А.7. Применение компьютерной лаборатории L.

Магомедов Абдул Маграмович

А.7. Применение компьютерной лаборатории L.

Скачать:

ВложениеРазмер
Файл primenenie_l-mikro.pptx1.66 МБ
Файл primenenie_kompyuternoy_laboratorii_l.docx597.28 КБ

Предварительный просмотр:


Подписи к слайдам:

Слайд 1

Применение компьютерной лаборатории L-микро на уроке физики .

Слайд 2

Цель: ознакомление учителей на конкретных примерах с особенностями использования компьютерного измерительного блока и проведение тренинга с новым комплектом оборудования на основе одной из работ физического практикума. Задачи: Ознакомить слушателей с компьютерной лабораторией L-микро; Продемонстрировать некоторые эксперименты с использованием компьютерного измерительного блока; Провести лабораторную работу с одним из комплектов лаборатории L-микро .

Слайд 3

Компьютерная лаборатория L-микро Оборудование серии L-микро® представляет собой единую экспериментальную среду , объединяющую демонстрационное оборудование и наборы для лабораторных работ и практикума . Его ядром является персональный компьютер с измерительным блоком . Для проведения измерений служат датчики физических величин , которые подключаются к измерительному блоку .

Слайд 4

Компьютерный измерительный блок Компьютерный измерительный блок используется для подключения к компьютеру датчиков и измерительных устройств , используемых в учебном демонстрационном эксперименте и работах практикума Блок комплектуется кабелем для подключения к компьютеру, переходным разъемом, CD-ROM с программным обеспечением.

Слайд 5

Подключение Входы 1 и 2 измерительного блока служат для подключения датчиков (к каждому входу может подключаться до 2 датчиков). Вход 3 предназначен для подключения удлинительного кабеля (к которому также могут быть подключены один или два датчика) и управления внешним устройством (электромагнитом). Параметры внешнего устройства: Потребляемый ток - не более 0,45 А Напряжение питания - не более 12В Блок подключается к USB порту персонального компьютера .

Слайд 6

Минимальные системные требования к компьютеру: Windows 95/98/ME/NT4/2000/XP, Pentium II 400 Мгц или аналогичный, 64 Мбайт ОЗУ, CD-ROM, mouse, 30 Мбайт свободного места на жестком диске

Слайд 7

Принцип действия Компьютерный измерительный блок L-микро преобразует сигнал, поступающий от датчиков, в цифровой ко д, который далее обрабатывается в компьютере. Измерительный блок выполнен на базе 12-ти разрядного 4-х канального аналого-цифрового преобразователя. Компьютерный измерительный блок подключается к компьютеру с помощью прилагаемого кабеля. При подключении кабеля к компьютеру может быть использован переходник с 9-ти на 25-и контактный разъем. После включения питания компьютера и измерительного блока программное обеспечение самостоятельно производит настройку аппаратуры.

Слайд 8

Технические характеристики: - 2 канала регистрации данных (подключение до 2 датчиков одновременно) - канал управления внешним устройством (например, электромагнитом) - диапазон измеряемых напряжений – от -10 В до +10 В - точность измерения напряжения - 5 мВ - Максимальная частота оцифровки сигнала, кГц 40 - Входное сопротивление, кОм 100

Слайд 9

Меры безопасности При работе с компьютерный измерительный блоком необходимо выполнять общие правила работы с электрическими установками и требования безопасности . К работе с компьютерным измерительный блоком допускаются лица, ознакомленные с его устройством, принципом действия и мерами безопасности в соответствии с требованиями, приведенными в настоящем разделе. Не допускать механических воздействий на корпус компьютерного измерительного блока. Не допускать попадание жидкости в корпус и разъемы компьютерного измерительного блока. Запрещается вскрывать компьютерный измерительный блок, а также подвергать его ударным и силовым нагрузкам .

Слайд 10

Компьютерный измерительный блок необходим для работы со следующим оборудованием: Датчик давления Датчик угла поворота Датчик числа оборотов Приставка "Осциллограф" к измерительному блоку Набор демонстрационный «Механика » Набор демонстрационный «Вращательное движение » Набор демонстрационный «Тепловые явления » Набор демонстрационный «Газовые законы и свойства насыщенных паров » Датчик ионизирующего излучения Датчик магнитного поля Датчик звука

Слайд 11

Установка программы « L – микро» установить на компьютер CD с программным обеспечением и видеофрагментами , демонстрирующими работу оборудования L-микро; просмотреть несколько фрагментов с диска; подсоединить измерительный блок; присоединить датчик времени; проверить работу датчика времени; закрыть программу и зайти через меню «Пуск» > «Все программы» > « L – микро» - > « L – микро» ; включить функцию «Поиск измерительной системы»

Слайд 12

Набор демонстрационный "Механика"

Слайд 13

Описание Набор демонстрационный «Механика» обеспечивает проведение демонстрационных экспериментов по следующим тематикам: изучение кинематики и динамики поступательного движения; сила трения; закон сохранения движения; механические колебания.

Слайд 14

Демонстрации Равномерное движение Перемещение при равномерном движении Неравномерное движение. Понятие средней скорости. Определение мгновенной скорости Определение ускорения при равноускоренном движении Зависимость скорости от времени при равноускоренном движении Путь, пройденный телом при равноускоренном движении (вариант 1) Путь пройденный телом при равноускоренном движении (вариант 2) Определение ускорения свободного падения (вариант 1) Определение ускорения свободного падения (вариант 2) Проявление инерции Зависимость ускорения от величины силы и массы Движение системы тел в поле силы тяжести Движение тела по наклонной плоскости без трения Движение тела по наклонной плоскости с трением Закон сохранения импульса Упругий удар Сохранение механической энергии в поле силы тяжести Измерение периода колебаний маятника Измерение интервалов времени

Слайд 15

Комплектация Скамья для изучения механического движения Тележки на магнитной подвеске – 2 шт. Ограничитель Брусок для изучения движения с трением Оптоэлектрические датчики – 2 шт. Транспортир с отвесом Блок Грузы наборные – 2 шт. Стальные шарики – 3 шт. Пусковое устройство Маятник Кабель соединительный (5 м)

Слайд 16

Элементы набора устанавливаются на вертикальной доске с металлической основой .

