تحقیق در مورد مدل های کامپیوتری تعاملی مسائل مدرن علم و آموزش آزمایش تعاملی بر روی فیزیک مدل

تجربه استفاده از مدل های کامپیوتری در درس فیزیک

الکساندر فدوروویچ کاوترو ، داوطلب رشته فیزیک - ریاضی. علوم، معلم سوروس، رئیس آزمایشگاه مرکز فرهنگ اطلاعات در سن پترزبورگ

اخیراً سؤالاتی شنیده می شود: "آیا در درس های فیزیک به رایانه نیاز است؟ آیا شبیه سازی های کامپیوتری جایگزین آزمایش واقعی می شوند؟ فرآیند آموزشیاغلب چنین سؤالاتی توسط معلمانی مطرح می شود که فناوری اطلاعات را نمی دانند و واقعاً نمی دانند که چگونه این فناوری ها می توانند در تدریس مفید باشند.

بیایید سعی کنیم به این سوال پاسخ دهیم: "استفاده از برنامه های کامپیوتری در درس فیزیک چه زمانی توجیه می شود؟" ما معتقدیم که اول از همه، در مواردی که مزیت قابل توجهی نسبت به اشکال سنتی آموزش وجود دارد. یکی از این موارد استفاده از مدل های کامپیوتری در فرآیند آموزشی است. لازم به ذکر است که در مدل‌های کامپیوتری، نویسنده برنامه‌های رایانه‌ای را می‌فهمد که امکان شبیه‌سازی پدیده‌های فیزیکی، آزمایش‌ها یا موقعیت‌های ایده‌آلی که در کارها با آن‌ها مواجه می‌شوند را فراهم می‌کنند.

مزیت شبیه سازی کامپیوتری در مقایسه با آزمایش طبیعی چیست؟ اول از همه، مدلسازی رایانه ای امکان به دست آوردن تصاویر دینامیک بصری از آزمایشات و پدیده های فیزیکی را فراهم می کند تا جزئیات ظریف آنها را بازتولید کند، که اغلب هنگام مشاهده پدیده ها و آزمایش های واقعی فرار می کنند. در هنگام استفاده از مدل‌ها، یک کامپیوتر، توانایی تجسم نه یک پدیده طبیعی واقعی، بلکه مدل ساده شده آن، منحصر به فرد و غیرقابل دستیابی را در یک آزمایش فیزیکی واقعی فراهم می‌کند. در این حالت می توان به تدریج عوامل اضافی را در بررسی گنجاند که به تدریج مدل را پیچیده می کند و آن را به یک پدیده فیزیکی واقعی نزدیک می کند. علاوه بر این، شبیه‌سازی رایانه‌ای امکان تغییر مقیاس زمانی رویدادها و همچنین شبیه‌سازی موقعیت‌هایی را که در آزمایش‌های فیزیکی قابل تحقق نیستند، ممکن می‌سازد.

کار دانش‌آموزان با مدل‌های کامپیوتری بسیار مفید است، زیرا مدل‌های رایانه‌ای امکان تغییر شرایط اولیه آزمایش‌های فیزیکی را در طیف گسترده‌ای ممکن می‌سازد، که به آنها امکان انجام آزمایش‌های مجازی متعدد را می‌دهد. چنین تعاملی فرصت‌های شناختی عظیمی را برای دانش‌آموزان باز می‌کند و آنها را نه تنها ناظر، بلکه شرکت‌کنندگان فعال در آزمایش‌های جاری نیز می‌کند. برخی از مدل ها به طور همزمان با دوره آزمایش ها امکان مشاهده ساخت وابستگی های گرافیکی مربوطه را می دهند که وضوح آنها را افزایش می دهد. چنین مدل هایی از ارزش ویژه ای برخوردار هستند، زیرا دانش آموزان معمولاً در ساختن و خواندن نمودارها با مشکلات قابل توجهی مواجه می شوند.

البته یک آزمایشگاه کامپیوتر نمی تواند جایگزین آزمایشگاه فیزیک واقعی شود. با این حال، اجرای کامپیوتر کار آزمایشگاهیبه مهارت های خاصی نیاز دارد که همچنین مشخصه یک آزمایش واقعی است - انتخاب شرایط اولیه، تنظیم پارامترهای آزمایش و غیره.

تعداد زیادی از مدل های کامپیوتری در سراسر دوره فیزیک مدرسه در دوره های چند رسانه ای توسعه یافته توسط شرکت موجود است. فیزیک "Physics in Pictures"، "Open Physics 1.1"، "Open Physics 2.0"، "Open Astronomy 2.0" و "Open Chemistry 2.0" وجه تمایز اصلی این دوره های کامپیوتری مدل های کامپیوتری متعدد هستند - پیشرفت های منحصر به فرد و اصیل که بسیار هستند. توسط کاربران در بسیاری از کشورها قدردانی می شود. (توجه داشته باشید که تعداد قابل توجهی از مدل ها نیز در وب سایت کالج آزاد در آدرس زیر قرار دارند: http://www.college.ru/).

مدل های کامپیوتری توسعه یافته توسط شرکت "Physicon" به راحتی در درس قرار می گیرد و به معلم اجازه می دهد تا انواع جدید و غیر سنتی را سازماندهی کند. فعالیت های یادگیریدانش آموزان. در اینجا سه ​​نمونه از این فعالیت ها آورده شده است:

• 1. یک درس در حل مسئله و به دنبال آن یک بررسی کامپیوتری. معلم وظایف فردی را برای حل مستقل در کلاس درس یا به عنوان تکلیف به دانش آموزان ارائه می دهد که می توانند با تنظیم آزمایش های رایانه ای صحت راه حل را بررسی کنند. خود بررسینتایج به‌دست‌آمده با کمک یک آزمایش رایانه‌ای، علاقه شناختی دانش‌آموزان را افزایش می‌دهد و همچنین کار آنها را خلاق می‌کند و اغلب ماهیت آن را به تحقیقات علمی نزدیک‌تر می‌کند. در نتیجه، بسیاری از دانش آموزان شروع به اختراع مسائل خود، حل آنها، و سپس بررسی درستی استدلال خود با استفاده از مدل های کامپیوتری می کنند. معلم می تواند آگاهانه دانش آموزان را به چنین فعالیت هایی تشویق کند، بدون ترس از اینکه او مجبور است دسته ای از مشکلات اختراع شده توسط دانش آموزان را حل کند، که معمولاً زمان کافی برای آنها وجود ندارد. علاوه بر این، وظایف جمع‌آوری شده توسط دانش‌آموزان می‌تواند در کار کلاسی استفاده شود یا در قالب تکالیف به سایر دانش‌آموزان برای مطالعه مستقل ارائه شود.
• 2. درس – تحقیق. دانش آموزان تشویق می شوند تا با استفاده از یک مدل کامپیوتری، مطالعه کوچکی را به تنهایی انجام دهند و نتایج لازم را به دست آورند. علاوه بر این، بسیاری از مدل ها به شما امکان می دهند چنین مطالعه ای را تنها در چند دقیقه انجام دهید. البته معلم در مراحل برنامه ریزی و آزمایش به دانش آموزان کمک می کند.
• 3. درس - کار آزمایشگاه کامپیوتر. برای برگزاری چنین درسی، باید جزوات مناسب تهیه شود. وظایف در قالب کارهای آزمایشگاهی باید با افزایش پیچیدگی آنها ترتیب داده شوند. در ابتدا، ارائه وظایف ساده با ماهیت مقدماتی و تجربی، سپس وظایف محاسباتی و در نهایت، کارهای خلاقانه و تحقیقاتی منطقی است. هنگام پاسخ به یک سوال یا حل یک مسئله، دانش آموز می تواند آزمایش کامپیوتری لازم را تنظیم کند و ایده های خود را بررسی کند. توصیه می شود که مسائل محاسباتی ابتدا به روش سنتی روی کاغذ حل شوند و سپس برای بررسی صحت پاسخ، آزمایش کامپیوتری انجام شود. لازم به ذکر است که وظایف خلاقانه و پژوهشی به طور قابل توجهی علاقه دانش آموزان را به مطالعه فیزیک افزایش می دهد و یک عامل انگیزشی اضافی است. به همین دلیل، دروس دو نوع آخر به ایده آل نزدیک می شوند، زیرا دانش آموزان در فرآیند کار خلاقانه مستقل دانش دریافت می کنند، زیرا دانش برای آنها لازم است تا نتیجه خاصی را که روی صفحه رایانه قابل مشاهده است به دست آورند. معلم در این موارد فقط یک دستیار در فرآیند خلاق تسلط بر دانش است.

^^ 1 منابع یادگیری الکترونیکی:

>/ توسعه و روش کاربرد در آموزش

UDC 004.9 BBK 420.253

آره. آنتونوا

اصول طراحی الگوهای یادگیری تعاملی یک آزمایش فیزیکی با استفاده از حداکثر تکنولوژی رابط واقعی

محتوای فعالیت پروژه دانش آموزان در توسعه مدل های تعاملی یک آزمایش فیزیکی مدرسه، اجرا شده در فناوری واقعی ترین رابط، در نظر گرفته شده است. اصول اصلی برای طراحی مدل‌هایی از این نوع تعیین می‌شود: تجسم واقع‌بینانه از تنظیمات آزمایشی و عملکرد آن، اقدامات شبه واقع‌گرایانه با عناصر تنظیم و اشیاء فیزیکی مورد مطالعه، اطمینان از سطح بالایی از تعامل مدل و انطباق با سناریوی آن. راه حل هایی با روش تحقیق تجربی، بر توسعه مهارت های تعمیم یافته دانش آموزان در کار با مدل کامپیوتری تمرکز دارد. اهمیت رابطه بین رویکردهای روش‌شناختی و فناوری در طراحی مدل‌های تعاملی آموزشی اثبات شده است.

کلمات کلیدی: آموزش فیزیک، آزمایش فیزیکی، مهارت های تجربی، مدل تعاملی، اصول طراحی مدل های آموزشی آزمایش فیزیکی

تسلط بر درس فیزیک در دوره متوسطه باید بر اساس مشاهدات و آزمایش های متعدد (اعم از نمایشی و آزمایشگاهی) باشد. اجرای آزمایش ها به دانش آموزان اجازه می دهد تا حجمی از مطالب واقعی را برای سیستم سازی و تعمیم معنادار جمع آوری کنند و مهارت های عملی لازم را کسب کنند. دانش تجربی به دست آمده در جریان مشاهدات و آزمایشات پایه لازم برای درک نظری بعدی از ماهیت پدیده های طبیعی مورد مطالعه را تشکیل می دهد.

متأسفانه، مرحله دانش تجربی مرتبط با انجام آزمایش‌ها از نظر زمانی بسیار محدود در دبیرستان است. مقدار کار عملی مرتبط انجام شده توسط دانش آموزان نیز کم است (یک آزمایش فیزیکی نمایشی عمدتاً کار "توسط معلم" است، یک آزمایش آزمایشگاهی کم است، و آزمایش های خانگی به ندرت توسط معلمان در محتوای آموزش گنجانده می شود). محیط فنی مدرن نیز بر این وضعیت تأثیر منفی دارد. دانش آموزان را به مشاهده پدیده های طبیعی و مطالعه ویژگی های درس خود تشویق نمی کند. "دلیل این "بسته بندی" است

© Antonova D.A.، 2017

این پدیده ها به ابزارهای فنی پیچیده تبدیل می شوند که به دقت ما را احاطه کرده و به طور نامرئی نیازها و علایق ما را برآورده می کنند.

منابع محیط مجازی را می توان به عنوان یک ابزار اضافی مهم برای آموزش دانشجویان در زمینه روش شناسی تحقیق تجربی در نظر گرفت. اول از همه، باید به بهبود و گسترش پایه مواد ویدئویی (گزارش، مرحله‌بندی) مربوط به آزمایش‌های فیزیکی طبیعی (مشاهدات و آزمایش‌ها) توجه شود. یک دنباله ویدیویی واقع گرایانه به گسترش افق های تجربی دانش آموزان کمک می کند، دانش فیزیکی را در عمل زمینه ای و در تقاضا می کند. در آموزش، عکس ها و اشیاء گرافیک های کامپیوتری استاتیک و تعاملی مفید هستند که محتوا و مراحل تنظیم آزمایش های فیزیکی مختلف را نشان می دهند. لازم است انیمیشن آموزشی ایجاد شود که ویژگی های دوره پدیده های مورد مطالعه و همچنین عملکرد اشیاء مختلف فناوری از جمله دستگاه های فیزیکی را نشان دهد.

موضوع مورد توجه ویژه اشیاء محیط مجازی، شبیه سازی تجربه فیزیکی آموزشی و اقدامات عملی کاربر با دستگاه ها و مواد برای اجرای آن است. مجموعه ای از ویژگی های منحصر به فرد این محیط آموزشی (هوش، مدل سازی، تعامل، چند رسانه ای، ارتباط، عملکرد) به توسعه دهندگان این امکان را می دهد که این اشیاء را در سطح بالایی از کیفیت ایجاد کنند. مدل‌های آموزشی تعاملی یک آزمایش فیزیکی در بازار آموزشی مورد تقاضای زیادی هستند، بنابراین باید دائماً برای پر کردن محیط موضوعی با مدل‌هایی از این نوع تلاش کرد.

جستجو برای رویکردهایی برای ایجاد مدل‌های مجازی آزمایش‌های فیزیکی و اولین پیاده‌سازی آن‌ها به اوایل دهه 2000 بازمی‌گردد. در این دوره، چنین مدل هایی، به طور معمول، ساده ترین انیمیشنفرآیندهای فیزیکی طبیعی یا مراحل انجام یک آزمایش فیزیکی برای مطالعه آنها. بعداً مدل‌هایی با رابط متحرک دکمه‌ای ظاهر شدند که به کاربر اجازه می‌دهد پارامترهای مدل را تغییر داده و رفتار آن را مشاهده کند. به زودی، تجسم علائم بیرونی پدیده ها با تجسم مکانیسم های وقوع آنها تکمیل شد تا مفاد این یا آن نظریه فیزیکی را توضیح دهد که این پدیده ها را توضیح می دهد. یکی از ویژگی های بازنمایی بصری آزمایش های فیزیکی در محیط مجازی در این دوره، شماتیک بودن کافی آن بود. توجه به این نکته ضروری است که استفاده از آنالوگ های مدل شماتیک یک آزمایش فیزیکی در تدریس عمدتاً برای دانش آموزان دبیرستانی قابل قبول است، زیرا آنها تفکر انتزاعی به اندازه کافی توسعه یافته دارند و در انجام تحقیقات تجربی میدانی تجربه دارند. در مرحله اولیه تسلط بر درس فیزیک، کار با چنین اشیایی از محیط مجازی برای اکثر دانش آموزان بسیار دشوار است و اغلب منجر به شکل گیری ایده های نادرست در مورد ماهیت جریان پدیده های طبیعی و همچنین ناکافی می شود. درک روش های مطالعه تجربی آنها. ماهیت شماتیک مدل‌های آموزشی و شیوه سنتی مدیریت رفتار آنها برای پنجره‌های کاری (دکمه‌های انواع مختلف، فهرست‌ها، نوارهای پیمایشی و غیره) را قطعاً می‌توان به گروهی از دلایل تقاضای ناکافی و بازده پایین آنها در آموزش انبوه نسبت داد. تمرین.

