|
Физическое образование в вузах Издательский Дом Московского Физического общества
Редколлегия журнала "Физическое образование в вузах"
Главный редактор Крохин Олег Николаевич - академик Российской Академии наук, Московский государственный инженерно-физический институт (технический университет), Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия.
Заместители Главного редактора Гладун Анатолий Деомидович - Московский физико-технический институт (технический университет), Долгопрудный Московской области, Россия. Николаев Владимир
Иванович - Московский государственный университет Суханов Александр
Дмитриевич - Московский государственный университет 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 (технический университет), Москва, Россия. Врублевски Анжей - Варшавский университет, Варшава, Польша. Грибков Владимир Алексеевич - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Московское физическое общество, Московский государственный инженерно-физический институт (технический университет), Москва, Россия. Кудрявцев Николай Николаевич - Московский физико-технический институт (технический университет), Долгопрудный Московской области, 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 - Российский университет дружбы народов, Москва, Россия. Светозаров Владимир Владимирович - НТЦ "ВЛАДИС", Московский государственный инженерно-физический институт (технический университет), Москва, Россия. Сенашенко Василий Савельевич - Министерство образования РФ, Москва, Россия. Спирин Геннадий Георгиевич - Московский авиационный институт (технический университет), Москва, Россия. Трухин Владимир
Ильич - Московский
государственный университет 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 Никулин Валерий Яковлевич - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия. Перегудова Елена Нинелевна - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия. г Издательский дом МФО, 2000 г.
Физическое образование в вузах Т. 6, N3, 2000 Содержание 3 Введение А.Д. Гладун 5 Геометрия Лобачевского и кинематика Эйнштейна А.Д. Гладун В.С. Булыгин 30 Фундаментальные теории вещества и взаимодействия. Введение в дисциплину В.В. Чернышев 39 Радиочастотный ЭПР-спектрометр для студенческого практикума Ф.Ф. Игошин, Ю.М. Ципенюк А.Н. Качевский 49 Нетрадиционные эффекты электростатического взаимодействия заряженных проводящих шаров В.А. Саранин 58 Типовые расчеты в курсе общей физики В.А. Логинов, Н.К. Седых, Ю.В. Спичкин, А.С. Соловьев, С.В. Железный 63 Гравитационное взаимодействие шарообразных тел, находящихся в бесконечной среде Г.М. Трунов 66 Компьютерные базы данных в учебном процессе Б.С. Ишханов, А.С. Лисютин, С.И. Павлов 70 Компьютерная модель как физическая демонстрация А.М. Толстик 79 Компьютерное сопровождение лекции и школьного урока физики: электромагнитная индукция Ф.А. Сидоренко, Р.П. Кренцис, Г.Б. Глазунов 87 Методика преподавания физики с использованием компьютерных технологий В.Ф. Ефименко, Н.А. Смаль, С.М. Кущенко 98 Соответствие предметных олимпиад школьников принципу гуманизации. Итоги и перспективы Б.С. Кирьяков, А.Н. Шарапков, Н.И.