Слайд 17

Для работы необходимы: Блок питания 24 В регулируемый Компьютерный измерительный блок Набор обеспечен рекомендациями по использованию .

Слайд 18

Преимущества компьютерной измерительной системы высокая повторяемость результатов опыта, возможность оперативной обработки результатов, проведение большего количества демонстрационных опытов за время урока.

Слайд 19

Задание Интерет-олимпиады 2010 для 10 класса. Измерьте среднюю и мгновенную скорость тележки (12 баллов) По наклонному рельсу из точки с координатой х=0 из состояния покоя начинает равноускоренно двигаться тележка. Определите время движения тележки до её удара о стенку, а также её среднюю и конечную скорость на отрезке от x=0 до x=0.5 м Время определите с точностью до тысячных, а остальные величины до сотых, и отошлите результаты на сервер. В промежуточных вычислениях сохраняйте не менее 4 значащих цифр. Оптические датчики срабатывают при пересечении светового луча датчика флажком тележки. Положение ворот с оптическими датчиками можно изменять при помощи мыши или задавая значения их координат х 1 и х 2 при помощи клавиатуры. Внимание: задание можно выполнять только из проигрывателя BARSIC. В калькуляторе можно использовать сложение, вычитание, умножение *, деление /, функции sqrt ( x ) - квадратный корень из x , а также sin ( x ), cos ( x ), tg ( x ), arcsin ( x ), arccos ( x ), arctg ( x ) и т.д., а также выражения любой сложности с использованием этих операций (не забывайте заключать части выражений в круглые скобки и ставить символ умножения).

Слайд 20

Модель

Слайд 22

Набор для демонстрации вращательного движения Возникновение цетгростремительной силы Центростремительная сила Равновесие системы вращающихся тел Моделирование опыта Штерна Модель маятника Фуко Вращение жидкости Вынужденные механические колебания и резонанс § 5. Принцип относительности» 5.7*. Какую форму имеет поверхность жидкости во вращающемся цилиндрическом сосуде?

Слайд 23

Набор демонстрационный "Газовые законы" Набор демонстрационный «Газовые законы и свойства насыщенных паров» предназначен для демонстрации основных закономерностей, изучаемых по теме «Молекулярная физика» курса физики базового и профильного уровней полной средней школы, знакомства учащихся с такими понятиями, как изопроцессы в идеальном газе, работа газа, циклический процесс, насыщенный пар.

Слайд 24

Замечание : стеклянный сосуд для горячей воды не поставляется вместе с прибором , подобрать подходящую емкость довольно сложно; демонстрация изобарного и изохорного процессов занимает намного больше времени, т.к. требуется достаточно заметное изменение температуры . Демонстрация изобарного и изохорного процессов менее удобна по следующим причинам:

Слайд 25

0 V , м 3 Р, Па 1 2 V 1 р 2 р 1 3 V 2 4 р 3 р 4

Слайд 26

T , К V , м 3 T , К р, Па р 3 р 2 Т 1 , 2 2 3 0 Т 3 , 4 Т 1,2 V 2,3 Т 3 ,4 2 3 р 1 1 р 4 4 р, Па V , м 3 0 Т 1 , 2 Т 3 , 4 р 1 р 4 р 2 р 3 1 4 3 2 1 4

Слайд 27

Лабораторные наборы Механика Электричество Оптика

Слайд 28

Лабораторный набор "Механика"

Слайд 29

Состав набора Направляющая рейка Каретка Секундомер с двумя датчиками Стойка штатива Основание штатива Муфта с двумя винтами Перекладина Рычаг с осью и двумя балансирами Блок неподвижный Блок подвижный Коврик пластиковый Груз Шарик стальной Крючок для подвески груза к рычагу Подставка Перемычка для секундомера

Слайд 30

Датчик секундомера При прохождении каретки мимо первого датчика происходит пуск секундомера , мимо второго - остановка . На датчиках нанесены метки, служащие для определения координат мест их установки на направляющей рейке.

Слайд 31

ЭЛЕКТРОННЫЙ СЕКУНДОМЕР Секундомер позволяет: измерять промежутки времени длительностью от 0,01 с до 100 с; измерять время прохождения телом отдельных участков траектории с точностью 0,01с; Режим работы: ручной / автоматический

Слайд 32

Перечень лабораторных работ Градуирование пружины и измерение сил динамометром; Измерение силы трения скольжения и сравнение её с весом тела; Исследование влияния площади трущихся поверхностей на силу трения; Выяснение условия равновесия рычага; Изучение устройства и действия неподвижного блока; Изучение устройства и действия подвижного блока; Определение КПД при подъеме тела по наклонной плоскости; Изучение "золотого правила" механики. Сравните значения работ A 1 и А 2 и сделайте вывод, даёт ли такой механизм как рычаг выигрыш в работе; Измерение скорости неравномерного движения; Исследование зависимости скорости равноускоренного движения от времени; Измерение ускорения движения тела;

Слайд 33

Перечень лабораторных работ Исследование зависимости перемещения от времени при равноускоренном движении; Проверка соотношения перемещений при равноускоренном движении; Исследование движения тела пол действием нескольких сил; Измерение жёсткости пружины; Измерение коэффициента трения скольжения; Изучение движения тела, брошенного горизонтально ; Определение ускорение тела по величине действующей на него силы и массе тела; Изучение равновесия тел под действием нескольких сил; Изучение закона сохранения механической энергии; Исследование зависимости периода колебаний маятника от длины подвеса; Измерение ускорения свободного падения с помощью маятника.

