Том 3, номер 2 1997 г.
"Физическое образование в ВУЗах"
Журнал Московского Физического общества
серия "Б"
Издательский Дом Московского Физического общества
"Физическое образование в ВУЗах" Журнал Московского Физического Общества серия "Б" Главный редактор Крохин Олег Николаевич - член-корреспондент Российской Академии наук, Московский инженерно-физический институт (технический университет), Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия. Заместители Главного редактора Грибков Владимир Алексеевич - Московский инженерно-физический институт (технический университет), Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Московское физическое общество, Москва, Россия. Суханов Александр Дмитриевич - Московский государственный университет, Российский научный центр физического образования, Москва, Россия. Шапочкин Михаил Борисович - Московский энергетический институт, Московское физическое общество, Москва, Россия. Редакционная коллегия Бруццоне Орасио - Университет Буенос-Айреса, Буенос-Айрес, Аргентина. Быковский Юрий Алексеевич - Московский инженерно-физический институт, Москва, Россия. Врублевски Анжей - Варшавский университет, Варшава, Польша. Гладун Анатолий Деомидович - Московский государственный технологический университет (СТАНКИН), Москва, Россия. Кренцис Радий Павлович - Уральский государственный технический Университет, Екатеринбург, Россия Кунце Ганс Иохим - Рурский университет, Бохум, ФРГ. Кьянг Давид - Дальхаузи университет, Канада. Ли Синг - Наньянгский технический университет, Сингапур. Песоцкий Юрий Сергеевич - Российское научно-производственное объединение "Росучприбор", Москва, Россия. Рудой Юрий Григорьевич - Университет дружбы народов, Москва, Россия. Светозаров Владимир Владимирович - научно-технический центр <ВЛАДИС>, МИФИ, Москва, Россия. Сенашенко Василий Савельевич - Министерство общего и профессионального образования РФ, 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 - Военно-воздушная инженерная академия им. Н.Е. Жуковского, Москва, Россия. Техническая редакция Калачев Николай Валентиновнч - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Московское физическое общество, Москва, Россия. Кулыбин Виктор Михайлович - Издательский Дом МФО, Москва, Россия. Перегудова Елена Нинелевна - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Московское физическое общество, Москва, Россия. O Издательский дом МФО, 1997 г.
"Физическое образование в ВУЗах" Журнал Московского Физического Общества серия "Б" Т.3, N2, 1997 Содержание 5 Фундаментальный курс физики в Московском государственном университете леса В.Г. Баранцев, В.Н. Харченко 13 Концепция преподавания физики в военных инженерных вузах К.Л. Ржепецкий 19 Соотнесение физического образования с профессиональной ориентацией в вузах нефизического профиля В.В. Фоменко А.Е. Айзенцон 28 Физика как основа технического творчества Ю.В. Соколов В.В. Литовский 42 Физические аналогии в экономике Е.В. Алешина, Р.А. Браже, А.А. Грешнова 51 Давление в идеальных газах при наличии силовых полей А.С. Кондратьев, А.Д. Суханов 57 Гироскоп в курсе общей физики. Б.С. Рыбин 74 Специализированная физическая лекционная аудитория В.Н. Кунин, Л.В. Грунская 86 Наглядность физического толкования явления дисперсии электромагнитных волн. В.П. Самарин 90 Применение метода спектральных отношений в лабораторной работе по тепловому излучению А.М. Погорельский, В.В. Христофоров 92 Ультрафиолетовый фотоприемник в физическом практикуме М.И. Федоров А.А. Червова, В.П. Самарин 100 Авторская программа элективного курса "Физические основы микроэлектроники" Г.К. Ипполитова, Ю.Г. Рудой Н.Я. Молотков, А.В. Постульгин 111 Аннотации 117 Abstracts 122 Информация
JOURNAL of the MOSCOW PHYSICAL SOCIETY Series "B" V. 3, N 2, 1997
5 A fundamental physics course in the Moscow State Forest University V.G. Barantsev and V.N. Kharchenko K.L. Rzhepetskii V.V. Fomenko 23 Physics and university profiles A.E. Aizentson 28 Physics as a basis for technical creativity Yu.V. Sokolov V.V. Litovskii 42 Physics analogies in economics E.V. Aleshina, R.A. Brazhe, and A.A. Greshnova 51 Pressure in ideal gases in the presence of strong fields A.S. Kondrat'ev and A.D. Sukhanov 57 The gyroscope in general physics courses E.S. Rybin 74 A specialized physics lecture auditorium V.N. Kunin and L.V. Grunskaya 86 Visual methods for the physical interpretation of dispersion phenomena of electromagnetic waves V.P. Samarin 90 Application of spectral relations in a laboratory on thermal emission A.M. Pogorel'skii and V.V. Khristoforov 92 An ultraviolet photoreceiver in a physics laboratory course M.I. Fedorov A.A. Chervova and V.P. Samarin 100 A program for an elective course on the physical basis of microelectronics G.K. Ippolitova and Yu.G. Rudoi 103 Investigations of anisotropy in the electric and optical properties of a single-axis crystal N.Ya. Molotkov, A.V. Postul'gin 111 Аннотации 117 Abstracts 122 Informations
АННОТАЦИИ
В МОСКОВСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ЛЕСА В.Г. Баранцев, В.Н. Харченко Московский государственный университет леса, Москва Представлены некоторые результаты итогов преподавания в течение ряда лет в Московском государственном университете леса фундаментального курса физики (ФКФ), известного также как "курс Суханова". Обоснован вывод о том, что курс такого характера не должен быть слабой копией университетского курса физики для физических специальностей, но призван выполнить четыре основные функции: образовательную, мировоззренческую, развивающую и воспитательную. Обсуждается возможность реализации этих требований в рамках ФКФ, а также те условия со стороны администрации вуза, которые должны быть для этого созданы.
