| Физическое образование в вузах том 4 N 1, 1998 г.Учредители: Московское Физическое Общество Российское научно-производственное объединение "Росучприбор"
Главный редактор Крохин Олег Николаевич- член-корреспондент Российской Академии наук, Московский государственный инженерно-физический институт (технический университет), Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия. Заместители Главного редактора Грибков Владимир Алексеевич - Московский государственный 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 государственный 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", МГИФИ, Москва, Россия. Сенашенко Василий Савельевич - Министерство общего и профессионального образования РФ, 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 - 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. Никулин Валерий Яковлевич- Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Московское физическое общество, Москва, Россия. Перегудова Елена Нинелевна - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Московское физическое общество, Москва, Россия.
Физическое образование в вузах Т. 4, N 1, 1998 Содержание 3 Введение В.А. Грибков 5 Физический учебно-научный центр ФИАН - МГУ - МИФИ - МФТИ "Фундаментальная оптика и спектроскопия"В.М. Самсонов 83 Изучение основных уравнений электродинамики в физическом практикуме вузов Ю.К. Кабасов 89 Физический практикум в красноярском госуниверситете в рамках кооперации ВУЗ - НИИ Л.В. Кашкина, Л.С. Тарасова, Е.А. Денисова 93 Цикл лабораторных работ по разделу "Физика атомного ядра и элементарных частиц" курса общей физики В.А. Лошкарев, В.Н. Левшенков, Н.А.
Тенякова, П.В. Никитин, В.М. Коннов, 100 Специализированный практикум по обработке изображений В.Б. Кашкин, Т.В. Рублева 105 Изучение инерционных характеристик твердого тела в практикуме по общей физике Е.И. Васильев, А.М. Салецкий, А.И. Слепков 113 Содержание и технология преподавания курсов физики в профессионально - педагогическом университете А.С. Борухович А. Касперчук, Т. Писарчик, Ю.П. Захаров 127 Необходимость фундаментальной подготовки по физике для современного инженера Т.С. Днепровская 132 Аннотации 135 Информация
V. 4, N 1, 1998
Contents V.A. Gribkov 5 Integration: Study-Scientific Centre "Optics and Spectroscopy" V. M. Samsonov 83 Study of the Fundamental Equations of Electrodynamics in University-Level Physics Laboratories Yu. K. Kabasov L. V. Kashkina, L. S. Tarasova, and E. A. Denisova V. A. Loshkarev, V. N. Levshenkov, N. A. Tenyakova, P. V. Nikitin, V. M. Konnov, O. B. Vorob'ev, A. G. Mikhailyuk, and N. A. Koryagina 100 A Specialized Laboratory On Image Processing V. B. Kashkin and T. V. Rubleva 105 Study of the Inertial Characteristics of a Rigid Body in a General Physics Laboratory E. I. Vasil'ev, A. M. Saletskii, and A. I. Slepkov 113 Content and Techniques for Teaching Physics Courses in Professional-Pedagogical Universities A. S. Borukhovich A. Kasperczuk, T. Pisarczyk, and Yu. P. Zakharov 127 The Necessity of Fundamental Preparation in Physics for the Modern Engineer T. S. Dneprovskaya 132 Abstracts 135 Information
В.А. Грибков Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН
Уважаемые читатели нашего журнала! Редакционной коллегии приятно сообщить, что в 1998 году число подписчиков на журнал резко увеличилось и достигло к настоящему моменту трехзначной цифры. Мы благодарны вам за это, воспринимаем данный факт как выражение интереса к публикуемым в журнале материалам и в дальнейшем будем стараться повышать качество нашего издания. В настоящем выпуске нами произведены некоторые изменения по сравнению с предыдущими томами. Во-первых, введена рубрикация публикуемых статей. По нашему мнению, это позволит читателям легче ориентироваться в материале номера, а потенциальным авторам - более адресно излагать материал своих статей. Во-вторых, появилась новая рубрика - "Интеграция". Это обстоятельство связано с хорошо, как мы надеемся, известной нашим читателям всероссийской программой, нацеленной на интеграцию науки и образования. Конечно, наш журнал не может остаться в стороне от этой инициативы Правительства, нацеленной на использование возможностей и кадров Российской Академии наук для подъёма уровня образования в российской высшей школе и, в то же время, на создание естественного пути пополнения состава РАН наиболее талантливой молодёжью. Уже в этом номере публикуется первый материал на данную тему, представленный в редколлегию администрацией Учебно-Научного Центра "Оптика и спектроскопия", созданного на базе ряда подразделений Физического института им. П.