Слайд 34

Измерение скорости неравномерного движения Сделайте выводы о качестве выполнения лабораторной работы с использованием нового оборудования; Напишите рекомендации учителю и ученикам для выполнения данной лабораторной работы.

Слайд 35

Набор демонстрационный «Геометрическая оптика»

Слайд 36

Наборы "Электричество 1, 2, 3"

Слайд 37

Набор демонстрационный «Волновая оптика»

Слайд 38

По вопросам обращайтесь http://edu.of.ru/fizmatklass/ - Персональный сайт учителя математики и физики Поповой И.А. E-mail : rina1396@rambler.ru



Предварительный просмотр:

CRW_3494.jpg

бюджетное учреждение профессионального образования

Ханты-Мансийского автономного округа – Югры

«Мегионский политехнический колледж»

Применение

информационно-коммуникативных технологий

на уроках физики

Выполнил:

преподаватель физики

 Магомедов А.М.

Мегион,2022

Автор-составитель:  А.М. Магомедов, преподаватель физики

        Рецензенты: Л.М. Хучашева, заведующая БУ ПО «МПК»,

                               Т.А. Антоненко, заведующая БУ ПО «МПК».

.

 

Краткая аннотация

           «Методическая разработка раскрывает особенности преподавания физики с использованием нового ИКТ - оборудования и предназначена для адаптации учителей физики к экспериментам и лабораторным работам из лаборатории L – микро, завязанной на работе с компьютерным измерительным блоком. В работе подробно излагаются основные принципы работы с новым оборудованием, разработаны тренинги для освоения наиболее проблемных аспектов практического применения ИКТ, приведены фрагменты использования экспериментов на уроках и во внеурочной деятельности»

        

Мегион, 2022

Содержание

Введение        3

  1. Лаборатория L – микро        5
  1. Компьютерный измерительный блок        5
  1. Подключение        6
  2. Принцип действия        7
  3. Технические характеристики        7
  4. Меры безопасности        8
  5. Перечень датчиков        8
  1. Тренинг 1 «Установка программы «L – микро»        9
  1. Демонстрационный эксперимент        10
  1. Набор демонстрационный "Механика"        10
  1. Описание        10
  2. Комплектация        11
  1. Тренинг 2. Проведение экспериментов        10
  1. Связь с интернет-олимпиадой        13
  1. Эксперимент «Вращение жидкости»        14
  1. Формулировка задачи        14
  2. Подготовка эксперимента        15
  3. Выполнение эксперимента        15
  1. Набор демонстрационный " Газовые законы"        16
  1. Тренинг 3. Демонстрация изотермического процесса        17
  2. Фрагмент урока по теме «Изопроцессы в газах»        17
  1. Лабораторные комплекты        19
  1. Знакомство с лабораторными наборами        19
  1. Набор по механике        19
  2. Датчик секундомера        20
  3. Перечень лабораторных работ        21
  1. Тренинг 4. Выполнение лабораторной работы № 9 «Измерение скорости неравномерного движения»        22

Заключение        23

Литература        25

Приложение        27

Введение

В современном обществе использование информационных технологий[1] становится необходимым практически в любой сфере деятельности человека. Овладение навыками этих технологий еще за школьной партой во многом определяет успешность будущей профессиональной подготовки нынешних обучающихся.

В настоящее время все больше школ получают новое оборудование.  Компьютер универсален, он - гораздо лучшая "контролирующая машина", чем те, что разрабатывались ранее; при работе с ним можно использовать все полезные наработки программированного обучения, им можно заменить телевизор и кинопроектор, таблицы, плакаты, кодограммы, калькуляторы и многое другое.

Физика - наука экспериментальная, и для ее изучения необходимо использовать опыты. Компьютер выступает как часть исследовательской установки, лабораторного практикума, на нем можно моделировать различные физические процессы.

Перед учителем встают новые проблемы:

  • Проверка комплектации новых пособий;
  • Освоение новой техники;
  • Создание новых методик преподавания, основанных на использовании современной информационной среды обучения.

Цель работы: ознакомление учителей на конкретных примерах с особенностями использования компьютерного измерительного блока и проведение тренинга с новым комплектом оборудования на основе одной из работ физического практикума.

Задачи:

  1. Ознакомить слушателей с компьютерной лабораторией L-микро;
  2. Продемонстрировать некоторые эксперименты с использованием компьютерного измерительного блока;
  3. Провести лабораторную работу с одним из комплектов лаборатории L-микро.

  1. Лаборатория L – микро[2]

Оборудование серии L-микро® представляет собой единую экспериментальную среду, объединяющую демонстрационное оборудование и наборы для лабораторных работ и практикума. Его ядром является персональный компьютер с измерительным блоком. Для проведения измерений служат датчики физических величин, которые подключаются к измерительному блоку.

Безопасная для здоровья учащихся и сформированная с опорой на блочно-тематический принцип номенклатура оборудования L-микро® полностью соответствует перечням оснащения общеобразовательных учреждений, утвержденным Министерством Образования РФ.

  1. Компьютерный измерительный блок[3]

Компьютерный измерительный блок используется для подключения к компьютеру датчиков и измерительных устройств, используемых в учебном демонстрационном эксперименте и работах практикума.

Блок комплектуется

  • кабелем для подключения к компьютеру,
  • переходным разъемом,
  • CD-ROM с программным обеспечением.

