Информационные технологии на уроке физики.
методическая разработка по физике по теме

Информационные технологии на уроке физики

Методические рекомендации

Бессараб Е.Г.

Учитель физики Петергофской гимназии Александра 2

Аннотация: В этих методических рекомендациях я делюсь опытом работы с таким компонентом информационных технологий как компьютерные модели курса «Открытая физика 2.5» ч.1 и ч.2 («ФИЗИКОН»). Предлагаются варианты использования компьютерных моделей как в демонстрационном варианте, так и при решении задач на любом этапе урока.

Литература: 

1 А. Ф. Кавтрев «Компьютерные модели в школьном курсе физики». Журнал «Компьютерные инструменты в образовании», Санкт-Петербург: «Информатизация образования», №2, с.41-47,1998.

2. А. Ф. Кавтрев «Методика использования компьютерных моделей на уроках физики». Пятая международная конференция «Физика в системе современного образования» (ФССО-((), тезисы докладов, том 3, Санкт-Петербург: «Издательство РГПУ им. А.И. Герцена», с.98-99,1999.

3. И.И. Белостоцкий, Г.Ю.Максимова, Н.Н.Гомулина «Компьютерные технологии: современный урок физики и астрономии».Газета «Физика»№20 с.3, 1999.

4. А. Ф. Кавтрев «Методические аспекты преподавания физики с использованием компьютерного курса «Открытая физика1.0»»

5. В.Е. Фрадкин «О некоторых условиях эффективности применения компьютерных средств обучения».

Использование информационных технологий является неотъемлемой частью современного образования. Уровень программного обеспечения сейчас позволяет внедрять информационные технологии в преподавание большинства  дисциплин. Целью при этом в первую очередь является повышение качества знаний учащихся, качества самих уроков.

В курсе физики  неизменно присутствуют темы, требующие не только повышенного внимания при восприятии, но и незаурядного воображения (например, электромагнитные колебания, квантовая физика и т.д.). Поэтому у многих учащихся либо формируется искаженное, неполное представление о физическом явлении, либо учащийся уходит с урока вообще толком не разобравшись в предложенном материале. Самостоятельная проработка им темы дома, как правило, не приводит к улучшению понимания и учащийся идет дальше по программе, механически усваивая материал.

Информационные технологии предоставляют возможность решать эту проблему. Кроме того, в условиях тенденции к сокращению учебных часов по предмету приходится давать всё больше обзорных уроков, где простой рассказ преподавателя оказывается малоэффективным. В сочетании же с информационными технологиями уроки (и учащиеся) значительно выигрывают. Информационные технологии придают урокам разнообразие, формируют благоприятную эмоциональную атмосферу. Что ценно, открывается возможность проводить интегрированные уроки, например физики и информатики, привлекать учащихся, интересующихся компьютерами, к реальной деятельности в области информационных технологий.

В моей работе я использовала такой компонент информационных технологий, как компьютерные модели компьютерного курса «Открытая физика 2.5» ч.1 и ч.2 («ФИЗИКОН»). Компьютерный курс прошел сертификацию в институте информатизации образования России в качестве учебного пособия для учащихся школ, лицеев, гимназий, колледжей. Данный курс является мощным средством интенсификации занятий, повышения интереса учащихся к физике. «Открытая физика 2.5»  содержит огромное количество интерактивных компьютерных моделей, которые позволяют наблюдать и управлять поведением объектов, изменяя начальные условия экспериментов, проводить разнообразные физические опыты. Некоторые модели позволяют наблюдать, одновременно с ходом эксперимента, построение графических зависимостей от времени ряда физических величин, описывающих эксперимент. Наглядность всегда играет существенную роль при усвоении нового материала, задействовать зрительную память, зрительное восприятие учащихся – одна и задач преподавателя. Компьютерная демонстрация, таким образом, служит ярким дополнением к рассказу учителя, позволяя представить материал в высшей степени наглядно.

Использование компьютерных моделей в работе открывает новые возможности перед учителем. При изложении материала можно делать акцент не на подробное устное всестороннее объяснение хода процесса, его закономерностей, что традиционно отнимает большую часть времени урока, а на пояснение и комментарии к наблюдаемой картине, причем, изменяя различные параметры в программе, интерактивно можно влиять на развитие процесса, выявляя важные моменты и закрепляя их повтором. Таким образом, формируется правильное восприятие учащимися рассматриваемой темы. Особенно эффективно применять компьютерные модели в сочетании с традиционным физическим экспериментом, когда сначала демонстрируется само физическое явление на приборах, а потом дается компьютерная демонстрация, где это же явление представлено как взгляд изнутри.

Закрепление материала во второй половине урока так же можно проводить с использованием компьютерных моделей, вызывая учащихся к доске с просьбой изменить соответствующие параметры программы, с целью добиться какого-либо эффекта, или фронтально опрашивая учащихся и тут же проверять их ответ на компьютерной модели. Следует подчеркнуть сокращение времени на рутинное, порой неоднократное рисование схем на доске.

С использованием компьютера совсем иначе выглядит порой утомительный опрос домашнего задания. Программы выполнены с условием простоты их использования, и ученик, минимально владеющий хотя бы «мышкой», может сопровождать свой ответ действиями с компьютерной моделью.

При использовании кабинета информатики, где учащиеся работают с компьютером непосредственно, можно устраивать «быстрые» зачеты по теме, давая каждому задание по компьютерной и тут же его оценивать, так как время на подготовку ответа в этом случае требуется минимальное. С другой стороны важно не увлекаться такого рода занятиями, оставляя учащимся возможность домысливать ответы на вопросы самостоятельно, когда происходит решение задач. Но, как показывает мой опыт, учащиеся, присутствовавшие на уроке с компьютерной моделью,  в дальнейшем лучше ориентируются по теме, без труда решают качественные задачи, задачи на построение и т. п.

