Физическое образование
в вузах
Издательский Дом Московского Физического общества
Редколлегия журнала "Физическое образование в вузах"
Главный редактор
Крохин Олег Николаевич - академик, Московский инженерно-физический
институт (государственный университет), Физический институт им. П.Н.
Лебедева РАН, Москва, Россия.
Заместители Главного редактора
Гладун Анатолий Деомидович - Московский физико-технический институт
(государственный университет), Долгопрудный Московской области, Россия.
Николаев Владимир Иванович - Московский государственный
университет им. М.В. Ломоносова, Центр переподготовки научно-педагогических
кадров МГУ,
Москва, Россия.
Суханов Александр Дмитриевич - Российский университет дружбы народов, Российский
научный центр физического образования, Москва, Россия.
Шапочкин Михаил Борисович - Московский энергетический институт (технический
университет), Московское физическое общество, Москва, Россия.
Редакционная коллегия
Кудрявцев Николай Николаевич - Московский физико-технический институт
(государственный университет), Долгопрудный Московской области, Россия.
Колесников Юрий Леонидович - Санкт-Петербургский государственный институт точной
механики и оптики (технический университет), Санкт-Петербург, Россия.
Лебедев Юрий Анатольевич - Объединённое физическое общество РФ, Москва, Россия.
Песоцкий Юрий Сергеевич - Российское научно-производственное объединение
"Росучприбор",
Москва, Россия.
Рудой Юрий Григорьевич - Российский университет дружбы народов, Москва, Россия.
Светозаров Владимир Владимирович - НТЦ "ВЛАДИС", Московский инженерно-физический
институт (государственный университет), Москва, Россия.
Спирин Геннадий Георгиевич - Московский авиационный институт (технический университет),
Москва, Россия.
Трухин Владимир Ильич - Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,
Москва, Россия.
Чернышев Виктор Викторович - Военный авиационный технический университет, (Военно-воздушная
инженерная академия им. Н.Е. Жуковского), Москва, Россия.
Ответственный секретарь
Калачев Николай Валентинович - Физический институт им. П.Н. Лебедева
РАН, Московское физическое общество, Москва, Россия.
Техническая редакция
Березин Павел Дмитриевич - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН,
Москва, Россия.
Черткова Ирина Николаевна - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва,
Россия.
╘ Издательский дом МФО, 2004 г.
Содержание 3 Введение
М.Б. Шапочкин
5
Интерференционные явления на базе фотонных представлений в оптике
А.В. Сечкарев
20
Семинар по физике ядра и частиц: диаграммы Фейнмана
Н.Г. Гончарова
29
Принцип Бабине в теории дифракции: экспериментальные исследования
И.В. Митин
39
К методике изучения скин-эффекта в общем курсе физики
Ю.К. Кабасов, В.О. Филимоненков, М.П. Кагало
55 Автоматизированная демонстрационная установка
"Стол на воздушной подушке" и лекционные эксперименты на ее основе
М.В. Семенов, А.А. Якута
71
Универсальный лабораторный практикум по ядерной физике
Э.А. Авданина, М.Д. Дежурко, И.Я. Дубовская, А.М. Зайцева,
В.Е. Ямный
80 Специальный физический практикум для студентов технологических специальностей
Л.В. Антипова, Н.Н. Безрядин, Е.М. Агапова, А.В. Брехова, Т.В. Прокопова,
В.В. Синягин, С.А. Титов
90
Лабораторная работа по изучению основ бета-спектроскопии
В.П. Федорченко, В.М. Бабиив
103 Компьютеризированная лабораторная работа по физике
"Прецизионное измерение тепловой энергии проточным калориметром"
В.В. Ларионов, Г.В. Гаранин, И.П. Чернов
108
Пути реализации межпредметных связей курса физики с микроэлектроникой
С.Н. Пастушенко
119 Педагогическая направленность практических занятий по теоретической
физике в педагогическом институте
Г.А. Розман, А.А. Кирсанов
125 Оценка сложности задач по физике
Н.П. Чьямова, И.С. Кычкин
132 Аннотации
The contents