  1. Подключение[4]

  • Блок подключается к USB порту персонального компьютера.
  • Входы 1 и 2 измерительного блока служат для подключения датчиков (к каждому входу может подключаться до 2 датчиков). Вход 3 предназначен для подключения удлинительного кабеля (к которому также могут быть подключены один или два датчика) и управления внешним устройством (электромагнитом).

Параметры внешнего устройства:

  • Потребляемый ток - не более 0,45 А;
  • Напряжение питания - не более 12В

Особо хочу акцентировать внимание на системных требованиях к компьютеру[5], т.к. мне задавалось много вопросов, связанных с тем, к любому ли компьютеру можно подключать измерительный блок. Отвечаю: да, к любому, если компьютер удовлетворяет минимальным системных требованиям:

  • Windows 95/98/ME/NT4/2000/XP, Pentium II 400 Мгц или аналогичный,
  • 64 Мбайт ОЗУ,
  • CD-ROM,
  • mouse,
  • 30 Мбайт свободного места на жестком диске

Этим требованиям удовлетворяет достаточно много компьютеров даже не новых, а 7-8- летней давности выпуска.

  1. Принцип действия[6]

  • Компьютерный измерительный блок L-микро преобразует сигнал, поступающий от датчиков, в цифровой код, который далее обрабатывается в компьютере. Измерительный блок выполнен на базе 12-ти разрядного 4-х канального аналого-цифрового преобразователя.
  • Компьютерный измерительный блок подключается к компьютеру с помощью прилагаемого кабеля. При подключении кабеля к компьютеру может быть использован переходник с 9-ти на 25-и контактный разъем. После включения питания компьютера и измерительного блока программное обеспечение самостоятельно производит настройку аппаратуры.

  1. Технические характеристики:

  • 2 канала регистрации данных (подключение до 2 датчиков одновременно)
  • канал управления внешним устройством (например, электромагнитом)
  • диапазон измеряемых напряжений – от -10 В до +10 В
  • точность измерения напряжения - 5 мВ
  • Максимальная частота оцифровки сигнала, кГц 40
  • Входное сопротивление, кОм 100
  1. Меры безопасности
  • При работе с компьютерный измерительный блоком необходимо выполнять общие правила работы с электрическими установками и требования безопасности.
  • К работе с компьютерным измерительный блоком допускаются лица, ознакомленные с его устройством, принципом действия и мерами безопасности в соответствии с требованиями, приведенными в настоящем разделе.
  • Не допускать механических воздействий на корпус компьютерного измерительного блока.
  • Не допускать попадание жидкости в корпус и разъемы компьютерного измерительного блока.
  • Запрещается вскрывать компьютерный измерительный блок, а также подвергать его ударным и силовым нагрузкам.

  1. Перечень датчиков
  2. Компьютерный измерительный блок необходим для работы со следующим оборудованием[7] (перечень сопровождается показом датчиков из набора):
  • Датчик давления
  • Датчик угла поворота
  • Датчик числа оборотов
  • Приставка "Осциллограф" к измерительному блоку
  • Набор демонстрационный "Механика»
  • Набор демонстрационный "Вращательное движение»
  • Набор демонстрационный "Тепловые явления»
  • Набор демонстрационный "Газовые законы и свойства насыщенных паров»
  • Датчик ионизирующего излучения
  • Датчик магнитного поля
  • Датчик звука

  1. Тренинг 1 «Установка программы «L – микро».

Слушателям предлагается

  1. установить на компьютер CD с программным обеспечением и видеофрагментами, демонстрирующими работу оборудования L-микро;
  2. просмотреть несколько фрагментов с диска;
  3. подсоединить измерительный блок;
  4. присоединить датчик времени;
  5. проверить работу датчика времени;
  6. закрыть программу и зайти через меню «Пуск» > «Все программы» > «L – микро» - > «L – микро»;
  7. включить функцию «Поиск измерительной системы»

  1. Демонстрационный эксперимент
  1. Набор демонстрационный "Механика"
  1. Описание

Набор демонстрационный «Механика» обеспечивает проведение демонстрационных экспериментов по следующим тематикам:

  • изучение  кинематики и динамики поступательного движения;
  • сила трения;
  • закон сохранения движения;
  • механические колебания.

Работает совместно с компьютерным измерительным блоком. Позволяет выполнить 20 демонстраций[8]:

  1. Равномерное движение
  2. Перемещение при равномерном движении
  3. Неравномерное движение. Понятие средней скорости.
  4. Определение мгновенной скорости
  5. Определение ускорения при равноускоренном движении
  6. Зависимость скорости от времени при равноускоренном движении
  7. Путь, пройденный телом при равноускоренном движении (вариант 1)
  8. Путь пройденный телом при равноускоренном движении (вариант 2)
  9. Определение ускорения свободного падения (вариант 1)
  10. Определение ускорения свободного падения (вариант 2)
  11. Проявление инерции
  12. Зависимость ускорения от величины силы и массы
  13. Движение системы тел в поле силы тяжести
  14. Движение тела по наклонной плоскости без трения
  15. Движение тела по наклонной плоскости с трением
  16. Закон сохранения импульса
  17. Упругий удар
  18. Сохранение механической энергии в поле силы тяжести
  19. Измерение периода колебаний маятника
  20. Измерение интервалов времени
  1. Комплектация[9]

(перечень сопровождается показом приборов):

  1. Скамья для изучения механического движения
  2.  Тележки на магнитной подвеске – 2 шт.
  3.  Ограничитель
  4. Брусок для изучения движения с трением
  5. Оптоэлектрические датчики – 2 шт.
  6. Транспортир с отвесом
  7. Блок
  8. Грузы наборные – 2 шт. 
  9. Стальные шарики – 3 шт.
  10. Пусковое устройство
  11. Маятник
  12. Кабель соединительный (5 м)

Элементы набора устанавливаются на вертикальной доске[10] с металлической основой.