Н. Лебедева, Московского Государственного университета, Московского Физико-технического и Московского Инженерно-физического институтов. Поскольку в прошедшем году начали свою работу около 200 центров такого типа, представляется целесообразным наладить на страницах журнала обмен опытом в этом чрезвычайно важном для страны деле. Мы надеемся, что эта первая попытка вызовет интерес и найдет свою заитересованную аудиторию - как среди читателей, так и у потенциальных авторов. Хотелось бы обратить внимание читателей на заметку академика РАН В.Л. Келдыша "Российская наука на грядущем рынке", посвященную перестройке взаимоотношений в системе "Образование - наука - производство". Статья В.М. Самсонова (Тверской университет), посвященная проблеме непрерывности физического образования в системе "школа - университет", продолжает тему, затронутую В.Л. Келдышем. Опыт автора здесь весьма ценен и интересен, а сама проблема как нельзя более актуальна. В её расширенном варианте - "школа - ВУЗ - НИИ либо промышленное предприятие" - она давно привлекает к себе внимание общественности. Действительно, хорошо известно, что лучший ученик - не обязательно лучший студент, а последний не всегда становится лучшим ученым или производственником. С другой стороны, без надлежащего поддержания связей внутри вышеуказанной цепочки очень легко потерять настоящие таланты. Какие принципы должны быть положены в основу принципа непрерывности физического образования, какие здесь встречаются трудности - эти и другие проблемы, как мы надеемся, ещё не раз будут проанализированы на наших страницах. Рубрика "Современный лабораторный практикум по физике" представлена в данном номере шестью статьями. Авторы делятся своим опытом по организации ряда конкретных лабораторных работ, используемых в различных общих и специальных курсах (работы В.А. Лошкарёва, В.Н. Лешенкова, Н.А. Тенякова, П.В. Никитина, В.М. Коннова, О.Б. Воробьёва, А.Г. Михайлюк, Н.А. Корягина - Ставропольское высшее военное инженерное училище связи, Ю.К. Кабасова - Трёхгорный политехнический институт, Е.И. Васильева, А.М. Салецкой и А.И. Слепкова - Московский Государственный университет, В.Б. Кашкина и Т.В. Рублева - Красноярский Государственный университет), обсуждают важность для современного инженера фундаментальной подготовки по физике (Т.С. Днепровская - Военно-воздушная инженерная академия им. Н.Е. Жуковского) и, с другой стороны, ту пользу, которую приносит связь фундаментального образования студентов в университете со специальным, организуемым на базе НИИ (Л.В. Кашкина). А.С. Борухович (Уральский Государственный профессионально-педагогический университет) представил интересный материал по содержанию и технологии преподавания физики в педвузе. Особенно ценным представляются изложенные здесь вопросы мотивации изучения естественно-научных дисциплин у студентов педвуза - в будущем непрофессиональных научных работников в области физики. Давно не появлявшаяся на наших страницах рубрика "Текущая практика маломасштабного физического эксперимента" представлена здесь совместной работой польских авторов А. Касперчука и Т. Писарчика из Института Физики плазмы и лазерного микросинтеза (Варшава) и российского автора Ю.П. Захарова из Института лазерной физики РАН (Новосибирск). Статья интересна тем, что в ней описывается такая методика сверхскоростного дистанционного измерения импульсных магнитных полей (в данном случае - в плазме), которая может быть легко налажена в любой вузовской лаборатории для использования как в спецпрактикуме, так и в УИРе. Данная статья несет и важную дидактическую нагрузку - она показывает, какими простыми подчас средствами можно привлекать студентов к участию в современном физическом эксперименте.
