|
ISSN 1609 - 3143
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. Гладун Анатолий Деомидович - Московский физико-технический институт
(государственный университет), Долгопрудный Московской области, Россия. Кудрявцев Николай Николаевич - Московский физико-технический
институт (государственный университет), Долгопрудный Московской области,
Россия. Ответственный секретарь Калачев Николай Валентинович - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Московское физическое общество, Москва, Россия. Техническая редакция Перегудова Елена Нинелевна - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия. Издательский дом МФО, 2002 г.
Физическое образование в вузах Содержание 3 Введение 7 Автоколебания в курсе общей физики 14
Обратимость во времени физических законов и диполь Герца в общем
курсе физики 20 Опыт проведения конкурса лабораторных работ "Физлаб 2002"
на кафедре экспериментальной физики СПбГПУ 24 Скин-эффект в цилиндрическом проводнике 27
Изучение распределения частиц в гравитационном поле Земли 33
Отражение представлений современной физики в лабораторном практикуме 42 Учебно-лабораторные разработки в условиях минимума лабораторного
оборудования 50
Курсовая работа по физике на основе учебного лабораторного модуля 55 Измерение ускорения свободного падения баллистическим методом в
рамках демонстрационного эксперимента 67
Установление распределения тока в полосковом проводнике 70 Реализация классического эксперимента "Опыт Галилея"
с помощью техники "фотофиниша" 75 Компьютерный практикум по электромагнетизму 85 Комплекс компьютерных лабораторных работ по физике 93
Автоматизация физического эксперимента в лабораторном практикуме
вуза 97
Использование устройств видеозахвата в лекционном эксперименте
по физике 103 Совершенствование оборудования школьного кабинета для проведения современного физического практикума А.В. Ельцов, С.В. Мурзин, В.А. Степанов, В.В. Трегулов 108 Аннотации Physics in Higher Education 7 Self-oscillations in the Course of General Physics 14 The Time Inverse Properties of the Physics Lows and Hertz's Dipole
in General Physics 20
Experience of Realization of Competition of Laboratory Works "Fizllab
2002" on Faculty of SPSPU Experimental Physics Department 24 Skin-Effect in the Cylinder Conductor 27
Studying the Particles Distribution in the Gravitation Field of
Earth 33 The Reflection of the Presentations Modern Physicists in Laboratory
Practical Work 42 Education Laboratory Development in Conditions of Minimum of the
Labware 50 Course Operation on Physics on the Basis of the Educational Laboratory
Module 55 The Measurement of Gravity Acceleration by Ballistic Method during
the Demonstration Experiment 67
The Installation of Current Distribution in Strip Conductor 70 The Demonstration of the Classic "Galilei Experiment"
Using Photofinish Technique 75
A Pactical Work on Electromagnetism with Personal Computer 85 Complex of the Computer Laboratory Works on Physics
93 Automation of Physical Experiment in Laboratory Practical Work
of High School 97
The Usage of Videocapture Devices in Physics Demonstrations 103
The Working Student Place for Modern Physical Laboratory 108 Abstracts Уважаемые читатели! Меморандум В конференции приняли участие более 160 научных работников и педагогов
из вузов и школ России, Белоруссии и Украины. Труды конференции содержат
тезисы 230 докладов. На пленарном заседании с приветствием выступили: ректор СПбИТМО Ответственный редактор номера Концептуальные и методические вопросы преподавания общего курса физики в вузе, техникуме, колледже Автоколебания в курсе общей физики В.А. Алешкевич, В.М. Ахметьев Рассматривается принцип работы автоколебательных систем на примере маятника на вращающемся валу (маятника Фруда). С этой целью на основе баланса энергий дается упрощенный подход, позволяющий оценить амплитуду колебаний маятника. Численное моделирование процесса колебаний визуализируется в реальном времени при помощи современных методов трехмерной графики. Обратимость во времени физических законов и диполь Герца в общем курсе физики Б.А. Векленко Формула излучения диполя выводится путем рассмотрения процесса поглощения света при обратном течении времени. Таким образом, уравнения механики Ньютона и обратимость во времени физических законов позволяют сформулировать основные закономерности излучения диполя без обращения к уравнениям Максвелла. Опыт проведения конкурса лабораторных работ "Физлаб 2002" на кафедре экспериментальной физики СПбГПУ А.В. Приходько, О.И. Коньков Сообщается об опыте проведения конкурса лабораторных работ на кафедре экспериментальной физики СПбГПУ. За основу конкурса положена структура проведения научных конференций. Анализируются этапы подготовки конкурса и делается вывод о перспективности конкурса для выявления талантливых студентов физических специальностей. Современный лабораторный практикум по физике В.И. Козлов Скин-эффект в цилиндрическом проводнике (проводе) можно обнаружить по изменению его активного сопротивления с изменением частоты текущего по нему переменного тока. Однако, это изменение теряется на фоне других факторов, приводящих к увеличению потерь энергии в измерительной схеме. Создана лабораторная работа, в которой активное сопротивление провода находится с помощью специального приема, состоящего в использовании катушки, намотанной в два провода. Изучение распределения частиц в гравитационном поле Земли М.Б. Шапочкин Излагается оригинальный метод исследования поведения частиц жидкости, полученных методом ультразвуковой кавитации в гравитационном поле Земли. Работа рекомендуется в качестве методической поддержки раздела "Статистическая физика" общего курса физики вузов. Отражение представлений современной физики в лабораторном практикуме Е.М. Агапова, И.Н. Арсентьев, Н.Н. Безрядин, А.Ф. Брехов, А.Ю. Василенко,
