Тема «Фотоэффект. Уравнение Эйнштейна», 11 класс

Тема «Фотоэффект. Уравнение Эйнштейна», 11 класс.

№ 2. Работа выхода электронов из ртути равна 4,53 эВ. При какой частоте излучения запирающее напряжение окажется равным 3 В?

№ 3. Фотокатод осветили лучами с длиной волны 345 нм. Запирающее напряжение при этом оказалось равным 1,33 В. Возникнет ли фотоэффект, если этот фотокатод освещать лучами с частотой 510¹⁴ Гц?

№ 4. Найдите длину волны света, соответствующего красной границе фотоэффекта, для лития.

№ 5. Наибольшая длина волны света, при которой может наблюдаться фотоэффект на калии, равна 450 нм. Найдите максимальную скорость фотоэлектронов, выбитых из калия светом длиной волны 300 нм.

№ 6. Найдите импульс фотонов, вырывающих с поверхности металла электроны, которые полностью задерживаются разностью потенциалов 3 В. Фотоэффект начинается при частоте света 610¹⁴ Гц.

№ 7. Какой массой обладает фотон с длиной волны 610 ^–5см? Сколько нужно таких фотонов, чтобы их масса была равна массе покоя электрона?

№ 8. Чему равна энергия фотона красного света, имеющего в вакууме длину волны 0,72 мкм?

№ 9. Найдите энергию, массу и импульс фотона, если соответствующая ему длина волны равна 1,6 пм.

№ 10. С какими скоростями должен двигаться электрон, чтобы его импульс и энергия были равны импульсу и энергии фотона с длиной волны, равной 520 нм?

№ 11. Найдите массу фотона рентгеновских лучей с длиной волны 25 пм.

№ 12. Каким импульсом обладает фотон излучения с частотой 510¹⁴ Гц? Какова масса этого фотона?

Эмпирические исследования проводились на контрольной и экспериментальной группах учащихся 10–11 классов.

Результаты методики «Тройные сравнения» представлены в виде диаграммы (см. рис. 1 и 2).

По данной методике при количестве баллов больше или равном четырем – достаточно высока сила учебно-познавательных мотивов и их устойчивость, при количестве баллов меньше четырех внутренние мотивы учебной деятельности не устойчивы.

Как видно из диаграммы, разброс баллов составлял от 5 до 1,3 в экспериментальной группе (см. рис. 1) и от 4,8 до 0,7 в контрольной (см. рис. 2). Учащиеся экспериментальной группы характеризовались более высокой степенью развития внутренних мотивов учебной деятельности по физике и их устойчивостью, чем учащиеся контрольной группы. Уровень развития мотивации достижения коррелирует с проявлением устойчивости внутренних познавательных мотивов, направленных непосредственно на удовлетворение потребностей познавательной деятельности через реализацию личностных функций субъекта.

Следует иметь в виду, что диагностика мотивационной сферы личности и мотивации как одной из составляющих ее сторон, представляет достаточно сложную задачу, так как мотивы поведения и деятельности, образуя ядро личности, являются наиболее закрытой зоной. Кроме того, на мотивацию оказывает влияние эмоциональный климат коллектива в целом, а также проявление положительных и отрицательных эмоций субъектами образовательного процесса.

Так как для нас был интересен не только характер выбора, но и сам процесс решения, возможность осуществления учащимися самоконтроля в

Рис. 1. Результаты методики «Тройные сравнения» для экспериментальной группы	Рис.2. Результаты методики «Тройные сравнения» для контрольной группы

Уровень развития самоконтроля исследовался нами на материале изучения физики с помощью диагностики, описанной ниже.

В соответствии с решениями и комментариями к ним учащегося делается вывод о наличии и уровне развития самоконтроля: первый путь соответствует – итоговому самоконтролю, второй – пошаговому самоконтролю, третий – прогнозирующему самоконтролю, что как компонент описывает и уровень мотивации достижения старшеклассников. При этом в работах учащихся должны присутствовать в первом случае решение и ответ без комментариев, во втором – комментарии к каждому этапу решения, в третьем – составленный до начала решения алгоритм.

На основе методики определения уровня развития самоконтроля учащихся устанавливается процентное соотношение старшеклассников, обладающих итоговым, пошаговым, прогнозирующим самоконтролем.
Материалы для проведения диагностики (на материале решения вычислительных физических задач) по теме «Гравитационные явления» для учащихся 10 класса.