АННОТАЦИИ
Интеграция Высшей школы и Российской Академии наук: Физический учебно-научный центр ФИАН-МГУ-МИФИ-МФТИ "Фундаментальная оптика и спектроскопия" Описан опыт создания и работы Физического УНЦ "Фундаментальная оптика и спектроскопия" на базе Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.
Непрерывное физическое образование в системе "Общеобразовательная школа - Университет": гносеологические корни и перспективы В.М. Самсонов г. Тверь, Тверской госуниверситет Автором описываются российские традиции непрерывного образования и их возрождение в современных условиях, приводится теоретическое обоснование интегративного курса "введение в историю физики и методологию современного естествознания". Также приведен и обобщен опыт приобщения учащихся старших классов к научно-исследовательской деятельности и дан проект учебного плана и базового курса по истории физики и методологии естествознания.
Изучение основных уравнений электродинамики в физическом практикуме вузов
Лабораторная работа посвящена изучению генерации магнитного поля переменным электрическим полем конденсатора. Магнитное поле регистрируется с помощью измерительной катушки методом, основанным на явлении электромагнитной индукции. Изучение этих двух фундаментальных явлений, неразрывно связанных друг с другом, в данной лабораторной работе ведется на основе соответствующих уравнений Максвелла. Установка апробирована и может быть использована в лабораторном практикуме вузов.
Физический практикум в красноярском госуниверситете в рамках кооперации ВУЗ-НИИ Л.В. Кашкина *, Л.С. Тарасова **, Е.А. Денисова *** * Красноярский Государственный университет ** Научно-исследовательский физико-технический институт при Красноярском Госуниверситете *** Сибирская аэрокосмическая академия Статья посвящена анализу специального физического практикума для студентов 4 курса Межвузовского инженерно-физического отделения, созданного на базе Красноярского государственного университета, Сибирской аэрокосмической академии и НИИ г. Красноярска. В статье обобщен четырехлетний опыт работы практикума. Показано, что в современных условиях кооперация ВУЗ-НИИ является эффективным инструментом для активизации учебного процесса.
Цикл лабораторных работ по
разделу
Ставропольское высшее военное инженерное училище связи ( СВВИУС ) Описан комплекс, обеспечивающий выполнение лабораторных работ научно-исследовательского плана по основам физики атомного ядра и элементарных частиц, а также прикладным задачам экспериментальной ядерной физики: спектрометрии, радиометрии, дозиметрии, ядерно-физического анализа состава веществ и материалов и других задач связанных с измерением ионизирующих излучений.
Специализированный практикум по обработке изображений В.Б. Кашкин, Т.В. Рублева Красноярский государственный университет 660062, Красноярск, пр. Свободный, 79, E-mail: root@kashin.krasnoyarsk.su. Специализированный практикум организован для студентов Красноярского государственного университета и Сибирской Аэрокосмической академии на базе лаборатории обработки изображений Научно - Исследовательского Физико-технического Института Красноярского государственного университета. Используется цифровой комплекс по обработке изображений IBAS-2000 (Германия). Основной целью практикума является изучение методов цифровой обработки изображений, например: аэрофотоснимков лесных территорий, участков звездного неба, рентгенограмм и электронограмм, электронно-микроскопические снимки различных поверхностей. Изучаются различные алгоритмы фильтрации, улучшения, распознавания изображений, оценки параметров объектов на изображении.
