авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ ГАОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБЛАСТНОЙ СОЦИАЛЬНО- ГУМАНИТАРНЫЙ ИНСТИТУТ» ...»

-- [ Страница 3 ] --

моделирование с использованием ЭВМ дифракции микрочастиц на щели.

Оборудование: персональный компьютер с программой моделирования дифракции микрочастиц на щели.

Моделирующая программа генерирует случайные числа с постоянной плотностью вероятности в интервале 0-1000. Этот интервал разделен на неоди наковые отрезки, ширина каждого пропорциональна вероятности попадания микрочастицы в соответствующий канал системы счетчиков. При работе про граммы производится подсчет числа «срабатываний счетчиков». Число частиц, участвующих в эксперименте задается.

Если в опыте участвует большое число частиц, то результирующая кар тина будет повторяться лишь с незначительными количественными отклоне ниями. Для малого числа частиц (порядка десяти) картины будут отличаться качественно, что говорит о вероятностном характере поведения микрочастиц.

Приведём план-задание для лабораторной работы:

1) задать параметры эксперимента: ускоряющее напряжение ;

ширина щели x ;

выбрать частицу (электрон, протон, -частица или задать заряд и массу частицы);

p = 2me ;

2) рассчитать длину волны де Бройля для микрочастиц:

= 2h p ;

3) смоделировать дифракцию микрочастиц в программе для получения не Физика. Методика обучения физике скольких дифракционных картин, обусловленных прохождением: а) около 5000 частиц, б) около 100 частиц, в) около 10 частиц (3-4 раза;

убедиться в случайном характере получаемых результатов);

4) качественно исследовать на модели зависимость дифракционной картины от: ширины щели, энергии и массы частиц. Для этого изменять, x, для каждой частицы из списка предложенных (автоматически задаются заряд, и масса частицы).

Результат модельного эксперимента для дифракции электронов приведен на рис. 1. В эксперименте использованы следующие данные: = 50 В, x = 0,45 нм.

Рис. 1. Результаты компьютерного модельного эксперимента После выполнения модельного эксперимента, можно провести натур ный эксперимент в виде дифракции фотонов лазерного излучения на щели.

Данное исследование подтвердит основные выводы модельного экспери мента.

Литература 1. Штофф, В. А. Проблемы методологии научного познания: Монография. – М. : Высшая школа, 1978. – 269 с.

2. Алексеев, Б. Ф. Лабораторный практикум по физике: Учеб. пособие для сту дентов втузов. – М. : Высш. шк., 1988. – 351 с.

98 Физика. Методика обучения физике ПРОЕКТНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ УЧАЩИХСЯ ПО СОЗДАНИЮ ВИРТУ АЛЬНОГО МУЗЕЯ ЭПОХИ ОСВОЕНИЯ КОСМОСА ИМ. В. В. ТЕРЕШ КОВОЙ Гридина Е. Г., Деркачёва Е. Н., Кирюшина А. А., Мурашева О. В.

Москва, Государственный научно-исследовательский институт информаци онных технологий и телекоммуникаций» – ИНФОРМИКА Проектная деятельность на базе современных информационно коммуникационных технологий делает возможным проведение мероприятий, ориентированных на организацию познавательного процесса с использованием множества различных источников информации для достижения поставленной цели.

В статье рассматривается организация проектной деятельности с приме нением современных методов, приемов и технологий обучения. Целью данного мероприятия является создание виртуального музея эпохи освоения космоса им. В. В. Терешковой – «виртуальный музей» и обеспечение свободного дос тупа к информационным образовательным ресурсам для школьников образова тельных учреждений воскресных и дополнительных школ с русским языком, обучения в странах ближнего и дальнего зарубежья в рамках проведения меро приятий, посвященных 50-летию полета в космос первой женщины-космонавта В. В. Терешковой.

Механизмом проведения мероприятия является инструментальный ком плекс проектной деятельности учащихся (http://sp.edu.ru), обеспечивающий ор ганизацию и поддержку проектной деятельности с использованием электрон ных образовательных интернет-ресурсов и сервисов культурно познавательного характера [1]. Эффективному взаимодействию школьных ис следовательских команд, групп учащихся способствует широкое умелое ис пользование интерактивных интернет-технологий (рис. 1).

Эти технологии доступны, бесплатны, легко применимы в классе и шко ле, позволяют организовывать проекты любого масштаба.

Физика. Методика обучения физике Рис. 1. Информационное поле для работы с проектом для создания виртуального музея Инструментальный комплекс проектной деятельности учащихся позво ляет создавать и сопровождать исследовательские образовательные проекты, систематизировать внесение информации о проекте, унифицировать форму представления материала по работе над проектом, дистанционно участвовать в проекте на любом его этапе и видеть результаты своей деятельности и деятель ности группы.

Общее описание проекта. Создание с помощью ИТ-технологий вирту ального музея – электронной среды, которая содержит результаты исследова ния эпохи освоения космоса на примере конкретной страны, региона, области в форме электронных документов – экспонатов, предназначенных для размеще ния в виртуальном музее.

Цель проекта – создать и представить с помощью ИТ-технологий иссле дование истории освоения космоса.

Задачи проекта:

- поиск, отбор информации из различных источников, систематизация;

- создание индивидуальных электронных документов;

- сбор индивидуальных электронных документов в одну электронную среду;

- публичное представление электронного документа в виде текстовых доку ментов, электронных продуктов, электронных презентаций, предназначенных для использования в образовательном процессе;

100 Физика. Методика обучения физике - приобретение навыков и опыта использования электронных образователь ных интернет-ресурсов и сервисов культурно-познавательного характера;

- приобретение навыков и опыта по созданию проектов на русском языке в ходе образовательного процесса при помощи современных интернет технологий.

Участниками проекта являются учащиеся: школьники образовательных учреждений воскресных и дополнительных школ с русским языком обучения.

Организатором проекта (руководителем) может быть классный руководитель или преподаватель.

Функции организатора проекта:

• организация участников проекта (формирование состава участников);

• разработка задания на проект;

• разработка основных этапов;

• составление списка необходимых источников информации и ресурсов по работе над проектом;

• подготовка данных для конечного анализа (рефлексии);

• выработка критериев оценивания работы;

• консультирование учащихся, работа в форумах, блогах и т. д. ;

• организация защиты и оценки проекта.

Сроки реализации проекта руководитель устанавливает самостоятельно.

Руководитель может выставить сроки выполнения конкретного задания (указав начало выполнения и срок сдачи), а также условия начала выполнения данного задания.

На этапе планирования руководитель распределяет темы исследования среди участников проекта. Названия тем могут варьироваться.

Примерный перечень тем для исследования:

• Валентина Терешкова. Звезда космического счастья • Дневник успеха освоения космоса • Значимые события в космонавтике Физика. Методика обучения физике • История космического ракетостроения • История покорения космоса • Космическая «Чайка» Валентина Терешкова • Космодромы мира • Полёт в космос первой в мире женщины-космонавта Валентины Терешко вой • Профессия «космонавт»

• Путешествие в космос • Советская и российская пилотируемая космонавтика • Человек и космос Обучающиеся создают электронный документ – экспонат с учетом тре бований – Рис. 2, соблюдение которых необходимо для обеспечения размеще ния экспонатов в общую электронную среду – виртуальный музей. При созда нии и размещении электронных документов руководителю проекта необходи мо осуществлять контроль за соблюдением норм международного права в об ласти интеллектуальной собственности.

Рис. 2. Требования к электронным документам – экспонатам, предназначенным для размещения в виртуальном музее Проверка результатов проектной деятельности на соответствие того, что 102 Физика. Методика обучения физике было в задании, осуществляется по критериям оценки работ отдельных участ ников (Таблица 2) и всего проекта в целом (Таблица 3).

Таблица 2. – Оценка индивидуальной работы участников проекта Поиск и Ф. И. О. анализ ин Работа и взаи- Публичное Участни- формации Самостоятель № модействие в выступле ка из интер- ная работа группе ние проекта нет источников Таблица 3. – Оценка проекта Показатели оценки проекта Соблюде- Соответст Соответст- Соответст Наименова- ние сроков вие требова № вие целям и вие выбран ние группы выполне- ниям к элек задачам про- ной теме ис ния проек- тронным до екта следования та кументам Ожидаемые образовательные результаты мероприятия:

- навык поиска и анализа информации из интернет-источников;

- навык самооценивания;

- навык публичного выступления;

- навык работы в группе;

-интеграция знаний по предметам;

- взаимодействие;

-развернутая коммуникация.

Конечным результатом проведения мероприятияявляется создание с по мощью ИТ-технологий виртуального музея эпохи освоения космоса им. В. В.

Терешковой – электронной среды, которая содержит результаты исследования эпохи освоения космоса на примере конкретной страны, региона, области в форме электронных документов – экспонатов, предназначенных для размеще Физика. Методика обучения физике ния в виртуальном музее.

Литература 1. Создание и развитие инструментального комплекса проектной деятельности учащихся /Тихонов А. Н., Гридина Е. Г., Ежов С. А., Агейкин М. А. //Новые информационные технологии и менеджмент качества (NIT&QM’2012). Докла ды международной научной конференции ФГАУ ГНИИ ИТТ «Информика» – М. : 2012. С. 70- МУЛЬТИМЕДИЙНЫЙ ДИДАКТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО МЕХАНИКЕ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ Донских С. А., Сёмин В. Н.

Таганрог, Таганрогский пединститут им. А. П. Чехова Современные информационные технологии позволяют использовать для учебной работы обучающихся не только печатную продукцию учебного или исследовательского характера, но и мультимедиа курсы, ресурсы сети Интер нет и т. д. Применение информационных технологий позволяет возложить дос тавку учебного материала, традиционно осуществляемого во время лекций, на специально разработанные мультимедийные дидактические комплексы.

