Главная
Коллекция "Revolution"
Физика и энергетика
Разработка электронных инструкций для постановки учебного эксперимента по теме "Электромагнитные колебания и волны"
Разработка электронных инструкций для постановки учебного эксперимента по теме "Электромагнитные колебания и волны"
Содержание темы: "Электромагнитные колебания и волны". Опыты с целью обнаружения электромагнитных волн. Модуляция и детектирование электромагнитных колебаний. Прием радиовещания на детекторный приемник. Электронные инструкции для учебного эксперимента.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.09.2014 |
| Размер файла | 3,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
37
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского.
Физико-математический факультет
Кафедра экспериментальной и теоретической физики
Курсовая работа на тему:
Разработка электронных инструкций для постановки учебного эксперимента по теме "Электромагнитные колебания и волны"
Выполнил:
Студент 4 курса 6 группы
Пикуло Александр Андреевич
Научный руководитель:
Симукова Светлана Васильевна
2014 год
Содержание
- Введение
- Глава 1. Содержание темы: "Электромагнитные колебания и волны" Электромагнитное поле
- Глава 2. Описание опытов на тему: "Электромагнитные колебания и волны"
- 2.1 Обнаружение электромагнитных волн
- 2.2 Основные свойства электромагнитных волн
- 2.2.1 Поглощение электромагнитных волн
- 2.2.2 Отражение электромагнитных волн
- 2.2.3 Преломление электромагнитных волн
- 2.2.4 Интерференция электромагнитных волн
- 2.2.5 Дифракция электромагнитных волн
- 2.2.6 Поперечность и поляризация электромагнитных волн
- 2.3 Модуляция и детектирование электромагнитных колебаний
- 2.4 Прием радиовещания на детекторный приемник
- Глава 3. Разработка электронных инструкций для постановки учебного эксперимента
- Заключение
- Список использованной литературы
- Приложение
Введение
Законы физики основаны на фактах, установленных опытным путем. Причем нередко истолкование одних и тех же фактов меняется в ходе исторического развития физики. Факты накапливаются в результате наблюдений. Но при этом только ими ограничиваться нельзя. Это только первый шаг к познанию. Дальше идет эксперимент, выработка понятий, допускающих качественные характеристики в форме числа. Чтобы из наблюдений сделать общие выводы, выяснить причины явлений, надо установить количественные зависимости между величинами. Если такая зависимость получается, то найден физический закон. Если найден физический закон, то нет необходимости ставить в каждом отдельном случае опыт, достаточно выполнить соответствующие вычисления. Изучив экспериментально количественные связи между величинами, можно выявить закономерности. На основе этих закономерностей развивается общая теория явлений. Следовательно, без эксперимента нет, и не может быть рационального обучения физике; одно словесное обучение физике неизбежно приводит к формализму и механическому заучиванию. Первые мысли преподавателя должны быть направлены на то, чтобы учащийся видел опыт и проделывал его сам, видел прибор в руках преподавателя и держал его в своих собственных руках. Однако если учащиеся будут проделывать различные опыты и наблюдать за демонстрацией опытов, выполняемых преподавателем, но не будут слышать продуманных ярких рассказов преподавателя, не будут решать задач, не будут читать учебника и знакомиться с литературой, то такую работу преподавателя еще нельзя назвать удовлетворительной. Преподавание предполагает широкое использование эксперимента, обсуждение со студентами особенностей его постановки и наблюдаемых результатов. Проведение лабораторного эксперимента и решение расчетных задач не предусматриваются. Для проверки усвоения рекомендуются контрольные работы, ответы на качественные вопросы, написание рефератов с последующим анализом их содержания на занятиях.
Для того что бы учащийся увидел опыт и смог проделать его сам, нам и нужно разработать электронную инструкцию для постановки учебного эксперимента. Эта инструкция должна соответствовать требованиям по выбранной программе обучения. В ней должно идти ознакомление учащихся с возможной схемой экспериментальной установки и оборудованием для осуществления данного эксперимента.
Глава 1. Содержание темы: "Электромагнитные колебания и волны" Электромагнитное поле
После открытия взаимосвязи между электрическим и магнитным полями стало ясно, что эти поля не существуют обособленно, независимо одно от другого.
Нельзя создать переменное магнитное поле без того, чтобы одновременно в пространстве не возникло и электрическое поле. И наоборот, переменное электрическое поле не может существовать без магнитного.
Правда, покоящийся заряд создает только электрическое поле (рис. 1). Но ведь заряд покоится лишь относительно определенной системы отсчета. Относительно других систем отсчета он будет двигаться и, следовательно, создавать и магнитное поле (рис. 2).
Рис. 1 Рис. 2
Точно так же лежащий на столе магнит создает только магнитное поле. Но движущийся относительно него наблюдатель обнаружит и электрическое поле в полном соответствии с явлением электромагнитной индукции.