Изучение инерционных
характеристик твердого Е.И. Васильев, А.М. Салецкий, А.И. Слепков Физический факультет
Московского государственного Представлено описание новой лабораторной работы общего физического практикума, посвященной изучению инерционных характеристик твердого тела. В процессе эксперимента определяются компоненты тензора инерции в произвольно выбранной системе координат, жестко связанной с телом. Идея эксперимента основана на связи компонент тензора инерции с моментами инерции тела при вращении относительно фиксированных осей.
Содержание и технология преподавания курсов физики в профессионально-педагогическом университете
Уральский государственный
профессионально-педагогический университет В статье излагаются некоторые инновации в технологии преподавания курсов общей физики и отдельных специальных ее разделов на инженерных и гуманитарных факультетах профессионально-педагогического университета, направленные на заинтересованность студентов к изучению естественнонаучных дисциплин.
Исследование формирования диамагнитной полости в лазерной плазме, помещенной в сильное поперечное магнитное поле А. Касперчук, Т. Писарчик, Ю.П. Захаров* Институт физики плазмы и лазерного микросинтеза, Варшава, ПольшаИнститут лазерной физики РАН, г. Новосибирск, Россия В работе представлены результаты исследования процессов возникновения диамагнитной полости в лазерной плазме, находящейся в сильном поперечном магнитном поле величиной 10 T. Исследования проводились с помощью 3-х кадровой лазерной интерферометрии и безконтактными магнитными зондами, так называемыми "удаленными" магнитными зондами (УМЗ). Для целей данной работы нами была разработана методология измерения с помощью УМЗ размеров диамагнитной полости в течение ее расширения с учетом разлета плазмы от плоской мишени. Получено хорошее согласие в определении размеров диамагнитной полости с помощью обоих методов. Необходимость фундаментальной подготовки по физике для современного инженера
Военная академия им. Н.Е. Жуковского В работе обосновывается необходимость фундаментальной подготовки по физике для современных инженеров, связанных с конструированием и эксплуатацией электронной аппаратуры.
Abstracts Integration: Study-Scientific Centre "Optics and Spectroscopy" This material, presented by the administration of the Centre, contains a description of this organisation, which started its operation in the past year. The paper presents the main goals of the centre; its structure, made up of various divisions of the Lebedev Physical Institute, Moscow State University, the Moscow Physical-Technical Institute, and the Moscow Physical-Engineering Institute; a description of the facilities and methodical opportunities available, and steps that have been done in the framework of the Centre during 1997.
Continuous Physics Education in a "General School-University" System: Epistemological Roots and Perspectives V. M. Samsonov Tver' State University, Tver' Russian traditions in continuous education and their revival under modern conditions are described. A theoretical basis for an integrated course concerning an introduction to the history of physics and the methodology of modern science is presented. Experience in accustoming senior students with scientific research activities is also described. An outline of a study plan and basic course on the history of physics and scientific methodology is presented. Study of the Fundamental Equations of Electrodynamics in University-Level Physics Laboratories Yu. K. Kabasov Trekhgornii Polytechnical Institute of the Moscow State Engineering -Physical Institute, Physics Department, ul. Mira 17, Trekhgornii, 456080 Chelyabinsk oblast' A laboratory exercise dedicated to the study of the generation of a magnetic field by the variable electric field of a capacitor is described. The magnetic field is registered using a measurement-coil method based on the phenomenon of electromagnetic induction. In the laboratory exercise, the study of these two closely related fundamental phenomena is carried out on the basis of the corresponding Maxwell equations. The installation described has been approved, and can be used in university-level physics laboratories. Physics Laboratory Work at Krasnoyarsk State University in the Framework of University-Research Institute Cooperation L. V. Kashkina *, L. S. Tarasova**, and E. A. Denisova**** Krasnoyarsk State University ** Science Research Institute at Krasnoyarsk State University *** Siberian Aerospace Academy The article is dedicated to an analysis of special physics laboratory work designed for 