Проанализировав информацию, посвящённую современным средствам обучения, мы пришли к выводу, что комплексов по гидродинамике явно недос таточно. В связи с этим перед нами встала проблема – разработать мультиме дийный дидактический комплекс по механике жидкостей и газов, который по своей структуре соответствовал бы профессиональным дискам и решал про блему недостатка времени в вопросе подготовки к занятиям, экзаменам, обоб щению и закреплению изученного материала у студентов и школьников.

Для решения данной проблемы мы использовали видеолекции, видео фрагменты с экспериментами и демонстрациями, научные статьи, книги, био графии учёных и другие материалы, свободно распространяемые в Интернете, структурно объединённые в два комплекса: по гидростатике и гидродинамике.

К созданию комплексов привлекались студенты выпускного 7 курса – будущие 104 Физика. Методика обучения физике учителя физики.

Каждый комплекс состоит из нескольких модулей: видео, звуковое со провождение, текст, презентация, обучающий видеофильм.

Структура одной из презентаций приведена на следующем рисунке.

Каждый электронный ресурс состоит из нескольких частей. Основу, если так можно сказать, ствол дерева, составляют презентации, в которых содержат ся минимальные наборы основных сведений по содержанию гидростатики и гидродинамики. Эти презентации можно использовать как на уроке, так и для домашней работы.

От основного ствола отходят боковые ветви – блоки. Блок «Видео» со держит учебные фильмы, иллюстрирующие законы гидродинамики и гидро статики. Переход к просмотру осуществляется путём гиперссылок из соответ ствующих мест слайдов. Эти материалы можно использовать как в аудитории, так и дома.

Физика. Методика обучения физике В блок «Биографии учёных» входят биографические статьи о тех учёных, имена которых встречаются в основной презентации. В статьях сделаны ссыл ки на биографические видеоролики. Этот блок рассчитан больше на домашнее использование.

Блок «Звуковое сопровождение» содержит аудиотекст основных опреде лений и понятий рассматриваемого материала. Этот блок рассчитан на обу чающихся с пониженным зрением и может использоваться как в аудитории, так и дома.

В блок «Текст» входят тексты, содержащие дополнительный материал:

доказательства теорем, выводы уравнений, примеры к статьям основной пре зентации. Этот блок рассчитан на домашнюю работу.

106 Физика. Методика обучения физике По мере создания комплексов мы внедряли их с целью апробации в учебный процесс, что вызвало у студентов неподдельный интерес и живой от клик. При зачётном тестировании больший процент правильных ответов выпа дал именно на те вопросы, в объяснении которых использовались данные ком плексы.

Данный учебный комплекс может быть полезен также при проведении подготовительных курсов, индивидуальных занятий, самостоятельной работы студентов и школьников.

В целом опыт внедрения комплексов в практику проведения лекционных занятий по гидродинамике представляется нам положительным. Мы считаем, что данное направление необходимо продолжать и в дальнейшем.

Литература 1. Коджаспирова Г. М., Петров К. В. Технические средства обучения и методи ка их использования: Уч. пособие для студентов высших учебных заведений. – М. : Изд. центр. "Академия", 2001.

2. Новые педагогические и информационные технологии в системе образова ния / Под ред. Е. С. Полат. М. : Издат. центр "Академия", 2001.

3. Можаева Г. В., Тубалова И. В. Как подготовить мультимедиа курс? (Мето дическое пособие для преподавателей). Томск : Изд-во Том. ун-та, 2002.

4. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. Т. VI. Гидродинамика.

3-е изд. – М. : Наука, 1986. – 736 с.

ПРИМЕНЕНИЕ ИКТ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Еремин В. П.

Московский городской педагогический университет Физика. Методика обучения физике Известно, что лучшим способом закрепления теоретического материала студентами является выполнение лабораторных работ. В процессе выполнения лабораторных работ не только создаются определенные условия для получения студентами необходимых навыков в сборке электрических и электронных це пей, применении разнообразных контрольно-измерительных приборов (в том числе виртуальных), электрооборудования и электронных устройств, но и на капливается определенный опыт организации и проведения экспериментов, анализа их результатов, проверки усвоения теории.

Для проведения лабораторных работ по дисциплинам «Электротехника», «Радиоэлектроника», «Основы автоматики», «Основы робототехники», «Элек трические машины», «Электрический привод» кафедрой дизайна и технологии МГПУ приобретен комплект типового лабораторного оборудования «Электро техника и основы электроники» ЭОЭ1-Н-К, разработанный РНПО «Росучпри бор» совместно с Южно-Уральским государственным университетом.

Комплект ЭОЭ1-Н-К представляет собой универсальный лабораторный стенд, состоящий из двух секций: секции электрических цепей и основ элек троники (секция 1) и секции электрических машин (секция 2). Общий вид ком плекта показан на рис. 1.

Рис. 1. Комплект типового лабораторного оборудования «Электротехника и основы электроники» ЭОЭ1-Н-К Обе секции имеют одинаковые габариты и компоновку посадочных мест.

В соответствии с различным функциональным назначением секций, каждая из них имеет соответствующие комплекты оборудования и компоновки лицевых панелей и пульта управления. Аппаратная часть комплекта выполнена по блочному (модульному) принципу и содержит следующие блоки: блок муль 108 Физика. Методика обучения физике тиметров в количестве трех приборов для непосредственного измерения токов, напряжений, активных сопротивлений;

набор миниблоков «Электрические и электронные компоненты», предназначенный для построения электрических и электронных цепей и имеющий в своем составе 64 миниблока (резисторы, кон денсаторы, выпрямительные диоды, стабилитрон, варикап, светодиод, фотоди од);

блок генераторов напряжений для моделирования источников ЭДС посто янного и переменного тока. Для сборки электрических и электронных цепей предназначены проводники трех цветов: красного, черного и синего. Каждый проводник имеет на концах штыревые наконечники для соединения с гнездами наборной панели.

Отличительной особенностью комплекта ЭОЭ1-Н-К является возмож ность производить измерения с помощью виртуальных измерительных и реги стрирующих приборов, которые входят в состав программного обеспечения комплекта, размещенного на прилагаемом компакт-диске. Любое виртуальное устройство представляет собой прикладную программу, созданную в среде LabVIEW и предназначенную для использования с компьютером, который ос нащен специальной платой ввода-вывода данныхPCI 6023(24) фирмы National Instruments. Удобство связи с компьютером обеспечивается с помощью спе циализированного коннектора (тип 335.1), который соединен с компьютером плоским кабелем и имеет 8 дифференциальных аналоговых входов, к которым и подводятся измеряемые электрические напряжения.

Коннектор 335.1, общий вид лицевой панели которого показан на рис. 2, предназначен для ввода измеряемых токов и напряжений в компьютер на плату PCI-6023(24) для измерений с помощью программы «ВП ТОЭ». Он содержит делители напряжений для ввода напряжений, шунты для ввода токов, блоки гальванической развязки измеряемых сигналов, разъем для вывода из компью тера сигналов управления электронным ключом и разъем для подключения плоского кабеля связи коннектора с компьютером. На коннекторе имеется так же разъем для управления электронными ключами.

Физика. Методика обучения физике КОННЕКТОР 100 20 5В + Кнопки переключения дели V телей напряжения 2 20 1В + V U 500 100 20 5 мА Кнопка переключения измеряе Кнопки переключения шун мого тока (I1 или I2) + тов A + A Светодиоды сигнализации изме ряемого тока (I1 или I2) 500 100 20 5 мА + I3 I A + I4 I A УПРАВЛЕНИЕ КЛЮЧОМ К КОМПЬЮТЕРУ Рис. 2. Общий вид лицевой панели коннектора 335. Изображенные на лицевой панели измерительные приборы V0, V1, A1…A4 включаются в цепь как обычные вольтметры и амперметры. Коннек тор имеет два канала для ввода напряжений в компьютер и два канала для вво да токов. Однако в цепь можно включить четыре амперметра и кнопками пере ключения измеряемого тока выбирать вводимое в компьютер значение I1 или I2, I3 или I4. О выбранном токе сигнализирует светодиод на лицевой панели коннектора и надпись на виртуальном амперметре на экране дисплея.

Кнопки переключения делителей напряжения и шунтов предназначены для выбора пределов измерения, как в обычных измерительных приборах.

Перед началом выполнения работ программное обеспечение следует ус тановить на жестком диске компьютера, но можно запускать прикладные про граммы непосредственно с компакт-диска. Так, для установки программного обеспечения «ВП ТОЭ» к коннектору 335.1 запустите программу установки «Setup TOE.exe», имеющуюся на компакт-диске и следуйте указаниям этой программы. Порядок работы с виртуальными амперметрами и вольтметрами 110 Физика. Методика обучения физике подробно изложен в методических указаниях [1].

Наблюдать временные диаграммы сигналов, подаваемых на вход коннек тора (двух напряжений и двух токов) в режиме «Развертка» или зависимость одного входного сигнала от любого другого в режиме «XY» позволяет вирту альный осциллограф. Для его включения необходимо подать на вход коннек тора исследуемые сигналы, включить и настроить блок «Приборы I» и выбрать в меню этого блока строку «Осциллограф». После этого на дисплее появится изображение виртуального осциллографа (рис. 3). Назначение всех его окон показано на рисунке.

Блоки Блок Изме- Выклю- Сохра входов и горизон- нение чатель нение вертикаль- тального фона сглажива- массива ного откло- отклоне- (чёрный - ющего данных нения луча ния луча белый) фильтра в файле Рис. 3. Виртуальный осциллограф Физика. Методика обучения физике Литература 1. Еремин В. П. Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Электрорадиотехника и электроника». Часть 1. Электротехника. – М. : ГОУ ВПО МГПУ, 2010. – 132с.

