№21 ЕН. Ф.3 Физика (1). Положение об учебнометодических комплексах дисциплин Физика
 Скачать 1.37 Mb.
|
|
2.1. Лекции. Основная задача при слушании лекции – учиться мыслить, понимать идеи, излагаемые лектором. В настоящее время лекции являются одним из основных видов занятий в вузе. На лекциях изучается в основном теоретический материал. Внедрение в учебный процесс новых технических средств и программированного обучения должно повышать качество, эффективность лекций. Тем не менее известный специалист в области механики профессор В.Л. Кирпичев утверждал, что «пока живет человечество, не умолкнет живая речь и передача этой речью положений науки». Возможны, по-видимому, две формы лекционных занятий: первая – студент заранее знакомится с содержанием лекции по литературе, которая рекомендована лектором; вторая – студент приходит на лекцию, не зная о чем будет идти речь. Первая форма является идеальной для усвоения теоретического материала, но на практике она встречается редко из-за разнообразных причин. Чаще имеет место вторая форма. Некоторые аспекты второй формы лекций по физике и будут рассмотрены в этом параграфе. 2.1.1. Запись лекций. Принято считать, что необходимо записывать главное, основное в лекции. Это верно. Но что же является главным? Если студент не готовился к лекции, он не знает ее содержания и выделить главное в ходе самой лекции бывает нелегко. На помощь приходит знание тех общеметодологических и обобщенных структурных физических понятий, которые были рассмотрены в первой главе, центральным из них является понятие физического явления. За одну лекцию обычно рассматривается два-три физических явления. Поэтому важно отметить момент, когда лектор начинает говорить о том или ином физическом явлении. Изложение сути физического явления лектор начинает с характеристики его качества. Лектор формулирует обычно сущность явления после демонстрации опыта, рисунка на доске (рисунок позволяет наглядно представить сущность явления), или после словесной формулировки явления. Мы знаем, что качество явления структурно определяется тремя важнейшими элементами физической системой, характеристикой объектов системы и физическими процессами, которые происходят в системе. Эти элементы качества явления необходимо зафиксировать в своем конспекте. Если изучается, например, явление электромагнитной индукции, то качество явления можно записать кратко так: ФЯ электромагнитная индукция ФС проводящий контур, магнитное поле КЯ ОС ФП если магнитный поток через контур изменяется, то в контуре возникает электрический ток. Это показывает большое количество опытов.     Далее можно нарисовать схему одного из опытов. Использованы сокращенные обозначения: ФЯ физическое явление, КЯ качество явления, ФС физическая система, ОС объект системы, ФП физический процесс. Качество явления зафиксировано. Далее необходимо отметить момент перехода к изложению количественной стороны явления, когда лектор начнет выводить основной физический закон. Обычно сначала формулируются основные положения физической модели явления, делаются дополнительные предположения или формулируется условия. Очень часто, к сожалению, студенты эту "беллетристику", по их мнению, не фиксирует в конспектах. Далее все идет по обычной схеме: применяются соответствующие физические законы, и составляется замкнутая система уравнений; затем идет этап математических преобразований, в результате которых получается аналитическое выражение искомого физического закона. Что главное в количественной стороне явлений? Во-первых, это основные элементы физической модели, дополнительные предположения и условия. Во-вторых, это запись основных физических законов. Этап математических преобразований, математических выкладок можно фиксировать частично. В-третьих, это окончательное аналитическое выражение закона. Количественную сторону физического явления можно сокращенно записать в таком примерно виде:  Сокращенные обозначения: КСЯ количественная сторона явления, ФМ физическая модель, СФЗ соответствующие физические законы, МП математические преобразования, 3 искомый закон. Далее можно говорить о следствиях из закона, о практическом применении данного явления. 2.1.2. Внеаудиторная работа над конспектом. Хорошо бы в этот же день или на следующий день обработать конспект. Восстановить все промежуточные выкладки, пропущенные на лекции при выводах законов. Следует проанализировать закон (определения физических величин, физический смысл, условия применимости, практическое применение законов), а также количественную сторону и возможности практического применения всех физических явлений, которые были рассмотрены на лекции. 2.1.3. Демонстрация опытов и кинофильмов позволяет наглядно представить то или иное физическое явление. В основном, демонстрация опытов и кинофильмов иллюстрирует лишь качественную сторону физического явления и его практическое применение. Демонстрация опытов не развлекательный элемент лекции. После просмотра необходимо зафиксировать в конспекте качественную сторону явления и возможности его применения. 