пролетят сквозь конденсатор, не коснувшись его пластин? Считать, что расстояние между обкладками конденсатора мало, напряженность электрического поля в конденсаторе всюду одинакова по модулю, а вне конденсатора электрическое поле отсутствует. Влиянием силы тяжести пренебречь.

Построим физическую модель ситуации, описанной в задаче (таблица 2):

Таблица 2

Построение физической модели ситуации

Решение: Центростремительное ускорение частицы в электрическом поле вызвано действием электрической силы со стороны электрического поля. По второму закону Ньютона:

Кинетическая энергия частицы равна:

Получаем, что . Откуда

Итак, мы видим, что содержание деятельности по построению физической модели ситуации задачи состоит из определенной системы действий, расположенных в логической последовательности и приводящих к переформулированию текста задачи на язык физической науки. Переформулированный текст конкретной ситуации позволяет понять условие предложенной задачи, т.е. понять о каком физическом явлении идет речь и какую теорию нужно применить для решения задачи.

Из приведенных примеров следует, что обобщенный метод решения задач позволяет выполнять моделирование любых ситуаций и может подготовить учащихся к применению полученных знаний в конкретных ситуациях. Тренировка в этом должна привести к тому, что усвоенный обобщенный метод станет стилем мышления учащихся.

Рецензенты:

Крутова И.А., д.п.н., доцент, заведующая кафедрой теоретической физики и методики преподавания физики, ФГБОУ ВПО Астраханский государственный университет, г.Астрахань.

Смирнов В.В., д.п.н., доцент, заведующий кафедрой материаловедения и технологии сварки, ФГБОУ ВПО Астраханский государственный университет, г.Астрахань.