Значит, утверждение, что в данной точке пространства существует только электрическое или только магнитное поле, бессмысленно, если не указать, по отношению к какой системе отсчета эти поля рассматриваются. Отсутствие электрического поля в системе отсчета, содержащей покоящийся магнит, совсем не означает, что электрического поля нет вообще. По отношению к любой движущейся относительно магнита системе отсчета это поле может быть обнаружено.
Подобно тому, как меняется окраска окружающего нас пейзажа, если рассматривать его сквозь различные цветные стекла (светофильтры), меняются количественные характеристики полей при переходе от одной системы отсчета к другой. Подобно тому, как синие предметы становятся на черном фоне невидимыми, если их рассматривать через красное стекло, подходящим выбором системы отсчета мы можем в ряде случаев сделать ненаблюдаемыми магнитное поле или поле электрическое. Разница в одном, но очень важном обстоятельстве. Мы можем отбросить цветные стекла и сказать: вот истинные цвета пейзажа, вот каков он в действительности! С полным правом один из светофильтров (атмосферу) можно объявить привилегированным. Сделать же это с системой отсчета нельзя. Все инерциальные системы отсчета имеют совершенно одинаковые права на существование. Поэтому нет какой-то особой конфигурации полей, имеющих абсолютную значимость, независимую от системы отсчета.
На основании сказанного можно сделать вывод: электрические и магнитные поля - проявление единого целого: электромагнитного поля. В зависимости от того, в какой системе отсчета рассматриваются электромагнитные процессы, проявляются те или иные стороны этого единого целого.
Среди бесчисленных, очень интересных и важных следствий, вытекающих из максвелловских законов электромагнитного поля, одно заслуживает особого внимания. Это вывод о конечности скорости распространения электромагнитных взаимодействий. Согласно теории дальнодействия кулоновская сила, действующая на электрический заряд, сразу же изменится, если соседний заряд сдвинуть с места. Действие передается мгновенно. С точки зрения действия на расстоянии иначе быть не может. Ведь один заряд непосредственно через пустоту "чувствует" присутствие другого. По Максвеллу же дело обстоит совершенно иначе и много сложнее. Перемещение заряда меняет электрическое поле вблизи него. Это переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле в соседних областях пространства. Переменное магнитное поле, в свою очередь, порождает переменное электрическое поле и т.д. Причем возникающее вихревое магнитное или вихревое электрическое поле гасит ноле в тех областях пространства, где оно уже имелось, но захватывает новые области пространства (рис. 3).
Рис. 3
Перемещение заряда вызывает, таким образом, "всплеск" электромагнитного поля, который, распространяясь, охватывает все большие и большие области окружающего пространства, перестраивая по дороге то поле, которое существовало до смещения заряда. Наконец, этот "всплеск" достигает второго заряда, что и приводит к изменению действующей на него силы. Но произойдет это не в тот момент времени, когда произошло смещение первого заряда. Процесс распространения электромагнитного возмущения, механизм которого был вскрыт Максвеллом, протекает с конечной, хотя и очень большой, скоростью. Максвелл чисто математически показал, что скорость распространения этого процесса равна скорости света в пустоте - 300 000 км/с. Вот новое фундаментальное свойство поля, которое делает его, наконец, осязаемой реальностью.
Электромагнитная волна
Представьте себе, что электрический заряд не просто сместился из одной точки в другую, а приведен в быстрые колебания вдоль некоторой прямой, так что он движется подобно грузу, подвешенному на пружине, но только много быстрее. Тогда электрическое поле в непосредственной близости от заряда начнет периодически изменяться. Период этих изменений, очевидно, равен периоду колебаний заряда. Переменное электрическое поле будет порождать периодически меняющееся магнитное поле, а последнее, в свою очередь, вызовет появление переменного электрического поля уже на большем расстоянии от заряда и т.д.
В окружающем заряд пространстве, захватывая все большие и большие области, возникает система периодически изменяющихся электрических и магнитных полей. На рисунке 4 изображен "моментальный снимок" такой системы полей. Образуется так называемая электромагнитная волна, бегущая по всем направлениям от колеблющегося заряда. В каждой точке пространства электрические и магнитные поля меняются во времени периодически. Чем дальше расположена точка от заряда, тем позднее достигнут ее колебания полей. Следовательно, на разных расстояниях от заряда колебания происходят с различными фазами.
Рис.4
Электромагнитные волны излучаются колеблющимися зарядами. При этом существенно, что скорость движения таких зарядов меняется со временем, т.е. что они движутся с ускорением. Наличие ускорения - главное условие излучения электромагнитных волн. Электромагнитное поле излучается заметным образом не только при колебаниях заряда, но и при любом быстром изменении его скорости, причем интенсивность излученной волны тем больше, чем больше ускорение, с которым движется заряд.
Векторы и в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения волны. Электромагнитная волна является поперечной. Если вращать буравчик с правой нарезкой от вектора к вектору , то поступательное перемещение буравчика будет совпадать с вектором скорости волны .