2.1.4. Вопросы к лектору. На лекции можно задавать вопросы в письменной и устной формах, в конце лекции и по ходу изложения материала. Вопросыважный элемент лекции. Они помогают установлению более тесного контакта между лектором и аудиторией. По содержанию вопросы должны отражать материал данной лекции или предыдущей. Формулировка вопросов должна быть четкой и краткой. Вопрос должен быть конкретным. Бесполезны общие вопросы. Например, лектор, долго, скажем в течение сорока минут, выводил сложный физический закон. Поступил вопрос: "Мне не понятен вывод закона. Нельзя ли повторить?" Вопрос общий и неконкретный. Не может быть, чтобы студенту было непонятно все, все выкладки и этапы. Неясен, как правило, какой-то один элемент, этап. Вот на этот элемент и необходимо обратить внимание лектора. Не рекомендуется задавать лектору посторонние вопросы, не относящиеся к материалу лекции, их можно задавать устно после лекции. 2.1.5. Работа с учебной литературой. Студент в течение семестра обязан работать с литературой, рекомендованной лектором, при подготовке к семинарским и лабораторным занятиям, к контрольным работам, при обработке конспектов лекций, при написании реферата, подготовке к зачетам, экзаменам. Возможны два случая: I) студент обращается к литературе, когда материал, подлежащий изучению, прочитан на лекциях; 2) студент вынужден обратиться к учебнику для изучения материала, еще не прочитанного на лекциях. В первом случае необходимо предварительно изучить материал по конспекту лекций, отмечая главные "ориентиры'' физического явления. Далее приступать к чтению учебника, Ознакомление с материалом учебника должно происходить под тем же общеметодологическим углом зрения, что и чтение конспекта лекций. В учебнике можно прочитать что-то новое об изучаемом явлении, может открыться новая сторона, деталь, не отмеченная в лекции. Все это надо зафиксировать на полях конспекта лекций Во втором случае полезно изучаемый материал прочитать два раза. При первом чтении записи не делаются, происходит знакомство с общей структурой физического явления, с практическим использованием явления. При втором чтении составляется краткий конспект, в котором отмечаются главные структурные элементы физического явления. "Надо перечитывать пройденный материал, непременно перечитывать то, что сделано в предыдущей лекции" (Крупская Н.К.). Следует помнить, что ни одна дисциплина не может быть изучена в необходимом объеме только по конспекту лекций. Хорошее усвоение курса может быть достигнуто только на основе систематической работы с книгой, с учебником. Конспект лекций лишь облегчает понимание и усвоение материала учебника. Конспект указывает, что именно в учебнике особенно важно, и часто дает дополнительные, новые сведения по этим важным вопросам. 2.2. Семинарские занятия. Назначение семинарских занятий последовательно учить студентов лучшим методам решения практических задач, создать у них первые навыки самостоятельного применения теории. Это достигается, в частности, при решении задач по физике. Чтобы успешно решать задачи, необходимо знать теоретический материал данной темы. Преподаватель ежегодно составляет перечень тем семинарских занятий, который заранее сообщается студентам. К каждому семинарскому занятию надо готовиться. Но одних теоретических знаний для успешного решения задач по физике недостаточно. Можно хорошо знать теорию, но не уметь решать физические задачи. Дело в том, что решение задач особая деятельность. Она имеет свою специфику. 2.2.1. Решение задач. Что значит решить физическую задачу? Прежде чем ответить на этот вопрос, поставим другой, а что такое физическая задача? Вопрос не так прост и далеко не так маловажен, как может показаться на первые взгляд. Природа не ставит и не решает физических задач. Это делает человек при изучении какого-либо физического явления, если в процессе этого исследования некоторые физические величины, характеризующие данное явление по каким-то причинам ему неизвестны. Следовательно, задача формулируется человеком и возникает внутри самого физического явления, когда в нем неизвестны какие-либо связи, взаимодействия, физические величины и т.д. Теперь можно ответить на оба вопроса, поставленные выше. Физическая задача это словесная модель физического явления с некоторыми известными и неизвестными физическими величинами, характеризующими это явление. Решить физическую задачу это значит найти неизвестные связи, физические величины и т.