Физикалық жекпе-жек дегеніміз не және оған қалай дайындалу керек

Алғысөз

Бұл жоспар — физикалық жекпе-жек турнирлеріне арналған қысқаша кіріспе. Ол қатысушыларға турнирдің әр бөлігіне қалай дайындалу керектігін түсінуге көмектеседі. Кеңестердің басым бөлігі осындай турнирлердің бір түріне арналған, бірақ олардың көбі басқа да ұзақ жарыстарда пайдалы: олимпиадалардан бастап республикалық оқу-жаттығу жиындарына дейін.

Физикалық жекпе-жек турнирлері туралы

Физикалық жекпе-жек турнирі — мектеп оқушылары мен студенттерге арналған жарыс. Онда қатысушылар физикадан есеп шығарып, өз шешімдерін сыни көзқарастағы аудитория алдында қорғайды. Мұндай турнирлер 1980-жылдардан бері өткізіліп келеді. Пәндік олимпиададан айырмашылығы — шешімдерді қорғау кезінде қатысушылар бір-бірімен тікелей байланысқа түседі.

Ең танымалдарының қатарында International Young Physicists' Tournament және Ресейдің Жас физиктер турнирі бар.

Турнирлер екі түрге бөлінеді:

  • Жас физиктер турнирі (ЖФТ). Теориялық және эксперименттік физикадан бірнеше күрделі зерттеу есебін шешуге бірнеше ай беріледі.
  • Флеш-жекпе-жектер. Қатысушылар есептердің шартын тек турнирдің өзінде көреді, шешуге берілетін уақыт та аз. Жекпе-жектің өту тәртібі де басқаша: есептер жабық, қазылар саны аз, практикалық турлар өткізілмейді.

Турнирдің екі түріне дайындықтың да өз ерекшелігі бар. Есеп шығарудан бөлек, көпшілік алдында сөйлей білу және уақыт тапшы кезде стратегия мен тактиканы тез ойлап табу қажет.

Бұдан әрі әңгіме флеш-жекпе-жектер туралы болады. Бұл жоспар жазылған кезде, біздің білуімізше, Орталық Азиядағы жалғыз физикалық жекпе-жек турнирі Almaty Physics Battles (APhB) болған. Ол екі кезеңнен тұрады: іріктеу және финал.

Турнирге дейін

Ережелер және құрылым

Кез келген жарысқа дайындықты ережелер мен есептердің форматымен танысудан бастаған жөн. Әрине, физиканы да оқу керек, бірақ мұны турнирге үш ай қалғанда емес, ертерек бастаған дұрыс. Төменде физикалық жекпе-жек ережелеріне қысқаша шолу береміз. Ережелер толығымен турнир регламентінде жазылған: 2024 жылдан бергі APhB регламенттері Beyond Curriculum сайтында жарияланған.

Турнир бірнеше турдан тұрады. Әр тур есеп шығару кезеңінен, капитандар жекпе-жегінен және физикалық жекпе-жектен құралады.

  • Есеп шығару кезеңі — турдың бірінші бөлігі: әр команда есептерді өз алдына шығарады.
  • Капитандар жекпе-жегі — командалардың капитандары бір есепті кім жылдам шығаратынына жарысады. Жеңімпаз физикалық жекпе-жектің бірінші раундында өз командасының рөлін таңдау құқығын алады.
  • Физикалық жекпе-жек бірнеше раундтан тұрады. Әр раундта бір команда есептің шешімін баяндайды, ал шешім бірден тексеріледі: алдымен қарсыластар (мұны оппоненттеу деп атайды), содан кейін қазылар алқасы. Раунд қорытындысы бойынша әр команда өз рөлі үшін балл ала алады. Тур соңында қазылар алқасы қорытынды шығарып, баллдар негізінде екі командаға да «жеңіс — тең ойын — жеңіліс» жүйесі бойынша ұпай береді.

Физикалық жекпе-жектер көбіне швейцарлық жүйемен өтеді. Бұл жүйе командаларды турнирден шығармай-ақ турлар санын аз ұстауға мүмкіндік береді. Екінші турдан бастап ұпай саны бірдей командалар кездеседі, сондықтан күші айқын басым команда мен әлсіз команда бір-бірімен сирек кездеседі.