Набор обеспечен рекомендациями по использованию.

Для работы необходимы:

  • Блок питания 24 В регулируемый
  • Компьютерный измерительный блок

Именно набор "Демонстрационная механика" продемонстрировал преимущества[11] компьютерной измерительной системы, такие как

  • высокую повторяемость результатов опыта,
  • возможность оперативной обработки результатов,
  • проведение большего количества демонстрационных опытов за время урока.

  1. Тренинг 2. Проведение экспериментов:

  1. Равномерное движение
  2. Определение мгновенной скорости
  3. Определение ускорения при равноускоренном движении
  4. Зависимость скорости от времени при равноускоренном движении
  5. Путь, пройденный телом при равноускоренном движении
  6. Определение ускорения свободного падения
  7. Движение по наклонной плоскости с определением угла наклона (обратить внимание на вмонтированный транспортир)
  1. Связь с интернет-олимпиадой.

Уместно будет упомянуть, что подобный эксперимент приводится в электронном виде в одном из заданий Интернет-олимпиады СПбГУ[12] для 10 класса.

Задание 17[13]

Измерьте среднюю и мгновенную скорость тележки (12 баллов)

По наклонному рельсу из точки с координатой х=0 из состояния покоя начинает равноускоренно двигаться тележка. Определите время движения тележки до её удара о стенку, а также её среднюю и конечную скорость на отрезке от x=0 до x=0.5 м.

Время определите с точностью до тысячных, а остальные величины до сотых, и отошлите результаты на сервер. В промежуточных вычислениях сохраняйте не менее 4 значащих цифр. Оптические датчики срабатывают при пересечении светового луча датчика флажком тележки. Положение ворот с оптическими датчиками можно изменять при помощи мыши или задавая значения их координат х1 и х2 при помощи клавиатуры.

Внимание: задание можно выполнять только из проигрывателя BARSIC.

В калькуляторе можно использовать сложение, вычитание, умножение *, деление /, функции sqrt(x) - квадратный корень из x, а также sin(x), cos(x), tg(x), arcsin(x), arccos(x), arctg(x) и т.д., а также выражения любой сложности с использованием этих операций (не забывайте заключать части выражений в круглые скобки и ставить символ умножения).

Модель[14] и решение[15] приводятся в приложении.

  1. Эксперимент «Вращение жидкости»

Набор для демонстрации вращательного движения  предназначен для проведения следующих экспериментов:

  1. Возникновение цетгростремительной силы
  2. Центростремительная сила
  3. Равновесие системы вращающихся тел
  4. Моделирование опыта Штерна
  5. Модель маятника Фуко
  6. Вращение жидкости
  7. Вынужденные механические колебания и резонанс

Покажу проведение эксперимента «Вращение жидкости». Этот опыт прекрасно демонстрирует ответ к задаче № 5.7. из § 5. Принцип относительности» из учебника О.Ф. Кабардина, В.А. Орлова и др.  «Физика. 10 класс», «Просвещение», 2007  г.

  1. Формулировка задачи

5.7*. Какую форму имеет поверхность жидкости во вращающемся цилиндрическом сосуде?

Этот опыт лучше проводить, сопоставляя поведение вращающейся жидкости с поведением шара нити или груза на подвесе, вращающихся вместе с рамой и отклоняющихся от вертикали тем больше, чем дальше от оси вращения они находятся. Это демонстрирует универсальность законов физики и помогает учащимся понять, что искривление поверхности жидкости вызвано теми же причинами, что и отклонение маятника.

  1. Подготовка эксперимента

Установите на демонстрационный стол основание и зажмите в нем узел привода с рамой и датчиком частоты вращения. Подключите кабель питания электродвигателя к блоку управления, а шнур питания блока управления - в сеть 220 В 50 Гц. Соедините выходной разъем датчика частоты вращения с разъемом 1 демонстрационного секундомера или компьютерного измерительного блока с помощью измерительного кабеля. Проверьте, чтобы в зоне вращения рамы не осталось никаких посторонних предметов.

Установите кювету на нижнем  или верхнем профиле рамы. Кювета может быть установлена симметрично относительно оси вращения или сдвинута таким образом, чтобы ось вращения проходила через боковую стенку. На одной из стенок кюветы имеется изображение параболы. Кривую именно этого вида образует поверхность вращающейся жидкости, если рассечь (или ограничить) ее плоскостью, проходящей через ось вращения. Парабола нанесена для случая симметричного расположения кюветы, поэтому такое расположение кюветы рекомендуется в качестве основного при проведении данного опыта.

  1. Выполнение эксперимента

Показ эксперимента сопровождается пояснениями, приведенными ниже.

Включите электронный секундомер и установите на нем режим измерения частоты. Бели для измерений используется компьютер, то подключите к нему компьютерный измерительный блок, запустите программу, и выберите в разделе «Датчики» пункт меню «Датчик частоты вращения», в котором, в свою очередь, войдите в сценарий «Вращение с постоянной или медленно изменяющейся скоростью». При выполнении измерений следуйте инструкциям к применяемому прибору.

Наполните кювету подкрашенной водой. В качестве жидкости для наполнения удобно использовать ярко окрашенную газированную воду. Для того, чтобы профиль поверхности полностью совпал с параболой на стенке кюветы, в нее необходимо налить 150 мл жидкости.

Убедитесь, что ручка плавной регулировки частоты вращения находится в крайнем левом положении (минимальная скорость). Включите блок управления, нажмите кнопку запуска вращения и плавно повышайте угловую скорость, наблюдая за изменением распределения жидкости по объему кюветы и формой ее поверхности.