В.Д. Линник, Т.В. Прокопова, С.А. Титов, Г.М. Щевелева Приведено описание трех новых лабораторных работ по курсу общей физик, в которых нашли отражение процессы спонтанного и вынужденного излучения в твердотельных гетеролазерах, квантовые явления в светодиодах и эффекты памяти формы в монокристаллах сплава медь - алюминий - никель. Представлен опыт работы кафедры физики ВГТА по организации лабораторного практикума Учебно-лабораторные разработки в условиях минимума лабораторного оборудования (I) В.В. Матюхин Представлена учебная лабораторная работа по курсу молекулярной физики, позволяющая на простейшем оборудовании экспериментально определять не только удельную теплоту испарения жидкости, но также коэффициент теплоотдачи, энергию излучения и теплоёмкость системы. Это становится возможным в результате более глубокой математической обработки экспериментальных данных. Курсовая работа по физике на основе учебного лабораторного модуля А.Н. Качевский Предлагается курсовая работа по физике, где основой для получения исходных данных для расчетов служат экспериментальные результаты, найденные студентами в ходе выполнения лабораторного практикума. Демонстрационный лекционный эксперимент М.В. Семенов, А.А. Якута В работе описывается автоматизированная установка, реализующая один из вариантов баллистического метода измерения ускорения свободного падения в вакууме при наблюдении падения тел в воздухе. Излагаются теоретические основы метода обработки экспериментальных данных, позволяющего во время лекции быстро и точно измерять g. Приводятся экспериментальные результаты. Установление распределения тока в полосковом проводнике О.С. Колотов, В.А. Погожев Дано описание лекционной демонстрации, знакомящей студентов с установлением распределения тока в полосковом проводнике после создания в нем ступенчатого перепада тока. Реализация классического эксперимента "Опыт Галилея" с помощью техники "фотофиниша" С.Б. Рыжиков, Ю.В. Старокуров Описана постановка несложного лекционного эксперимента, демонстрирующего наличие силы сопротивления воздуха при падении тел. В работе приведены экспериментальные данные, теоретические расчеты и показано их хорошее совпадение. Эксперимент показывается за несколько минут, он прост в подготовке и исполнении, и не требует специального оборудования. Информационные технологии в физике Н.Г. Анищенко, Н.А. Блинов, И.М. Граменицкий, В.Л. Громок, Д.В. Журавель,
Ю.А. Крюков, О.В. Крюкова, С.Г. Стеценко, С.А. Федоров, И.И. Шевчук Представлены две компьютерные лабораторные работы по электродинамике (цепи постоянного и переменного тока), программной поддержкой для которых служит универсальная система схемотехнического моделирования "Electronics Workbench 5.12" (EW). К практикуму прилагается методическое описание системы EW, которое адаптировано к использованию в учебных программах по физике и электротехнике для вузов. Разработано и в течение двух лет успешно используется при допуске или защите данных работ компьютерное тестирование. Размещение программ для тестирования и компьютерного практикума на сервере университета "Дубна" позволяет организовать обучение по части раздела "Электромагнетизм" в режиме дистанционного образования. Комплекс компьютерных лабораторных работ по физике В.Г. Зубков, А.В. Мерзляков, М.В. Мостовщиков В статье представлен ряд компьютерных лабораторных работ по физике. Они охватывают три раздела: механика, строение вещества и оптика. Каждая лабораторная работа состоит из нескольких этапов, включая допуск к выполнению лабораторной работы (тест), создание на компьютере модели реальной лабораторной установки, выполнение эксперименталых исследований, защита. Применяемое в работах компьютерное моделирование реального физического процесса - это так называемый вычислительный эксперимент, основанный на математической модели исследуемого физического явления. Автоматизация физического эксперимента в лабораторном практикуме вуза А.В. Дерягин, Р.А. Насыбуллин Рассматривается организация лабораторных работ по курсу автоматики и вычислительной техники с непосредственным использованием персонального компьютера для измерения, гибкого многоуровневого проведения работ и контроля знаний учащихся. Обсуждается также возможность аналогичного использования ЭВМ в других лабораториях курса общей физики. Использование устройств видеозахвата в лекционном эксперименте по физике А.В. Селиверстов, М.С. Дунин Обсуждаются возможные варианты использования видеокамер и устройств видеозахвата в лекционном эксперименте. Описан демонстрационный комплекс, включающий в себя компьютер, устройство видеозахвата и видеокамеру. Предложен ряд количественных лекционных демонстраций, реализуемых с помощью созданного программного обеспечения. Вопросы преподавания общего курса физики в педвузах и специальных средних учебных заведениях Совершенствование оборудования школьного кабинета для проведения современного физического практикума А.В. Ельцов, С.В. Мурзин, В.А. Степанов, В.В. Трегулов Описан экспериментальный образец индивидуального рабочего стола учащегося для кабинета физики. Дизайн и конструкция стола предусматривает ряд специальных возможностей, позволяющих использовать его для успешного осуществления школьного вариативного эксперимента совместно с персональным компьютером. Abstracts Self-oscillations in the Course of General Physics V.A. Aleshkevich, V.M. Akhmetiev In the article consider the example of self-oscillations - the pendulum on the rolling cylinder. From the balance of energy is given simplified evaluation of fluctuation amplitude. Computer modeling of process is displayed in real-time with help of the modern methods of 3D graphics.