3 Introduction
M.B. Shapochkin
5 Light Interference Phenomena Considered on the Base
of Photon Ideas in Optics
A.V. Sechkarev
20
Seminar on Nuclear and Particle Physics: Feynman's Diagrams
N.G. Goncharova
29 Babine's Principle in the Diffraction Theory: Experimental Researches
I.V. Mitin
39 To the Methods of Studying of Skin-Effect in the Course of Physics
Yu.K. Kabasov, V.O. Filimonenkov, M.P. Kagalo
55
Demonstration Experiments on the Basis of Automated Device
"Air Cushion Table"
M.V. Semenov, A.A. Yakuta
71
Universal Laboratory Training Complex for Nuclear Physics
E.A. Avdanina, M.D. Dezhurko, I.Ya. Dubovskaya, A.M. Zaytseva,
V.E. Yamnyi
80 Special Physical Practical Work for Student of the
Technological Professions
L.V. Antipova, N.N. Bezryadin, E.M. Agapova, A.V. Brekhova,
T.V. Prokopova, V.V. Sinyagin, S.A. Titov
90
Laboratory Work on the Investigation of the Fundamentals
of the Beta-Spectroscopy
V.P. Fedorchenko, V.M. Babiiv
103 Сomputerized
Laboratory Work on Physics "Precise Measurement of Heat Energy by Means of
a Continuous Flow Calorimeter"
V.V. Larionov, G.V. Garanin, I.P. Chernov
108 Ways of Realization of Intersubject Communications
of Course of Physics with Microelectronics
S.N. Pastushenko
119
Pedagogiсal Orientation of Seminars in Theoretical Physics
at the Pedagogical Institute
G.A. Rozman, A.A. Kirsanov
125 Estimation of Complexity of Tasks on Physics
N.P. Ch'yamova, I.S. Kychkin
132 Abstracts
Введение
Уважаемые читатели!
Предлагаемый Вашему вниманию номер журнала содержит статьи, затрагивающие
актуальные вопросы преподавания различных разделов общего курса физики
и постановки учебного физического эксперимента в вузах. Интерес представляют
публикации, посвященные методике и педагогике обучения физике.
В статье А.В. Сечкарева предлагается изложение лекционного материала
интерференционных явлений с позиций квантовой оптики.
В статье Н.Г. Гончаровой приводится содержание семинарского занятия по
физике ядра и частиц с использованием диаграмм Феймана.
В статье И.В. Митина обсуждаются экспериментально наблюдаемые дифракционные
явления, для описания которых может использоваться принцип Бабине.
В статье Ю.К. Кабасова, В.О. Филимоненкова и М.П. Кагало приводится теория
скин-эффекта, компьютерные расчеты и методика их экспериментального исследования.
В статье М.В. Семенова и А.А. Якуты обсуждается лекционная автоматизированная
установка "Стол на воздушной подушке" и результаты исследований на ней.
В статье Э.А. Авданиной, М.Д. Дежурко, И.Я. Дубовской, А.М. Зайцева и
В.Е. Ямного приводится описание автоматизированного на базе персонального
компьютера комплекса лабораторных работ по курсу ядерной физики.
Статья Л.В. Антиповой, Н.Н. Безрядина, Е.М. Агапова, А.В. Брехова,
Т.В. Прокопова, В.В. Синягина и С.А. Титова посвящена рассмотрению четырех
лабораторных работ, созданных при участии сотрудников кафедры физики
по курсу "Физические методы контроля сырья и продуктов в мясной промышленности".
В статье В.П. Федорченко и В.М. Бабина предложена лабораторная устанока
по изучению бета-спектроскопии, созданной на базе анализатора импульсов
АИ-1024.
В статье В.В. Ларионова, Г.В. Гаранина и И.П. Чернова дается описание
комьютеризированной лабораторной установки по исследованию работы калориметра
и моделированию процессов в нем.
В статье С.Н. Пастушенко рассмотрены пути реализации межпредметных связей
с дисциплинами электрорадиотехнического цикла.
В статье Г.А. Розмана и А.А. Кирсанова изложена методика проведения практических
занятий по теоретической физике в педагогическом институте.
В статье Н.П. Чьямова и И.С. Кычкина предлагается алгоритм количественной
оценки задач по физике.
Полагаю, что статьи этого номера журнала будут интересны широкому кругу физической
общественности.
