§ 34. Физические задачи
4. Содержание условий задач. Рассмотрим, какое содержание в тексте своего условия могут иметь задачи по физике. В тренировочных задачах содержание не имеет существенного, вернее, определяющего значения; его нельзя, однако, признать безразличным, как это было уже выяснено (§ 33,1). В задачах физического характера содержание имеет первостепенное значение и определяется их непосредственным назначением или целевой установкой.
Прежде чем переходить к характеристике содержания физических задач, следует заметить, что для возрастного состава и развития учащихся школы-семилетки содержание не может являться «отвлечённым» но должно так или иначе конкретизировать вопрос, поставленный в задаче. На данном этапе развития учащиеся в массе — большие реалисты, и хотя их можно заставить решать вопросы, не имеющие прямой связи с окружающей жизнью и практикой, но заинтересовать такими вопросами нельзя.
Содержание условий задач должно быть таково, чтобы учащимся было ясно, какое значение может иметь решение подобной задачи. При этом в некоторых случаях в целях развития или объяснения содержания преподавателю приходится сказать хотя бы несколько слов, а иногда демонстрировать картинки и другие учебные пособия.
Удачное содержание скажется не только на повышении интереса со стороны учащихся, но главное — позволит им узнать нечто новое или «физически» осмыслить уже известное.
Нужно признать, что преподаватель поступил бы безусловно правильно, если бы, например, условия следующих задач:
VII. Какая часть объёма плавающего льда находится под водой?
VIII. Груз в 70 кГ в течение 25 сек. поднят на высоту 20 м. Найти совершённую механическую работу и мощность.
IХ. Динамомашина даёт ток в 200 ампер при напряжении в 120 вольт. Рассчитать мощность двигателя, приводящего в действие динамомашину, если её к. п. д. равен 80%.
видоизменил таким образом:
Х. Какая часть объема у плавающих в северных морях айсбергов (ледяных гор) находится под водой и какая над водой (рис. 82)?
ХI. Человек весом в 70 кГ быстро взбежал в течение 25 сек. на пятый этаж дома, расположенный на высоте 20 м (от поверхности Земли). Какая механическая работа совершена и какая мощность развита человеком?
ХII. Для определения мощности автомобильных двигателей их заставляют вращать динамомашину, причём измеряют напряжение и силу даваемого ею тока. При таком испытании динамомашина дала ток в 200 ампер при напряжении в 120 вольт. Рассчитать мощность двигателя, если к. п. д. динамомашины равен 80%.
Благодаря такому видоизменению условий задачи становятся «жизненными», причём ни физическая, ни расчётная стороны нисколько не умаляются. 
При этом учащиеся на основании буквально нескольких объяснительных слов преподавателя узнают:
а) почему небольшие по своему виду айсберги представляют грозную опасность для пароходов (гибель парохода «Титаник»);
б) что человек на короткое время может развивать мощность до 1 л. с. и более;
в) каким сравнительно простым и, главное, понятным для учащихся способом может быть измерена мощность двигателя.
Всё это оказывается тем более важным, что одной из основных целей преподавания физики является установление связей между физикой - наукой и жизнью, подразумевая под этим природу, технику и практику быта.
Посмотрим теперь в связи с принятыми установками (§ 34, 2), каково может быть содержание физических задач.
В некоторых методиках имеется тенденция произвести разделение задач на физические и технические или даже производственные понимая под последними «те задачи, которые ставятся и решаются в конторах — цеховых, заводских и технических[1]»
По этому поводу надо заметить следующее. Решение технических или производственных задач в том виде, как они решаются инженерами и техниками, является безусловно недоступным и ненужным для учащихся не только при изучении первого, но и второго концентра физики.
Действительно, в технике всякого рода расчёты производятся по большей части совершенно иными способами и путями по сравнению с теми, которыми пользуются в школе на основе элементарных научных знаний. При технических расчётах производственного характера в большом ходу применение формул, по большей части эмпирических и отличных от зависимостей, полученных теоретическим путём, применение графиков, номограмм, таблиц и т. п. Расчёты производственного характера выполняются формально и механически. Так, например, инженер не станет рассчитывать электрическое сопротивление провода или падение напряжения в нём по формулам:
а возьмёт необходимые данные из соответствующих таблиц или графиков.
Ознакомление же с некоторыми элементами технических расчётов, которые возможно привести в задачах, отнюдь нельзя считать за приёмы решения этих вопросов в технике.
Разберём содержание физических условий только для тех задач, которые требуют для своего решения вычислений. О задачах-вопросах — см. § 35.
1) Содержание задачи чисто физическое, безотносительно к каким-либо вопросам практического характера.
В этих задачах ставится тот или иной вопрос из физики, и решение его приводит к увеличению и конкретизации знаний по физике. К числу таких задач относятся III, IV (§ 34, 1), I, II, III и V (34, 3).
В частности особое значение имеют физические задачи, использующие связи между различными разделами курса. Такими задачами, например, будут:
ХIII. До какой высоты следует налить ртуть в стакан, чтобы её удельное давление на дно оказалось равным 1 технической атмосфере?
В данной задаче применяются сведения из трёх разделов: удельный вес, давление весомой жидкости и учение о газах (определение технической атмосферы).