Недостатком использования компьютерного курса я считаю отсутствие задачников к моделям. Отсутствие локальной сети и/или проекционной техники в учебном учреждении делает использование компьютерных моделей затруднительным, преподаватель может в таком случае работать лишь с небольшой группой учащихся, которых можно рассадить вблизи монитора.

Методика подготовки преподавателя к работе с компьютерными моделями.

Начиная работать с компьютерными моделями, на основе вашего календарного плана определите, какие модели вы сможете использовать при объяснении нового материала и/или предложить учащимся для работы в компьютерном классе. Далее имеет смысл к каждой выбранной модели составить таблицу, в которую следует занести названия параметров, которые может изменять пользователь, задавая при этом начальные условия экспериментов, обозначения этих параметров, пределы и шаг их изменения. В эту таблицу также следует занести аналогичную информацию о параметрах модели, которые рассчитываются компьютером при выполнении экспериментов, и выводятся на экран монитора. Для создания такой таблицы нужно открыть соответствующую модель, определить диапазоны изменения регулируемых параметров, а затем провести несколько экспериментов с крайними значениями этих параметров, чтобы определить предельные значения и шаг расчёта рассчитываемых параметров.

Рассмотрим в качестве примера компьютерную модель "Движение с постоянным ускорением".

Поработав несколько минут с указанной моделью, вы сможете составить таблицу её параметров, примерный вид такой таблицы показан ниже.

Таблица 1. Параметры модели "Движение с постоянным ускорением". 

При работе с любой моделью аналогичная таблица совершенно необходима для планирования экспериментов и составления заданий, так как, в отличие от персонального компьютера, может быть всегда под рукой.

На основе информации, содержащейся в таблице 1, в принципе, уже можно планировать демонстрационные эксперименты и/или составлять задания для учащихся. Однако, для облегчения последующей работы, особенно по составлению заданий и лабораторных работ, очень полезно составить ещё одну или несколько таблиц, которые будем называть в дальнейшем, во избежание путаницы, матрицами. В матрицы следует занести конкретные значения начальных условий экспериментов, которые будут использоваться при составлении заданий, и результаты этих экспериментов. Примерный вид такой матрицы показан ниже.

Матрица 1. "Движение с постоянным ускорением". 

Равномерное движение

Равноускоренное движение

Для заполнения как таблиц, так и матриц можно привлечь слабых учеников, которым более сложные задания, например, по решению задач с компьютерной проверкой, явно не по силам. Как показывает опыт, слабые ученики с большим энтузиазмом выполняют эксперименты, хотя бы и однотипные, хорошо осваивают модели и впоследствии даже могут придумать и сформулировать собственные задачи. Такая работа оказывается чрезвычайно полезной как для самих учеников, так и для учителя, так как существенно экономит его время.

Разумеется, на основании любой строки матрицы можно сформулировать несколько задач. Напомним, что в качестве расчётных задач с последующей компьютерной проверкой предпочтительнее обратные задачи, в то время как прямые задачи лучше подходят для экспериментальных заданий.

Приведём примеры заданий, составленных с использованием матрицы 1.

Таблица 2. Параметры модели "Свободное падение тел". 

Из таблицы видно, что данную модель можно применять при изучении следующих видов движения:

1. свободное падение;
2. движение тела, брошенного вертикально вверх;
3. движение тела, брошенного горизонтально;
4. движение тела, брошенного под произвольным углом к горизонту (как с поверхности земли, так и с некоторой высоты).

Задачи из сборника  А. П. Рымкевича 1996 г. (в скобках указаны номера задач по задачнику 1988 г. издания), которые можно использовать при работе с данной моделью:

209 (192). Стрела, выпущенная из лука вертикально вверх, упала на землю через 6 с. Какова начальная скорость стрелы и максимальная высота подъёма?

211 (194). Во сколько раз надо увеличить начальную скорость брошенного вверх тела, чтобы высота подъёма увеличилась в 4 раза?

221 (203). Мальчик бросил горизонтально мяч из окна, находящегося на высоте 20 м. Сколько времени летел мяч до земли и с какой скоростью он был брошен, если он упал на расстоянии 6 м от основания дома?

222 (204). Как изменится время и дальность полёта тела, брошенного горизонтально с некоторой высоты, если скорость бросания увеличить вдвое?

223 (205). Как и во сколько раз надо изменить скорость тела, брошенного горизонтально, чтобы при высоте, вдвое меньшей, получить прежнюю дальность полёта?

229. Вратарь, выбивая мяч от ворот (с земли), сообщает ему скорость 20 м/с, направленную под углом 50° к горизонту. Найти время полёта мяча, максимальную высоту поднятия и горизонтальную дальность полёта.

234 (214) С балкона, расположенного на высоте 20 м, бросили мяч под углом 30° вверх от горизонта со скоростью 10 м/с. Найти: а) координату мяча через 2 с; б) через какой промежуток времени мяч упадёт на землю; в) горизонтальную дальность полёта.

Из приведённых примеров видно, что с использованием модели "Свободное падение тел" можно проиллюстрировать самые разнообразные задачи.

Составление матрицы является не обязательным, но полезным этапом подготовки к работе с моделью, ведь достаточно посмотреть матрицу, чтобы понять, можно ли использовать модель в интересующих вас целях. Матрица же поможет вам составить любое, осуществимое в рамках модели, задание или лабораторную работу.

Методика использования компьютерных моделей на уроках.