در اواسط دهه اول قرن جدید، ساختار و عملکرد رابط دکمه-انیمیشن مدل های آموزشی به طور فعال بهبود یافت. پایگاه داده مدل ها با سناریوهای کاری کاملاً تعریف شده (از نظر ترکیب و توالی اقدامات) شروع به پر شدن با مدل های جدید کرد که به دانش آموزان اجازه می دهد به طور مستقل اهدافی را تعیین کنند و برنامه عملی برای دستیابی به آنها تعیین کنند. با این حال، تحولات کاملا انقلابی در عمل توسعه مدل های آموزشی از این نوع در آموزش داخلی تنها در اواخر دهه 2000 رخ داد. به لطف توسعه فناوری های مدل سازی مجازی، امکان بازتولید اشیاء فیزیکی در قالب سه بعدی در یک محیط مجازی فراهم شد و با گنجاندن رویه "کشیدن و dshp" در یک محیط مجازی، ایده هایی در مورد مدل فعالیت دانش آموز با مجازی ایجاد شد. اشیا شروع به تغییر کردند توسعه در جهت ارائه اقدامات شبه واقع گرایانه با این اشیا پیش رفت. معلوم شد که این به‌روزرسانی‌ها برای توسعه مدل‌های تعاملی آزمایش فیزیکی آموزشی بسیار مهم هستند. پیاده سازی یک روش تقریبا طبیعی برای کنترل عناصر یک راه اندازی آزمایشی مجازی و همچنین روند آزمایش به طور کلی امکان پذیر شد. به لطف فناوری کشیدن و رها کردن، ماوس و صفحه کلید کامپیوتر در واقع شروع به انجام عملکردهای "دست" آزمایشگر کردند. یک آزمایش سه بعدی تعاملی با فرآیند کنترل آزمایش شبه واقعی (حرکت، چرخش، چرخش، فشار دادن، مالش، تغییر شکل، و غیره) به عنوان یک معیار جدید در طراحی اشیاء یک محیط مجازی موضوعی تعیین شد. مزایای آن به عنوان یک کیفیت آموزشی به طور قابل توجهی بالاتر غیرقابل انکار بود.

ذکر این نکته ضروری است که با کمی تاخیر، روند بهبود گرافیک کامپیوتری در نمایش مدل‌های آزمایش‌های فیزیکی در حال انجام است. این در درجه اول به دلیل هزینه های بالای نیروی کار برای چنین کاری است. سطح پایین گرافیک کامپیوتری، این یا آن درجه از اختلاف بین تصاویر اشیاء و همتایان واقعی آنها تأثیر منفی بر رویه انتقال دانش و مهارت های کسب شده توسط دانش آموزان در یک محیط آموزشی به اشیاء در محیط دیگر (از واقعی به مجازی و بد) می گذارد. برعکس). نمی توان انکار کرد که واقع گرایی یک مدل کامپیوتری می تواند و باید دارای درجه خاصی از محدودیت باشد. با این وجود، لازم است در یک محیط مجازی به راحتی "تصاویر قابل تشخیص" از اشیاء آموزشی واقعی مورد استفاده در انجام آزمایش های فیزیکی در مقیاس کامل ایجاد شود. مهم است که هر یک از این شیء را با در نظر گرفتن ویژگی‌ها و عملکردهای خارجی ضروری اجرا شده در آزمایش نشان دهیم. ترکیب تجسم واقع گرایانه مجموعه آزمایشگاه با اقدامات شبه واقع گرایانه آزمایشگر، نوعی واقعیت مجازی تحقیقات تجربی را ایجاد می کند و تأثیر آموزشی کار دانش آموز را در محیط مجازی به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

بدیهی است با در نظر گرفتن سطح فعلی توسعه ابزارهای فناوری اطلاعات و فناوری سخت افزار، عناصر واقعیت مجازی در تحقیقات تجربی آموزشی به زودی جای خود را به واقعیت مجازی خواهد داد. دیر یا زود، تعداد کافی مدل سه بعدی از آزمایش های فیزیکی تعاملی برای فرآیند آموزشی در مدرسه و دانشگاه ایجاد خواهد شد. پیاده سازی مدل سه بعدی آزمایشگاه فیزیکی با تجسم واقعی تجهیزات آزمایشگاهی برای انجام تحقیقات و امکان انجام اقدامات و عملیات تجربی موردی واقع بینانه، ابزار اضافی موثری برای توسعه دانش، مهارت ها و توانایی های دانش آموزان در زمینه های مختلف است. رشته روش شناسی

مطالعه تجربی. با این حال، باید به خاطر داشت که واقعیت مجازی مملو از اشیایی است که با دنیای بیرون تعامل ندارند.

تلاش‌ها برای توسعه مدل‌های نسل جدید برای آزمایش‌های فیزیکی آموزشی در حال انجام است. ایجاد آزمایشگاه تعاملی یک آزمایش فیزیکی، پیاده سازی شده در فناوری واقعیت مجازی، از نظر نرم افزاری و سخت افزاراین فرآیند و تولید واقعی محصول یک فعالیت بسیار زمان بر و پرهزینه است. در عین حال، کاملاً بدیهی است که با توسعه فناوری های ایجاد اشیاء یک محیط مجازی و در دسترس بودن این فناوری ها برای طیف گسترده ای از توسعه دهندگان، این مشکل حاد خود را از دست خواهد داد.

در حال حاضر، به لطف ظهور دسترسی آزادنسخه های رایگان (البته با عملکرد محدود) مدرن نرم افزارمدل‌سازی سه بعدی پویا از اشیاء محیط مجازی و همچنین ایجاد اشیاء آموزشی با استفاده از فناوری‌های واقعیت افزوده و واقعیت ترکیبی (ترکیبی) (یا به عبارت دیگر مجازی‌سازی افزوده) امکان‌پذیر شده است. بنابراین، برای مثال، در آخرین مورد، مدل‌های 2.5 بعدی تعاملی (با جلوه سه بعدی) یا مدل‌های سه بعدی واقعی اشیاء آموزشی روی یک دسکتاپ واقعی نمایش داده می‌شوند. توهم واقع گرایی در این مورد، کار مجازی انجام شده توسط دانش آموز به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

نیاز به ایجاد نسل جدیدی از مدل های آموزشی که با سطح بالایی از تعامل و واقعی ترین رابط مشخص می شود، اهمیت بحث در مورد جنبه های روش شناختی طراحی و توسعه آنها را تعیین می کند. این بحث باید بر اساس هدف این مدل ها در فرآیند آموزشی ساخته شود، یعنی: 1) دانش آموزان اطلاعات آموزشی لازم را در مورد اشیاء فیزیکی و فرآیندهای مورد مطالعه در یک محیط مجازی دریافت می کنند. 2) تسلط بر عناصر روش تحقیق تجربی (مراحل، اقدامات و عملیات فردی آن)، ادغام دانش روش شناختی و توسعه مهارت ها، تشکیل سطح لازم از تعمیم آنها. 3) اطمینان از انتقال کافی دانش و مهارت های به دست آمده در انتقال از اشیاء در مقیاس کامل محیط طبیعی به اشیاء مدل محیط مجازی (و بالعکس). 4) ترویج شکل گیری ایده های دانش آموزان در مورد نقش مدل سازی کامپیوتری در دانش علمی و مهارت های تعمیم یافته در کار با مدل های کامپیوتری.

اجرای یک آزمایش فیزیکی مدل در یک محیط یادگیری مجازی باید با در نظر گرفتن مدرن انجام شود فن آوری های آموزشیشکل‌گیری دانش موضوعی و فرا موضوعی، مهارت‌های خاص و تعمیم‌یافته (سطح تعمیم موضوعی و فرا موضوعی)، فعالیت‌های یادگیری همگانی و همچنین شایستگی‌های فناوری اطلاعات و ارتباطات در دانش‌آموزان. برای دستیابی به این هدف، نویسنده-توسعه دهنده یا گروهی از متخصصان شرکت کننده در ایجاد مدل های آزمایش فیزیکی باید دانش روش شناختی مناسبی داشته باشند. ما حوزه های این دانش را نشان می دهیم:

تجهیزات کلاس فیزیک مدرسه;

الزامات برای آزمایشات فیزیکی آزمایشگاهی و نمایشی؛

ساختار و محتوای فعالیت های آموزشی مربوط به انجام یک آزمایش فیزیکی؛

روش‌شناسی شکل‌گیری مهارت‌ها و توانایی‌های تجربی در دانش‌آموزان؛

دستورالعمل ها و روش های استفاده از ابزار ICT در طول آزمایش.

الزامات برای توسعه مدل های آموزشی تعاملی یک آزمایش فیزیکی؛

روش‌شناسی برای شکل‌گیری مهارت‌ها و توانایی‌های عمومی دانش‌آموزان برای کار با مدل‌های کامپیوتری؛

سازماندهی مطالعات تجربی آموزشی دانش آموزان در محیط مجازی بر اساس مدل های کامپیوتری.

در مرحله اول توسعه، لازم است یک مطالعه پیش از پروژه در مورد شی مدل سازی انجام شود: برای مطالعه پایه های فیزیکی پدیده های طبیعی مورد مطالعه در آزمایش. محتوا و روش اجرای یک آزمایش در مقیاس کامل مشابه (آموزشی، علمی) را در نظر بگیرید. توضیح ترکیب و ویژگی های تجهیزات، ابزار و مواد برای اجرای آن؛ تجزیه و تحلیل مدل ها - آنالوگ های تجربه فیزیکی طراحی شده، ایجاد شده توسط نویسندگان دیگر (در صورت وجود)، شناسایی مزایا و معایب آنها، و همچنین زمینه های ممکن برای بهبود. مهم است که در نهایت ترکیب مهارت‌های تجربی را که توصیه می‌شود در دانش‌آموزان بر اساس مدل ایجاد شده شکل دهند، تعیین کنیم.

در مرحله بعد، پروژه ای برای رابط پنجره کار مدل ایجاد می شود که شامل تمام عناصر استاتیک و تعاملی و همچنین عملکرد آنها می شود. طراحی رابط مبتنی بر مدل های روش شناختی دانش فیزیکی و فعالیت های آموزشی است که در علم آموزشی با طرح های تعمیم یافته نشان داده می شود: یک پدیده فیزیکی (شیء، فرآیند)، تحقیقات تجربی و اجرای مراحل فردی آن، توسعه دستورالعمل های آموزشی، کار با یک مدل کامپیوتری

در واقع، توسعه مدل آزمایش آموزشی بر اساس فناوری های نمایش و پردازش اطلاعات، محیط ها و زبان های برنامه نویسی انتخاب شده برای هر مورد انجام می شود.

در پایان کار، مدل تست و اصلاح می شود. مرحله تایید الگوی مجازی در فرآیند آموزشی واقعی به منظور آزمون اثربخشی آموزشی آن حائز اهمیت است.

اجازه دهید کلی ترین اصول را برای طراحی مدل های آموزشی تعاملی آزمایش های فیزیکی با استفاده از فناوری واقع بینانه ترین رابط فرموله کنیم.

1. تجسم واقع گرایانه از تنظیمات آزمایشی (شیء مورد مطالعه، دستگاه های فنی، دستگاه ها و ابزارها). یک آنالوگ بصری یک تنظیم در مقیاس کامل برای انجام آزمایش مدل روی یک میز آزمایشگاه مجازی قرار می گیرد. در تعدادی از موارد خاص، می توان یک مدل واقعی از شرایط میدانی آزمایش ایجاد کرد. سطح جزئیات در هر تصویرسازی باید توجیه شود. معیارهای اصلی در این مورد عناصر تصویر خارجی آن هستند که برای درک کافی از نصب و عناصر اصلی عملکرد ضروری هستند. برای به دست آوردن یک تصویر واقعی، توصیه می شود از تنظیمات آزمایشی و بخش های جداگانه آن، عکس هایی از اشیاء مورد مطالعه در آزمایش و همچنین ابزارها و مواد لازم برای آزمایش عکس بگیرید. ویژگی های عکسبرداری توسط فناوری انتخاب شده برای مدل سازی اشیاء در یک محیط مجازی (مدل سازی دو بعدی یا سه بعدی) تعیین می شود. در برخی موارد، ممکن است لازم باشد که ساختار داخلی یک دستگاه تجسم شود. قبل از اینکه تصاویر را بتوان در رابط مدل قرار داد، معمولاً مورد نیاز است پردازش اضافیبا استفاده از ویرایشگرهای مختلف

2. مدلسازی واقعی از عملکرد نصب و پدیده فیزیکی مورد مطالعه در آزمایش. تحقق این نیاز با تجزیه و تحلیل کامل دوره آزمایش در مقیاس کامل، مطالعه عملکرد هر عنصر از تنظیمات آزمایشی و تجزیه و تحلیل فرآیند پدیده فیزیکی بازتولید شده بر روی آن همراه است. است توسعه لازممدل‌های فیزیکی و ریاضی اجزای عملکردی مجموعه آزمایشی، و همچنین اشیا و فرآیندهای مورد مطالعه در آزمایش.

3. شبه واقع گرایی اعمال دانش آموز با عناصر چیدمان آزمایشی و اشیاء فیزیکی مورد مطالعه. مدل یک آزمایش فیزیکی باید به دانش‌آموزان اجازه دهد تا پدیده‌های فیزیکی را در حالت دستکاری‌های واقعی با تجهیزات مجازی کشف کرده و الگوهای درس خود را شناسایی کنند. روی انجیر 1 نمونه ای از چنین مدلی را نشان می دهد (""، درجه 7).

برنج. 1. مدل تعاملی "تعادل نیروها روی اهرم" (پروژه دانش آموز E.S. Timofeev، PSGPU، Perm، فارغ التحصیلی 2016)

در زمینه کاری این مدل یک بازوی نمایشی با تعلیق و مهره های متعادل کننده و همچنین یک ست شش وزنه ۱۰۰ گرمی وجود دارد.دانشجو با استفاده از “کشیدن” و رها کنید"، می تواند: 1) اهرم را با باز کردن یا سفت کردن مهره های متعادل کننده با حرکات کشویی در امتداد انتهای آنها (بالا، پایین) متعادل کند. 2) بارها را به طور مداوم از چوب لباسی آویزان کنید. 3) تعلیق ها را با بار حرکت دهید تا اهرم به تعادل برسد. 4) کالا را از اهرم خارج کرده و به ظرف برگردانید. در طول آزمایش، دانش آموز جدول «تعادل نیروها روی اهرم» را که روی تخته ارائه شده است پر می کند (شکل 1 را ببینید). توجه داشته باشید که این مدل رفتار واقعی اهرم را زمانی که تعادل مختل می شود، بازتولید می کند. اهرم در هر مورد با افزایش سرعت حرکت می کند.

روی انجیر 2 مدل آموزشی دیگری را نشان می دهد ("برق شدن اجسام" ، درجه 8). هنگام کار با این مدل، دانش آموز مبتنی بر فناوری کشیدن و رها کردن می تواند همین کار را انجام دهد

اقدامات آزمایشی، مانند نصب در مقیاس کامل. در زمینه کاری مدل، می توانید هر یک از چوب های برق دار (بنیت، شیشه، شیشه ارگانیک یا موم آب بند، برنج) را انتخاب کنید، آن را با مالش به یکی از مواد روی میز (خز، لاستیک، کاغذ یا کاغذ) برق دهید. ابریشم). درجه الکتریکی شدن چوب به دلیل مدت زمان اصطکاک می تواند متفاوت باشد. هنگامی که میله به هادی الکترومتر می رسد، فلش آن منحرف می شود (برق شدن توسط نفوذ). میزان انحراف سوزن به درجه برق دار شدن چوب و فاصله تا الکترومتر بستگی دارد.

برنج. 2. مدل "برق شدن اجسام". نصب برای آزمایش مدل:

الف) "سطح کلان" تظاهرات؛ ب) "سطح خرد" تظاهرات (پروژه توسط دانش آموز A.A. Vasilchenko، PSGPU، Perm، فارغ التحصیل در سال 2013)

شارژ الکترومتر با دست زدن به چوب امکان پذیر است. با آوردن بعدی همان چوب برق دار به الکترومتر شارژ شده از آن، انحراف فلش افزایش می یابد. هنگامی که یک چوب با یک بار علامت متفاوت به این الکترومتر آورده می شود، انحراف سوزن کاهش می یابد.

با استفاده از این مدل، می توان نحوه شارژ یک الکترومتر را با لمس یک "دست مجازی" نشان داد. برای انجام این کار، یک چوب برق دار در کنار هادی قرار می گیرد که پس از لمس "دست" هادی الکترومتر، آن را جدا می کنند. می توان متعاقباً علامت بار این الکترومتر را با استفاده از الکتریسیته از طریق نفوذ تعیین کرد.