Максвелл был глубоко убежден в реальности электромагнитных волн, но он не дожил до их экспериментального обнаружения. Лишь через 10 лет после его смерти электромагнитные волны были экспериментально получены Герцем.
Электромагнимтное помле - фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные и мультипольные электрические и магнитные моменты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного полей, которые могут, при определённых условиях, порождать друг друга, а по сути являются одной сущностью, формализуемой через тензор электромагнитного поля.
Электромагнитная волна - процесс распространения электромагнитного поля в пространстве.
Электромагнитная волна представляет собой процесс последовательного, взаимосвязанного изменения векторов напряжённости электрического и магнитного полей, направленных перпендикулярно лучу распространения волны, при котором изменение электрического поля вызывает изменения магнитного поля, которые, в свою очередь, вызывают изменения электрического поля.
Основные свойства электромагнитных волн - отражение, поглощение, преломление, интерференцию, дифракцию, поляризацию и поперечность.
Демодуляция (Детектирование сигнала) - процесс, обратный модуляции колебаний, преобразование модулированных колебаний высокой (несущей) частоты в колебания с частотой модулирующего сигнала.
Модулямция (лат. modulatio - размеренность, ритмичность) - процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала (сообщения).
Детекторный приёмник - это устройство, которое состоит из колебательного контура, к которому подключены антенна и заземление, и диодного (в более раннем варианте кристаллического) детектора, выполняющего демодуляцию амплитудно-модулированного сигнала. Сигнал звуковой частоты с выхода детектора, как правило, воспроизводится высокоомными наушниками. Настройка приёмника на частоту радиостанции производится изменением индуктивности контурной катушки или ёмкости конденсатора (последний может отсутствовать, его роль выполняет ёмкость антенны).
Детемкторный приёмник - самый простой, базовый, вид радиоприёмника. Не имеет усилительных элементов и не нуждается в источнике электропитания - использует исключительно энергию принимаемого радиосигнала.
Глава 2. Описание опытов на тему: "Электромагнитные колебания и волны"
2.1 Обнаружение электромагнитных волн
Цель демонстраций - помочь учащимся обнаружить электромагнитные волны.
Оборудование:
Демонстрационный гальванометр М1032.
Высоковольтный преобразователь "Разряд-1".
Источник питания В-24.
Антенна.
Приемный диполь на подставке с диодом.
Подъемный столик.
Ход эксперимента:
Предметом познания в демонстрации выступают способы излучения и обнаружения электромагнитных волн.
Для проведения опыта в зажимы высоковольтного преобразователя "Разряд-1" вставляют стержни от вибратора Герца на расстоянии 3-5 мм друг от друга. Приемный диполь с диодом устанавливают на подставке и подключают ко входу зеркального гальванометра М1032, установленного на максимальную чувствительность. Длины стержней вибратора и приемника устанавливают одинаковыми. Приемный диполь располагают параллельно вибратору на расстоянии около 20 см от него (рис 1).
Рис 1.
Рис 2.
Включают высоковольтный преобразователь. Наблюдают проскакивание искр между излучающими стержнями и отклонение светового штриха гальванометра (рис 2). Повернув приемный диполь на некоторый угол или изменив длину его стержней, замечают уменьшение отклонения штриха.
Из опыта делают выводы: источником электромагнитных волн может служить искра, проскакивающая между двумя металлическими стержнями; для наилучшего обнаружения волн необходимо приемную антенну согласовать по длине с передающей и расположить параллельно ей.
2.2 Основные свойства электромагнитных волн
Цель демонстраций - помочь учащимся усвоить основные свойства электромагнитных волн. Оборудование:
Комплект приборов для изучения свойств электромагнитных волн:
Слева генератор с мультивибратором, справа приемник с рупорной антенной.
Призмы прямоугольная и треугольная.
Поляризационные решетки.
Линза из диэлектрика.
Металические пластины и пластины из диэлектрика.
Источник питания ВУП.
Усилитель низкой частоты с громкоговорителем.
Ход эксперимента:
В ходе демонстрации учащиеся должны усвоить основные свойства электромагнитных волн - отражение, поглощение, преломление, интерференцию, дифракцию, поляризацию и поперечность.
Все опыты показываются с комплектом приборов ПЭВ-1, в который входят генератор сантиметровых волн (=3см) с рупорной антенной, приемники с кремниевыми детекторами и рупорной и дипольной антеннами, принадлежности для демонстрации свойств волн. Генератор и приемник снабжены стержнями, которые крепятся в треноге и позволяют фиксировать приборы в разных положениях. Генератор имеет октальный разъем для подключения к октальной панели источника питания ВУП. Приемник подключается на вход усилителя низкой частоты, на выход которого включается громкоговоритель.
Схема подключения рис 1.
Рис 1.
Учащимся сообщают, что вырабатываемые генератором колебания являются амплитудно-модулированными колебаниями (частота модулирующих колебаний 500-600 Гц). В волноводе приемника имеется кремниевый диод, используемый для детектирования. Детектор выделяет из амплитудно-модулированных колебаний высокой частоты, излучаемых генератором, колебания звуковой частоты, которые усиливаются и преобразуются в звук.