Прежде всего, чрезвычайно удобно использовать компьютерные модели в демонстрационном варианте при объяснении нового материала или при решении задач. Согласитесь, что гораздо проще и нагляднее показать, как тело движется при наличии положительной начальной скорости и отрицательного ускорения, используя модель "Движение с постоянным ускорением" компьютерного курса "Открытая физика", чем объяснять это при помощи доски и мела.Ведь на экране компьютера кроме движущегося спортсмена, который в соответствии с заданными начальными условиями тормозит, разворачивается и набирает скорость в противоположном направлении, ещё и соответственно изменяется длина и направление вектора его скорости, а также в динамическом режиме строятся графики координаты, модуля перемещения и проекции скорости. А какими ещё средствами можно обеспечить указанную демонстрацию?

Конечно, такие демонстрации будут иметь успех, если преподаватель работает с небольшой группой учащихся, которых можно рассадить вблизи монитора компьютера или, если в кабинете имеется проекционная техника, позволяющая отобразить экран компьютера на стенной экран большого размера. В противном случае учитель может предложить учащимся самостоятельно поработать с моделями в компьютерном классе или в домашних условиях, что иногда бывает более реально.
Следует отметить, что при индивидуальной работе учащиеся с большим интересом повозятся с предложенными моделями, пробуют все регулировки, как правило, не особенно вникая в физическое содержание происходящего на экране. Как показывает практический опыт, обычному школьнику конкретная модель может быть интересна в течение 3 -5 минут, а затем неизбежно возникает вопрос: А что делать дальше? Опросы, которые проводил автор после такой самостоятельной работы, показали, что учебный эффект незначителен, так как дети при такой работе мало что понимают.

Что же нужно сделать, чтобы урок в компьютерном классе был не только интересен по форме, но и дал максимальный учебный эффект?

Прежде всего, преподавателю необходимо в соответствии с темой и поставленной на урок целью, а самое главное в соответствии с уровнем подготовки учащихся, выбрать способ работы с моделью на уроке:

1. Урок решения задач с последующей компьютерной проверкой.
   Учитель предлагает учащимся для самостоятельного решения в классе или в качестве домашнего задания индивидуальные задачи, правильность решения которых они могут проверить, поставив компьютерные эксперименты. Самостоятельная проверка полученных результатов, при помощи компьютерного эксперимента, усиливает познавательный интерес учащихся, а также делает их работу творческой, а зачастую приближает её по характеру к научному исследованию. В результате многие учащиеся начинают придумывать свои задачи, решать их, а затем проверять правильность своих рассуждений, используя компьютерные модели. Учитель может сознательно побуждать учащихся к подобной деятельности, не опасаясь, что ему придётся решать ворох придуманных учащимися задач, на что обычно не хватает времени. Более того, составленные школьниками задачи можно использовать в классной работе или предложить остальным учащимся для самостоятельной проработки в виде домашнего задания.
2. Урок - исследование.
   Учащимся предлагается самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель, и получить необходимые результаты. Тем более, что многие модели позволяют провести такое исследование буквально за считанные минуты. Конечно, учитель помогает учащимся на этапах планирования и проведения экспериментов.
3. Урок - компьютерная лабораторная работа.
   Для проведения такого урока необходимо разработать соответствующие раздаточные материалы. Задания в бланках лабораторных работ следует расположить по мере возрастания их сложности. Вначале имеет смысл предложить простые задания ознакомительного характера и экспериментальные задачи, затем расчетные задачи и, наконец, задания творческого и исследовательского характера. При ответе на вопрос или при решении задачи учащийся может поставить необходимый компьютерный эксперимент и проверить свои соображения. Расчётные задачи рекомендуется вначале решить традиционным способом на бумаге, а затем поставить компьютерный эксперимент для проверки правильности полученного ответа.

Задания творческого и исследовательского характера существенно повышают заинтересованность учащихся в изучении физики и являются дополнительным мотивирующим фактором. По этой причине уроки последних двух типов приближаются к идеалу, так как ученики получают знания в процессе самостоятельной творческой работы, ибо знания необходимы им для получения конкретного, видимого на экране компьютера, результата. Учитель в этих случаях является лишь помощником в творческом процессе овладевания знаниями.

Преподавателю необходимо заранее подготовить план работы с выбранной для изучения компьютерной моделью, сформулировать вопросы и задачи, согласованные с функциональными возможностями модели, также желательно предупредить учащихся, что им в конце урока будет необходимо ответить на вопросы или написать небольшой отчёт о проделанной работе. Идеальным является вариант, при котором учитель в начале урока раздаёт учащимся индивидуальные задания в распечатанном виде.

Какие же виды заданий и учебной деятельности можно предложить учащимся при работе с компьютерными моделями и как организовать эту деятельность?

Виды заданий к компьютерным моделям

В процессе преподавания с использованием мультимедийных курсов "Физикона" можно использовать следующие виды заданий для учащихся к компьютерным моделям:

1. Ознакомительное задание.
   Это задание предназначено для того, чтобы помочь учащемуся понять назначение модели и освоить её регулировки. Задание содержит инструкции по управлению моделью и контрольные вопросы.
2. Компьютерные эксперименты.
   После того как компьютерная модель освоена, имеет смысл предложить учащимся 1 - 2 эксперимента. Такие эксперименты позволяют учащимся глубже вникнуть в смысл происходящего на экране.
3. Экспериментальные задачи.
   Далее можно предложить учащимся экспериментальные задачи, то есть задачи, для решения которых необходимо продумать и поставить соответствующий компьютерный эксперимент. Как правило, учащиеся с особым энтузиазмом берутся за решение таких задач. Несмотря на кажущуюся простоту, такие задачи очень полезны, так как позволяют учащимся увидеть живую связь компьютерного эксперимента и физики изучаемых явлений.
4. Расчётные задачи с последующей компьютерной проверкой.
   На данном этапе учащимся уже можно предложить 2 - 3 задачи, которые вначале необходимо решить без использования компьютера, а затем проверить полученный ответ, поставив компьютерный эксперимент. При составлении таких задач необходимо учитывать как функциональные возможности модели, так и диапазоны изменения числовых параметров. Следует отметить, что, если эти задачи решаются в компьютерном классе, то время, отведённое на решение любой из этих задач, не должно превышать 5 -8 минут. В противном случае, использование компьютера становится мало эффективным. Задачи, требующие более длительного времени для решения, имеет смысл предложить учащимся для предварительной проработки в виде домашнего задания и/или обсудить эти задачи на обычном уроке в кабинете физики, и только после этого использовать их в компьютерном классе.
5. Неоднозначные задачи.
   В рамках этого задания учащимся предлагается решить задачи, в которых необходимо определить величины двух зависимых параметров, например, в случае бросания тела под углом к горизонту, начальную скорость и угол броска, для того чтобы тело пролетело заданное расстояние. При решении такой задачи учащийся должен вначале самостоятельно выбрать величину одного из параметров с учётом диапазона, заданного авторами модели, а затем решить задачу, чтобы найти величину второго параметра, и только после этого поставить компьютерный эксперимент для проверки полученного ответа. Понятно, что такие задачи имеют множество решений.
6. Задачи с недостающими данными
   При решении таких задач учащийся вначале должен разобраться, какого именно параметра не хватает для решения задачи, самостоятельно выбрать его величину, а далее действовать, как и в предыдущем задании.
7. Творческие задания.
   В рамках данного задания учащемуся предлагается составить одну или несколько задач, самостоятельно решить их (в классе или дома), а затем, используя компьютерную модель, проверить правильность полученных результатов. На первых порах это могут быть задачи, составленные по типу решённых на уроке, а затем и нового типа, если модель это позволяет.
8. Исследовательские задания.
   Наиболее способным учащимся можно предложить исследовательское задание, то есть задание, в ходе выполнения которого им необходимо спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов, которые бы позволили подтвердить или опровергнуть определённые закономерности. Самым сильным ученикам можно предложить самостоятельно сформулировать такие закономерности. Заметим, что в особо сложных случаях, учащимся можно помочь в составлении плана необходимых экспериментов или предложить план, заранее составленный учителем.
9. Проблемные задания.
   С помощью ряда моделей можно продемонстрировать, так называемые, проблемные ситуации, то есть ситуации, которые приводят учащихся к кажущемуся или реальному противоречию, а затем предложить им разобраться в причинах таких ситуаций с использованием компьютерной модели.
10. Качественные задачи.
    Некоторые модели вполне можно использовать и при решении качественных задач. Такие задачи или вопросы, конечно, лучше сформулировать, поработав с моделью, заранее.

При регулярной работе с компьютерным курсом из придуманных заданий имеет смысл составить компьютерные лабораторные работы, в которых вопросы и задачи расположены по мере увеличения их сложности. Это занятие достаточно трудоёмкое, но именно такие работы дают наибольший учебный эффект.

Задания к модели “Движение заряда в магнитном поле”

Задания с выбором ответа (правильные ответы подчёркнуты)

1. Как изменится радиус траектории частицы, движущейся в вертикальном магнитном поле, если ее горизонтальную скорость увеличить в 2 раза?

1) Уменьшится в 4 раза, 2) увеличится в 4 раза, 3) уменьшится в 2 раза, 4) увеличится в 2 раза, 5) не изменится.

2. Как изменится радиус траектории частицы, движущейся в вертикальном магнитном поле, если ее вертикальную скорость увеличить в 2 раза?

1) Уменьшится в 4 раза, 2) увеличится в 4 раза, 3) уменьшится в 2 раза, 4) увеличится в 2 раза, 5) не изменится.

3. Как изменится радиус спирали, по которой движется частица в магнитном поле, если увеличить в 2 раза значение индукции магнитного поля, не изменяя его направления?

1) Уменьшится в 4 раза, 2) увеличится в 4 раза, 3) уменьшится в 2 раза, 4) увеличится в 2 раза, 5) не изменится.

4. Как изменится время, за которое движущаяся в вертикальном магнитном поле частица совершает один оборот, если ее горизонтальную скорость увеличить в 2 раза?

1) Уменьшится в 2 раза, 2) увеличится в 2 раза, 3) уменьшится в 4 раза, 4) увеличится в 4 раза, 5) не изменится.

5. Как изменится время, за которое движущаяся в вертикальном магнитном поле частица совершает один оборот, если значение индукции магнитного поля увеличить в 2 раза, не изменяя его направления.

1) Уменьшится в 4 раза, 2) увеличится в 4 раза, 3) уменьшится в 2 раза, 4) увеличится в 2 раза, 5) не изменится.

6. Как изменится шаг спирали, по которой движется частица в вертикальном магнитном поле, если горизонтальную скорость частицы увеличить в 2 раза?

1) Уменьшится в 1,4 раза, 2) увеличится в 1,4 раза, 3) уменьшится в 2 раза, 4) увеличится в 2 раза, 5) не изменится.

7. Как изменится шаг спирали, по которой движется частица в вертикальном магнитном поле, если вертикальную скорость частицы увеличить в 2 раза?

1) Уменьшится в 4 раза, 2) увеличится в 4 раза, 3) уменьшится в 2 раза, 4) увеличится в 2 раза, 5) не изменится.

8. Как изменится шаг спирали, по которой движется частица в магнитном поле, если увеличить в 2 раза значение индукции магнитного поля, не изменяя его направления.

1) Уменьшится в 4 раза, 2) увеличится в 4 раза, 3) уменьшится в 2 раза, 4) увеличится в 2 раза, 5) не изменится.

