Физика. Использование интернет технологий в курсе общей физики. Ч.2. Учебное пособие

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА (МИИТ)»

_________________________________________________________________________

Кафедра «Физика»

Ю.Н.Харитонов

ФИЗИКА

Использование Интернет технологий в курсе общей физики Часть 2

Учебное пособие

Для студентов специальностей и направлений ИПСС, ИТТСУ, ИУИТ, ИЭФ, вечернего факультета

Под ред. В.С. Антипенко

Москва 2017

- 1 -

УДК 53.

Х-20

Харитонов Ю.Н. Физика. Использование Интернет технологий в курсе общей физики. Часть 2: Учебное пособие/ под ред. В.С. Антипенко. – М.: РУТ (МИИТ), 2017.

– 78 с.

Учебное пособие посвящено описанию видеоматериалов по молекулярной физике,

электростатике и электродинамике, магнитным свойствам вещества и электромагнетизму.

При описании содержания видеоматериалов рассмотрены основные законы молекулярной физики, электродинамики и электромагнетизма. В видеоматериалах по молекулярной физике рассматриваются: вопросы молекулярно-кинетической теории на примере идеального газа. Опыты: изопроцессы, явления переноса, распределение Максвелла,

распределение Больцмана, первое и второе начало термодинамики .Представляется фильм «Энтропия». По магнитным свойствам вещества и электромагнетизму рассмотрены видеоматериалы посвященные вопросам: пара и диа магнетики, ферромагнетики,

ферримагнетики и антиферромагнетики Законы электромагнетизма рассмотрены в видео опытах: закон Био Савара Лапласа, закон Ампера, движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях.

Учебное пособие предназначено для студентов первого и второго курсов институтов ИПСС, ИТТСУ, ИУИТ, ИЭФ, вечернего факультета.

Рецензенты:

доктор технических наук,

профессор кафедры «Технология машиностроения» ФГБОУ ВО «МГТУ Станкин» Вороненко В.П.,

доцент кафедры «Машиноведение, проектирование,

стандартизация и сертификация» РУТ (МИИТ) Филимонов В.М.

© РУТ (МИИТ), 2017

- 2 -

- 3 -

Введение

В современном обществе использование информационных технологий становится необходимым практически в любой сфере деятельности человека. Овладение навыками этих технологий за во многом определяет будущее обучающихся в профессиональной подготовке. Преподавание физики представляет собой наиболее благоприятную сферу для применения современных информационных технологий.

Использование информационных технологий – это обновление роли преподавателя, его готовность передавать свои знания и опыт новыми средствами. Овладение преподавателем возможностями сети Интернет позволяет привлекать к лекциям дополнительный иллюстративный материал. Использование Интернет-ресурсов требует от лектора изменения его профессиональной деятельности. Использование ресурсов Интернета вызывает и сложности. Не всегда информация, полученная с различных сайтов достоверна, приходится проверять ее несколько раз. Сайты научных организаций и центров, ВУЗов и других учебных заведений вызывают больше доверия. Чисто информационные сайты зачастую содержат материал, скопированный из печатных источников. Сайты, содержащие достоверную информацию, указывают источник получения того или иного материала. Все эти моменты необходимо объяснять и студентам, если они готовят какое-либо задание с поиском информации в сети Интернет.

В сети Интернет содержится большое количество информации и, чтобы найти что-то нужное, необходимо порой потратить много времени и сил.

Приведенный ниже краткий каталог сайтов, который включает их перечень и адреса,

значительно облегчает поиск нужной информации. Множество материалов на данных сайтах можно использовать как на разных этапах изучения физики, так и для самостоятельной работы студентов во внеурочное время .

Периодическая печать

Некоторые газеты и журналы выкладывают в сети полные публикации вместе с иллюстрациями.

Журнал «Квант» – http://www.kvant.info./ Журнал «Знание – сила» – http://www.znaniesila.ru/.Журнал «Наука и жизнь» – http://nauka.relis.ru/ ,Газета «Физика» – http://fiz.1september.ru/

предназначении: формирование основных понятий, умений и навыков решения задач по

- 4 -

физике и активного использования их в различных ситуациях. Представлено более 6000

вариантов заданий-ситуаций, которые можно использовать на занятиях в виде небольших компьютерных фрагментов.

“Физика для всех” – http://physica-vsem.narod.ru/. Для учащихся: описания самодельных приборов, интересные рассказы о физиках и физике, а также юмор. Для преподавателей:

концепция преподавания физики на специальностях гуманитарной ориентации, описания простых и наглядных экспериментов, идеи для проведения занятий и проектов.

«Физика: электронная коллекция опытов» – http://www.school.edu.ru/ projects/physicexp.

