Geum.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации Ростовский Государственный Университет

Вид материалаДокументы

Содержание


СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДЕМОНСТРАЦИОННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПО МЕХАНИКЕ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Гармашов М.Ю., Попов Э.С., Клевет
Подобный материал:
1   ...   10   11   12   13   14   15   16   17   ...   75


СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДЕМОНСТРАЦИОННОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПО МЕХАНИКЕ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Гармашов М.Ю., Попов Э.С., Клеветова Т.В.

Волгоградский государственный педагогический университет


tmepi@vspu.ru

Демонстрационный физический эксперимент является важной составной частью, обеспечивающей успешное усвоение предмета, так как позволяет моделировать процессы, выводить закономерности и тем самым подтверждать теоретические предпосылки. Однако демонстрационные опыты требуют много времени для подготовки установок и наладки аппаратуры, которого у практикующего учителя в силу большой занятости нет.

При проведении реального демонстрационного эксперимента по кинематике бывает сложно зафиксировать промежутки времени, затраченные на прохождение отдельных участков пути. Успешно проведенный опыт, учитель должен дополнительно описать с помощью математических закономерностей и построить графики. Здесь возникает проблема, связанная с временными рамками урока, которые часто не позволяют детально разобрать все результаты эксперимента. Учитывая всё выше сказанное, учитель просто отказывается от проведения демонстрационных экспериментов на уроке, преподнося курс физики как свод законов, формул, определений. Тем самым учебный предмет физика, для многих учеников, непреодолимо отделяется от окружающей действительности.

Выход из этой ситуации мы видим в комбинации реального физического эксперимента с созданием компьютерных моделей, в чем неоценимую пользу оказывает стробоскопический способ.

В качестве связующего звена между компьютером и демонстрационной установкой мы предлагаем использовать компактную видеокамеру, применяемую в системах видеонаблюдения. Для соединения видеокамеры и компьютера достаточно иметь одно дополнительное устройство ТV-тюнер. Однократно настроив компьютер, к нему в любое время можно подключать видеокамеру и записывать необходимые моменты эксперимента на жёсткий диск. Полученный видео ряд легко разбить на кадры при помощи несложной программы Video Paint из пакета Ulead MediaStudio. Для получения стробоскопической картины необходимо наложить перемещающиеся объекты на первый кадр, обработав таким образом 5 – 7 кадров. В результате возникает стробоскопическая картинка реального демонстрационного эксперимента, который наблюдали учащиеся. В дальнейшем использование данной картинки возможно как в печатном, так и в компьютерном варианте, если позволяют условия класса. Она дает возможность определить координаты тела в любой момент времени, учитывая, что частота кадров остаётся постоянной, рассчитать скороcть и ускорение тела. Использование стробоскопического метода в сочетании с компьютерными технологиями позволяет измерить физические величины и проверить справедливость определений и закономерностей. В отличие от реального демонстрационного эксперимента данный подход дает возможность воспроизводить картину опыта с помощью компьютера многократно и работать каждому ученику индивидуально. Методика эксперимента по определению ускорения свободного падения заключается в следующем: на фоне светлого экрана с некоторой высоты необходимо отпустить металлический шарик и отснять данный процесс с помощью описанной выше установки. После компьютерной обработки получается стробоскопическая картина (рис. 1.). Ученики самостоятельно измеряют расстояния между шариками ∆X и заносят результаты в таблицу 1.

Таблица 1.

№ п/п
∆X

м
V

м/с
∆V

м/с
а

м/с2
∆X

м

1
0,042
1,05
 
 
0,042

2
0,0575
1,4375
0,3875
9,6875
0,0575

3
0,073
1,825
0,3875
9,6875
0,073

4
0,09
2,25
0,425
10,625
0,09

5
0,105
2,625
0,375
9,375
0,105

6
0,12
3
0,375
9,375
0,12




Рис. 1. Стробоскопическая картина свободного падения шарика
Зная частоту кадров 1/25 с, можно измерить скорость в каждый момент времени:


V=X/0,04 а также изменение скорости V=V2-V1 и ускорение a=V/0,04


Рис.2. Стробоскопическая картина равномерного движения тележки
Рис.3. Стробоскопическая картина равномерно ускоренного движения тележки

С целью экономии времени все расчёты можно проводить в MS Excel. В нашем случае по данным опыта мы получили среднее значение ускорения aср=9,75м/с2, что очень близко к ускорению свободного падения g=9,8м/с2.

Используя данную методику можно также изучать равномерное (рис.2.) и равноускоренное (рис. 3.) движения, движение по окружности и колебательное движение.

Таким образом, с помощью стандартных установок по механике в сочетании их с компьютерными технологиями учащиеся получают возможность не только наблюдать явления, но и самостоятельно выводить закономерности. Данный раздел физики также позволяет развивать конструкторские способности школьников, так как оборудование необходимое для проведения демонстраций весьма несложное и его могут изготовить в школьной мастерской сами учащиеся.

Итак, обработка данных реального физического эксперимента с использованием компьютерных технологий весьма целесообразно на сегодняшний момент, так как, формируя физическую картину мира у школьников, мы развиваем их информационную культуру, показывая, что компьютер позволяет моделировать физические процессы и облегчает обработку результатов опыта. Преимущества сочетания реального физического эксперимента с компьютерным моделированием мы видим в возможности многократного воспроизведения увиденного опыта с помощью компьютерной модели, экономии времени подготовки оборудования и обработки результата, организации самостоятельной работы учащихся, что позволяет более глубоко усвоить изучаемый материал.