Ответственный редактор М.Б. Шапочкин
Интерференционные явления на базе фотонных представлений в оптике
А.В. Сечкарев
Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий механики
и оптики
197101 Санкт-Петербург, ул. Саблинская, 14
Исходя из представлений о свете как о потоке элементарных частиц √ фотонов,
с использованием сведений о статистических свойствах фотонов и выводов квантовой
электродинамики, предложен простой метод количественного описания явлений интерференции
света. Показано, что в фотонной оптике устраняется наблюдающееся в условиях
малой интенсивности неполное соответствие опыту выводов классической волновой
теории света и определяются границы применимости этой теории. Приведены примеры,
когда фотонные представления в оптике более информативны, чем традиционные
волновые, и сделан вывод о необходимости совершенствования дидактических основ
изложения раздела "Оптика" в курсе общей физики.
Семинар по физике ядра и частиц: диаграммы Фейнмана
Н.Г. Гончарова
Физический факультет Московского Государственного Университета
им. М.В. Ломоносова, кафедра общей ядерной физики.
Одной из проблем, неизбежно возникающих в процессе преподавания университетского
курса "Физика ядра и частиц", является задача сделать ясными основы современной
физики микромира для студентов, которые практически не знакомы с квантовой
физикой. Опыт преподавания этого курса на физическом факультете Московского
университета показывает, что немалую помощь в понимании физики микромира оказывает
знакомство с диаграммами Фейнмана.
Принцип Бабине в теории дифракции: экспериментальные исследования
И.В. Митин
119899, г. Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет,
кафедра общей физики.
E-mail: mitin@genphys.phys.msu.su
В статье сообщается о неожиданных дифракционных явлениях, наблюдаемых в экспериментах,
объяснение которых может быть дано из принципа Бабине.
К методике изучения скин-эффекта в общем курсе физики
Ю.К. Кабасов, В.О. Филимоненков, М.П. Кагало
Трехгорный политехнический институт МИФИ (ГУ)
456080, г. Трехгорный Челябинская область, ул. Мира 17
Работа посвящена изложению методики теоретического изучения студентами поверхностного
эффекта при рассмотрении квазистационарных электромагнитных явлений в курсе
общей физики.
Автоматизированная демонстрационная установка
"Стол на воздушной подушке" и
лекционные эксперименты на ее основе
М.В. Семенов, А.А. Якута
Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, кафедра общей физики 119992,
г. Москва, Ленинские горы, МГУ, физический факультет, КОФ,КФД
yakuta@genphys.phys.msu.ru
В работе описывается автоматизированная установка "Стол на воздушной подушке",
позволяющая демонстрировать ряд лекционных экспериментов по механике вращательного
движения твердого тела вокруг неподвижной оси. Излагаются методика постановки
экспериментов, методы обработки экспериментальных данных и приводятся экспериментальные
результаты.
Универсальный лабораторный практикум по ядерной физике
Э.А. Авданина, М.Д. Дежурко, И.Я. Дубовская, А.М. Зайцева,
В.Е. Ямный
Белорусский Государственный Университет
220050 Минск, Беларусь, пр. Скорины, 4
В данной работе описывается универсальный автоматизированный комплекс, предназначенный
для выполнения лабораторных работ по курсу общей ядерной физики. Рассмотрены
концепции технического построения комплекса и его функциональные возможности.
Описаны краткие методические указания для выполнения 11 лабораторных работ.
Специальный физический практикум для студентов технологических специальностей
Л.В. Антипова, Н.Н. Безрядин, Е.М. Агапова, А.В. Брехова, Т.В. Прокопова, В.В.
Синягин, С.А. Титов
Воронежская государственная технологическая академия
Для студентов технологических специальностей разработан специальный физический
практикум с целью продолжения физического образования на старших курсах и знакомства
с физическими методами контроля технологических процессов. В данном сообщении
приводится описание 4-х лабораторных работ.
Лабораторная работа по изучению основ бета-спектроскопии
В.П. Федорченко, В.М. Бабиив
Камчатский государственный педагогический университет
Данная лабораторная работа посвящена изучению основ бета-спектроскопии. Рассмотрены
теоретические основы бета-распада. Дается подробное описание экспериментальной
установки, собранной на основе пластмассового сцинтилляционного детектора,
фотоэлектронного умножителя и анализатора импульсов АИ-1024. Методика, описанная
в работе, предназначена для определения удельной активности радионуклида стронций-90
в продуктах питания и биопробах окружающей среды. Методика определения стронция-90
основана на предположении равновесного содержания его дочернего радионуклида
иттрий-90. Анализ проб осуществлялся путем использования системы энергетических
окон, распределенных по энергетическому диапазону. Полученные результаты измерений
хорошо согласуются с литературными данными.
