Кубанский государственный университет

Кубанский государственный университет
Физико-технический факультет
Центр дополнительного образования
Краснодарского края
Утверждена учебно-методической
комиссией по физике КубГУ
«___»____________2011 г.
Председатель комиссии
д. ф.-м. н., профессор
___________Тумаев Е.Н.
Дополнительная образовательная программа
по физике
для 10 - 11 класса
Срок реализации программы с 1.10.2011 по 31.12.2011 г.
Программу составил профессор кафедры физики и информационных систем
Тумаев Е.Н.
Краснодар
2011 г.
I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
В последнее время в нашей стране возросла потребность в инженерных
кадрах. Данная образовательная программа направлена на подготовку
учащихся к участию в олимпиадах по физике и других интеллектуальных
конкурсах и соревнованиях. Изучение данной программы позволит учащимся
более глубоко изучить данный предмет, расширить кругозор, научиться
применять полученные знания для решения задач.
Целью данной программы является подготовка к участию в олимпиадах
по физике и других интеллектуальных конкурсах и соревнованиях.
Задачи программы:
1) развить у учащихся навыки решения олимпиадных задач;
2) научить учеников пользоваться физическими приборами:
3) привить учащимся навыки исследовательской работы.
Данная программа отличается от существующих школьных программ более
углубленным изучением материала. Образовательная направленность, в
рамках которой реализуется программа – социально-педагогическая. Возраст
обучающихся – 10-11 класс средней общеобразовательной школы.
Срок реализации программы составляет 3 месяца (52 часа, первое
полугодие учебного года). По данной программе можно более глубоко
изучить школьный курс физики, используя рекомендованную учащимся
литературу. Также необходимо решить две контрольные работы, состоящие
из задач разного уровня сложности.
Сложные задачи помечены знаком * и **.
Основной формой подведения итогов реализации дополнительной образовательной программы подготовки одаренных школьников к олимпиадам
и другим интеллектуальным соревнованиям является проверка высланных
школьниками решений контрольных работ.
За каждую правильно решенную задачу выставляются баллы: от 0 до
10 за обычную и от 0 до 15 баллов за задачу со звездочкой. Самые сложные
задачи (**) оцениваются в 20 баллов.
II. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
№
Наименование разделов, блоков, модулей
Общее
количество
часов
Теорети- Практические ческие
занятия занятия
1. Механика (26 часов)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Основные понятия и уравнения кинематики.
Кинематические характеристики в различных
системах отсчета: относительные и инвариантные
величины.
Инерциальные
системы
отсчета,
принцип
относительности.
Законы
Ньютона.
Неинерциальные
системы
отсчета.
Явления,
наблюдаемые в неинерциальных системах отсчета.
Основные понятия и законы динамики. Силы в
механике. Прямая и обратная задачи механики.
Механическое состояние системы и динамические
закономерности.
Момент силы. Вращательное движение Основное
уравнение динамики вращательного движения.
Момент инерции. Момент импульса. Кинетическая
энергия вращающегося тела.
Законы сохранения в механике: закон сохранения
импульса; закон сохранения момента импульса;
закон сохранения энергии.
Статика. Связи,
реакции связей. Условие
равновесия тел под действием внешних сил и
реакций связей. Аналитический и графический
способы определения реакций связей.
Гидростатика. Давление. Законы Паскаля и
Архимеда. Гидродинамика, уравнение Бернулли.
4
2
2
2
1
1
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
4
2
2
2. Основы молекулярно-кинетической теории (8 часов)
Основные положения молекулярно-кинетической
2
1
теории и их опытные обоснования. Диффузия и
броуновское движение. Взаимодействие атомов и
молекул вещества. Масса и размеры молекул.
Постоянная Авогадро.
1
9.
Идеальный газ. Основное уравнение молекулярнокинетической теории идеального газа. Температура
и
ее
измерение.
Постоянная
Больцмана.
Абсолютный нуль. Уравнение состояния идеального
газа
как
следствие
основного
уравнения
молекулярно-кинетической теории газов
1
1
10.
2
1
Насыщенные и ненасыщенные пары. Зависимость
давления и плотности насыщенного пара от
температуры. Зависимость температуры кипения
жидкости от давления. Влажность воздуха. Точка
росы.
Психрометр.
Гигрометр.
Свойства
жидкостей. Поверхностная энергия. Поверхностное
натяжение. Смачивание. Капиллярные явления.