I вариант

1. Вычислите ускорение свободного падения на поверхности Меркурия.

Средний радиус Меркурия равен 2420 км, а его масса равна 3,27 • 10²³ кг. (3,72 м/с².)

2. Определите силу тяготения между Луной и Землей, если расстояние между ними равно 384 000 км, масса Луны равна 7,35 • 10²² кг. и она движется вокруг Земли со скоростью 1 км/с. (1,9 • 10²⁰ Н)

3. Чему равна первая космическая скорость для Земли, если ее сообщают телу на высоте, равной пяти радиусам Земли? (3,2 км/с)

II вариант

1. Определите массу планеты Марс, если ее средний радиус равен 3,38 • 10⁶ м, а ускорение свободного падения равно 3,88 м/с.² (6,65 • 10 ³ кг)

2. Найдите период обращения искусственного спутника, движущегося в непосредственной близости от поверхности Луны. Радиус Луны равен 1760 км, ускорение свободного падения у поверхности Луны равно 1,6 м/с². (1 ч 50 мин)

3. Определите массу Солнца, зная, что средняя скорость движения Земли по орбите составляет 30 км/с, а радиус орбиты Земли равен 1,5 • 10⁸ км. (2 • 10³⁰ кг)

1. Чему равна сила тяготения между двумя космическими кораблями, движущимися параллельно друг другу на расстоянии 10 м, если их массы одинаковы и равны по 10 т? (6,7 •10⁵ Н)

2. Искусственный спутник Земли движется по круговой орбите со скоростью 4 км/с. На какой высоте над поверхностью Земли находится спутник? Радиус Земли равен 6400 км. (19 000 км)

3. На какой высоте над поверхностью Земли вес тела будет в 2 раза меньше, чем на ее поверхности? (На высоте, равной 0,4 радиуса Земли.)

1. Определите первую космическую скорость на планете Нептун. Ускорение свободного падения на планете Нептун равно 14,1 м/с.², а средний его радиус равен 2,22 • 10⁷м. (17,7 км/с)

2. Определите период обращения искусственного спутника Земли, движущегося по круговой орбите, на высоте 3600 км над поверхностью Земли. Радиус Земли равен 6400 км. (2 ч 45 мин)

3. Какими должны быть радиус обращения искусственного спутника Земли по круговой орбите и его скорость, чтобы период обращения спутника был таким же, как у Земли? Каким будет движение такого спутника относительно неподвижного наблюдателя, находящегося на Земле?

1. Во сколько раз и как нужно изменить расстояние между материальными точками, чтобы сила тяготения уменьшилась в 2 раза? (Увеличить в 1,41 раза.)

2. С какой скоростью должен двигаться искусственный спутник Луны на высоте 740 км над ее поверхностью? Радиус Луны равен 1760 км, ускорение свободного падения на поверхности Луны равно 1,6 м/с.² (1,4 км/с)

3. На какой высоте должен находиться искусственный спутник Земли, чтобы его период обращения был равен 24 ч? (32 000 км)

Результаты, полученные на основе изучения уровня развития самоконтроля старшеклассников в процессе учебной деятельности для контрольной и экспериментальной групп в процентном соотношении приведены в таблице 1.

Таблица 1

Уровень развития самоконтроля для учащихся старших классов

Вид самоконтроля	Процентное соотношение учащихся
	Контрольная группа	Экспериментальная группа
итоговый	36	23
пошаговый	52	49
прогнозирующий	12	28

В контрольном классе на первом месте оказались причины, связанные с рефлексией и коррекцией деятельности, позволяющей избежать ошибок до завершения работы (38 %), на втором – с возможностью предвидеть конечный результат и все этапы деятельности (28 %), на третьем – с проявлением волевых усилий по достижению результата (23 %), на четвертом – связанные с предвидением последующих действий (постановкой новых целей) с учетом уровня достижений успеха или неуспеха (10 %), на пятом – с подбором средств и способов по преодолению трудностей направленных на достижение результата (1%).