یک مدل تعاملی از یک آزمایش نمایشی در مورد الکتریکی شدن اجسام (از طریق تأثیر، با لمس) اجازه می دهد تا، در حالت دستکاری های واقع بینانه با تجهیزات مجازی، تعامل اجسام برق دار را بررسی کنیم و در مورد وجود بارهای دو نوع نتیجه گیری کنیم. (یعنی در مورد الکتریسیته "شیشه" و "رزین" یا همانطور که فولاد بعداً در مورد بارهای الکتریکی مثبت و منفی صحبت می کند).

4. تجسم مکانیسم پدیده. اجرای این اصل در صورت نیاز به تبیین مبانی نظریه پدیده مورد مطالعه برای دانشجویان انجام می شود. به عنوان یک قاعده، اینها ایده آل سازی های مجازی هستند. اظهار نظر در مورد شرایط چنین ایده آل سازی در ارجاع به مدل مهم است. به طور خاص، در مدلی که در بالا برای برق انداختن اجسام ذکر شد

راه اندازی "سطح خرد" نمایش اجرا شد (شکل 2b). در راه اندازی سطح داده شدهعلامت شارژ نمایش داده می شود عناصر منفردالکترومتر و مقدار شرطی این شارژ (به دلیل تعداد بیشتر یا کمتر علائم "+" و "-" روی هر یک از عناصر الکترومتر). هدف کار در حالت "ریز سطح" کمک به دانش آموز برای توضیح اثرات مشاهده شده برقی شدن اجسام بر اساس ایده هایی در مورد ساختار ماده است.

5. اطمینان از سطح بالایی از تعامل مدل. سطوح احتمالی تعامل مدل های آموزشی در کار شرح داده شده است. هنگام توسعه مدل‌های یک آزمایش فیزیکی با واقعی‌ترین رابط، توصیه می‌شود روی سطوح بالایی از تعامل (سوم، چهارم) تمرکز کنید که درجه آزادی کافی را برای کارآموزان فراهم می‌کند. این مدل باید هم راه‌حل‌های سناریویی ساده (کار بر اساس دستورالعمل‌ها) و هم برنامه‌ریزی مستقل توسط دانش‌آموزان برای هدف و دوره آزمایش را امکان پذیر کند. استقلال فعالیت با انتخاب خودسرانه اشیاء و شرایط تحقیق در محدوده پیشنهادی و همچنین انواع اقدامات با عناصر مدل ارائه می شود. هر چه این دامنه ها گسترده تر باشد، هم خود فرآیند تحقیق و هم نتیجه آن برای دانشجویان غیرقابل پیش بینی تر می شود.

6. اجرای الگوهای فعالیت آموزشی. ساختار فعالیت مشاهده و تحقیقات تجربی در علم روش شناسی با طرح های تعمیم یافته نشان داده می شود. تمام عناصر رابط یک مدل واقعی از یک آزمایش فیزیکی و عملکرد آنها باید با در نظر گرفتن این طرح ها توسعه یابد. اینها برنامه های تعمیم یافته برای اجرای یک آزمایش فیزیکی و اقدامات فردی در ترکیب آن (انتخاب تجهیزات، برنامه ریزی آزمایش، اندازه گیری، طراحی جداول انواع مختلف، ساخت و تجزیه و تحلیل نمودارهای وابستگی عملکردی، تدوین یک نتیجه گیری) هستند. همچنین طرح های تعمیم یافته برای مطالعه پدیده های فیزیکی و اشیاء فنی. این رویکرد برای توسعه مدل به دانش‌آموزان اجازه می‌دهد تا به طور کامل و روش‌شناختی با یک مجموعه آزمایشی مجازی کار کنند. کار با مدل در این مورد به شکل گیری مهارت های تعمیم یافته در دانش آموزان در انجام آزمایش های فیزیکی کمک می کند.

مدل های تعاملی که در واقع بینانه ترین فناوری رابط ساخته شده اند، معمولاً برای دانش آموزان در نظر گرفته شده است تا کارهای آزمایشگاهی کامل را انجام دهند. ماهیت شبه واقعی مدل و مطابقت عملکرد آن با محتوا و ساختار مطالعه تجربی، در نتیجه انتقال نسبتاً آسان دانش و مهارت های کسب شده توسط دانش آموزان در محیط مجازی به محیط آزمایشگاه واقعی را فراهم می کند. . این امر با این واقعیت تضمین می شود که در جریان یک آزمایش مجازی در محیطی از نظر بصری و عملکردی نزدیک به واقعی، دانش آموزان مدارس اقدامات معمول خود را انجام می دهند: آنها با تجهیزات آموزشی آشنا می شوند، در برخی موارد آن را انتخاب می کنند و تنظیمات آزمایشی را مونتاژ می کنند (کامل یا جزئی)، آزمایش را انجام دهید ("تاثیر" لازم را بر روی شی مورد مطالعه ارائه دهید، از ابزارها خوانش کنید، جداول داده ها را پر کنید و محاسبات را انجام دهید)، و در پایان آزمایش، نتیجه گیری را تدوین کنید. تمرین نشان داده است که دانش آموزان متعاقباً کار مشابهی را با دستگاه های مشابه در آزمایشگاه مدرسه با موفقیت انجام می دهند.

7. طراحی و توسعه مدل با در نظر گرفتن طرح کلی کار دانش آموزان با مدل کامپیوتری. یک طرح کلی برای کار با یک مدل کامپیوتری در آثار ارائه شده است. از یک طرف، چنین طرحی اقدامات کلیدی کاربر را با هر کدام تعریف می کند

مدل در مطالعه خود، از سوی دیگر، محتوای مراحل کار ارائه شده در آن به توسعه‌دهنده مدل نشان می‌دهد که چه عناصر رابطی باید ایجاد شود تا از سطح بالایی از تعامل آن و کارایی آموزشی مورد نیاز اطمینان حاصل شود.

کار آموزشی با مدل های تعاملی توسعه یافته بر اساس این اصل، شکل گیری مهارت های تعمیم یافته مناسب را در دانش آموزان تضمین می کند، به آنها اجازه می دهد تا به طور کامل از قدرت توضیحی و پیش بینی مدل سازی به عنوان یک روش شناخت قدردانی کنند.

توجه داشته باشید که این طرح تعمیم یافته توصیه می شود هنگام تهیه دستورالعمل برای کار آزمایشگاه مجازی اعمال شود. روش تهیه کتابچه راهنمای آموزشی بر اساس چنین طرحی در کار آمده است.

8. اصل مدولار تشکیل مواد آموزشی برای سازماندهی کار مستقل دانش آموزان با مدل های کامپیوتری. توصیه می شود یک مدل تعاملی از یک آزمایش فیزیکی در ماژول آموزشی گنجانده شود که یک چرخه آموزشی نسبتاً کامل را تعریف می کند (شکل 3) (ارائه مطالب آموزشیدر قالب اطلاعات مختصر نظری و تاریخی (شکل 4). توسعه دانش و مهارت های دانش آموزان بر اساس مدل، ارائه، در صورت مشکل، نمونه هایی از فعالیت ها یا نشانه هایی از اشتباهات انجام شده در طول کار (شکل 1). خودکنترلی نتایج تسلط بر مطالب آموزشی با استفاده از آزمون تعاملی (شکل 5).

وزارت آموزش و پرورش و علوم فدراسیون روسیهدپارتمان آموزشی چند رسانه ای دانشگاه علوم انسانی و آموزشی دولتی پرم و فناوری اطلاعاتدانشکده فیزیک

بازوی اهرمی. تعادل نیروها روی اهرم

دانشجوی گروه MH

تیموفیف اوگنی سرگیویچ

سرپرست

دکتر لد نوک، پروفسور

اوسپنیکوا النا واسیلیونا

برنج. 3. ماژول آموزشی تعاملی "تعادل قدرت روی اهرم": عنوان و فهرست مطالب (پروژه توسط دانش آموز E.S. Timofeev، PSGPU، Perm)

بازوی اهرمی. تعادل نیروها روی اهرم

اهرم بدنه ای سفت و سخت است که می تواند به دور یک تکیه گاه ثابت بچرخد.

شکل 1 اهرمی را نشان می دهد که محور چرخش O (نقطه پشتیبانی) بین نقاط اعمال نیروهای A و B قرار دارد. شکل 2 نمودار این اهرم را نشان می دهد. نیروهای p1 و وارد بر اهرم در یک جهت هدایت می شوند.

بازوی اهرمی. تعادل نیروها روی اهرم

اهرم زمانی که نیروهای وارد بر آن معکوس شوند در حالت تعادل است. متناسب با بازوهای این نیروها.

این را می توان به شکل یک فرمول نوشت:

من ¡^ که در آن p1 و Pr نیرو هستند،

عمل بر روی اهرم، "2 b و \r - شانه های این نیروها.

قانون تعادل اهرمی توسط دانشمند یونان باستان ارشمیدس، فیزیکدان، ریاضیدان و مخترع ایجاد شد.

برنج. 4. ماژول آموزشی تعاملی "تعادل نیروها روی اهرم": اطلاعات نظری(پروژه دانش آموز E.S. Timofeev، PSGPU، Perm)

کدام یک از ابزارهای نشان داده شده از اهرم استفاده نمی کند؟

1) یک نفر بار را جابجا می کند #

3) پیچ و مهره

2) پدال ماشین

4) قیچی

برنج. 5. ماژول آموزشی تعاملی "تعادل قدرت روی اهرم": آزمونی برای خودکنترلی (پروژه دانش آموز E.S. Timofeev، PSGPU، Perm)

مدل تعاملی بخش اصلی ماژول است، سایر بخش‌های آن ماهیت همراهی دارند.

در حین اجرای آزمایش مجازی، نتایج کار دانش آموزان رصد می شود. اقدامات اشتباه "آزمایشگر" باید باعث ایجاد "واکنش" واقع بینانه شی فیزیکی یا تاسیسات آزمایشگاهی مورد بررسی شود. در برخی موارد، این واکنش را می توان با یک پاپ آپ جایگزین کرد پیام متنیو همچنین سیگنال های صوتی یا تصویری. توصیه می شود توجه دانش آموزان را به اشتباهات انجام شده در محاسبات و هنگام پر کردن جداول داده های تجربی جلب کنید. می توان اقدامات اشتباه انجام شده را شمارش کرد و نظر دانش آموز را در پایان کار بر اساس نتایج آن ارائه کرد.

در چارچوب ماژول، ناوبری راحت باید سازماندهی شود و انتقال سریعی را برای کاربر به اجزای مختلف آن فراهم کند.

اصول فوق برای طراحی مدل های آموزشی تعاملی یک آزمایش فیزیکی، اصلی ترین آنها هستند. ممکن است با توسعه فناوری‌های ایجاد اشیاء محیط مجازی و روش‌های مدیریت این اشیا، ترکیب و محتوای این اصول اصلاح شود.

پیروی از اصول فرموله‌شده در بالا، ایجاد مدل‌های آموزشی تعاملی با کارایی آموزشی بالا را تضمین می‌کند. مدل‌های یک آزمایش فیزیکی که در فناوری واقعی‌ترین رابط پیاده‌سازی شده‌اند، در واقع عملکرد شبیه‌سازها را انجام می‌دهند. ایجاد چنین شبیه‌سازی‌هایی بسیار زمان‌بر است، اما این هزینه‌ها کاملاً موجه هستند، زیرا در نتیجه، زمینه وسیعی از تمرینات تجربی اضافی برای دانش‌آموزان فراهم می‌شود که نیازی به حمایت مادی، فنی، سازمانی و روش‌شناختی خاصی ندارد. تجسم واقع گرایانه و عملکرد مجموعه آزمایشی، اقدامات شبه واقع گرایانه دانش آموزان با عناصر آن به شکل گیری ایده های کافی در مورد عمل واقعی تحقیق تجربی کمک می کند. هنگام طراحی چنین مدل هایی، فن آوری هایی برای مدیریت کار آموزشی دانش آموزان تا حد معینی اجرا می شود (رویکرد سیستماتیک برای ارائه اطلاعات آموزشی و سازماندهی فعالیت های آموزشی، پشتیبانی از کار مستقل در سطح اطلاع از اقدامات اشتباه یا ارائه (اگر لازم) دستورالعمل های آموزشی، ایجاد شرایط برای خودکنترلی سیستماتیک و در دسترس بودن کنترل نهایی سطح جذب مواد آموزشی).

توجه به این نکته مهم است که مدل‌های تعاملی یک آزمایش فیزیکی جایگزین نسخه کامل آن نیستند. این فقط یک مورد دیگر است ابزار آموزشیطراحی شده برای تکمیل سیستم ابزار و فن آوری برای شکل گیری تجربه دانش آموزان در مطالعه تجربی پدیده های طبیعی.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. آنتونوا بله. سازماندهی فعالیت های پروژه ای دانش آموزان برای توسعه مدل های تدریس تعاملی در فیزیک برای دبیرستان // آموزش علوم طبیعی، ریاضیات و انفورماتیک در دانشگاه و مدرسه: coll. مواد X بین المللی علمی -تمرین conf. (31 اکتبر - 1 نوامبر 2017). - تومسک: TSPU: 2017. - ص. 77 - 82.

2. Antonova D.A., Ospennikova E.V. سازماندهی کار مستقل دانشجویان یک دانشگاه آموزشی در شرایط استفاده از فناوری یادگیری مولد // آموزش آموزشی در روسیه. -2016. - شماره 10. - س 43 - 52.

3. Bayandin D.V. محیط یادگیری مجازی: ترکیب و توابع // آموزش عالی در روسیه. - 2011. - شماره 7. - ص. 113 - 118.

4. Bayandin D.V., Mukhin O.I. کارگاه مدل و کتاب مسئله تعاملی در فیزیک بر اساس سیستم STRATUM - 2000 // کامپیوتر برنامه های یادگیریو نوآوری - 2002. - شماره 3. - S. 28 - 37.

5. Ospennikov N.A., Ospennikova E.V. انواع مدل های کامپیوتری و جهت استفاده در آموزش فیزیک // بولتن دانشگاه آموزشی دولتی تومسک. -2010. - شماره 4. - س 118 - 124.

6. Ospennikov N.A., Ospennikova E.V. شکل گیری رویکردهای تعمیم یافته در کار با مدل ها در دانشجویان // ایزوستیا از دانشگاه فدرال جنوبی. علوم تربیتی. -2009. - شماره 12- ص. 206 - 214.

7. Ospennikova E.V. استفاده از فناوری اطلاعات و ارتباطات در آموزش فیزیک در مقطع متوسطه: ابزار. - م.: بینوم. آزمایشگاه دانش - 2011. - 655 ص.

8. Ospennikova E.V. عملکرد روش شناختی آزمایش آزمایشگاه مجازی // انفورماتیک و آموزش. - 2002. - شماره 11. - S. 83.

9. Ospennikova E.V., Ospennikov A.A. توسعه مدل های کامپیوتری در فیزیک با استفاده از فناوری واقعی ترین رابط //فیزیک در سیستم آموزش مدرن(FSSO - 2017): مواد کارآموز XIV. conf. - روستوف n / a: DSTU، 2017. - ص. 434 - 437.

10. Skvortsov A.I., Fishman A.I., Gendenshtein L.E. کتاب درسی چند رسانه ای فیزیک برای دبیرستان // فیزیک در سیستم آموزش مدرن (FSSO - 15): مواد کارآموز XIII. conf. - سن پترزبورگ: انتشارات سن پترزبورگ. GU، 2015. - S. 159 - 160.

L. V. Pigalitsyn،
، www.levpi.narod.ru، دبیرستان شماره 2، دزرژینسک، منطقه نیژنی نووگورود.

آزمایش فیزیک کامپیوتر

4. آزمایش کامپیوتری محاسباتی

آزمایش محاسباتی تبدیل می شود
به یک حوزه مستقل علمی تبدیل شود.
R.G. Efremov، دکترای علوم فیزیک و ریاضی

یک آزمایش کامپیوتری محاسباتی از بسیاری جهات شبیه آزمایش معمولی (طبیعی) است. این شامل برنامه ریزی آزمایش ها و ایجاد یک تنظیم آزمایشی و انجام آزمایش های کنترلی و یک سری آزمایش ها و پردازش داده های تجربی، تفسیر آنها و غیره می شود. با این حال، آن را نه بر روی یک جسم واقعی، بلکه در مدل ریاضی آن انجام می‌شود، نقش راه‌اندازی آزمایشی توسط تجهیزات مجهز انجام می‌شود. برنامه ویژهکامپیوتر.