Деформация. Напряжение. Механические свойства
2
1
твердых тел: упругость, прочность, пластичность,
хрупкость. Диаграмма растяжения. Создание
материалов
с
необходимыми
техническими
свойствами.
3. Основы термодинамики т теплопередачи (18 часов)
Термодинамический подход к изучению физических
4
2
процессов.
Термодинамические
параметры
состояния тела. Внутренняя энергия тела. Первый
закон термодинамики.
Применение первого закона термодинамики к
4
2
различным тепловым процессам. Адиабатический
процесс. Теплоемкости при постоянном давлении и
постоянном объеме.
Обратимые
и
необратимые
процессы.
4
2
Необратимость тепловых процессов. Второй закон
термодинамики и его статистический смысл.
1
Тепловые машины. Принцип действия тепловых
двигателей. КПД теплового двигателя и пути его
повышения. Двигатель внутреннего сгорания.
Паровая и газовая турбины. Реактивные двигатели.
Холодильные машины.
Теплообмен. Теплоемкость, теплота плавления,
испарения. Примеры расчетов теплообмена между
телами. Переход работы в теплоту, эквивалентность
теплоты и работы. Коэффициент полезного действия
Итого
11.
12.
13.
14.
15.
16.
2
1
2
2
2
2
1
1
4
2
2
52
26
26
III.
СОДЕРЖАНИЕ ИЗУЧАЕМОГО КУРСА
Раздел 1. Механика (26 часов)
Модуль 1. Основные понятия и уравнения кинематики.
Кинематические характеристики в различных системах отсчета:
относительные и инвариантные величины.
В данном модуле изучается описание движения тела с помощью
системы координат, вводятся основные кинематические величины (скорость,
ускорение и т.д.), изучаются векторы и их свойства.
Модуль 2. Инерциальные системы отсчета, принцип относительности.
Законы Ньютона. Неинерциальные системы отсчета. Явления, наблюдаемые в
неинерциальных системах отсчета.
Изучается принцип относительности Галилея, сложение скоростей,
явления в неинерциальной системе отсчета.
Модуль 3. Основные понятия и законы динамики. Силы в механике.
Прямая и обратная задачи механики. Механическое состояние системы и
динамические закономерности.
Изучается основное уравнение динамики (второй закон Ньютона) и
методы его решения, включая прямую и обратную задачи динамики.
Модуль 4. Момент силы. Вращательное движение Основное уравнение
динамики вращательного движения. Момент инерции. Момент импульса.
Кинетическая энергия вращающегося тела.
Изучается кинематика и динамика вращательного движения.
Модуль 5. Законы сохранения в механике: закон сохранения импульса;
закон сохранения момента импульса; закон сохранения энергии.
Изучаются законы сохранения и их связь с уравнениями движения.
Модуль 6. Статика. Связи, реакции связей. Условие равновесия тел под
действием внешних сил и реакций связей. Аналитический и графический
способы определения реакций связей.
Изучаются условия равновесия твердого тела под действием внешних
сил и реакций связей. Излагаются различные подходы к определению
реакций связей.
Модуль 7. Гидростатика. Давление. Законы Паскаля и Архимеда.
Гидродинамика, уравнение Бернулли.
Изучается основные понятия и законы гидростатики и гидродинамики,
сообщающиеся сосуды, условия плавания тел.
Раздел 2. Основы молекулярно-кинетической теории (8 часов)
Модуль 1. Основные положения молекулярно-кинетической теории и
их опытные обоснования. Диффузия и броуновское движение.
Взаимодействие атомов и молекул вещества. Масса и размеры молекул.
Постоянная Авогадро.
Изучаются основные положения молекулярно-кинетической теории:
количество вещества, моли, число Авогадро и др.
Модуль 2. Идеальный газ. Основное уравнение молекулярнокинетической теории идеального газа. Температура и ее измерение.
Постоянная Больцмана. Абсолютный нуль. Уравнение состояния идеального
газа как следствие основного уравнения молекулярно-кинетической теории
газов.
Изучается основное уравнение молекулярно-кинетической теории.
Вводится средняя энергия теплового движения и температура. Вывод уравнения
Менделеева-Клапейрона из основного уравнения молекулярно-кинетической
теории. Изучаются процессы в идеальном газе.
Модуль 3. Насыщенные и ненасыщенные пары. Зависимость давления и
плотности насыщенного пара от температуры. Зависимость температуры
кипения жидкости от давления. Влажность воздуха. Точка росы.
Психрометр. Гигрометр. Свойства жидкостей. Поверхностная энергия.
Поверхностное натяжение. Смачивание. Капиллярные явления.
Вводятся понятия, описывающие насыщенные и ненасыщенные пары.
Приводятся примеры уравнений состояния реальных газов. Изучаются
свойства влажного воздуха.
Модуль 4. Деформация. Напряжение. Механические свойства твердых
тел: упругость, прочность, пластичность, хрупкость. Диаграмма растяжения.
Создание материалов с необходимыми техническими свойствами.
Изучаются упругие деформации тел, в том числе пружин и стержней,
вводится закон Гука, дается понятие о механических напряжениях в твердых
телах.
Раздел 3. Основы термодинамики и теплопередачи (18 часов)
Модуль 1. Термодинамический подход к изучению физических
процессов. Термодинамические параметры состояния тела. Внутренняя
энергия тела. Первый закон термодинамики.
Вводится понятие внутренней энергии тела, формулируется первый
закон термодинамики.
Модуль 2. Применение первого закона термодинамики к различным
тепловым процессам. Адиабатический процесс. Теплоемкости при
постоянном давлении и постоянном объеме.
Рассматривается подвод теплоты и совершаемая работа для
изопроцессов в идеальном газе. Вводятся и вычисляются теплоемкости газа
в изобарном и изохорном процессах.
Модуль 3. Обратимые и необратимые процессы. Необратимость
тепловых процессов. Второй закон термодинамики и его статистический
смысл.
Дается понятие о втором законе термодинамики. Различные
формулировки второго закона.
Модуль 4. Тепловые машины. Принцип действия тепловых двигателей.
КПД теплового двигателя и пути его повышения. Двигатель внутреннего
сгорания. Паровая и газовая турбины. Реактивные двигатели. Холодильные
машины.
Изучение тепловых двигателей и холодильных машин. Циклы. Цикл
Карно.
Модуль 5. Теплообмен. Теплоемкость, теплота плавления, испарения.
Примеры расчетов теплообмена между телами. Переход работы в теплоту,
эквивалентность теплоты и работы. Коэффициент полезного действия.
Изучаются основные законы теплообмена, в том числе и при наличии
фазовых переходов. Изучаются законы остывания тела, а также переход
механической работы в теплоту.
IV. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ
Поскольку основной целью данной программы является подготовки
одаренных школьников к олимпиадам различных уровней, Во всех
перечисленных темах (модулях) производится ориентировка учащихся на
решение олимпиадных задач. Предполагается, что в соответствии с
программой по физике для участников олимпиад, темы задач выходят за
рамки общеобразовательной программы по физике для средних школ. Такие
темы разбираются особо: излагается соответствующий теоретический
материал, который иллюстрируется задачами, расположенными по мере
возрастания сложности.
Важной составной частью является изложение математического
аппарата в рамках школьной программы по математике, в таком объеме,
чтобы математические трудности не заслоняли решение задач.
Математическая подготовка для учащихся 10 - 11 классов включает в себя
умение решать линейные и квадратные уравнения, а также их системы,
строить и анализировать графики функций. Для учащихся 11 классов
дополнительным
требованием
является
знакомства
с
основами
дифференциального и интегрального исчисления, которое преподается на
уроках математики. С целью грамотной обработки экспериментальных
данных даются понятия о математической обработке результатов
эксперимента (подгонка экспериментальных точек прямой или кривой,
нахождение погрешности и т.п.).
Во всех случаях обращается внимание не только на оригинальные или
нестандартные способы решения задач, но и на общие методы.
Приведенная ниже литература для учащихся соответствует цели
программы, в списке литературы для педагога приводятся учебники и
задачники повышенной сложности, вплоть до вузовского уровня.
V. ЛИТЕРАТУРА
1. И.В. Савельев. Курс общей физики, в 5 книгах. М., 2001.
2. Н.И. Карякин, К.Н. Быстров, П.С. Киреев. Краткий справочник по физике.
М., «Высшая школа», 1962.
4. Журналы «Квант» и «Потенциал».
5. Тематические подборки из журналов «Квант» (серия «Библиотека журнала
«Квант»»).
6. С.Н. Кашина, Ю.И. Сезонов. Сборник задач по физике. М.»Высшая
школа», 1996.
7. Г.В. Меледин. Физика в задачах. М., «Наука», 1990.
8. Задачи по физике под ред. О.Я.Савченко. М., «Наука», 1988.
9. В.А. Балаш. Задачи по физике и методы их решения. М., «Просвещение»,
1983.
10. Б.Ю. Коган. Сто задач по физике. М., «Наука», 1986.
11. Всероссийские олимпиады по физике (под ред. С.М. Козела). М.,
«ЦентрКом», 1997.
12. Физико-математические олимпиады. М., «Знание», 1977.
13. Всероссийские олимпиады по физике, 1992-2001 (ред. С.М. Козел, В.П.
Слободянин). М., «Вербум-М», 2002.
14. С.М. Козел, В.А. Коровин, В.А. Орлов. Физика 10-11. Сборник задач и
заданий с ответами и решениями. М., «Мнемозина», 2001.
15. Б.Б. Буховцев, В.Д. Кривченков, Г.Я. Мякишев, И.М. Сараева. Сборник
задач по элементарной физике: пособие для самообразования. – М.: Наука,
1964. – 440. с. (и все последующие издания до 7-го, М.: УНЦ ДО МГУ, 2004).
16. М.П. Шаскольская, И.А. Эльцин. Сборник избранных задач по
физике/Под ред. С.Э. Хайкина. – М. – Л.: Гостехиздат, 1949. – 132 с. (и все
последующие издания до 5-го, переработанного, М.: Наука, 1986).
17. В.Г. Зубов, В.П. Шальнов. Задачи по физике. – М.: Гостехиздат, 1952. –
320 с. (и все последующие издания до 11-го, М.: Новая волна, 2000).
18. Г.А. Бендриков, Б.Б. Буховцев, В.В. Керженцев, Г.Я. Мякишев. Задачи по
физике для поступающих в вузы. – М.: Наука, 1980. – 384 с. (и все
последующие издания до 10-го, М.: Физматлит, 2003).
19. А.И. Буздин, В.А. Ильин, И.В. Кривченков, С.С. Кротов, Н.А. Свешников.
Задачи московских физических олимпиад/Под ред. С.С. Кротова. – М.:
Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988. – 192 с. – (Библиотечка «Квант». Вып.
60.)
20. А.И. Буздин, А.Р. Зильберман, С.С. Кротов. Раз задача, два задача… - М.:
Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. – 240 с. – (Библиотечка «Квант». Вып.
81.)
21. И.Ш. Слободецкий, Л.Г. Асламазов. Задачи по физике. – М.: Наука. Гл.
ред. физ.-мат. лит., 1980. – 176 с. – (Библиотечка «Квант». Вып. 5.)
22.И.Ш. Слободецкий, Л.Г. Асламазов. Задачи по физике. – 2-е изд. – М.:
Бюро Квантум, 2001. – 160 с. (Библиотечка «Квант». Вып. 86.)
23. Задачи по физике: Учебное пособие/Под ред. О.Я. Савченко. – 4-е изд.,
испр. – СПб.: Лань, 2001. – 368с.
24. И.Ш. Слободецкий, В.А. Орлов. Всесоюзные олимпиады по физике:
Пособие для учащихся 8 – 10 кл. сред. школы. – М.: Просвещение, 1982. –
256 с.
25. Всероссийские олимпиады по физике. 1992-2001 / Под ред. С.М. Козелла,
В.П. Слободянина. – М.: Вербум-М, 2002-392 с.
26. О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов. Международные физические олимпиады
школьников / Под. ред. В.Г. Разумовского. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат.
лит., 1985. – 160 с. – (Библиотечка «Квант». Вып. 43.)
27. Физика. 10-11 кл.: Сборник задач и заданий с ответами и решениями.
Пособие для учащихся общеобразоват. учреждений / С.М. Козел, В.А.
Коровин, В.А. Орлов. – М.: Мнемозина, 2001. – 254 с.
28. В.И. Лукашик. Физическая олимпиада в 6-7 классах средней школы:
Пособие для учащихся. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Просвещение, 1987. –
192 с.
29. А.С. Кондратьев, В.М. Уздин. Физика. Сборник задач. – М.: Физматлит,
2005. – 392 с.
30. Страница Московской физической олимпиады на севере Кафедры общей
Физического факультета МГУ:
http://genphys.phys.msu.ru/ol/
31. Веб-сайт «Олимпиады для школьников»:
http://www.mccme.ru/olympiads/
32. Материалы журнала “Квант» в Интернет:
http://kvant.mccme.ru/
33. Материалы газеты “Физика» Издательского дома «Первое сентября»:
http://archive.1september.ru/fiz/
34. Интернет-библиотека МЦНМО:
http://ilib.mccme.ru/