Использование педагогических программных средств при изучении раздела "Ядерная физика" в курсе физики общеобразовательных учреждений

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНКУРС НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ СТУДЕНТОВ

ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ ИМЕНИ М. Е. ЕВСЕВЬЕВА»

Тема: «Использование педагогических программных средств при изучении раздела «Ядерная физика» в курсе физики общеобразовательных учреждений»

Саранск 2013

Содержание

Введение

1. Информационные технологии в преподавании раздела «Ядерная физика»

1.1 Анализ существующих информационных технологий по разделу «Ядерная физика»

2. Разработка теории и методики изучения раздела «Ядерная физика» с использованием информационных технологий

2.1 Методика демонстрационного эксперимента по разделу «Ядерная физика»

2.2 Лабораторная работа «Наблюдение треков частиц в камере Вильсона»

2.3 Программа Macromedia Flash 8

Заключение

Список использованных источников

ядерная физика информационный преподавание



Введение

Ядерная физика играет важную роль в формировании научного мировоззрения школьников, современных представлений о строении вещества. Однако, при преподавании данного раздела возникают сложности представления и визуализации процессов и экспериментов. Поэтому настоящая исследовательская работа посвящена выявлению условий и средств, позволяющих эффективно использовать информационные технологии в преподавании раздела «Ядерная физика», так как содержание этого раздела является значимым для подготовки к единому государственному экзамену.

В основу нашего исследования положена гипотеза, согласно которой информационные технологии являются условием и средством, позволяющим эффективно организовать самостоятельную работу на уроке; способствуют совершенствованию практических умений и навыков учащихся; позволяют индивидуализировать процесс обучения и развивают творческий потенциал учащихся.

Объект исследования информационные технологии.

Предмет исследования педагогические программные средства и их использование в процессе обучения физике.

Цель исследования: разработка педагогического программного средства и использования его в преподавании раздела «Ядерная физика» на основе Macromedia Flash 8 Pro.

Задачи исследования:

1. Проанализировать основные понятия и законы раздела «Ядерная физика».

2. Изучить методику раздела «Ядерная физика» на основе информационных и телекоммуникационных технологий.

3. Изучить требования, предъявляемые к педагогическим программным средствам используемые в преподавании физики.

4. Разработать методику обучения раздела «Ядерная физика» с использованием информационных и телекоммуникационных технологий.

5. Разработать педагогическое программное средство, используемое в преподавании раздела «Ядерная физика» на основе Macromedia Flash 8 Pro.

Практическая значимость обеспечивается содержащимися в исследовательской работе теоретическими положениями и выводами, которые могут найти применение в деятельности общеобразовательных школ с целью изучения раздела «Ядерная физика» на основе информационных технологий.

В первой главе приведена значимость раздела «Ядерная физика» в содержании единого государственного экзамена. Сделан анализ педагогических программных средств, которые можно использовать при изучении данного раздела.

Во второй главе разработана методика проведения демонстрационного эксперимента по разделу «Ядерная физика» и разработана лабораторная работа «Наблюдение треков частиц в камере Вильсона». Представлено описание разработанного педагогического программного средства.

Исследовательская работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы.



1. Информационные технологии в преподавании раздела «Ядерная физика»

1.1 Анализ существующих информационных технологий по разделу «Ядерная физика»

Вопросы раздела «Ядерная физика» активно применяется в едином государственном экзамене. Из раздела «Ядерная физика» применяются следующие элементы, проверяемые на едином государственном экзамене по физике, приведенные в таблице 1.

Таблица 1

Перечень элементов содержания раздела «Ядерная физика», проверяемых на едином государственном экзамене по физике

Физика атома
Планетарная модель атома Постулаты Бора Линейчатые спектры Лазер
Физика атомного ядра
Радиоактивность. Альфа-распад. Бетта-распад. Гамма-излучение. Закон радиоактивного распада. Нуклонная модель ядра. Заряд ядра. Массовое число ядра. Энергия связи нуклонов в ядре. Ядерные силы. Ядерные реакции. Деление и синтез ядер.

К уровню подготовки выпускников по разделу «Ядерная физика» предъявляются следующие требования:

1. Знать/Понимать:

1.1. Смысл физических понятий:

Атом, атомное ядро, ионизирующие излучения, дефект массы, энергия связи, радиоактивность;

1.2. Смысл физических законов, принципов, постулатов:

Постулаты Бора, закон радиоактивного распада; основные положения изучаемых физических теорий и их роль в формировании научного мировоззрения.

2. Уметь:

2.1. Описывать и объяснять:

2.1.1. Результаты экспериментов: радиоактивность;

2.2. Описывать фундаментальные опыты, оказавшие существенное влияние на развитие физики;

2.3. Приводить примеры практического применения квантовой физики в создании ядерной энергетики, лазеров;

2.4. Определять характер физического процесса по графику, таблице, формуле; продукты ядерных реакций на основе законов сохранения электрического заряда и массового числа;

2.6. Применять полученные знания для решения физических задач.

Каждый вариант экзаменационной работы состоит из 3-х частей и включает 35 заданий, различающихся формой и уровнем сложности. Распределение заданий по основным содержательным разделам курса физики приведено в таблице 2.

Таблица 2

Распределение заданий по основным содержательным разделам курса физики в зависимости от формы заданий

Разделы курса физики, включенные в экзаменационную работу	Число заданий
	Вся работа	Часть 1	Часть 2	Часть 3
Механика	9-12	6-7	1-2	2-3
Молекулярная физика	7-9	4-5	1-2	2-3
Электродинамика	10-13	6-7	1-2	3-4
Квантовая физика	5-8	3-4	1-2	1-2

Раздел «Механика» составляет 26-34%, «Молекулярная физика» - 20-26%, «Электродинамика» - 29-37%, «Квантовая физика» - 14-23%.

Раздел «Ядерная физика» входит в первую часть работы и составляет 12%.

Анализ выполнения экзаменационной работы позволяет сделать вывод об усвоении основных законов и формул школьного курса физики по разделу «Ядерная физика», так как средний процент выполнения всех заданий составил 65%. Таким образом, можно говорить об усвоении понятийного аппарата на базовом уровне. Граница усвоения достигнута для групп заданий, проверявших следующие элементы содержания: энергия фотона, период полураспада, применение законов сохранения заряда и массового числа для ядерных реакций.

Таблица 3

Содержание заданий типа А по разделу «Ядерная физика» и результаты их выполнения в 2012 году

Обозначение задания в работе	Содержание задания в 2012 году	Процент правильных ответов
А17	Корпускулярно-волновой дуализм, физика атома	45,31%
А18	Физика атомного ядра: превращения ядер при радиоактивном распаде	70,70%
А19	Физика атомного ядра: определение периода радиоактивного распада по стандартному графику	77,28%

Таким образом, усвоение данного раздела играет большую роль для учащихся. Но изучение структуры атомного ядра, процессов радиоактивного распада и механизма протекания ядерных реакций трудно усваивается школьниками, так как у учителя нет возможности показать в форме демонстрации данные явления. Поэтому при изучении раздела «Ядерная физика» учителю необходимо активно использовать различные педагогические программные средства.

Одним из наиболее перспективных направлений является компьютерное моделирование физических явлений и процессов. Компьютерные модели хорошо вписываются в традиционный урок, позволяя учителю продемонстрировать на экране компьютера многие физические эффекты, а также позволяют организовывать новые, нетрадиционные виды учебной деятельности учащихся.

Большое число компьютерных моделей по всему школьному курсу физики содержится в мультимедийных курсах, разработанных компанией «Физикон»: «Физика в картинках», «Открытая физика 2.5».

Компьютерный курс «Открытая физика 2.5» является мощным средством интенсификации занятий и повышения интереса учащихся к физике. Он рекомендуется учащимся средних школ. Учебный компьютерный курс «Открытая физика 2.5» содержит в виде отдельных модулей огромное количество интерактивных компьютерных моделей, которые позволяют наблюдать на экране компьютера симуляции физических экспериментов.

По разделу «Ядерная физика» интересен наглядный показ представлений о строении ядра. Весьма поучителен модельный показ схемы опытов Резерфорда по рассеянию -частиц на атомах золотой фольги, сопровождаемый расчетным экспериментом по упругому рассеянию; обсуждение того факта, что некоторые частицы резко меняли направление своего движения. Эти опыты чрезвычайно важны, так как явились переломным моментом в доказательстве наличия в атоме положительного заряженного ядра, обладающего малыми размерами и очень большой плотностью. Наглядны также материалы по ядерной энергетике, термоядерному синтезу, демонстрации явления радиоактивного распада.

