МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГООБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра ОТД

Методика преподавания темы “Электромагнитные колебания” в средней школе с использованием компьютерных технологий

Исполнитель:

студентка 5 курса

Хренова Е. В.

Научный руководитель:

Профессор, доктор тех-нических наук, зав. кафед-

рой ОТДКрасноперов Г.В.

Екатеринбург

1999г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

TOC o "1-3" Введение................................................................................................................................................................................. PAGEREF _Toc452461267 h 3

Глава 1 Дидактические принципы изучения темы “Электромагнитные колебания” в курсе физики средней школы....................................................................................................................... PAGEREF _Toc452461268 h 6

1.1 Методика изучения темы “Электромагнитные колебания” в курсе физики средней школы PAGEREF _Toc452461269 h 6

1.2 Развитие познавательного интереса к физике при использовании компьютерных технологий PAGEREF _Toc452461270 h 10

Глава 2 Компьютерное моделирование электромагнитных колебаний PAGEREF _Toc452461271 h 11

2.1 Возможности применения графических пакетов при изучении электромагнитных колебаний в курсе физики средней школы.............................................................................................................................. PAGEREF _Toc452461272 h 11

2.1.2 Возможности использования графической оболочки Corel................................................. PAGEREF _Toc452461273 h 11

2.2 Разработка методики изучения темы “Электромагнитные колебания”................... PAGEREF _Toc452461274 h 12

1.Колебательный контур. Превращения энергии при электромагнитных колебаниях.. PAGEREF _Toc452461275 h 12

2.Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями................................. PAGEREF _Toc452461276 h 13

3.3 Методическая разработка трех уроков............................................................................................................ PAGEREF _Toc452461277 h 13

Библиографический список........................................................................................................................ PAGEREF _Toc452461278 h 25

[1] (ИТО). При правильном их использовании они обеспечивают целый ряд преимуществ перед обычным способом обучения:

1.индивидуализация учебного процесса по содержанию, объему и темпам усвоения учебного материала;

2.активизация учащихся при усвоении учебной информации;

3.повышение эффективности использования учебного времени;

4.положительная мотивация обучения за счет комфортных психологических условий работы учащегося, объективности оценки;

5.изменение характера труда преподавателя (сокращение рутинной работы и усиление творческой составляющей его деятельности).

Особую роль играет применение компьютерных технологий при обучении физике в средней и высшей школе. Как показывает педагогический опыт, наибольшее количество трудностей возникает при изучении тех разделов курса физики, которые связаны с электричеством и магнетизмом. Между тем методика изучения различных тем в этих разделах не разработана в должной мере. В связи с этим нами была сделана попытка обоснования целесообразности использования ИТО при изучении в частности темы “Электромагнитные колебания” и разработаны некоторые методические моменты, которые, в зависимости от принятой технологии учебного процесса, его целей и задач, а так же от компьютерной оснащенности школы, могут быть использованы преподавателями физики как для изучения всей темы целиком, так и для изучения ее отдельных вопросов.

Разработка нестандартного способа изложения темы говорит об актуальности исследования и заключает в себе элемент новизны и практической значимости.

Цель исследования – разработать методику изучения электроколебательных процессов с помощью компьютера.

Объектом исследования является организация учебного процесса на различных этапах урока физики.

Предметом является поиск содержания, форм и методов обучения, обеспечивающих достижение поставленной цели.

В основу работы была положена гипотеза: использование компьютерных технологий, а в частности некоторых прикладных пакетов, повышает эффективность учебного процесса и позволяет добиться более глубокого понимания данной темы учащимися.

Исходя из поставленной цели и сформулированной гипотезы, следуют задачи:

§разработать методику изложения темы “Электромагнитные колебания” с использованием ЭВМ.

§выяснить, с какими трудностями сталкиваются учащиеся в процессе изучения данной темы и, следовательно, каким вопросам и понятиям следует уделить особое внимание.

Для решения поставленных задачиспользованы следующие методы:

§изучение методической, психологической и справочной литературы по данной теме.

§знакомство с уже имеющимися разработками в области данной темы.

§проведение анкетирования среди учащихся 11-х классов и беседа по интересующей проблеме.

§проведение уроков по изучению электромагнитных колебаний в 11-х классах.

§обсуждение результатов эксперимента с преподавателями и психологами.

Эксперимент проводился в средней общеобразовательной школе N 64 г. Екатеринбурга с учащимися 11-х классов при изучении темы “Электромагнитные колебания”.

[2]:

1-й и 2-й уроки. Повторение материала об электромагнитной индукции. Свободные и вынужденные электрические колебания.

3-й урок. Колебательный контур. Превращение энергии при ЭМК.

4-й урок. Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями.