д. Есть два способа нахождения неизвестных величин какого-либо физического явления: экспериментальный и теоретический. В первом из опыта, путем измерения, определяют неизвестные величины. Во втором эти неизвестные величины определяет путем анализа данного явления с помощью известных физических законов, описывающих явление. Физические законы связывают между собой различные физические величины, среди которых могут оказаться и известные и неизвестные На основании соответствующих физических законов составляется замкнутая система уравнений, в которую в качестве неизвестных входят те физические величины, которые необходимо определить, и после решения этой системы уравнений данная задача будет решена теоретически. Физические задачи могут быть экспериментальными и теоретическими. Если для решения необходимо проводить измерения, то такие задачи рассматриваются в лабораторном практикуме. Задача называется теоретической, если для ее решения не привлекаются измерения. На семинарских занятиях рассматривают только теоретические физические задачи. Среди огромного количества физических задач имеются основные. С каждой основной задачей связано множество мелких, второстепенных задач. Если решена основная задача, решение второстепенных задач обычно не вызывает затруднений. Нахождение физических величин, входящих в фундаментальные законы, составляет содержание основной задачи. Используя второстепенные законы, определяют всю совокупность физических величин, характеризующих данное явление. В процессе решения поставленной задачи полезно различать три этапа: физический, математический и анализ решения. Физический этап начинается с ознакомления с условиями задачи и заканчивается составлением замкнутой системы уравнений: в число неизвестных входят и искомые величины. Математический этап начинается решением замкнутой системы уравнений и заканчивается получением численного ответа. Этот этап можно разделить на два: а) получение решения задачи в общем виде, б) нахождение численного ответа. На математическом этапе почти отсутствует физический элемент (за исключением выбора системы единиц и перевода единиц). Необходимо подчеркнуть, что данный этап не является второстепенным. Задача только тогда решена правильно, когда получены верные общий и численный ответы; математический этап не может считаться второстепенным еще и потому, что без него невозможно провести анализ решения. Для окончательного решения задачи по физике физический и математический этапы ее решения являются в равной степени необходимыми. После получения решения в общем виде и численного ответа следует этап анализа решения. Здесь выясняют, как и от каких физических величин зависит найденная величина, при каких условиях эта зависимость осуществляется. В заключение анализа общего решения рассматривается возможность постановки и решения других задач при изменении начальных условий. Весьма полезно устанавливать правильность полученного общего решения методом теории размерностей. При анализе численного ответа часто исследуют: а) размерность полученной величины; б) соответствие полученного численного ответа физически возможным значениям искомой величины, например, если для скорости какого-либо тела получено значение большее, чем скорость свете в вакууме (С=3·108 м/с), то ответ явно ошибочен; в) соответствие полученных ответов условию задачи, в случае многозначных ответов. Анализ решения задачи является творческим процессом и поэтому его метод не должен быть очень жестким и может включать в себя ряд других элементов. На каждом этапе студент, решающий задачу, должен осуществлять соответствующую этапу самостоятельную деятельность. Обычно считают, что для того чтобы научиться решать задачи по физике, необходимо их решать самостоятельно. Это, конечно, верно. Но если не указать решающему задачу общих методов его деятельности, то он будет действовать на основе мучительного метода проб и ошибок (этот процесс может быть достаточно долгим, т.е. не оптимальным). Необходимо отметить, что никакой метод, взятый отдельно, не является универсальным. Каждый метод имеет значение только в системе. Для проведения каждого этапа при решении задачи могут быть использованы соответствующие методы. Приведем три наиболее важных метода. Метод анализа физической ситуации. Решение любой физической задачи это прежде всего мыслительный процесс. Не будем исследовать тонкости психологического рассмотрения этого процесса, а сразу перейдем к результатам. Любая физическая задача словесная модель какого-то физического явления или группы явлений. Это явление характеризуется определенными соотношениями между искомыми и известными физическими величинами. Чтобы найти эти соотношения, необходимо знать сущность данного явления, систему его физических параметров, законов и границы их применимости, и уметь вычленить все эти элементы в данной задаче. На практике физический анализ сводится, в основном, к выделению и анализу физического явления. С чего начинается анализ-синтез физической ситуации задачи? Вводный этап носит вспомогательный характер, это как бы вхождение в мир физических явлений задачи. После прочтения задачи; полезно записать ее условие, осмыслить данные и искомые величины, а также связи между ними. Далее сделать чертеж (рисунок, схему), обозначив на нем все данные и искомые величины. Рисунок позволяет наглядно представить физическое явление задачи. На основном этапе надо конкретно провести анализ физического явления. Физическое явление имеет качественную и количественную стороны. Сначала определяют качественную характеристику явления (какова его сущность, как оно происходит, отличие от других и т.