Для рассмотрения состава атомных ядер в данном курсе используется схема опытов Резерфорда по обнаружению протонов в продуктах расщепления ядер.

Рисунок 1 Схема опыта Резерфорда

Для изучения энергии связи ядер используется модель «Энергия связи ядер».

Рисунок 2 Модель «Энергия связи ядер»

Модель «Ядерный реактор» используется для демонстрации превращения энергии атомного ядра в электрическую энергию. Демонстрацию цепной реакции можно приостановить.

Рисунок 3 Модель «Ядерный реактор»

Модель «Ядерные превращения» демонстрирует различные типы ядерных превращений.

Рисунок 4 Модель «Ядерные превращения»

Модель «Синтез гелия» демонстрирует ядерные реакции, сопровождающиеся образованием гелия. Такие реакции протекают в ядрах горячих звезд, в том числе в солнечном ядре.

Большинство реакций протекает в несколько этапов. Формула проходящего в данный момент этапа выделяется в нижнем окне красным цветом.

Рисунок 5 Модель «Синтез гелия»

Основными достоинствами программы «Открытая физика 2.5» являются:

- подробное описание теоретического материала;

- теоретический материал сопровождается графиками и схемами;

- возможность любую компьютерную модель или иллюстрацию можно открыть почти на весь экран, что позволяет эффективно использовать данный курс при демонстрациях;

-даны модели некоторых лабораторных работ.

Недостатком ресурса является отсутствие функции сохранения числовых значений параметров экспериментов, поэтому у учителя не будет возможности заранее подготовить серию опытов с выбранными им параметрами и записать их в долговременную память компьютера.

«Библиотека электронных наглядных пособий С&М. Физика 7--11», созданное компанией «КиМ» («Кирилл и Мефодий»), -- это электронное средство учебного назначения, содержащее набор информационных объектов (1 453), отражающих физические процессы и явления.

Синтез мультимедиа-компонентов (текста, звука, видео, анимации и др.), интерактивных форм взаимодействия и компьютерного моделирования обеспечивает возможность восприятия информации на зрительном, слуховом и эмоциональном уровне, что позволяет достичь наилучшего усвоения материала учеником.

«КМ-Школа» оснащена разработанными шаблонами уроков по всем темам курса «Ядерная физика». Уроки можно проводить с использованием проектора или интерактивной доски.

«КМ-Школа» включает в себя демонстрации природных явления, которые рассматриваются в курсе ядерной физики.

Объясняя процесс - распада и - распада, сопровождая его показом этих слайдов, преподаватель делает более понятным труднодоступный для школьников материал.

Рисунок 6 - и - распад

Показ данного фрагмента сопровождается объяснением условий для протекания цепной ядерной реакции:

Рисунок 7 Анимация деления ядер урана

Демонстрация природы ядерных сил дополняет естественно - научную картину мира:

Рисунок 8 Природа ядерных сил

Интерактивный объект демонстрирует особенности строения ядра:

Рисунок 9 Строение ядра атома

Рассматривается природа искусственных радиоактивных превращений:

Рисунок 10 Радиоактивное превращение азота

Рисунок 11 Изотопы водорода

Приводится реакция ядерного синтеза: основной процесс в звездах, на Солнце.

Рисунок 12 Реакция ядерного синтеза

Для демонстраций принципов работы современных приборов «КМ-Школа» имеет интерактивные и видео-объекты:

Рисунок 13 Схема циклотрона

Рисунок 14 Счетчик Гейгера

Для проверки знаний в ИПП «КМ-Школа» имеется множество тренажеров и тестов:

Рисунок 15 Тест в «КМ-Школа»

«КМ-школа» решает проблему наглядности изучаемых физических явлений. Имеющиеся интерактивные, анимационные объекты, а так же видеоролики демонстрируют процессы (особенно актуально в курсе ядерной физики), которые раньше изучались лишь догматически.

Образовательный комплекс «1С: Школа. Физика, 7-11 классы: Библиотека наглядных пособий» представляет собой библиотеку мультимедиа-объектов, снабженную системой поиска. «1С: Школа. Физика, 7-11 кл. Библиотека наглядных пособий» содержит богатый набор иллюстраций, видеороликов, демонстраций, моделей и другой информации, позволяет формировать наборы объектов в соответствии с содержанием любого из 18 учебников физики для основной и старшей школы, вошедших в Федеральный перечень учебников.

Раздел «Ядерная физика» представлен различными таблицами, рисунками, фотографиями, анимациями, моделями. Просмотр таблиц, касающихся тем «Физика атомного ядра» и «Физика элементарных частиц» показал, что по темам мало таблиц - всего две. Они слишком общие (обобщающие). По данным темам нет частных таблиц, хотя темы сложные, нуждаются в конкретизации.

Рисунок 16 Таблица «Элементарные частицы»

Работа с формулами показала, что все формулы легко просмотреть или показать учащимся, но трудно куда-либо вставить - они записаны в формате Flash. Формулы можно сохранить лишь в файл и только с расширением swf, хотя в списке возможных расширений предлагались и стандартные графические jpg и пр. Не удается вставить получившийся файл и в текст MicrosoftWord.

Фотографий по данным темам мало, не больше десяти. Недостатком является то, что под фотографиями нет подписей, так как обозначения «Ядерный реактор» не достаточно. Хотелось бы наличие дополнительной информации о том, где расположен этот реактор, каковы его характеристики, какая часть станции изображена. В дополнительной информации по фотографии об этом также ничего не сообщается.

Рисунков несколько больше - 16. Но, судя по содержанию, подборка слабая, изобилует диаграммами Фейнмана как на рисунке, где показаны элементарные акты взаимодействия частиц. Их содержание даже в самых «развитых» школьных курсах физики не раскрывается.

Рисунок 18 Элементарные акты взаимодействия частиц

Моделей по разделу «Ядерная физика» пять. Почти все они показаны на рисунке. Среди предложенных недостает изображений моделей ядер, моделей радиоактивных превращений.

Рисунок 19 Список моделей по разделу «Ядерная физика»

В образовательном комплексе представлено небольшое число анимаций по данному разделу, но оно компенсируется отличным их качеством. Например, анимация атомного взрыва сопровождается наглядным рассказом об устройстве бомбы, принципе её действия, прохождении взрыва, его катастрофических последствиях.

Рисунок 20 Демонстрация действия атомной бомбы

Образовательный комплекс представляет интерес для практикующего учителя физики, особенно при недостаточной укомплектованности кабинета приборами. Он позволяет наглядно продемонстрировать физические опыты школьникам.

К достоинствам комплекса следует отнести каталогизатор по 18-ти учебникам: учитель может выбрать мультимедийные наглядные материалы к нужной главе используемого учебника.

Недостатком программного продукта является то, что он совершенно не предназначен для решения задач.

Программа «Физика. TeаchPro» рассчитана на выпускников школ.

Рисунок 21 Программа «Физика. TeаchPro»

Имеются 3 режима обучения:

- пошаговый формат чтения лекций с возможностью повтора;

- контрольный режим сопровождается по ходу лекции контрольными вопросами, на которые надо ответить (программа останавливается), при затруднении есть подсказка;

- режим непрерывного прослушивания для случая полного понимания материала.

Продолжительность лекции 15-20 мин., поэтому можно включать её фрагментарно в школьный урок. Использованы только рисунки, видеофрагментов нет.

В программе «Физика. TeаchPro» для изучения раздела «Ядерная физика» приводится схема опыта Резерфорда по рассеиванию -частиц.

Рисунок 22 Опыт Резерфорда по рассеиванию -частиц

В программе приводится пример строения атомного ядра. Приведены примеры изотопов урана и водорода.

Рисунок 23 Состав атомного ядра. Изотопы

Приводится формула для расчета дефекта масс и раскрывается понятие энергии связи атомных ядер.

Рисунок 24 Энергия связи атомных ядер

Рассматривается также деление ядер урана, при котором образуются нейтроны.

Рисунок 25 Ядерные реакции

Приводится пример протекания цепной ядерной реакции.

Рисунок 26 Цепные ядерные реакции

К недостаткам данного пособия относится то, что оно не учит формированию обобщённых, эвристических умений решения задач разного типа, не систематизирует теоретические знания на более высоком уровне, не руководит познавательным процессом. В целом в нём не заложена интерактивность действий пользователя, идеология - потребительская. Нет тренинга в самостоятельном решении задач, задачи не распределены по трудности.

Можно выделить следующие требования к обучающим программам:

1) Наличие анимаций, иллюстрирующих физические процессы.

2) Наличие моделей, с помощью которых можно было бы продемонстрировать динамику процесса, провести его исследование.

3) Наличие видеодемонстраций применения физических явлений и законов в медицине, промышленности и так далее.

4) Удобная навигация по ресурсу.

5) Возможность фрагментарного использования программы (для экономии времени на уроке).

6) Наличие разноуровневых многовариантных проверочных заданий по каждой изучаемой теме.

7) Удобная система оценивания выполненных учеником заданий.



Таблица 5

Соответствие программ требованиям

Название программы	1	2	3	4	5	6	7
«Открытая физика 2.5»	+	+	+/-	+	+/-	+/-	+
Библиотека электронных наглядных пособий С&М. Физика 7--11	+	+	+/-	+/-	+/-	+/-	+/-
1С: Школа. Физика, 7-11 классы: Библиотека наглядных пособий	+	+	+	+	+	-	-
Физика. TeаchPro	+	+	-	+/-	+	+	+/-



2. Разработка теории и методики изучения раздела «Ядерная физика» с использование информационных технологий

2.1 Методика демонстрационного эксперимента по разделу «Ядерная физика»

Модель опыта Резерфорда

Цель: выяснить, как распределен положительный заряд внутри атома.

Комментарии: Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и др.) -частицами, вследствие чего некоторые -частицы отклонялись на большие углы. Электроны, входящие в состав атомов, вследствие малой массы не могут заметно изменить траекторию б-частицы. Рассеяние, то есть изменение направления движения б-частиц, может вызвать только тяжелая положительно заряженная часть атома. Резерфорд пришёл к выводу, что полученное в эксперименте распределение -частиц возможно только в том случае, если внутри атома имеется чрезвычайно сильное электрическое поле, которое создаётся положительным зарядом, связанным с большой массой и сконцентрированным в очень малом объёме.

Демонстрация: Пучок альфа-частиц из источника излучения пропускается через золотую фольгу и попадает на круговой экран.

Комментарии: Пучок альфа-частиц из источника излучения пропускается через золотую фольгу и попадает на круговой экран. Можно убедиться в том, что основная масса частиц, проходящих через фольгу, отклоняется на небольшой угол, между тем отдельные частицы могут отклоняться на значительные углы. Обратите внимание, что для наблюдения частиц на экране выделяются частицы, лежащие в горизонтальной плоскости, хотя отклонение может происходить на произвольный угол.

Если поменять толщину фольги, то при этом доля частиц, отклонившихся на большие углы, меняется. Это связано с тем, что при увеличении длины пробега частиц в веществе вероятность столкновения с ядром повышается.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/2d67a691-ff90-443f-8f5f-588d9747f720/kvant1.htm

Ссылка поможет смоделировать опыт Резерфорда.

Вывод: Атом имеет положительно заряженное ядро, размеры которого малы по сравнению с размерами самого атома. В ядре сконцентрирована почти вся масса атома.

Наблюдение треков частиц в камере Вильсона

Цель: анализ треков заряженных частиц в камере Вильсона.

Комментарии: Камера Вильсона - это трековый детектор элементарных заряженных частиц. Треки заряженных частиц в камере Вильсона представляют собой цепочки микроскопических капелек жидкости (воды или спирта), образовавшиеся вследствие конденсации пересыщенного пара этой жидкости на ионах. Длина трека зависит от начальной энергии заряженной частицы и плотности окружающей среды. Толщина трека зависит от заряда и скорости частицы: она тем больше, чем больше заряд частицы и чем меньше её скорость. При движении заряженной частицы в магнитном поле трек её получается искривлённым. По изменению радиуса кривизны трека можно определить направление движения заряженной частицы и изменение её скорости.

Демонстрация: Демонстрация треков -частиц, электронов и протонов в камере Вильсона.