Ермаков, Д.В. Колосов, С.Г. Моисеев, 105 Нетрадиционные подходы к довузовской подготовке по физике Г.М. Щевелева, Н.Н. Безрядин, А.Ф. Брехов Н.А. Мартемьянова, Г.К. Старостенко, В.В. Чернышев 118 Информация 124 Аннотации
Т. 6, N 3, 2000 The contents 3 Introduction A.D. Gladun 5 Lobachevsky Geometry and Einstein Kinematics A.D. Gladun V.S. Bulygin 30 Fundamental Matter and Interaction Theory. Introduction to Discipline V.V. Chernyshev 39 Radiofrequency Electron Paramagnetic Resonance Spectrometer for Laboratory Training F.F.Igoshin, Yu.M.Tsipenyuk A.N. Kachevsky 49 Non-traditional Effects of Electrostatic Interaction of Charged Conducting Balls V.A. Saranin, V.G. Korolenko 58 Standard Calculations in General Physics Course V.A. Loginov, N.K. Sedyh, Yu.V. Spichkin, A.S. Soloviev, S.V. Zhelezny 63 Gravitational Interaction of Spherical Bodies which are Taking Place in Infinite Environment G.N. Trunov 66 Computer Databases Used for Teaching Purposes B.S. Ishkhanov, A.S. Lisutin, S.I. Pavlov 70 The Сomputer Model as Physical Demonstration A.M. Tolstik 79 Computer Support of Lecture and School Lesson of Physics: an Electromagnetic Induction F.A. Sidorenko, R.P. Krenzis, G.B. Glazunov 87 Methods of Physics Teaching with Use of Computer Technologies V.F. Efimenko, N.A. Smal', S.M. Kuschenko B.S. Kiryakov, N.I. Yermakov, D.V. Kolosov, S.G. Moiseyev, D.V. Morin,
105 The Untraditional Approaches to physics training at preparation faculty G.M. Schevelyova, N.N. Bezryadin, A.F. Brekhov 111 The Principles of Natural Processes Theory. Methodic Recommendation to Practical Study N.A. Martemyanova, G.K. Starostenko, V.V. Chernyshev 118 Information 124 Abstracts
Уважаемый читатель! Очередной номер нашего журнала посвящен целому ряду интересных и важных вопросов физического образования. Журнал открывает статья А.Д. Гладуна. На конкретных примерах в ней показан изоморфизм четырехмерной группы Лоренца и группы движений в трехмерной геометрии Лобачевского. Это означает, что, применяя аппарат релятивистской механики, мы имеем дело, по существу, с геометрией Лобачевского. Понимание этого обстоятельства не только приносит ощущение гармонии и простоты окружающего нас мира, но и дает возможность практического применения неевклидовой геометрии к расчету процессов рассеяния элементарных частиц. В статье В.С. Булыгина на простом примере зарядки конденсатора иллюстрируется принцип минимума производства энтропии И.Р. Пригожина. В статье В.В. Чернышева предлагается вариант вводной лекции к курсу физики в техническом вузе. Оригинальная конструкция ЭПР-спектрометра, работающего
в диапазоне В статье А.Н. Качевского описывается лабораторная работа, в которой исследуются упругие и неупругие свойства материала на основе изучения затухающих кружильных колебаний. Статья В.А. Саранина посвящена строгому решению задачи об электростатическом взаимодействии заряженных проводящих шаров. В статье В.А. Логинова и др. рассматриваются вопросы внедрения в учебный процесс типовых расчетов. Анализу гравитационного взаимодействия шарообразных тел, находящихся в бесконечной среде, посвящена статья Г.М. Трунова. В статье Б.С. Ишханова, А.С. Лисютина, С.И. Павлова показано, что в настоящее время открываются принципиально новые возможности использования экспериментальной информации для обучения студентов. Это связано с тем, что в последнее время в Интернете созданы различные базы экспериментальных данных в области ядерной физики и физики элементарных частиц. Интернет позволяет проводить обработку экспериментальных данных, размещенных в различных базах данных, используя удаленные терминалы. В статье А.М. Толстика обсуждаются вопросы использования компьютерных моделей в качестве физических демонстраций. Описываются созданные автором компьютерные демонстрационные модели. Компьютерное сопровождение лекции и школьного урока физики обсуждается также в работе Ф.А. Сидоренко, Р.П. Кренциса, Г.Б. Глазунова. В статье В.Ф. Ефименко, Н.А. Смаля, С.М. Кущенко описывается педагогический эксперимент преподавания физики в колледже Дальневосточного государственного университета с использованием компьютерного моделирования. Статья Б.С. Кирьякова и др. посвящена анализу результатов педагогического эксперимента, состоящего в проведении олимпиады школьников в соответствии с принципом гуманизации. В статье Г.М. Щавелевой, Н.Н. Безрядина, А.Ф. Брехова обсуждаются нетрадиционные подходы к довузовской подготовке по физике. Статья Н.А. Мартемьяновой, Г.К. Старостенко, В.В. Чернышева содержит методические рекомендации к практическому занятию по теме <Геохимические циклы>. В конце номера приведена информация о третьей всероссийской научной конференции <Физические проблемы экологии (экологическая физика)>
Ответственный редактор А.Д. Гладун
Геометрия Лобачевского и кинематика Эйнштейна
А.Д. Гладун Московский физико-технический институт (государственный университет), Россия Кинематика Эйнштейна, подобно компьютеру или искровой камере, - это орудие труда, рабочий инструмент физики и техники высоких энергий. Показано, что применяя аппарат релятивистской механики, мы имеем дело по существу с геометрией Лобачевского. Это обстоятельство открывает широкие возможности практического использования неевклидовой геометрии в расчетах процессов рассеяния элементарных частиц.
