Учебное пособие для учащихся 10-11 классов естественно-математического направления
Скачать 36.16 Kb.
|
| Департамент образования г.Москвы Восточное окружное управление Государственное образовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа №351 Учебное пособие для учащихся 10-11 классов естественно-математического направления «Методы физико-технических исследований и измерений» Москва 2011 г. Составитель: Кучербаева Ольга Геннадиевна - учитель ГУ Средняя общеобразовательная школа №351 Квалификационная категория : 1 Педагогический стаж: 10 лет Учебное пособие для учащихся 10-11 классов естественно-математического направления «Методы физико-технических исследований и измерений» является дополнением к учебно-методическому сборнику и содержит рекомендации по проведению лабораторных работ и лабораторного практикума. Фронтальные лабораторные работы не только углубляют теоретический материал курса, но и обеспечивают формирование первоначальных умений, подготовку учащихся к практикуму. Практикум занимает центральное место курса, на него отводится 50% учебного времени. При его проведении отрабатываются общие вопросы физического экспериментального исследования. В работах практикума следует использовать наряду со стандартным оборудованием самодельные установки, а также комплекты компьютерных измерительных приборов, комплекты приборов по электричеству и радиотехнике. Обязательное использование таких установок – принципиально важная особенность практикума. Это позволит не только достичь наглядности используемых физических принципов, но и стимулировать интерес учащихся к техническому творчеству, развивать практические умения и навыки, полученные на уроках физики, связать прикладной курс с профессиональной подготовкой. Содержание: 1. Пояснительная записка……………………………………………………………….4 стр 2. Методические рекомендации по проведению занятий……………………………5 стр 3. Лабораторные работы и лабораторный практикум для 10 класса:
3. Лабораторные работы и лабораторный практикум для 11 класса:
4.Литература для учащихся ……………………………………………………………...42 стр 1. Пояснительная записка: Курс рассчитан на 34 часа в 10 классе и 34 часов в 11 классе. Учащимся предлагается во время курса:
Курс условно можно разбить на теоретическую и практическую части. В теоретической части даются необходимые знания о методах и принципах экспериментальных физических исследований, а также сведения о физических принципах, лежащих в основе устройства приборов и их использования в эксперименте. Практическая часть включает в себя фронтальные лабораторные работы и работы практикума. Фронтальные лабораторные работы не только углубляют теоретический материал курса, но и обеспечивают формирование первоначальных умений, подготовку учащихся к практикуму. Практикум занимает центральное место курса, на него отводится 50% учебного времени. При его проведении отрабатываются общие вопросы физического экспериментального исследования. В работах практикума следует использовать наряду со стандартным оборудованием самодельные установки, а также комплекты компьютерных измерительных приборов, комплекты приборов по электричеству и радиотехнике. Обязательное использование таких установок – принципиально важная особенность практикума. Это позволит не только достичь наглядности используемых физических принципов, но и стимулировать интерес учащихся к техническому творчеству, развивать практические умения и навыки, полученные на уроках физики, связать прикладной курс с профессиональной подготовкой. При подготовке работ учащимся должна быть предоставлена максимальная самостоятельность в выборе методики проведения работ, подборе оборудования, составлении инструкций и т.д. Из числа часов, отведённых на каждый практикум, 2 часа выделяется на ознакомительную беседу учителя по предлагаемым работам, 2 часа – на обсуждение и защиту предлагаемых учащимися методов и принципов выполнения выработанной ими работы, подбор аппаратуры и т.д., 2 часа – на приём готовых работ и окончательную наладку установки, доработку инструкций по их выполнению. Занятия по ознакомлению с предлагаемыми работами и их обсуждению проводятся уже при изучении теоретического материала. Занятия по приёмке работ, подготовленных учащимися, проводятся в начале каждого практикума. Основное время отводится на выполнение работ практикума. 2. Методические рекомендации по проведению занятий Формируемая в настоящее время в школе система образования по физике охватывает достаточно большой объём знаний. При этом возможности специализированных кабинетов физики настолько широки, что возникает необходимость создания учебно-методического комплекса, который обеспечивал бы эффективную помощь при профориентации учащихся, а именно:
Объём данного курса рассчитан на часовую нагрузку в течение 10-11 классов, однако учебный материал, помещённый в нём, может обеспечить и большую нагрузку в неделю. 10 класс (34 часа) В начале рекомендуется познакомить учащихся с целями и задачами курса. Провести беседу о роли экспериментальных исследований в науке и технике, а также о измерении как основе эксперимента. Провести необходимый инструктаж об организация рабочего места, технике безопасности при проведении электротехнических и радиотехнических работ. Особое внимание обратить на причины электротравматизма. Ток силой 0,1 а, проходящий через организм человека, опасен для жизни. Электрическое сопротивление человеческого организма, находящегося в нормальном состоянии, равно нескольким десяткам тысяч ом. Оно зависит от физического состояния человека. В особо неблагоприятных случаях (болезненное состояние, .сильное потение и т. п.) электрическое сопротивление человека равно лишь 400 — 1000 ом. Пользуясь формулой закона Ома для участка цепи, нетрудно подсчитать, что напряжение 40 в уже опасно. Поражение людей током случается чаще всего вследствие: . а) прикосновения к неизолированным токоведу-щим частям — оголенным проводам, контактам электрических машин, рубильников, ламповых патронов, предохранителей и других аппаратов и приборов, находящихся под напряжением; б) прикосновения к частям электроустановки, обычно не находящимся под напряжением, но в результате повреждения изоляции оказывающимся под напря- жением, например, к корпусуэлектродвигателя; в) прикосновения к токопроводящим частям, не являющимся частями электроустановки, но случайно оказавшимся под напряжением, например, к сырым стенам, металлическим конструкциям здания; г) нахождения вблизи места соединения с землей оборванного провода электросети. Монтаж и ремонт электроустановок производят в соответствии с, рядом требований: а) все электроустановки должны быть смонтированы так, чтобы их токоведущие части были недоступны для случайного прикосновения: провода и кабели тщательно изолированы, другие токоведущие части закрыты защитными ограждениями в виде кожухов, ящиков, шкафов; б) металлические части электрооборудования, непредназначенные для прохождения по ним тока, должны быть заземлены, т. е. соединены с землей с помощью медных проводов. Заземление уменьшает опасность поражения током людей, прикоснувшихся к нетоковедущим частям, которые оказались под напряжением; сопротивление заземляющих проводов должно быть не более 4 ом; в) во избежание опасности поражения электрическимтоком ученикам и малоопытным рабочим не разрешается производить монтаж или ремонт электроустановок, если они находятся под напряжением. Нужно перед началом работы с помощью контрольной лампы или указателя напряжении убедиться, что напряжение отсутствует. Тема «Методика физических экспериментальных исследований» состоит из двух разделов: 1) «Структура физического эксперимента» знакомит в течение 5 часов с этапами проведения физических исследований, ролью гипотез и физических моделей (на конкретных примерах), требованиями к проведению эксперимента. Следует повторить с учащимися понятие прямого и косвенного измерения, рассмотреть методы непосредственной оценки, сравнения и т.д. (на конкретных примерах), а также оптические и электрические измерения неэлектрических величин. Рассказать подробно о термопаре, термометре сопротивления, компьютерном датчике измерения температуры и другие средства измерения температуры. Необходимо занятия сопровождать демонстрациями:
Закрепить полученные знания рекомендуется с помощью лабораторной работы №1 «Практическое знакомство с действием различных датчиков».  2) «Обработка результатов измерения» - проводится в течение 8 часов. Рассматривается теоретический материал о случайных и систематических погрешностях, необходимости обработки результатов измерений, приборных погрешностях. А также пути устранения систематических погрешностей. Необходимо обратить внимание учащихся на методы проверки приборов, определение доверительного интервала значений измеряемой величины, представление результатов измерений в виде таблиц, графиков. Завершить тему рекомендуется рассмотрением компьютерной обработки результатов измерений. Тема сопровождается демонстрациями:
В завершении выполняется лабораторная работа №2: «Обработка результатов измерений, получаемых с помощью компьютерных датчиков» (датчик измерения давления, температуры, фотодиодный датчик, датчик измерения малых перемещений, датчик магнитного поля, фотоэлемент, датчик силы тока, напряжения и т.д.) Тема «Техника физических экспериментальных исследований» рассчитана на 11 часов и состоит из трёх разделов, каждый из которых завершается лабораторной работой: 1) Правила пользования экспериментальными приборами (2 часа) Предлагается рассмотреть: назначение экспериментальной аппаратуры, класс точности и приборные погрешности, пределы измерений, чувствительность, правила пользования приборами, чтение шкал приборов, подбор приборов для конкретных измерений, включение приборов в цепь, снятие показаний приборов. Объяснение сопровождается демонстрациями:
Лабораторная работа №3: «Чтение шкал приборов (на приборах и макетах)» (1 час) 2) Электронные приборы (6 часов) Происходит знакомство с источниками питания, усилителями. электронным осциллографом. Подробно рекомендуется ознакомить учащихся с устройством осциллографа, назначением органов управления, правилами пользования, получением осциллограмм. Используются демонстрации:
Лабораторная работа №4: «Экспериментальное исследование звуковых колебаний с помощью осциллографа» (2 часа) 3) Составление и чтение простейших радиосхем (3 часа) Обозначение элементов радиосхем: резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, радиоламп, полупроводниковых приборов и транзисторов. Лабораторная работа №5: «Нахождение блоков питания и усилительных блоков на схемах и приборах. Замена блоков под руководством учителя» (2 часа) Для закрепления полученных знаний на практике рекомендуется проведение лабораторного практикума в течение 7 часов, состав работ которого может варьироваться в зависимости от решения преподавателя
Тема «Получение вакуума, криогенная техника» рассматривается в течение 3 часов. Учащимся предлагаются к рассмотрению: понятие о низком, высоком и сверхвысоком вакууме, вакуумные и форвакуумные насосы, правила их эксплуатации, методы измерение низкого давления. После расширяются познания в области методов получения низких и сверхнизких температур: адиабатного расширение, дросселирования, кипения при низком давлении и другое. Обсуждаются свойства жидкого азота, кислорода, гелия. В завершение теоретической части полезно рассмотреть вопросы о хранении сжиженных газов, их транспортировке, методах охлаждения образцов, а также технике безопасности при работе со сжиженными газами. При обсуждении теоретической части используются демонстрации:
Лабораторный практикум №2 (3 часов) завершает изучение курса в 10-м классе. Предлагаемые работы:
11 класс (34 часа) Курс продолжается с 12-часовой темы «Применение электронных и ионных приборов в физических экспериментальных исследованиях». Она состоит из трёх разделов и завершается лабораторным практикумом. 1) Полупроводниковые приборы и их использование в физических экспериментальных исследованиях (6 часов). Происходит ознакомление учащихся с терморезисторами и фоторезисторами различных типов, полупроводниковыми диодами, транзисторами. Рассматриваются некоторые характеристики транзисторов, применение транзисторов, а также логические элементы и их применение. Обращается внимание на особенности физического эксперимента при использовании полупроводников и микромодульной техники. Рассматривается возможность применения компьютера в физико-технических экспериментальных исследованиях. Возможно использование виртуальных лабораторных работ (по желанию). Демонстрации:
Для закрепления навыков предлагается лабораторная работа №6: «Сборка полупроводниковых усилителей (1 часа) 2) Генераторы и усилители с обратной связью (5 часов) Рассматривается роль обратной связи, коэффициент обратной связи, отрицательная обратная связь, самовозбуждение, генераторы. Закрепляется материал в виде лабораторных работ: Лабораторная работа №7: «Сборка (из готовых блоков) усилителя с обратной связью и его исследование» (1 час) Лабораторная работа №8: «Сборка (из готовых блоков) генератора и его исследование» (1 час) 3) Ионные приборы и их применение в физических экспериментальных исследованиях (1 час) Рассматривается устройство тиратронов, неоновых ламп, газоразрядных счётчиков. Демонстрации:
Завершается тема выполнением лабораторного практикума №3: «Измерение электрических величин. Исследование механических колебаний и волн» (10 часов):
Тема «Электроизмерительные приборы» изучается 2 часа. Теоретический материал включает в себя рассмотрениеустройства электроизмерительных приборов магнитоэлектрической, электромагнитной, тепловой, термодинамической, индукционной, электростатической систем и их применение. Далее предлагается лабораторная работа №9: «Изучение устройства приборов различных систем» (1 час). Закрепление темы происходит в виде лабораторного практикума №4: «Исследование электромагнитных явлений» (4 часа)
Тема «Оптические методы исследования» рассматривается 4 часа и включает в себя следующий материал: Рефрактометры. Устройство рефрактометра, основанного на явлении полного внутреннего отражения. Другие виды рефрактометров. Пирометры, их устройство и принцип работы. Болометры. Фотодатчики: фотоумножители, фотодиоды, светодиды. Поляриметры, их устройство и назначение. Интерференционные приборы. Различные виды дифракционных решёток. Оптические схемы спектрографа и спектроскопа. Трёхтрубный спектроскоп. Разрешающая способность спектральных приборов. Демонстрации:
Далее - лабораторный практикум №5: «Оптические методы исследований» (6 часов)
Лабораторная работа №1 «Практическое знакомство с действием различных датчиков»
2) Минимальные требования к операционной системе: Windows2000/XP/2003 Office 200/XP/2003 Microsoft Internet Explorer 5.0 или выше
Вставьте CD-диск в привод CD-дисков, сделайте указателем мышки двойной щелчок на иконке “setup/exe”, появляется окно мастера установки: Кликните мышкой на кнопке “Next” (Далее) для выбора места на жёстком диске, куда будет производится установка: Кликните мышкой на кнопке “Next” (Далее) для подтверждения выбранного в предыдущем пункте пути установки программы: Кликните мышкой на кнопке “Next” (Далее) для установки программы: Кликните мышкой на кнопке “Exit” (Выход) для выхода из мастера установки.
Кликните мышкой на кнопке “Start” (Начало), затем “Program” (Программа), затем “Digital Information System”, и затем “Uninstall Digital Information System ” Кликните мышкой на кнопке “Next” (Далее) для eудаления выбранного в предыдущем пункте программного обеспечения: Удаление завершено: Кликните мышкой на кнопке “Exit” (Выход) – удаление завершено.
Рабочая установка представляет из себя набор индивидуальных установок для проведения опытов (экспериментов), которые являются типичными для программы физики средней школы. Посредством нажатия одной кнопкой запускается программа с индивидуальными предустановками. Когда требуемые для проведения опыта датчики подключены к разъёмам, данные от них начинают поступать в компьютер и тут же отображаться на дисплее по одному только нажатию мышкой на кнопку “Start” (некоторые из опытов требуют специальных установок для дисплея). Затем можно проводить анализ поступивших от датчиков данных и производить с ними определенные действия при помощи мощного инструментария, входящего в состав программного обеспечения.
Кликните “Worksheet setup” (Рабочая установка) или для выхода
Опыты сгруппированы в три подраздела – физика, биология и химия, перечисленные в левой колонке (в поставляемом программном обеспечении представлен ТОЛЬКО раздел Физика).Выберете опыт из текущего раздела и нажмите кнопку “Enter” для открытия окна с предустановками (или сделайте двойной щелчок мышкой на названии требуемого опыта). Выберите “Connection” (Соединение), затем подсоединится автоматический регистратор после открытия окна Рабочей установки и после этого система готова к работе в режиме реального времени; если “Connection” НЕ ВЫБРАНО, то только сохранённые ранее документы (файлы) могут быть доступны для работы, наблюдения и анализа. Кнопка “Calibration” (Калибровка) предназначена для компенсации каких-либо плавающих ошибок для некоторых датчиков или для калибровки и компенсации считываемых данных химических датчиков перед измерением. Основной интерфейс программного обеспечения Окно интерфейса разделено на несколько блоков с различными функциями, как показано ниже, после начала проведения опыта
Таблица данных предназначена для отображения и сохранения данных, поступающих от автоматического регистратора в режиме реального времени Иконка Save (Сохранить): для сохранения результатов в таблице данных в Exel-овском формате Иконка Flash (Выделить): создать (построить) часть графика, соответствующего данным, выделенным в таблице данных Иконка Delete (Удалить) : удалить данные из таблицы данных Примечание: Выделить или Удалить множество данных можно нажимая и удерживая клавиши Ctrl или Shift
