ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО РЫБОЛОВСТВУ

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра физики

ИЗУЧЕНИЕ СВОБОДНЫХ НЕЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ РАЗЛИЧНЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Руководство к лабораторным работам

Астрахань 2005

Учебно-методические указания для лабораторных работ, предназначены для студентов всех специальностей инженерно-технического профиля высшего учебного заведения; содержит введение с предложенной авторами методикой проведения лабораторных работ, теоретический материал общего и частного характера, системы действий по выполнению каждой лабораторной работы. – Астрахань, 2005. – с.

Составители:

Ассистент кафедры физики АГТУ Агафонова И.А.

Ассистент кафедры физики АГТУ Головчун С.Н.

Старший преподаватель кафедры физики АГТУ, кандидат педагогических наук Мирзабекова О.В.

Рецензенты:

Кандидат педагогических наук, доцент кафедры теоретической физики и методике преподавания физики Крутова И.А.

Кандидат физ.-мат. наук,

доцент кафедры физики АГТУ Карибьянц В.Р.

Утверждено на заседании кафедры физики АГТУ:

Протокол № от 2005

Астраханский Государственный Технический Университет

Введение

(методические рекомендации для преподавателей по организации лабораторного практикума с помощью данного руководства)

Известно, что лабораторный практикум является обязательным видом учебной деятельности определяемой Государственным стандартом высшего профессионального образования по курсу общей физики для инженерных специальностей. Задача преподавателя состоит в организации такого учебного процесса, при котором у студента существует возможность изучить физику таким образом, чтобы увидеть согласованность теории и практики. Поэтому данное руководство содержит общие теоретические вопросы и частные примеры изучения механических незатухающих колебаний различных колебательных систем (физический, математический, пружинный, крутильный мятники и колебания металлического стержня, жестко закрепленного с одного конца). Такое построение теоретического материала позволит обучающимся отследить общие закономерности построения дифференциальных уравнений, описывающих незатухающие гармонические колебания, а так же их использование для нахождения параметров колебательных систем (приведенной длины, ускорения свободного падения, коэффициента жесткости пружины или системы пружин, модуля кручения, модуля сдвига и модуля Юнга).

Существует множество методик организации лабораторного практикума. Каждый преподаватель выбирает для себя оптимальную на свой взгляд. Авторы данного методического пособия предлагают отличную от всех предложенных ранее методику проведения лабораторных работ с помощью данного руководства. Данная методика основывается на положениях теории деятельностного подхода в обучении, согласно которой, во-первых, для усвоения методов составления дифференциальных уравнений, описывающих гармонические незатухающие колебания любой колебательной системы и определения физических величин, характеризующих их, необходимо, чтобы студент (обучающийся) выполнил данный вид деятельности неоднократно с малым промежутком между двумя последующими выполнениями. Во-вторых, обучаемый должен выделить обобщенную схему действий, входящих в данную деятельность, самостоятельно. И, в-третьих, применить эту обобщенную схему в других подобных ситуациях.

Таким образом, авторы данного руководства предлагают следующую методику организации лабораторного практикума по изучению незатухающих гармонических колебаний, в которой можно выделить, основываясь на теорию деятельностного подхода в обучении, следующие ключевые моменты:

1. На первом занятии по изучению незатухающих колебаний лабораторного практикума рекомендуем преподавателю совместно со студентами разобрать вводный теоретический материал, в котором показаны основные этапы составления дифференциальных уравнений, описывающих механические колебания любой колебательной системы и определения физических величин, характеризующих их.

2. Рекомендуем при выполнении следующих лабораторных работ «Определение ускорения свободного падения для Астраханской области с помощью математического маятника», «Определение ускорения свободного падения для Астраханской области с помощью физического маятника», «Определение коэффициента жесткости пружины статическим и динамическим методом» акцентировать внимание студентов на метод составления дифференциальных уравнений для каждой колебательной системы. С этой целью в контрольные вопросы после каждой из данных лабораторных работ включено одно из первых задание, направленное на составление дифференциального уравнения конкретной колебательной системы. Первые три лабораторные работы позволяют студенту накопить знания о методах составления дифференциальных уравнений.

3. Второй этап предлагаемой методики состоит в том, чтобы студенты самостоятельно выделили обобщенную систему действий по составлению дифференциальных уравнений, описывающих незатухающие гармонические колебания колебательных систем, и определения физических величин, характеризующих их. А так же зафиксировали их в тетрадь. Для этого рекомендуется преподавателю, использующему данные методические рекомендации, выделить 15 – 20 минут на лабораторных занятиях и, акцентируя внимание на общность в описании механических колебаний математического, физического, пружинного маятников, помочь выделить эти систему действий.

4. Лабораторные работы «Определение модуля кручения и модуля сдвига при помощи крутильного маятника», «Определение модуля Юнга и коэффициента жесткости металлического стержня с помощью механических колебаний» позволит студенту самостоятельно применить выделенную систему действий для составлений дифференциальных уравнений крутильного маятника и колебаний металлического стержня, жестко закрепленного с одного конца. Кроме того, после данных лабораторных работ в контрольные вопросы включены и задачи по общему курсу физики по теме «Механические колебания» на составление дифференциальных уравнений, описывающих механические колебания любой колебательной системы и определения физических величин, характеризующих их. Эти задачи могут быть решены с помощью обобщенной системы деятельности, записанной в тетради у каждого студента.

Кроме того, хотелось бы обратить внимание преподавателей, использующих данное руководство, что в него включена и лабораторная работа № 0 «Определение плотности твердых тел», которая позволит сформировать у студента понятия о погрешности измерений и о методах ее учета при выполнении лабораторного эксперимента.