9. Электрон влетает в вертикальное магнитное поле под некоторым углом и движется вверх по спирали, вращаясь при этом по часовой стрелке. Как изменится характер движения электрона при изменении направления индукции магнитного поля на противоположное?

Электрон будет двигаться:

1) по спирали вниз, вращаясь по часовой стрелке,

2) по спирали вверх, вращаясь против часовой стрелки,

3) по спирали вниз, вращаясь против часовой стрелки,

4) характер движения не изменится.

Расчетные задачи с компьютерной проверкой

Задача 1. Электрон движется в однородном магнитном поле, индукция которого составляет 0,4 мТл. За какое время электрон совершит 10 полных оборотов? Проведите компьютерный эксперимент и проверьте свой ответ. Ответ. 890 нс.

Задача 2. Электрон влетает в однородное вертикальное магнитное поле, индукция которого составляет 0,8 мТл с горизонтальной скоростью равной 30 000 км/с. Чему равен радиус его траектории? Проведите компьютерный эксперимент и проверьте свой ответ. Ответ. 21,33 см.

Задача 4. Электрон движется в магнитном поле по спирали и совершает 2 полных оборота за 240 нс. Чему равна индукция магнитного поля? Проведите компьютерный эксперимент и проверьте свой ответ. Ответ. 0,3 мТл.

Задача 5. Два электрона движутся в одном и том же магнитном поле по окружностям со скоростями 48 000 км/с и 24 000 км/с соответственно. Чему равен радиус окружности, по которой движется второй электрон, если первый движется по окружности радиуса 91,03 см? Проведите компьютерный эксперимент и проверьте свой ответ. Ответ. 45, 51 см.

Задача 6. Электрон влетает в вертикальное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции со скоростью 10 000 км/с и вращается по окружности радиусом 9,48 см по часовой стрелке. Чему равна индукция магнитного поля? Каково ее направление? Проведите компьютерный эксперимент и проверьте свой ответ. Ответ. 0,6 мТл, вектор индукции направлен вертикально вниз.

Задача 7. Исследовательская задача. Проведите компьютерный эксперимент и убедитесь в том, что радиус траектории электрона в магнитном поле не зависит от проекции его скорости на направление поля, а определяется лишь проекцией скорости на плоскость, перпендикулярную направлению индукции.

Задача 8. Исследовательская задача. В однородное магнитное поле, индукция которого направлена вертикально вверх и равна 1 мТл, влетает заряженная частица, горизонтальная скорость которой равна 10 000 км/с. Частица движется в поле по окружности радиуса 9,48 см по часовой стрелке. Что это за частица? Ответ. Электрон.

Решение задач с компьютерной проверкой по теме:

“Преломление света”

Ваши решения задач оформите на отдельном листе и сдайте его вместе с заданием

Задача 1. Угол падения светового луча на границу раздела двух сред равен 60. Преломлённый луч составляет с нормалью угол 35. Определите в градусах угол между отражённым и преломлённым лучами.

Задача 2. Световой луч падает под углом 60  на границу раздела воздух-стекло, а преломлённый луч составляет угол 31  с нормалью. Определите показатель преломления стекла.

Задача 3. Луч света переходит из воды в стекло с показателем преломления 1,7. Определите угол падения луча, если угол преломления равен 22. 

Задача 4. Луч света падает на поверхность жидкости из воздуха под углом 40 и преломляется под углом 27. При каком угле падения луча угол преломления будет равен 20? 

Задача 5. Угол падения светового луча на границу раздела воздух-стекло равен 60. При этом угол между отраженным и преломленным лучами равен 85. Определите показатель преломления стекла.

Задача 6. Луч света падает на поверхность раздела двух прозрачных сред под углом 35  и преломляется под углом 20. Чему равен угол преломления, если луч падает на эту границу под углом 80?  

Задача 7. Определите угол преломления луча при переходе из воздуха в некоторую среду, если угол между падающим и преломленным лучами равен 140.  Каков показатель преломления этой среды?

Задача 8. Предельный угол полного внутреннего отражения на границе двух сред равен 30.  Определите отношение показателя преломления первой среды к показателю преломления второй среды.  

Для проверки полученных ответов воспользуйтесь компьютерной моделью “Отражение и преломление света”.

Задания к модели “Изобарный процесс”

Задания с выбором ответа (правильные ответы подчёркнуты)

1. В ходе изобарного процесса объём идеального газа и его температура увеличились в 2 раза. Как изменилось давление газа?

1) Не изменилось. 2) Уменьшилось в 2 раза. 3) Увеличилось в 2 раза. 4) Уменьшилось в 4 раза. 5) Увеличилось в 4 раза.

2. При изобарном процессе объём идеального газа уменьшился в 3 раза. Как изменилась при этом температура газа?

1) Не изменилась. 2) Уменьшилась в 3 раза. 3) Увеличилась в 3 раза. 4) Среди ответов 1 – 3 нет правильного ответа.

3. При изобарном процессе объём идеального газа вначале увеличился в 4 раза, а затем уменьшился в 2 раза. Как изменилась температура газа по сравнению с его первоначальной температурой?

1) Не изменилась. 2) Уменьшилась в 2 раза. 3) Увеличилась в 2 раза. 4) Уменьшилась в 4 раза. 5) Увеличилась в 4 раза.

4. Зависит ли изменение температуры, необходимое для изобарного уменьшения объёма идеального газа на одну и ту же величину, от давления газа (масса газа постоянна)?

1) Не зависит. 2) Изменение температуры должно быть тем больше, чем ниже давление газа. 3) Изменение температуры должно быть тем больше, чем выше давление газа. 4) Для ответа недостаточно данных.

5. Идеальный газ при постоянном давлении нагревают от 100 С до 400  С. Как изменится объём газа?