В.С. Булыгин Московский государственный технологический университет "Станкин" На основе принципа минимальной интегральной диссипации рассмотрена задача о зарядке конденсатора.
Фундаментальные теории вещества и взаимодействия. Введение в дисциплину В.В. Чернышев Военный авиационный технический университет 125190 Москва, ул. Планетная, 3 Предлагается в качестве методических рекомендаций вариант вводной лекции по физике в техническом вузе. Рассматриваются цели и задачи изучения дисциплины, а также общие требования к выпускникам технических вузов, связанные с изучением физики. Структура дисциплины определяется с точки зрения ее минимальной достаточности. Предлагается примерная классификация методов исследования различных физических объектов и явлений, которая может оказаться полезной при формировании структуры дисциплины. Перечисляются основные модели объектов и явлений в механике.
Радиочастотный ЭПР-спектрометр для студенческого практикума
Ф.Ф. Игошин, Ю.М. Ципенюк Московский физико-технический институт 141700 г. Долгопрудный Московской обл., Институтский пер., д. 9
В работе описаны конструкция и принцип работы ЭПР-спектрометра, работающего в диапазоне 100-200 МГц. Прибор надежен в работе и позволяет определять g-фактор электрона, время и характер релаксации (ширину линии ЭПР и ее температурный ход).
А.Н. Качевский Новороссийская государственная морская академия, кафедра физики и химии 353918, Новороссийск, пр-т Ленина, 93 E - mail : kachevsky @ nsma.kubtelekom.ru Предлагается лабораторная работа для физического практикума, где изучаются параметры свободных затухающих колебаний (частота, коэффициент затухания, логарифмический декремент затухания, время релаксации, добротность и внутреннее трение) с последующим расчетом характеристик материала - демпфирующей способности и модуля сдвига.
Нетрадиционные эффекты электростатического взаимодействия заряженных проводящих шаров
В.А. Саранин Глазовский государственный педагогический институт им. В.Г. Короленко Рассмотрена задача об электростатическом взаимодействии двух заряженных проводящих шаров.
Типовые расчеты в курсе общей физики В.А. Логинов, Н.К. Седых, Ю.В. Спичкин, А.С. Соловьев, Воронежский институт МВД России Радиотехнический факультет Рассматриваются вопросы внедрения в учебный процесс изучения физики типовых расчетов. Основной целью их выполнения является развитие у студентов навыков самостоятельной работы, совершенствование практики решения задач или работы с физическими приборами, проверка и контроль знаний.
Гравитационное взаимодействие шарообразных тел, находящихся в бесконечной среде Г.М. Трунов Пермский государственный технический университет E-mail: plazma@pi.ccl.ru Проведен анализ уравнения для силы гравитационного взаимодействия двух шарообразных тел, находящихся в бесконечной среде с плотностью r0. В предельном случае, когда плотности тел много больше r0, уравнение переходит в закон гравитации Ньютона.