Пожалуйста, обратитесь к п. 2.4 для дальнейшей информации 3) Установки эксперимента (опыта) (1) Установка режима автоматического регистрирования Interval (Интервал): выбор интервала между считываемыми данными с минимумом в 5мс. Это определяет также интервал между считанными данными, взятыми из сохранённого файла. Pause (Пауза): для того чтобы остановить всякий раз на какое-то время считывание (выборку) данных и продолжить их по нажатию кнопки “Start”. Total Sampling (Всего выборок): общее число считываемых данных. (2) Channel Information (Поканальная Информация) Четыре светодиода и левой части показывают наличие подключённых к каналам датчиков. Тип датчиков отображается в первых квадратных скобках, во вторых – перечисляются названия датчиков необходимых для проведения опыта и как только именно они будут подключены - появится возможность выборки данных от них. Эта возможность выразится в готовности кнопки “Start” и других (станут активными, не «серого цвета»). “Start” : для того чтобы начать выборку (считывание), когда требуемые условия выполнены или «проигрывается» эксперимент, выполненный до этого “Pause”: для приостановки выборки или при проигрывании сохранённого опыта. По нажатию “Start” процесс продолжается. “Finish”/”Over”: остановить процесс считывания и закончить сам эксперимент. По нажатию кнопки “Start” начинается новый эксперимент. “Parameter”: для того чтобы установить или изменить параметры, которые могут быть использованы при проведении опыта. “Open”: для того чтобы открывать файлы, сохраненные до этого. “Save”: чтобы сохранять считанные и зарегистрированные данные и можно было бы их рассмотреть позже. (4) Название опыта (эксперимента) и выход Название опыта отображается в квадратных скобках. Кликните на для выхода из эксперимента. Калибровка Калибровка предназначена для компенсации каких-либо плавающих ошибок, выявленных в некоторых датчиках или для калибровки и компенсации считываемых данных химических датчиков перед началом установок для проведения опыта. Кликните на кнопке “Calibration” (Калибровка) под названием опыта, тогда появится окно для проведения калибровок: Текущие выборки, снимаемые с четырёх каналов, отображаются в вертикальном столбце и поступившие данные с каждого канала могут быть откалиброваны. Ниже представлено в качестве примера, как откалибровать динамометр, подключённого к одному из 4-х каналов:
А. Если к каналу не подключён датчик то описываемая кнопка будет отображаться в сером цвете и на неё невозможно будет кликнуть мышкой В. Если датчик подключён к каналу, а кнопка калибровки всё ещё продолжает оставаться «серой» - это означает что датчик не нуждается в калибровке, в противном случае на кнопку можно кликнуть мышкой и подтвердить калибровку. С. Если считываемые данные должны были бы быть равными нулю, то следует нажать кнопку “Zero set” (Установка нуля). Нажатием на кнопку “Clear” (Стереть) – стираются все результаты калибровки только что сделанные. D. Если иконка была нажата и название окна отобразилось как “Compensation” (Компенсация) – это означает что считываемые с датчика данные, использующиеся в этом опыте,нужно компенсировать перед началом проведения эксперимента. Компенсация текущих считываемых данных предназначается для четырёх датчиков, таких как Влажность, pH, Растворённый кислород О2, Проводимость, Воздушный датчик О2 и СО2. Пожалуйста, обратитесь к Руководству по этим датчикам по подробному описанию компенсации для них (в поставляемом наборе описываемые датчики отсутствуют). Основная установка Вход в систему Кликнете на кнопку для входа Убедитесь, что автоматический регистратор включен. Кликнете на кнопке “Connection” (Подключение), текущая выборка данных от датчиков, подсоединенных к регистратору, появится в соответствии со своим местом включения, как показано ниже: Пожалуйста, обратитесь к п. Калибровка для более детального изучения как калибровать датчики Лабораторная работа №2: «Обработка результатов измерений, получаемых с помощью компьютерных датчиков» Колонка времени: время считывания показаний от начала момента записи. Первые данные для времени установлены в 0мс Колонка считывания данных от датчика: наименование датчика отображается в названии самой колонки, например “Force[N1]” ,где [N1] является переменной величиной, которая используется в формуле при анализе данных. Колонка результатов: отображает результаты вычислений при применении формулы