Теориялық дайындық

Физика олимпиадаларына жалпы дайындық физикалық жекпе-жекке қажеттінің көбін қамтиды. Дегенмен өткен турнирлердің есептерін шығарып көрген жөн: осылайша форматқа, түрлі уақыт шектеулеріне және есепті командамен шығаруға үйренесіз. APhB есептері күрделілігі жағынан әдетте республикалық олимпиаданың аудандық және облыстық кезеңдеріне сәйкес келеді, бірақ одан ауытқуы да мүмкін. Толығырақ ақпаратты физика олимпиадасына дайындықтың 2 және 3-деңгейлік жоспарларынан қараңыз.

Командалық жұмыс

Жеңу үшін команданың әр мүшесі барлық тақырыпты республикалық олимпиада деңгейінде білуі міндетті емес, бірақ бұл артық болмайды. Әлдеқайда маңыздысы — команданың бірлесіп барлық бөлімді жақсы меңгеруі. Әр қатысушы бір салада командаластарынан күштірек, ал басқа салада әлсіздеу болады, осылайша тепе-теңдік қалыптасады. Мысалы, біреуі механиканы жақсы біледі, екіншісі термодинамика мен МКТ-ны, үшіншісі электромагнетизмді, төртіншісі оптиканы. Түптеп келгенде, қысқа уақытта мүмкіндігінше көп есеп шығару керек, дәл олимпиададағыдай, тек бүкіл командамен. Бір-біріңізді жақынырақ танып, әрқайсысының күшті және әлсіз жақтарын біліп алыңыз. Ең бастысы, бір-біріңізге сеніңіз және көрпені өзіңізге қарай тартпаңыз.

Физиканы жан-жақты білу ең алдымен капитанға қажет. Капитандар жекпе-жегінде ол бүкіл команданың атынан шығып, қарсылас капитанмен жарыса отырып, есепті жалғыз шығарады. Сонымен қатар капитан команданың жұмысын үйлестіреді және жекпе-жек кезінде қазылар алқасымен байланыс жасайды. Сондықтан ол барлық бөлімді жақсы білуі керек: сонда рөлдерді бөлу де, командаластарының шешімдерін тез түсіну де оңай болады.

Турнир кезінде

Есеп шығару кезеңі

Есептерді әр қатысушының деңгейі мен шешуге кететін уақытты ескеріп бөліңіз. Әдетте есепті шығарған адам оны тақтада баяндайды немесе оппонент ретінде сөйлейді, бірақ әр қатысушының тақтаға шығу саны шектеулі. Жеңілірек есептерден бастаңыз: барлық есептің құны бірдей.

Физикалық жекпе-жек

Әр раундта бір команда баяндайды, екіншісі оппонент болады, содан кейін рөлдер ауысады. Баяндамашыны қолдаңыз: оған ақпарат жеткізу керек болса, қысқа үзіліс алыңыз. Осы уақытта қалған қатысушылар есеп шығаруды жалғастыра алады.

Тактикалық тәсілдер

  • Баяндамашыны ауыстыру. Рұқсат етіледі, бірақ тақтаға шығу екі қатысушыға да есептеледі, ал регламент кейде ауыстыру санын шектейді. Мұны тек шұғыл жағдайда қолданыңыз.
  • Дұрыстығын тексеру. Шақырылған команда есепті шығармаған болса, шақырудың дұрыстығын тексере алады. Шақыру дұрыс емес болып шықса, шақырған команда баллының бір бөлігін қарсыласына береді. Шектеулер мен айыппұлдарды регламент белгілейді.
  • Шақырудан бас тарту. Шығарылған есептер қалмаса, команда турды айыппұлсыз аяқтай алады. Бұл — позицияны сақтауға көмектесетін тактикалық тәсіл.

Бұл сценарийлерді алдын ала ойластырып қойыңыз. Сонда турнирде бар уақытыңыз есептерге жұмсалады.

Физикалық жекпе-жектен кейін

Алғашқы физикалық жекпе-жегіңіз аяқталды. Баллдарды растайтын парақшаға қол қойып, аудиториядан шықтыңыз.