Коллекция опытов по курсу физики: видеоматериал, описание, комментарии, статьи. "Классная физика" – http://class-fizika.narod.ru/ . Астрономия и космонавтика. Физика погодных явлений. Камера Обскура – знакомая и незнакомая. Достижения науки и

техники.

"Открытая Физика" – http://college.ru/physics/. Сайт является частью проекта

"Открытый Колледж" и интегрирует содержание известных учебных компьютерных курсов по физике, выпускаемых компанией ФИЗИКОН на компакт-дисках, и

индивидуальное обучение через Интернет.

«Виртуальное методическое объединение учителей физики, астрономии и естествознания» – http://schools.techno.ru/sch1567/metodob/ index. htm. Методический справочник учителя физики. Большая подборка методических разработок учителей, тесты к урокам. Материалы по особенности преподавания физики в классах различного профиля и использованию компьютеров на уроках физики, демонстрационный и лабораторный эксперимент и др.

«Кирилл и Мефодий» – http://vip.km.ru/vschool/. Виртуальная школа Кирилла и Мефодия. Конференции, чат, методические материалы. Интерактивные курсы по физике,

включают аудио лекции, анимированные иллюстрации, интерактивные упражнения и схемы. Мегаэнциклопедия.

Интернет играет значимую роль в самообразовании преподавателя. Применение информационных технологий позволяет более качественно подойти к вопросу обучения физике.

В результате использования информационных технологий повышается интерес к физике, растет качество образования, активизируется познавательная деятельность,

формируется научное мышление, осуществляется индивидуальный дифференцированный подход, творческое развитие личности, учащиеся глубже овладевают информационными технологиями.

- 5 -

Для визуализации более сложных разделов физики используются Интернет технологии.

Компьютерное моделирование создает наглядную, легко запоминающуюся динамическую картинку изучаемых явлений и описывающих их законов, а графический способ отображения результатов моделирования облегчает усвоение больших объемов получаемой информации.

На кафедре «Физика» в Московском государственном университете путей сообщения создан в Доме физики современный аудио-видео комплекс. Аудио-видео комплекс позволяет использовать Интернет ресурс на лекционных занятиях, в лабораторном практикуме, при решении задач. Комплекс дополняет традиционные формы преподавания

(лекции, семинары, физическую лабораторию) и используется в компьютерных классах университета как современное дополнение к курсам физики

Информационные технологии на кафедре «Физика» используются как на занятиях лабораторного практикума, так и при проведении лекционных занятий.

На рис.1 представлены организационные составляющие, касающиеся использования информационных технологий в курсе физики на кафедре «Физика».

Рис.1

Лабораторные занятия В папках «Виртуальная физика 1» и «Виртуальная физика 2» представлен целый ряд

лабораторных работ по различным разделам физики.

Первая часть виртуального практикума по физике для вузов включает 25 виртуальных лабораторных работ по следующим темам курса общей физики:

- 6 -

Механика (7)

Электродинамика (13)

Оптика (5)

Работа № 1. Движение с постоянным ускорением

Работа № 2. Движение под действием постоянной силы

Работа № 3. Закон сохранения механической энергии

Работа № 4. Соударения упругих шаров

Работа № 5. Упругие и неупругие удары

Работа № 6. Законы течения идеальной жидкости

Работа № 7. Свободные механические колебания

Работа № 8. Электрическое поле точечных зарядов

Работа № 9. Теорема Остроградского–Гаусса для электростатического поля в вакууме

Работа № 10. Закон Ома для неоднородного участка цепи

Работа № 11. Цепи постоянного тока

Работа № 12. Зависимость мощности и КПД источника постоянного тока от внешней нагрузки

Работа № 13. Переходные процессы в цепях постоянного тока с конденсатором

Работа № 14. Движение заряженной частицы в электрическом поле

Работа № 15. Определение удельного заряда частицы методом отклонения в магнитном поле

Работа № 16. Магнитное поле

Работа № 17. Электромагнитная индукция

Работа № 18. Свободные колебания в RLC-контуре

Работа № 19. Вынужденные колебания в RLC-контуре

Работа № 20. Вынужденные колебания в RLC-контуре (с упрощенной теорией)

Работа № 21. Изучение микроскопа

Работа № 22. Опыт Юнга

Работа № 23. Опыт Ньютона

Работа № 24. Дифракция Фраунгофера на одной щели

Работа № 25. Дифракционная решетка

-7 -

Вторая часть виртуального практикума по физике для вузов

включает 15 виртуальных лабораторных работ по следующим темам

курса общей физики:

Термодинамика (8)

Строение вещества (7)

