Виртуальный эксперимент на уроках физики

Виртуальный эксперимент
НО
Не заменяет реальный физический эксперимент !!!
Нагляден и запоминаем
Моделирует ситуации, недоступные в реальных экспериментах,
Экономит время, изменяя временной масштаб
Делает акцент на понимание сущности явления
Воспроизводит тонкие детали
Изменяет в широких пределах параметры и условия экспериментов,
Выводит одновременно на экран графики зависимости величин,
Компенсирует недостаток оборудования в физической лаборатории школы.

Трудности
нет компьютеров…
это сложно!
а как это применять?

Когда применять?
невозможно провести реальный эксперимент,
невозможно проследить за явлением детально, быстрое протекание реального явления,
экономия времени (уроки повторения),
необходимо разобраться в деталях изучаемого явления,
необходимо иллюстрировать условие решаемой задачи,
выявление качественных и количественных зависимостей между величинами, характеризующими явление.

Как применять?
Урок изучения, повторения или закрепления изученного материала.
Урок - исследование.
Урок решения задач
с последующей
компьютерной проверкой.

Урок изучения, повторения или закрепления изученного материала.
В ходе обычного урока физики в классе при объяснении нового материала учитель проводит виртуальный эксперимент с применением мультимедийного видеопроектора, ученики наблюдают за ходом физического процесса на экране. Выводы записывают в тетрадь, отвечают на контрольные вопросы.

Дифракция света.
Дифракционная решетка.
11 класс

Дифракция
Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий.
При дифракции световые волны огибают границы непрозрачных тел и могут проникать в область геометрической тени.
Объяснение дифракции на основе принципа Гюйгенса–Френеля:
каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн.
Дифракционная картина является результатом интерференции вторичных световых волн.
Дифракция хорошо наблюдается только на расстояниях …….

Дифракционная картина представляет собой чередование светлых и темных полос.
Дифракция
от узкой щели
Дифракция
от круглого отверстия
Дифракция
от узкой преграды
Дифракция
от круглого препятствия
Модель «Дифракция света» Физикон

Применение дифракции
На явлении дифракции основано устройство дифракционных решеток.
Дифракционная решетка-
совокупность большого количества узких щелей, повторяющихся через расстояние d.
Расстояние d называется периодом дифракционной решетки.
Дифракционные решетки
отражательные
(штрихи нанесены на металлическую поверхность)
прозрачные
(штрихи нанесены на
стеклянную поверхность).

Наблюдение явления прохождения света через дифракционную решетку
При прохождении через дифракционную решетку световая волна длиной λ на экране будет давать последовательность минимумов и максимумов интенсивности.
Как изменится дифракционная картина при
изменении длины волны падающего света;
изменении периода дифракционной решетки.

Работа с моделью
«Дифракционная решетка»
«Физика7-11» Физикон

Цель: Изучить дифракционную картину при различных условиях.
Выполнение:
Открыть модель «Дифракционная решетка» (раздел «Оптика», «Открытая физика»)
Внимательно рассмотреть полученную дифракционную картину.
Изменять длину волны. Как меняется дифракционная картина в зависимости от этого?
Изменить период дифракционной решетки. Что изменилось в дифракционной картине? Какова зависимость изменений?
При неизменной длине волны меняйте период дифракционной решетки. Как меняется число максимумов при этом?

Условие
дифракционных максимумов
Максимумы интенсивности будут наблюдаться под углом ά :
где m – целое число, называемое порядком дифракционного максимума.

Вопросы для беседы:
Что называется дифракционной решеткой?
Что называется периодом дифракционной решетки?
Чем объяснить, что в центре дифракционной картины всегда светлое пятно?
Как определяется условие главных максимумов?

Урок - исследование.
Учащимся предлагается самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель, и получить необходимые результаты. В этом случае урок приближается к идеалу, так как ученики получают знания в процессе самостоятельной творческой работы, ибо знания необходимы им для получения конкретного, видимого на экране компьютера, результата. Разумеется, такой урок можно провести только в компьютерном классе.

Изучение теоремы
об изменении кинетической энергии
Цель нашей работы:
Отработать умение вычислять значение кинетической энергии.
Отработать умение находить работу.
Выяснить для работы каких сил справедлива теорема об изменении кинетической энергии.
Изменение кинетической энергии тела равно работе……………………………………..
A = Δ Ek

Модель 1
Соскальзывание по наклонной плоскости.

Модель 2
Движение под действием силы трения.

Модель 3
Движение вверх по наклонной плоскости.

