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



Сторінка83/120
Дата конвертації25.03.2020
Розмір4,24 Mb.
1   ...   79   80   81   82   83   84   85   86   ...   120
Аналіз досліджень і публікацій. Проблема організації різних видів НФЕ у вищій педагогічній школі не є новою і розв’язувалась у дослідженнях Л. Анциферова, П. Атаманчука, С. Величка, В. Вовкотруба, Т. Гордієнка, Л. Калапуші, А. Касперського, Є. Коршака, Д. Костюкевича, О. Ляшенка, В. Мендерецького, В. Нижника, В. Савченка, В. Сергієнка, В. Сиротюка, Н. Сосницької, В. Тищука, М. Шута та iн. У навчальному процесі педагогічного вишу фізичний експеримент є основою вивчення предмета, забезпечуючи високий рівень наочності та виконує такі основні функції: джерела нових знань, матеріалізації тих фізичних явищ і процесів, які вивчаються, завдяки чому вони стають доступними для чуттєвого сприйняття студентами; фундаментальної основи фізичних теорій, базису для теоретичних висновків і узагальнень; засобу інтеграції розумової і практичної діяльності студентів; засобу формування фізичного та науково-технічного мислення студентів, пов’язаного з уміннями спостерігати фізичні явища, аналізувати, порівнювати та встановлювати зв’язки між їх характеристиками, втілювати наукові ідеї в технічні схеми, моделі, конструкції; провідного засобу розвитку в студентів навичок фізичного експериментування, ознайомлення їх з технічними засобами й методами точних вимірювань; засобу підвищення самостійної пізнавальної активності та творчих здібностей студентів; критерію істинності отриманих знань, засобом розкриття їх практичної цінності.

Отже, сучасний фізичний експеримент є невід’ємною складовою навчально-виховного процесу з курсу загальної фізики педагогічного вишу та виконує ряд відповідальних функцій і завдань в системі професійної підготовки майбутнього вчителя фізики. Проте 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 курсу загальної фізики, створює певні перешкоди для глибшого розуміння студентами фізичної сутності явищ і процесів, що розглядаються. Особливого значення це набуває під час вивчення тем курсу, що відрізняються високим рівнем абстракції та математичного апарату. До таких, зокрема, можна віднести “Механічні коливання і хвилі. Звук” та пов’язані з нею питання щодо експериментального визначення швидкості поширення звуку в різних середовищах. Саме з цієї причини фізичний експеримент із зазначеної теми має особливе значення ву навчально-виховному процесі вищого педагогічного навчального закладу, йому необхідно приділити особливу увагу. Відсутність відповідного НФЕ й обумовила актуальність нашого дослідження. Тому метою статті є розгляд питань, пов’язаних з постановкою, організацією та методикою проведення НФЕ з теми “Визначення швидкості поширення звуку в повітрі фазовим методом”, що сприятиме підвищенню пізнавального інтересу студентів, рівня та якості їх знань.

“Механічні коливання і хвилі. Звук” – один з важливих розділів курсу загальної фізики, оскільки під час його вивчення студенти знайомляться з основними явищами, поняттями і законами, що сприяють формуванню діалектико-матеріалістичного світогляду та їхніх уявлень про сучасну фізичну картину світу. Засвоєння студентами теми дозволяє узагальнювати та систематизувати знання про механічні коливання і хвилі, їхні фізичні характеристики, властивості, закономірності; ознайомитися з хвильовим рівнянням, а також рівняннями плоскої, сферичної, стоячої хвиль та хвилі, що біжить; сформувати поняття про звукову хвилю та її основні характеристики (швидкість, гучність, тон), найважливіші звукові явища – резонанс і луну; показувати їх широке використання у музичних інструментах та різноманітних технічних пристроях (ехолоти, музичні резонатори тощо). Студенти знайомляться з фізичною сутністю ефекту Доплера в акустиці, ультразвуком та його застосуванням. Цей розділ курсу загальної фізики є таким, що важко засвоюється, оскільки він вирізняється достатньою глибиною абстракції, складністю введення основних фізичних понять, високим рівнем математичного апарату. Саме з цієї причини фізичний експеримент із зазначеної теми має особливе значення в навчально-виховному процесі вищого педагогічного навчального закладу.