Соотнося результаты методики “Тройные сравнения” с уровнем развития самоконтроля и нашими наблюдениями за характером и способом организации учебной деятельности, влияющей на развитие мотивационно–потребностной сферы личности, мы сделали следующие выводы:

1. 
   Для учащихся контрольного класса, обладающих прогнозирующим и пошаговым самоконтролем, характерен высокий уровень проявления силы и устойчивости учебно-познавательных мотивов (от 4,8 до 4 баллов). Старшеклассники, владеющие итоговым самоконтролем проявляют меньшую силу и устойчивость учебно-познавательных мотивов.
   
2. 
   Для учащихся экспериментального класса данное соотношение имеет иной характер. Высокий уровень силы и устойчивости учебно-познавательных мотивов старшеклассников коррелирует с развитием прогнозирующего и пошагового самоконтроля, но часть учащихся (18%), показавших низкий уровень развития (2,8 – 2,7 баллов) обладали прогнозирующим самоконтролем. И это не всегда коррелировало с успеваемостью, но соотносилось с высоким уровнем мотивации достижения.
   
3. 
   Особенно мы выделили группу старшеклассников, для которых изучение физики важно с точки зрения дальнейшего самоопределения и выбора профессии. Они проявляют высокий уровень силы и устойчивости учебно-познавательных мотивов до 5 баллов, уровень самоконтроля для них соотносится с прилагаемыми волевыми усилиями по достижению результата направленного на успех в деятельности, т. е. с развитием мотива достижения успеха.
   

Формирование мотивации достижения рассматривалось нами как сложный многогранный и многоступенчатый процесс, в ходе которого активное отношение старшеклассника к мотивам деятельности, целям, его стремление усовершенствовать мотивационно–потребностную сферу делает его «субъектом процесса самовоспитания».

Построение опытно–экспериментальной работы и подбор методических средств, направленных на формирование мотивации достижения в процессе изучения физики с применением технологий личностно ориентированного обучения способствовала выяснению внешних и внутренних мотивов учебной деятельности, а также уровня самоконтроля в процессе изучения физики.

Выводы по 2 главе

1. На основании классификации контекстных задач В. И. Данильчука, а также основных функций учебных ситуаций, выделенных Е. А. Крюковой, одна из которых утверждает, что интересна может быть не ситуация сама по себе, а ситуация интересующего нас процесса, мы выделяем следующие типы ситуаций:

1) ситуация экспериментальной работы, спроектированная на основе физических задач, имитирующих научно-познавательную деятельность человека. Для создания такой ситуации используются задачи, основанные на реальном и мысленном эксперименте и предполагающие самостоятельное построение модели явления на основе законов физики. Эти задачи направлены на освоение понятийного и операционного аппарата физики;

2) ситуация «креативного решения», которая имитирует практико-преобразовательную деятельность человека. Такие ситуации включают задачи, содержание которых направлено на простейшие практические потребности человека. Речь идет о прикладной физике, связанной с техникой, производством, медициной, спортом. Здесь знания по физике играют инструментальную роль в оптимизации жизненных функций человека. Также сюда можно включить задачи повышенного уровня сложности.

3) ситуация-«оценка», содержание которой базируется на качественных задачах, требующих от учащихся способности воспринимать связь физики с социально-культурными проблемами общества. Это могут быть задачи, которые касаются некоторых элементарных ценностей человека, среди которых выделяют проблемы безопасности жизнедеятельности и здоровья человека, вопросы экологии и охраны окружающей среды, задачи, приводящие к методологическим и мировоззренческим выводам, и крупных физических проблем, решавшихся в различные исторические эпохи, физические основания эстетических феноменов природы и т. д.

2. По мнению немецкого ученого X. Хейкхаузена, процесс становления мотивации достижения проходит наиболее успешно на материале тех учебных предметов, где связь между деятельностью и результатом наиболее очевидна. Это позволяет формировать мотивацию достижения. Именно поэтому в качестве одного из средств воспитания мотивации достижения мы рассматриваем задачно-контекстный подход.

2. Так как средством формирования мотивации достижения в нашем исследовании выступают учебные ситуации, спроектированные посредством задачно-контекстной модели обучения физике, то мы провели диагностику именно той части мотивации, которая связана непосредственно с решением задач.

Диагностический эксперимент проводился на базе НОУ СО Частной интегрированной школы г. Волгограда на материале изучения физики и включал в себя следующие этапы:

4. 
   диагностика внешних и внутренних мотивов учебной деятельности по выбору учебных задач;
   
5. 
   описание способа решения, соответствующего трем уровням самоконтроля (итоговому, пошаговому, прогнозирующему);
   
6. 
   проведение дискуссии по проблеме соотношения ожидания и осуществления выбора задач с конечным результатом деятельности.
   

