Общий алгоритм решения задач по физике

Решение любой задачи по физике можно разделить на следующие этапы.

1. Краткое представление условия задачи. Оно заключается в записи известных и искомых величин, где приводятся численные данные в том виде, в котором они имеются в условии задачи. Здесь же указываются сведения, заданные неявно (например, в графической или табличной формах).

2. Перевод всех данных в условии величин в единую систему единиц – обычно в Международную систему единиц (СИ).

3. Графическое изображение условия задачи, которое позволяет не только наглядно представить условие задачи, но и правильно определить некоторые параметры изучаемой системы (например, направление векторных величин или их проекции). Чтобы показать соотношение изображаемых величин, следует соблюдать приблизительный масштаб. (Например, при изображении нескольких векторов их длина должна быть приблизительно пропорциональна известным модулям этих векторов.)

4. Аналитическое решение задачи. На этом этапе, прежде всего, следует установить, какие физические закономерности лежат в основе данной задачи. Начинать советуем с формулы, которая содержит искомую величину. Затем из формул, выражающих эти закономерности, надо найти решение задачи. При этом следует придерживаться известного положения: число уравнений в составляемой системе уравнений должно быть равно числу неизвестных. Решая аналитически эту систему уравнений любым удобным методом, нужно получить расчетную формулу искомой величины.

5. Проверка размерности искомой величины. Прежде чем производить вычисления, необходимо проверить размерность полученного результата. Для этого в расчетную формулу вместо физических величин подставляют их единицы измерения. Проверка положительна, если после упрощения выражения получена единица измерения искомой величины. Если нет, то надо искать ошибку в преобразованиях при выводе расчетной формулы.

6. Вычисление. Численный результат получается путем подстановки численных значений известных величин в расчетную формулу и вычислением полученного арифметического выражения. Расчеты, как правило, упрощаются, если величины представить в виде небольшого числа и множителя, отражающего десятичный порядок данной величины. Например,

12300 = 1,23×10⁴   или 0,00123 = 1,23×10^–3.

При вычислениях следует использовать микрокалькулятор. Результат округляется до трех значащих цифр.

В пособии по решению задач в начале каждой темы приводятся особенности выполнения третьего и четвертого пунктов «Общего алгоритма». Этим учитывается специфика решения задач по каждой теме. Кроме того, при решении конкретной задачи какие-то этапы «Общего алгоритма» могут отсутствовать, но следовать единому алгоритму решения необходимо.

Представленная последовательность действий может быть полезной при решении как расчетных, так и качественных задач.

Пример оформления решения задачи

Условие задачи:

Оцените относительную населенность зоны проводимости полупроводника при комнатной температуре, если длина волны излучения п/п лазера 700 нм.

 

Таблица 2

Краткая запись условия	Перевод данных в систему СИ	Запись решения
Дано: t=tк=20^оС λ=700нм.	СИ: T=(273+20) К=293 К λ=7∙10^–7 м	Решение: Согласно рассуждениям Эйнштейна о природе спонтанного излучения для двухуровневой системы относительная населенность зоны проводимости полупроводника определяется из выражения:
Найти: n2/n1 -?
. Здесь h =6,63∙10^-34 – постоянная Планка, c =3∙10^8 – скорость света в вакууме,  – постоянная Больцмана, λ – длина волны, излучаемая двухуровневой системой, Т – температура. Считая п/п лазер двухуровневой системой, определим из этого выражения относительную населенность зоны проводимости полупроводника. Подставляем численные значения: Проверка размерности: Ответ: О тносительная населенность зоны проводимости полупроводника при комнатной температуре и длине волны излучения п/п лазера 700 нм составляет 3,02∙10^-29%.

Задание по контролю самостоятельной работы оформляется в рукописном виде. Пример оформления решения задачи приведен в таблице 2.

После решения задач, входящих в задание, листы с решениями брошюруются и снабжаются титульным листом с обязательным указанием дисциплины, номера варианта задания и данных студента.

При представлении задач обязательными элементами являются:

– текст задачи и числовые исходные данные;

– расчётные формулы;

– проверка размерностей.

В процессе защиты задания по контролю самостоятельной работы студентам могут быть предложены контрольные вопросы и задачи из соответствующего раздела курса.

Небрежно оформленные и выполненные не по своему варианту задания по контролю самостоятельной работы к защите не принимаются.

Выполнение заданий по контролю самостоятельной работы максимально приближает обучение к практическим интересам с учетом имеющейся информации и является результативным методом закрепления знаний. Далее приведены основные формулы, примеры оформления и контрольные задачи по разделам физики.