Комментарии: На снимках, полученных с камеры Вильсона, видны два типа треков: прямые и спирали. Спирали -- это следы частиц, находящихся в магнитном поле. При движении частицы в магнитном поле со стороны поля на нее действует сила Лоренца. Направление действия силы Лоренца определяется правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а четыре сомкнутых пальца указывали направление движения положительно заряженной частицы, то отогнутый на 90° в плоскости ладони большой палец укажет направление силы Лоренца.

Электронный ресурс «Треки частиц в камере Вильсона»

Ссылка поможет смоделировать треки частиц в камере Вильсона.

Вывод: Если частица находится в магнитном поле, то ее трек в камере Вильсона представляет собой спираль. Если магнитное поле не действует, то трек представляет собой прямую.

Устройство и принцип действия счетчика ионизирующих частиц

Цель: рассмотреть устройство и принцип действия счетчика Гейгера.

Комментарии: Счетчик Гейгера представляет собой несложный прибор для регистрации излучения. Он способен определять различные виды радиоактивного излучения (альфа, бета, гамма), но наиболее чувствителен к гамма- и бета-частицам.

Демонстрация: Устройство и принцип работы счетчика Гейгера.

Комментарии: Счётчик Гейгера представляет собой герметично запаянную стеклянную трубку, наполненную каким-либо газом под давлением 13-26 кПа. Внутри трубки находятся два электрода, к которым прикладывается напряжение в несколько сотен вольт. Гамма -- кванты, испускаемые радиоактивным изотопом, попадая на стенки счетчика, выбивают из него электроны. Электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, и ток через счетчик резко возрастает. При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство.

http://www.youtube.com/watch?v=UZopH8xpi1w

Ссылка демонстрирует устройство и принцип действия счетчика Гейгера.

Вывод: Счётчик Гемйгера газоразрядный прибор для обнаружения ионизирующих излучений ( - и -частиц, -квантов, световых и рентгеновских квантов, частиц космического излучения и т. п.). Работа счетчика основана на ударной ионизации.

Наблюдение сплошных и линейчатых спектров излучения

Цель: Показать основные отличительные признаки сплошного и линейчатого спектров излучения.

Комментарии: Спектральный состав излучения веществ весьма разнообразен. Но, несмотря на это, все спектры, как показывает опыт, можно разделить на три типа: непрерывные, линейчатые и полосатые. Рассмотрим первые два из них.

Демонстрация: Наблюдение сплошных и линейчатых спектров излучения.

Комментарии: Непрерывный спектр означает, что в спектре представлены волны всех длин. В спектре нет разрывов, и на экране спектрографа можно видеть сплошную разноцветную полосу. Непрерывные (или сплошные) спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы. Для получения непрерывного спектра нужно нагреть тело до высокой температуры.

Линейчатые спектры представляют собой набор цветных линий различной яркости, разделенных широкими темными полосами. Наличие линейчатого спектра означает, что вещество излучает свет только вполне определенных длин волн (точнее, в определенных очень узких спектральных интервалах). Каждая из линий имеет конечную ширину. Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном (но не молекулярном) состоянии.

http://www.youtube.com/watch?v=PykNEIA83Gc

Ссылка демонстрирует сплошной и линейчатый спектр излучения.

Вывод: В непрерывном спектре нет разрывов, и на экране спектрографа можно видеть сплошную разноцветную полосу. Линейчатые спектры представляют собой набор цветных линий, разделенных широкими темными полосами.

2.2 Лабораторная работа «Наблюдение треков частиц в камере Вильсона»

Цель: Анализ треков элементарных частиц в камере Вильсона.

Приборы и материалы: Виртуальная пузырьковая камера или камера Вильсона, треки частиц, магнитное поле с направлением вектора магнитной индукции, линейка, циркуль.

Теоретическая часть

Длина трека зависит от начальной энергии заряженной частицы и плотности окружающей среды. Толщина трека зависит от заряда и скорости частицы: она тем больше, чем больше заряд частицы и чем меньше её скорость. При движении заряженной частицы в магнитном поле трек её получается искривлённым.

При движении частицы в магнитном поле со стороны поля на нее действует сила Лоренца, которая зависит от величины ее заряда q, скорости v, индукции магнитного поля В и угла между направлениями скорости и магнитного поля б:

F=qvBsinб (1).

Эта сила сообщает частице центростремительное ускорение а=v²/R. На основании второго закона Ньютона можно утверждать, что

qvB=m v²/R (2),

m - масса частицы, R- радиус ее траектории.