КОНЦЕПЦИЯ ПРЕПОДАВАНИЯ ФИЗИКИ В ВОЕННЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ ВУЗАХ К.Л. Ржепецкий Высшее военно-морское инженерное училище, С-Петербург Обсуждается и развивается ряд положений статьи А.М. Васильева и др. (Журнал МФО, сер. Б, т.1, N 1, 1995) применительно к преподаванию физики в высших военных учебных заведениях. Сформулирован ряд предложений по совершенствованию концепции подобного преподавания и повышения его уровня, причем подчеркивается базовое значение курса физики по отношению к специальным техническим дисциплинам. Отмечена также необходимость сохранения целостности курса физики, недопустимости передачи ее разделов в другие дисциплины.
СООТНЕСЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ С ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИЕЙ В ВУЗАХ НЕФИЗИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ В.В. Фоменко Государственная летная академия Украины, Кировоград, Украина Рассмотрены взаимосвязь общего (фундаментального) курса физики и специальных дисциплин, определяющих профессиональную ориентацию выпускника технического вуза. Сформулирован и предложен ряд положений, предназначенных для реализации указанной взаимосвязи на базе существующих методических и программных документов. Введено понятие "физико-аксиоматического" обеспечения общеинженерных и специальных дисциплин и обсуждается возможность его реализации, рассмотрен ряд полезных конкретных примеров.
А.Е. Айзенцон Военный автомобильный институт, Рязань Обсуждается проблема взаимосвязи физики как одной из дисциплин фундаментального образования и профиля вуза. Показано, что наиболее эффективный путь изучения физики в непрофильном вузе - это обеспечение ее фундаментального характера и использование конкретных примеров из области инженерной деятельности при проведении практических занятий и лабораторных работ.
ФИЗИКА КАК ОСНОВА ТЕХНИЧЕСКОГО ТВОРЧЕСТВА Ю.В. Соколов Харьковский политехнический университет, Харьков Физическое образование в техническом университете сегодня претерпевает кризис в силу неадекватной формы представления физических знаний инженерам и падения интереса молодежи к точным наукам. В статье обсуждаются некоторые педагогические подходы к решению проблемы совершенствования образовательного аспекта, связывающего науку и технику, как сделать физику доступной и впечатляющей. Это: перестройка учебной программы в логике системного анализа, создание систематизированной базы физических эффектов и явлений, сознательное управление мотивационным поведением и творческой деятельностью студентов, обучение их методам инженерного творчества и системному мышлению, превращение преподавателя в инженера знаний и др.
ПУТИ ЭКОЛОГИЗАЦИИ ФИЗИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ В ВУЗЕ (ОПЫТ КАФЕДРЫ ФИЗИКИ УГППУ В ФОРМИРОВАНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ СТУДЕНТОВ) В.В. Литовский Уральский государственный профессионально-педагогический университет, Екатеринбург Предлагаются оптимальные пути использования физических знаний для формирования экологической культуры студентов ВУЗов. Исходя из физических принципов оценена иерархия культур экосистем, определяющих <ближний порядок> человека. Приведены результаты эксперимента по экологизации традиционного вузовского курса физики и формированию экологической культуры студентов, посредством введения новых экологических курсов с физической основой. Подчеркивается эффективность комбинированного подхода при экологизации физических знаний студентов ВУЗов и его положительная роль в укреплении общей физической подготовки.