Компьютерные базы данных в учебном процессе
Б.С. Ишханов, А.С. Лисютин, С.И. Павлов МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет В последнее время в интернете созданы различные базы экспериментальных данных в области ядерной физики и физики элементарных частиц. Их доступность позволяет обучать студентов с использованием самых современных экспериментальных данных и дает возможность научить их методам научного исследования в условиях международного сотрудничества.
Компьютерная модель как физическая демонстрация
А.М. Толстик Томск, Томский государственный университет. E-mail: tolstik@ido.tsu.ru Обсуждается применение компьютерного эксперимента в физическом образовании, в частности использование его для демонстрации изучаемых явлений. Описываются созданные автором компьютерные демонстрационные модели.
Компьютерное сопровождение лекции и школьного урока физики: электромагнитная индукция
Ф.А. Сидоренко, Р.П. Кренцис, Г.Б. Глазунов Уральский государственный технический университет. Лицей N 130 Натурный демонстрационный эксперимент, как обязательный компонент современной лекции или урока физики, выполняет ряд необходимых дидактических функций. На этапе осмысления этого эксперимента и при дальнейшем развитии модели физического явления большую помощь лектору (учителю) непосредственно во время изложения нового материала оказывает компьютер с его богатыми графическими возможностями. За прошедшие годы после первой публикации по данному вопросу сложилась технология компьютерного сопровождения лекции (урока). Оборудование для такой технологии включает в себя современный персональный компьютер, аудиторный экран (в простейшем случае - один или несколько бытовых телевизоров с большим экраном) и устройство сопряжения ПК с экраном, входящее в конструкцию видеокарты. Программа анимированного графического сопровождения является основным элементом технологии. Идеи создания такого сопровождения обсуждаются в данной статье на примере компьютерных иллюстраций к теме "Электромагнитная индукция. Самоиндукция"
Методика преподавания физики с использованием компьютерных технологий
В.Ф. Ефименко, Н.А. Смаль, С.М. Кущенко 690600, г. Владивосток, ул. Октябрьская 25-Б., ИДО ДВГУ т/факс. 8 (4232) 258947; e-mail: smal@dvgu.ru В статье предлагается методика преподавания физики с применением современных компьютерных технологий в образовании. Анализируются причины снижения интереса учащихся при изучении предметов естественно - научного цикла. Предлагаются пути и способы повышения уровня знаний студентов и их заинтересованности с помощью компьютерных обучающих программ. Описывается педагогический эксперимент преподавания физики в колледже Дальневосточного государственного университета с использованием компьютерного моделирования.
Соответствие предметных олимпиад школьников принципу гуманизации. Итоги и перспективы
Б.С. Кирьяков, А.Н. Шарапков, Н.И. Ермаков, Д.В. Колосов, Рязанский государственный педагогический университет им. С.А. Есенина По итогам региональных олимпиад и данным психолого-педагогического тестирования учащихся констатируется, что Всероссийская олимпиада школьников функционирует в основном как программа, использующая экстенсивный путь отбора и поиска талантов и соответствующая режиму психологического дискомфорта испытуемых. Подводятся итоги апробации новой схемы проведения олимпиад, предполагающей двухуровневую комплектацию заданий, двумерную систему оценок и распределение участников по двум показателям приоритета.
Нетрадиционные подходы к довузовской подготовке по физике
Г.М. Щевелева, Н.Н. Безрядин, А.Ф. Брехов Воронежская государственная технологическая академия 394000, г. Воронеж, пр. Революции, 19 e-mail galina@vsma.vrn.ru Обсуждаются формы довузовской подготовки по физике в технический вуз для потенциальных абитуриентов, сдающих и несдающих физику на вступительных экзаменах. Обучение ведется на факультете довузовской подготовки ВГТА. Оно обеспечивает повышение уровня исходных знаний по физике, улучшение успеваемости студентов. Анализируются результаты анкетирования "Довузовская подготовка глазами студентов".
Основы теории природных процессов. Методические рекомендации к практическому занятию по теме "Геохимические циклы" Н.А. Мартемьянова, Г.К. Старостенко, В.В. Чернышев Военный авиационный технический университет Москва, ул. Планетная, д. 3. Знакомство с геохимическими циклами затрагивает ряд проблем, связанных с глобальными физическими и химическими процессами. При определенных условиях, изменение параметров этих процессов может привести к катастрофическим необратимым последствиям в биосфере. С этой точки зрения, рассматриваемое практическое занятие целесообразно включать в дисциплины естественнонаучного цикла.
ABSTRACTS Lobachevsky Geometry and Einstein Kinematics A.D. Gladun Moscow Institute of Physics and Technology (State University, Russia)
Einstein kinematics, like computer and spark track chamber, is a labour tool, a working instrument of the high energy physics and technology. It is shown that applying the apparatus of the relativistic mechanics we deal in essence with Lobachevsky geometry. This circumstance opens wide possibilities of a practical use of the non-Euclidean geometry in calculations of the scattering processes.
V.S. Bulygin Moscow State Technologic University "Stankin"
With the help of a principle of a minimum integrated dissipation deduced from a principle of a minimum of manufacture of an entropy, the time dependence of a charging current in a RC-chain is obtained.
Fundamental Matter and Interaction Theory. Introduction to Discipline V.V. Chernyshev Military Aviation Technical University, Planetnaya 3, Moscow Version of introductory lecture on physics for technical institute is proposed. It is discussed the aims and problems of this discipline and also the general requirements to technical institute students in context with physics study. Discipline structure has been determined of view its minimal sufficiency. Some classification scheme of the different physical objects and phenomena study is considered. Perhaps it may be useful under discipline structure forming. The main models of objects and phenomena in mechanics are described.
Radiofrequency Electron Paramagnetic Resonance Spectrometer for Laboratory Training F.F. Igoshin, Yu.M. Tsipenyuk Moscow Institute of Physics and Technology (State University) The work describes the design and operation principle of the EPR-spectrometer working in the range of 100-200 MHz. The device is reliable and makes it possible to determine the electron g-factor, the time and character of relaxation (the line width of EPR and its temperature dependence).
A.N. Kachevsky Novorossiysk State Maritime Academy 353918, 93 Lenina avenue, Novorossiysk E-mail: kachevsky@nsma.kubtelecom.ru The laboratory project is offered for physical practical work with studying parameters of free damped vibrations (frequency, damping factor, logarithmic decrement, time of relaxation, quality and internal friction) with following calculation of material characteristics is damping ability and shear modulus.
Non-traditional Effects of Electrostatic Interaction of Charged Conducting Balls V.A. Saranin, V.G. Korolenko State Pedagogical Institute, Glazov
Such non-traditional coupling effects of charged conducting balls, as their interattraction are considered in case of one sign of charges, asymptotical behavior of force, electrostatic energy on small distances between balls, amplification of an internal field of one sphere at the expense of reallocation of own charges and charges of other sphere. The invariant behavior of force of interaction of balls under condition of equality of the ratios of charges of balls and quadrates of their radii is placed. In this case it is a repulsive force for all distances between balls. At other, an arbitrary ratio of radiuses and charges at coming together of balls the force of their repulsion is replaced by attractive force. Also invariant behavior is watched and for field intensity on a surface of balls, but only under condition of equality of the ratios of charges and radiuses (that is under condition of an equality in capabilities of balls). In this case field intensity monotonically decreases up to null at coming together of balls. Using the experimental data of other writers, numerically are retrieved field intensity of breakdown of an air interval between balls. The outcomes of calculations are shown in one figure and allow concluding, that the least value of field intensity of breakdown at standard conditions is the value 26 kV/cm.
Standard Calculations in General Physics Course V.A. Loginov, N.K. Sedyh, Yu.V. Spichkin, A.S. Soloviev, S.V. Zhelezny Voronezh Institute of Internal Affair Ministry of Russia Standard calculations application in physics training course is described. The main aim of standard calculations carrying out is considered to be students' original work development problems solving or physics instruments operating improvement, skills checking and examination.