Сравнение результатов обследования контрольной и экспериментальной групп на каждом этапе эксперимента свидетельствуют о более высоком уровне развития данного качества личности и как следствие этого повышение интереса к изучению физики, свободное владение учебным материалом в контексте жизнедеятельности и смежных дисциплин.

Остановимся на основных результатах, полученных нами при решении задач исследования.

Первая задача нашего исследования состояла в уточнении представления о сущности мотивации достижения у старшеклассников.

Для решения задачи применялись такие методы как историко-логический и теоретический анализ философской, психологической и педагогической литературы по данной проблеме, а также систематизация знаний на основе различных подходов обучения.

Мотивация достижения представляет собой динамическую систему осознанных побуждений и действий личности, активизирующую и направляющую ее проявления (эмоциональные, духовные, нравственные) на достижение успеха в различных областях жизнедеятельности и проявляющуюся: в желании первенствовать в какой-либо сфере; в преобладание стремления к успеху над стремлением избегать неуспеха; в проявлении лидерских склонностей в осознании смысла учебы через связь ее с жизненными планами, в умении ясно сформулировать свою учебную цель на данном этапе деятельности на основе самоанализа и самоконтроля, в опыте самостоятельного преодоления трудностей, умении сконцентрироваться, взять себя в руки.

Вторая задача заключалась в изучении основ педагогического проектирования.

Для реализации поставленной задачи использовался теоретический анализ педагогической литературы по данной проблеме (В. В. Монахов, В. М. Симонов), изучение и обобщение педагогического опыта.

Говоря о проектировании, мы имеем в виду способ достижения дидактической цели через де­тальную разработку проблемы (технологию), которая должна за­вершиться вполне реальным, осязаемым практическим резуль­татом, оформленным тем или иным образом. В основу проектирования положена идея, состав­ляющая суть понятия «проект», его прагматическая направлен­ность на результат, который получается при решении той или иной практически или теоретически значимой проблемы. Этот результат можно увидеть, осмыслить, применить в реальной прак­тической деятельности.

В качестве дидактической единицы проектирования учебного процесса по физике в нашем исследовании мы выбрали учебные ситуации, содержание которых опирается на задачно-контекстную модель обучения физике. Что в свою очередь дает возможность в процессе решения установить связь между деятельностью и результатом, спроектировать выход в социальную сферу, и тем самым способность к формированию достижения конечного результата.

Третьей задачей нашего исследования было разработать систему учебных ситуаций с позиции задачно-контекстного подхода, направленных на формирования мотивации достижения у старшеклассников на уроках физики.

При решении данной задачи мы опирались на классификации контекстных задач В. И. Данильчука, на основные функции учебных ситуаций, выделенные Е. А. Крюковой, одна из которых утверждает, что интересна может быть не ситуация сама по себе, а ситуация интересующего нас процесса, мы выделяем следующие типы ситуаций:

1) ситуация экспериментальной работы, спроектированная на основе физических задач, имитирующих научно-познавательную деятельность человека. Для создания такой ситуации используются задачи, основанные на реальном и мысленном эксперименте и предполагающие самостоятельное построение модели явления на основе законов физики. Эти задачи направлены на освоение понятийного и операционного аппарата физики;

2) ситуация «креативного решения», которая имитирует практико-преобразовательную деятельность человека. Такие ситуации включают задачи, содержание которых направлено на простейшие практические потребности человека. Речь идет о прикладной физике, связанной с техникой, производством, медициной, спортом. Здесь знания по физике играют инструментальную роль в оптимизации жизненных функций человека. Также сюда можно включить задачи повышенного уровня сложности.

3) ситуация-«оценка», содержание которой базируется на качественных задачах, требующих от учащихся способности воспринимать связь физики с социально-культурными проблемами общества. Это могут быть задачи, которые касаются некоторых элементарных ценностей человека, среди которых выделяют проблемы безопасности жизнедеятельности и здоровья человека, вопросы экологии и охраны окружающей среды, задачи, приводящие к методологическим и мировоззренческим выводам, и крупных физических проблем, решавшихся в различные исторические эпохи, физические основания эстетических феноменов природы и т. д.