Выполнив все необходимые подключения, генератор и приемник устанавливают антеннами друг напротив друга. После прогрева ламп слышат звук частотой 500-600 Гц. Громкость звука настраивают удобной для восприятия, регулируя соответствующей ручкой усилителя. Теперь можно приступать к демонстрации свойств волн.
2.2.1 Поглощение электромагнитных волн
Между генератором и приемником располагают различные предметы - книгу, кусок стекла, прямоугольную призму из диэлектрика. Слышат ослабление звука.
Вывод: проходя через различные предметы, электромагнитная волна частично поглощается.
2.2.2 Отражение электромагнитных волн
Помещают между генератором и приемником металлическую пластину. При этом звук полностью прекращается, так как электромагнитная волна отражается от листа. Для исследования законов отражения генератор и приемник с антеннами поворачивают вверх относительно горизонтальной линии на угол 30-40, а металлическую пластину располагают в горизонтальной плоскости на высоте 10-30 см от антенн. Поворачивают пластину относительно горизонтальной оси, перпендикулярной линии, соединяющей генератор и приемник. Показывают, что звук слышен при равенстве углов падения и отражения волны. Немного поворачивая пластину относительно горизонтальной оси, расположенной вдоль линии генератор-приемник, слышат ослабление звука. В этом случае перпендикуляр, восставленный к плоскости падения в точке падения луча, не лежит в плоскости падающего и отраженного лучей.
Вывод: угол падения электромагнитной волны равен углу отражения; луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к плоскости падения, восставленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
2.2.3 Преломление электромагнитных волн
Антенны оставляют в прежнем положении, а на место отражающей пластины помещают треугольную призму из диэлектрика. При этом слышен звук, хотя и более слабый, чем при отражении. В этом случае электромагнитная волна преломляется в призме и частично поглощается. Изображают ход луча в призме. Изменяя положение призмы, слышат ослабление или полное прекращение звука.
Повторяют первый опыт: расположив источник, и приемник друг напротив друга, вносят в пространство между ними прямоугольную призму. Регистрируют ослабление звука, поскольку волна поглощается призмой. В этом случае преломления луча не происходит, так как угол падения равен 90.
Вывод: при прохождении через диэлектрики электромагнитная волна преломляется, если угол падения не равен 90.
2.2.4 Интерференция электромагнитных волн
Генератор и приемник располагают друг напротив друга, а снизу (или сверху) подносят металлическую пластину в горизонтальном положении. Постепенно поднимают (опускают) пластину и обращают внимание на поочередные ослабления и усиления звука. Объясняют явление тем, что антенна излучает не остронаправленный, а расходящийся пучок лучей. При попадании на пластину лучи отражаются он нее. В результате к приемнику приходят два пучка лучей - прямой и отраженный от пластины (их изображают на рисунке). Обращают внимание, что прямая и отраженная волна являются когерентными (их частоты одинаковы и разность фаз постоянна). Если разность хода лучей равна целому числу длин волн, то они усиливают друг друга (условие максимумов), если же разность хода лучей равна нечетному числу полуволн, то они гасят друг друга (условие минимумов) и звук ослабляется. Звук не гасится полностью, т.к. мощность прямого и отраженного пучков лучей различна.
Вывод: электромагнитные волны могут складываться, в результате чего получается устойчивая картина распределения амплитуд результирующих колебаний (интерференция).
2.2.5 Дифракция электромагнитных волн
Генератор и приемник располагают друг напротив друга на расстоянии 60-80 см. Посередине между ними в специальных держателях на треноге устанавливают металлический экран с двумя щелями (его собирают из двух больших листов и узкой полоски между ними). Плоскость экрана должна быть перпендикулярна линии, соединяющей генератор и приемник. Ширину щелей устанавливают около 3 см (примерно равной длине волны).
Приемник медленно перемещают вдоль экрана и обращают внимание на три участка громкого звука и два участка тихого звука между ними, а также на то, что ширина боковых максимумов больше, чем центрального. Значительно увеличивают или уменьшают ширину щели и повторяют опыт. Ослабление и усиление звука в этом случае менее заметно.
Вывод: на щелях, сравнимых по размеру с длиной волны, наблюдается дифракция электромагнитных волн.
2.2.6 Поперечность и поляризация электромагнитных волн
Расположив генератор и приемник друг напротив друга, добиваются громкого звука. Теперь поворачивают генератор вокруг линии распространения волн на 90 и слышат полное исчезновение звука. То же наблюдается при повороте приемника на 90. Объясняют явление тем, что генератор излучает, а приемник принимает только поляризованную в определенном направлении электромагнитную волну. Теперь между генератором и приемником устанавливают поляризационную решетку на треноге. Поворачивая решетку в оправе, наблюдают ослабление звука и почти полное его прекращение при некотором положении прутьев решетки (как правило, вертикальном). В этом случае вектор напряженности электрического поля волны направлен параллельно прутьям решетки. В результате в прутьях возникают электрические токи и решетка отражает волны. В этом можно убедиться, если расположить приемный рупор по другую сторону от решетки (с той же стороны, что генератор) так, чтобы выполнялись законы отражения. При этом слышен громкий звук.