Енді не істеу керек? Демалыңыз. Су ішіңіз, жеңіл тамақтаныңыз, дәретханаға барыңыз, біраз жатыңыз, үстел ойындарын ойнаңыз, далаға шығып, таза ауа жұтыңыз. Кәдімгі олимпиададан айырмашылығы, физикалық жекпе-жек марафонға ұқсайды, сондықтан күш-қуатты тиімді бөлу керек. Есептерді қайта шығарудың немесе теорияны қайталаудың қажеті жоқ: бұлай істесеңіз, күшіңіз турнирдің ортасына қарай таусылады. Пайдалы бір іс істегіңіз келсе, стратегия туралы ойланыңыз: онда нені өзгертуге болады, қарсыластарды қалай шақырған дұрыс және капитандар жекпе-жегінде жеңсеңіз, турды неден бастау керек.

Жоспар туралы

Авторлар

Бұл жоспарды Almaty Physics Battles 2024 Ұйымдастыру-әдістемелік комиссиясының (ҰӘК) мүшелері Ернур Кайроллаев (IZhO қола медалі, республикалық олимпиаданың қола медалі) және Досжан Бисимби (IPhO күміс медалі, IZhO күміс медалі, республикалық олимпиаданың алтын медалі) құрастырды.

IPhO — Халықаралық физика олимпиадасы, әлемдегі ең беделді физика олимпиадасы. IZhO — Халықаралық Жәутіков олимпиадасы.

Редакторлары: ҰӘК төрағасы Арсен Кожабек және Almaty Physics Battles 2024 ҰӘК мүшесі Алишер Еркебаев.

Лицензия

Бұл дайындық жоспары Beyond Curriculum қоғамдық қорының зияткерлік меншігі болып табылады және CC BY-NC-ND 4.0 лицензиясы бойынша таратылады. Жоспарды толық немесе ішінара келесі шарттармен таратуға болады: құқық иесін (BY, «Beyond Curriculum» ҚҚ) түпнұсқаға белсенді сілтеме арқылы көрсету қажет; жоспарды өзгертуге болмайды (ND); оны тек коммерциялық емес мақсатта пайдалануға болады (NC).

Еске саламыз: Қазақстан Республикасы, басқа да көптеген елдер сияқты, 1998 жылғы 10 қарашадағы № 297-I ҚР Заңымен Берн конвенциясына қосылды, ал конвенция Қазақстан үшін 1999 жылғы 12 сәуірде күшіне енді. Осы конвенцияға сәйкес қатысушы елдер басқа қатысушы елдер азаматтарының авторлық құқығын өз азаматтарының құқығымен бірдей деңгейде қорғайды.

Финалдық кезеңге ұсынылатын тақырыптар

APhB академиялық комитетінің тізімі

Бұл тізімде APhB қазылар алқасының төрағалары финалдық кезең турларының шартты силлабусын белгілейді. Есеп құрастырушылар төмендегі кез келген тақырыпты таңдай алады, сондай-ақ қажетті теориялық анықтама берген жағдайда тізімнен тыс тақырыпқа да есеп ұсына алады.

Кіші лига

Мектептің 9-сыныпқа дейінгі (қоса алғанда) физика және математика бағдарламасы.

Механика

Кинематика

  • Кинематиканың негізгі ұғымдары. Тұрақты жылдамдықпен қозғалыс. Орташа жылдамдық
  • Бірқалыпты үдемелі қозғалыс
  • Қозғалыстың графиктік кескінделуі
  • Салыстырмалы қозғалыс. Санақ жүйелері. Галилей түрлендірулері
  • Айналмалы қозғалыс. Бұрыштық жылдамдық. Центрге тартқыш және тангенциал үдеулер
  • Біртекті ауырлық өрісіндегі қозғалыс (баллистика)
  • Кинематикалық байланыстар
  • Лездік айналу осі

Динамика, гравитация

  • Инерциалды және инерциалды емес санақ жүйелері
  • Ньютон заңдары
  • Блоктар және блоктар жүйелері
  • Үйкеліс күші
  • Гук заңы. Серіппелер жүйесі
  • Гармониялық тербелістер
  • Центрден тепкіш күш
  • Массалар центрінің қозғалысы. Келтірілген масса
  • Бүкіләлемдік тартылыс заңы. Кеплер заңдары. Эллипстік орбиталар туралы негізгі білім