  1. Набор демонстрационный " Газовые законы"

Набор демонстрационный «Газовые законы и свойства насыщенных паров» предназначен для демонстрации основных закономерностей, изучаемых по теме «Молекулярная физика» курса физики базового и профильного уровней полной средней школы, знакомства учащихся с такими понятиями, как

  • изопроцессы в идеальном газе,
  • работа газа,
  • циклический процесс,

насыщенный пар.
    Набор применяется при постановке демонстрационных экспериментов в условиях типового кабинета физики полной средней школы и кабинета физики учреждений начального и среднего профессионального образования.

  1. Тренинг 3. Демонстрация изотермического процесса[16]

  • подключение прибора «Изотерма»;
  • подключение и адаптация датчиков давления и объема;
  • настройка прибора на начальные значения объема и давления;
  • изменение объема газа и одновременная фиксация давления;
  • отслеживание показаний на мониторе компьютера;
  • демонстрация графиков изотермы в различных осях координат;
  • выводы, обсуждение.

Замечание[17]: демонстрация изобарного и изохорного процессов менее удобна по нескольким причинам:

  1. стеклянный сосуд для горячей воды не поставляется вместе с прибором, подобрать подходящую емкость довольно сложно;
  2. демонстрация изобарного и изохорного процессов занимает намного больше времени, т.к. требуется достаточно заметное изменение температуры.

  1. Фрагмент урока по теме «Изопроцессы в газах».

Предлагаю один из вариантов построения урока на основе  эксперимента «Изотермический процесс»[18]

Переместимся в научно-исследовательскую лабораторию и займемся уже знакомым вам делом. А именно, по экспериментальным данным построим уже знакомый вам график.

Эксперимент с компьютерно-измерительным блоком.

Прошу желающих поработать операторами на экспериментальной установке.

Опыт: изотермический процесс с использованием компьютерного измерительного блока.

  1. Поднимая поршень, увеличим объем газа

Перечертите к себе в тетрадь график изопроцесса. (изотерма)

Мы провели моделирование домашней задачи. Но наше исследование только начинается.

Запишите начальные условия задачи:

Дано:

V1 = 40 см3 = 4*10-5 м3

V2 = 80 см3 = 8*10-5 м3

P1 = 160 кПа = 1,6*105 Па

Т1 = 200 С = 293 К

Какие исследования мы можем провести на этом этапе[19]?

Ученики:

  1. Вычислить массу, используя молярную массу воздуха
  2. Начертить графики изотермы в других системах координат (задания дом. работы).
  1. Перенесем мысленно всю установку на улицу. Какие дополнительные условия мы при этом получим?

Ученики:

  1. Начнется изобарный процесс.
  2. Температура понизится до -100 С
  3. Начертим график изобары[20].
  1. Снова сожмем поршнем газ[21].
  2. Перенесем установку снова в кабинет, и подождем, пока газ в баллоне нагреется до начальной температуры[22]

Начертите график процесса, соответствующего этому действию (изохорный)[23].

Алгоритм построения (повтор слайда 26)

  1. Лабораторные комплекты
  1. Знакомство с лабораторными наборами

В состав кабинета входит 3 лабораторных комплекта (комплекты разложены на каждой парте):

  1. Механика
  2. Электричество
  3. Оптика

  1. Набор по механике[24].

Набор включает 15 комплектов[25], в состав каждого из которых входит (перечень сопровождается показом приборов):

  1. Направляющая рейка
  2. Каретка
  3. Секундомер с двумя датчиками
  4. Стойка штатива
  5. Основание штатива
  6. Муфта с двумя винтами
  7. Перекладина
  8. Рычаг с осью и двумя балансирами
  9. Блок неподвижный
  10. Блок подвижный
  11. Коврик пластиковый
  12. Груз
  13. Шарик стальной
  14. Крючок для подвески груза к рычагу
  15. Подставка
  16. Перемычка для секундомера

Особый интерес в наборе представляют штатив нового образца и секундомер с двумя датчиками

  1. Датчик секундомера

Датчик секундомера представляет собой нормально разомкнутый магнитоуправляемый контакт - геркон, размещенный в пластиковом корпусе. К корпусу датчика прикреплена полоска магнитной резины для его размещения на магнитном держателе направляющей рейки. Два датчика подключены соединительными проводами к общему разъёму, при этом они соединены параллельно. Контакт геркона замыкается под влиянием магнитного поля постоянного магнита каретки. При прохождении каретки мимо первого датчика происходит пуск секундомера, мимо второго - остановка. На датчиках нанесены метки, служащие для определения координат мест их установки на направляющей рейке.

Электронный секундомер[26]

Электронный секундомер предназначен для использования в составе комплекта для изучения законов механики на уроках физики средних общеобразовательных учебных заведений при проведении лабораторных работ и работ физического практикума.

Секундомер позволяет:

• измерять промежутки времени длительностью от 0,01 с до 100 с;

• измерять время прохождения телом отдельных участков траектории с точностью

0,01с;

• режим работы: ручной / автоматический

Питается прибор от батарейки типа "Крона" напряжением 9 В. Батарея устанавливается в отсек, находящийся в задней части корпуса. Батарею следует заменить при изменении цвета цифр на индикаторе с черного на светло-серый. Замену батареи производить при отключенных датчиках.