Вывод: электромагнитная волна является поперечной - в ней колебания векторов напряженности электрического поля и индукции магнитного поля взаимно перпендикулярны и находятся в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Далее демонстрируют поляризацию волн. Для этого устанавливают одну из решеток, чтобы ее прутья располагались под углом 45 к вертикали. В этом случае звук слышен. Берут другую такую же решетку и показывают, что при наклоне прутьев под 45 в другую сторону звук также проходит. Теперь ставят обе решетки и замечают полное гашение звука. На выходе первой решетки волна поляризована, а прутья второй повернуты на 90 относительно прутьев первой. В результате чего волна не проходит через вторую решетку, отражаясь от нее.
Вывод: электромагнитную волну можно поляризовать - выделить в ней колебания только одного направления.
2.3 Модуляция и детектирование электромагнитных колебаний
Цель демонстраций - помочь учащимся освоить модулирование и детектирование электромагнитных колебаний.
Оборудование:
Источник питания В-24
Осциллограф электронный школьный.
Катушка индуктивности на 220 В от универсального трансформатора.
Звуковой генератор школьный.
Ход эксперимента.
Моделирование происходит по следующей схеме.
Рис. 1 Фото 1
Напряжение несущей частоты U1 будем подавать через резистор R1 от звукового генератора, а модулирующее напряжение звуковой частоты U2 через резистор R2 с выхода переменного напряжения источника В-24 (или аналогичного). В качестве катушки индуктивности возьмем катушку на 220 В от универсального трансформатора.
Фото 2 (а)
Фото 2 (б)
Фото 3
Фото 4
Фото 5
Подадим только напряжение высокой частоты U1 (фото 4) и, изменяя частоту колебаний, получим резонанс.
Затем включим источник напряжения низкой частоты (фото 3) и увидим на экране осциллограмму амплитудно-модулированных колебаний (фото 5).
После модуляции произведем детектирование сигнала, подключив еще один самодельный прибор в схему (фото 6).
Фото 6
Получаем детектированный сигнал (фото 7).
Фото 7
Вывод: для получения амплитудно-модулированных колебаний и для детекторного сигнала необходимо к самодельный прибор подключить катушку на 220 В от универсального трансформатора качестве катушки индуктивности подключить источник переменного напряжения низкой частоты.
2.4 Прием радиовещания на детекторный приемник
Цель демонстраций - помочь учащимся усвоить существенные признаки приема радиовещания на детекторном приемнике.
Оборудование:
Радиоприемник детекторный демонстрационный.
Усилитель низкой частоты с громкоговорителем.
Антенна.
(Медная проволока, развернуть при использовании).
Осциллограф электронный школьный.
Ход эксперимента.
Предметом познания в демонстрации выступает устройство и принцип действия простейшего детекторного приемника.
Схема детекторного приемника.
Сначала учащимся объясняют устройство приемника. Для проведения опыта к верхнему зажиму колебательного контура радиоприемника присоединяют антенну (в качестве нее можно использовать длинный провод без изоляции, закрепленный достаточно высоко), а нижний зажим заземляют. Для получения громкоговорящего приема вместо головных телефонов к выходу детекторного приемника подключают усилитель. К выходу усилителя подключают громкоговоритель (если он не установлен в одном корпусе с усилителем). Включают усилитель и, поворачивая ручку конденсатора переменной емкости, настраивают приемник. Чтобы перейти на другой диапазон, катушку приемного контура вынимают и включают противоположной стороной.
Настроив приемник на какую-либо станцию, подключают к нему осциллограф. Устанавливают самый низкий диапазон частоты генератора развертки и максимальное усиление. Сначала осциллограф включают на вход приемника и наблюдают на экране модулированные колебания. Затем включают осциллограф на выход приемника и наблюдают колебания звуковой частоты.
Вывод: простейший радиоприемник состоит из приемной антенны, колебательного контура, собственную частоту которого можно регулировать (чаще всего конденсатором переменной емкости), диода, используемого для детектирования, и высокоомных головных телефонов. Для получения громкоговорящего приема к выходу детекторного приемника вместо головных телефонов подключают усилитель и громкоговоритель.
Глава 3. Разработка электронных инструкций для постановки учебного эксперимента
Демонстрационный эксперимент является одной из составляющих учебного физического эксперимента и представляет собой воспроизведение физических явлений преподавателем на демонстрационном столе с помощью специальных приборов. Он относится к иллюстративным эмпирическим методам обучения. Роль демонстрационного эксперимента в обучении определяется той ролью, которую эксперимент играет в физике-науке как источник знаний и критерий их истинности, и его возможностями для организации учебно-познавательной деятельности учащихся.