д.). Здесь, во-первых, выбирают физическую систему, т.е. систему объектов. Во-вторых, определяют качественные характеристики этих объектов (такими идеальными объектами являются: материальная точка, абсолютно твердое тело и т.д.). В-третьих, рассматривают, в каких физических процессах участвуют объекты, входящие в систему. Далее устанавливают количественные связи и соотношения между физическими величинами, характеризующими данное явление. Применяя соответствующие физические законы, получают замкнутую систему уравнений. После составления замкнутой системы уравнений задача считается физически решенной. Таким образом, анализ физической ситуации задачи дает ответ на следующие вопросы: с чего начинать, что и как надо делать при решении любой поставленной физической задачи. Можно показать, что этот метод применяется лишь на физическом этапе решения задачи. Пример 1. Деревянный стержень массы М и длины l может вращаться в вертикальной плоскости относительно горизонтальной оси, проходящей через точку 0 (Рис. 2.2.1). В конец стержня попадает пуля массы m0<  Проведем анализ физической ситуации задачи. Записав условие задачи и сделав чертеж, приступим к выяснению качественной картины явления» В физическую систему включаем два тела: стержень и пулю. Пуляматериальная точка, стержень твердое тело. Физическое явление заключается в механическом движении при взаимодействии этих тел. Пуля до удара двигалась прямолинейно. Стержень вместе с пулей участвовал во вращательном движении. В процессе взаимодействия тел возникают неконсервативные силы, поэтому закон сохранения механической энергии применять нельзя. Для выделенной системы можно применить закон сохранения момента импульса. Далее переходим к количественной оценке явления, т.е. к применению соответствующих физических законов. И (2.2.1.) з закона сохранения момента импульса имеем:   (так как  ) момент инерции системы, угловая скорость вращения стержня после удара.Записав выражение для кинетической энергии стержня:  (2.2.2.) п  олучаем замкнутую систему из двух уравнений (2.2.1.) и (2.2.2.) с двумя неизвестными ( и Ек). Задача физически решена. Решая полученную систему уравнений, находим ответ в общем виде. (2.2.3.) Н  еправильно было бы в этой задаче применять закон сохранения импульса. По этому закону получим: где U – скорость стержня и пули после удара. Так как  ,то: П  ренебрегая массой пули по сравнению с массой стержня, найдем, что кинетическая энергия стержня: Э  тот результат значительно отличается от правильного решения (2.2.3). Метод дифференцирования и интегрирования. В этом методе большое значение имеет положение о границах применимости физических законов. Содержание любого физического закона не является абсолютным его использование ограничено рамками условий применимости. Часто физический закон можно использовать и за границей его применимости с помощью метода дифференцирования и интегрирования. В основе данного метода лежат два принципа; принцип возможности представления закона в дифференциальной форме и принцип суперпозиции, если величины, входящие в закон, аддитивны. С (2.2.4) ущность данного метода заключается в следующем. Предположим, что физический закон имеет вид:   Рис. 2.2.2 где К, L, M некоторые физические величины, причем, условием его применимости является L=const. Как распространить данный закон на случай, когда L≠constи L является функцией от М, т.е. L=L(M) ? Выделим столь малый промежуток dM изменения величины М, чтобы изменением величины L на данном промежутке можно было бы пренебречь (Рис. 2.2.2). Тогда приближенно на участке dMможно L считать постоянной L≈constи условия применимости закона (2.2.4) на этом участке приближенно выполнены. Отсюда dK=L(M)dM (2.2.5) где dK изменение величины К на участке dM. Используя принцип суперпозиции, получаем значение величины К в виде:  , (2.2.6)где М1, и М2 начальное и конечное значения величины М. Используем метод дифференцирования и интегрирования. Вначале находим дифференциал (2.2.5) искомой величины. Здесь, как правило, производят или деление тел на столь малые части, чтобы последние можно было принять за материальные точки, или деление большого промежутка времени на малые промежутки времени dt , чтобы в течение этих малых промежутков процесс можно было считать приближенно равномерным (стационарным ). Во второй части метода производится интегрирование (суммирование). Трудным здесь является выбор переменной интегрирования и определение пределов интегрирования. Для определения переменной интегрирования необходимо детально проанализировать, от каких переменных зависит дифференциал искомой величины, и какая переменная является главной, наиболее существенной. Эту переменную чаще всего и выбирают в качестве переменной при интегрировании. Потом необходимо все остальные переменные выразить как функции от этой переменной. В результате дифференциал искомой величины будет выражен в виде функции от переменной интегрирования. После вычисления определенного интеграла получают численное значение искомой величины. Метод дифференцирования и интегрирования является универсальным и необходимым как при изучении теории, так и при решении задач по физике. Он пронизывает весь курс общей физики. В механике с помощью этого метода вычисляют работу переменной силы, моменты инерции, в учении о физических полях он используется для расчета напряженностей и потенциалов полей, которые созданы неточечными зарядами, неточечными массами и т.