Как решать задачи по физике. - KremlinPR.com:

Как решать задачи по физике. - KremlinPR.com:

Как решать задачи по физике.

Мой опыт школьника и студента, изучающего физику, а также профессора, преподающего физику, позволил мне сформировать ряд положений о том, как надо решать задачи по физике, которые, впрочем, опираются больше на мой опыт решения задач, чем какие-либо статистические исследования по учащимся и отражают особенности моего мышления. Но попробую Высказать мои выводы, вдруг они окажутся полезными и другим людям.

Решение задачи по физике идет как-бы параллельно по некоторым направлениям, которые в принципе можно было бы построить в некоторую простую алгоритмическую последовательность действий, но, наверное, она не будет отражать истинный путь мышления. Тут, скорее, надо применять параллельные алгоритмы, но как алгоритмизировать человеческий путь мышления пока никто не знает, хотя составлять алгоритмы для машин, в том числе параллельные, мы уже умеем.

Одно направление - интуитивное решение задачи. Еще до применения каких-либо законов и формул Вы должны на интуитивном, качественном уровне представить, что должно произойти с той физической моделью, с которой вы начали работать в голове. Обратите внимание, что этому шагу, значит предшествовал уже шаг преобразования текста задачи в некоторую мысленную модель. Эти интуитивные решения основываются с одной стороны на ваших ощущениях, что и как вокруг Вас происходит, к которые не связаны с наукой физикой, а исходят из Вашей ежедневной практики. Ну, один из тривиальных примеров, вы знаете, и ощущаете без всяких законов, что если бросить мячик вперёд, он не полетит назад, а так или иначе будет лететь вперед, пока не столкнётся с какой-нибудь преградой или еще что-нибудь не произойдет.

С другой стороны эти интуитивные ощущения сформированы уже изученным вами материалом по физике. Вы уже получили какие-то представления о тех объектах и явлениях, которые нельзя отнести к Вашим бытовым встречам. Например, электрическое поле. Хотя вы не сталкиваетесь с ним в ежедневной практике за годы изучения природоведения, элементарной физики и, наконец, специальных разделов, вы уже как-то представляете, например, что поле вблизи точечного заряда больше, чем вдали от него и для этого вам не нужно смотреть на формулу Кулона.

И вот вы уже до решения задачи интуитивно решили, что же там происходит, с объектами в задаче, и что качественно получается: увеличится, уменьшится или сохранится кое-что, сломается, упадет, достигнет, нагреется, охладится, улетит.

Пока мы интуитивно рассуждали, что произойдет, му как-бы подготовились к следующему шагу - выбору физических процессов, которые могут играть главную роль в поведении системы и записи соответствующих законов. Тут надо записать на листочке, на котором вы делаете решение, все формулы, которые, как вам кажется, могут пригодиться, и начинаете их перебирать и примеривать их с теми параметрами, которые вам заданы в задаче и которые вы должны найти. Другими словами, вы составляете модель системы, о которой идет речь в задаче, в наибольшей степени упрощая реальную картину происодящето в реальном мире до упрощенных моделей, в рамках которых легко применять основные физические законы. Тут вы то-ли отбросите трение, толи будете считать, что гравитационное ускорение не меняется с высотой - все зависит от задачи и от тех недоговоренных принципах "по умолчанию", с которыми вы должны были примериться при прохождении того или иного курса, например, в курсе электростатики, электрические силы не зависят от скоростей тел, так как скорости предполагаются достаточно малыми, чтобы эта зависимость, которая реально существует, была пренебрежимо малой.

Тут полезно мысленное действие - приведение к экстремальным значениям. Чтобы понять роль того или иного параметра, следует рассмотреть систему при минимальном и максимальном значении этого параметра. Причем это следует делать как на интуитивном уровне, так и на уровне формул. Если коэффициент трения устремить к нулю, то трение должно исчезнуть и, соответственно, ожидаемые изменения скорости уже не должны зависеть от трения и того, что его вызывает, например, от нормальной силы. Это вы должны почувствовать и на своей мысленной модели и увидеть на формулах.

Выбрав нужные формулы, описывающие законы, определяющие поведение системы, мы подошли к важному шагу, который почему-то игнорируется во многих американских учебниках общей физики. Мы должны выразить искомый параметр исходя из заданных параметров в виде алгебраической или другой формулы, которая нам позволила бы поиграть с параметрами и увидеть, как зависит решение от изменения тех или иных параметров, вплоть до изменения их к их экстремальным значениям.

Почему-то во многих американских учебниках этот этап заменяется на заключительный расчетный этап. Тут студент должен показать умение работать с калькулятором, и знакомство с переводом единиц измерения с заданных в задаче единиц в метрические, и знание законов определяющих количество значащих цифр в заключительном ответе. При этом предлагается сначала подставить в формулы заданные численные параметры, а потом уже применять алгебраические преобразования для получения искомой величины. Помню, что от этого нас уже отучала учительница математики где-то в пятом классе.

Получается какая-то бухгалтерия, а не физика. Мне кажется, гораздо важнее получения численного ответа при конкретных исходных данных в физике - это получение понимания как зависит решение от исходных данных, просмотреть решение для экстремальных значений. Без аналитической формулы это сделать трудно. И на этом этапе нужно сравнить поведение вашей интуитивной, мысленной модели с тем поведением, с теми зависимостями, что показывает Ваша формула, выражающая искомый параметр.

Но вот и мы подошли к численному решению и получаем результат. Тут я советую моим студентам никогда не записывать физические параметры без единиц измерения, что противоречит другому популярному правилу: сначала перевести все параметры в базовые метрические единицы измерения, а потом работать только с числами, подставив единицу измерения только в ответе.

Тут я привожу студентам опыт вычисления физического результата в поисковой системе Гугл, которая так и работает, всегда вместе с единицами измерения, причем допускается смешение разных систем, Гугл все-равно понимает, что делать.

Нас также когда-то учили перед точным вычислением делать оценку по порядку искомой величины. Может и сейчас это следует делать, чтобы не доверять без оглядки тому, что показывает калькулятор. Многие мои американские студенты, делая измерения на лабораторном столе, записывают свой результат в десятках и сотнях метров, как бы совсем не представляя, а что такое метр. Думаю и в расчетных задачах нужно сначала оценить результат по порядку величины, а потом уже оценку сравнивать с точным вычислением.