Значение демонстрационного физического эксперимента заключается в том, что:
учащиеся знакомятся с экспериментальным методом познания в физике, с ролью эксперимента в физических исследованиях (в итоге у них формируется научное мировоззрение);
у учащихся формируются некоторые экспериментальные умения: наблюдать явления, выдвигать гипотезы, планировать эксперимент, анализировать результаты, устанавливать зависимости между величинами, делать выводы и т.п.
Демонстрационный эксперимент, являясь средством наглядности, способствует организации восприятия учащимися учебного материала, его пониманию и запоминанию; позволяет осуществить политехническое обучение учащихся; способствует повышению интереса к изучению физике и созданию мотивации учения. Но при проведении преподавателем демонстрационного эксперимента учащиеся только пассивно наблюдают за опытом, проводимым преподавателем, сами при этом ничего не делают собственными руками. Следовательно, необходимо наличие самостоятельного эксперимента учащихся по физике.
Обучение физике нельзя представить только в виде теоретических занятий, даже если учащимся на занятиях показываются демонстрационные физические опыты. Ко всем видам чувственного восприятия надо обязательно добавить на занятиях “работу руками”. Это достигается при выполнении учащимися лабораторного физического эксперимента, когда они сами собирают установки, проводят измерения физических величин, выполняют опыты. Лабораторные занятия вызывают у учащихся очень большой интерес, что вполне естественно, так как при этом происходит познание студентом окружающего мира на основе собственного опыта и собственных ощущений.
Значение лабораторных занятий по физике заключается в том, что у учащихся формируются представления о роли и месте эксперимента в познании. При выполнении опытов у учащихся формируются экспериментальные умения, которые включают в себя как интеллектуальные умения, так и практические.
К первой группе относятся умения:
определять цель эксперимента,
выдвигать гипотезы,
подбирать приборы,
планировать эксперимент,
вычислять погрешности,
анализировать результаты,
оформлять отчет о проделанной работе.
Ко второй группе относятся умения:
собирать экспериментальную установку,
наблюдать,
измерять,
экспериментировать.
Кроме того, значение лабораторного эксперимента заключается в том, что при его выполнении у учащихся вырабатываются такие важные личностные качества, как аккуратность в работе приборами; соблюдение чистоты и порядка на рабочем месте, в записях, которые делаются во время эксперимента, организованность, настойчивость в получении результата. У них формируется определенная культура умственного и физического труда.
Фронтальные лабораторные работы - это такой вид практических работ, когда все учащиеся класса одновременно выполняют однотипный эксперимент, используя одинаковое оборудование. Фронтальные лабораторные работы выполняются чаще всего группой учащихся, состоящей из двух человек, иногда имеется возможность организовать индивидуальную работу. Соответственно в кабинете должно быть 15-20 комплектов приборов для фронтальных лабораторных работ. Общее количество таких приборов будет составлять около тысячи штук. Названия фронтальных лабораторных работ приводятся в учебных программах. Их достаточно много, они предусмотрены практически по каждой теме курса физики. Перед проведением работы учитель выявляет подготовленность учащихся к сознательному выполнению работы, определяет вместе с ними ее цель, обсуждает ход выполнения работы, правила работы с приборами, методы вычисления погрешностей измерений. Фронтальные лабораторные работы не очень сложны по содержанию, тесно связаны хронологически с изучаемым материалом и рассчитаны, как правило, на одном из лабораторных занятий. Описания лабораторных работ можно найти в школьных учебниках по физике.
Физический практикум проводится с целью повторения, углубления, расширения и обобщения полученных знаний из разных тем курса физики; развития и совершенствования у учащихся экспериментальных умений путем использования более сложного оборудования, более сложного эксперимента; формирования у них самостоятельности при решении задач, связанных с экспериментом. Физический практикум не связан по времени с изучаемым материалом, он проводится, как правило, в конце учебного года, иногда - в конце первого и второго полугодий и включает серию опытов по той или иной теме. Работы физического практикума учащиеся выполняют в группе из 2-4 человек на различном оборудовании; на следующих занятиях происходит смена работ, что делается по специально составленному графику. Составляя график, учитывают число учащихся в ВУЗе, число работ практикума, наличие оборудования. На каждую работу физического практикума отводятся два учебных часа, что требует введения в расписание сдвоенных пар по физике. Это представляет затруднения. По этой причине и из-за недостатка необходимого оборудования практикуют одночасовые работы физического практикума. Следует отметить, что предпочтительными являются двухчасовые работы, поскольку работы практикума сложнее, чем фронтальные лабораторные работы, выполняются они на более сложном оборудовании, причем доля самостоятельного участия студентов значительно больше, чем в случае фронтальных лабораторных работ.