  1. Перечень лабораторных работ[27]

  1. Градуирование пружины и измерение сил динамометром;
  2. Измерение силы трения скольжения и сравнение её с весом тела;
  3. Исследование влияния площади трущихся поверхностей на силу трения;
  4. Выяснение условия равновесия рычага;
  5. Изучение устройства и действия неподвижного блока;
  6. Изучение устройства и действия подвижного блока;
  7. Определение КПД при подъеме тела по наклонной плоскости;
  8. Изучение "золотого правила" механики. Сравните значения работ A1 и А2 и сделайте вывод, даёт ли такой механизм как рычаг выигрыш в работе;
  9. Измерение скорости неравномерного движения;
  10. Исследование зависимости скорости равноускоренного движения от времени;
  11. Измерение ускорения движения тела;
  12. Исследование зависимости перемещения от времени при равноускоренном движении;
  13. Проверка соотношения перемещений при равноускоренном движении;
  14. Исследование движения тела пол действием нескольких сил;
  15. Измерение жёсткости пружины;
  16. Измерение коэффициента трения скольжения;
  17. Изучение движения тела, брошенного горизонтально;
  18. Определение ускорение тела по величине действующей на него силы и массе тела;
  19. Изучение равновесия тел под действием нескольких сил;
  20. Изучение закона сохранения механической энергии;
  21. Исследование зависимости периода колебаний маятника от длины подвеса;
  22. Измерение ускорения свободного падения с помощью маятника.
  1. Тренинг 4. Выполнение лабораторной работы № 9 «Измерение скорости неравномерного движения».

Данная работа интересна тем, что в ней применяется электронный секундомер с включением датчика[28].

Слушатели делятся на группы по 2 человека. Каждой группе раздается

  • набор по механике;
  • руководство по выполнению лабораторной работы[29].

Рефлексия.

  • Сделайте выводы о качестве выполнения лабораторной работы с использованием нового оборудования;
  • Напишите рекомендации учителю и ученикам для выполнения данной лабораторной работы.

Заключение

Очевидно, что новое оборудование с использованием компьютерной измерительной системы не только дает возможность более точно проводить измерения, но и довольно интересное, а, значит, решает один из важнейших вопросов образования – мотивация обучающихся.

Работа в лаборатории очень трудоемка и требует большого количества времени. Для того, чтобы успешно применять новые учебные пособия, необходимо овладеть ими настолько, чтобы свободно пользоваться, и подготовка эксперимента или лабораторной работы занимало минимум времени. Лаборатория L-микро содержит огромное количество экспериментов и лабораторных работ. Среди них интереснейшие эксперименты по геометрической оптике[30], по электричеству[31] из наборов на магнитных держателях, довольно сложные эксперименты по волновой оптике[32].

Предлагаю для оптимизации процесса адаптации учителей к работе с лабораторией L – микро провести сеть практикумов по схеме:

  • Учителя объединяются в микрогруппы;
  • Каждая микрогруппа выбирает для презентации 1-2 эксперимента и 1-2 лабораторные работы. При выборе работы следует учитывать, что необходимо освоить как можно большее число датчиков;
  • Внимательно изучив руководство по выполнению эксперимента и лабораторной работы, обобщают опыт на следующем практикуме.

Несмотря на то, что экспериментов и лабораторных работ более двухсот, разобрав 1-2 работы из каждого комплекта и поработав с датчиками, учителя смогут самостоятельно освоить родственные по типу работы.

Литература

  1. L-микро / Электронный ресурс/ http://www.l-micro.ru/index.php?page_id=1;
  2. Волновая оптика. Демонстрационный эксперимент в физике. Руководство по эксплуатации. Лаборатория L-микро;
  3. Вращательное движение. Демонстрационный эксперимент в физике. Руководство по эксплуатации. Лаборатория L-микро;
  4. Газовые законы и свойства насыщенных паров. Демонстрационный эксперимент в физике. Руководство по эксплуатации. Лаборатория L-микро;
  5. Геометрическая оптика. Демонстрационный эксперимент в физике. Руководство по эксплуатации. Лаборатория L-микро;
  6. Использование компьютера на уроках физики сельской школы. /Электронный ресурс/ http://www.iro.yar.ru/resource/distant/physics/brovkin/index.html;
  7. Кабинет Физики. LAB – ПЛЮС. / Электронный ресурс / http://lab-plus.com.ua/index.php?categoryID=1;
  8. Кабинет физики. Школьный мир. Оборудование для учебных кабинетов /Электронный ресурс/http://www.td-school.ru/index.php?page=113;
  9. О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов, Э.Е. Эвенчик, С.Я. Шамаш, А.А. Пинский, С.И. Кабардина, Ю.И. Дик, Г.Г. Никифоров, Н.И. Шефер «Физика. 10 класс», «Просвещение», 2007 г.;
  10. Попова И.А. Задания и решения дистанционного тура Интернет-олимпиады 2010 г. для учащихся 7-х классов по физике. / Электронный ресурс / http://numi.ru./docs/2010/11/30/1291125690.zip
  11. Попова И.А. Задания и решения дистанционного тура Интернет-олимпиады 2010 г. для учащихся 8-х классов по физике. / Электронный ресурс / http://numi.ru./docs/2010/11/30/1291126010.zip
  12. Попова И.А. Задания и решения дистанционного тура Интернет-олимпиады 2010 г. для учащихся 9-х классов по физике. / Электронный ресурс / http://numi.ru./docs/2010/11/30/1291126395.zip
  13. Попова И.А. Задания и решения дистанционного тура Интернет-олимпиады 2010 г. для учащихся 10-х классов по физике. / Электронный ресурс / http://numi.ru./docs/2010/11/30/1291126529.zip
  14. Попова И.А. Изопроцессы. Решение задач. Разработка урока физики по учебнику Пинского (профильный уровень) с использованием компьютерного измерительного блока, построенном частично поисково-исследовательским методом. / Электронный ресурс / http://numi.ru/download.php?id=3968
  15. Попова И.А. Информационные технологии в дидактической системе учителя физики. Методическая разработка, содержащая мои наработки в области информационных технологий предметной области. / Электронный ресурс / http://numi.ru/download.php?id=6279
  16. Применение информационных технологий в преподавании физики. Фестиваль педагогических идей «Открытый урок»/электронный ресурс/ http://festival.1september.ru/articles/100976/;
  17. Состав кабинета Физики для средней общеобразовательной школы. / Электронный ресурс/ http://www.l-micro.ru/index.php?kabinet=1;
  18. Тепловые явления. Демонстрационный эксперимент в физике. Руководство по эксплуатации. Лаборатория L-микро;
  19. Электричество 1. Демонстрационный эксперимент в физике. Руководство по эксплуатации. Лаборатория L-микро;
  20. Электричество 2. Демонстрационный эксперимент в физике. Руководство по эксплуатации. Лаборатория L-микро;
  21. Электричество 3. Демонстрационный эксперимент в физике. Руководство по эксплуатации. Лаборатория L-микро;

ПРИЛОЖЕНИЕ

  1. Опыт 3. Изотермический процесс.