А : начать выборку данных от подключенных датчиков. При этом собираемые данные будут отображаться в соответствующих колонках таблицы В : для того чтобы сделать паузу перед тем, как выборка заполнится. Сбор данных возобновится по нажатию на кнопку . С : для остановки приёма считываемых данных. D : для сохранения полученной таблицы данных в xls-формате. Примечание: таблица данных может быть сохранена только после того как приём считываемых данных закончен. Е : для того чтобы отобразить считанные с датчика данные как новый график или как новая кривая в уже существующем графике. Первое, введите название для нового графика из выпадающего меню которое уже существует (или добавьте новый). Затем введите название новой кривой а так же данные для оси X и оси Y соответственно. Нажмите кнопку «ОК» и тогда новый график/кривая появятся в виде как, например, ниже: Обратитесь к Окно Анализа Графиков для деталей по функциональному предназначению кнопок. F : для того чтобы удалить график. Убедитесь что график, который следует удалить, отображается , например : одно нажатие на иконке “Delete” (Удалить). G : для удаления всех данных в таблице данных H : Для установки режима считывания: “Interval” (Интервал): для выбора периода осуществления выборки, то есть, отрезок времени между последующим временем считывания Пауза после "x" взятых образцов считанных данных:, чтобы останавливаться всякий раз, когда x новых образцов принято. Установите "x" в нуль когда пауза при считывании не потребовуется. Общее число дискретизации "y":, чтобы прекращать процесс выборки автоматически, когда y образцы принято. Ш Ж для ввода считываемых данных вручную.
А : одиарный щелчок на кнопке «+» добавляет новую формулу. Если сделать его, то появится пустой бланк. Поставьте галочку в окне выбора и тогда появится начальное окно редактора формулы, как ниже: Введите формулу внутри этого окна Ниже мы проиллюстрируем как создавать новую формулу внутри редактора подетально. Заголовок новой формулы появится в списке формул как только мы произведём корректный вход, как показано ниже: |
Похожие:
 | Учебное пособие для учащихся 10-11 классов общеобразовательных учреждений Шаталова В. М., Зубакина О. Н. Русское речевое общение. Учебное пособие для учащихся 10–11 классов общеобразовательных учреждений... | | Учебно-методическое пособие для учителей, работающих в 10-11 классах естественно-математического направления «Методы физико-технических исследований и измерений» Составитель: Кучербаева Ольга Геннадиевна учитель гу средняя общеобразовательная школа №351 |
| Учебное пособие для учащихся классов с углубленным изучением английского языка Настоящее пособие предназначено для быстрого и эффективного усвоения материала по разделу «Существительное». Пособие содержит подробное... | | Аннотация курса Виленкин Н. Я., Ивашев-Мусатов О. С. «Алгебра и математический анализ для 11 классов». Учебное пособие для учащихся школ и классов... |
| Учебное пособие включает архивные материалы по XIII xix векам, отрывки из трудов средневековых ученых и предназначено для учащихся 5-8 классов общеобразовательных школ. Данное пособие является частью изучения «Истории Астраханского края» Учебное пособие включает архивные материалы по XIII – XIX векам, отрывки из трудов средневековых ученых и предназначено для учащихся... | | Учебное пособие для учащихся Учебное пособие по теме: «Цветные металлы и сплавы» состоит из 9 разделов, представляющие логически законченную часть учебного материала.... |
| Теоретические основы и тесты. Пособие для подготовки к ент. Таксымбаева Э. С Учебное пособие предназначено для учащихся средних школ, абитуриентов и учителей | | Учебно-методических материалов по опк. Шевченко Л. Л. Православная культура: учебное пособие для начальных классов общеобразовательных школ, лицеев, гимназий. Первый год обучения. Книга первая ... |
| Психолого-педагогических научных исследований учебное пособие Павлодар удк 37: 001. 89 (075. 8) Учебное пособие предназначено для учащихся колледжей, студентов педагогических специальностей вузов, магистрантов, аспирантов, соискателей... | | Учебное пособие для вузов /Д. Ю. Снежков С-16 Проектирование мостовых и строительных конструкций: учебное пособие умо /П. М. Саламахин. М |