К каждой работе я составил инструкцию, которая содержит: название, цель, список приборов и оборудования с фотографиями, краткую теорию, описание неизвестных учащимся приборов, план выполнения работы. После проведения работы учащиеся должны сдать отчет, который должен содержать: название работы, цель работы, список приборов, схему или рисунок установки, план выполнения работы, выводы. При оценке работы учащихся в практикуме следует учитывать их подготовку к работе, отчет о работе, уровень сформированности умений, понимание теоретического материала, используемых методов экспериментального исследования.
Также для того, что бы учащийся смог разобраться и выполнить лабораторную работу мной были отсняты и найдены видео фрагменты опытов, которые прилагаются на DVD-диске к данной работе.
электромагнитное колебание волна опыт
Заключение
Уже в определении физики как науки заложено сочетание в ней как теоретической, так и практической частей. Считается важным, чтобы в процессе обучения учащихся физике преподаватель смог как можно полнее продемонстрировать своим студентам взаимосвязь этих частей. Ведь когда учащиеся почувствуют эту взаимосвязь, то они смогут многим процессам, происходящим вокруг них в быту, в природе, дать верное теоретическое объяснение. Это может являться показателем достаточно полного владения материалом.
Какие формы обучения практического характера можно предложить в дополнение к рассказу преподавателя? В первую очередь, конечно, это наблюдение студентами за демонстрацией опытов, проводимых преподавателем в классе при объяснении нового материала или при повторении пройденного, так же можно предложить опыты, проводимые самими студентами в лабораторной, во время уроков в процессе фронтальной лабораторной работы под непосредственным наблюдением преподавателя. Еще можно предложить:
1) опыты, проводимые самими студентами в классе во время физического практикума;
2) опыты-демонстрации, проводимые студентами при ответах;
3) опыты, проводимые студентами вне ВУЗа по домашним заданиям преподавателя;
4) наблюдения кратковременных и длительных явлений природы, техники и быта, проводимые учащимися на дому по особым заданиям преподавателя. Опыт же не только учит, он увлекает студента, заставляет лучше понимать то явление, которое он демонстрирует. Ведь известно, что человек заинтересованный в конечном результате добивается успеха. Так и в данном случае заинтересовав студента, пробудем тягу к знаниям. Использование всякого рода викторин основана тоже на том, что бы заинтересовать, но здесь и проявляется монет игры соревнования, то есть спортивный интерес. От умения преподавателя применять такого рода опыты напрямую зависит успеваемость его студентов.
Я думаю, по данной разработанной мной электронную инструкции для постановки учебного эксперимента учащийся увидит опыт и смет проделать его сам. Эта инструкция соответствует требованиям по выбранной программе обучения. В ней идет ознакомление учащихся с возможной схемой экспериментальной установки и оборудованием для осуществления данного эксперимента. Считаю, что эта инструкция может быть изменена при изменении программы обучения или при изменении оборудования в лабораторной методики обучения физике (лабораторная аудитория № 107).
Список использованной литературы
1. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Колебания и волны.11 кл.: Учеб. для углубленного изучения физики. - М.: Дрофа, 2002. - 288 с.
2. Физика: Учеб. пособие для 11 кл. шк. и классов с углубл. изуч. физики/ А.Т. Глазунов, О.Ф. Кабардин, А.Н. Малинин и др.; Под ред.А. А. Пинского. - М.: Просвещение, 1995. - 432 с.
3. Телеснин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество.М. 1970.
4. Сборник по методике и технике физического эксперимента. Под ред. Н.В. Алексеева. М.: “Учпедгиз”, 1960.
5. Теория и методика обучения физике в школе. Общие вопросы. Под ред. С.Е. Каменецкого, Н.С. Пурышевой. М.: “Академия”, 2000
6. Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. т.2. М.
7. Шахмаев Н.М., Каменский С.Е. Демонстрационные опыты по электродинамике. Изд.2-е, переб. Пособие для учителей.М., "Просвещение", 1973. - 352 с.
8. Буров В.А., Зворынин Б.С., Понкровский А.А., Румянцев И.М. Демонстрационный эксперимент по физике. Часть 2.М., "Просвещение", 1968. - 430 с.
9. Методическая литература по курсу физика WWW.METODIST.ru
10. Сборник физических законов WWW.ADNET.ru
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие волны и ее отличие от колебания. Значение открытия электромагнитных волн Дж. Максвеллом, подтверждающие опыты Г. Герца и эксперименты П. Лебедева. Процесс и скорость распространения электромагнитного поля. Свойства и шкала электромагнитных волн.
реферат [578,5 K], добавлен 10.07.2011Линейная, круговая и эллиптическая поляризация плоских электромагнитных волн. Отражение и преломление волны на плоской поверхности. Нормальное падение плоской волны на границу раздела диэлектрик-проводник. Глубина проникновения электромагнитной волны.
презентация [1,1 M], добавлен 29.10.2013Излучение электромагнитных волн. Характеристика электродинамических потенциалов. Понятие и особенности работы элементарного электрического излучателя. Поля излучателя в ближней и дальней зонах. Расчет резонансной частоты колебания. Уравнения Максвелла.
