Прывяду ў якасці прыкладу апісанне некалькіх доследаў, якія можна вельмі хутка падрыхтаваць на простым абсталяванні



Дата канвертавання20.05.2016
Памер87.86 Kb.
Уводзіны
Лічбавая лабараторыя па фізіцы “Архімед” уключае ў сябе невялічкі кампутар Nova 5000, да якога можна падключыць восем аналагавых датчыкаў фізічных велічынь: датчыкі сілы, адлегласці, ціску, тэмпературы, магнітнай індукцыі, напружання, сілы току, асветленасці, а таксама і мікрафон для вымярэння інтэнсіўнасці гуку. На працягу эксперыменту датчыкі выводзяць на кампутар вымяраемую велічыню, а ён у рэжыме рэальнага часу адлюстроўвае на маніторы графік яе залежнасці ад часу. У спалучэнні з мультымедыйным праектарам альбо з інтэрактыўнай дошкай гэта дазваляе вучням адначасова назіраць эксперымент на стале настаўніка і бачыць на экране пабудову графікаў даследуемых фізічных велічынь. Такі наглядны паказ сувязі матэматычнай абстракцыі з рэальнай з’явай ёсць вельмі важным метадычным звяном, бо вядома, што менавіта графічнае апісанне фізічных законаў і выклікае заўсёды немалыя цяжкасці ў большасці вучняў пры вывучэнні фізікі.

Усё гэта, хоць і каштуе грошай, але змяшчаецца ў невялічкай скрыні і можа замяніць значную частку дэманстрацыйнага эксперыменту і лабараторных работ у праграме па фізіцы ў сярэдняй школе. Акрамя гэтага спецыяльная праграма Multilab, інсталяваная на Nova 5000, якая і кіруе датчыкамі, дазваляе імгненна апрацоўваць графікі, апраксімуючы іх пад стандартныя матэматычныя функцыі, і адразу даючы выгляд іх раўнанняў. Эксперымент і апрацоўка яго графікаў займаюць на ўроку не болей за 8-10 мінут і дазваляюць правесці далейшы аналіз вынікаў у розных формах, у залежнасці ад мэтаў тыпа ўроку: вывучэнне новай тэмы, альбо рашэнне задач, альбо лабараторная работа. Праўда, усё эксперыментальнае начынне і рыштунак трэба прыдумляць і вырабляць самім, але гэта вельмі цікавая творчая праца як для настаўніка, так і для вучняў, якая вельмі моцна падвышае іх матываванасць, іх цікавасць да вывучэння фізікі і, адпаведна, паляпшае эфектыўнасць вучэбнага працэса.

Прывяду ў якасці прыкладу апісанне некалькіх доследаў, якія можна вельмі хутка падрыхтаваць на простым абсталяванні.


  1. Спружынны маятнік.

Гэтая тэма вывучаецца ў раздзеле “Механічныя ваганні”. На фотаздымку (Мал.1) прыведзены агульны выгляд начынення эксперыменту. Штатыў, спружына, груз – усё гэта ёсць у кожнай лабаранцкай кабінета фізікі. Груз (3) на спружыне (2) прымацоўваецца да датчыка сілы (1). Пасля гэтага вертыкальна пад ім устанаўліваецца датчык адлегласці (5), які ёсць папросту ўльтрагукавым радарам. У залежнасці ад наладкі ён 25 - 100 разоў у секунду вымярае каардынату і скорасць груза, які вагаецца. Наладкі датчыка дазваляюць таксама каардынату стану раўнавагі груза прыняць за ноль. На экране кампутара (4) і, адпаведна, праектара імгненна ў выглядзе графікаў адлюстроўваюцца ваганні трох фізічных велічынь: сілы пругкасці спружыны, каардынаты і скорасці груза (Мал.2).

Аналізуючы гэты малюнак, коратка можна звярнуць увагу вучняў, што:


  1. ваганні усіх трох велічынь ёсць гарманічнымі і адбываюцца па законе сінуса (косінуса),

  2. каардыната і скорасць вагаюцца са зрухам па фазе на чвэрць перыяду,

  3. скорасць груза максімальная ў момант часу, калі груз праходзіць стан раўнавагі.




    • Праверка закона Гука і вызначэнне цвёрдасці спружыны.


Скарыстаўшыся магчымасцямі праграмы Multilab, схаваем з экрану да часу графік скорасці і разгледзім толькі ваганні сілы пругкасці і каардынаты груза (Мал.3).

Звяртаем увагу вучняў на тое, што сіла пругкасці накіраваная ўвесь час супраць зруху (дэфармацыі) спружыны, як таго і патрабуе закон Гука. Акрамя таго з графіка мы можам узяць значэнне амплітуды (xmax=0,037м, Fmax=0,73Н) і перыяду ваганняў гэтых фізічных велічынь (Т = 1,1с).