4th-year students of an inter-university engineering-physics program between Krasnoyarsk State University, the Siberian Aerospace Academy, and the Science Research Institute in Krasnoyarsk. Four years of experience with the laboratory program is described. It is shown that, under modern conditions, university-research institute cooperation is an effective instrument for activating the study process. A Cycle of Laboratory Work on the Theme "Nuclear and Elementary Particle Physics" for a General Physics Course V. A. Loshkarev, V. N. Levshenkov, N. A. Tenyakova, P. V. Nikitin, V. M. Konnov, O. B. Vorob'ev, A. G. Mikhailyuk, and N. A. Koryagina Stavropolskii Military Engineering Communication College A complex of scientific-research laboratory work concerning the basis of nuclear and elementary particle physics, together with applied problems in elementary nuclear physics, is described. The complex includes tasks in spectroscopy, radiometry, dosimetry, nuclear-physical analysis of the composition of materials, and other tasks associated with the measurement of ionizing radiation. A Specialized Laboratory On Image Processing V. B. Kashkin and T. V. Rubleva Krasnoyarsk State University, pr. Svobodnii 79, 660062 Krasnoyarsk Specialized laboratory work for students of the Krasnoyarsk State University and the Siberian Aerospace Academy based on processing images from the Science-Research Physical-Technical Institute of Krasnoyarsk State University is described. An IBAS-2000 (Germany) digital image-processing complex is used. The main goal of the laboratory work is study of digital methods for the processing of images, such as aerial photographs of wooded territory, areas of the night sky, X-ray and electron-scanning images, and electron microscopy images of various surfaces. Various algorithms for filtering, improvement, and recognition of images and for estimating the parameters of objects in images are studied. Study of the Inertial Characteristics of a Rigid Body in a General Physics Laboratory E. I. Vasil'ev, A. M. Saletskii, and A. I. Slepkov Physics Department, Moscow State University New general physics laboratory work dedicated to the study of the inertial characteristics of a rigid body is described. During the experiment, the components of the inertia tensor are determined in an arbitrarily chosen coordinate system that is fixed to the body. The experiment is based on the relation between the components of the inertia tensor and the moments of inertia of the body during rotation about a fixed axis. Content and Techniques for Teaching Physics Courses in Professional-Pedagogical Universities A. S. Borukhovich Ural State Professional-Pedagogical University, Ekaterinburg Certain innovations in techniques for teaching general physics courses and some specialized courses in engineering and humanities departments of professional-pedagogical universities are presented. These are oriented toward engaging the interest of students in studying natural science disciplines. Investigation of diamagnetic-cavity creation by laser-produced plasma in strong transverse magnetic field A. Kasperczuk1, T. Pisarczyk1, and Yu. P. Zakharov2 1 Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion, 23 Hery St., 00-908 Warsaw 49, Poland. 2 Institute of Laser Physics, RAS, Pr. Lavrentyeva 13/3, Novosibirsk, 630090, Russia The paper presents results of investigations of the process of creation of a diamagnetic cavity by a laser-produced plasma in a strong transverse magnetic field of 10T in induction. The plasma was produced from a flat teflon target by an Nd laser of 5J in energy and about 1ns in pulse duration. The investigations were carried on by means of a three-frame interferometry and a non-contact magnetic probe, so called "remote" magnetic probe (RMP). For the needs of this work, we developed a methodology for the measurement of dimensions of the cavity during its expansion by means of the RMP, taking into account the plasma expansion geometry specific to flat targets. The dynamics of the process of creation of the diamagnetic cavity, its shape and dimensions have been determined. A very good consistency of dimensions of the diamagnetic cavity in steady state obtained with both diagnostics has been proved. The Necessity of Fundamental Preparation in Physics for the Modern Engineer T. S. Dneprovskaya N.E. Zhukovskii Military Air Force Academy, Moscow, Russia The article argues for the necessity of fundamental preparation in physics for modern engineers working with the construction and use of electronic apparatuses. |