Компьютеризированная лабораторная работа по физике
"Прецизионное измерение тепловой энергии проточным калориметром"
В.В. Ларионов, Г.В. Гаранин, И.П. Чернов
Томский политехнический университет
Е -mail: chernov@tpu.ru
Компьютеризированная лабораторная работа позволяет осуществлять прецизионное
измерение тепловыделения при процессах, протекающих в проточном калориметре.
Использована схема калибровки при помощи джоулевого нагревателя. Она позволяет
студентам знакомиться с измерительными технологиями с применением компьютеров
и дает возможность моделировать управляющие компьютерные устройства.
Пути реализации межпредметных связей курса физики с микроэлектроникой
С.Н. Пастушенко
Национальный авиационный университет
03058, Украина, Киев, пр. космонавта Комарова, 1, кафедра физики N1
e-mail: spas@univ.kiev.ua
Рассмотрены некоторые методические вопросы установления межпредметных связей
между курсами физики и микроэлектроники в техническом университете. Показано,
что эффективность изучения электроники в вузе повышается при соблюдении принципа
преемственности между физикой и электроникой. Приведены примеры установления
межпредметных связей, которые могут быть использованы в учебном процессе.
Педагогическая направленность практических занятий по теоретической физике
в педагогическом институте
Г.А. Розман, А.А. Кирсанов
Псковский государственный педагогический институт
180016, г.Псков, пл.Ленина, 2.
Е-mail:rozman@psk.sovintel.ru
Авторы статьи делятся апробированным в течение десятка лет опытом усиления
педагогической направленности практических занятий по теоретической физике
в педагогическом институте.
Оценка сложности задач по физике
Н.П. Чьямова, И.С. Кычкин
E-mail chyamova@pochtamt.ru
Якутский Госуниверситет (Якутск)
В статье предлагается алгоритм количественной оценки сложности задач по физике.
Сложность задачи представлена как сумма сложности поиска алгоритма решения
задачи и сложности вычисления по найденному алгоритму. Рассмотрены примеры.
Приведенный алгоритм вычисления сложностей не зависит от уровня обучения, конкретного
раздела физики и может быть использован как в школе, так и в вузах.
Light Interference Phenomena Considered on the Base of Photon Ideas
in Optics
A.V. Sechkarev
St.-Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics
and Optics
197101 St.-Petersburg, street Sablinskaya, 14
The simple method of quantitative description of interference phenomena
has been proposed. In this model light was considered as a flow of elementary
particles √ photons. This method also used quantum electrodynamics concepts
and information about the statistical properties of photons. It has been
shown that this method eliminated partially noncompliance between certain
experimental results and conclusions of classic wave theory of light.
At last, taking into account all ideas mentioned above, the author proposed
to revise and improve didactic base of the Optics course (a part of General
Physics course).
Seminar on Nuclear and Particle Physics: Feynman's Diagrams
N.G. Goncharova
Lomonossov's Moscow State University, Department of Physics. 119992, Moscow
The last part of the university's course in General Physics √ Physics of Particle
and Nuclei- precedes the proper study of Quantum Physics. The difficulties
in the understanding of this part could be subdued by using the basic properties
of Feynman's diagrams. The examples of the solving of some problems using Feynman's
diagrams are shown.
Babine's Principle in the Diffraction Theory: Experimental Researches
I.V. Mitin
119899,. Moscow State University, physical faculty
E-mail: mitin@genphys.phys.msu.su
In this paper is informed about unexpected diffraction phenomena observable
in experiments, which explanation can be given from a Babine's principle.