آزمایش محاسباتی روز به روز محبوب تر می شود. آنها در بسیاری از موسسات و دانشگاه ها، به عنوان مثال، در دانشگاه دولتی مسکو مشغول هستند. دانشگاه آموزشی دولتی مسکو، موسسه سیتولوژی و ژنتیک شعبه سیبری آکادمی علوم روسیه، موسسه زیست شناسی مولکولی آکادمی علوم روسیه، و غیره. آزمایش برای این، نه تنها قدرت رایانه، بلکه الگوریتم های لازم و مهمتر از همه درک وجود دارد. اگر قبلا به اشتراک گذاشته شده بود - in vivo، in vitro، - اکنون اضافه شده است در سیلیکو. در واقع آزمایش محاسباتی به یک رشته مستقل علمی تبدیل می شود.

مزایای چنین آزمایشی آشکار است. معمولا ارزان تر از طبیعی است. می توان به راحتی و با خیال راحت مداخله کرد. می توان آن را در هر زمان تکرار و قطع کرد. در طی این آزمایش می توانید شرایطی را شبیه سازی کنید که در آزمایشگاه ایجاد نمی شوند. با این حال، مهم است که به یاد داشته باشید که یک آزمایش محاسباتی نمی تواند به طور کامل جایگزین آزمایش طبیعی شود و آینده با ترکیب معقول آنها است. آزمایش کامپیوتری محاسباتی به عنوان پلی بین آزمایش طبیعی و مدل های نظری عمل می کند. نقطه شروع شبیه سازی عددی توسعه یک مدل ایده آل از سیستم فیزیکی در نظر گرفته شده است.

بیایید چند نمونه از آزمایش فیزیکی محاسباتی را در نظر بگیریم.

ممان اینرسی.در "فیزیک باز" (2.6، قسمت 1) یک آزمایش محاسباتی جالب برای یافتن ممان اینرسی یک جسم صلب با استفاده از مثالی از سیستمی متشکل از چهار توپ که روی یک پره قرار گرفته اند وجود دارد. می توانید موقعیت این توپ ها را روی پره تغییر دهید و همچنین موقعیت محور چرخش را انتخاب کنید و آن را هم از مرکز پره و هم از انتهای آن بکشید. برای هر آرایش توپ ها، دانش آموزان مقدار لحظه اینرسی را با استفاده از قضیه اشتاینر بر روی ترجمه موازی محور چرخش محاسبه می کنند. داده های محاسبات توسط معلم ارائه می شود. پس از محاسبه ممان اینرسی، داده ها وارد برنامه شده و نتایج به دست آمده توسط دانش آموزان بررسی می شود.

"جعبه سیاه".برای اجرای آزمایش محاسباتی، من و دانش آموزانم چندین برنامه برای مطالعه محتوای جعبه سیاه الکتریکی ایجاد کردیم. ممکن است حاوی مقاومت ها، لامپ های رشته ای، دیودها، خازن ها، سیم پیچ ها و غیره باشد.

به نظر می رسد که در برخی موارد می توان بدون باز کردن "جعبه سیاه"، با اتصال دستگاه های مختلف به ورودی و خروجی، از محتویات آن مطلع شد. البته در سطح مدرسه می توان این کار را برای یک شبکه سه یا چهار ترمینال ساده انجام داد. چنین کارهایی قوه تخیل، تفکر فضایی و خلاقیت دانش آموزان را توسعه می دهد، البته ناگفته نماند که برای حل آنها باید دانش عمیق و محکمی داشته باشید. بنابراین، تصادفی نیست که در بسیاری از المپیادهای اتحادیه‌ای و بین‌المللی در فیزیک، مطالعه «جعبه‌های سیاه» در مکانیک، گرما، برق و اپتیک به عنوان مسائل تجربی مطرح می‌شود.

در کلاس های دوره ویژه، من سه کار آزمایشگاهی واقعی را در "جعبه سیاه" انجام می دهم:

- فقط مقاومت ها؛

- مقاومت ها، لامپ های رشته ای و دیودها؛

- مقاومت ها، خازن ها، سیم پیچ ها، ترانسفورماتورها و مدارهای نوسانی.

از نظر ساختاری، "جعبه های سیاه" در جعبه های کبریت خالی ساخته می شوند. داخل جعبه است مدار، و خود جعبه با چسب مهر و موم شده است. تحقیقات با کمک ابزار - آوومتر، ژنراتور، اسیلوسکوپ و غیره، - انجام می شود، زیرا. برای این کار باید CVC و AFC را بسازید. دانش‌آموزان قرائت‌های ابزار را وارد رایانه می‌کنند، که نتایج را پردازش می‌کند و CVC و پاسخ فرکانسی را ایجاد می‌کند. این به دانش آموزان اجازه می دهد تا بفهمند چه قسمت هایی در "جعبه سیاه" هستند و پارامترهای آنها را تعیین کنند.

هنگام انجام کارهای آزمایشگاهی جلویی با "جعبه های سیاه"، مشکلاتی در ارتباط با کمبود ابزار و تجهیزات آزمایشگاهی وجود دارد. در واقع، برای تحقیق لازم است که مثلاً 15 اسیلوسکوپ، 15 مولد صدا و غیره داشته باشیم، یعنی. 15 مجموعه تجهیزات گران قیمت که اکثر مدارس ندارند. و در اینجا "جعبه های سیاه" مجازی به کمک می آیند - برنامه های کامپیوتری مربوطه.

مزیت این برنامه ها این است که می توان تحقیقات را به طور همزمان توسط کل کلاس انجام داد. به عنوان مثال، برنامه ای را در نظر بگیرید که "جعبه های سیاه" را با استفاده از یک مولد اعداد تصادفی فقط حاوی مقاومت ها است. در سمت چپ دسکتاپ یک "جعبه سیاه" وجود دارد. دارای یک مدار الکتریکی است که فقط از مقاومت هایی تشکیل شده است که می توانند بین نقاط قرار گیرند الف، ب، جو D.

دانش آموز سه دستگاه در اختیار دارد: یک منبع تغذیه (مقاومت داخلی آن برای ساده کردن محاسبات برابر با صفر است و EMF به طور تصادفی توسط برنامه تولید می شود). ولت متر (مقاومت داخلی بی نهایت است)؛ آمپرمتر (مقاومت داخلی صفر است).

هنگامی که برنامه را در داخل "جعبه سیاه" اجرا می کنید، یک مدار الکتریکی به طور تصادفی حاوی 1 تا 4 مقاومت ایجاد می شود. دانش آموز می تواند چهار تلاش انجام دهد. پس از فشار دادن هر کلید، به او پیشنهاد می شود که هر یک از دستگاه های پیشنهادی را به هر ترتیبی به پایانه های "جعبه سیاه" متصل کند. مثلا به ترمینال ها وصل شد ABمنبع جریان با EMF = 3 ولت (مقدار EMF به طور تصادفی توسط برنامه تولید می شود، در این مورد معلوم شد که 3 ولت است). به ترمینال ها سی دییک ولت متر را وصل کرد و خوانش آن 2.5 ولت بود. از این باید نتیجه گرفت که حداقل یک تقسیم کننده ولتاژ در "جعبه سیاه" وجود دارد. برای ادامه آزمایش، به جای ولت متر، می توانید آمپرمتر را وصل کنید و قرائت کنید. این داده ها به وضوح برای کشف راز کافی نیست. بنابراین، دو آزمایش دیگر را می توان انجام داد: منبع جریان به پایانه ها متصل است سی دی، و ولت متر و آمپرمتر - به پایانه ها AB. داده های به دست آمده در این مورد از قبل برای باز کردن محتویات "جعبه سیاه" کافی خواهد بود. دانش آموز نموداری را روی کاغذ می کشد، پارامترهای مقاومت ها را محاسبه می کند و نتایج را به معلم نشان می دهد.

معلم با بررسی کار ، کد مناسب را وارد برنامه می کند و مدار داخل این "جعبه سیاه" و پارامترهای مقاومت ها روی دسکتاپ ظاهر می شود.

این برنامه توسط دانش آموزان من در بیسیک نوشته شده است. برای اجرا در آن ویندوز XPیا در ویندوز ویستا می توانید از یک شبیه ساز استفاده کنید DOS، مثلا، جعبه داس. می توانید آن را از وب سایت من www.physics-computer.by.ru دانلود کنید.

اگر عناصر غیر خطی در داخل "جعبه سیاه" (لامپ های رشته ای، دیودها و غیره) وجود داشته باشد، علاوه بر اندازه گیری های مستقیم، باید CVC را نیز بگیرید. برای این منظور باید یک منبع جریان، یک ولتاژ وجود داشته باشد که در خروجی های آن بتوان ولتاژ را از 0 به مقدار معینی تغییر داد.

برای مطالعه اندوکتانس ها و خازن ها، اندازه گیری پاسخ فرکانسی با استفاده از یک مولد صدای مجازی و یک اسیلوسکوپ ضروری است.

انتخابگر سرعتبیایید یک برنامه دیگر از "فیزیک باز" (2.6، بخش 2) را در نظر بگیریم، که امکان انجام یک آزمایش محاسباتی با انتخابگر سرعت در یک طیف سنج جرمی را فراهم می کند. برای تعیین جرم یک ذره با استفاده از طیف سنج جرمی، لازم است یک انتخاب اولیه از ذرات باردار بر اساس سرعت انجام شود. این هدف توسط به اصطلاح خدمت می کند انتخابگرهای سرعت

در ساده ترین انتخابگر سرعت، ذرات باردار در میدان های الکتریکی و مغناطیسی یکنواخت متقاطع حرکت می کنند. یک میدان الکتریکی بین صفحات ایجاد می شود خازن تخت، مغناطیسی - در شکاف آهنربای الکتریکی. سرعت شروع υ ذرات باردار عمود بر بردارها جهت داده می شوند E و AT .

دو نیرو بر ذره باردار وارد می شود: نیروی الکتریکی q E و نیروی مغناطیسی لورنتس q υ × ب . تحت شرایط خاصی، این نیروها دقیقاً می توانند یکدیگر را متعادل کنند. در این حالت ذره باردار به صورت یکنواخت و مستقیم حرکت خواهد کرد. پس از عبور از خازن، ذره از سوراخ کوچکی در صفحه عبور می کند.

شرایط یک مسیر مستقیم یک ذره به بار و جرم ذره بستگی ندارد، بلکه فقط به سرعت آن بستگی دارد: qE = qυB→υ = E/B.

در یک مدل کامپیوتری، می توانید مقادیر شدت میدان الکتریکی E، القای میدان مغناطیسی را تغییر دهید بو سرعت اولیه ذرات υ . آزمایش انتخاب سرعت را می توان برای یک الکترون، یک پروتون، یک ذره α و اتم های کاملاً یونیزه شده اورانیوم-235 و اورانیوم-238 انجام داد. یک آزمایش محاسباتی در این مدل کامپیوتری به شرح زیر انجام می شود: به دانش آموزان گفته می شود که کدام ذره باردار به انتخابگر سرعت پرواز می کند، قدرت میدان الکتریکی و سرعت اولیه ذره. دانش آموزان قدرت میدان مغناطیسی را با استفاده از فرمول های بالا محاسبه می کنند. پس از آن داده ها وارد برنامه شده و پرواز ذره مشاهده می شود. اگر ذره به صورت افقی در داخل انتخابگر سرعت پرواز کند، محاسبات صحیح است.

آزمایش‌های محاسباتی پیچیده‌تری را می‌توان با استفاده از بسته رایگان انجام داد "MODEL VISION برای WINDOWS".بسته Model Vision Studio (MVS)یک پوسته گرافیکی یکپارچه است ایجاد سریعمدل‌های بصری تعاملی سیستم‌های دینامیکی پیچیده و انجام آزمایش‌های محاسباتی با آنها. این بسته توسط گروه تحقیقاتی "تکنولوژی های شیء تجربی" در بخش "محاسبات توزیع شده و شبکه های کامپیوتر» دانشکده سایبرنتیک فنی، دانشگاه فنی دولتی سن پترزبورگ. رایگان توزیع می شود نسخه رایگانبسته بندی MVS 3.0 در www.exponenta.ru موجود است. فناوری مدلسازی در محیط MVSبر اساس مفهوم یک نیمکت آزمایشگاهی مجازی است. کاربر بلوک های مجازی سیستم شبیه سازی شده را روی پایه قرار می دهد. بلوک های مجازی برای مدل یا از کتابخانه انتخاب می شوند یا دوباره توسط کاربر ایجاد می شوند. بسته MVSبرای خودکارسازی مراحل اصلی یک آزمایش محاسباتی طراحی شده است: ساخت یک مدل ریاضی از شی مورد مطالعه، تولید پیاده سازی نرم افزارمدل، ویژگی های مدل را مطالعه کرده و نتایج را به شکلی مناسب برای تحلیل ارائه کنید. شی مورد مطالعه ممکن است به کلاس سیستم های پیوسته، گسسته یا ترکیبی تعلق داشته باشد. این بسته برای مطالعه سیستم های پیچیده فیزیکی و فنی مناسب است.

به عنوان مثالبیایید یک مشکل نسبتاً محبوب را در نظر بگیریم. بگذارید یک نقطه مادی در زاویه ای به یک صفحه افقی پرتاب شود و کاملاً الاستیک با این صفحه برخورد کند. این مدل در مجموعه آزمایشی بسته های نمونه مدل سازی تقریباً اجباری شده است. در واقع، این یک سیستم ترکیبی معمولی با رفتار پیوسته (پرواز در میدان گرانشی) و رویدادهای گسسته (جهش) است. این مثال همچنین یک رویکرد شی گرا برای مدل‌سازی را نشان می‌دهد: توپی که در جو پرواز می‌کند از نسل توپی است که در فضای بدون هوا پرواز می‌کند و به طور خودکار همه ویژگی‌های مشترک را به ارث می‌برد، در حالی که ویژگی‌های خاص خود را اضافه می‌کند.

آخرین، آخرین مرحله مدل سازی از دیدگاه کاربر، مرحله توصیف فرم برای ارائه نتایج یک آزمایش محاسباتی است. اینها می توانند جداول، نمودارها، سطوح و حتی انیمیشن هایی باشند که نتایج را در زمان واقعی نشان می دهند. بنابراین، کاربر در واقع پویایی سیستم را مشاهده می کند. نقاط فضای فاز می توانند حرکت کنند، عناصر ساختاری ترسیم شده توسط کاربر می توانند رنگ ها را تغییر دهند، و کاربر می تواند روی صفحه نمایش، به عنوان مثال، فرآیندهای گرمایش یا سرمایش را دنبال کند. در بسته‌های ایجاد شده برای اجرای نرم‌افزار مدل، می‌توان پنجره‌های ویژه‌ای ارائه کرد که در طی آزمایش محاسباتی، امکان تغییر مقادیر پارامترها و مشاهده فوری عواقب تغییرات را فراهم می‌کند.