1) Не изменится. 2) Уменьшится в 4 раза. 3) Увеличится в 4 раза. 4) Среди ответов 1 – 3 нет правильного ответа.

6. При изобарном изменении состояния идеального одноатомного газа его объём уменьшился. Как изменилась его внутренняя энергия?

1) Не изменилась. 2) Уменьшилась. 3) Увеличилась. 4) Для ответа недостаточно данных.

Расчетные задачи с компьютерной проверкой

Задача 1. В баллоне объёмом 32,2 дм3 находится один моль идеального газа при температуре 310 К. Определите давление газа в килопаскалях. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. (80   2) кПа.

Задача 2. В ходе изобарического процесса объём идеального газа увеличился в 2 раза. Найдите конечную температуру газа, если его начальная температура составляла – 73  С.  Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. 400 К.

Задача 3. В процессе изобарического нагревания газа его объём увеличился в 2 раза. На сколько градусов нагрели газ, если его начальная температура составляла 27  С? Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. 300 К.

Задача 4. На сколько градусов необходимо охладить один моль идеального газа при постоянном давлении, чтобы его объём уменьшился с 41,6 дм3 до 25,6 дм3 , если первоначальная температура газа составляла 600 К? Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. (230  5) К.

Задача 5. При изобарическом нагревании на 200 К объём газа возрос на 40%. Определите начальную температуру газа. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. (500  5) К.

Задача 6. При изобарическом процессе объём газа увеличился в 4 раза, а температура изменилась на 300 К. Определите конечную температуру газа. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. (400  5) К.

Задача 7. Один моль идеального одноатомного газа охладили на 500 К при постоянном давлении. Определите давление газа в килоПаскалях, если его объём при этом уменьшился с 41,6 дм3 до 20,8 дм3. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. (200  2) кПа.

Задания к модели “Изотермический процесс”

Задания с выбором ответа (правильные ответы подчёркнуты)

1. В ходе изотермического процесса объём газа увеличился в 3 раза. Как изменилось давление газа?

1) Не изменилось. 2) Уменьшилось в 3 раза. 3) Увеличилось в 3 раза. 4) Среди ответов 1 – 3 нет правильного ответа.

2. При изотермическом процессе давление газа уменьшилось в 2 раза. Как изменился объём газа?

1) Не изменился. 2) Уменьшился в 2 раза. 3) Увеличился в 2 раза. 4) Среди ответов 1 – 3 нет правильного ответа.

3. При изотермическом процессе объём газа уменьшился в 2 раза, а давление возросло в 2 раза. Как изменилась при этом температура газа?

1) Не изменилась. 2) Уменьшилась в 2 раза. 3) Увеличилась в 2 раза. 4) Уменьшилась в 4 раза. 5) Увеличилась в 4 раза.

4. Зависит ли изменение давления, необходимое для изотермического уменьшения объёма идеального газа на одну и ту же величину, от температуры газа?

1) Не зависит. 2) Изменение давления должно быть тем больше, чем ниже температура газа. 3) Изменение давления должно быть тем больше, чем выше температура газа. 4) Для ответа недостаточно данных.

5. При изотермическом изменении состояния идеального одноатомного газа его объём увеличился в 4 раза. Как изменилась его внутренняя энергия?

1) Не изменилась. 2) Уменьшилась в 4 раза. 3) Увеличилась в 4 раза. 4) Среди ответов 1 – 3 нет правильного ответа.

6. В ходе изотермического процесса газ отдал 50 Дж теплоты. Определите работу, совершённую газом в этом процессе.

1) 0 Дж. 2) 50 Дж. 3) – 50 Дж. 4) Среди ответов 1 – 3 нет правильного ответа.

7. При изотермическом сжатии одного моля идеального одноатомного газа внешняя сила совершила работу равную 20 Дж. Определите изменение внутренней энергии газа, если он при этом отдал внешней среде 20 Дж теплоты.

1) Не изменилась. 2) Уменьшилась на 20 Дж. 3) Увеличилась на 20 Дж. 4) Уменьшилась на 40 Дж. 5) Увеличилась на 40 Дж.

Расчетные Задачи с компьютерной проверкой

Задача 1. Один моль идеального газа при температуре 300 К занимает объём 20 дм3. Определите давление газа в килопаскалях. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. (123  3) кПа.

Задача 2. В баллоне объёмом 30 дм3 находится один моль идеального газа при давлении 100 кПа. Определите температуру газа. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. (360 5) К.

Задача 3. В ходе изотермического сжатия объём одного моля идеального газа уменьшился в 4 раза. Определите конечное давление газа, если начальный объём газа при температуре 400 К составлял 40 дм3. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. (330  10) кПа.

Задача 4. При изотермическом процессе объём одного моля газа увеличился с 10 дм3 до 40 дм3, при этом давление газа изменилось на 184 кПа. Определите в килопаскалях начальное давление газа и его абсолютную температуру. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. (245  4) кПа, (300  5) К.

Задача 5. В цилиндре под поршнем находится один моль газа при температуре 240 К. Температуру газа увеличивают в 1,5 раза, а, для того чтобы поршень остался в прежнем положении, давление увеличивают на 25 кПа. Определите в килопаскалях первоначальное давление газа и его объём. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. (50  4) кПа,(40 2) дм3.

Задача 6. При изотермическом сжатии газа в 1,25 раза, давление увеличили на 18 кПа. На сколько килопаскалей следует ещё увеличить давление, чтобы изотермически сжать газ ещё в 2,5 раза? Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. (135 5) кПа.

Задания к модели “Изохорный процесс”

Задания с выбором ответа (правильные ответы подчёркнуты)

1. В ходе изохорного процесса абсолютная температура идеального газа и его давление увеличились в 2 раза. Как изменился объём газа?