5-й урок. Уравнения гармонических колебаний в контуре. Упражнения.

Первые пять уроков отводятся на изучение процессов в колебательном контуре. Центральными являются уроки, на которых рассматривается колебательный контур, раскрывается сущность происходящих в нем процессов и устанавливается, что свободные электромагнитные колебания в идеальном контуре гармонические. С колебательным контуром учащиеся знакомятся, наблюдая электромагнитные колебания низкой частоты, возникающие в цепи, состоящей из последовательного соединенных конденсатора и катушки индуктивности.

Электромагнитныеколебания вначале представляются как периодическое (в идеале - гармоническое) изменение физических величин (заряда, тока, напряжения), характеризующих состояние системы проводников. Затем показывается, что при этом происходит периодическое изменение энергий электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки с током.

Очень важно при этом отметить, что эти изменения неразрывно связаны друг с другом, что выражается в сохранении полной энергии в идеальном колебательном контуре.

Необходимо показать, что колебательный контур – это система, у которой есть состояние устойчивого равновесия, характеризуемое состоянием с минимальной потенциальной энергией (конденсатор не заряжен), в которое система приходит сама собою (разрядка конденсатора) и через которое она может проходить “по инерции” (явление самоиндукции). Это следует подчеркнуть при количественном изучении процессов в контуре и получении формулы Томсона, так как только для колебательной системы имеет смысл понятие “собственная частота”.

Чтобы доказать, что в идеальном контуре происходят гармонические колебания, необходимо получить основное уравнение, описывающее процессы в контуре и показать его аналогичность уравнению гармонических механических колебаний.

Для получения основного уравнения, описывающего процессы в контуре, лучше использовать закон Ома для участка цепи, содержащего э.д.с. Это позволяет снять возможный вопрос о допустимости применения закона, установленного для постоянного тока, для описания процессов в колебательном контуре, кроме того, при этом отпадает необходимость оговаривать отсутствие гальванического элемента. В этом случае роль разности потенциалов играет напряжение на конденсаторе, равное Q/C. Записав

и считая сопротивление R контура очень малым, переходят к мгновенным значениям, что следует оговорить. В результате получают

t

Q ,i ,E

Io

Eo

Qo

Q₀

I₀

E₀

        Для раскрытия физической сущности электромагнитных колебаний используется метод векторных диаграмм. Построение ведется по четвертям периода и сопровождается объяснением того, как изменяется каждая из величин, представленных на диаграмме. Фазовые соотношения определяются исходя из того, что сила тока имеет смысл скорости изменения заряда, а э.д.с. самоиндукции (с учетом знака) – скорости изменения тока. При изучении механических колебаний было установлено, что

Рис.1

фазы таких колебаний отличаются на p/2.

После рассмотрения явлений в колебательном контуре переходят к изучению переменного тока как вынужденных электромагнитных колебаний.

Изучение начинается с демонстрации осциллограммы сетевого напряжения, вид которой позволяет считать переменный ток гармоническими электромагнитными колебаниями.

Отмечают, что вообще переменный ток – это вынужденные электромагнитные колебания, форма которых определяется законом изменения приложенного напряжения. Затем выводят уравнения гармонических колебаний э.д.с. индукции в витке обмотки генератора и тока в сети. Подробно устройство генератора не рассматривают, речь идет лишь о получении переменной э.д.с. путем вращения рамки в постоянном магнитном поле.

Вывод уравнений опирается на изученные в Х классе закон электромагнитной индукции Фарадея и понятие магнитного потока.

Обращают внимание на то, что подобно тому, как при механических колебаниях возможен сдвиг фаз между вынуждающей силой и скоростью колеблющейся точки, так и в случае электромагнитных колебаний может быть сдвиг по фазе между током и напряжением. Более подробное рассмотрение фазовых соотношений тока и напряжения будет сделано при изучении реактивных сопротивлений и закона Ома для переменного тока.

    В заключение рассматривается генератор на транзисторе как пример электромагнитной автоколебательной системы. В такой системе вырабатываются высокочастотные незатухающие колебания за счет дозированного периодического поступления энергии от источника постоянного напряжения, входящего в состав системы. Целесообразно сначала показать такой генератор в действии, а затем объяснить его устройство, используя саму установку и ее схему.

    Учитывая исключительную важность повторения, обобщения и систематизации всего курса физики в ХI классе, следует особое внимание уделить задачам на повторение с использованием вновь изученного материала.

[1] Компьютерные (информационные) технологии обучения –совокупность средств, приемов и методов применения компьютерной техникипри обучении.

[2] Данное поурочное планирование предложено Н.В. Усовой в ее пособии «Методика изучения физики в 9-10 классах».