Статистические результаты непрерывной диагностики, проводимые в процессе исследования, отражают динамику изменения количественного состава уровневых групп и говорят об эффективности применения данной системы учебных ситуаций с позиции задачно-контекстного подхода.

Сравнение результатов обследования контрольной и экспериментальной групп на каждом этапе эксперимента свидетельствуют о более высоком уровне развития данного качества личности и как следствие этого повышение интереса к изучению физики, свободное владение учебным материалом в контексте жизнедеятельности и смежных дисциплин.

1. 
   Селевко Г. К. Современные образовательные технологии: Уч. пособ. – М.: Народное образование, 1998.
   
2. 
   Монахов В. М. Технологические основы проектирования и конструирования учебного процесса: Монография. – В., 1995.
   
3. 
   Сериков В. В. Образование и личность. Теория и практика проектирования образовательных систем. – М.: Издательск. корпорация «Логос»,1992.
   
4. 
   Данильчук В. И. Гуманитаризация физического образования в средней школе. (Личностно-гуманитарная парадигма): Монография.– Волгоград: Перемена, 1996.
   
5. 
   Клеветова Т. В. Формирование у старшеклассников мотивации достижения в процессе изучения физики: Дис. ... канд. пед. наук. – Волгоград, 2004.
   
6. 
   Клеветова Т. В. Формирование у старшеклассников мотивации достижения в процессе изучения физики: Автореф. ... канд. пед. наук. Волгоград, 2004.
   
7. 
   Крюкова Е. А. Личностно-развивающие образовательные технологии: природа, проектирование, реализация. – В., 1999.
   
8. 
   Формирование мотивации учения: Кн. для учителя/ А. К. Маркова, Т. А. Матис, А. Б. Орлов. - М.: Просвещение, 1990.
   
9. 
   Ястребов В. В. Ситуация успеха как средство формирования мотивации достижения у подростков: Автореф. ... канд. пед. наук. Волгоград, 2004.
   
10. 
    Садыкова Н. У. Формирование познавательных интересов учащихся в условиях совместной учебной деятельности: Автореф. …. канд. пед. наук. Волгоград, 1996.
    
11. 
    Теория и методика обучения физике в школе: Общие вопросы: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений/ С. Е. Каменецкий, Н. С. Пурышева, Н. Е. Важеевская и др.; Под ред. С. Е. Каменецкого, Н. С. Пурышевой. - М., 2000.
    
12. 
    Клеветова Т.В. Методическая система формирования мотивации достижения у старшеклассников в процессе изучения физики. // Образовательные технологии: научно-технический журнал №2 (15), – Воронеж: Науч. кл., 2005.
    
13. 
    Малафеев Р. И. Творческие задания по электричеству для X класса. // Физика в школе. - М., 2005. №8 .
    
14. 
    Мукминов А. Г. Сколько стоит зимой открыть дверь? // Физика в школе. - М., 2006. №3.
    
15. 
    Дроздов В. Б. Артиллерийская задача. // Физика в школе. - М., 2006. №5.
    
16. 
    Петрухин В. И. Качественные задачи на основе поэтических и научно-популярных текстов. // Физика в школе. - М., 2004. №3.
    
17. 
    Кузьмичева Т. Ю. Строим дом. // 1 сентября. Физика №18/05.
    
18. 
    Барышева И. А. Магнитное поле. // 1 сентября. Физика №2/05.
    
19. 
    Орлов В. А., Сауров Ю. А. Методы решения физических задач. // 1 сентября. Физика №5/06.
    
20. 
    Акимов В. А. Задачи в стихах. // 1 сентября. Физика №6/06.
    
21. 
    Бражников М. А. Задача без ответа. // 1 сентября. Физика №8/06.
    
22. 
    Зырянов И. А. Изобретательские задачи. // 1 сентября. Физика №9/06.
    

Нижеприведенные задачи имеют гуманитарную основу в контексте личностно гуманитарной парадигмы. Тексты задач расширяют научно-технический кругозор учащихся, углубляют их знания по смежным дисциплинам, способствуют политехнизации процесса обучения, носят рекомендательно-бытовой характер. Данные задачи мы предлагаем использовать на уроках в 10 классе при изучении раздела «Механика» для создания ситуации-«оценки».