Эксперимент

Компьютерный физический эксперимент

Продолжение. См. № 23/2008

3. Демонстрационный компьютерный эксперимент (окончание)

Электродинамика

1. Плоский конденсатор. На диске «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия. Физика-10» есть демонстрационная программа, позволяющая исследовать зависимость разности потенциалов на обкладках конденсатора от его параметров: расстояния между пластинами, ди­электрической проницаемости диэлектрика и площади перекрытия пластин. Применяя формулы U = Ed и C = q/U, можно выяснить зависимость ёмкости плоского конденсатора от его параметров.

После этого учащимся дают вывод формулы электроёмкости плоского конденсатора, которая полностью соответствует проведённому виртуальному эксперименту.

2. Опыт Эрстеда. Как известно, магнитное поле, создаваемое током, текущим по проводнику, впервые было обнаружено в 1820 г. датским учёным Х.Эрстедом. Этот опыт позволяет продемонстрировать программа из мультимедийного пособия «Вся физика» (фирма «Руссобит», серия «Руссобит-педагог»). На экране изображена установка. До замыкания ключа магнитная стрелка, расположенная вблизи проводника, параллельна проводнику. При замыкании ключа она поворачивается на некоторый угол. При размыкании цепи стрелка возвращается в исходное положение. Именно так Эрстед и сделал вывод о существовании магнитного поля в пространстве, окружающем проводник с током.

3. Электродвигатель постоянного тока. На немецком сайте http://www.walter-fendt.de/ph14e/hydrostpr.htm есть бесплатная программа «Электродвигатель» (Direct Current Electrical Motor). Слева на рисунке изображена рамка в магнитном поле, подключённая с помощью коллектора к источнику электрического тока. Линии магнитной индукции направлены сверху вниз, и при данной полярности включения источника тока рамка будет вращаться против часовой стрелки, что полностью согласуется с правилом левой руки. Горизонтальные стрелки изображают силы Ампера, действующие на проводники рамки в магнитном поле. В правой части рисунка находится панель управления программой. При нажатии на кнопку «Reset» рамка останавливается и располагается вертикально. Кнопка «Pause/Resume» служит для запуска вращения рамки и её остановки в любом положении. Кнопка «Change direction» позволяет изменить полярность источника тока. Ниже находится бегунок, перемещая движок которого вправо или влево, можно изменять скорость вращения рамки. Убирая галочки в нижних окошках можно убрать с экрана стрелки, показывающие направление электрического тока в рамке, линии магнитной индукции и направление силы Ампера.

Эта программа позволяет не только продемонстрировать учащимся устройство и принцип действия электродвигателя постоянного тока, но и создавать на уроке интересные проблемные ситуации. Программа запускается без проблем в браузере «Opera 7.2». На этом же сайте имеется прекрасная программа, иллюстрирующая работу генератора постоянного и переменного токов.

4. Трёхфазный генератор переменного тока. Бесплатная программа «Drehstromgenerator», иллюстрирующая работу генератора, находится на немецком сайте http://www.k-wz.de. Учащиеся видят на экране в разрезе устройство генератора – статор с тремя обмотками, расположенными под углом 120° друг к другу, и ротор из постоянного магнита. Обмотки генератора соединены звездой. Сразу после запуска программы ротор генератора начинает вращаться.

На панели справа можно включать (spule) и выключать (aus) фазы и изменять скорость вращения ротора, а следовательно, и частоту переменного тока, вырабатываемую генератором.

Внизу находится трёхканальный осциллограф, на экране которого видны осциллограммы напряжения каждой из трёх фаз и движущиеся маркеры (точки), синхронизированные с вращением ротора генератора.

Оптика

1. Принцип Гюйгенса в оптике. На немецком сайте http://www.walter-fendt.de/ph14e/hydrostpr.htm есть замечательная бесплатная программа «Accircuit», позволяющая проиллюстрировать принцип Гюйгенса на примере отражения и преломления световых волн. На рисунке представлена моментальная фотография работы этой программы. Вверху видно образование фронта отражённой волны, а внизу – преломлённой. На правой панели можно изменять абсолютный показатель преломления верхней и нижней сред и угол падения волны.

С помощью этой программы можно демонстрировать механизмы отражения, преломления и полного внутреннего отражения световых волн и объяснять эти явления с точки зрения принципа Гюйгенса.

2. Кольца Ньютона. Мой ученик Игорь Квасов создал на языке программирования «Дельфи» пакет программ по демонстрационному компьютерному эксперименту: «Дисперсия света», «Интерференция света», «Зоны Френеля», «Кольца Ньютона», «Поляризация света» и др. Например, программа «Кольца Ньютона» позволяет демонстрировать учащимся кольца Ньютона для света любой длины световой волны в оптическом диапазоне. На правой панели имеются движки, с помощью которых можно изменять длину волны и радиус кривизны линзы, создавая для учащихся ряд интересных проблемных ситуаций. Скачать эти программы можно бесплатно с моего сайта www.physics­computer.by.ru.

Даже небольшая подборка представленных программ по демонстрационному компьютерному эксперименту свидетельствует о том, что подобные программы смогут повысить мотивацию школьников к изучению физики, поскольку они наглядны, красочны и позволяют «полушутя, полуиграя» познакомиться со сложными физическими явлениями и их техническими применениями.

Уважаемые читатели! Предлагаю начать создавать библиотеку программ по демонстрационному компьютерному эксперименту. Присылайте мне программы или ссылки на сайты, на которых они размещены, и я опубликую их на своём сайте www.physics-computer.by.ru, который специально создан для размещения материалов по компьютерным образовательным технологиям по физике. Если у кого-либо возникнут чисто технические или методические проблемы, напишите мне, я обязательно помогу.

Продолжение следует