Considering of the light absorption in inverse time derives the dipole radiation formula. Thus, the principle equations of Newton's mechanics and time inverse properties of the physical lows let us possible to formulate the principle properties of the dipole radiation without considering Maxwell's equations.
It is informed experience of realization of competition of laboratory works on experimental physics department. For a basis of competition the structure of realization of scientific conferences is put. Stages of preparation of competition are analyzed and are judged perspectives of competition for revealing talented students of physical specialties.
It is possible to investigate a skin effect in the cylinder conductor
(wire) by the modification of its active resistance with the changing
of the frequency of the flowing alternating current.
The original method is described for studying the particles of liquid given by ultrasonic cavitations in the gravitation field of Earth. This lab is recommended as methodic support of division "Statistics Physics" of the General physics course. The Reflection of the Presentations Modern Physicists in Laboratory Practical
Work
The educational laboratory work on molecular physics is submitted, allowing to determine experimentally on the elementary equipment not only specific heat of evaporation of liquid, but also heat transfer, heat radiation and heat capacity of the system. It becomes possible as a result of deep enough mathematical processing of experimental data.
The course operation on physics is offered, where a basis for obtaining input data for calculations are the experimental results retrieved by the students during execution of a laboratory practical work. The Measurement of Gravity Acceleration by Ballistic Method during the
Demonstration Experiment The automated demonstration device for determination of gravity acceleration by ballistic method is described. The apparatus allows measuring of free fall acceleration in vacuum, observing the falling of bodies in the air. There are theoretical foundations of experimental data processing method listed. Experimental results are also presented in the article.
The Installation of Current Distribution in Strip Conductor The description of a lecture demonstration acquainting students with the process of installation the current distribution in a strip conductor after the arrival of a step-liked jump of the total current is given.
The following describes the simple lecture experiment demonstrating the existence of air resistance force for falling objects. The experimental results and theoretical calculations show a good agreement. The experiment takes but a few minutes, is simple to prepare and doesn't require any special equipment.
Two laboratory works on electrodynamics (circuit of constant and alternating current) with use of the personal computer are submitted. The program support is carried out with the help of universal system of modeling "Electronics Workbench 5.12" (EW). To works the methodical description of system EW is applied which is adapted to use in the educational programs. Is developed and within two years the computer testing is successfully applied at the admission and protection by the students of laboratory works. The programs for testing and practical work are placed on server of university "Dubna", that allows to organize remote training.
The paper presents a set of computer laboratory works on physics. They are covered three sections: mechanics, substance's structure and optics. Every laboratory work consists of several stages including admitting to the work (the test), making the computer model of read laboratory plant, carrying out experimental research, defending of the work. Used computer modeling of the real physics processes is so called computing experiment based on mathematical model of the research physical effect.
The organization of laboratory works at the course of automatics and computer facilities with direct use of the personal computer for measurement, flexible multilevel realization of works and control of knowledge of the pupils is examined. The opportunity of similar use of the COMPUTER in other laboratories of a course of general physics is discussed also.
Possible ways of video cameras and video capture devices usage is discussed. Setup for physics demonstrations including PC with video capture and video camera is described. A number of quantitative demonstrations based on created software are proposed.
The experimental sample of the individual student work place has been described. The table construction has a special possibility for many physical experiments with a computer. |