Тогда скорость частицы можно найти по формуле

v= (3)

Направление действия силы Лоренца определяется правилом левой руки.

Сравнивая треки известной и неизвестной частиц по отношению заряда к массе, известному для одной частицы и радиусам треков находят отношение заряда к массе неизвестной частицы и устанавливают ее природу.

Если скорости частиц одинаковы, то

q₁/m₁= q₂R₁/m₂R₂. (4)

Ход работы.

Задание 1. На пяти из восьми представленных вам фотографий изображены треки частиц, движущихся в магнитном поле. Укажите на каких. Ответ обоснуйте.

Сделайте вывод

Задание 2. Анализируя трек 4, ответьте на вопросы:

а) В какую сторону двигались -частицы?

б) Почему треки -частиц искривлены?

в) Как был направлен вектор магнитной индукции?

г) Почему изменяются радиус кривизны и толщина треков -частиц к концу пробега?

Сделайте вывод.

Задание 3. Анализируя треки 5 и 6, ответьте на вопросы:

а) Почему трек имеет форму спирали?

б) В каком направлении двигался электрон на треке 5? Ответ обоснуйте.

в) В каком направлении двигался электрон на треке 6? Ответ обоснуйте.

г) Что могло послужить причиной того, что треки электронов (трек 5 и 6) гораздо длиннее треков б-частиц (трек 4)?

Сделайте вывод.

Задание 4. Анализируя трек 8, ответьте на вопрос:

а) В каком направлении двигался протон на треке 8? Ответ обоснуйте.

Сделайте вывод.

Задание 5.

1) Измерьте радиус R1 частицы 1 (трек 9). Для этого на треке проведите две хорды АB и CD и к их серединам восстановите перпендикуляры.

Пересечение этих перпендикуляров будет центром кривизны трека на рассматриваемом участке. Расстояние от центра кривизны до трека является радиусом кривизны. Результаты измерений занесите в таблицу.

2) Измерьте радиус R2 -частицы 2 (трек 9) аналогично радиусу R1. Результаты измерений занесите в таблицу.

3) По формуле q₁/m₁= q₂R₁/m₂R₂ найдите отношение заряда данной частицы к ее массе. Результаты занесите в таблицу.

4) Определите частицу 1 по найденному отношению заряда и массы.

5) По формуле v= найдите скорость частицы 2, если индукция магнитного поля В=2,2 Тл (трек 9). Результаты занесите в таблицу

q2, Кл	m2, кг	B, Тл	R1, м	R2, м	q1/m1	v
3,2*	6,645*	2,2	0,06	0,03	9,5788	3,2

2.3 Программа Macromedia Flash 8

Флэш-ролик «Треки частиц в камере Вильсона» был выполнен в программе Macromedia Flash 8 Pro. Macromedia Flash 8 - это программа для создания видео и анимаций хорошего качества и удобного формата. Такие форматы как swf и flv считаются самыми оптимальными, так как имеют хорошее качество и за счет малого веса быстро загружаются в интернете. Программа достаточно проста в работе и многофункциональна. Интерфейс программы Macromedia Flash 8 Pro состоит из следующих элементов: рабочая область; временная лента, каждый кадр которой отражает состояние фильма в определенный момент времени; панель инструментов, которая подобно аналогичным панелям в других графических редакторах, например, в Photoshop, позволяет создавать и редактировать объекты на рабочем столе программы; панель свойств, которая позволяет редактировать свойства либо объектов, если они выделены, либо рабочей области, либо активного инструмента.

Данный ролик содержит модели, позволяющие проследить за движением элементарной частицы, иллюстрирующие треки - частиц, электронов и протонов. Рассмотрение материала отвечает уровню 9-11 класса.

Электронный ресурс может быть использован при объяснении нового материала в качестве демонстрации. Паузы в анимации предназначены для организации обучающего диалога. На этапе повторения, закрепления, контроля знаний возможно использование ролика с комментариями учащихся.

Демонстрация анимированных моделей была использована также при проведении лабораторной работы «Наблюдение треков частиц в камере Вильсона».



Заключение

В ходе исследования поставленной научной проблемы, в соответствии с задачами и целями получены следующие результаты:

1. Проанализированы основные понятия и законы раздела «Ядерная физика».