Руководство к выполнению эксперимента

Подготовка эксперимента

Схема установки:

  1. Сосуд с изменяемым объемом
  2. Поршень
  3. Датчик перемещения
  4. Ручка изменения объема
  5. Индикатор готовности датчика
  6. Датчик абсолютного давления
  7. Вакуумная трубка

  • Закрепите в штативе элементы установки
  • Установите поршень в среднее положение (70 мл)
  • Присоедините датчик давления к сосуду с изменяемым объемом
  • Присоедините датчик давления к разъему 1, а датчик объема — к разъему 2
  • Переведите поршень в положение 30 мл (Vmin).
  • Убедитесь в том, что индикатор готовности включен

Проведение эксперимента

  • Запустите программу.
  • Выберите раздел «Молекулярная физика», нажав соответствующую кнопку.
  • Выберите пункт меню «Изотермический процесс» и  удобный для Вас вариант представления данных.
  • Проверьте правильность подключения датчиков давления и объема, нажав кнопку «настройка оборудования».
  • Для перехода к эксперименту нажмите кнопку «проведение измерений».
  • Нажмите кнопку «пуск» для начала записи данных.
  • Переведите поршень из Vmin в Vmax
  • Для    завершения    регистрации    данных нажмите кнопку «стоп»
  •  Выберите точки графика, которые будут обрабатываться. Для выбора точки подведите к ней указатель мышки и щелкните левой клавишей. При этом точка будет выделена красным цветом. Повторное нажатие на уже выделенную   точку   приведет   к   снятию выделения.
  • Для перехода к обработке данных нажмите кнопку «обработка»

Обработка данных

  • На первом экране представлена зависимость P = f(V)
  • Для перехода на следующий экран нажмите кнопку «далее»                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  На этом экране те же самые данные перестраиваются в координатах (1/V, Р)
  • Нажмите кнопку «прямая» для вывода на экран прямой линии, наилучшим образом аппроксимирующей данные эксперимента.
  • Для перехода к следующему экрану нажмите кнопку «далее».
  • В координатах (V, Р) представлена полученная в эксперименте зависимость Р = f(V).
  • Нажмите кнопка «функция» для вывода гиперболической зависимости и ее уравнения (уравнения изотермического процесса).
  • Для выхода из режима обработки нажмите кнопку «<—» в правом верхнем углу экрана

  1. Лабораторная работа № 9 «Измерение скорости неравномерного движения». Руководство к выполнению лабораторной работы.

Устройство комплекта

Набор состоит из прибора для изучения прямолинейного движения, включающего направляющую рейку 1, каретку с подставкой 2 и секундомер 3 с двумя датчиками, рычага с осью 4, двумя крючками 5 и балансирами, пластикового коврика 6, штатива 7, состоящего из основания, стойки, перекладины и муфты с двумя винтами, подвижного 9 и неподвижного 8 блоков, четырёх грузов 10, стального шарика 11 , копировальной бумаги 12 и нити 13.

Оборудование:

  • прибор для изучения прямолинейного движения,
  • штатив с муфтой и перекладиной

Цель работы: определить значение скорости тела, двигающегося прямолинейно и равноускоренно, в заданной точке его траектории.

1. Собирают установку для определения скорости первым способом. Направляющую рейку прибора для изучения прямолинейного движения устанавливают наклонно с помощью штатива. Верхний край рейки должен располагаться на высоте 18-19 см от поверхности стола. Под нижний край рейки подкладывают пластиковый коврик. Удерживая каретку на направляющей рейке в крайнем верхнем положении, так, чтобы её выступ с магнитом был обращен в сторону датчиков, вблизи её магнита размещают первый датчик. Он должен быть установлен так, чтобы секундомер запускался, как только каретка начнёт двигаться. Второй датчик устанавливают на расстоянии около 20 см от первого.

2. Измеряют расстояние между датчиками - S.

3. Производят 6-7 пусков каретки, всякий раз записывая показания секундомера.

4. Вычисляют среднее значение времени движения каретки между датчиками - tcp

5. Подставляя в формулу

значения S и tcp, определяют скорость.  Полученное значение соответствует той скорости каретки, которую она имела в точке траектории, где установлен второй датчик.


[1]Слайд 1.

[2]Слайд 3

[3]Слайд 4

[4]Слайд 5

[5]Слайд 6

[6]Слайд 7

[7]Слайд 10

[8]Слайд 14

[9]Слайд 15

[10]Слайд 16

[11]Слайд 18

[12]Попова И.А.

[13]Слайд 19

[14]Слайд 20

[15]Слайд 21

[17]Слайд 24

[19]Слайд 25: действие 1

[20]Слайд 25: действия 2

[21]Слайд 25: действие 3

[22]Слайд 25: действие 4

[23]Слайд 26

[24]Слайд 28

[25]Слайд 29

[26]Слайд 31

[27]Слайд 32-33

[28]Слайд 34

[29]Приложение 2.

[30]Слайд 35

[31]Слайд 36

[32]Слайд 37