2. Сенигов П. Н., Галишников Ю. П., Беглецов Н. Н. Руководство по выполне нию базовых экспериментов «Электрические цепи постоянного тока». Челя бинск: ООО «Учебная техника», 2003. -73.

3. Учебное пособие по программированию в Labview: www. electrolab. ru.

ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОВЕРХНОСТИ КАТОДА He-Ne ЛАЗЕРА Ерошкин М. В., Киселев Г. В.

Рязань, РГУ имени С. А. Есенина Аннотация:

В данной статье проведено исследование поверхностного состава Al катода He-Ne лазера методом Оже-спектроскопии. Описаны факторы, снижающие точ ность получения аналитического сигнала. Обсуждаются основные трудности ин терпретации анализа. По результатам исследования проведено моделирование про цесса распыления в программе TRIM.

Введение Одним из наиболее распространенных методов диагностики состава са мых верхних атомных слоев поверхности, определяющих работу выхода элек трона, устойчивость к воздействию ионно-плазменных потоков, является метод Оже-спектроскопии. Настоящая работа посвящена анализу состава поверхно сти алюминиевого катода, извлеченного из гелий-неонового лазера после нара ботки 3000 часов. Актуальность данного изучения обусловлена ограниченно стью знаний о процессах распыления данного типа катода и образовании на его поверхности химических соединений, вследствие чего трудно прогнозировать характер развития рельефа поверхности и гамма-процессов. Рассматриваемый катод подвергался облучению ионами с энергией в пределах 25 – 35 эВ [1]. В ходе бомбардировки на поверхности образовались множественные выступы и 112 Физика. Методика обучения физике впадины [1]. Кроме того, данные о химическом составе поверхности, получен ные в результате данной работы, могут быть использованы при моделировании процесса распыления в программе TRIM, что будет обсуждаться в дальнейших публикациях.

Эксперимент С целью определения элементного состава поверхности образца алюми ниевого катода He-Ne лазера был проведен анализ методом Оже спектроскопии. Параметры проведения анализа следующие:

- латеральное разрешение поверхности катода 5 мкм;

- энергия первичных электронов 2 кэВ;

- типичный рабочий вакуум в камере порядка 2, 610-8 Па (перезагрузка об разца производилась через камеру предварительной откачки и шлюзовую сис тему за 30 минут);

- максимальная плотность ионного тока 3, 5 мА/см2, при диаметре ионного пучка порядка 120 мкм.

Результаты исследования поверхности катода Для первичной идентификации примесного состава поверхности приме нялась диаграмма наиболее четко выраженных Оже-переходов [2].

Принимая во внимание неточность такого рода интерпретации по данной диаграмме наблюдаемых особенностей, Оже-линии сопоставлялись с эталон ными сигналами спектров. Помимо главных элементов катода Al и O на по верхности также присутствует Mg (KLL Оже-переход), причем его линия с энергией 55 эВ в 2.5 раза превышает интенсивность линии основного элемента катода Al. Обнаружено, что на поверхности образца Al катода присутствует ряд примесей, с преобладанием углерода (энергия 270 эВ, KLL переход). Также присутствуют примеси атомов N (с энергией 380 эВ, KLL переход), S (энергия 150 эВ, вид перехода LMM) и, меньше всего, Na (энергия 980 эВ) – его сигнал практически на уровне шумов. Наличие серы указывает на недостаточную фи нишную очистку образца после травления в смеси трех кислот, одна из кото Физика. Методика обучения физике рых серная.

Рис. 2. Обзорный Оже-спектр элементного состава Al катода He-Ne лазера.

Как видно из рис. 2, пик углерода сдвинут примерно на 5 эВ вправо и на ходится на уровне 275 эВ, и пик Al очевидно сдвинут на 10 эВ вправо и нахо дится на уровне 85 эВ, что может указывать на связанное состояние этих эле ментов. Энергия Оже-электронов кислорода около 500 эВ, но на полученном спектре его энергия скорее 510 эВ. Положение линий азота, калия и серы не измененное. Если рассматривать присутствие на поверхности кислорода и алюминия, то соотношение их пиков будет больше чем 2/3 (в окислах типа Al2O3), что может свидетельствовать как о присутствии на поверхности адсор бированного кислорода, не связанного химической связью, так и о наличии иных окислов, помимо окисла алюминия. Трудности возникают с интерпрета цией фазового состояния элементов Al, Mg, исходя из обнаруженного химиче ского сдвига. Речь идет о ходе графика спектра по оси энергий 0 – 100 эВ.

Энергия Оже-электронов эталонных сигналов для Mg и Al лежит соответст венно в пределах 34 – 58 эВ (см. рис. 3) [3] и 68 – 84 эВ (см. рис. 4) [3]. Как бы ло отмечено ранее, энергетические сдвиги могут быть связаны с наличием хи мического соединения, например, MgxAlyOz, данных элементов [2].

114 Физика. Методика обучения физике Рис. 3. Оже-спектр элемента Mg.

Рис. 4. Оже-спектр элемента Al.

Литература 1. Киселев Г. В., Моос Е. Н., Степанов В. А. Формирование рельефа на поверх ности катода He-Ne лазера. – Рязань : 2. Максимов Г. А., Николичев Д. Е., Канышина М. В. Определение концентра ции Ge в эпитаксиальных пленках SixGe1-x/Si методом Оже-спектроскопии:

Описание лабораторной работы. – Нижний Новгород : ННГУ им. Н. И. Лоба Физика. Методика обучения физике чевского, 2002.

3. L. E. Davis, N. C. Macdonald, P. W. Palmberg Handbook of Auger Electron Spec troscopy, 2nd edn., Physical Electronic Industries Inc., Eden Prairie, MN : 1976.

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ В ВУЗОВСКОМ ФИЗИЧЕСКОМ ПРАКТИКУМЕ Красников А.С., Д. Н. Лукичёв Рязанский государственный университет им. С. А. Есенина Явление сверхпроводимости является одним из замечательных явлений в современной физике. Её экспериментальное исследование дает основу для глу бокого осмысления закономерности поведения квантовомеханических систем, представляет возможность прямого наблюдения квантовых эффектов на мак роскопическом уровне.

До последнего времени постановка работ по сверхпроводимости в лабо раториях общего физического практикума в вузах была практически невоз можна. Это связано с тем, что все известные металлы переходят в сверхпрово дящее состояние при низких температурах, получаемых лишь с помощью жид кого гелия.

Положение изменилось после 1986 года, когда была открыта сверхпро водимость в системах металлооксидов LaO-SrO-CuO, YO-BaO-CuO и другие соединения. Критическая температура Тс у этих материалов существенно вы ше, чем у исследовавшихся ранее металлов и сплавов, в связи с чем они полу чили название высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП). К настояще му времени синтезированы материалы, Тс которых существенно превышают температуру жидкого азота, а поэтому появилась возможность использования их в лабораторном практикуме по физике [1].

Целью настоящей работы является изучение температурного перехода в высокотемпературной сверхпроводящей иттриевой керамике в нормальное со стояние, а также изучение конструкций простейших криогенных устройств и 116 Физика. Методика обучения физике получение элементарных навыков работы с ними. Нами разработана методика, в которой исследуемым образцом служит таблетка иттриевой керамики YBa2Cu3O7-x (YBCO) диаметром 8 мм и толщиной 1 мм. Критическая темпера тура данного соединения Тс= 93 K[2, 3].

Схема лабораторной установки показана на рис. 1. В качестве источника низкой температуры использован жидкий азот, температура кипения которого (77 К) вполне достаточна для фазового перехода в сверхпроводящее состояние исследуемой керамики. Во время эксперимента жидкий азот и образец поме щались в криостат, изготовленный из пенопласта с низким значением коэффи циента теплопроводности k 0, 04 Вт/(мК).

С помощью криостата возможна плавная регулировка температуры кера мики, достигаемая путем ее подъема над поверхностью жидкого азота. С це лью линеаризации зависимости температуры от высоты подъема образца T=T(h) и уменьшения градиента температуры dT/dh нами внутрь криостата по мещался конический сосуд из алюминия. Пространство между коническим со судом и стенками криостата заполнялось жидким азотом;

внутрь сосуда поме щался макет с исследуемым образцом (рис. 1).

1 Рис. 1. Схема криогенной установки: 1 – держатель;

2 – криостат с пенопластовыми стенками;

3 – жидкий азот;

4 – алюминиевый корпус;

5 – макет, содержащий образец и устройство для измерения температуры;

6 – регулировочный винт;

7 – измерение температуры (В7-21 А);

8 – ток образца от 3 Г;

9 – измерение Uo6p. (B7-21 А).

Градиент температуры dT/dh уменьшался вследствие высокой теплопро водности металлических стенок k 200 Вт/(мК), а коническая форма их на ружной поверхности приближала график зависимости T=T(h) к линейному.

Физика. Методика обучения физике Плавное регулирование температуры образца на данной установке осуществ лялась с помощью прецезионного винта в диапазоне от 77 до 120 К.

R, Ом 75 115 155 195 235 275 315 Т, К Рис. 2. График зависимости сопротивления катушки с медной обмоткой от температуры В7-21А R термометра В7-21А Г3- Uобр Iобр Рис. 3. Блок-схема измерений малого сопротивления катушки термометра и падения напряжения на образце керамики ВТСП Таблица 1. Результаты эксперимента по определению критической температуры сверхпроводящего перехода Номер эксперимента: 2. Фамилия: Красников НАПР., мВ НАПР., мВ НАПР., мВ 113,89 0,55 104,49 0,53 95,68 0, 112,86 0,56 103,48 0,54 95,18 0, 111,82 0,55 102,39 0,53 94,67 0, 110,81 0,55 101,38 0,53 94,17 0, 109,68 0,54 100,30 0,52 93,66 0, 108,62 0,54 99,29 0,53 93,14 0, 107,61 0,54 98,23 0,51 92,63 0, 118 Физика. Методика обучения физике 102 204 306 400 510 113. 112. 111. 110. 109. 108. 107. 106. 105. 104. 103. 102. 101. 100. 99. 98. 97. 96. 95. 95. 94. 94. 93. 93. 92. Рис. 4. Результаты определения критической температуры сверхпроводящего перехода в иттриевой керамике: ***** – температура критическая: 95.18 К;

ширина перехода: 2.02 К;

1 – начало перехода: 96.18 К;

2 – конец перехода: 94.17 К.