2. Сделан анализ информационных и телекоммуникационных технологий, используемых при преподавании раздела «Ядерная физика», выделены достоинства и недостатки программ.

3. Изучены требования, предъявляемые к педагогическим программным средствам, используемым в преподавании раздела «Ядерная физика».

Были выделены следующие требования к обучающим программам:

1) Наличие анимаций, иллюстрирующих физические процессы.

2) Наличие моделей, с помощью которых можно было бы продемонстрировать динамику процесса, провести его исследование.

3) Наличие видеодемонстраций применения физических явлений и законов в медицине, промышленности и так далее.

4) Удобная навигация по ресурсу.

5) Возможность фрагментарного использования программы (для экономии времени на уроке).

6) Наличие разноуровневых многовариантных проверочных заданий по каждой изучаемой теме.

7) Удобная система оценивания выполненных учеником заданий.

4. Используя Macromedia Flash 8 Pro, разработано педагогическое программное средство, которое может быть использовано в преподавании раздела «Ядерная физика». ППС существенно облегчает процесс восприятия и понимания этого раздела. Для учителей программное средство на уроках облегчает объяснение материала.

Список использованных источников

1. Браун, Ю.С. Модульное обучение мультимедийным технологиям / Ю.С. Браун // Информатика и образование.2002. № 5. С. 23-25.

2. Бугаев, А.И. Методика преподавания физики в средней школе: Теорет. Основы / А.И. Бугаев. М.: Просвещение, 1981. 288 с.

3. Волнистова, Т.В. Ядерная физика: Методические рекомендации учителю физики / Т.В. Волнистова. М.: ИОСО РАО, 2004. 62 с.

4. Гулд, Х. Компьютерное моделирование / Х. Гулд, Я. Тобольчик. М.: Мир, 1990. 720 с.

5. Дьяконов, В.А. Мультимедиа-ПК / В.А., Дьяконов // Домашний компьютер. 1996. №1. С. 74-78.

6. Егорова, Ю.Н. Мультимедиа технология как инструмент развивающей педагогики / Ю.Н. Егорова // Информационные технологии в образовании.1997. № 5. C. 25-37.

7. Егорова, Ю.Н. Мультимедиа технологии как средство повышения эффективности обучения в школе / Ю.Н. Егорова // Информатика. 2004. №7.С. 99-101.

8. Захарова И.Г. Информационные технологии в образовании / И.Г.Захарова. М.: Академия, 2003. 189 с.

9. Кавтрев, А.Ф. Опыт использования компьютерных моделей на уроках физики в школе «Дипломат»» Сб. РГПУ им. А.И. Герцена / А.Ф. Кафтерев. Санкт-Петербург: Физика в школе и вузе, 1998. 124 с.

10. Каменецкий, С.Е. Теория и методика обучения физике в школе: Общие вопросы: Учебное пособие для студентов высших педагогических учебных заведений / С.Е. Каменецкий. М.: Издательский центр «Академия», 2000.358 с.

11. Каменецкий, С.Е. Теория и методика обучения физике в школе: Частные вопросы: Учебное пособие для студентов высших педагогических учебных заведений / С.Е. Каменецкий. М.: Издательский центр «Академия», 2000. 384 с.

12. Компьютерные коммуникации в школе: Пособие для учителя. М.: Институт средств обучения РАО, 1995. 167 с.

13. Машбиц, Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения / Е.И. Машбиц. М.: Педагогика, 1988. 192 с.

14. Михеев В.И. Моделирование и методы теории измерений в педагогике / В.И. Михеев. М.: УРСС, 2004. 196 с.

15. Мясников, С.П. Пособие по физике / С.П. Мясников, Т.Н. Осанова. М.: Высшая школа, 1988. 400с.

16. Открытая физика: В 2 ч./ Под ред. СМ. Козелла. М.: ООО «Физикой», 2002.

17. Полат, Е.С. Современные педагогические и информационные технологии в системе образования / Е.С.Полат, М.Ю.Бухаркина. М.: Академия, 2007. 362 с.

18. Репетитор по физике КиМ. М.: Кирилл и Мефодий, 2002.

19. Журнал «КомпьютерПресс» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.compress.ru.

20. Dumka [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://dumka.in.ua/.

Размещено на Allbest.ru

...