Статика, сұйықтар механикасы

  • Күш моменті
  • Тепе-теңдік шарттары. Тепе-теңдіктің орнықтылығы
  • Қысым. Паскаль заңы. Архимед күші. Денелердің жүзуі
  • Ағынның үздіксіздік теңдеуі
  • Орташа тығыздық
  • Жүйенің массалар центрін табу
  • Кристалдық тордың тығыздығы

Сақталу заңдары

  • Энергияның сақталу заңы
  • Импульстің сақталу заңы
  • Жұмыс, қуат
  • ПӘК
  • Серпімді және серпімсіз соқтығысулар
  • Ньютонның екінші заңының импульстік түрі
  • Кинетикалық және потенциалдық энергия

Термодинамика, оптика, электр

Жылу алмасу

  • Жылу балансы, жылу сыйымдылығы
  • Фазалық ауысулар
  • Отынның жану жылуы
  • Ньютон — Рихман заңы
  • Жылулық ұлғаю

Электр тізбектері

  • Жүйенің эквивалент кедергісі
  • Ом заңы
  • Кирхгоф ережелері
  • Теңгерілген көпір
  • Тізбектегі амперметр, вольтметр, ЭҚК көзі, реостат, диод
  • Вольт-амперлік сипаттама
  • Джоуль — Ленц заңы
  • Шексіз тізбектер

Оптика

  • Ферма принципі
  • Ортаның оптикалық тығыздығы
  • Снеллиус заңы
  • Шағылу заңы
  • Жұқа линзалар. Жұқа линза формуласы
  • Оптикалық күш
  • Жазық және сфералық айналар
  • Оптикалық жүйелерде кескін салу

Электростатика

Жалпы түсінік деңгейінде

  • Кулон заңы
  • Кернеулік және потенциал
  • Конденсатордың жұмыс істеу принципі

Математикалық аппарат

Геометрия

  • Геометрия аксиомалары
  • Үшбұрыштардың қасиеттері
  • Пифагор теоремасы
  • Тригонометриялық функциялар және тепе-теңдіктер
  • Векторлар. Есептерде векторларды графиктік кескіндеу. Радиус-вектор. Векторларды қосу және скаляр көбейтінді

Алгебра

  • Пропорциялар. Мәнді цифрлар. Дәрежелер. Түбірлер. Теңдеулер жүйесін шешу
  • Қысқаша көбейту формулалары
  • Квадрат теңдеулер. Дәрежелік және көрсеткіштік функциялар. Функциялардың графиктері
  • Сан тізбектері. Арифметикалық және геометриялық прогрессиялар
  • Шағын өсімшелер туралы жалпы түсінік. Функция графигіне жүргізілген жанаманың және график астындағы ауданның физикалық мағынасы
  • Физикалық есептердегі өлшемділік әдісі

Үлкен лига

Кіші лиганың силлабусы, сондай-ақ мектептің 11-сыныпқа дейінгі (қоса алғанда) физика және математика бағдарламасы.

Механика

Кинематика

  • Салыстырмалы қозғалыс
  • Бірқалыпсыз қозғалыс
  • Қисық сызықты қозғалыс. Қисықтық радиусы. Тангенциал және нормаль үдеулер
  • Ауырлық өрісіндегі қозғалыс. Баллистика
  • Координаталық және векторлық түрдегі қозғалыс теңдеулері. Траектория теңдеуі. Ең алыс жететін нүктелер қисығы (қауіпсіздік параболасы)

Динамика, гравитация

  • Үйкеліс күштері. Сырғанау үйкелісі
  • Серпімділік күштері. Гук заңы
  • Ортаның кедергі күші
  • Гармониялық тербелістер. Өшетін тербелістер туралы жалпы түсінік
  • Бүкіләлемдік тартылыс заңы. Гравитациялық өзара әрекеттесудің потенциалдық энергиясы. Кеплер заңдары. Денелердің конустық қималар бойымен қозғалысы