Выводы из практической работы:
Работа равнодействующей сил
равна изменению кинетической энергии.
(теорема об изменении кинетической энергии)
Теорема об изменении кинетической энергии
справедлива для любых сил.
Кинетическая энергия равна половине
произведения массы тела на квадрат его скорости.

Урок решения задач с последующей компьютерной проверкой.
Учитель предлагает учащимся для самостоятельного решения в классе или в качестве домашнего задания задачи, правильность решения которых они могут проверить, поставив затем компьютерные эксперименты.

Предмет расположен на расстоянии х1 = 40 см от линзы, имеющей оптическую силу D1 = 5 дптр. Вторая линза с оптической силой
D2 = 6 дптр расположена на расстоянии х2 = 100 см от предмета. Определите, где находится изображение и каково поперечное увеличение, даваемое оптической системой.
F1
F1
F2
F2
x1
x2
d1
d2
f1
f2

Построение изображения
в системе из двух линз.
F1
F1
F2
F2
x1
x2
d1
d2
f1
f2

Расчет оптической системы

Теоретическое обоснование работы
F1
F1
F2
F2
x1
x2
d1
d2
f1
f2
fn =
dn
dnDn - 1
Г n = fn /dn
Г = Г1 ∙ Г2

Построение изображения
в системе из двух линз.
F1
F1
F2
F2
x1
x2
d1
d2
f1
f2

Построение изображения
в системе из двух линз.
F1
F1
F2
F2
x1
x2
d1
d2
f2
f1

Модель «Система из двух линз»
«Физика7-11» Физикон

Вопросы к практической работе.
Какие изображения может давать система из двух линз?
Чему равно увеличение системы из двух линз?
Что такое оптическая сила линзы? Что означает знак минус у оптической силы?
От чего зависит фокусное расстояние линзы?
В каких единицах измеряется оптическая сила линзы?
Какой смысл имеют знаки у фокусных расстояний, расстояний от предмета до линзы и от линзы до изображения?

Применение виртуальных моделей
для демонстрации физического явления, описываемого в задаче.

Как подготовить урок?
изучение возможностей программных учебных продуктов,
подготовка плана работы для учащихся с выбранной для изучения компьютерной моделью,
формулировка задач, согласованных с возможностями модели,
отработка всех вопросов на модели, решение заданий, даже если они кажутся простыми и ответы очевидными,
разработка формы контроля за выполнением работы.

Виды учебной деятельности
Ознакомительное задание. (Назначение модели, управление экспериментом, задания и вопросы по управлению моделью).
Компьютерные эксперименты. (Провести простые эксперименты по данной модели по предложенному плану, результаты измерений, вопросы к ним).
Экспериментальное задание. (Спланировать и провести ряд компьютерных экспериментов).
Тестовые задания. (Выбрать правильный ответ, используя модель)
Исследовательское задание. (Провести эксперимент, доказывающий некоторую предложенную закономерность или опровергающий её; самостоятельно сформулировать ряд закономерностей и подтвердить их экспериментом.)
Творческое задание. (Придумать задачу, решить её, поставить эксперимент для проверки полученных ответов).

Как проводить первые уроки в компьютерном классе?
желательно присутствие учителя информатики или коллеги, знакомого со спецификой класса,
разъяснение всех правил работы и заданий до того, как учащиеся сели за компьютеры,
целесообразно предлагать для изучения на одном уроке не более двух-трёх моделей
длительность работы ребят за компьютерами не должна превышать 30 минут
в конце урока учащиеся должны оформить небольшой отчёт (можно в виде ответов на заготовленные вами вопросы) с осмыслением выполненной работы.
стоит обсудить всей группой основные трудности и обменяться мнениями о полученных результатах. Компьютерные уроки без указанной концовки, как показывает опыт, менее эффективны.
Все индивидуальные задания нужно раздавать учащимся перед уроком. Учащиеся должны быть заранее предупреждены о том, что урок будет проходить в кабинете информатике или в лекционном кабинете (там, где есть компьютер и медиа проектор).

Электронные учебные издания по физике
«Открытая физика». В 2-х ч. ООО «Физикон» (http://www.physicon.ru/).
«1С: Образование 3.0. Образовательный комплекс: Библиотека электронных наглядных пособий «Физика (7 – 11 классы)».
«1С: Репетитор Физика». - М.: АОЗТ «1С» (http:// www.1c.ru/.).
Виртуальная школа «Кирилла и Мефодия». Уроки физики Кирилла и Мефодия. (http://www.km.ru)
«Виртуальная физика». «STRATUM 2000». Д.В. Баяндин, О.И. Мухин. - РЦИ ПГТУ г. Пермь (http://www.stratum.ac.ru/).