ФИЗИЧЕСКИЕ АНАЛОГИИ В ЭКОНОМИКЕ Е.В. Алешина, Р.А. Браже, А.А. Грешнова Ульяновский государственный технический университет. Ульяновск Предложена новая экономическая величина - потенциальная функция рынка, определяемая дифференциальными свойствами кривых спроса и предложения. Задание этой функции по результатам предварительных рыночных сделок позволяет исследовать динамику цен на товары методом фазовой плоскости и построить графики колебаний цены относительно клирингового значения. Описаны модели рынка с отдельно взятым товаром и двумя взаимно конкурирующими товарами.
Расчет давления вырожденных газов и газов, обладающих внутренними степенями свободы при воздействии электрического и магнитного полей, не может быть проведен традиционным методом Бернулли. В этих случаях использование большого термодинамического потенциала W позволяет провести расчеты давления, приводящие к результату, совпадающему с результатом Бернулли. Этот факт свидетельствует о том, что давление любых идеальных газов во всех этих случаях определяется лишь средней кинетической энергией поступательного движения частиц.
ГИРОСКОП В КУРСЕ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ. Б.С. Рыбин Одесская государственная академия пищевых технологий, Одесса, Украина. Предлагается относительно простое объяснение поведения гироскопа. Для этой цели используются точные векторные уравнения движения симметричного волчка с неподвижной точкой. Упрощение достигается, главным образом, в результате оперирования с уравнениями непосредственно в векторной форме. Предлагается простая модель симметричного волчка, которая позволяет обойтись без таких сложных понятий как эллипсоид инерции, главные оси инерции и др.
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ ЛЕКЦИОННАЯ АУДИТОРИЯ В.Н. Кунин, Л.В. Грунская Владимирский государственный университет, Владимир Во Владимирском государственном университете создана специализированная физическая аудитория, в которой читаются лекции по физики с широким привлечением современного лекционного эксперимента. Это всесторонне механизированная аудитория, обеспеченная современным оборудованием, необходимым для проведения лекционного эксперимента, рассчитана на 200 слушателей.
НАГЛЯДНОСТЬ ФИЗИЧЕСКОГО ТОЛКОВАНИЯ ЯВЛЕНИЯ ДИСПЕРСИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН. В.П. Самарин Нижегородское высшее зенитное ракетное командное училище ПВО, Н- Новгород Приводится описание демонстрационной установки для иллюстрации на экране осциллографа соотношений между фазовой и групповой скоростью электромагнитных волн и искажения формы сигнала, возникающие при распространении в среде с дисперсией.
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА СПЕКТРАЛЬНЫХ ОТНОШЕНИЙ В ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ ПО ТЕПЛОВОМУ ИЗЛУЧЕНИЮ А.М. Погорельский, В.В. Христофоров Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск Предлагается схема лабораторной установки, предназначенной для проведения учебных экспериментов по тепловому излучению в курсе общей физики. Особенностью схемы является использование двух узких диапазонов длин волн для бесконтактного измерения температуры излучающего тела. Это позволяет обратить внимание студентов на спектральное распределение энергии теплового излучения и на возможность его использования.
УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЙ ФОТОПРИЕМНИК В ФИЗИЧЕСКОМ ПРАКТИКУМЕ М.И. Федоров Вологодский политехнический институт, Вологда
Изготовлен, исследован, запатентован и используется во втором уровне физического практикума ультрафиолетовый ( УФ ) фотоприемник на основе арсенида галлия n - типа и фталоцианина меди p - типа. Студенты изучают зависимость фото-э.д.с., тока короткого замыкания и деградацию этих параметров в зависимости от интенсивности излучения лампы ДРТ-240 через фильтр УФС-2.
УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ПОДГОТОВКИ КУРСАНТОВ ПО ФИЗИКЕ В ВЫСШИХ ВОЕННЫХ УЧИЛИЩАХ ПВО ПРИ ПЕРЕХОДЕ НА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ОБРАЗОВАНИЯ А.А. Червова, В.П. Самарин Нижегородское высшее зенитное ракетное командное училище ПВО, Н-Новгород Сообщается об опыте составления учебной рабочей программы по физике. Соответствующей новому Государственному стандарту образования и оптимально сочетающей требования фундаментальности обучения физике с его конкретной ориентацией в высших военных учебных заведениях.