To the Methods of Studying of Skin-Effect in the Course of Physics
Yu.K. Kabasov, V.O. Filimonenkov, M.P. Kagalo
Trekhgornyy Politechnical Institute of Moscow Enginereering √Physics Institute
(Technical University)
456080, Trekhornyy, Cheljabinsk Region, Mir Strett, 17
The paper is devoted to the method of theoretical studying of surface effect
by students together with studying of stationary electromagnetic phenomena
in the course of physics
Demonstration Experiments on the Basis of Automated Device
"Air Cushion Table"
M.V. Semenov, A.A. Yakuta
Physics Department of Lomonosov Moscow State University, General Physics Chair
There is described in the article the automated device "Air cushion table".
The apparatus allows to demonstrate during the lecture the experiments on mechanics
of the rotational motion of rigid body about a fixed axis. The experimental
technique, data processing methods and experimental results are presented.
Special Physical Practical Work for Student of the Technological Professions
L.V. Antipova, N.N. Bezryadin, E.M. Agapova, A.V. Brekhova,
T.V. Prokopova, V.V. Sinyagin, S.A. Titov
Voronezh State Technology Academia
Special physical practical work is designed for student of the technological
professions for the reason continuations of the physical formation on senior
course and acquaintance with physical methods of the checking the technological
processes. In given message happens to the description 4-h laboratory work.
Universal Laboratory Training Complex for Nuclear Physics
E.A. Avdanina, M.D. Dezhurko, I.Ya. Dubovskaya, A.M. Zaytseva,
V.E. Yamnyi
Belarus' State University, Minsk, pr. Skoriny 4
The universal automatized training set up designed for fulfillment of nuclear
physics laboratory works is described. The technical concept of complex construction
and its functional potentials are described. The summaries of 11 laboratory
works are given.
Laboratory Work on the Investigation of the Fundamentals of the Beta-Spectroscopy
V.P. Fedorchenko, V.M. Babiiv
Kamchatka State Pedagogical University, e-mail:
ekolog@mail.ru
This laboratory work is dedicated to the study of beta-spectroscopy fundamentals.
The theoretical principles of beta-disintegration are considered in the work.
There is the detailed description of the experimental plant, which is assembled
on the foundation of the plastic scintillation detector, the photomultiplier
tube and the pulse analyzer AI-1024. The described methods are destined for
the determination of the specific activity of radionuclide strontium-90 in
foodstuff and environmental samples. The methods of radionuclide strontium-90
determination are based on the supposition of the equilibrium radionuclide
daughter yttrium-90 content. The analysis of samples was carried out by the
use of the system of energy intervals, distributed on the energy range. The
obtained test results are in the excellent agreement with the literary data.
Computerized
Laboratory Work on Physics "Precise Measurement of Heat Energy by
Means of a Continuous Flow Calorimeter"
V.V. Larionov, G.V. Garanin, I.P. Chernov
Tomsk Polytechnic University
E-mail: chernov@tpu.ru
A computerized laboratory work allows making a precise measurement of heat
development in processes, which take part in a continuous flow calorimeter.
A calibrating scheme by means of Joule heater was suggested. It allows students
to acquaint themselves with measuring technologies using computers and also
simulate controlling computers.
Ways of Realization of Intersubject Communications of Course of Physics with
Microelectronics
S.N. Pastushenko
National Air University
03058, Ukraine, Kiev, pr. Komarova, 1, faculty of physics N1,
e-mail:pas@univ.kiev.ua
There are considered methodical issues of intersubject's contacts between general
physical course to Technical university microelectronics' courses. It is shown,
that efficiency of Microelectronics study at High Education School is connected
with following a sequence principle of physics. There are produced examples
of intersubject's contacts, which can be introduced at High School.
Pedagogical Orientation of Seminars in Theoretical Physics at the Pedagogical
Institute
G.A. Rozman, A.A. Kirsanov
Pskov State Pedagogical University
Е-mail: rozman@psk.sovintel.ru
Authors of the scientific paper share their practical experience in emphasizing
pedagogical orientation of seminars in theoretical physical at the Pedagogical
Institute.
Estimation of Complexity of Tasks on Physics
N.P. Ch'yamova, I.S. Kychkin
Yakut State University (Yakutsk)
E-mail chyamova@pochtamt.ru
The algorithm of quantitative complexity estimation of tasks on physics
is offered. The complexity of any task is submitted as the sum of algorithm
searching complexity of task solution and calculation complexity according
to algorithm found. The given complexity calculation algorithm does not
depend on the level of training, the part of physics and can be used
both at school and in high schools.
|