д. Метод оценки. Данный метод и принцип часто используются при анализе физической ситуации. Производится или оценка физической величины, или оценка физических явлений. Оценка физической величины заключается, во-первых, в численном расчете порядка самой величины (оценка порядка) и, во-вторых, в сравнении однородных величин по их порядкам. При численном (арифметическом) расчете порядка величин, зависящих от других, численное значение каждой из них представляется в стандартном виде (произведение первой значащей цифры на десять в соответствующей степени). Затем оценивается порядок каждого слагаемого. Выделяются члены с наивысшим порядком. Члены, которые по крайней мере на два порядка ниже наивысшего, отбрасываются. Точная значащая цифра оставшихся членов определяется с помощью микрокалькулятора. П  ример 2. В результате общего решения задачи получена следующая расчетная формула: где V– 9л объем газа, М=2·10-3 кг/моль его молярная масса, Р1=52105 Па первоначальное давление газа, Т1=292 К его начальная температура, Р2 =5104 Па - конечное давление газа, Т2 =283 К его конечная температура, R= 8,31 Дж/(моль ° К) универсальная газовая постоянная, m - изменение массы газа. Оценим порядок величины m. Сделаем перевод единиц данных в задаче величин, в единицы СИ, одновременно округлим их значения и представим в стандартном виде. Получим: V10-2 м3, М=210-3 кг/моль, Р15106 Па, Т13104 Па, T2=3102 К, R=8,3 Дж/(мольК) Из этих данных, во-первых, видно, что приближенные значения начальной и конечной температуры одинаковы и, следовательно, вместо первоначальной формулы получается более простое выражение:  Во-вторых, конечное давление Р2=5·104 Па по порядку величины значительно меньше начального давления Р1= 5·106 Па (на два порядка) и его значением можно пренебречь. В конечном итоге для оценки порядке величины Δm получаем: Г  рубая, но быстрая оценка порядка искомой величины важна для последующего этапа анализа решения. При сравнении физических величин сначала находят их отношение в общем виде, а затем производят арифметический расчет порядка этого отношения. Пример 3. Сравнить силу тяготения двух протонов и силу их электрического отталкивания. Найдем отношение этих сил:  где G=6,7·1011 Нм2/кг2 гравитационная постоянная, m= 1,67·10-31 кг - масса протона,Q = 1,6·1019 Кл заряд протона, 0 = 8,8·1012 ф/м. Таким образом, сила тяготения двух протонов на 46 порядков меньше, чем силы их электрического отталкивания (гравитационное взаимодействие пренебрежимо мало по сравнению с электромагнитным). Пример 4. Какое тело притягивает Луну сильнее Земля или Солнце? Н  айдем соотношение этих сил: где М3≈ 6·I024 кг масса Земли, МС≈ 2 I030 кг масса Солнца, rc ≈ 1,5 ∙ 1011 м - среднее расстояние Луны (Земли) от Солнца, rз ≈ 4·108 м среднее расстояние от Луны до Земли. П  осле расчета имеем: Следовательно, силы притяжения Луны к Земле и Солнцу по порядку одинаковы, но все-таки Солнце притягивает Луну примерно в два с половиной раза сильнее, чем Земля. В этом ничего парадоксального нет, если учесть, что под действием силы притяжения к Солнцу Луна движется вокруг Солнца, а под действием силы притяжения к Земле Луна движется вокруг Земли. 2.3.Лабораторные занятия. Теоретический материал, сообщаемый на лекциях, закрепляется в памяти и связывается с практикой двумя путями: через семинарские занятия, о которых мы уже говорили, и при работе в лаборатории. Семинарские занятия имеют несколько отвлеченный характер в том смысле, что орудиями является книга, бумага, счетная линейка, вычислительная машина. Лабораторные занятия дают более наглядное представление о протекании явлений и процессов Великий русский ученый М. В. Ломоносов говорил: "Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением". Лабораторные занятия в наибольшей степени способствуют углубленному изучению теории и практическому ее осмысливанию. Само слово "лаборатория" происходит от латинскогоℓαβοr труд, что указывает на практическую отработку и освоение теоретического материала. Многие понятия теории, взаимосвязи понятий и выражающие их формулы благодаря лабораторным занятиям наполняются для студентов реальным смыслом. На кафедре физики академии экономики и управления имеется пять лабораторий: механики