Gravitational Interaction of Spherical Bodies which are Taking Place in Infinite Environment G.N. Trunov Perm State Technical University E-mail: plazma@pi.ccl.ru
The analysis of the equation for force of gravitational interaction of two spherical bodies which are taking place in infinite environment with density r0 is carried out. In a limiting case, when the density of bodies are much greater r0, the equation passes in the Newton law of gravitation. Computer Databases Used for Teaching Purposes B.S. Ishkhanov, A.S. Lisutin, S.I. Pavlov Moscow State University, Physics Department Various Internet bases of experimental data have created recently in the field of nuclear physics and physics of elementary particles. These bases enable to train students using advanced experimental data to teach them to employ methods of scientific research, which are essential in the word of international cooperation.
The Сomputer Model as Physical Demonstration A.M. Tolstik Tomsk State University E-mail: tolstik@ido.tsu.ru In this article we discuss the employment of computer experiments in physical education, particularly the employment of this experiments for demonstration of physical phenomena. We describe our computer demonstration models.
Computer Support of Lecture and School Lesson of Physics: an Electromagnetic Induction F.A. Sidorenko, R.P. Krenzis, G.B. Glazunov The Ural State Technical University, Liceum ? 130
Life demonstration experiment is to be an obligatory component of the physics lecture and serves important didactical functions. Computer graphics may be quite useful directly for instructor during explanation at the stage of building an appropriate model of the phenomena under consideration. Now, after the first publication we have a technology of physics lecture accompaniment. The equipment for the technology includes PC and a screen in class. Animated graphics is a key component of the technology as usual. Some ideas of the software are discussed by the example of topic "Electromagnetic induction. Self-induction".
Methods of Physics Teaching with Use of Computer Technologies V.F. Efimenko, N.A. Smal', S.M. Kuschenko 690600, Vladivostok, Oktyabr'skaya 25-B, Far East State University e-mail: smal@dvgu.ru kucsh@math.dvgu.ru; http://www.dvgu.ru/iput/ The article presents methods of physics teaching in educational process with use of modern computer technologies. The reasons of the students' interest decrease in learning natural science subjects are analyzed. The ways of increasing students' knowledge level and their interest in the subject with the help of computer teaching programs are suggested in the article. The pedagogical experiment of teaching physics with the use of computer simulation in the FESU (Far Eastern State University) College is described.
B.S. Kiryakov, N.I. Yermakov, D.V. Kolosov, S.G. Moiseyev, D.V. Morin,
Ryazan' State Pedagogic University According to the results of regional subject competitions and psychologico-pedagogical tests of schoolchildren the article establishes a fact that the all-Russian Olympiad of schoolchildren functions in general as a program using an extensive way of choice and search of talented children which corresponds to the regime of psychological discomfort of the tested. A new scheme approbation of holding subject competitions, which proposes a 2-level set of tasks, a 2-dimension system of evaluation and participants distribution in a competition showing two indices of priorities is summed up in the article.
The Untraditional Approaches to physics training at preparation faculty G.M. Schevelyova, N.N. Bezryadin, A.F. Brekhov Voronezh State Technology Academy The form of preparation on physics in technical academy for potential students, handing over and not handing over physics on entrance examinations are discussed. The training is conducted at preparation faculty of VSTA. It provides increase of a level of initial knowledge on physics, improvement of progress of the students. The interrogatory results "Preparation to academy by eyes of the students" are analyzed.
The Principles of Natural Processes Theory. Methodic Recommendation to Practical Study N.A. Martemyanova, G.K. Starostenko, V.V. Chernyshev Military Aviation Technical University, Planetnaya 3, Moscow This recommendation introduces to geochemistry cycles problems in view of global physical and chemical processes. Under certain conditions the changes of some these processes parameters may provoke catastrophe irreversible consequences in the biosphere. In this point of view it make sense to include the present practical study in the discipline of natural sciences cycle. |