Работа № 1. Теплоемкость идеального газа

Работа № 2. Адиабатический процесс

Работа № 3. Политропический процесс

Работа № 4. Уравнение состояния Ван-дер-Ваальса

Работа № 5. Цикл Карно

Работа № 6. Диффузия в газах

Работа № 7. Статистические закономерности в идеальном газе

Работа № 8. Распределение Максвелла

Работа № 9. Дифракция электронов на кристаллической решетке

Работа № 10. Внешний фотоэффект

Работа № 11. Эффект Комптона

Работа № 12. Прохождение электромагнитного излучения через вещество

Работа № 13. Дифракция электронов

Работа № 14. Спектр излучения атомарного водорода

Работа № 15. Ядра атомов

Каждая лабораторная работа содержит цели работы, теоретический минимум, описание виртуальной лабораторной установки, интерактивную модель, на основе которой создана работа, пошаговую методику выполнения работы, таблицы для заполнения результатов, вопросы для самопроверки. Комплект работы содержит дополнительные пояснения для преподавателя.

Компьютерные модели являются наглядным представлением численных экспериментов, хорошо дополняют реальные эксперименты и помогают более глубоко усвоить суть физических процессов.

Виртуальные практикумы являются незаменимым инструментом для моделирования ситуаций в отсутствии возможности их реального воссоздания. Использование виртуальных практикумов в образовательном процессе развивает творческое мышление, повышает мотивацию к изучению предмета, формирует исследовательскую культуру учащихся. Они идеально подходят для обеспечения лабораторных практикумов и обеспечивает безопасность экспериментов с потенциально опасными объектами.

- 8 -

В папке «Виртуальная физика» - 2 по молекулярной физике представлен целый ряд лабораторных работ. Из этого раздела можно использовать следующие виртуальные лабораторные работы:

Работа № 1. Теплоемкость идеального газа Работа № 2. Адиабатический процесс Работа № 3. Политропический процесс

Работа № 4. Уравнение состояния Ван-дер-Ваальса Работа № 5. Цикл Карно Работа № 6. Диффузия в газах

Работа № 7. Статистические закономерности в идеальном газе Работа № 8. Распределение Максвелла

Впапке «Виртуальная физика» - 1 по электричеству представлен целый ряд лабораторных работ. Из этого раздела можно использовать следующие виртуальные лабораторные работы:

Работа № 8. Электрическое поле точечных зарядов Работа № 9. Теорема Остроградского–Гаусса для электростатического поля в вакууме Работа № 10. Закон Ома для неоднородного участка цепи Работа № 11. Цепи постоянного тока

Работа № 12. Зависимость мощности и КПД источника постоянного тока от внешней нагрузки Работа № 13. Переходные процессы в цепях постоянного тока с конденсатором

Работа № 14. Движение заряженной частицы в электрическом поле

Впапке «Виртуальная физика» - 1 по магнетизму представлен целый ряд лабораторных работ. Из этого раздела можно использовать следующие виртуальные лабораторные работы:

Работа № 14. Движение заряженной частицы в электрическом поле Работа № 15. Определение удельного заряда частицы методом отклонения в магнитном поле Работа № 16. Магнитное поле

Работа № 17. Электромагнитная индукция

Впапке «Виртуальная физика» - 1 по колебаниям представлен целый ряд лабораторных работ. Из этого раздела можно использовать следующие виртуальные лабораторные работы:

Работа № 7. Свободные механические колебания

Работа № 18. Свободные колебания в RLC-контуре

- 9 -

Работа № 19. Вынужденные колебания в RLC-контуре

Работа № 20. Вынужденные колебания в RLC-контуре (с упрощенной теорией) Лекционные занятия

Использование видеоматериалов позволяет вносить инновации в методику проведения лекционных занятий. На кафедре «Физика» МГУ ПС оборудованы 3 лекционные аудитории, рассчитанные на 250 студентов, в которых установлено мультимедиа оборудование, позволяющее демонстрировать изучаемый материал как на большом экране, так и на нескольких мониторах и на интерактивных досках.

В курс лекций по физике «Механика и молекулярная физика», «Электричество и магнетизм», «Оптика и строение атома», «Ядерная физика», «Элементарные частицы» могут быть включены видеозаписи реальных физических экспериментов, фрагменты учебных и научно-популярных фильмов, виртуальные физические опыты, заимствованные из Internet . Включение видеоматериалов в курс лекций по физике позволяет наполнить его необходимыми и полезными материалами.

Целый ряд достаточно важных вопросов требует дополнительного рассмотрения и из-

за недостаточности часов, отведенных программой, может быть рассмотрен с помощью видеозаписи реальных физических экспериментов, фрагментов учебных и научно-

популярных фильмов, виртуальных физические опытов .

На кафедре «Физика» создан банк видеоматериалов по различным разделам физики и концепции современного естествознания. На рисунке 2 показана иерархия видеобанка кафедры «Физика».

- 10 -