Қатты дене, статика

  • Массалар центрі. Массалар центрінің санақ жүйесі. Кёниг теоремасы
  • Абсолют қатты дененің қасиеттері
  • Статика. Дененің тепе-теңдігі. Серпімді деформациялар. Юнг модулі
  • Импульс моменті
  • Инерция моменті және күш моменті. Айналмалы қозғалыстың кинетикалық энергиясы
  • Штейнер теоремасы. Нүктеге және оське қатысты инерция моменті

Сұйықтар механикасы, толқындар

  • Гидростатика. Сұйықтың тепе-теңдігі. Паскаль заңы
  • Архимед заңы
  • Бернулли теңдеуі
  • Механикалық толқындар туралы жалпы түсінік. Жиілік және толқын ұзындығы

Термодинамика, электромагнетизм, оптика

Термодинамика

  • Авогадро саны. Молярлық масса
  • Термодинамиканың бірінші бастамасы. Ішкі энергия. Жылу мөлшері
  • Менделеев — Клапейрон теңдеуі. Идеал газдың қасиеттері. Идеал газдың изотермалары, изобаралары, изохоралары және адиабаталары
  • Жылу машиналары. Цикл графиктері
  • Карно циклі. Карно теоремасы
  • Энтропия ұғымы. Оқшауланған жүйелердегі энтропияның өсу заңы
  • Квазистатикалық процесс ұғымы. Жылдам (адиабаталық) және баяу (квазистатикалық) процестердің айырмашылығы
  • Жылу сыйымдылығы. Меншікті және молярлық жылу сыйымдылықтары. Тұрақты көлем мен тұрақты қысымдағы жылу сыйымдылықтары. Молекуланың еркіндік дәрежелері. Майер теңдеуі
  • Жылу өткізгіштік. Фурье заңы
  • Қатты, сұйық және газ тәрізді фазалардың қасиеттері. Фазалық ауысулар кезіндегі қысым мен температура
  • Су буының қасиеттері. Қаныққан бу және оның парциал қысымы. Сұйықтың қайнауы
  • Беттік керілу коэффициенті
  • Жұғу бұрышы
  • Капиллярлық құбылыстар. Лаплас формуласы

Электромагнетизм

  • Электр өрісінің кернеулігі. Гаусс теоремасы
  • Электростатикалық өрістің потенциалдылығы. Электр күштерінің жұмысы
  • Электр диполі
  • Өткізгіштердің қасиеттері. Ом заңының локал түрі. Меншікті кедергі және меншікті өткізгіштік
  • Диэлектриктердің қасиеттері. Диэлектрлік өтімділік
  • Магнит өрісінің индукциясы. Био — Савар — Лаплас заңы. Магнит өрісі үшін Гаусс теоремасы. Циркуляция туралы теорема (Ампер заңы)
  • Магнетиктердің қасиеттері. Магниттік өтімділік. Магниттік диполь туралы негізгі ұғымдар
  • Лоренц күші. Тогы бар өткізгішке әсер ететін Ампер күші
  • Электромагниттік индукция. Фарадей заңы
  • Кирхгоф ережелері
  • Конденсаторлар мен катушкалар. Сыйымдылық және индуктивтілік. Конденсатор мен катушканың энергиясы. LC-, RL- және RC-тізбектер
  • Ток көзінің жұмысы. Тізбек элементтерінің қуаты. Энергия балансы: ток көзінің жұмысы, бөлінетін жылу, сыртқы күштердің жұмысы және жүйенің ішкі энергиясының өзгерісі

Оптика

  • Геометриялық оптика заңдары. Ферма принципі және таутохронизм принципі
  • Жарықтың сынуы. Снеллиус заңы
  • Жазық және сфералық айналар
  • Жұқа линзалардың қасиеттері
  • Центрленген оптикалық жүйелер. Жұқа линзалар жүйелері
  • Сәуле шығару қарқындылығы
  • Жарық электромагниттік толқын ретінде

Математикалық аппарат

  • Дифференциалдау. Қарапайым дифференциалдық теңдеулерді шешу. Гармониялық тербелістер теңдеуі
  • Интегралдар. Дәрежелік функцияның интегралы
  • Векторлар. Векторлық және скаляр көбейтінділер. Векторды базис бойынша жіктеу
  • Екінші ретті қисықтар: парабола, гипербола, эллипс
  • Физикалық есептердегі өлшемділік әдісі