контрольная работа [509,3 K], добавлен 09.11.2010Экспериментальное получение электромагнитных волн. Плоская электромагнитная волна. Волновое уравнение для электромагнитного поля. Получение модуля вектора плотности потока энергии. Вычисление давления электромагнитных волн и уяснение его происхождения.
реферат [28,2 K], добавлен 08.04.2013Энергия электромагнитных волн. Вектор Пойнтинга, свойства. Импульс, давление электромагнитного поля. Излучение света возбужденным атомом. Задача на определение тангенциальной силы, действующей на единицу поверхности зеркала со стороны падающего излучения.
контрольная работа [116,0 K], добавлен 20.03.2016Одномерные и гармонические колебания. Сложение двух гармонических колебаний с одинаковыми амплитудами, частотами. Распространение колебаний в материальной среде. Электромагнитные волны и рентгеновские лучи. Дифракция и интерференция волн. Атомный фактор.
реферат [2,8 M], добавлен 07.03.2009Движение электромагнитных волн в веществе. Отражение и преломление плоской однородной волны на плоской поверхности раздела двух сред и двух идеальных диэлектриков. Формулы Френеля, связь между амплитудами падающей, отраженной и преломленной волн.
курсовая работа [770,0 K], добавлен 05.01.2017Сущность и свойства электромагнитных волн, особенности их распространения и деление по частотным диапазонам. Условия возникновения радиоволн. Характеристика инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Содержание метода зон Френеля.
презентация [328,4 K], добавлен 05.02.2012Напряженность электростатического поля, его потенциал. Постоянный электрический ток. Магнитное поле тока. Явление электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Гармонические колебания, электромагнитные волны. Элементы геометрической оптики.
презентация [12,0 M], добавлен 28.06.2015Требования к уровню подготовки учащихся. Методика изучения раздела "Механические колебания и волны". Особенности превращения энергии при гармонических колебаниях. Природа возникновения механических волн и звука, составление компьютерных моделей.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 08.10.2013Процесс управления высокочастотными колебаниями при передаче речи, музыки или телевизионных сигналов. Ток несущей частоты. Амплитудная модуляция. Наблюдение модуляции, формы и частоты колебаний. Детектирование.
лабораторная работа [179,0 K], добавлен 19.07.2007Определение напряженности магнитного поля элементарного вибратора в ближней зоне. Уравнения бегущих волн. Их длина и скорость их распространения в дальней зоне. Направления вектора Пойнтинга. Мощность и сопротивление излучения электромагнитных волн.
презентация [223,8 K], добавлен 13.08.2013Интерференция и дифракция волн на поверхности жидкости. Интерференция двух линейных волн, круговой волны в жидкости с её отражением от стенки. Отражение ударных волн. Электромагнитные и акустические волны. Дифракция круговой волны на узкой щели.
реферат [305,0 K], добавлен 17.02.2009Распространение волн в упругой среде. Уравнение плоской и сферической волны. Принцип суперпозиции, разложение Фурье и эффект Доплера. Наложение встречных плоских волн с одинаковой амплитудой. Зависимость длины волны от относительной скорости движения.
презентация [2,5 M], добавлен 14.03.2016Величины, характеризующие волну, ее свойства и колебания. Условия возникновения механической ее разновидности. Специфика поперечной и продольной волны. Особенности колебания водной поверхности. Громкость звука, визуальное представление звуковой волны.
презентация [293,9 K], добавлен 27.02.2014Условия возникновения колебаний. Гармонические колебания и их характеристики. Скорость и ускорение. Затухающие, вынужденные колебания, резонанс. Период математического и пружинного маятников. Волны в упругой среде. Длина, интенсивность и скорость волны.
шпаргалка [62,5 K], добавлен 08.05.2009Система уравнений Максвелла в дифференциальной и интегральной формах. Исследования Р. Герца. Скорость распространения электромагнитных волн. Открытие фотоэлектрического эффекта. Расчет давления света. Энергия, импульс и масса ЭМП. Вектор Умова-Пойнтинга.
презентация [2,7 M], добавлен 14.03.2016Равномерное и ускоренное движение. Движение под углом к горизонту. Движение тела, брошенного горизонтально. Сила всемирного тяготения, криволинейное движение. Механика жидкостей и газов, электромагнитные колебания, молекулярно-кинетическая теория.
краткое изложение [135,9 K], добавлен 18.04.2010История открытия электричества. Заряды как основа электрического поля, создание магнитного поля через их движение по проводнику. Характеристика величины электрического поля. Длина электромагнитной волны. Международная классификация электромагнитных волн.
реферат [173,9 K], добавлен 30.08.2012Колебания - один из самых распространенных процессов в природе и технике. Процесс распространения колебаний среди множества взаимосвязанных колебательных систем называют волновым движением. Свойства свободных колебаний. Понятие волнового движения.
презентация [5,0 M], добавлен 13.05.2010