и молекулярной физики, электромагнетизма, оптики, электротехники и основ электроники. Во всех лабораториях существуют особые правила поведения студентов, которые необходимо неукоснительно соблюдать. Эти правила называются правилами техники безопасности. За знание правил техники безопасности и обязательство их выполнять каждый студент должен расписаться в соответствующем журнале. Подготовка к выполнению лабораторной работы. Задание (тему работы) студент получает на предыдущем занятии. Домашнюю подготовку к работе рекомендуется вести следующим образом. Прочитать имеющееся в читальном зале описание работы и отметить возникшие вопросы и неясности. Затем прочитать соответствующие разделы по учебникам или конспектам лекций. После этого снова вернуться и к описанию, подробно проработать его и особенно часть, посвященную практике, сделать записи в рабочей тетради, составить и записать примерный план проведения эксперимента. Придя на занятие, студент предъявляет преподавателю свою рабочую тетрадь с записями, проделанными во время подготовки к работе, и сдает отчет по предыдущей. После этого можно, с разрешения преподавателя, подойти к своему рабочему месту и ознакомиться с установкой, записать в рабочую тетрадь данные о приборах. Перед выполнением работы студент беседует с преподавателем (проводится коллоквиум), при этом выясняется, насколько студент подготовлен к работе. Неподготовленный студент к работе не допускается. Если результаты опроса удовлетворительны, студент может выполнять работу. Используйте коллоквиум для того, чтобы выяснить вместе с преподавателем все вопросы, возникшие при подготовке к работе, и обсудить Ваши предложения. По окончании измерений студент показывает полученные результаты преподавателю, который проверяет и подписывает их (без подписи преподавателя работа не считается выполненной). После этого можно разобрать установку и привести в порядок рабочее место. Обработка результатов и оформление отчета проводится в течение недели после выполнения работы. Студент, не сдавший отчета в срок, к следующей работе не допускается. Требования, предъявляемые к отчету. Отчет (лабораторная карточка) должен полностью отражать все проведенные измерения, вычисления и их результаты. При оценке работы студента преподаватель учитывает все этапы работы студента над отчетом. Поэтому заменять отчет другим, "более чисто написанным", не разрешается. Если отчет не был принят преподавателем и возвращен для доработки, то все исправления вносятся в тот же экземпляр отчета; при необходимости можно добавлять к нему чистые листы, но первоначальный вариант с пометками преподавателя должен быть сохранен. Помните: ошибки необходимо исправлять, но не прятать! Форма отчета приведена на стенде в лаборатории, где работа выполняется. Отчет по лабораторной работе должен содержать: 1. Краткую формулировку задачи. 2. Схематический чертеж, поясняющий устройство прибора или установки и принцип его действия. 3. Рабочую формулу или последовательность формул. 4. Результаты измерений (по возможности в форме таблиц). В отчете следует приводить результаты всех измерений, в том числе и оказавшихся ошибочными. Указывается и причина, по которой они исключены из дальнейших вычислений. 5. Вычисление результатов. Вычисления приводятся в следующем виде: выписывается сначала формула в общем виде, затем та же формула с подстановкой численных значений величины. Если одна и та же величина вычисляется несколько раз, то формулу повторять не следует. 6. Вычисление погрешностей. Приводятся формулы вычисления погрешностей и расчеты по этим формулам. 7. Окончательный результат или таблица результатов. 8. Выводы. К ним относятся: заключение о соответствии экспериментальных результатов теоретическим, о возможных причинах отклонений, о сравнительной роли отдельных источников погрешностей, о недостатках применяемого метода, приборов и т.д. Зачетные требования. Студент получает зачет по изучаемому разделу курса физики после выполнения и сдачи отчетов по всем лабораторным работам цикла. При теоретическом опросе студент должен показать: 1. Ясное понимание поставленной перед ним задачи. Знание физической сущности явлений, которые будут изучаться, умение дать четкое определение всех измеряемых величин. 2. Ясное понимание применяемого метода измерений, знание принципа действия и, по крайней мере, в основных чертах, устройства используемых в работе приборов. Ответ на вопрос: "Как Вы будете измерять такую-то величину?"должен иметь такую форму: "Я делаю то-то, в схеме (приборе) происходит то-то, отсчеты по приборам так-то связаны с измеряемой величиной (приводится формула)". 3. Умение вывести формулы, описывающие изучаемые явления. При выводе формулы следует исходить из основных законов (законы Ньютона, законы сохранения, закон Ома и т.д.). Если в руководстве по выполнению работы вывод не приведен, то это означает, что он должен быть известен студенту. (Если студент забыл соответствующий раздел, то он должен повторить его). Запоминать следует только основные формулы, математическую формулировку основных законов и наиболее часто применяемые формулы. При подготовке к работе студент должен очень внимательно читать руководство, просмотреть и изучить соответствующие разделы учебника. Необходимо быть готовым к тому, что любое утверждение студента может быть встречено вопросом: "Почему?", отвечая на который студент должен показать, что оно (утверждение) является следствием основных законов физики. Это не будет неожиданностью для студента только в том случае, если при подготовке к работе он сам будет подходить с таким же вопросом к любому утверждению руководства и находить ответы в рекомендованной учебной литературе или в результате размышлений. 2.4. Контрольные работы. При подготовке к контрольной работе необходимо, четко представлять себе тему работы, составить перечень основных физических явлений, рассматриваемых при изучении данной темы. В каждом явлении необходимо выяснить его качественную и количественную сторону, обращая особое внимание на физические законы. Надо постараться выучить эти законы. Ведь в большинстве контрольных работ весьма часто встречаются "элементарные задачи", для решения которых необходимо просто воспроизвести соответствующий физический закон. Не зная (или не вспомнив) этого закона решить такую задачу невозможно. Рассмотрим пример элементарной задачи, встречающийся в курсе физики. Пример. Внутренняя поверхность бетонной стенки имеет температуру t1=20°С, а наружная t2= - 10°С. Толщина стенки Х=25cм. Сколько теплоты проходят через 1м2 поверхности стены за I минуту? Для решения этой задачи используем формулу закона Фурье:  где коэффициент теплопроводности; t время прохождения теплоты через стену;  градиент температуры; S площадь поверхности стены.Все физические величины, входящие в формулу известны из условия задачи, коэффициент теплопроводности бетона имеется в таблицах физических величин (обычно эти таблицы помещаются в задачниках). После проверки единиц измерения и подстановки числовые значений величин имеем:  Дж = 588 Дж.В контрольной работе могут встречаться более сложные, так называемые алгоритмические задачи, для решения которых необходимо знать не только соответствующий физический закон, но и алгоритм (метод) его применения. При решении таких задач, как правило, составляют замкнутую систему уравнений, применяя один или несколько физических законов. В задачах необходимо проводить проверку единиц измерения. Обязательно численный ответ выражать в единицах СИ. 2.5. Рефераты. Весьма интересной формой самостоятельной работы студентов являются рефераты. Реферат является своего рода сочинением по физике, письменный доклад на определенную тему, освещающий ее вопросы на основе обзора литературных и других источников. Перечень тем рефератов ежегодно обновляется и находится на кафедре физики. Приведем некоторые из них: Некоторые вопросы фотоэргономики. Эффект Мессбауэра и его применение. Капиллярные явления и их влияние на свойства различных сортов бумаги. Современные спектроскопические исследования структуры поверхностных слоев твердого тела. Голография и перспективы ее применения в торговле. Океан, перспективы использования энергетических ресурсов Тихого океана. Тепловые действия тока, электроконтактные методы нагрева мясных и рыбных продуктов. Электролюминесценция и ее применение в народном хозяйстве. Некоторые вопросы использования энергии атома в мирных целях. Из перечня видно, что в основе любой темы реферата находится какое-то конкретное физическое явление. Следовательно, и изучение литературы, и написание реферата, и его оформление, должно проводятся на основе анализа обобщенной структуры физического явления. В реферате нельзя ограничиться только изложением количественной или качественной стороны явления, вывода и анализа физических законов. Здесь полезно дать исторический обзор и показать, как данное физическое явление применяется в различных областях техники. Требования, предъявляемые к реферату: 1. Реферативный доклад должен быть написан на листах машинописного формата с оставленными на них полями и пронумерованными страницами. 2. Объем реферативного доклада должен составлять примерно 20-25 страниц рукописного текста. 3. Вначале помещается титульный лист, далее план. Изложение рассматриваемых вопросов следует сопровождать выводом формул, необходимыми рисунками, чертежами и схемами. В конце работы помещается список используемой литературы, ставится подпись студента, дата. 4. При подготовке реферата следует использовать брошюры, учебники, статьи в научных и научно-популярных журналах. 5. Реферат представляется в сроки, предусмотренные учебным графиком, и защищается. 2.6. Экзамены. Подготовка к экзамену. Экзамен по физике итог работы студента в течение семестра. Готовиться к экзамену следует уже с первых недель семестра, не откладывая эту работу на экзаменационную сессию. Необходимо в календарные сроки выполнить и сдать все лабораторные работы, на положительную оценку выполнить контрольные работы, сдать практическую часть семинарских занятий, т.е. к зачетной неделе (это последняя неделя перед экзаменационной сессией) должны быть выполнены все межсессионные контрольные и проверочные задания. В течение семестра необходимо работать с конспектом, т.е. систематизировать материал лекций. Работу необходимо вести по двум направлениям. Во-первых, это изучение конкретных физических явлений на основе общего понятия физического явления, его структуры, метода анализа и т.д. Во-вторых, по мере накопления учебного материала, систематизация физических явлений на основе общего понятия физической теории. В курсе физики Вы встретитесь со следующими физическими теориями; механическая теория (классическая механика), специальная теория относительности (СТО), молекулярно-кинетическая теория, электронная теория, квантовая теория, электромагнитная теория и другими. За семестр изучаются, как правило, две-три физические теории. Учебный материал, относящийся к одной физической теории, очень велик. Пытаться же усвоить несколько физических теории за три-четыре дня экзаменационной сессии трудное и безнадежное дело. Ценность таким образом усвоенных знаний невелика, они быстро улетучиваются. Часто студенты идут на экзамен с ощущением того, что у них "все перепуталось, перемешалось". Это происходит потому, что учебный материал в памяти таких студентов располагается хаотично, бессистемно; они не видят, что в материале главное, важное, а, что второстепенное. Что значит, на наш взгляд, расположить материал системно? Во-первых, весь материал надо разделить на несколько крупных частей. Каждая такая часть будет относиться к одной физической теории. Во-вторых, необходимо знать общую структуру физической теории: ее три части: 1. Эмпирический и теоретический базис. 2. Собственно теорию (основные физические понятия, фундаментальные законы и явления). 3. Следствия теории. На основе этой общей структуры надо быть готовым воспроизвести любую часть конкретной физической теории. В-третьих, на основе общей структуры физического явления надо рассмотреть любое физическое явление, которое может быть предложено экзаменатором. Зная общую структуру физической теории, нетрудно показать, что весь учебный материал этой теории можно расположить буквально на одной странице. Рассмотрим в качестве примера специальную теорию относительности (из общего курса физики). Эмпирический базис теории. Описать один из опытов, например опыт Майкельсона-Морли. Теоретический базис теории. Два важнейших постулата Эйнштейна. Постулат относительности: вид всех физических законов по отношению к любой инерциальной системе отсчета одинаков. Постулат постоянства скорости света: скорость света в вакууме по отношению к любой инерциальной системе отсчета одинакова и равна с=3·108 м/с. Собственно теория. Основные понятия: одновременность событий, понятие интервала:  Основные законы: преобразования координат и времени Лоренца:  ;  ;  . ,где  .Следствия теории. Сокращение длин, изменение длительности событии:  ;  ;Закон сложения скоростей Эйнштейна:  Закон зависимости массы от скорости:  Закон взаимосвязи энергии и массы  и ряд других законов. Мы изложили только ''скелет" теории без выводов и доказательств, но весь материал расположен системно. Следовательно, его легче запомнить и воспроизвести. Ответ на экзамене. Экзамен по физике может проходить в устной и письменной формах. Устный экзамен проходит в виде индивидуальной беседы преподавателя со студентом. Ответами на вопросы билета экзамен не заканчивается. Преподаватель может задавать дополнительные вопросы. Характер этих вопросов зависит от множества факторов (том числе и от того, как студент отвечал на вопросы билета). В ответе на вопросы билета, а также и в дополнительной беседе студент должен постараться проявить знание общей структуры курса, знание главных физических теорий, их структуру, знание системы основных понятий, явлений, законов каждой из теорий. Студент должен уметь качественно анализировать физические явления и показать, как данное физическое явление применяется в различных областях техники. 2.7. Консультации. Консультации проводятся в течение семестра (текущие) и перед экзаменом (предэкзаменационные). Надо посещать те и другие. Хороший эффект дает та консультация, к которой студент заранее готовится. Что значит подготовиться к консультации? Это значит, во-первых, в основном проработать и изучить учебный материал, о котором будет идти речь на консультации. Бесполезно идти на консультацию, не повторив материал. Во-вторых, студент должен составить перечень вопросов, с которыми он обратится к лектору. Вопросы должны быть четкими и грамотными. Вопросы можно задавать в устной и письменной формах, как удобно студенту.  МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ)  ШКОЛА БИОМЕДИЦИНЫ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ по дисциплине «Физика» |