Методы исследования физических явлений

2.2. Методы исследования физических явлений

 

2.2.1. Естественнонаучные исследования

Компьютер со специальной программой помогает преподавателю

объяснять физические явления, демонстрируя его в виде графического отображения. Эксперимент многократно можно повторить с минимальными затратами времени.

Пример №1.

Раздел: «Электродинамика»

Тема: «Электромагнитная индукция»

С помощью данной программы можно объяснить явления электромагнитной индукции, демонстрируя 4 опыта Фарадея.

Общие исследования опыта Фарадея.

Опыт№1 ( схема №1) Исследования зависимости Э.Д.С электромагнитной индукции от скорости движения постоянного магнита. при постоянной магнитной индукции .

При проведении опыта постоянный магнит перемещать внутри катушки с разной скоростью.

Во время опыта фиксировать значение показания прибора(вольтметра) и заносить данные в таблицу№1.

 

Схема №1.

Скорость движения магнита вычислить по формуле: V=E/(B*l*Sind,принимая условно высоту катушки 0.2м, Угол пересечения постоянного магнита витки катушки принять 90°,так как магнит перемещают перпендикулярно виткам катушки.

График зависимости ЭДС от скорости движения постоянного магнита построить при помощи программы МS Excel.

 

Таб.№1 Во=0.2 Тл.

Магнитная индукция В(Тл)	. 0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
Скорость движения магнита (м/С)	1,25	2,5	3,75	5	6,25
ЭД.С. индукции (В)	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25

График зависимости ЭДС от скорости движения магнита.

Вывод: При перемещении постоянного магнита, его силовые линии пересекают витки катушки, при этом возникает индукционный ток , поэтому стрелка гальванометра отклоняется. Показания прибора зависят от скорости перемещения магнита и от числа витков катушки

Опыт №2. Исследование зависимости Э.Д.С. электромагнитной индукции от величины магнитной индукции при постоянной скорости движения магнита , данные занести в таблицу №2.

Значение магнитной индукции принять условно ,для этого магнит разделить н а равные отрезки. В данном опыте постоянный магнит перемещать с постоянной скоростью и фиксировать показания прибора (вольтметра).График зависимости ЭДС от величины магнитной индукции построить с помощью программы МS Excel.

Таб.№2 значение скорости из таб.№1

Магнитная индукция В(Тл)	0,2	0,4	0,6	0,8
Скорость движения магнита (м/с)	1,25	1,25	1,25	1,25
Э.Д.С. индукции (В)	0.05	0.1	0.15	0.2

График зависимости ЭДС от величины магнитной индукции.

Вывод: При увеличении размера постоянного магнита, который вводят

в катушку величина ЭДС линейно возрастает в начальный момент до номинального значения, а затем возрастает нелинейно. При дальнейшем увеличении магнитной индукции может наступить момент магнитного насыщения и тогда ЭДС не возрастает .

Опыт №3 Исследование зависимости ЭДС электромагнитной индукции от величины магнитной индукции. Перемещать катушку с постоянной скоростью, а постоянный магнит остается неподвижным. Записать показания прибора в таблицу№3 и сравнить с данными таблицы №1.Сделать выводы после проведения опытов.

 

Таб.№3 Во=0.2 Тл.

Магнитная индукция В(Тл)	. 0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
Скорость движения магнита (м/С)	1,25	2,5	3,75	5	6,25
ЭД.С. индукции (В)	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25

 

Вывод: При перемещении катушки стрелка прибора откланяется также как и при перемещении постоянного магнита

Для проведения опыта №4,5 применять схему№2 проводить без измерений, только проверить эксперимент

Схема №2

Опыта №4 проводим эксперимент перемещаем катушки относительно друг друга замкнув при этом рубильник, наблюдая за показаниями прибора .

Вывод.

В этом опыте мы пропускаем через первую катушку ток, который создает магнитный поток и при движении второй катушки внутри первой, происходит пересечение магнитных линий ,поэтому возникает индукционный ток.

Опыта №5 наблюдать за показаниями прибора в момент включения и выключения рубильника.

Вывод.

В момент включения или выключения рубильника стрелка прибора отклоняется влево или вправо. Причиной отклонения стрелки является возникновение силы ,которая мешает изменению величины и направлению тока. Эта сила называется ЭДС самоиндукции.

Заключение

Общие исследования опытов Фарадея имеет ряд достоинств и недостатков.

Достоинства.

 Этот вариант помогает студентам понять:

- причины возникновения ЭДС.

- зависимость величины ЭДС от скорости перемещения магнита

-зависимость направления ЭДС от направления движения магнита

.Недостатки.

Этот вариант не позволяет точно провести измерения и расчет

скорости движения магнита

Пример№2.

Раздел: «Квантовая оптика ».

Тема: «Исследование явления фотоэффекта».

Используя, компьютерную программу можно экспериментально проверить законы внешнего фотоэффекта. Для этого открываем содержание программы «Открытая физика часть 2»,тема «Исследование явления фотоэффекта».

На экране монитора демонстрируется экспериментальная установка изучения фотоэффекта.

Схема экспериментальной установки для изучения фотоэффекта.

С помощью этой установки можно определить зависимость:

-фототока от напряжения задержки;

-фототока от мощности источника питания;

-фототока от длины волны светового потока.

 

2.2.2.Инновационные творческие исследования

На основе компьютерной проектной среды типа «Физика в картинках», «Открытая физика» можно провести творческие исследования при проведении лабораторных работ в компьютерном классе.

Преподаватель по степени подготовки студента выдает задание провести общие исследования или инновационные творческие исследования.

Общие исследования позволяют студенту освоить базовый курс физики.

При инновационном творческом исследовании студенту дается возможность показать свою поисковую и аналитическую компетенцию.

Инновационные творческие исследование опытов Фарадея.

В данном исследовании студент получает задание:

1.Измерить высоту катушки и время движения постоянного магнита

2.Построить информационную модель процесса в виде таблицы

3.Построить график при помощи программы МS Excel ,в которую занести значение изменения магнитного потока и вектора магнитной индукции.

4.Измерить величину Э.Д.С. ,занести в таблицу и построить ее с помощью программы MS Excel

5Построить графики при помощи программы MS Excel