کار زیادی روی مدل‌سازی بصری فرآیندهای فیزیکی در MVSدر MPGU برگزار شد. در آنجا، تعدادی کار مجازی در درس فیزیک عمومی ایجاد شد که می تواند با امکانات تجربی واقعی مرتبط باشد، که به شما امکان می دهد به طور همزمان روی صفحه نمایش در زمان واقعی تغییر پارامترهای هر دو فرآیند فیزیکی واقعی را مشاهده کنید. پارامترهای مدل آن، به وضوح کفایت آن را نشان می دهد. به عنوان نمونه، هفت کار آزمایشگاهی در مورد مکانیک را از کارگاه آزمایشگاهی پورتال اینترنتی آموزش باز که مطابق با استانداردهای آموزشی دولتی موجود در تخصص "معلم فیزیک" است، ذکر می کنم: مطالعه حرکت مستطیلی با استفاده از ماشین اتوود. اندازه گیری سرعت گلوله؛ افزودن ارتعاشات هارمونیک؛ اندازه گیری لحظه اینرسی چرخ دوچرخه؛ مطالعه حرکت چرخشی یک جسم صلب؛ تعیین شتاب سقوط آزاد با استفاده از آونگ فیزیکی. مطالعه نوسانات آزاد یک آونگ فیزیکی

شش مورد اول مجازی هستند و در رایانه شخصی شبیه سازی شده اند ModelVisionStudioFreeو دومی هم یک نسخه مجازی دارد و هم دو نسخه واقعی. در برنامه ای که برای آموزش از راه دور طراحی شده است، دانش آموز باید به طور مستقل از یک گیره کاغذ بزرگ و یک پاک کن پاندول بسازد و آن را زیر شفت آویزان کند. موس کامپیوتربدون توپ، آونگی بگیرید که زاویه انحراف آن توسط برنامه خاصی خوانده می شود و دانش آموز باید هنگام پردازش نتایج آزمایش از آن استفاده کند. این رویکرد اجازه می دهد تا برخی از مهارت های مورد نیاز برای کار آزمایشی فقط در رایانه شخصی کار شود، و بقیه - هنگام کار با دستگاه های واقعی موجود و با دسترسی از راه دور به تجهیزات. در نسخه دیگری که برای آماده سازی خانه دانشجویان تمام وقت برای انجام کارهای آزمایشگاهی در کارگاه گروه فیزیک عمومی و تجربی دانشکده فیزیک دانشگاه دولتی مسکو طراحی شده است، دانش آموز مهارت های کار با یک آزمایشی را تمرین می کند. راه اندازی بر روی یک مدل مجازی، و در آزمایشگاه آزمایشی را به طور همزمان بر روی یک راه اندازی واقعی خاص و با مدل مجازی آن انجام می دهد. در همان زمان، او از هر دو ابزار اندازه گیری سنتی به شکل مقیاس نوری و کرونومتر و همچنین ابزار دقیق تر و سریع تر استفاده می کند - حسگر حرکت مبتنی بر ماوس نوری و تایمر کامپیوتر. مقایسه همزمان هر سه نمایش (سنتی، پالایش شده با کمک حسگرهای الکترونیکی متصل به رایانه و مدل) از یک پدیده به ما امکان می‌دهد تا زمانی که داده‌های شبیه‌سازی رایانه‌ای شروع می‌شود، در مورد محدودیت‌های کفایت مدل نتیجه‌گیری کنیم. تا بعد از مدتی بیشتر و بیشتر با خوانش هایی که در یک نصب واقعی فیلمبرداری شده است متفاوت باشد.

موارد فوق امکانات استفاده از کامپیوتر را در یک آزمایش محاسباتی فیزیکی تمام نمی کند. بنابراین برای یک معلم خلاق و شاگردانش همیشه فرصت های استفاده نشده در زمینه آزمایش فیزیکی مجازی و واقعی وجود خواهد داشت.

اگر نظر یا پیشنهادی دارید برای انواع مختلفآزمایش کامپیوتر فیزیکی، برای من در آدرس زیر بنویسید:

مطالعه مدل های فیزیکیتهیه شده توسط: کوکلوا آناستازیا

مدل‌سازی وسیله‌ای برای مطالعه یک سیستم با جایگزینی آن با سیستمی (مدل) است که برای تحقیق راحت‌تر است و ویژگی‌های مورد علاقه محقق را حفظ می‌کند. مدل سازی ساخت (یا انتخاب) و مطالعه مدل ها به منظور کسب دانش جدید در مورد اشیا است. مدل شیء با هر ماهیتی است که می تواند جایگزین شی مورد مطالعه در ویژگی های مورد علاقه محقق شود (مثلاً یک کره یک مدل از زمین است). شرح شی - مجموعه ای از اطلاعات در مورد سیستم تحت مطالعه و شرایطی که تحت آن لازم است مطالعه انجام شود.

طبقه بندی (پیشنهاد شده توسط VA Venikov) مدل های منطقی مدل های منطقی بر اساس استدلال ایجاد می شوند. هر شخصی قبل از انجام عملی، یک مدل منطقی می سازد. درستی مدل منطقی زمان را نشان می دهد. مدل هایی از این نوع که همیشه برای ما شناخته شده نیستند تأیید شده اند. مزیت مدل های منطقی وجود در انواع مدل های دیگر است. مدل های فیزیکی مدل هایی که از نظر فیزیکی شبیه یک سیستم واقعی هستند. تفاوت اصلی بین مدل های فیزیکی شباهت فیزیکی مهم ترین ویژگی های مورد مطالعه است. بارزترین نمونه از مدل های فیزیکی، اسباب بازی های کودکان است. مثال دیگر - هنگام طراحی یک ماشین، طراحان یک مدل فیزیکی پلاستیکی از محصول آینده می سازند. مزیت این نوع مدل، بالاترین درجه قابل مشاهده بودن نتایج است. مدل‌های ریاضی مدل ریاضی توصیفی از سیستم مورد مطالعه است که کاملاً به زبان ریاضیات رسمیت یافته است. مزیت اثبات رسمی و اعتبار نتایج به دست آمده است. (مثلاً سیستم معادلات خطی روشی برای حل آن است). این نوعدر حال حاضر شبیه سازی عامل تعیین کننده در تحقیقات سیستمی است. شبیه سازی (رایانه ای) مدل سازی مدل سازی شبیه سازی یک آزمایش عددی با مدل های ریاضی عناصر سیستم مورد مطالعه است که در سطح اطلاعات. مدل‌های شبیه‌سازی نه تنها می‌توانند شامل مدل‌های ریاضی عناصر سیستم مورد مطالعه، بلکه مدل‌های فیزیکی نیز باشند. (مثلا یک مربی).

مطالعه مدل های فیزیکی حرکت تحت تأثیر گرانش به خوبی شناخته شده است. این عبارت است از سقوط جسم از ارتفاع معین و حرکت جسمی که در زاویه به افق پرتاب می شود و غیره. اگر در چنین مسائلی نیروی مقاومت هوا در نظر گرفته نشود، تمام انواع حرکت ذکر شده با فرمول های شناخته شده توصیف می شوند. اما مشکلاتی که در آنها مقاومت هوا در نظر گرفته می شود کمتر جالب نیست.

حرکت وظیفه چترباز.

صحنه می کنم. بیان مسئله شرح مسئله هنگام سقوط به زمین، چتربازی عمل گرانش و مقاومت هوا را تجربه می کند. به طور تجربی ثابت شده است که نیروی مقاومت به سرعت حرکت بستگی دارد: هر چه سرعت بیشتر باشد، نیرو بیشتر است. هنگام حرکت در هوا، این نیرو متناسب با مجذور سرعت با مقداری ضریب درگ k است که به طراحی چتر نجات و وزن فرد بستگی دارد. مقدار این ضریب چقدر باید باشد تا چترباز با سرعتی بیش از 8 متر بر ثانیه روی زمین فرود آید که خطری برای سلامتی ندارد؟ اهداف مدلسازی را تعیین کنید و کار را رسمی کنید.

مرحله دوم توسعه مدل INFORMATION MODEL مدل اطلاعاتی خود را بسازید. مدل ریاضی شکل نیروهای وارد بر چترباز را نشان می دهد. طبق قانون دوم نیوتن، حرکت تحت عمل نیروها را می توان به صورت برابری نوشت.

ما این برابری را روی محور حرکت قرار می دهیم، عبارت را جایگزین نیروی مقاومت هوا می کنیم و فرمولی برای محاسبه شتاب به دست می آوریم.

ما سرعت و مسافتی را که چترباز طی فواصل منظم Δt طی کرد محاسبه خواهیم کرد. فرمول محاسبه لحظه های زمان این است: ti+1=ti+Δt همچنین شتاب را ثابت و برابر ai در هر بازه فرض می کنیم. فرمول محاسبه شتاب به این صورت است: که در آن Vi سرعت ابتدای بازه است (V0 سرعت اولیه است).

سرعت در پایان بازه (و بر این اساس، در ابتدای فاصله بعدی) با فرمول حرکت شتاب یکنواخت محاسبه می شود.

مدل کامپیوتری برای شبیه سازی، یک محیط صفحه گسترده را انتخاب می کنیم. در این محیط اطلاعات و مدل ریاضیدر جدولی ترکیب می شوند که شامل سه ناحیه است: داده های اولیه. سکونتگاه های میانی؛ نتایج.

مرحله III. آزمایش کامپیوتری

مدل رسمی برای رسمی کردن مدل، از فرمول‌های حرکت یکنواخت و شتاب‌دار یکنواخت شناخته شده از درس فیزیک استفاده می‌کنیم.

با تشکر از توجه شما!!!

وزارت آموزش و پرورش و علوم منطقه کراسنودار

موسسه آموزشی بودجه حرفه ای دولتی منطقه کراسنودار

"کالج کشاورزی پاشکوفسکی"

توسعه روشی

کاربرد مدل های تعاملی یک آزمایش فیزیکی در مطالعه فیزیک

کراسنودار 2015

موافقت کرد

قائم مقام مدیر MR

GBPOU KK PSHC

آنها استروتسکایا

2015

توسعه روش شناختی در جلسه کمیته مرکزی مورد بررسی قرار گرفت

رشته های ریاضی و علوم طبیعی

رئیس کمیته مرکزی

_________________ (پوشکاروا ن.یا.)

مقدمه

نوسازی آموزش در زمینه کامپیوتری کردن فرآیند آموزشی، امکانات خودآموزی دانش آموزان را گسترش می دهد، آنها را به خودکنترلی عادت می دهد، محتوای آموزش را به میزان قابل توجهی غنی می کند، اجازه می دهد تا آموزش را فردی کند. فن آوری های نوآورانه رایانه جهت گیری اطلاعاتی سیستم آموزشی را فراهم می کند، دانش آموزان را برای شرایط جدید فعالیت در محیط اطلاعاتی آماده می کند.

این مقاله نمونه‌ای از استفاده از مدل‌های مجازی آونگ‌های ریاضی و فیزیکی، میله‌ای روی صفحه و سیستم اجسام جفت شده در مطالعه نوسانات هارمونیک و حرکت بدن تحت تأثیر چندین نیرو را ارائه می‌دهد. نویسنده دستورالعمل هایی را برای کاربرد آنها برای استفاده موثر از منابع دیجیتال در فرآیند آموزشی ارائه می دهد. به خصوص مربوط به استفاده از فناوری نوآورانهدر تخصص ها مشخصات فنی، با آموزش تمرین محور که توسط الزامات استاندارد حرفه ای ارائه می شود و با شغل بیشتر فارغ التحصیلان واجد شرایط آینده کالج تعیین می شود.

هدف از این کار فراهم کردن شرایط روش شناختی برای تسهیل مطالعه و آموزش بخش های فیزیک "نوسانات هارمونیک" و "دینامیک" با استفاده اجباری از بخش تعاملی است.

- تئوری در مورد این موضوع را مطابق با الزامات استانداردهای آموزشی ایالتی فدرال نسل سوم (FSES SPO) برای رشته "ODP 11. Physics" انتخاب و تطبیق دهید.

از مواد روش شناختی ارائه شده به طور مؤثر برای شکل گیری شایستگی های عمومی و مهمتر از همه حرفه ای استفاده کنید.

- ایجاد نمونه ای از کاربرد احتمالی مدل ها برای کار در سخنرانی ها، کلاس های عملی و آزمایشگاهی؛

- برنامه های درسی را برای کار با مدل های تعاملی ایجاد کنید.

- ویژگی های استفاده از تجربه موجود برای کار در کلاس با دانش آموزان تخصص های فنی را در نظر بگیرید:

08.02.01 "ساخت و بهره برداری از ساختمان ها و سازه ها"؛ 08.02.07 "نصب و راه اندازی دستگاه های لوله کشی داخلی، تهویه مطبوع و تهویه"؛

08.02.03 "تولید محصولات و سازه های ساختمانی غیر فلزی";

21.02.04 "مدیریت زمین".

این توسعه از مدل های کامپیوتری فرآیندهای فیزیکی تهیه شده توسط Bogdanov N.E استفاده می کند. در سال 2007 ارائه یک سازنده مجازی با هدف ارائه یک رویکرد مبتنی بر فعالیت برای یادگیری، که به ویژه برای استفاده در آموزش متخصصان سطح متوسط ​​اهمیت دارد. به خصوص در زمینه ساخت و ساز، که برای آن مهم است که بتوانیم ماهیت فرآیندهای فیزیکی، شرایط تعادل، محدودیت های مقاومت انواع مختلف سازه ها را تجزیه و تحلیل و درک کنیم.

این توسعه روش شناختی الزامات نتایج تسلط بر حرفه ای اصلی را برآورده می کند برنامه آموزشیکه بر اساس آن تکنسین باید دارای صلاحیت های عمومی و حرفه ای زیر باشد:

OK 4. جستجو و استفاده از اطلاعات لازم برای انجام کارهای حرفه ای.

OK 5. استفاده از فناوری اطلاعات و ارتباطات در فعالیت حرفه ای.

PC 1.4. مشارکت در توسعه یک پروژه برای تولید آثار با استفاده از فناوری اطلاعات.

1مدل سازی کامپیوتریآزمایش

اول از همه، مدل سازی کامپیوتری امکان به دست آوردن تصاویر پویا بصری از آزمایشات و پدیده های فیزیکی را فراهم می کند تا جزئیات ظریف آنها را بازتولید کند، که اغلب هنگام مشاهده پدیده های واقعی در طول فرآیند آموزشی فرار می کنند. هنگام استفاده از مدل ها، رایانه فرصت منحصر به فردی را برای دانش آموز فراهم می کند تا نه یک پدیده طبیعی واقعی، بلکه مدل ساده شده آن را تجسم کند. در عین حال، معلم این فرصت را دارد که به تدریج عوامل اضافی را در نظر بگیرد که به تدریج مدل را پیچیده می کند و آن را به یک پدیده فیزیکی واقعی نزدیک می کند. علاوه بر این، شبیه سازی کامپیوتری امکان تغییر مقیاس زمانی رویدادها، در نظر گرفتن آنها را در مراحل و همچنین شبیه سازی موقعیت هایی که در آزمایش های فیزیکی قابل تحقق نیستند را ممکن می سازد.

کار دانش‌آموزان با مدل‌های تعاملی مفید است، زیرا مدل‌های کامپیوتری اجازه می‌دهند شرایط اولیه آزمایش‌های فیزیکی را در محدوده وسیعی تغییر دهند و آزمایش‌های مجازی متعددی را انجام دهند. فرصت‌های شناختی عظیمی در برابر کارآموزان باز می‌شود که به آنها اجازه می‌دهد نه تنها ناظر، بلکه شرکت‌کنندگان فعال در آزمایش‌های در حال انجام باشند. برخی از مدل ها امکان مشاهده ساخت وابستگی های گرافیکی مربوطه را همزمان با دوره آزمایش ها فراهم می کنند که باعث افزایش دید آنها می شود. معلم باید روی شکل این وابستگی های گرافیکی تمرکز کند، به ویژه در بخش "ارتعاشات مکانیکی"، جایی که راحت است به دانش آموزان جوهر قانون بقای انرژی را نشان دهد. در این توسعه روش شناختیاین نکته در بند 2.1.1 افشا شده است. بخش 2 استفاده از مدل ها را برای کار سخنرانی معلم در کلاس درس یا برای کار مستقل دانش آموز با مطالبی ارائه می دهد که امکان "احیای" یک نظریه خشک را فراهم می کند. اسکرین شات های مدل به شما امکان می دهد پویایی تغییرات در مقادیر فیزیکی را نشان دهید.

هنگام مشاهده و توصیف یک تجربه فیزیکی شبیه سازی شده در رایانه، یادگیرنده باید:

تعیین کنید که چه پدیده فیزیکی، فرآیندی تجربه را نشان می دهد.

عناصر اصلی نصب را نام ببرید.

به طور خلاصه روند آزمایش و نتایج آن را شرح دهید.