Измерение температуры образца производилось термометром сопротив ления, изготовленным из тонкой медной проволоки, намотанной на покрытую для изоляции клеем металлическую катушку. Чтобы свести к минимуму разни цу температур образца и термодатчика, их располагали очень близко друг к другу и приводили в контакт с медным держателем.

Действие термометра основано на зависимости удельного сопротивления медной проволоки от температуры =0(1+t) при 0=1,55 10 8 Ом м и = 4,3 10 3 К 1. Зная сопротивление катушки при комнатной температуре, можно построить график зависимости R=R(T), приведенный на рис. 2, который позволяет по значению сопротивления R определять температуру. Измерения R выполнялись универсальным вольтметром В7-21А, работающим в режиме омметра (рис. 3). Предложенный нами метод измерения температуры оказался удобным на практике, простым и компактным.

Для определения Тс керамики YBCO снималась зависимость падения на пряжения на керамике U=U(T) от температуры. Измерения U осуществлялись четырехзондовым методом с изменением направления тока через образец, что позволило исключить эффекты, связанные с нелинейными свойствами элек Физика. Методика обучения физике трических контактов YBCO, и тем самым повысить точность измерений. Для этого на таблетку керамики втирались четыре индиевых контакта с подведен ными проводами. Источником переменного тока, пропускаемого через образец, служил звуковой генератор ГР-1. Падение напряжения измерялось универсаль ным вольтметром В7-21А (рис. 3). С целью уменьшения погрешности, обу словленной разными ЛКТР индия, керамики и медной проволоки, индиевые контакты весьма сильно прижимались к контактным площадкам. Чтобы кера мика YBCO не потеряла свои уникальные свойства из-за нарушения химиче ского состава, образец плотно закрывался и надежно защищался от попадания влаги при его размораживании.

Сигналы с цифровых вольтметров через специальный контроллер подава лись на вход ПК. Измерения проводились в автоматическом режиме с высокой скоростью, что позволило получить значительно большее число эксперимен тальных точек, чем при снятии исследуемой зависимости вручную. Следова тельно, использование ПК позволяет существенно повысить точность экспери мента. Другое существенное преимущество компьютерного эксперимента за ключается в том, что его результаты можно легко представить в наглядной форме (как на экране монитора, так и на принтере), быстро провести расчеты и сопоставить их результаты с литературными данными. Программа для ПК на писана на языке Pascal.

На рис. 4 приведен график зависимости U=U(T), снятой на установке.

Ширина фазового перехода определялась по значениям напряжения, равным 0, 9 и 0,1 напряжения в точке, предшествующей началу его резкого спада. Экспе риментальные данные, полученные нами (с = 97,3 К при = 3,3 К), доста точно хорошо согласуются с паспортными данными YBCO (с = 95,4 К).

Литература 1. Wu M. K., Asburn J. R., Torng C. T. et al. Superconductivity at 93 K in a new mixed-phase Y-Ba-Cu-O compound system at ambient pressure // Phys. Rev. Lett 1987. V. 58.

2. Грабой И. Э., Какуль А. Р., Метелин Ю. Г. Химия и технология 120 Физика. Методика обучения физике высокотемпературных сверхпроводников. М. :ВИНИТИ, 1983. (Итоги науки и техники. Серия « Химия твердого тела»).

3. Ильин В. А., Красников А. С., Петрова Е. Б., Семин И. А. Изучение сверхпроводимости в практикуме по физике // Вестник Рязанского педагогического института. 1993. Вып. 1. С 28-30.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ТЕСТА ОТ ПАРАМЕТРОВ ТЕСТИРОВАНИЯ Кирьяков Б. С., Замятина В. С., Зуйков Д. В.

Рязань, РГУ имени С. А. Есенина Один из недостатков тестовой системы оценки состоит в том, что основ ные пользователи (учащиеся и учителя) не знают ее характерных особенно стей. В первую очередь это касается смысла тестовых оценок и их приведения к 100-балльной шкале. Пользователям не известно разрешение педагогическо го теста и то, как это разрешение учитывается при приведении тестовых баллов к школьным отметкам или при делении выпускников на «поступивших» и «не поступивших» в вуз по итогам ЕГЭ. Не ясно, каким образом параметры тести рования (протяженность и кратность тестирования, сложность тестовых зада ний, взаимосвязь балльных успехов) сказываются на инструментальных харак теристиках педагогического теста.

Возможность интерпретации особенностей тестовой системы оценки рассмотрена в работах [1–3] в рамках специальной дидактической модели.

Данная модель позволяет истолковать итоги тестирования не только при стати стическом [1], но и при элементарном [2–3] подходе, который доступен глав ным пользователям – испытуемым школьникам.

Модель [1–3] исходит из представлений о многогранном характере под готовленности школьника, которую можно установить лишь по итогам серии разносторонних и разноуровневых испытаний, описываемых матрицей учеб ных достижений (рис. 1 а). Число строк m в этой матрице определяется числом Физика. Методика обучения физике дидактических единиц, выделяемых в учебной дисциплине, а число столбцов n – числом заданий равномерно нарастающей сложности, обслуживающих каж дую выделенную единицу. Этим устанавливается соответствие матрицы учеб ных достижений педагогическим требованиям как в части содержательной, так и уровневой валидности. В дополнение к этому в модели рассматривается про стейший случай, когда задания оцениваются по однобалльной шкале (0, 1), в которой доступность и сложность заданий можно задать относительным чис лом их верных и ошибочных решений в ансамбле испытуемых.

Также считается, что все реальные тесты носят частный характер, явля ясь малыми выборками из матрицы учебных достижений. При таком подходе тестовые оценки, соотносимые со всей матрицей учебных достижений, можно найти путем экстраполяции результатов частного тестирования на всю серию испытаний, отображаемых этой матрицей. В модели [1–3] в роли характери стики, воссоздаваемой по итогам такой экстраполяции, выступает суммарный балл t, а в роли его количественной меры – тестовый балл tв, равный наиболее вероятному значению t. В подобной ситуации приведение тестовых оценок к 100-балльной шкале заключается в их процентном выражении по отношению к максимальному числу баллов (tmax = nm), которое можно набрать по итогам всех испытаний.

а) матрица m n б) в) n заданий m дидактических единиц m заданий m заданий Доступность заданий n тестов n тестов Рис. 1.

Что касается самой экстраполяции, то в модели [1–3] исходят из извест ной схемы, согласно которой сначала следует найти все возможные исходы разностороннего и разноуровневого тестирования, а затем выбрать из них наи 122 Физика. Методика обучения физике более вероятный. В терминах статистической теории это сводится к нахожде нию статистического веса и исследованию его на экстремум. В модели порядок экстраполяции соотнесен со статистикой Бозе-Эйнштейна, что определяется особой выборкой заданий, которая ставится в соответствие реальному тесту.

Рассматриваемые выборки упорядочены по уровню сложности входящих в них заданий. Рис. 1б, например, соответствует однократному, а рис. 1в – двукрат ному тестированию. Подобные выборки позволяют представить матрицу учеб ных достижений в виде серии однородных тестов равномерно нарастающей сложности, в которой число тестов определяется числом столбцов n, а число заданий в тестах – числом строк m. При этом выход на статистику Бозе Эйнштейна определяется ограничениями, которые накладываются на итоги та кой серии:

m x1 x 2 x 3 K x i K x n 0, (1) где xi – суммарные баллы, набранные по итогам теста с номером i.

а) б) t = x 1 + x2 + x3 x 15 заданий x 15 5 х Тест Тест Тест 15 Рис. 2.

Ограничения (1) обусловлены разной сложностью тестов в серии и носят статистический характер. На уровне отдельных заданий они могут нарушаться.

Из них, в частности, следует, что возможные итоги серии из n тестов равно мерно нарастающей сложности определяются координатами точек n-мерной решетчатой пирамиды с ребром m (рис. 2). Соответствие решетчатых пирамид статистике Бозе-Эйнштейна проявляется в том, что число точек в них опреде ляется статистическим весом, который характерен именно для этой статистики.

При выполнении ограничений (1) экстраполяция итогов частного тести Физика. Методика обучения физике рования определяется свойствами решетчатых пирамид. Согласно таблице эти свойства описываются аналитическими выражениями универсального ви да, что создает условия для разработки достаточно простых автоматизирован ных программ по выявлению зависимости итогов и инструментальных харак теристик педагогического теста от параметров тестирования.

Таблица Некоторые свойства n-мерной решетчатой пирамиды с ребром m [1, 4] Взаимосвязь свойств пирамиды с размерностью n, № Свойства длиной ребра m и номером координаты i = 1, 2, п/п …, n (n + m )!

n G = Cm + n = 1 Число точек в пирамиде n! m!