Праграма Multilab дазваляе рэдагаваць графікі і рабіць замену пераменных. І вось, замяніўшы час на восі абсцыс на зрух спружыны Х, мы атрымліваем залежнасць сілы пругкасці ад дэфармацыі спружыны. Перад тым, як націснуць на кампутары ОК, каб на экране класу адкрыўся гэты графік, можна задаць дзецям пытанне, які ён будзе мець выгляд. Тэма “Сіла пругкасці” да гэтага часу ўжо пройдзеная, і вучні павінны ўзгадаць, што сіла пругкасці залежыць ад велічыні дэфармацыі лінейна згодна з законам Гука (F = - kx).

І вось кампутар сапраўды выдае лінейную функцыю (Мал.4) з адмоўным вуглавым каэфіцыентам, дзе сіла змяняецца ў межах ад – 0,73Н да + 0,73Н, а зрух груза ад стану раўнавагі ад – 0,037м да + 0,037м. Акрамя таго, праграма Multilab дае матэматычны выгляд гэтай залежнасці:

F = -20,4∙x

Такім чынам, жорсткасць спружыны, як вуглавы каэффіцыент у раўнанні, вызначана:



к = 20,4 Н/м



Цяпер, маючы каэфіцыент жорсткасці і перыяд ваганняў, мы можам вызначыць масу груза з формулы для перыяда ваганняў спружыннага маятніка:


Выразіўшы з яе масу:

m = T2 k/4π2,
падставім сюды ўжо вядомыя нам значэнні перыяда ваганняў і каэфіцыента жорсткасці спружыны.

Тады атрымаем:



m = 1,12 ∙20,4/4∙9,86 = 0,626 кг.
Гэтае значэнне вельмі добра стасуецца з прамым узважваннем груза на рычажных шалях, якое дае m = 632 г. Адносная хібнасць доследу складае, такім чынам,
ε = Δm/m = 0,0095, альбо каля 1%
Гэтую частку ўрока можна правесці ў форме рашэння задачы па знаходжанні масы спружыннага маятніка, дзе ўсе дадзеныя (Т, к) ўзяты не ў задачніку, а непасрэдна з толькі што праведзенага эксперыменту.

У выніку гэтай часткі ўрока адбылося паўтарэнне закона Гука, праверка формулы спружыннага маятніка і азнаямленне з яшчэ адным дынамічным метадам вызначэння масы.




    • Праверка закона захавання энэргіі.

Выкарастоўваючы дадзеныя гэтага ж эксперыменту, ставім перад вучнямі задачу: палічыць максімальную скорасць груза. Удакладняем, што скорасць груза змяняецца ад нуля ў пункце максімальнага адхілення ад стану раўнавагі да максімальнай у пункце раўнавагі. Для яе вызначэння прымяняем закон захавання энергіі: у пункце максімальнага зруху (хmax= 0,037 м) груз валодае толькі патэнцыяльнай энэргіяй дэфармаванай спружыны:



Еп= кх2/2,
у пункце раўнавагі (х = 0) яна ўся перайшла ў кінетычную:
Ek= mv2/2
З ураўнення: kxm2 = mvm2 атрымліваем выраз для максімальнай скорасці груза:

Цяпер можна адкрыць на экране графік ваганняў скорасці маятніка, каб параўнаць падлічанае значэнне яе амплітуды з эксперыментальна вымераным (Мал.5). Няцяжка ўбачыць, што амплітуднае значэнне скорасці на графіку вельмі добра стасуецца з толькі што падлічаным.



Галоўнай перавагай выкарыстання на ўроках фізікі лічбавай лабараторыі Архімед у спалучэнні з мультымедыйным праектарам альбо інтэрактыўнай дошкай з’яўляецца жывы эксперымент з дакладнымі вымярэннямі фізічных велічынь і яго імгненнай нагляднай інтэрпрэтацыяй у выглядзе графікаў іх залежнасці ад часу, а таксама магчымасць іх апрацоўкі і аналіза з дапамогай адмысловай праграмы Multilab.

Прыведзеныя прыклады аналізу доследу са спружынным маятнікам можна, як я ўжо згадваў, выкарыстоўваць і на ўроках розных тыпаў, і ў якасці факультатыўнай лабараторнай работы.

Лічбавую лабараторыю Архімед можна паспяхова выкарыстоўваць і для падрыхтоўкі дакладаў для навукова практычных канферэнцый. Хачу прывесці адзін з прыкладаў такой вучнёўскай даследчай работы:



2. Даследванне з’явы электрамагнітнай індукцыі.