1) Не изменился. 2) Уменьшился в 2 раза. 3) Увеличился в 2 раза. 4) Уменьшился в 4 раза. 5) Увеличился в 4 раза.

2. Идеальный газ при постоянном объёме нагревают от 100С до 500 С. Как при этом изменится давление газа?

1) Не изменится. 2) Уменьшится в 5 раз. 3) Увеличится в 5 раз. 4) Среди ответов 1 – 3 нет правильного ответа.

3. При изохорном процессе давление газа увеличилось в 5 раз. Как изменилась абсолютная температура газа?

1) Не изменилась. 2) Уменьшилась в 5 раз. 3) Увеличилась в 5 раз. 4) Среди ответов 1 – 3 нет правильного ответа.

4. В ходе изохорного процесса давление газа вначале увеличилось в 2 раза, а затем уменьшилось в 4 раза. Как изменилась абсолютная температура газа по сравнению с его первоначальной температурой?

1) Не изменилась. 2) Уменьшилась в 2 раза. 3) Увеличилась в 2 раза. 4) Уменьшилась в 4 раза. 5) Увеличилась в 4 раза.

5. Идеальный газ при постоянном объёме нагревают на 200 К, а затем ещё на 200 К. В каком из этих двух случаев давление увеличилось на большую величину?

1) В первом. 2) Во втором. 3) Давление увеличилось на одну и ту же величину. 4) Для ответа недостаточно данных.

6. Зависит ли изменение температуры, необходимое для изохорного уменьшения давления идеального газа на одну и ту же величину, от объёма газа (масса газа постоянна)?

1) Не зависит. 2) Изменение температуры должно быть тем меньше, чем меньше объём газа. 3) Изменение температуры должно быть тем меньше, чем больше объём газа. 4) Для ответа недостаточно данных.

7. Какой процесс произошёл в идеальном одноатомном газе, если его изменение внутренней энергии равно полученному количеству теплоты?

1) Изобарный. 2) Изохорный. 3) Изотермический. 4) Адиабатный. 5) Для ответа недостаточно данных.

Расчетные Задачи с компьютерной проверкой

Задача 1. В баллоне находится один моль идеального газа при температуре 370 К и давлении 88 кПа. Определите объём газа в кубических дециметрах. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. (35  2) дм3.

Задача 2. В ходе изохорного процесса давление идеального газа уменьшилось в 3 раза. Найдите конечную температуру газа, если его начальная температура составляла 450 К. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. 150 К.

Задача 3. В процессе изохорного нагревания газа его давление увеличилось в 2,5 раза. На сколько градусов нагрели газ, если его начальная температура составляла – 73 С ? Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. 300 К.

Задача 4. Давление одного моля идеального газа при температуре 460 К составляет 153 кПа. На сколько градусов необходимо охладить газ, чтобы его давление составило 103 кПа? Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. (150 2) К.

Задача 5. В ходе изохорного процесса давление газа уменьшилось в 3 раза, а температура изменилась на 150 К. Определите начальную температуру газа. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. 300 К.

Задача 6. При изохорном нагревании на 50 К объём идеального газа возрос на 20%. Определите начальную температуру газа. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. 250 К.

Задача 7. Один моль идеального одноатомного газа объёмом 20 дм3 нагрели при постоянном объёме на 260 К. Определите начальное давление газа в килопаскалях, если его конечное давление составило 191 кПа. Проведите компьютерный эксперимент и проверьте Ваш ответ.

Ответ. (83  2) кПа.

Решение задач с компьютерной проверкой по теме: “Линзы” 

Ваши решения задач оформите на отдельном листе и сдайте его вместе с заданием

Задача 1. Оптическая сила линзы равна 10 дптр. Определите ее фокусное расстояние. Линза выпуклая или вогнутая?

Задача 2. Главное фокусное расстояние рассеивающей линзы равно 6,0 см. Изображение предмета находится на расстоянии 3,0 см от линзы. Чему равно в сантиметрах расстояние от предмета до линзы и линейное увеличение линзы?

Задача 3. Предмет находится на расстоянии 8,0 см от собирающей линзы, а его действительное изображение на расстоянии 4,8 см. Чему равно фокусное расстояние линзы? Ответ дать в сантиметрах.

Задача 4. На каком расстоянии от линзы с фокусным расстоянием 5 см надо поставить предмет, чтобы его мнимое изображение было в 2,5 раза больше самого предмета. Ответ дать в сантиметрах.

Задача 5. Линза даёт уменьшенное в 2 раза мнимое изображение предмета, находящегося в 7,1 см от неё. Найти в сантиметрах её фокусное расстояние.

Задача 6. С помощью тонкой линзы получается увеличенное в 2 раза действительное изображение предмета. Если предмет приблизить к линзе на 0,5 см, то изображение будет увеличенным в 3 раза. Чему равно в сантиметрах фокусное расстояние линзы?

Задача 7. Расстояние между предметом и экраном 400 мм. Собирающая линза, помещаемая между предметом и экраном, дает четкое изображение предмета на экране при двух положениях линзы, расстояние между которыми 50 мм. Какова оптическая сила линзы?

Задача 8. Исследовательская задача:

На каком расстоянии от линзы с оптической силой 10дптр. следует поместить предмет, чтобы расстояние между ним и его действительным изображением было бы минимальным? (200мм, двойное фокусное расстояние).

Для проверки полученных ответов к задачам 1 – 8 воспользуйтесь компьютерной моделью “Линза как оптический прибор” c диска “Физика в картинках” или “Тонкая линза” c диска “Открытая физика 1.0, часть 2”

Задача 9. На тонкую собирающую линзу падает пучок сходящихся лучей. Продолжения лучей пересекаются за линзой на расстоянии 4,4 см от неё, а преломлённые лучи пересекаются на расстоянии 2,2 см от линзы. Обе точки пересечения лежат на главной оптической оси. Определите оптическую силу линзы.

