Д пед н., проф., зав каф фізики й методики викладання фізики зну


Аналіз останніх досліджень і публікацій



Сторінка79/120
Дата конвертації25.03.2020
Розмір2,02 Mb.
1   ...   75   76   77   78   79   80   81   82   ...   120
Аналіз останніх досліджень і публікацій. Аналіз науково-методичної літератури дозволив констатувати, що становлення і розвиток системи навчального фізичного експерименту (НФЕ) у загальноосвітній школі та вищому навчальному закладі тісно пов’язані з іменами таких вчених, як П. Атаманчук, Л. Анциферов, С. Величко, В. Вовкотруб, Л. Калапуша, А. Касперський, Є. Коршак, Д. Костюкевич, О. Ляшенко, М. Мартинюк, В. Мендерецький, Б. Миргородський, В. Савченко, О. Сергєєв, В. Сергієнко, В. Сиротюк, Н. Сосницька, В. Тищук, В. Шарко, М. Шут та iн.

Навчальний фізичний експеримент розвивається у зв’язку із загальним розвитком науки і техніки, розширенням й оновленням змісту курсу фізики, поліпшенням методики її викладання та модернізацією обладнання. Цей розвиток об’єктивно відображає зміни, яких зазнає сучасна фізика та методи її дослідження. Проте вимога часу – модернізація існуючого й створення нового навчального експериментального обладнання та методики його використання на основі діяльнісного, особистісно-орієнтованого та компетентнісного підходів до суб’єкта навчання, активізації пізнавальної діяльності, розвиток його творчих здібностей.

Організація й постановка фізичного експерименту сьогодні супроводжується певними труднощами, пов’язаними головним чином з нестачею або взагалі відсутністю належного навчального обладнання. Це ускладнює процес викладання ку рсу загальної фізики, створює певні перешкоди для глибшого розуміння студентами фізичної сутності явищ і фундаментальних понять, що розглядаються. До таких, зокрема, можна віднести тему “Основи молекулярно-кінетчиної теорії будови речовини” та пов’язане з нею питання щодо експериментального визначення фундаментальної сталої Больцмана. Тому метою статті є розгляд питань, пов’язаних з організацією та методикою проведення навчального фізичного експерименту з теми “Експериментальне визначення сталої Больцмана”, що сприятиме підвищенню пізнавального інтересу студентів, рівня та якості їх знань.

Сьогодні в системі фахової підготовки майбутнього вчителя фізики в умовах педагогічного вишу існує кілька протиріч:


  • між збільшенням об’єму інформації, ускладненням форм і засобів її передачі та скороченням кількості аудиторних годин на вивчення курсу загальної фізики, зміщенням акцентів навчального навантаження студентів у бік самостійної роботи;

  • між зростаючими вимогами до якості професійної підготовки майбутніх фахівців, формуванням у них дієвих знань, умінь і навичок, опануванням нових педагогічних технологій та реальним станом освіти з традиційними інформаційно-репродуктивними методами навчання;

  • між об’єктивною необхідністю вдосконалення системи НФЕ та достатньо низькою забезпеченістю навчального процесу сучасним демонстраційним та експериментальним обладнанням, у тому числі й на основі нових інформаційних технологій навчання.

Аналіз наукових джерел щодо мети і завдань, змісту й структури вивчення основ молекулярної фізики, варіантів використання різного навчального обладнання дозволив розробити відповідну експериментальну установку (під час виготовлення якої особлива увага приділялася забезпеченню правил техніки безпеки і санітарії) та провести дослідження з визначення фундаментальної сталої Больцмана (рис.1).

Установка складається з товстостінного балона 1 ємністю 10-20 літрів, що з’єднується через гумову трубку з рідинним манометром 2. У пробку, що закриває посудину, вставлена трубка з краном 3 для сполучення з атмосферою та голка 4 для введення в посудину рідини, яка легко випаровується (ефір). Після введення ефіру в балоні при закритому крані створиться надлишок тиску на величину парціального тиску газоподібного ефіру, який визначають манометром.

В основу дослідного визначення сталої Больцмана покладено рівняння стану ідеального газу , з якого дістанемо

,

де − число молів введеного в балон ефіру; − заданий робочий об’єм балона; − температура газової суміші в балоні; − кількість молекул ефіру в одиниці об’єму балона. Парціальний тиск парів ефіру в балоні зрівноважується різницею рівнів стовпчиків рідини в манометрі:





, де − густина манометричної рідини (задається наперед за відповідної температури досліду). З іншого боку, , де − густина ефіру; − об’єм введеного ефіру. Отже, для маємо

.

Після підстановки останніх двох виразів у перше рівняння дістанемо



,

д е − сталий в умовах досліду коефіцієнт. Повторюючи експеримент 3-5 разів за різних об’ємів ефіру, який вводиться в балон, розраховуємо середнє значення сталої Больцмана.



Експериментальне визначення сталої Больцмана можна провести й іншим шляхом (під час вивчення електродинаміки). Аналогічно до газу в балоні в попередньому досліді можна розглядати електрони в області емітера транзистора (або дірки в транзисторі). Один з потенційних бар’єрів для електронів в емітері створюється полем переходу емітер – база (рис. 2), інший бар’єр − зовнішнім джерелом живлення у ланцюзі емітера.

На рис. 2 пунктиром показана потенціальна енергія електронів у різних областях транзистора за відсутності зовнішнього зміщення . Увімкнення зовнішнього джерела в ланцюг емітер − база зменшує висоту потенціального бар’єра для електронів на величину , що сприятиме переходу останніх в область бази. Більшість електронів у цій області не потрапляють на базовий електрод через особливості геометрії транзисторної структури: область бази дуже тонка й плоска, тому електрони проходять її за інерцією, опиняючись у полі колекторного переходу, а потім і в самому колекторі. Тому виходить, що .

Струм колектора в цій роботі був визначений не прямо, вимірюючи падіння напруги на резисторі , через який протікає струм колектора (рис. 3). Падіння напруги на цьому резисторі: . Використовуючи вираз для колекторного струму, для отримаємо: . Прологарифмувавши цей вираз отримаємо залежність: .

Як бачимо, за сталої температури залежність від лінійна, а її кутовий коефіцієнт дорівнює . Таким чином, побудова функціональної залежності та визначення за нею кутового коефіцієнта за відомої температури дозволяє знайти сталу Больцмана:

.

У роботі використовується транзистор типу, ввімкнений за схемою із загальною базою. На рис. 3: БЖ − блок живлення; − обмежувальний резистор; − потенціометр; − резистор с малим опором; − вольтметр, що вимірює напругу ; − вольтметр для вимірювання падіння напруги .

Результати проведених експериментів з визначення сталої Больцмана [дослід № 1: ; дослід № 2: ] мало різняться з теоретичним значенням , що свідчить про достатню точність роботи експериментальних установок та справедливість отриманих даних. При цьому відносна похибка вимірювань загалом не перевищує .




Поділіться з Вашими друзьями:
1   ...   75   76   77   78   79   80   81   82   ...   120


База даних захищена авторським правом ©pedagogi.org 2019
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка