Методика преподавания темы “Электромагнитные колебания” в средней школе с использованием компьютерных технологий (стр. 5 из 5)

где q_m – амплитуда колебаний заряда (модуль наибольшего значения колеблющейся величины),

ω_o =

- циклическая или круговая частота. Ее физический смысл –

число колебаний за один период, т. е. за 2π с.

Период электромагнитныхколебаний – промежуток времени, в течение которого ток в колебательном контуре и напряжение на пластинах конденсатора совершает одно полное колебание. Для гармонических колебаний Т=2π с (наименьший период косинуса).

Частота колебаний – число колебаний в единицу времени – определяется так: ν =

.

Частоту свободных колебаний называют собственной частотой колебательной системы.

(Посмотрите на экран, перед вами графики зависимости заряда от времени и смещения от времени, представляющие собой косинусоиды).

Так как ω_o=2π ν=2π/Т, то Т=

.

Циклическую частоту мы определили как ω_o =

, значит для периода можно записать

Т=

=

- формула Томсона для периода электромагнитных колебаний.

Тогда выражение для собственной частоты колебаний примет вид

.

Нам осталось получить уравнения колебаний силы тока в цепи и напряжения на конденсаторе.

Так как

, то при q = q_mcos ω_ot получим U=U_mcosω_ot. Значит, напряжение тоже меняется по гармоническому закону. Найдем теперь закон, по которому меняется сила тока в цепи.

По определению

,

но q=q_mcosωt, поэтому

,

где π/2 – сдвиг фаз между силой тока и зарядом (напряжением). Итак, мы выяснили, что сила тока при электромагнитных колебаниях тоже меняется по гармоническому закону.

(Посмотрим на экраны, там вы видите графики зависимости заряда и напряжения на конденсаторе и силы тока в цепи от времени. На графиках хорошо видно, что сила тока сдвинута относительно заряда на π/2).

Мы рассматривали идеальный колебательный контур, в котором нет потерь энергии и свободные колебания могут продолжаться бесконечно долго за счет энергии, однажды полученной от внешнего источника. В реальном контуре часть энергии идет на нагревание соединительных проводов и нагревание катушки. Поэтому свободные колебания в колебательном контуре являются затухающими.

Глава 3

Психолого – педагогический эксперимент

Специфической особенностью данного педагогического эксперимента является отсутствие случайности отбора, поскольку очень сложно отобрать учеников из разных классов и разных школ, чтобы сформировать из них потом экспериментальную и контрольную группы.

В соответствие с основными идеями исследования перед проведением педагогического эксперимента нами поставлена цель: проверить эффективность использования разработанной с помощью компьютерных технологий методики для более глубокого понимания учащимися данной темы и повышения эффективности учебного процесса повышения эффективности учебного процесса вообще.

Задачи педагогического эксперимента:

1. Провести в двух одиннадцатых классах уроки по теме “Электромагнитные колебания” с использованием разработанной методики и используя традиционный метод.

2. Провести в обеих группах контрольные работы по данной теме.

3. Провести анализ полученных результатов с последующими выводами.

Проведение педагогического эксперимента по проверке эффективности данной методики включает в себя следующие моменты:

· Определение критериев эффективности данной методики.

· Формирование двух относительно равных по имеющимся знаниям групп с помощью тестирования.

· Непосредственное проведение уроков по данной методике.

Уроки проводились согласно следующему поурочному планированию:

1-й урок. Повторение материала об электромагнитной индукции.

2-й урок. Колебательный контур. Превращение энергии при ЭМК.

3-й урок. Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями.

4‑й урок. Уравнение свободных гармонических колебаний в контуре.

5‑й урок. Повторение и решение задач.

Обработка полученных результатов

Результаты эксперимента определялись по анализу контрольной работы (см. приложение №1) и наблюдений за учащимися экспериментальной и контрольной групп, в качестве которых были взяты два одиннадцатых класса школы № 64 г.Екатеринбурга. При проверке результатов опирались на (12).

Расчет среднего арифметического балла сделан по формуле:

,

где Х_i – результат в баллах, i – номер тестируемого учащегося, N‑ количество тестируемых.

Результаты тестирования показали достаточно высокий средний балл (10 из 12 возможных).

Ниже приведена таблица результатов проведения контрольной работы.

Фамилия	Балл (Х)	Х2
1. Иванов2. Петров3. Сидоров	11108	12110064

Общие выводы.

На основании результатов исследования можно сделать следующие выводы:

1. Доказана актуальность использования компьютерных моделей при изучении электромагнетизма.

2. Предложенная методика обеспечивает ученику активную роль в исследовании физического явления или процесса.

3. В ходе исследования доказана педагогическая целесообразность предложенной методики, основные рекомендации которой следующие:

- компьютерные модели необходимо применять не только при изучении нового материала, но и при решении задач, формировании понятий, демонстрационном эксперименте;

- компьютерные модели позволяют учащимся влиять на ход эксперимента;

- компьютерные модели должны применяться для демонстрации учащимся явлений, изучение которых в лабораторных условиях недоступно или ненаглядно;

- Компьютерные технологии должны сочетаться с традиционными технологиями;

Экспериментальное обучение доказало, что предлагаемая методика использования компьютерных моделей при изучении электромагнитных колебаний приемлема и эффективна. Она приводит к повышению качества знаний и умений учащихся по этой теме, способствует развитию познавательного интереса, привлекает большее число учащихся к изучению физики, делает обучение более эффективным, а изучение – более доступным.

Библиографический список

1. Мамедов Т.М.О. Использование современных достижений научнотехнического прогресса, как фактор повышения качества преподавания школьного курса физики (Автореферат)

2. Кулакова М.Я. Создание компьютерной обучающей среды для учебной исследовательской работы на занятиях по физике

3. Вопросы компьютеризации учебного процесса

4. Гончарова С.В. Повышение эффективности наглядности обучения при использовании динамических компьютерных моделей на уроках физики.

5. Кудрявцев А.В. Методика использования ЭВМ для индивидуализации обучения физике.

6. Стариченко Б.Е. Компьютерные технологии в образовании. Инструментальные системы педагогического назначения.

7. Костко О.К. Электромагнитные колебания и волны. Теория относительности.

8. Использование компьютерных моделей для развития творчества учащихся // Развитие творческой активности учащихся в процессе обучения и профессиональной подготовки студентов. – Екатеринбург. : УрГПУ, 1995. –78 с.

9. Повышение эффективности наглядности при использовании динамических компьютерных моделей // Теоретические проблемы физического образования. – С.-Петербург. : Образование, 1996. – 87с.

10.Степанова Г.Н. Сборник вопросов и задач по физике для 10‑11 классов общеобразовательной школы. – СПб.:”Специальная литература”, 1997. – 384с.

Приложение №1

Контрольная работа по теме “Электромагнитные колебания”.

1. Какую роль играют индуктивность и емкость в колебательном контуре? (1 балл).

2. Почему в колебательном контуре колебания не прекращаются в тот момент, когда конденсатор полностью разрядится? (1 балл).

3. В каких случаях в колебательном контуре будут получаться незатухающие колебания? (1 балл).

4.

Где будет сосредоточена энергия колебательного контура в момент времени t=T/4, t=T/2, t=5T/4 ? (1 балла).

5. Найти отношение энергии магнитного поля к энергии электрического поля для момента времени t=T/8, считая, что процессы происходят в идеальном колебательном контуре. (1 балла).

6. Дан идеальный колебательный контур. Что в нем определяет частоту и амплитуду колебаний. (1 балл).

7. Пластины плоского конденсатора, включенного в колебательный контур, сближают. Как будет меняться при этом частота колебаний контура? (1 балла).

8. Как изменится период и частота колебаний в контуре, если индуктивность увеличить в 2 раза, а емкость – в 4 раза? (1 балл).

9. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=888 пФ и катушка индуктивностью L=2мГн. На какую частоту настроен контур? (1 б).

10. Вычислить частоту собственных колебаний в контуре, если его индуктивность равна 12мГн, емкость – 0,88мкФ, а сопротивление контура равно нулю. (1 балл).

11. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С=25нФ и катушки индуктивностью L=1,014Гн. Обкладки конденсатора имеют заряд q=2,5мкКл. Написать уравнение изменения разности потенциалов на обкладках конденсатора и тока в цепи с числовыми коэффициентами. Найти разность потенциалов на обкладках конденсатора и ток в цепи в моменты времени Т/8, Т/4, Т/2. Построить графики найденных зависимостей в пределах одного периода. (2 балла).

Компьютерные (информационные) технологии обучения – совокупность средств, приемов и методов применения компьютерной техники при обучении.

[2] Данное поурочное планирование предложено Н.В. Усовой в ее пособии «Методика изучения физики в 9-10 классах».