پیشنهاد دهید چه چیزی را می توان در نصب تغییر داد و چگونه این امر بر نتایج آزمایش تأثیر می گذارد.

نتیجه گیری.

برای اینکه درس در کلاس کامپیوتر نه تنها از نظر شکل جالب باشد، بلکه حداکثر تأثیر آموزشی را نیز به ارمغان بیاورد، معلم باید از قبل یک برنامه کاری با مدل رایانه ای انتخاب شده برای مطالعه آماده کند، سؤالات و وظایفی مطابق با عملکردهمچنین توصیه می شود به کارآموزان هشدار داده شود که در پایان درس باید به سؤالات پاسخ دهند یا گزارش کوتاهی از کار انجام شده بنویسند. نویسنده در ضمیمه های این طرح درس توسعه، تکالیفی برای کلاس درس مستقل و تکالیف، آزمونی برای کنترل دانش ارائه می دهد.

یکی از انواع وظایف انفرادی، کارهای آزمایشی با تأیید رایانه بعدی است. در ابتدای درس، معلم تکالیف فردی را به صورت چاپی بین دانش‌آموزان توزیع می‌کند و پیشنهاد می‌کند که مسائل را به تنهایی در کلاس یا به عنوان تکلیف حل کنند. صحت حل مسائل را می توان با استفاده از دانش آموزان بررسی کرد برنامه کامپیوتری. امکان تأیید مستقل بعدی نتایج به‌دست‌آمده در یک آزمایش مجازی، علاقه شناختی را افزایش می‌دهد، کار دانش‌آموزان را خلاق می‌کند و می‌تواند ماهیت آن را به تحقیقات علمی نزدیک‌تر کند.

عامل مثبت دیگری به نفع استفاده از آزمایش های رایانه ای وجود دارد. این تکنولوژیفراگیران را تشویق می کند تا مشکلات خود را مطرح کنند و سپس درستی استدلال خود را با استفاده از مدل های تعاملی بررسی کنند.

از سوی دیگر، معلم می‌تواند دانش‌آموزان را به انجام چنین فعالیت‌هایی دعوت کند، بدون ترس از اینکه بعداً مجبور شود تعدادی از کارهایی را که آنها اختراع کرده‌اند بررسی کند. چنین وظایفی از این جهت مفید هستند که به دانش‌آموزان اجازه می‌دهند تا ارتباط زنده بین یک آزمایش کامپیوتری و فیزیک پدیده‌های مورد مطالعه را ببینند. علاوه بر این، وظایف تدوین شده توسط دانش آموزان می تواند در کار کلاسی مورد استفاده قرار گیرد یا در قالب تکالیف به سایر دانش آموزان برای مطالعه مستقل ارائه شود.

1.1 مزایا و معایب استفاده از وسایل الکترونیکی

وضوح فرآیندها، تصاویر واضح از تاسیسات و مدل‌های فیزیکی، پر از جزئیات ثانویه نیست.

فرآیندهای فیزیکی، پدیده ها را می توان به طور مکرر تکرار کرد، متوقف کرد، به عقب پیمایش کرد، که به معلم اجازه می دهد توجه دانش آموزان را متمرکز کند، توضیحات مفصلبدون عجله برای آزمایش؛

توانایی تغییر پارامترهای سیستم به دلخواه، انجام مدل سازی فیزیکی، ارائه فرضیه ها و بررسی اعتبار آنها.

دریافت و تجزیه و تحلیل وابستگی های گرافیکی که توسعه همزمان فرآیند را توصیف می کند.

از داده ها برای تدوین اهداف خود استفاده می کنند.

به مطالب نظری مراجعه کنید، ارجاعات تاریخی ایجاد کنید، با تعاریف و قوانین نمایش داده شده بر روی صفحه نمایش پروژکتور کار کنید.

معایب استفاده از ابزارهای آموزش الکترونیکی:

یک جریان متراکم اطلاعات، کدگذاری شده به اشکال مختلف، که دانش آموزان همیشه زمان لازم برای پردازش آن را ندارند.

"اعتیاد" به یک محصول نرم افزاری خاص به سرعت شروع می شود و در نتیجه وضوح علاقه از بین می رود.

کامپیوتر جایگزین ارتباط عاطفی زنده با معلم می شود.

کارآموزان باید از صدای معمول معلم به صدای صوتی، اغلب با صدای با کیفیت پایین تغییر کنند.

حضور کارآموزان برخی از عناصر نمایش، زمانی که نقش ناظران بیرونی را ایفا می کنند و نه شرکت کنندگان در روند.

هم می توان نکات مثبت و هم منفی را تکمیل کرد یا برخی از جنبه های منفی استفاده از کامپیوتر را می توان به جنبه های مثبت تبدیل کرد. به عنوان مثال، برای تبدیل جنبه های انگیزشی استفاده از شبیه سازی رایانه ای در فعالیت های آموزشی به صفحه بازی های آموزشی.

2 استفاده از مدل های مجازی در مطالعه فیزیک

بخش های زیر استفاده از یک مدل مجازی از یک آونگ ریاضی و فیزیکی برای درک ماهیت نظریه نوسانات هارمونیک و همچنین مدل اجسام جفت شده و یک میله در یک صفحه را هنگام مطالعه حرکت اجسام تحت عمل توصیف می کند. از چندین نیرو در زیر نمونه هایی از وظایف قابل استفاده در کار با دانش آموزان تخصص های فنی موسسات آموزشی تخصصی متوسطه آورده شده است.

2.1 آونگ ریاضی

2.1.1 ارتعاشات هارمونیک و خصوصیات آنها

نوسانات به حرکات یا فرآیندهایی گفته می شود که با تکرار معینی در زمان مشخص می شوند. نوسانات در دنیای اطراف گسترده هستند و می توانند ماهیت بسیار متفاوتی داشته باشند. این نوسانات می توانند مکانیکی (آونگ)، الکترومغناطیسی (مدار نوسانی) و انواع دیگر نوسانات باشند. نوسانات آزاد یا طبیعی به نوساناتی گفته می شود که در یک سیستم به حال خود رها شده و پس از خارج شدن از تعادل توسط یک تأثیر خارجی رخ می دهد. به عنوان مثال، ارتعاشات یک توپ معلق روی یک نخ، شکل 1 است.

شکل 1 - نمونه ای از ساده ترین فرآیند نوسانی - نوسان یک توپ روی یک نخ

نقش ویژه ای در فرآیندهای نوسانی دارد ساده ترین شکلارتعاشات - ارتعاشات هارمونیک. نوسانات هارمونیک زیربنای یک رویکرد واحد در مطالعه نوسانات با ماهیت های مختلف است، زیرا نوسانات رخ داده در طبیعت و فناوری اغلب به نوسانات هارمونیک نزدیک هستند و فرآیندهای تناوبی با شکل متفاوت را می توان به عنوان برهم نهی نوسانات هارمونیک نشان داد.

نوسانات هارمونیک به چنین نوساناتی گفته می شود که در آنها مقدار نوسان هر از گاهی بر اساس قانون سینوس یا کسینوس تغییر می کند.
معادله نوسانات هارمونیک به شکل زیر است:

جایی که A دامنه نوسانات است (مقدار بیشترین انحراف سیستم از موقعیت تعادل). - فرکانس دایره ای (چرخه ای). آرگومان کسینوس در حال تغییر دوره ای فاز نوسان نامیده می شود. فاز نوسان جابجایی کمیت نوسانی را از موقعیت تعادل در زمان معین t تعیین می کند. ثابت φ مقدار فاز در زمان t = 0 است و فاز اولیه نوسان نامیده می شود. مقدار فاز اولیه با انتخاب نقطه مرجع تعیین می شود. مقدار x می تواند مقادیری از -A تا +A داشته باشد.

بازه زمانی T که پس از آن حالت های خاصی از سیستم نوسانی تکرار می شود، دوره نوسان نامیده می شود. کسینوس - تابع دوره ایبا یک دوره 2π، بنابراین، در یک بازه زمانی T، که پس از آن فاز نوسان افزایشی برابر با 2π دریافت می کند، وضعیت سیستمی که نوسانات هارمونیک را انجام می دهد، تکرار می شود. این بازه زمانی T دوره نوسانات هارمونیک نامیده می شود.

دوره نوسانات هارمونیک: T = 2π/.

تعداد نوسانات در واحد زمان را فرکانس نوسان ν می نامند.

فرکانس نوسانات هارمونیک: ν = 1/T است. واحد اندازه گیری فرکانس هرتز (هرتز) است - یک نوسان در ثانیه.

فرکانس دایره ای = 2π/T = 2πν، تعداد نوسانات را در 2π ثانیه نشان می دهد.

از نظر گرافیکی، نوسانات هارمونیک را می توان به صورت وابستگی x به t وروش دامنه چرخشی (روش نمودار برداری)، که در شکل های 1، 2 (الف، ب) نشان داده شده است.

شکل 2 تصویر گرافیکیحرکت نوسانی در مختصات ( x، t ) (الف) و با روش نمودارهای برداری (ب).

روش دامنه چرخشی به شما امکان می دهد تمام پارامترهای موجود در معادله نوسانات هارمونیک را تجسم کنید. در واقع، اگر بردار دامنه A در زاویه φ نسبت به محور x قرار گیرد (شکل 2 B را ببینید)، آنگاه طرح ریزی آن بر روی محور x خواهد بود: x = Acos(φ). زاویه φ فاز اولیه است. اگر بردار A با سرعت زاویه‌ای برابر با فرکانس دایره‌ای نوسانات به چرخش درآید، در آن صورت برآمدگی انتهای بردار در امتداد محور x حرکت می‌کند و مقادیری از -A تا +A را می‌گیرد و مختصات این فرافکنی طبق قانون به مرور زمان تغییر خواهد کرد: . این در شکل 3 (A-D) به تفصیل نشان داده شده است.

بنابراین، طول بردار برابر با دامنه است نوسان هارمونیک، جهت بردار در لحظه اولیه زاویه ای با محور x برابر فاز اولیه نوسانات φ و تغییر زاویه جهت با زمان برابر با فاز نوسانات هارمونیک است. زمانی که بردار دامنه یک دور کامل می کند برابر با دوره T نوسانات هارمونیک است. تعداد دورهای بردار در ثانیه برابر با فرکانس نوسان ν است.

شکل 3 - تصویر نمودارهای حرکت نوسانی بسته به فاز نوسانات: 0.5π (A)، π (B)، 1.5π (C)، 2π (D).

2.1.2 نوسانات هارمونیک میرا شده

در هر سیستم نوسانی واقعی نیروهای مقاومتی وجود دارد که عمل آنها منجر به کاهش انرژی سیستم می شود. اگر اتلاف انرژی با کار نیروهای خارجی جبران نشود، نوسانات از بین می روند. چنین نوساناتی را میرا می گویند. استخراج معادلات حرکت نوسانات و حل آنها در مدل تعاملی یک آونگ ریاضی در شکل 4 الف، ب نشان داده شده است. اجازه دهید آنها را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

در ساده ترین و در عین حال رایج ترین حالت، نیروی پسا متناسب با سرعت است:
، جایی که r یک مقدار ثابت به نام ضریب درگ است. علامت منفی به این دلیل است که نیرو و سرعت دارای جهت مخالف هستند. بنابراین، پیش بینی آنها بر روی محور X دارای علائم متفاوتی است. با توجه به بزرگی نیروی ترمیم کننده
. معادله قانون دوم نیوتن در حضور نیروهای مقاومت به شکل زیر است:
یا
، که یک معادله دیفرانسیل مرتبه دوم است.

ولی

ب

شکل 4 - استخراج معادلات نوسان (A) و حل معادلات نوسان (B)

بنابراین، معادله حرکت شکل می گیرد

.

انتقال عبارت ها از سمت راست به سمت چپ، تقسیم معادله بر m و نشان دادن
معادله را به شکل می گیریم

جایی که - فرکانسی که با آن نوسانات آزاد سیستم در غیاب مقاومت محیطی (فرکانس طبیعی سیستم) رخ می دهد. ضریب
که میزان میرایی نوسانات را مشخص می کند، ضریب میرایی نامیده می شود.

مدل تعاملی به وضوح مقدار ضریب تضعیف را نشان می دهد. شکل 6 AB به خوبی نشان می دهد که نمودار سرعت و مختصات یک آونگ ریاضی بسته به پارامترهای آن (طول تعلیق و زاویه انحراف) و مقدار تنظیم شده چگونه به نظر می رسد. . همچنین در مدل مجازی می توانید نحوه ساخت پرتره فاز و ماهیت آن را ردیابی کنید. شکل ها به وضوح نشان می دهند که با افزایش n برابر ضریب تضعیف، تعداد نوسانات n برابر کاهش می یابد.

شکل 5 الف، ب - نمونه هایی از نوسانات میرا شده

شکل 7 الف، ب - محاسبات پارامترهای اصلی سیستم

2.1.3 انرژی ارتعاشات هارمونیک

کل انرژی مکانیکی یک سیستم نوسانی برابر است با مجموع انرژی های مکانیکی و پتانسیل.

با توجه به زمان بیان را متمایز کنید
، ما گرفتیم

= = -آ گناه(تی + ).

انرژی جنبشی بار است

E =
.

انرژی بالقوه با فرمول شناخته شده بیان می شود
جایگزینی x از
، ما گرفتیم

زیرا
.

انرژی کل
مقدار ثابت است در فرآیند نوسانات، انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل می شود و بالعکس، اما هر انرژی بدون تغییر باقی می ماند.

شکل های 7 و 8 به خوبی تغییرات انرژی جنبشی و پتانسیل را برای نوسانات یک آونگ ریاضی بدون ضریب میرایی و برای نوسانات میرا نشان می دهند.

شکل 7 - نمودارهای تغییرات انرژی جنبشی و پتانسیل برای نوسانات هارمونیک

شکل 8 - نمودارهای تغییرات انرژی جنبشی و پتانسیل برای نوسانات میرا شده.

2.2 آونگ فیزیکی

آونگ فیزیکی به هر جسم صلبی گفته می‌شود که تحت اثر گرانش حول محور افقی ثابتی که از مرکز جرم عبور نمی‌کند، نوسان کند.

شکل 9 - آونگ فیزیکی

آونگ نوسانات هارمونیک را در زوایای کوچک انحراف از موقعیت تعادل انجام می دهد..

دوره نوسانات هارمونیک یک آونگ فیزیکی توسط رابطه تعیین می شود

جایی که

ممان اینرسی آونگ حول محور چرخش،

وزن آونگ،

کوتاهترین فاصله از نقطه تعلیق تا مرکز جرم،

شتاب گرانش.

محور چرخش آونگ از مرکز ثقل آن عبور نمی کند، بنابراین ممان اینرسی با قضیه اشتاینر تعیین می شود:

جایی که

ممان اینرسی یک جسم حول محوری که از مرکز جرم و موازی با محور داده شده عبور می کند. با در نظر گرفتن این موضوع، فرمول دوره را بازنویسی می کنیم:

.

دوره نوسانات کوچک یک آونگ فیزیکی گاهی اوقات به صورت زیر نوشته می شود:

جایی که .

- کاهش طول آونگ فیزیکی- مقدار عددی برابر با طول چنین آونگ ریاضی که دوره نوسان آن با دوره این آونگ فیزیکی منطبق است.

پ آونگ فیزیکی به کار رفته در این کار به شکل میله ای نازک با طول می باشدل . - مرکز گرانش،- نقطه تعلیق که محور چرخش از آن عبور می کند، عمود بر شکل.

با یک منشور ثابت، میله حول محور افقی O در نوسان است و روی لبه پایینی منشور روی پایه ثابت ثابتی که توسط یک سه پایه نگه داشته می شود، قرار می گیرد.

شکل 10 - طرح فیزیکی

آونگ

با تثبیت نقطه تعلیق در نقاط مختلف میله می توانید فاصله را تغییر دهید.

ممان اینرسی یک میله نازک همگن حول محوری که از مرکز جرم می گذرد برابر است با

جایی که جرم میله است، طول آن است.

با جایگزینی عبارت لحظه اینرسی به فرمول دوره، به دست می آوریم:

. بیایید آن را نشان دهیم .