АВТОРСКАЯ ПРОГРАММА ЭЛЕКТИВНОГО КУРСА ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ Г.К. Ипполитова, Ю.Г. Рудой Московский автомобильно-дорожный институт, Москва Предложена программа элективного курса, рассчитанного на 34 часа лекций и знакомящая студентов (после изучения ими общего курса физики) с некоторыми аспектами физики полупроводников и квантовой электроники. Курс был прочитан студентам 3-го курса МАДИ в 1994-95 г.г.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПО ИССЛЕДОВАНИЮ АНИЗОТРОПИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОДНООСНОГО КРИСТАЛЛА Н.Я. Молотков, А.В. Постульгин Тамбовский государственный университет им. Г.Р. Державина. Тамбов Поставленная авторами лабораторная работа носит имитационный характер, т.к. в качестве модели одноосного кристалла служит слоистая структура, выполненная из слоев диэлектрика. Эксперимент проводится с радиоволнами сантиметрового диапазона. В статье подробно изложена как теория предполагаемого учебного эксперимента, так и техника эксперимента и методика его проведения.
ABSRACTS A FUNDAMENTAL PHYSICS COURSE IN THE MOSCOW STATE FOREST UNIVERSITY V.G. Barantsev and V.N. Kharchenko Some results from a number of years of teaching a fundamental physics course at the Moscow State Forest University, known as "Sukhanov's course", are presented. The main conclusion is that this type of course should not be a weak copy of a university course in physics for physics majors, and is obliged to fulfill four main functions: educational, ideological, developmental, and training. Possibilities for realizing these requirements in the frameworks of a fundamental physics course are discussed, as well as the conditions that must be imposed on the administration of institutions of higher education for this to occur.
THE CONCEPT OF PHYSICS TEACHING IN ENGINEERING UNIVERSITIES OF THE DEFENSE MINISTRY OF THE RUSSIAN FEDERATION K.L. Rzhepetskii A number of positions presented in the earlier article of A. M. Vasil'eva et al. (Journal of the Moscow Physics Society, Series B, vol. 1, 1995) that are applicable to teaching physics in military institutions of higher education are discussed. A number of proposals for modernizing physics teaching concepts and improving the level of teaching are formulated, with emphasis placed on the basic knowledge in a physics course relative to specialized technical disciplines. The importance of preserving the integrity of the physics course and the unacceptability of transferring isolated sections to other disciplines is noted.
CORRELATION OF PHYSICS EDUCATION WITH THE PROFESSIONAL ORIENTATION IN UNIVERSITIES WITH A NON-PHYSICS PROFILE V.V. Fomenko The interconnection between general (fundamental) physics courses and the specialized disciplines determining the professional orientation of graduates of technical universities is examined. A number of possibilities for realization of these interconnections based on existing methods and program documents are formulated and proposed. The concept of "physical-axiomatic" provision for general engineering and specialized disciplines is introduced, and possibilities for its realization are discussed. A number of useful specific examples are considered.
PHYSICS AND UNIVERSITY PROFILES A.E. Aizentson The problem of the interconnection between physics as one discipline of a fundamental education and the profile of institutions of higher education is discussed. The most effective path to teaching physics in universities not specializing in physics is maintaining its fundamental character and using specific examples from the area of engineering in practical exercises and laboratory work.
PHYSICS AS A BASIS FOR TECHNICAL CREATIVITY Yu.V. Sokolov Physics education in technical universities today is undergoing a crisis due to the inadequate presentation of physics knowledge to engineers and a decrease in the exact sciences among young people. Some pedagogical approaches to solving the problem of modernizing the educational aspect linking science and technology in order to make physics accessible and impression-forming are discussed. These include reconstruction of the educational program in systems analysis logic, creation of a systematized base of physics effects and phenomena, conscious encouragement of motivated behavior and creative activity in students, instruction in methods of engineering creativity and systems thinking, and transformation of the teacher into a knowledgeable engineer.
THE PATH TO ECOLOGIZING PHYSICS KNOWLEDGE IN UNIVERSITIES (EXPERIENCE OF THE PHYSICS DEPARTMENT OF THE URAL STATE PEDAGOGICAL UNIVERSITY IN THE FORMATION OF AN ECOLOGICAL STUDENT CULTURE) V.V. Litovskii Optimal paths for using physics knowledge to form an ecological student culture at institutions of higher education are proposed. Starting from physical principles, the hierarchy of the culture ecosystems determining the "near order" for a person is estimated. The results of experiments on ecologizing traditional university-level physics courses and forming an ecological student culture are presented. The direct introduction of new physics-based ecological courses is also discussed. The effectiveness of a combined approach to ecologizing physics knowledge among university-level students and its positive role in strengthening general physics preparation are emphasized.