Эксперыментальная ўстаноўка (Мал.6) ўяўляе сабой тонкасценную пластмасавую трубку (7) дыяметрам D = 2,6 см, на якую наматана N = 20 віткоў меднага дроту (4) дыяметрам d = 0,6 мм. Даўжыню дроту можна палічыць па формуле:


L = π∙DN

і разам з канцамі для падключэння міліамперметра (5) яна складае 2,2 м. Трубка замацавана вертыкальна ў штатыве.

Паласавы пастаянны магніт (1), сячэнне якога толькі крыху менш за ўнутранае сячэнне трубкі, свабодна падае ў ёй, выклікаючы імпульс індукцыйнага току пры пралёце ўнутры шпулі. Індукцыя магнітнага поля ўнутры шпулі вымяраецца датчыкам (3).




Гэтая з’ява электрамагнітнай індукцыі назіраецца вучнямі на экране (6) ў выглядзе графікаў залежнасці індукцыі магнітнага поля і сілы індукцыйнага току ад часу пры пралёце магніта ў трубцы (Мал.7).


Асноўныя заканамернасці з’явы можна даследваць, выкарыстоўваючы шпулі з рознай колькасцю віткоў і перасоўваць іх па трубцы, змяняючы тым самым вышыню падзення, а значыць і скорасць пралёта магніта.

Для дэтальнейшага аналізу разгледзім графікі магнітнай індукцыі і сілы індукцыйнага току (Мал.8).

На верхнім графіку бачна, як магніт набліжаецца да шпулі і індукцыя дасягае каля 3,5 мТл на яго полюсе, як яна праходзіць праз ноль у нейтральнай зоне магніта і мяняе сваё значэнне на -3,5 мТл пры пралёце праз шпулю другога полюса. На ніжнім графіку можна бачыць, як у гэты час сябе паводзіць індукцыйны ток. Ён таксама змяняе сваё значэнне ад 26 да -26 мА. Усё гэта адбываецца за час ад 12-й да 32-й мілісекуды ад пачатку эксперыменту.




    • Праверка закона электрамагнітнай індукцыі

Разгледзім для больш дэтальнага аналізу гэтыя 20 мс эксперыменту (Мал.9).

Згодна з законам электрамагнітнай індукцыі, Э.Р.С., якая ўзнікае ў шпулі, можна палічыць па формуле:

ε = -ΔФNt, ці ε = -ΔВSNt, дзе S = π ∙D2/4

Падставіўшы значэнні ΔВ = 7мТл, S = 5,3∙10-4 м2, N = 20, Δt = 20 мс атрымаем:

ε = 3,71 мВ

Праверыць гэты вынік, а значыць, і справядлівасць закона, можна, параўнаўшы Э.Р.С. індукцыі з падзеннем напружання на шпулі, скарыстаўшыся законам Ома:

U = IR,

дзе R = ρ∙L/S, a S = π ∙d2/4

Падставіўшы значэнні: S = 0.28 мм2, ρ = 0,017 Ω∙мм2/м, атрымаем для меднага дроту R = 0.133 Ом, а падзенне напружання адпаведна:

U = 3,46 мВ

Хібнасць эксперыменту, такім чынам, складае каля 7%, што можна лічыць цалкам дапушчальным для ўзроўня вучнёўскай работы па вывучэнню і даследванню новай фізічнай з’явы.



Пытанне накірунку індукцыйнага тока, альбо правіла Ленца, засталося па-за межамі гэтага доследу, але яно лёгка вырашаецца пры ўліку палярнасці падключэння шпулі да датчыка току і накірунка магнітнай індукцыі пралятаючага пастаяннага магніта.
: files
files -> Конкурс журналісцкіх матэрыялаў "твой стыль"
files -> Кроніка грамадскага жыцця Гарадзеншчыны ад грамадскага аб’яднання “Цэнтр “Трэці сектар”
files -> Праграма Artes liberales 2013 (12–28. 02)
files -> Культурная праграма Першага нацыянальнага форуму “Музеі Беларусі”
files -> Штомесячны агляд эканомікі беларусі
files -> Пазакласны занятак па музыцы. Калейдаскоп дзіцячых фальклорных гульняў
files -> Паводле лірычных твораў А. С. Пушкіна мы іграем пушкіна
files -> 18 кастрычніка 2012 г. 1522 Аб узнагароджанні Ганаровай
files -> Клубы і аматарскія аб’яднанні Назва бібліятэкі




База данных защищена авторским правом ©vuchoba.org 2019
звярнуцца да адміністрацыі

    Галоўная старонка