ХIV. На сколько нагревается вода в водопаде, в котором она падает с высоты 70 м[2]?
Для решения задачи требуется знать связь между учениями о теплоте и механической работе.
ХV. Какое количество пара в 1 час даёт электрический кипятильник, если сила тока равна 100 амперам при напряжении в 220 вольт?
Задача затрагивает вопросы из разделов: парообразование и закон Джоуля-Ленца.
2) Историческое содержание задачи. Такое содержание способствует повышению интереса со стороны учащихся и ведёт к ознакомлению их с некоторыми сведениями из истории физики.
Однако, количество задач этого типа, требующих вычисления, весьма ограничено; большинство из них принадлежит к числу задач-вопросов.
ХVI. Определить, из какого металла — серебра или золота — состояла корона, переданная царём Гиероном учёному Архимеду для исследования, если предположительно вес её принять равным 2,8 кГ, а объём 200 см3.
ХVII. Учёный Аристотель, живший в IV в. до н. э., обнаружил, что кожаный мешок, надутый воздухом, и тот же мешок без воздуха, сплющенный, имеют одинаковый вес. На основании этого правильного опыта он сделал неверный вывод, что воздух не имеет веса. Разъясните, почему такой вывод неверен.
ХVIII. В средние века для опровержения ученик о шарообразности Земли приводился такой рисунок (рис. 83). Объясните, почему этот рисунок не может служить опровержением.
ХIХ. Какой груз нужен для разделения полушарий в опыте Герике (рис. 4), если поверхность их была равна (предположительно) 0,14 м2?
3) Содержание задачи относится к физическим явлениям в природе.
Цель задач рассматриваемого типа — в ознакомлении и объяснении некоторых явлений, наблюдаемых в природе, в естественных условиях.
К числу таких задач, например, относятся следующие:
ХХ. Определить удельное давление воды[3] в самом глубоком месте около Филиппинских островов, где глубина достигает 10 830 м.
Большинство задач данного типа относится к числу задач-вопросов, так как они содержат мало вычислений.
4) В содержании задач рассматриваются вопросы бытового характера.
Такие задачи служат для объяснения практических приёмов, применяемых в быту, а также для рассмотрения вопросов из области бытовой техники:
ХХI. Какие дрова — сосновые или берёзовые — выгоднее покупать на вес (на килограммы) и по объёму (на кубометры)[4]?
ХХII. Сколько керосина сгорит в примусе при нагревании 2 л. воды в кастрюле от 10° до кипения? К. п. д. примуса считать равным 40%.
5) Содержание задачи относится к вопросам техники.
Такие задачи предназначены для ознакомления с элементами технических расчётов, а также для показа связи между физикой и техникой. Такими задачами являются, например, следующие:
ХХIII. Пробковый спасательный круг весит 12 кГ. Какой груз на воде способен удержать этот круг при погружении в воду на половину?
ХХIV. Воздушный шар объёмом в 1500 м3 наполнен водородом. Оболочка и гондола весят 250 кГ. Скольких человек может поднять шар?
ХХV. Сколько времени должен работать насос мощностью в 50 киловатт, чтобы из шахты глубиной в 150 м откачать 200 м3 воды?
ХХVI. Двигатель внутренлето сгорания имеет к. п. д., равный 20%, и развивает мощность в 50 л.с. Определите количество керосина, сжигаемого двигателем за 1 час.
ХХVII. Сколько лампочек мощностью в 40 ватт может быть зажжено от колхозной электростанции, если мощность водяной турбины равна 100 л. с. и к.п.д. установки 70%?
6) Содержание задачи отражает успехи нашего социалистического строительства.
Материал для таких задач приходится черпать самому преподавателю из текущей периодической печати, так как встречающийся в учебниках и задачниках оказывается обычно уже устаревшим. Примерами задач рассматриваемого содержания являются:
ХХVIII. Советские воздухоплаватели на стратостате «СССР» в 1933 г. поднялись на высоту 19 км (рис. 84). Найти по графику давление атмосферного воздуха на этой высоте.
ХХIХ. Труду скольких рабочих станет соответствовать мощность днепровской гидроэлектростанции, когда после восстановления разрушении, причинённых войной, мощность её будет равна 558 тысячам киловатт? Мощность рабочего при 8-часовом рабочем дне считать равной 0.1 л.с.
7) Содержание задачи включает данные из области в военного дела.
Целью таких задач является показ применения физики в военном деле. К числу задач подобного типа относятся, например, такие:
ХХХ. С какой средней скоростью опускался парашют с бойцом, если с высоты 1,5 км боец спустился на землю в течение 5 минут?
ХХХI. Сколько поплавков нужно для переправы через реку артиллерийского орудия, весящего 1500 кГ? Вес поплавка равен 2,1 кГ и его объём 63 дм3.
При решении задач по вопросам техники следует производить показ соответствующих картинок из книг, что конкретизирует условие и способствует значительному повышению интереса к задаче.
- И.И.Соколов, Методика физики, стр. 117.↑
- В предположении, что вся работа падения переходит в теплоту.↑
- Для упрощения плотность воды на различных глубинах можно принять одинаковой.↑
- Теплотворная способность дров: берёзовых 3150 ккал и сосновых 3200 ккал на килограмм.↑