Распределение точек 1 m x x f ( x i ) = ( x i, m, i, n) = C x i + n i C m x i + i 2 по значениям хi = 0, 1, n C m+n i i 2, …, m Средние значения коор- i x i = m1 n + динат Дисперсия распределе- m (m + n + 1) ii 2 = 1 4 i n+2 n + 1 n + ния f(xi) i n +1 j Корреляционная взаи-, если j i j n +1 i rij = 5 мосвязь j n + 1 i, если j i i n +1 j координат xi и xj Распределение точек пи- (t tв ) m 1 ( x i, m, i, n), f (t ) = e рамиды по сумме их ко xi = ординат 6 m ( i 1) + x i (n + 1) где t в =, t = x1 + x2 + x3+ …+ xi +…+ xn x i (n i )( x i + n i + 1) + (m x i )(i 1)(m x i + i ) = 124 Физика. Методика обучения физике Свойства выборки точек k i i C xsi+s1 xsis+1 + i s+1 i s 1, G = пирамиды с фиксирован- s= ными ( t tв ) 1, ( t ) = e значениями части коор динат:

где t = x1 + x2 + x3+ …+ xi +…+ xn, m x1 x 2 x 3 K x n 7 x i = a1, m 1k + x i (i s +1 i s 1 ), t в = (i1 1) 2 2 s=1 s x i2 = a 2, x = a, 1k i3 (i s+1 i s 1)(xis xis+1 )(xis xis+1 + i s+1 i s )], = LLLL 12 s= x ik = a k, i0 = 0, i k +1 = n + 1, x i 0 = m, x ik +1 = где m a1 a2 K ak Возможный вариант такой программы приведен на рис. 3 в виде системы графиков, построенных в соответствии с таблицей 1. Они в наглядном виде от ражают взаимосвязь итогов кратного теста (рис. 3 е), порядка расчета тестовых оценок и их погрешности (рис. 3ж), установления рейтинга испытуемых (рис.

3з) и приведения тестовых оценок к школьным отметкам (рис. 3и) с парамет рами тестирования (рис. 3а –3д). На рис. 3 непосредственно выделен случай оптимального троекратного тестирования.

Оптимальность выделенного случая нетрудно установить, если изменить параметры тестирования, сместив подвижные маркеры на рис. 3 а и 3 б. С по мощью такого смещения оценить влияние параметров тестирования на выход ные характеристики теста можно в автоматическом режиме. Это делает пред ложенную систему пригодной для использования в курсе «Современные сред ства оценивания результатов обучения» в качестве лекционной демонстрации и в лабораторных работах по этому курсу.

Физика. Методика обучения физике а) кратность тестирования е) итоги кратного теста ж) приведение k в сравнении с нормальным первичных баллов x распределением к тестовым баллам 0 1 2 3 tв 100 при = 82% б) выбор тестов, входящих ср. балл: 21 ;

асимм.: 0,00 ;

диспр.: 28 ;

эксцесс:

-0, в состав кратного f (x ) t в - тест I : - тест II :

- тест III : 0,12 r 80 Дисперc 0, 0,08. D = 1, 0,2 Рабочий 0,15 40 диапазо 0, 0,1 н: 11 20 0, x 0 0 x p 0 14 28 42 0 14 28 0 0,2 0,4 0,6 0,8 в) положение тестов в матрице з) однозначность установления рейтинга (t 100) учебных достижений 0, m 42 x =0 x =6 x =12 x =18 x =24 x =30 x =36 x = 0, 0, t 1p 0 20 40 60 80 0 0,2 0,4 0,6 0, г) итоги выбранных и) приведение тестовых баллов д) корреляция тестов к оценкам "2","3","4","5" между оценками (t 100) за тесты f (x ) = 97% ;

= 2, 0,25 0, x = 0 x = 6 x = 12 x = 18 x = 24 x = 30 x = 36 x = 0, 0, 1 0,58 0, 0, 2- 4- 3- 0, 0,1 r ij = 0,58 0, 0,05 0, t 0,33 0,58 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 x /m 0 20 40 60 80 Рис. 3.

Литература 1. Кирьяков Б. С. Дидактическая модель тестовой системы оценки: однократ ное и кратное тестирование // Вестник РГУ имени С. А. Есенина. 2009. № 3(24). – С. 3–35.

2. Кирьяков Б. С. Замятина. В. С. Элементарная интерпретация характерных особенностей тестовой системы оценки // Школа будущего. 2011. №3. – С. 3– 17.

3. Замятина. В. С., Кирьяков Б. С. Модель многократного тестирования: эле ментарное представление // Психолого-педагогический поиск. 2012. № 2(22). – С. 136–152.

4. Кирьяков Б. С. Простейшие решетчатые объекты: статистические свойства, связь с квантовыми статистиками, проектирование контрольных заданий // Вестник РГУ имени С. А. Есенина. 2007. № 1(14). – С. 3–26.

126 Физика. Методика обучения физике ОРИГИНАЛЬНЫЕ ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ФИ ЗИКЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИКТ Коновалихин С.В.

г. Черноголовка, Московская область, МОУ СОШ № Современная цифровая техника позволяет продемонстрировать во время урока физики явления, которые лет десять – пятнадцать тому назад учителя были вынуждены объяснять «на пальцах». С другой стороны однообразное применение ИКТ технологий на уроках может привести к формированию у учащихся однобокого представления об изучаемой науке и окружающем мире.

В своей повседневной работе я стараюсь совместить возможности ИКТ с де монстрационным экспериментом [1, 2]. В данной работе приведены примеры трех демонстраций с применением ИКТ. Такие эксперименты позволяет со вместить методические приемы проблемного обучения [3-5] с современными инновационными методами преподавания физики. Часто, я стараюсь поставить эксперименты таким образом, чтобы полученные результаты противоречили знаниям, полученным учащимся ранее. Это позволяет активизировать познава тельную деятельность учеников, показать им, что самые обычные явления, с которыми они встречаются в быту, не могут быть объяснены с помощью зна ний, полученных из учебника. Решение проблемы достигается синтезом зна ний, полученных при изучении различных тем физики и других школьных предметов.

Пример 1. Наблюдение за ростом кристаллов тиосульфата натрия с по мощью цифрового микроскопа (ЦМ), 10 класс. Ранее [6], я предлагал делать лабораторную работу с использованием оптического микроскопа. Цель работы:

показать учащимся свойство анизотропии кристаллов. Использование ЦМ де лает проведение этой работы более динамичным, что особенно важно в усло вия катастрофического сокращения количества времени, выделяемого на изу чение предметов естественнонаучного цикла в современной общеобразова тельной школе. Раствор соли, приготовленный, как описано в [7] наносится на Физика. Методика обучения физике дно чашки Петри. Через минуту начинается процесс кристаллизации. С помо щью ЦМ и мультимедийного проектора на экран выводится изображение од ного или нескольких кристаллов (рис. 1 а). На рисунке выбранные мною кри сталлы обведены. Сетка микроскопа позволяет оценить соотношение горизон тального и вертикального размеров выбранных для наблюдения кристаллов.

Записываем приблизительное соотношение размеров выбранных кристаллов. В течение трех минут я обсуждаю с учениками строение кристаллов, почему вы бранные объекты можно считать кристаллами и т. п. Затем возвращаемся к картинке на экране (рис. 1 б). Очевидно, что кристалл с бльшей вертикальной осью «вырос» в вертикальном направлении больше, чем в горизонтальном.

Аналогичное явление можно отметить для остальных кристаллов. Затем реша ется вопрос о том, как называется это свойство кристаллов.

В работе [6] предлагалось наблюдать за ростом кристаллов NaCl. Однако проведение этой работы требовало 30 – 40 минут учебного времени. Тиосуль фата натрия обладает очень высокой скоростью роста, что позволяет превра тить лабораторную работу длительностью в один академический час, в демон страционный эксперимент с элементами измерения наблюдаемых объектов продолжительностью около 10 минут.

а б Рис. 1.

Пример 2. Снятие термограммы стеариновой свечи, 10 класс. При изуче нии строения твердых тел во всех школьных учебниках делается упор на строение кристаллов. О строении аморфных тел (стекол, полимеров, и т. п. ) 128 Физика. Методика обучения физике говорится мельком. Вначале урока перед учениками ставится проблема, как отличить кристалл от аморфного тела? В качестве затравки, я сообщаю учени кам о стразах, подделках драгоценных камней из обычного стекла. В конце об суждения приходим к выводу о том, что самый простой способ, доступный ученикам школы – это снятие термограммы. Вспоминаем, что такое термо грамма, как мы снимали термограмму трех веществ, входящих в состав ком плекта L-Micro [8], в 8 классе. Но на вопрос о том, что это за вещества, каков их химический состав я ответить не мог. А для учеников 10-го класса это уже становится важно. Чтобы уменьшить разрыв между физикой, изучаемой в школе, и окружающим миром и проводится данный демонстрационный экспе римент. В качестве объекта исследования используется обычная стеариновая свеча.

Стеариновые свечи являются смесью парафина и стеарина в пропорции 80 к 20 [9]. В литературе отсутствуют данные о том, к какому виду твердых тел, кристаллическому или аморфному относится данное вещество [10, 11]. Мы с учениками решаем эту проблему на уроке с помощью эксперимента.

Вначале, с помощью мультимедийного проектора, учащимся сообщаются следующие данные.

Стеариновая кислота (CH3(CH2)16COOH), одноосновная карбоновая ки слота алифатического ряда. Белые кристаллы, с температурой плавления 70°С нерастворимы в воде. Стеариновая кислота была открыта в свином са ле в 1816 году французским химиком Шеврелем [11].

Парафин — смесь предельных углеводородов от С18Н38 – С35Н72. В твер дом состоянии образуют бесцветные кристаллы с температурой плавления 45 – 65 °С. Величина и форма кристаллов парафина зависят от условий его выделения. Название происходит от латинского parum — «мало» и athnis — «сродный» из-за его низкой восприимчивости к большинству реагентов. Полу чают главным образом из нефти [11].