دوره نوسان را می توان به صورت تجربی با اندازه گیری زمانی که میله نوسانات کامل انجام می دهد با کرونومتر پیدا کرد.

بیایید مربع کنیم و فرمول کاری برای محاسبه شتاب گرانش را بدست آوریم:

(10).

2.3 بار در هواپیمای شیبدار

این مدل یک آزمایش مجازی را اجرا می کند که برای مطالعه حرکت یک میله در امتداد یک صفحه شیبدار در حضور نیروی اصطکاک خشک و نیروی خارجی طراحی شده است. هنگام انجام آزمایش، می توانید ضریب اصطکاک μ، جرم میله را انتخاب کنید متر، زاویه شیب صفحه α. نمودار سرعت نسبی در مقابل زمان برای پارامترهای مختلف داده شده است. لغزش میله در امتداد صفحه شیبدار تنها در صورتی امکان پذیر است که نیروی اصطکاک استاتیک به حداکثر مقدار خود برسد. اف tr) حداکثر:

این نیروها را نیروی اصطکاک لغزشی می نامند. شتابی که در این شرایط هنگام لغزش در امتداد یک صفحه شیبدار یک میله به دست می آورد، از قانون دوم نیوتن تعیین می شود.

در آ < 0 брусок начинает двигаться вверх по наклонной плоскости (из-за наличия внешней силы). В этом случае сила трения скольжения изменяет знак на противоположный.

اگر نیروی خارجی وجود نداشته باشد، حداکثر زاویه α max شیب صفحه، که در آن میله همچنان توسط نیروی اصطکاک ایستا بی حرکت نگه داشته می شود، توسط رابطه تعیین می شود.

در عمل از این نسبت برای اندازه گیری ضریب اصطکاک خشک استفاده می شود.

بیایید یک مدل مجازی از یک میله در یک صفحه شیبدار را در شکل 11 در نظر بگیریم. مستقیماً در پنجره مدل، در قسمت بالا سمت چپ، دکمه های "شروع"، "بازنشانی" و "راهنما" وجود دارد. با کلیک بر روی دکمه "تنظیم مجدد"، مدل به حالت اولیه خود باز می گردد. در مرکز پنجره، میدان کار مدل با تصویر یک صفحه شیبدار و یک میله کشویی در امتداد آن قرار دارد. در زیر میدان کاری نمایشگری با مقادیر نیروی اصطکاک، نیروی واکنش تکیه گاه، شتاب بدنه و پیش بینی نیروی گرانش وجود دارد. در بالای نمودار سرعت سه کنترل وجود دارد. با کمک آنها می توان ضریب اصطکاک بدن در هواپیما، جرم بدن، زاویه شیب هواپیما را تغییر داد. نگاهی دقیق به مدل بیندازید و تمام کنترل ها را پیدا کنید.

شکل 11 - میله در یک هواپیما

این مدل می تواند به عنوان یک ابزار آموزشی کمکی در آموزش حل مسائل مبحث "حرکت بدن در امتداد صفحه شیبدار" استفاده شود.

2.4 دو بدن در یک صفحه شیبدار

شکل 12 - اجسام متصل در یک صفحه شیبدار

یک تصویر بکشید و روی آن بکشید نیروهای فعال. فرض می کنیم اجسام با همان قدر مطلق شتاب a حرکت می کنند و کشش رزوه T در تمام طول آن ثابت است.

بیایید فرض کنیم که وزنه سمت راست پایین آمده و وزنه سمت چپ در یک صفحه شیبدار بالا می رود. وزن مناسب تحت تأثیر دو نیرو حرکت می کند:

- نیروی جاذبه و کشش نخ T 2 .

بار سمت چپ در امتداد یک صفحه شیبدار تحت تأثیر سه نیرو حرکت می کند: گرانش m 1 g، نیروی واکنش پشتیبانی N و نیروی کشش نخ T 1. در شکل برداری، معادلات حرکت به صورت یک سیستم نوشته می شود:

بیایید اولین معادله را در جهت X در امتداد صفحه شیبدار طرح کنیم:

اجازه دهید معادله دوم سیستم را در جهت عمودی X پیش بینی کنیم:

توجه داشته باشید که ما همیشه می توانیم هر معادله برداری را در دو جهت مستقل طرح کنیم. با جمع کردن این دو معادله (آنها یک سیستم را تشکیل می دهند)، عبارت زیر را بدست می آوریم:

از آن می یابیم

می بینیم که اگر مقدار m 1 sin α بزرگتر از m 2 باشد، آنگاه شتاب a به مقدار منفی تبدیل می شود. یعنی سیستم در جهت مخالف حرکت می کرد (نوار m 1 پایین آمد و بار m 2 بالا رفت). نیروی کشش رزوه از آخرین معادله بدست می آید:

اکنون یک مدل مجازی از یک سیستم متشکل از دو میله متصل در یک صفحه شیبدار را در نظر بگیرید.

شکل 13 - مدل مجازی بدنه های متصل

در قسمت سمت راست بالای زمین کار، تنظیم کننده هایی وجود دارد که با کمک آنها می توانید پارامترهای سیستم را تنظیم کنید: جرم بارها، زاویه شیب، ضریب اصطکاک. در زیر پنجره های اطلاعاتی وجود دارد که در آنها نتیجه محاسبات شتاب، نیروی اصطکاک و کشش رزوه آورده شده است.دکمه های "Start"، "Reset" و "Help" قرار دارند. با کلیک بر روی دکمه "تنظیم مجدد"، مدل به حالت اولیه خود باز می گردد. در مرکز پنجره، میدان کار مدل با تصویر یک صفحه شیبدار و یک میله کشویی در امتداد آن قرار دارد. هنگامی که دکمه "Help" را فشار می دهید، دانش آموز معادلاتی را می بیند که با آنها می توانید مقادیر مجهول را به طور مستقل محاسبه کنید (شکل 14).

شکل 14 - منوی "Help" مدل بدنه های متصل

این مدل را می توان در یادگیری حل مسائل مربوط به حرکت اجسام متصل در یک صفحه شیبدار استفاده کرد. ضمیمه نمونه هایی از کارهایی است که می توان با استفاده از این مدل مجازی حل کرد.

3تمرینات عملی

در بخش دوم این کار، مبانی تئوری نوسانات هارمونیک و دو مورد رایج بدنه یک صفحه شیبدار با تصاویری از مدل‌های تعاملی مورد بررسی قرار گرفت. در بخش 3، ما تجزیه و تحلیل خواهیم کرد که چگونه می توان از این مدل به عنوان یک آزمایشگاه مجازی هنگام کار با دانش آموزان یک موسسه آموزشی حرفه ای متوسطه با مشخصات فنی آموزش در کلاس های عملی استفاده کرد. برای مطالعه نوسانات مکانیکی، 8 ساعت از جمله 1 کار آزمایشگاهی در مورد محاسبه شتاب سقوط آزاد با استفاده از یک آونگ ریاضی (2 ساعت) اختصاص داده شده است.

برای کنترل جذب و درک مبحث "ارتعاشات مکانیکی" توسط دانش آموزان، می توان از مدل مجازی آونگ ریاضی استفاده کرد. برای نشان دادن بصری اصول فرآیند نوسانی و همچنین مشاهده نمونه ای از چنین فرآیندی، چنین مدلی به دانش آموزان ارائه شد.

3.1.1 کار آزمایشگاهی

همانطور که در بالا ذکر شد، مطالعه مبحث "ارتعاشات مکانیکی" شامل اجرای کارهای آزمایشگاهی است که نقشه آموزشی و فناوری آن در پیوست 2 آمده است. کار عملییا حفاظت از آن، یک مدل تعاملی از یک آونگ ریاضی استفاده می شود. ضمیمه 3 تعیین می کند آموزش کوتاهبرای پر کردن جدول بر اساس داده های تجربی به دست آمده توسط دانش آموز در فرآیند کار با مدل. همچنین سؤالاتی برای خودکنترلی وجود دارد که به دانش آموز در محافظت از کار کمک می کند. چنین رویکرد یکپارچه و جامع به معلم اجازه می دهد تا دانش را به طور عینی ارزیابی کند و به طور قابل توجهی در زمان صرفه جویی کند، که می تواند به طور مؤثرتری برای کار و مشاوره فردی استفاده شود.

3.1.2 انتساب به مدل آونگ ریاضی

این کار شامل پاراگراف هایی است که دستورالعمل های مدیریت مدل، توصیفی از توابع اصلی و نمودارها را توضیح می دهد. در ضمیمه 4 آورده شده است. به کارآموز کمک می کند تا هدف مدل را درک کند و بر تنظیمات آن تسلط یابد. علاوه بر این، این کار شامل سوالات کنترلی در مورد "ارتعاشات مکانیکی" و چندین آزمایش کامپیوتری است.

آزمایش‌های گنجانده شده در وظایف مقدماتی به شما امکان می‌دهد تا به عمق بیشتری در معنای آنچه روی صفحه رخ می‌دهد بپردازید. برای انجام آزمایش ها کافی است فرمول های اولیه موضوع مورد مطالعه را بدانید. علیرغم سادگی ظاهری، چنین کارهایی بسیار مفید هستند، زیرا به دانش آموزان اجازه می دهند تا ارتباط زنده بین یک آزمایش کامپیوتری و فیزیک پدیده های مورد مطالعه را ببینند.

پیوست 4 نیز برای هر کار مقدماتی یک برگه پاسخ ارائه می دهد. ثبت پاسخ های دریافتی در فرم به شما امکان می دهد زمان کار با یک مدل کامپیوتری را به میزان قابل توجهی کاهش دهید و بررسی پاسخ ها را آسان تر می کند.

3.1.3 تست "ارتعاشات مکانیکی".

در جریان کار، یک آزمون تئوری با موضوع "ارتعاشات مکانیکی" (پیوست 5) اعمال شد.

هدف از آزمون: آزمون دانش کسب شده توسط کارآموز در دوره مطالعه مطالب.

کنترل آزمون در فرآیند آموزشی بسیار مهم است. بسته به نتایج کنترل، در مورد نیاز به کلاس ها و مشاوره های اضافی، در مورد ارائه کمک به افراد کم دست تصمیم گیری می شود. پاسخ آزمون آمادگی را می توانید در پیوست 5 بیابید.

این آزمون نوع بسته معیار گرا است، یعنی آزمایش به منظور تعیین درجه تسلط بر مطالب و مقایسه نتایج با یک منطقه به خوبی تعریف شده از دستاورد انجام می شود.

این آزمون شامل 35 کار با پیچیدگی های مختلف است. بسته به هدف آزمون، معلم می تواند یکی از وظایف را انتخاب کند.

3.1.4 طرح کلی دروس "ارتعاشات مکانیکی" و "حرکت اجسام تحت عمل چندین نیرو"

پیوست های 1 و 6 حاوی نکات درسی هستند که می توان از آنها در سخنرانی ها استفاده کرد.

3.1.5 وظایف تمرین محور

نتیجه

تجربه موجود نشان داده است که در شکل گیری شایستگی های حرفه ای برای متخصصان فنی آینده، استفاده از این توصیه روش شناختی و استفاده از مدل های مجازی آزمایش های فیزیکی موثر است.

نمونه های تولید شده از تکالیف برای سخنرانی ها و کلاس های عملی مورد استفاده در آموزش نتایج مثبتی به همراه داشت. کمک به تقویت رویکرد فعالیت دانش آموز به یادگیری، او را به خودسازی، از جمله در زمینه فناوری اطلاعات و تعمیق دانش در فیزیک فرآیندهای طبیعی و انسان ساخته، برانگیخت. همچنین خاطرنشان می شود که هنگام اعمال این توصیه های روش شناختی، دانش آموزان منطق را آموزش می دهند، مشکلاتی که به وجود می آیند آنها را به سمت سوق می دهد. تصمیم مستقلوظایف، که به طور مستقیم به شکل گیری شایستگی های عمومی و حرفه ای لازم برای تکنسین آینده کمک می کند.

مجموعه ای از سوالات برای دانش آموز، فراهم آوردن شرایط برای خودکنترلی، امکان ارزیابی عینی کنترل میانی و نهایی دانش را فراهم می کند.

در خاتمه می خواهم بار دیگر بر اهمیت و ضرورت استفاده از مدل ها و فناوری های نوین آموزشی در کار با دانش آموزان موسسات آموزشی تخصصی متوسطه تاکید کنم. از آنجایی که در فرآیند کاربرد آنها، شرایط مساعدی برای تمایز و فردی سازی آموزش ایجاد شد.

فهرست منابع مورد استفاده

Avanesov V.S. ترکیب وظایف آزمون / V.S. آوانسوف. - م.: آدپت، 1998. - 191 ص.

Boev V.D.، Sypchenko R.P.، مدل سازی کامپیوتری / V.D. بوف، آر.پی. سیپچنکو - M.: انتشارات INTU IT.RU، 2010. - 349 ص.

Bulavin L.A.، Vygornitsky N.V.، Lebovka N.I. مدل سازی کامپیوتری سیستم های فیزیکی/ L.A. بولاوین، N.V. Vygornitsky - Dolgoprudny: انتشارات Intellect، 2011 - 352 ص.

برای معلم فیزیک استفاده از کامپیوتر در مطالعه فیزیک - (روسیه). – آدرس اینترنتی: http://www. uroki. خالص/ docfiz/ docfiz27. htm

Maiorov A.N. آزمون های دستاوردهای مدرسه: طراحی، اجرا، استفاده. آموزش و فرهنگ / ع.ن. مایوروف - سن پترزبورگ: 1996. - 304 ص.

Maiorov A.N. نظریه و عمل ایجاد آزمون برای سیستم آموزشی / A.N. مایوروف - م .: "مرکز عقل"، 2001. - 296 ص.

Minskin E.M. از بازی تا دانش: راهنمای معلمان / Minskin E.M. - م.: روشنگری، 1982. - 192 ص.

آموزش فیزیک که دانش آموز را رشد می دهد. کتاب 1. رویکردها، مؤلفه ها، درس ها، وظایف / ویرایش. E. M. Braverman. – م.: انجمن معلمان فیزیک، 1382. – 400 ص.

سامویلنکو پی.آی. فیزیک برای حرفه های پروفایل های اجتماعی-اقتصادی و بشردوستانه: کتاب درسی برای پروفسور متوسطه. آموزش و پرورش / P.I. سامویلنکو. - چاپ ششم، پاک شد. - م.: مرکز نشر "آکادمی"، 1393. - 469 ص.

Firsov A.V. فیزیک برای حرفه ها و تخصص های پروفایل های فنی و طبیعی: کتاب درسی / A.V. فیرسوف; ویرایش T.I. Trofimova. - چاپ ششم، پاک شد. - م.: مرکز نشر "آکادمی"، 1393. - 352 ص.

پیوست 1

طرح خلاصه درس "ارتعاشات مکانیکی"

ضمیمه 2

آزمایشگاه شماره 5

تعیین شتاب سقوط آزاد با استفاده از آونگ

هدف، واقعگرایانه: شتاب سقوط آزاد را بر اساس وابستگی دوره نوسان آونگ به تعلیق به طول تعلیق تعیین کنید.

دانش و مهارت های کسب شده:

هنجار زمانی: 2 ساعت

تجهیزات محل کار: سه پایه با کلاچ و پا، نوار با حلقه در انتها، مجموعه ای از وزنه ها، یک نوار اندازه گیری با تقسیم های میلی متری، یک کرونومتر الکترونیکی

نظریه مختصر

پ دوره یک آونگ ریاضی را می توان از فرمول تعیین کرد:

(1)

برای افزایش دقت اندازه گیری دوره، لازم است زمان t را به صورت باقیمانده اندازه گیری کنیم تعداد زیادی N نوسان کامل آونگ. سپس دوره

T=t/N (2)

و شتاب سقوط آزاد را می توان با فرمول محاسبه کرد

تکمیل کار:

1. پا را به بالای محور سه پایه وصل کنید. سه پایه را طوری روی میز قرار دهید که انتهای پا از لبه سطح میز بیرون بزند. یک وزنه را از ست به پا وصل کنید. بار باید 3-4 سانتی متر از کف آویزان شود.