Аналіз науково-методичної літератури щодо цілей і завдань, змісту і структури зазначеної теми курсу загальної фізики, варіантів використання різного навчального обладнання дозволив розробити відповідну експериментальну установку та провести дослідження з визначення швидкості поширення звуку в повітрі фазовим методом.

Як відомо, звук поширюється у вигляді змінних збуджень пружного середовища, тобто у вигляді звукових хвиль. Звуковими коливаннями називають коливальний рух частинок середовища під дією цих збуджень. Простір, у якому відбувається поширення цих хвиль, називають звуковим полем. Звукові коливання є окремим випадком механічних коливань. Звукові коливання в рідких та газоподібних середовищах є поздовжніми коливаннями, тобто частинки середовища коливаються вздовж лінії поширення хвилі. Звукові хвилі поширюються з певною швидкістю, яка може бути різною залежно від середовища її поширення. Швидкість звукової хвилі пов'язана з довжиною хвилі та частотою відомим співвідношенням: . Саме це співвідношення й використовується в навчальному фізичному експерименті з визначення швидкості звуку фазовим методом за відомих частот. Довжина хвилі визначається експериментально за допомогою лабораторної установки (рис.1).


Звукова хвиля в повітрі створюється за допомогою динаміка (телефону), що підключений до звукового генератора та сприймається мікрофоном. Зв'язок останнього з електронним осцилографом дозволяє спостерігати звукову хвилю на екрані. Фаза звукових хвиль залежить від відстані між телефоном і мікрофоном, яка може змінюватись за бажанням експериментатора. Вимірюючи відстань між точками, в яких сигнал має однакову фазу, можна визначити довжину звукової хвилі. Частоту хвилі можна змінювати звуковим генератором, що визначається за його лімбом. Спостереження фази звукових коливань здійснюється за допомогою фігур Ліссажу (рис. 2). Останні розуміють як замкнуті траєкторії, що описує на екрані електронний промінь, який одночасно бере участь у двох взаємно перпендикулярних коливальних рухах. Загальний вигляд фігур залежить від співвідношення між періодами (частотами), фазами й амплітудами обох коливань. У найпростішому випадку рівності обох періодів фігури Ліссажу являють собою еліпси, які за різниці фаз або вироджуються у відрізки прямих, а за і рівності амплітуд перетворюються в коло.





Динамік Т, випромінюючий звукові хвилі, живиться синусоїдальним струмом від звукового генератора (див. рис. 1). Ці хвилі досягають мікрофона М і перетворюються ним в електричні коливання тієї самої частоти, які надходять на вертикально відхиляючі пластини електронного осцилографа (“Вхід Y”). Напруга на горизонтально відхиляючі пластини подається безпосередньо з вихідних клем звукового генератора (“Вхід Х”). Мікрофон і динамік вільно пересуваються. Фазовий зсув сигналу, що надходить на пластини осцилографа YY, по відношенню до сигналу, підведеного до пластин ХХ, залежить від часу, який витрачає звук на проходження відстані між мікрофоном і динаміком та від фазових зрушень в останніх. Отже, промінь електронно-променевої трубки осцилографа бере участь у двох взаємно перпендикулярних коливаннях однакової частоти. Завдяки цьому він описує на екрані осцилографа в загальному випадку еліпс. Змінюючи відстань між динаміком і мікрофоном, можна домогтися перетворення еліпса в пряму лінію. Якщо після цього змістити мікрофон на відстань, що дорівнює , то на екрані знову виникне пряма лінія, яка проходитиме на цей раз через інший квадрант. Таким чином, за допомогою фігур Ліссажу можна безпосередньо виміряти довжину звукової хвилі в повітрі за відомою формулою.

Детальний аналіз теоретичних питань, навчально-методичних матеріалів дозволили підготувати відповідну експериментальну установку, під час якої особлива увага приділялася забезпеченню пожежної та електричної безпеки установки. За результатами проведеного навчального експерименту швидкість поширення звуку в повітрі дорівнювала: ; . Результати експерименту мало різняться з теоретичним значенням, що свідчить про достатню точність роботи всіх вузлів експериментальної установки та справедливість отриманих даних. При цьому відносна похибка вимірювань швидкості поширення звуку в повітрі не перевищує .






Поділіться з Вашими друзьями:
1   ...   79   80   81   82   83   84   85   86   ...   120


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

    Головна сторінка