Таким образом, стеариновая свеча является продуктом смешивания двух Физика. Методика обучения физике кристаллических веществ. Что получается в результате смешивания: кристалл или аморфное вещество? Можно ли утверждать, что смесь двух кристалличе ских веществ является кристаллическим телом? С одной стороны в магазине свечи продаются различной формы, следовательно – стеарин аморфное веще ство. Но из металлов можно тоже изготовить отливки произвольной формы. А может быть, стеариновая свеча – смесь кристаллов стеарина и парафина? Как это определить? Постепенно ученики должны сами придти к выводу, что отве тить на все вопросы может только эксперимент. Вспоминаем о различиях свойств аморфных и кристаллических тел, приходим к выводу, что эту про блему можно решить только с помощью эксперимента. Например, снять рент генограмму или измерить температуру плавления. В условиях школы первое невозможно, а второе делается легко. Уточняем, что если в веществе есть кри сталлы парафина, то на термограмме должна быть «полочка» в области 45 – 65°С, а если кристаллы стеарина – то полочка должна быть в области 70°С.

Экспериментальная установка заранее собрана на столе (рис. 2). Если есть время, то можно попросить двух учеников измерить массу исследуемого объекта. Затем снимается термограмма. Типичный вид термограммы представ лен на рис. 3. Вывод очевиден: стеариновая свеча является аморфным телом.

Рис. 2. Рис. 3.

Подводя итоги работы необходимо обратить внимание учеников на мно гообразие свойств твердых тел, обусловленное особенностью их строения.

Смешивание двух кристаллических веществ не гарантирует нам получение кристаллического вещества. В то же время, смешивание аморфных веществ, 130 Физика. Методика обучения физике может привести к образованию кристаллических веществ с новыми свойства ми. Примером этому могут служить кристаллы карбида бора. Смешивание аморфного углерода (сажи) и кристаллического бора позволяет получить кри сталлы карбида бора [12 – 14], являющиеся третьим по твердости веществом, после алмаза и нитрида бора [15, 16].

Пример 3. Электрический ток в растворах, 10 класс. Цель демонстрации выяснить проводят ли электрический ток растворы, выполняется ли при про хождении тока через раствор законы Ома и Джоуля-Ленца. Используется стан дартный комплект L- Micro. В кювету наливается 100 мл воды и насыпается 10 г NaCl. После растворения собирается установка, показанная на рис. 4. Оба электрода – медные. Обращаем внимание учеников на цвет раствора. Заранее подобраны регулировки выпрямителя ВС-24 при которых начальный ток равен 2 А.

Ученики в течение минуты готовят таблицы. После включения выпрями теля показания амперметра и вольтметра записываются через каждые 30 с.

Эксперимент длится 8 минут. По окончании эксперимента ученики рассчиты вают значения сопротивления раствора в разные промежутки времени. Затем вручную строится график зависимости сопротивления от времени (рис. 5).

Ученики первой парты освобождены от построения графика, их задача – сле дить за показаниями термометра. Они в конце эксперимента сообщают данные об изменении температуры и представляют свой график. После окончания ана лиза эксперимента подводим итоги. Электрический ток в растворах существу ет. Используя знания по химии, уточняем, что растворение ионного кристалла в воде приводит к образованию свободных ионов, которые и являются носите лями электрического заряда. Причиной увеличения сопротивления является уменьшение количества свободных зарядов. Вывод: закон Ома не выполняется.

Выполняться этот закон может при условии постоянства количества ионов в растворе. Увеличение температуры (в данном эксперименте с 17 до 38°С) сви детельствует о выполнении закона Джоуля-Ленца при протекании электриче Физика. Методика обучения физике ского тока через растворы. Использовать термопару для получения более точ ных результатов нельзя, поскольку она боится высоких токов, которые наблю даются в эксперименте.

Рис. 4. Рис. Часть вопросов, связанных с изменением цвета раствора, появлением не приятного запаха, отсутствием падения тока до нуля обсуждается на уроках химии [7].

Затем проводим эксперимент с раствором сахара, приготовленном так же, как раствор поваренной соли. Эксперимент показывает, что ток в цепи от сутствует (рис. 6), тогда как напряжение на электроды подано. С помощью на водящих вопросов, выясняем, что при растворении сахара происходит образо вание электронейтральных молекул. Не выполняется одно из условий сущест вования электрического тока.

Рис. Вывод: Применение ИКТ на уроках физики позволяет продемонстриро вать учащимся ряд необычных явлений, объяснение которых потребует от 132 Физика. Методика обучения физике учащихся применения знаний из разных областей науки. Позволяет «осве жить» знания, полученные ранее, получить навык решения проблемных задач, еще раз убедить учеников, что физика – экспериментальная наука.

Литература 1. Коновалихин С. В. Применение ИКТ на фронтальных лабораторных рабо тах по физике, Всероссийская конференция «ИКТ технологии в подготовке учителя технологии и учителя физики», Коломна : 2010. – С. 175.

2. Коновалихин С. В. Компьютерная симуляция или демонстрационный экс перимент. Что эффективнее в учебном процессе? / Всероссийская конференция «ИКТ технологии в подготовке учителя технологии и учителя физики», Ко ломна : 2011. – С. 35.

3. Лернер И. Я. Проблемное обучение. М. : Знание, 1974. – 274 с.

4. Кудрявцев Т. В. Проблемное обучение: истоки, сущность, перспективы. – М. : Знание, 1991, 138 с.

5. Терентьев М. М. Демонстрационный эксперимент по физике в проблемном обучении. Пособие для учителя. – М. : Просвещение, 1978. – 184 с.

6. Коновалихин С. В. Определение скорости роста кристаллов из раствора, Лабораторная работа, 10 класс // «1 сентября. Физика». – 2006, № 22, – С. 28.

7. Утенышев А. Н., Коновалихин С. В. Применение ИКТ для демонстрации межпредметной связи физики и химии в средней и высшей школе. / Всерос сийская конференция «ИКТ технологии учителя физики и учителя техноло гии». – Коломна : 2013.

8. Коновалихин С. В. Применение ИКТ на фронтальных лабораторных рабо тах по физике. / Всероссийская конференция «ИКТ технологии в подготовке учителя технологии и учителя физики». – Коломна, 2010. – С. 175.

9. Глория Н, Книга о свечах. М. : Профиздат, 2000. – 178 c.

10. Енохович А. С., Справочник по физике, М. : Просвещение, 1978. – 278 с.

11. Химическая энциклопедия. М. : Большая Российская Энциклопедия, 1995 т.

4. – с. 421.

12. Коновалихин С. В., Пономарев В. И. // Журнал Неорганической Химии, 2009, Т. 54. – С. 13. Коновалихин С. В., Пономарев В. И. // Журнал Физической Химии. – 2010, Т. 84. – С. 1586.

14. Пономарев В. И., Ковалев И. Д., Коновалихин С. В., Вершинников В. И. // Кристаллография. – 2013, Т. 58, № 3. – С. 420.

15. Кислый П. С., Кузнецова М. А., Бондарук Н. И., Грабчук Б. Л., Карбид бо Физика. Методика обучения физике ра. – Киев : Наукова думка, 1988. – 257 C.

16. Dominich V., Reynaud S., Haber R. A., Chhowalla M. // J. Amer. Ceram. Soc., 2011, V. 94. – P. 3605.

ОСОБЕННОСТИ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ «ОСНОВЫ МИК РОЭЛЕКТРОНИКИ» В ПЕДАГОГИЧЕСКОМ ВУЗЕ Королева Л. В., Петрова Е. Б.

Московский педагогический государственный университет, кафедра физики для естественных факультетов С 2011 года в вузах действуют ФГОС ВПО, в структуре которых не ме нее 30% учебной нагрузки отводится на модуль «Дисциплины по выбору сту дентов», подавляющая часть которых приходится на профессиональный цикл.

Целесообразно в рамках этого модуля для направления «Педагогическое обра зование» (математические профили, в том числе, сдвоенные: математи ка+информатика, информатика+математика и др ) ввести дисциплины по вы бору (2–3 з. е. ): Логические основы построения ЭВМ;

Физические основы за писи и хранения информации в ЭВМ.

Кафедра физики для естественных факультетов МПГУ в течение послед них десятилетий ведет дисциплину «Основы микроэлектроники» на математи ческом факультете для специальностей «Математика с дополнительной специ альностью информатика», «Информатика». Разработанная программа дисцип лины содержит несколько основных разделов: история развития вычислитель ной техники;

логические основы построения ЭВМ (элементы алгебры логики;

арифметико-логические устройства;

узлы цифровой электроники);

физические принципы записи и хранения информации в ЭВМ (магнитная, голографиче ская, сверхпроводящая, полупроводниковая память).

Реализация идеи профильного обучения в современной школе предпола гает осуществление индивидуального подхода к обучению каждого учащегося.

Сделать это можно в рамках элективных курсов. На наш взгляд подготовка 134 Физика. Методика обучения физике студентов к проведению элективного курса «Физические принципы записи и хранения информации в ЭВМ» представляет особый интерес для будущих учи телей по ряду причин, перечисленных ниже.

Во-первых, физические принципы записи и хранения информации в ЭВМ гут преподаваться в школе в рамках элективного курса и дополнять курс физики рядом важных и наглядных иллюстраций. Подобный элективный курс может иметь важное значение при выборе будущего профиля в обучении уча щихся.

В процессе преподавания элективного курса по физическим основам па мяти ЭВМ осуществляется интеграция ряда школьных дисциплин: математики, физики и информатики. Он является углубляющим курсом, так как позволяет более глубоко изучить ряд вопросов физики, которые обычно не рассматрива ются на уроках (элементы физики твердого тела). Содержание информатики ограничивается изучением наиболее популярных программных продуктов и не затрагивает математических и физических основ обработки информации в ЭВМ. Знакомство с ними будет полезно для учащихся.

В то же время он имеет и прикладные аспекты, так как позволяет понять учащимся принцип действия некоторых современных устройств, таких как компьютер, флэш-память, запись информации на оптические диски и т. п.

Во-вторых, преподавание физических основ памяти персональных ком пьютеров может существенно повысить мотивацию учащихся к изучению ряда разделов физики, таких как магнитное поле в веществе, голография и т. п.

В-третьих, изучение физических основ памяти персональных компьюте ров в рамках курса физики имеет практический интерес для учащихся, так как современные люди не представляют себе жизни без компакт-дисков и «флэ шек». Кроме того, эти носители информации используются не только в ПК, но и других бытовых приборах, таких как DVD, BlueRay-проигрыватели, MP3 плееры и т. п. Число этих устройств растет с каждым днем. Современный чело век должен хотя бы в общих чертах представлять принцип их действия.

Физика. Методика обучения физике В-четвертых, на физическом материале, связанном с конструированием раз личных носителей памяти, может быть проведен ряд содержательных, инте ресных исследовательских проектов учащихся. Например, воссоздание истори ческого опыта датского инженера В. Поулсена по магнитной записи информа ции и т. п.

Реализация перечисленных выше задач отвечает требованиям Федераль ного государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования и Примерным программам среднего (полного) общего образова ния по физике. В частности, позволяет осуществить получение необходимых результатов освоения учебного предмета и реализации ряда целей на профиль ном уровне обучения, таких как выработка умений применять полученные зна ния по физике для объяснения принципов действия технических устройств, а также опыта эффективного и безопасного использования различных техниче ских устройств.

Литература 1. Примерные программы среднего (полного) общего образования по физике. – М. : Издательский центр «Вентана-Граф», 2012.

2. Королева, Л. В., Петрова Е. Б. Основы микроэлектроники. – М. : 2010.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СРЕДСТВАМИ ИКТ Кощеева Е. С., Стихина Н. В.

Е. С. Кощеева - к. п. н, доцент, Уральский государственный педагогический университет, Институт физики и технологии, доцент кафедры общетехни ческих дисциплин Н. В. Стихина – к. п. н., Уральский государственный педагогический универси тет, Институт физики и технологии, доцент кафедры общетехнических дис циплин Информационные потоки в разных областях знаний стремительно рас тут, современному образованному человеку помимо фундаментальных знаний в рамках своей специальности необходимо уметь работать с информацией 136 Физика. Методика обучения физике смежных областей, поскольку решение подавляющего большинства проблем лежит на стыке предметных дисциплин.

Новые образовательные стандарты высшего профессионального образо вания требуют нового подхода к подготовке будущих профессионалов, в част ности, к подготовке учителей физики, технологии, информатики.

Усиливается практическая, жизненная направленность получаемого об разования, становится значимым переход на концепцию пожизненно продол жающегося образования (образования в течение всей жизни, Life Long Learning).

Акцент в педагогической деятельности смещается на организацию взаи модействия учащегося с максимально широким социальным окружением. При этом преподаватель реализует несколько функций: обучающую, воспитываю щую, организационную, управленческую, которые должны рассматриваться как неразрывные части единой деятельности, в которой он осознает себя как часть единого педагогического сообщества, а свою деятельность – как опреде ленную роль в этом сообществе и в деятельности этого сообщества [1].

Для повышения эффективности процесса обучения и воспитания лично сти, способной оперировать накопленной информацией и самостоятельно рас ширять объем собственных знаний, становится необходимым использование в учебном процессе изучения моделирования физических процессов разнообраз ных систем, например систему компьютерной алгебры Mathcad Professional и среду объектно-ориентированного моделирования MVStudium.

Приведем пример задания для студентов, которое может быть предложе но при моделировании колебаний маятника в этих системах.

В основе моделирования системы компьютерной алгебры Mathcad Professional 14 лежит классическая физика. В качестве начальных условий оп ределено:

длина нити L:= ускорение свободного падения g:=9. Физика. Методика обучения физике уравнение гармонических колебаний x( t) := A sin ( t + 0 ) начальная фаза колебаний 0 := Следует отметить, что ускорение свободного падения относится к встроенным константам системы Mathcad, однако сложность заключается в том, что все встроенные константы имеют размерность, которая не позволяется использо вать их при создании анимации и построении графиков.

Для моделирования движения маятника выбирается полярная система координат. Закон движения будет иметь следующий вид где A := 270 и 0 := x( t ) := A + 0 sin ( t + 0 ),. Наличие дополнительных 180 коэффициентов А и 0 перед знаком синуса обусловлено особенностями рабо ты с полярной системой координат.

На рис. 1 и 2 представлен резуль тат создания анимированной модели ко лебательного движения. На рисунке видно, что длина нити маятника равна 1, рисунок 2 демонстрирует, что движение маятника подчиняется законам для гар моничеких колебаний.

Создание аналогичной модели в среде MVStudium знакомит обучаемых с одной из сред объектно ориентированного моделирования, в ко торой по заданному описанию системы строится модель с 2D и 3D анимацией.

Среда представлена языком моделиро вания Modelica.

138 Физика. Методика обучения физике Рис. 3. Рис. 4.

Поведение маятника описывается дифференциальным уравнением второ го порядка d2/dt2 = (-g*sin)/L (рис. 4), относительно угла отклонения маятни ка –, в котором есть два параметра: длина маятника L=1 и ускорение свобод ного падения g=9, 8066 м/с2. Уравнение второго порядка требует также зада ния двух начальных условий (рис. 3): значения угла отклонения (начальная фа за колебаний) – -pi/2 и значения угловой скорости маятника в начальный мо мент времени – 0 (рис. 3). Для целей отладки или создания 3D-анимации (рис.

7) используют виртуальные переменные (в нашем случае V, х и y). Виртуальная переменная вместе с формулой, по которой вычисляется ее значение, опреде ляются на виртуальном экспериментальном стенде. Виртуальные переменные помечаются в окне переменных (рис. 5). После запуска модели синхронно с ходом вычислительного эксперимента начнет изменяться значение виртуаль ной переменной «y» в окне переменных (рис. 5), а также строиться график на временной диаграмме (рис. 6).

Рис. 5. Рис. 6. Рис. 7.

Физика. Методика обучения физике Использование разнообразных сред и систем моделирования в организа ции обучения открывает возможности самостоятельной исследовательской деятельности обучающихся и применения полученных знаний при решении различных творческих задач.

Профессиональная деятельность педагога представляется как – организа ция обучающего взаимодействия учащихся с разнообразными источниками информации и формирование у них умений и навыков самостоятельного ин формационного потребления. Усиливается междисциплинарный характер при роды информации и информатики.

Литература 1. Боровских, А. В., Розов, Н. Х. Категория деятельности и деятельностные принципы в педагогике. // «Вопросы философии», №5, 2012.

ОРГАНИЗАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ НА УРОКАХ ФИЗИКИ Кузнецова Ю. В.

Пенза, ГБОУ СПО ПО «Пензенский многопрофильный колледж»

В последние годы тестирование все более привлекает внимание препода вателей-практиков в качестве одной из наиболее эффективных форм объек тивной оценки знаний, навыков и умений обучаемых. Тестирование является экономной, целенаправленной и индивидуализированной формой контроля.

При такой форме выявляются конкретные пробелы в знаниях, проверяется на сколько осознанно учащиеся владеют теоретическим материалом, как они умеют применять знания на практике.

Возможность использования для контроля знаний учащихся готовых программ, имеющихся на рынке, ограничена тем, что не все они способны ох ватить многообразие встречающихся вопросов по данной учебной дисципли не. Поэтому в своей работе я использую не только готовые формы контроля, но и разрабатываю их сама.

140 Физика. Методика обучения физике Существует ряд популярных компьютерных технологий, позволяющих грамотному пользователю решать подобные вопросы самостоятельно. Инте ресные возможности для решения подобных задач представляет система про граммирования Microsoft VisualBasic. Net.

Обладая простыми в обращении средствами визуального проектирова ния, данная система программирования позволяет в полной мере использовать преимущества графической среды Visual Stydio и быстро конструировать эф фективные приложения.

В среде разработки Visual Basic. Net разработаны компьютерные тесты по темам: «Кинематика материальной точки», «Законы динамики», «Законы сохранения в механике», «Молекулярная физика», «Основы термодинамики».

Предлагаемый тест по теме «Законы сохранения в механике» может ис пользоваться учителями и преподавателями физики для проверки знаний обу чаемых, а так же учащимися старших классов школ и студентами первых кур сов колледжей в целях самопроверки своих знаний. Тестирующая программа представляет собой тест с выбором правильного варианта ответа из нескольких предложенных (тест закрытой формы) и состоит из блоков: авторизация, тес тирование, результаты тестирования.

Работа начинается с первого окна системы (рис. 1).

Рис. 1. Первое окно программы. Рис. 2. Авторизация пользователя.

После нажатия кнопки «Начать тестирование» активируется блок автори зации. Окно, которое вы видите на рис. 2, предназначено для авторизации пользователя, где он должен ввести обязательные параметры (свое имя и фа Физика. Методика обучения физике милию). Следующий блок «Тестирование».

В главном окне программы (рис. 3) можно увидеть, что система состоит из трех тем раздела «Законы сохранения в механике», «Импульс», «Закон со хранения импульса», «Механическая работа. Мощность», «Энергия. Закон со хранения механической энергии».

Пользователь выбирает тему в главном окне, например «Механическая работа. Мощность».

Рис 3. Окно выбора тем. Рис. 4. Выбор варианта.

После выбора одной из тем, необходимо выбрать вариант (рис. 4) или вернуться в главное окно. Каждый вариант содержит десять вопросов с выбо ром одного правильного ответа.

Во время работы с компьютерным тестом в верхней части окна пользова тель видит номер вопроса и сам вопрос данной темы. В окне расположены также варианты ответов, рисунки или графики соответствующие поставленно му вопросу и кнопку «Справка» (рис. 5), При переходе по кнопке «Справка»

учащийся видит краткую теоретическую информацию по заданному в тесте вопросу.