Задача 10. На тонкую рассеивающую линзу падает пучок сходящихся лучей. Продолжения лучей пересекаются за линзой на расстоянии 1,4 см от неё, а преломлённые лучи пересекаются на расстоянии 2,5 см от линзы. Обе точки пересечения лежат на главной оптической оси. Определите оптическую силу линзы.

Для проверки полученных ответов к задачам 9, 10 воспользуйтесь компьютерной моделью.

Когда же оправдано использование компьютерных программ на уроках физики?" Прежде всего, в тех случаях, в которых возникает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами обучения. Одним из таких случаев является использование компьютерных моделей в учебном процессе. Следует отметить, что под компьютерными моделями понимаются компьютерные программы, которые позволяют имитировать физические явления, эксперименты или идеализированные ситуации, встречающиеся в задачах.

В чем же преимущество компьютерного моделирования по сравнению с натурным экспериментом? Прежде всего, компьютерное моделирование позволяет получать наглядные динамические иллюстрации физических экспериментов и явлений, воспроизводить их тонкие детали, которые часто ускользают при наблюдении реальных явлений и экспериментов. При использовании моделей компьютер предоставляет уникальную, не достижимую в реальном физическом эксперименте, возможность визуализации не реального явления природы, а его упрощённой модели. При этом можно поэтапно включать в рассмотрение дополнительные факторы, которые постепенно усложняют модель и приближают ее к реальному физическому явлению. Кроме того, компьютерное моделирование позволяет варьировать временной масштаб событий, а также моделировать ситуации, не реализуемые в физических экспериментах.

Работа учащихся с компьютерными моделями полезна, так как компьютерные модели позволяют в широких пределах изменять начальные условия физических экспериментов, что позволяет им выполнять многочисленные виртуальные опыты. Такая интерактивность открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов. Некоторые модели позволяют одновременно с ходом экспериментов наблюдать построение соответствующих графических зависимостей, что повышает их наглядность. Подобные модели представляют особую ценность, так как учащиеся обычно испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков.

Из своего опыта работы я поняла, что для достижения глубокого и прочного усвоения учащимися материала, для эффективности использования компьютерных средств, необходимо соблюдать некоторые принципы их применения:

 1. Компьютер не может полностью заменить учителя. Только учитель имеет возможность заинтересовать учеников, пробудить в них любознательность, завоевать их доверие, он может направить их внимание на те или иные аспекты изучаемого предмета, вознаградить их усилия и заставить учиться.

2. Методика проведения урока физики с использованием компьютера зависит от подготовленности учителя и от программ, обеспечивающих компьютерную поддержку. В этом утверждении имеется ввиду профессиональное (но пользовательское!) умение работать с применяемыми преподавателем компьютерными средствами. Отсюда задача, стоящая перед учреждениями повышения квалификации учителей: они должны опережающими темпами разрабатывать соответствующие методики и проводить обучение и переподготовку работников сферы образования.

3. Реальный эксперимент необходимо проводить всегда, когда это возможно, а компьютерную модель следует использовать, если нет возможности показать данное явление или это явление протекает очень быстро и за ним невозможно проследить детально.

4. Компьютерная модель должна помогать разбираться в деталях изучаемого явления или служить иллюстрацией условия решаемой задачи.

5. В результате работы с моделью ученики должны выявить как качественные, так и количественные зависимости между величинами, характеризующими явление.

6. При работе с моделью необходимо предлагать ученикам задания разного уровня сложности, содержащие элементы самостоятельного творчества.

7.Использование компьютерных средств не должно носить преобладающий характер, а играть вспомогательную роль, составляя лишь часть урока.

8. Невозможно использовать компьютер на каждом уроке, т.к. это приведет к нарушению санитарных норм и повлечёт ухудшение здоровья школьников.

Литература: 

1 А. Ф. Кавтрев «Компьютерные модели в школьном курсе физики». Журнал «Компьютерные инструменты в образовании», Санкт-Петербург: «Информатизация образования», №2, с.41-47,1998.

2. А. Ф. Кавтрев «Методика использования компьютерных моделей на уроках физики». Пятая международная конференция «Физика в системе современного образования» (ФССО-((), тезисы докладов, том 3, Санкт-Петербург: «Издательство РГПУ им. А.И. Герцена», с.98-99,1999.

3. И.И. Белостоцкий, Г.Ю.Максимова, Н.Н.Гомулина «Компьютерные технологии: современный урок физики и астрономии».Газета «Физика»№20 с.3, 1999.

4. А. Ф. Кавтрев «Методические аспекты преподавания физики с использованием компьютерного курса «Открытая физика1.0»»

5. В.Е. Фрадкин «О некоторых условиях эффективности применения компьютерных средств обучения».

С О Д Е Р Ж А Н И Е:

1. Пояснительная записка_____________________________стр.1
2. Методика подготовки преподавателя к работе с компьютерными моделями_____________________________________________стр.3
3. Методика использования компьютерных моделей на уроках______________________________________________стр.7
4. Виды заданий к компьютерным моделям______________стр.9
5. Задания к модели «Движение заряда в магнитном поле»_стр.11
6. Решение задач с компьютерной проверкой по теме «Преломление света»______________________________________________стр.14
7. Задания к модели «Изобарный процесс»_______________стр.15
8. Задания к модели «Изотермический процесс»__________стр.17
9. Задания к модели «Изохорный процесс»_______________стр.20
10. Решение задач с компьютерной проверкой по теме «Линзы»_______________________________________________стр.23
11. Заключение _______________________________________стр.24