PHYSICS ANALOGIES IN ECONOMICS E.V. Aleshina, R.A. Brazhe, and A.A. Greshnova A new economic quantity is introduced -- the potential function of a market, determined by the differential properties of supply and demand curves. Specifying this function using the results of preliminary market transactions makes it possible to investigate price dynamics for goods using a phase density method and construct a plot of price oscillations relative to their clearing values. Market models with independent goods and two mutually competing goods are described.
PRESSURE IN IDEAL GASES IN THE PRESENCE OF STRONG FIELDS A.S. Kondrat'ev and A.D. Sukhanov The pressures of degenerate gases and gases possessing internal degrees of freedom under the action of electric and magnetic fields can not be calculated using the traditional method of Bernoulli. In these cases, using a large thermodynamic potential W makes it possible to calculate these pressures, leading to results that coincide with the result of Bernoulli. This provides evidence that the pressure of any of the ideal gases in all these cases is determined only by the mean kinetic energy of the translational motion of the particles.
THE GYROSCOPE IN GENERAL PHYSICS COURSES E.S. Rybin A relatively simple explanation for the behavior of a gyroscope is presented. The exact vector equations for the motion of a symmetrical top with a fixed point are used. The simplification of the problem is primarily achieved by operating with the equations directly in vector form. A simple model for a symmetrical top is proposed, making it possible to avoid such complicated concepts as the ellipsoid of inertia, the main axis of inertia, etc..
A SPECIALIZED PHYSICS LECTURE AUDITORIUM V.N. Kunin and L.V. Grunskaya A specialized physics auditorium has been built in the Vladimir State University, in which lectures on physics are given using a wide range of modern lecture experiments. The auditorium is completely mechanized and outfitted with the modern physics equipment needed to conduct the lecture experiments, and is intended for up to 200 listeners.
VISUAL METHODS FOR THE PHYSICAL INTERPRETATION OF DISPERSION PHENOMENA OF ELECTROMAGNETIC WAVES V.P. Samarin A demonstration experiment to illustrate on an oscilloscope screen the relation between the phase and group velocities of electromagnetic waves and the distortion of the shape of a signal during its propagation in a disperse medium is described.
APPLICATION OF SPECTRAL RELATIONS IN A LABORATORY ON THERMAL EMISSION A.M. Pogorel'skii and V.V. Khristoforov A scheme for a laboratory setup intended for student experiments on thermal emission in a general physics course is proposed. The special feature of the scheme is the use of two narrow wavelength intervals for contactless measurement of the temperature of an emitting body. This brings to the students' attention the spectral energy distribution of thermal emission and the possibility of using it for such measurements.
AN ULTRAVIOLET PHOTORECEIVER IN A PHYSICS LABORATORY COURSE M. I. Fedorov An ultraviolet photoreceiver based on n-type gallium arsenide and p-type copper phtalocianin has been developed, studied, and patented, and is used in the second level of a physics laboratory course. The students study the behavior of the photoelectric dynamical force and the short-circuit current, and the digression of these parameters as functions of the intensity of the radiation from a DRT-240 lamp through a UFS-2 filter.
AN EDUCATIONAL PROGRAM FOR PREPARING PHYSICS STUDENTS IN MILITARY UNIVERSITIES DURING THE TRANSITION TO STATE EDUCATIONAL STANDARDS A.A. Chervova and V.P. Samarin Experience in creating a student working physics program is related. The program corresponds to the new governmental educational standards, and is optimally matched to the requirements of fundamental physics education with the specific orientation of military institutions of higher education.
A PROGRAM FOR AN ELECTIVE COURSE ON THE PHYSICAL BASIS OF MICROELECTRONICS G.K. Ippolitova and Yu.G. Rudoi A program for an elective course intended for 34 hours of lectures acquainting students (after they have had a general physics course) with some aspects of semi-conductor physics and quantum electronics is proposed. The course was given to third-year students at the Moscow Automobile and Roads Institute in 1994-1995.
INVESTIGATIONS OF ANISOTROPY IN THE ELECTRIC AND OPTICAL PROPERTIES OF A SINGLE-AXIS CRYSTAL N.Ya. Molotkov, A.V. Postul'gin The student laboratory exercise developed by the authors uses a structure made up of dielectric layers as a model for a single-axis crystal. The experiment is conducted in the cm-wavelength range. The theory of the proposed student experiment, as well as the techniques and methods used to realize it, are described in detail.
|