2. برای ثبت نتایج اندازه گیری و محاسبات، جدولی تهیه کنید:

شماره تجربه

L، m

t, s

t cf, s

تی، س

g، m/s 2

3. طول آونگ L را با نوار اندازه گیری کنید.
4. زمان سنج را برای عملکرد در حالت کرونومتر آماده کنید.
5. آونگ را 5-10 سانتی متر منحرف کرده و رها کنید.
6. زمان t را اندازه گیری کنید که در طی آن 40 نوسان کامل خواهد داشت.
7. آزمایش را 5-7 بار تکرار کنید، پس از آن میانگین زمانی را که آونگ برای آن 40 نوسان ایجاد می کند محاسبه کنید.
8. دوره نوسان را با استفاده از فرمول (2) محاسبه کنید.
9. شتاب سقوط آزاد را با استفاده از فرمول (3) محاسبه کنید.
10. خطای نسبی نتیجه را تعیین کنید:

* 100% کجا g ism - مقدار شتاب محاسبه شده در نتیجه کار انجام شده،g- مقدار گرفته شده از دایرکتوری

نتیجه:

ضمیمه 3

انتساب به مدل آونگ ریاضی

هنگام تکمیل وظایف، می توانید از دکمه "Help" استفاده کنید.

حداکثر زاویه انحراف را تنظیم کنید.

حداکثر طول آونگ را تنظیم کنید.

دکمه "شروع" را فشار دهید.

پس از چهار نوسان کامل، دکمه Stop را فشار دهید.

لطفا توجه داشته باشید که در فرآیند نوسانات، انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل می شود و بالعکس. در این حالت کل انرژی ثابت می ماند.

در گوشه سمت چپ پایین پنجره، شمارنده نوسان و کرونومتر قرار دارد. دوره نوسان را به دو صورت محاسبه کنید. برای محاسبه به روش اول از تعداد نوسانات و زمان روی کرونومتر استفاده کنید. برای دوم - از فرمول تامپسون استفاده کنید. نتایج خود را مقایسه کنید

شتاب سقوط آزاد g برای این کار و کارهای بعدی برابر با 10 m/s 2 است. نتایج را به دو رقم اعشار گرد کنید. نتایج را در پاسخنامه ثبت کنید.

در چه شرایطی می توان از فرمول تامپسون استفاده کرد؟

با دانستن دوره نوسان، فرکانس زاویه ای ω 1 را محاسبه کنید.

فرکانس زاویه ای ω 2 را برای حداقل طول آونگ محاسبه کنید.

دامنه نوسان را برای حداکثر و حداقل طول آونگ محاسبه کنید.

حل معادله نوسان برای حداکثر و حداقل طول آونگ را بنویسید.

نمودارهای سرعت، جنبشی و انرژی پتانسیل را خاموش کنید.

جابجایی را در مقابل نمودارهای زمان برای حداکثر و حداقل طول آونگ مقایسه کنید.

بنویسید که فاز نوسان در زمانی برابر با دوره نوسان هارمونیک چه افزایشی دریافت می کند.

حداکثر سرعت را برای طول آونگ 2.5 متر و برای طول 1.25 متر محاسبه کنید.

محاسبات خود را به صورت گرافیکی بررسی کنید. برای این کار، نمودار افست را خاموش کرده و نمودار سرعت در مقابل زمان را فعال کنید. مقایسه کنید حداکثر سرعت هابرای طول های مختلف آونگ به صورت گرافیکی.

حداکثر شتاب نوسان را برای حداکثر و حداقل طول آونگ محاسبه کنید. نتایج خود را مقایسه کنید

همه نمودارها را فعال کنید حداکثر طول آونگ و حداکثر زاویه انحراف را تنظیم کنید. همچنین حداکثر کاهش میرایی را تنظیم کنید.

دکمه "شروع" را فشار دهید.

نمودارهای جابجایی، سرعت، انرژی جنبشی و پتانسیل در مقابل زمان و پرتره فاز را به دقت مطالعه کنید.

لطفا توجه داشته باشید که در فرآیند نوسانات، انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل می شود و بالعکس. در این حالت انرژی کل به صورت تصاعدی کاهش می یابد.

دوره نوسان را با استفاده از فرمول تامپسون محاسبه کنید.

دوره نوسان حاصل را با دوره به دست آمده در مقایسه کنید
نقطه 7.

با دانستن دوره نوسان، فرکانس زاویه ای ω را محاسبه کنید.

حداکثر دامنه نوسان را محاسبه کنید.

دوباره دکمه "شروع" را فشار دهید. پس از یک نوسان کامل، دکمه Stop را فشار دهید.

حداکثر دامنه نوسان دوم را با دانستن ضریب میرایی و تایمر محاسبه کنید.

با کلیک بر روی دکمه "محاسبه" محاسبات خود را بررسی کنید.

جواب معادله نوسان حداکثر طول آونگ را بنویسید.

حداکثر سرعت و مقادیر شتاب را برای زمانی که تایمر نشان می دهد محاسبه کنید.

پاسخ فرم تکلیف به مدل آونگ ریاضی
نام و نام خانوادگی. دانشجو ___________________________________________________

1. دوره نوسان در 1 مورد __________________ ثانیه.
   دوره نوسان در مورد 2 _________________ ثانیه.

1. وقتی می توان از فرمول تامپسون استفاده کرد که ________________________________________________________________________________________________________________

   ω 1 \u003d _______________ راد / ثانیه.

   ω 2 \u003d _______________ راد / ثانیه.

   ولی 1 = _______________ m. ولی 2 = _______________ m.

   __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

   با افزایش طول آونگ ________________________________________________________________________________

   ______________________________________________________ ________________________________________________________________

   υ 1 \u003d _______________ m/s. υ 2 \u003d _______________ m/s.
   با افزایش طول آونگ، سرعت ______________________________________________________________________________________________________

   آ 1 \u003d _______________ m/s 2. آ 2 \u003d _______________ m/s 2.
   با افزایش طول آونگ ________________________________________________ ________________________________________________________________

   تی= ___________________ ثانیه

   با افزایش ضریب تضعیف، دوره آونگ ریاضی ________________________________________________

   ω \u003d ___________________ راد / ثانیه.

   ولی 1 = _______________ m.

   ولی 2 = _______________ m.

   ______________________________________________________________________________________________________________________

   υ = _______________ m/s. آ\u003d _______________ m/s 2.

ضمیمه 4

تکلیف برای کار مستقل

جداول تکمیل شده توسط دانش آموزان در دفترچه برای کارهای آزمایشگاهی تحویل داده می شود. برای پر کردن، از مدل تعاملی یک آونگ ریاضی استفاده می شود.

1 الف) با قرار دادن لغزنده در 2-3 موقعیت مختلف در خطوط "زاویه انحراف" و "طول آونگ"، جدول را پر کنید. در همان زمان، نوار لغزنده را در خط "ضریب تضعیف" در موقعیت صفر قرار دهید.

زاویه انحراف

طول آونگ

عادت زنانه

فرکانس گوشه

سرعت mx

شتاب حداکثر

ج) حداکثر مقادیر انرژی جنبشی و پتانسیل را بیابید. نمودار انرژی در مقابل زمان را رسم کنید.

ج) در مورد نوع ارتعاشات مکانیکی نتیجه گیری کنید.

2 الف) با قرار دادن لغزنده در 2-3 موقعیت مختلف در خطوط "زاویه انحراف"، "طول آونگ" و "ضریب میرایی" جدول را پر کنید.

زاویه انحراف

طول آونگ

عامل تضعیف

عادت زنانه

فرکانس گوشه

سرعت mx

شتاب حداکثر

ب) مقادیر مشخص شده را خودتان محاسبه کنید و با مقادیر داده شده در محاسبات مقایسه کنید. محاسبات را در دفترچه یادداشت خود بیاورید و یک پرتره فاز بکشید.

سوالاتی برای خودکنترلی:

به چه ارتعاشی هارمونیک می گویند؟ نمونه هایی از نوسانات هارمونیک را ذکر کنید.

ویژگی های زیر را برای یک نوسان هارمونیک تعریف کنید: دامنه، فاز، فاز اولیه، دوره، فرکانس، فرکانس چرخه ای.

معادله دیفرانسیل نوسانات هارمونیک را استخراج کنید و جواب آن را بنویسید.

انرژی جنبشی و پتانسیل یک نوسان هارمونیک چگونه با زمان تغییر می کند؟ چرا انرژی کل یک نوسان هارمونیک ثابت می ماند؟

یک معادله دیفرانسیل که نوسانات میرا شده را توصیف می کند استخراج کنید و جواب آن را بنویسید.

ضریب میرایی لگاریتمی چیست؟

رزونانس چیست؟ نموداری از دامنه نوسانات اجباری در مقابل فرکانس نیروی محرکه را زمانی که این نیرو یک تابع هارمونیک ساده از زمان است رسم کنید.

خود نوسانی چیست؟ مثال هایی از خود نوسانی بیاورید.

ضمیمه 5

تست با موضوع "ارتعاشات مکانیکی"

1. 1. به چه چیزی آونگ ریاضی می گویند؟

بدنه ای سفت و سخت که از فنر آویزان شده است

نقطه مادی که بر روی یک نخ غیر قابل امتداد بی وزن معلق است

بدنه ای سفت و سخت که از یک نخ امتداد ناپذیر بی وزن آویزان شده است

هر جسم صلب که حول موقعیت تعادل خود در نوسان است

1. 1. جبهه موج چیست؟

مکان هندسی نقاط در حال نوسان در یک فاز

مکان نقاط در حال نوسان با فازهای مختلف

مکان هندسی نقاطی که نوسانات در زمان t به آن می رسند

مکان نقاط روی سطح موج

1. 1. دامنه نوسانات به چه چیزی گفته می شود؟

حداکثر ارزش دوره

حداکثر مقدار کمیت نوسان

حداکثر مقدار فرکانس که در آن پدیده رزونانس مشاهده می شود

حداقل مقدار کمیت نوسان

1. 1. به چه چیزی ارتعاش آزاد گفته می شود؟

نوساناتی که به دلیل انرژی ارسال شده اولیه با عدم وجود تأثیرات خارجی بر روی سیستم نوسانی ایجاد می شوند.

نوساناتی که به دلیل انرژی تأثیرات خارجی در سیستم نوسانی رخ می دهد

4) هر گونه نوسانی که در طبیعت رخ می دهد

1. 1. نوسان هارمونیک چیست؟

هر گونه نوسانی که در طبیعت یافت می شود

فرآیندهایی که با تکرارپذیری خاصی در زمان مشخص می شوند

نوساناتی که در آن کمیت نوسانی با گذشت زمان بر اساس قانون سینوس یا کسینوس تغییر می کند.

نوساناتی که به دلیل کل انرژی تأثیرات خارجی و نوسانات طبیعی سیستم رخ می دهد

1. 1. فرکانس نوسان چقدر است؟

زمان لازم برای یک نوسان کامل

تعداد کل نوسانات کامل انجام شده در زمان t

زمان برای یک ربع نوسان

تعداد نوسانات کامل در واحد زمان

1. 1. دوره نوسان چیست؟

مدت زمانی که طول می کشد تا ارتعاشات به طور کامل از بین بروند

زمان یک نوسان کامل

مقداری برابر با متقابل تعداد نوسانات

لگاریتم نسبت دامنه های متوالی

1. 1. فاز نوسان چیست؟

مقداری که زیر علامت سینوس یا کسینوس است و مقدار لحظه ای دوره نوسان را تعیین می کند.

مقداری که زیر علامت سینوس یا کسینوس است و مدت یک نوسان کامل را تعیین می کند

مقداری که تحت علامت سینوس یا کسینوس قرار دارد و وضعیت لحظه ای سیستم نوسانی را تعیین می کند.

مقدار زیر علامت سینوس یا کسینوس و که حداکثر انحراف از موقعیت تعادل را تعیین می کند.

1. 1. فاز نوسان در زمانی برابر با دوره نوسان هارمونیک چه افزایشی دریافت می کند؟

1. 1. در چه حداکثر زاویه انحراف می توانیم فرض کنیم که آونگ ریاضی همچنان نوسانات هارمونیک را انجام می دهد؟

کاهش می دهد

صعودی است

تغییر نمی کند

کمی تغییر می کند

1. 1. فرکانس های نوسانات میرایی و میرا نشده چگونه با هم ارتباط دارند؟

فرکانس ها برابر هستند

فرکانس نوسانات بدون میرا کمتر است

فرکانس نوسانات میرا کمتر است

فرکانس نوسانات میرا بیشتر است

1. 1. دامنه نوسانات میرایی طبق چه قانونی کاهش می یابد؟

خطی

طبق قانون کسینوس

با درجه دوم

نمایی

1. 1. طول کاهش یافته یک آونگ فیزیکی چیست؟

طول کل آونگ

طول یک آونگ ریاضی که دوره نوسان آن برابر با دوره نوسان یک آونگ فیزیکی است.

طول آونگ ریاضی

1/2 طول یک آونگ ریاضی

1. 1. با چه فرمولی می توان شتاب سقوط آزاد را با استفاده از آونگ ریاضی محاسبه کرد؟

1. 1. نمودار نمودارهای جابجایی، سرعت، پتانسیل و انرژی جنبشی را در برابر زمان نشان می دهد. رنگ نمودار انرژی جنبشی در برابر زمان چیست؟

3. بنفش

1. 1. نمودار نمودارهای جابجایی، سرعت، پتانسیل و انرژی جنبشی را در برابر زمان نشان می دهد. رنگ نمودار افست در مقابل زمان چیست؟

3. بنفش

1. 1. نمودار نمودارهای جابجایی، سرعت، پتانسیل و انرژی جنبشی را در برابر زمان نشان می دهد. کدام وابستگی با رنگ زرد نشان داده شده است؟

وابستگی های جبران زمان

سرعت در مقابل زمان

وابستگی انرژی جنبشی به زمان

انرژی بالقوه در مقابل زمان

1. 1. پرتره فاز چیست؟

نمودار افست در مقابل زمان

نمودار سرعت در مقابل زمان

نمودار جابجایی در مقابل سرعت

نمودار انرژی کل در مقابل زمان

1. 1. شکل نموداری از پرتره فاز نوسان را نشان می دهد. تعیین کنید تاب چیست.

میرایی هارمونیک

هارمونیک پایدار

میرایی غیر هارمونیک

غیر هارمونیک بدون میرایی

پاسخ تست "ارتعاشات مکانیکی"

عدد
سوال

عدد
پاسخ صحیح

عدد
سوال

عدد
پاسخ صحیح

عدد
سوال

عدد
پاسخ صحیح

3) نیروی واکنش پشتیبانی _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4) N ​​= ____________________

5) ضریب اصطکاک - ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6) μ=_____________________

7) حداکثر زاویه شیب (زاویه محدود)، α max ________________________________________________

8) شتاب، یک \u003d ________________________________________

1. تنظیم کننده ها را در موقعیت های دلخواه بچینید و داده های اولیه را در جدول یادداشت کنید.

   دکمه "شروع" را فشار دهید و حرکت نوار را تماشا کنید

   مقدار نیروی اصطکاک، نیروی واکنش تکیه گاه، شتاب بدنه را که در تابلوی امتیاز در میدان کاری مدل قرار دارد، یادداشت کنید.

   مقدار نیروی اصطکاک، نیروی واکنش تکیه گاه، شتاب بدنه و همچنین حداکثر زاویه شیب هواپیما را به طور مستقل محاسبه کنید.

زاویه شیب، α، درجه

ضریب اصطکاک،
µ

متر، کیلوگرم

مقادیر محاسبه شده توسط مدل

مقادیر محاسبه شده توسط دانش آموز

زاویه حد، α max

نیروی اصطکاک، F tr، N

شتاب، m/s 2

نیروی واکنش پشتیبانی، N، N

نیروی اصطکاک، F tr، N

شتاب، m/s 2

نیروی واکنش پشتیبانی، N، N

سرعت نمودار در برابر زمان V(t):

نتیجه_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________