142 Физика. Методика обучения физике Рис. 5 «Механическая работа». Рис. 6. Содержание кнопки «Справка».

После того как пользователь ответит на все вопросы активизируется кнопка «Результат». Полученные итоги можно увидеть на рис. 7.

Рис 7. Результаты по теме «Механическая работа. Мощность».

После того как учащийся изучил ошибки и результаты своей работы он может закрыть программу не боясь потери результатов, так как все параметры сохранятся в предусмотренный файл результатов тестирования, что облегчит работу педагога при выставлении оценок и проверки знаний учащихся.

Опыт использования тестирующих программ по физике говорит, что компьютерная система тестирования может с успехом применяться на уроках.

Она позволяет более рационально использовать время урока, быстро устано вить обратную связь с учениками и студентами, определить результаты усвое ния материала, сосредоточить внимание на пробелах в знаниях и умениях и внести в них коррективы.

Литература 1. Самоучитель Visual Basik. NET /Авторы: Карпов Р. Г., Соколова Н. Е., Сте панов А. М., под ред. А. Ф. Тихонова. – СПб. : БХВ-Петербург, 2005. – 592 с. :

Физика. Методика обучения физике ил.

2. Агеев В. Н. Электронные учебники и автоматизированные обучающие сис темы. М. : 2001. – С. 145 – 147.

3. ЕГЭ 2012. Физика. Федеральный банк экзаменационных материалов / Авт. сост. М. Ю. Демидова, И. И. Нурминский. – М. : Эксмо, 2012. – 368 с.

ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА В ГРАВИТАЦИОННОМ ПОЛЕ ЗЕМЛИ С ПОМОЩЬЮ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Кустов Ал. И., Зеленев В. М., Добрачёва А. Н., (1)Мигель И. А.

Воронежский государственный педагогический университет (1) ВУНЦ ВВС ВВА им. профессора Жуковского Н. Е. и космонавта Гагарина Ю. А. (г. Во ронеж) Данная задача не только не теряет своей значимости с течением времени, но и становится всё более актуальной в связи с постоянным совершенствова нием гражданской и военной техники, всё большего количества объектов, пе редвигающихся в пространстве гравитационного поля Земли. Поэтому, прин ципиально важно овладеть базовыми принципами такого движения, научиться использовать положения вариативного подхода для выявления оптимальных решений, применять информационные технологии для экспрессности и эффек тивности проводимых исследований.

Инновационность при организации учебного процесса в логике активно внедряемого в настоящее время компетентностного подхода предполагает, в первую очередь, изменение формулировки целей обучения – представление их и ожидаемых результатов обучения в виде совокупности компетентностей бу дущего специалиста, отражающих разные уровни профессиональных задач.

Умение решать эти профессиональные задачи свидетельствует о сформирован ности профессиональной компетентности специалиста на разных ее уровнях.

В ряде работ [1, 2] нами было предложено внедрять комплексные лабо раторные работы (КЛР), сочетающие аналитические исследования, компью терные симуляции и инструментальный эксперимент. Эти три направления ис 144 Физика. Методика обучения физике следований с успехом применяются и при изучении движения тел в гравитаци онном поле Земли. Алгоритм проведения таких КЛР следующий:

- выражения уравнения движения рассчитываются характеристики полё та (дальность, высота, время и проч.);

- по результатам экспериментов определяют координаты ряда точек в вертикальной плоскости (х, y), для которых с помощью ИТ (встроенная функ ция «Мастер диаграмм» Приложения MS Excel) получают графическую зави симость;

для этой графической зависимости вызывают тренд (с коэффициен том аппроксимации и уравнением);

уравнение тренда позволяет проводить анализ полёта тела в гравитационном поле Земли, использовать возможности интер- и экстраполяции, определять экстремальные значения величин (высоты полёта, дальности, угла бросания) с помощью функции-оптимизатора «Поиск решения»;

- оценка точности расчётов с помощью инструментальной «стрельбы».

Рассмотрим примеры изучения движения тел в гравитационном поле Земли (при бросании с поверхности Земли и с некоторой высоты h0).

Один из методов – аналитический, связанный с получением выражений для различных параметров движения, с помощью которых проводят дальней ший анализ. Так как эти методы обычно достаточно громоздки, в настоящей работе не приводятся примеры их разработки и применения.

Наиболее перспективно в настоящее время изучение различных типов движения с помощью компьютерных технологий. Ниже приведены алгоритмы решений двух задач, связанных с движением тел в гравитационном поле Земли.

Начальные данные этих заданий размещены в табл. 1 и табл. 2 (соответственно, движение с поверхности и с высоты h0). В результате решения получены уравнения движения, Hmax, Smax, 0, брос и проч. ).

Таблица Дальность, м 0 0, 3 0, 5 0, 8 1, 1 1, 5 1, Высота, м 0 2 3, 1 3, 5 3, 2 1, 6 0, Физика. Методика обучения физике Таблица Дальность, м 0 12 26 40 Высота, м 20 26 24 18 На рис. 1 приведены этапы компьютерного симулирования с целью оп ределения таких параметров, как дальность полёта, максимальная высота, угол бросания, начальная скорость и т. п.

Рис. 1. Ввод массива экспериментальных данных.

Рис. 2. Получение уравнение тренда и его использование для оптимизации.

Рис. 3. Отчёт по результатам (с максимальной высотой полёта).

146 Физика. Методика обучения физике Рис. 4. Экстраполяция дальности по уравнению тренда (1, 73 м).

Проверка полученных данных производилась с помощью лабораторной установки, представленной на рис. 6, 7. Для формирования более глубоких представлений по рассматриваемому вопросу рекомендуется предварительно, а также по завершении исследований воспользоваться моделями из стандартных приложений, типа «Открытая физика», «Physicon».

Рис. 5. Экстраполяция дальности при движении тела с высоты h0 (х=53, 7 м) Рис. 6. Общий вид поля измерений Рис. 7. Установка «Баллистический установки «Баллистический пистолет» с изменяющимися пистолет» параметрами стрельбы.

Физика. Методика обучения физике Как показали контрольные замеры уровня усвоения материала, предла гаемый подход имеет высокий коэффициент эффективности (на 17 – 26% вы ше, чем при стандартном образовательном процессе).

Литература 1. Кустов А. И., Тарлавский В. И., Мигель И. А. Компьютерные учебные пособия по дисциплине «Физика» как элемент концепции формирования УМК// Новые технологии в образовании – науч. -техн. журнал – № 2 (20) – 2007 – Воронеж – с. 33-35.

2. Кустов А. И., Тарлавский В. И., Мигель И. А. Повышение эффективности прове дения занятий по физике с использованием информационных технологий // Образовательные технологии – науч. -технич. журн. – № 2 (24) -2007 – Воро неж – c. 19-23.

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Кустов Ал. И., Зеленев В. М., Добрачёва А. Н., (1)Мигель И. А.

Воронежский государственный педагогический университет (1) ВУНЦ ВВС ВВА им. профессора Жуковского Н. Е. и космонавта Гагарина Ю. А.

Проблема исследования характеристик абсолютно чёрного тела (АЧТ) является одной из современных и актуальных проблем, так как существует ог ромное число тепловых источников излучения (как естественных, так и искус ственных). В частности, в области пирометрии важно экспрессно определять длину волны m источника, для которой излучательная способность r,Т (спек тральная плотность энергетической светимости) максимальна, величину энер гетической светимости (1), а также интегральную dW R э = r,T d = T 4 =, (1) dS dt температуру (Т) излучателя. Для наиболее полного изучения закономерностей теплового излучения было предложено разработать комплексную лаборатор ную работу (КЛР), содержащую блок теоретических представлений, блок ком пьютерных симуляций, базирующийся на информационных технологиях, ин 148 Физика. Методика обучения физике струментальные эксперименты.

При проектировании устройств, связанных с тепловым излучением необ ходимо наглядно представлять, как улучшать характеристики этого процесса, оценивать конкретные его параметры. В частности, важно уметь оперативно и надежно определять экспериментальные значения измеряемых величин. Эти задачи можно успешно решить при использовании ИКТ.

Рассмотрим алгоритм проведения КЛР на конкретном примере.

На первом этапе рассматриваются различные методы определения тем пературы, как контактные, так и бесконтактные. Затем обосновываются пре имущества бесконтактных, для тех задач, где они проявляются наиболее на глядно. Рассматривается принцип действия наиболее простого и надёжного прибора бесконтакнтых измерений температуры – оптического пирометра (рис. 1, 2).

Рис. 1. Внешний вид Рис. 2. Схема внутреннего устройства оптического оптического пирометра ОППИР пирометра 55: 1-корпус;

2-объектив;

3 фильтр;

4-поворотная головка;

5 лампа;

6-стрелка;

7-под-вижная рамка;

8-контакты;

9-оправа;

10 фильтр;

11-диафрагма;

12-линза;

13магнит;

14-реостат;

15-кольцо.

Затем проводится компьютерное решение задачи на определение парамет ров излучения конкретного источника, спектрально близкого к АЧТ (см. лабо раторную работу № 2). В заключении проводятся экспериментальные измере Физика. Методика обучения физике ния температуры ряда источников теплового излучения.

Лабораторная работа № 2.

Тема: Определение температуры спирали лампы накаливания, её излучательной способности и энергетической светимости с использованием информационных технологий Постановка целей занятия: для некоторой ламы накаливания (с площадью излучателя dS = 100 мм2), используемой в автомастерской для сушки краски, необходимо рассчитать температуру спирали Т, излучательную способность r, T и величину энергетической светимости RЭ. Экспериментально полученная зависимость излучательной способности от длины волны излучения представ лена в таблице. Коэффициент серости К вольфрамовой спирали для исполь зуемого излучения считать близким к единице.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 



 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.