Компьютерное сопровождение лекции и школьного урока физики: электромагнитная индукция

Ôèçè÷åñêîå îáðàçîâàíèå â âóçàõ, Ò. 6, ¹ 3, 2000

79

Êîìïüþòåðíîå ñîïðîâîæäåíèå ëåêöèè è øêîëüíîãî óðîêà ôèçèêè: ýëåêòðîìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ Ô.À. Ñèäîðåíêî, Ð.Ï. Êðåíöèñ, Ã.Á. Ãëàçóíîâ Óðàëüñêèé ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò. Ëèöåé ¹ 130 Íàòóðíûé äåìîíñòðàöèîííûé ýêñïåðèìåíò, êàê îáÿçàòåëüíûé êîìïîíåíò ñîâðåìåííîé ëåêöèè èëè óðîêà ôèçèêè, âûïîëíÿåò ðÿä íåîáõîäèìûõ äèäàêòè÷åñêèõ ôóíêöèé. Íà ýòàïå îñìûñëåíèÿ ýòîãî ýêñïåðèìåíòà è ïðè äàëüíåéøåì ðàçâèòèè ìîäåëè ôèçè÷åñêîãî ÿâëåíèÿ áîëüøóþ ïîìîùü ëåêòîðó (ó÷èòåëþ) íåïîñðåäñòâåííî âî âðåìÿ èçëîæåíèÿ íîâîãî ìàòåðèàëà îêàçûâàåò êîìïüþòåð ñ åãî áîãàòûìè ãðàôè÷åñêèìè âîçìîæíîñòÿìè. Çà ïðîøåäøèå ãîäû ïîñëå ïåðâîé ïóáëèêàöèè ïî äàííîìó âîïðîñó ñëîæèëàñü òåõíîëîãèÿ êîìïüþòåðíîãî ñîïðîâîæäåíèÿ ëåêöèè (óðîêà). Îáîðóäîâàíèå äëÿ òàêîé òåõíîëîãèè âêëþ÷àåò â ñåáÿ ñîâðåìåííûé ïåðñîíàëüíûé êîìïüþòåð, àóäèòîðíûé ýêðàí (â ïðîñòåéøåì ñëó÷àå – îäèí èëè íåñêîëüêî áûòîâûõ òåëåâèçîðîâ ñ áîëüøèì ýêðàíîì) è óñòðîéñòâî ñîïðÿæåíèÿ ÏÊ ñ ýêðàíîì, âõîäÿùåå â êîíñòðóêöèþ âèäåîêàðòû. Ïðîãðàììà àíèìèðîâàííîãî ãðàôè÷åñêîãî ñîïðîâîæäåíèÿ ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì ýëåìåíòîì òåõíîëîãèè. Èäåè ñîçäàíèÿ òàêîãî ñîïðîâîæäåíèÿ îáñóæäàþòñÿ â äàííîé ñòàòüå íà ïðèìåðå êîìïüþòåðíûõ èëëþñòðàöèé ê òåìå “Ýëåêòðîìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ. Ñàìîèíäóêöèÿ”

Ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ðàñêðûòèÿ ñîäåðæàíèÿ îñíîâíûõ ðàçäåëîâ êóðñà ôèçèêè â âóçå è â øêîëå, êàê ïðàâèëî, óíèâåðñàëüíà. Îíà íà÷èíàåòñÿ ñî çíàêîìñòâà ñ ôèçè÷åñêèì ÿâëåíèåì (ýòàï I), â ïðîöåññå êîòîðîãî îïðåäåëÿþòñÿ ôèçè÷åñêèå îáúåêòû è âûÿñíÿþòñÿ èõ îñíîâíûå ñâîéñòâà (ýòàï II). Äëÿ êîëè÷åñòâåííîãî îïèñàíèÿ ñâîéñòâ ââîäÿòñÿ ôèçè÷åñêèå âåëè÷èíû è óñòàíàâëèâàþòñÿ ìåðû èõ èçìåðåíèÿ (ýòàïû III è IV). Äàëåå èçëàãàþòñÿ “íà÷àëà”, “ïðèíöèïû”, “çàêîíû”, ÷òî ââîäèò â êóðñ ôîðìóëüíûé àïïàðàò ôèçèêè (ýòàï V).  ðåçóëüòàòå ïîÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü êîëè÷åñòâåííîãî àíàëèçà áàçîâûõ ýêñïåðèìåíòîâ èçó÷àåìîãî ðàçäåëà, ðåøåíèÿ ìíîãîïëàíîâûõ çàäà÷, îñóùåñòâëåíèÿ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò, ïåðåõîäà ê íîâûì ôèçè÷åñêèì ÿâëåíèÿì (ýòàï VI) [2]. Ðåøàþùóþ ðîëü â îñâîåíèè ýòàïà I èãðàþò íàòóðíûé äåìîíñòðàöèîííûé ýêñïåðèìåíò è íàáëþäåíèå çà ôèçèêîé îêðóæàþùåãî ìèðà. Óäîáíîé ôîðìîé ïðîÿâëåíèÿ ðàöèîíàëüíîãî íà÷àëà ïðè ïåðåõîäå îò ïåðâè÷íûõ ÷óâñòâåííûõ îáðàçîâ ê îáðàçàì ñëåäóþùåãî óðîâíÿ è çàâåðøåíèÿ íà÷àëüíîãî çíàêîìñòâà ñ ôèçè÷åñêèì ÿâëåíèåì ñëåäóåò ïðèçíàòü ñîçäàíèå ñõåì, ìîäåëåé è ïðî÷èõ ãðàôè÷åñêèõ îáúåêòîâ. Êñòàòè, áîëüøîå ÷èñëî èëëþñòðàöèé ñïðàâåäëèâî ðàññìàòðèâàåòñÿ êàê äîñòîèíñòâî ó÷åáíèêà.  äîïîëíåíèå ê êíèãå è ðèñóíêàì ëåêòîðà íà äîñêå êîìïüþòåð ïðåäîñòàâëÿåò âîçìîæíîñòü èñïîëüçîâàòü öâåò è àíèìàöèþ äëÿ âêëþ÷åíèÿ èìèòàöèîííûõ ñõåì è ìîäåëåé íàáëþäàåìûõ ýêñïåðèìåíòîâ, ñóùåñòâåííî ïîâûøàþùèõ íàãëÿäíîñòü èçëîæåíèÿ ó÷åáíîãî ìàòåðèàëà. Ïðè ýòîì èçîáðàæàåìûå ñõåìû-óñòàíîâêè äîëæíû ëåãêî “óïðàâëÿòüñÿ” âî âðåìÿ ëåêöèè. Ïî îòíîøåíèþ ê èçîáðàæåíèþ ôèçè÷åñêîãî ýêñïåðèìåíòà ýòî îçíà÷àåò óäîáñòâî èçìåíåíèÿ ñèë, ýëåêòðè÷åñêèõ ñîïðîòèâëåíèé, äëèí âîëí, òåìïåðàòóð è ò.ä. Ìèíèìàëüíûé íàáîð âõîäíûõ è âûõîäíûõ ïàðàìåòðîâ ýêñïåðèìåíòà êàê ðàç è ïîìîãàåò ñôîðìóëèðîâàòü ñóùåñòâî èìèòèðóåìîãî ôèçè÷åñêîãî ÿâëåíèÿ. Íåîáõîäèìî òàêæå, ÷òîáû ïîäîáíûå ñõåìû áûëè óçíàâàåìû, ñîäåðæàëè îáùåïðèíÿòûå íàãëÿäíûå èçîáðàæåíèÿ ñèë, ïîëåé, ïðèáîðîâ è äðóãèå ýëåìåíòû ðèñóíêîâ èç ó÷åáíèêîâ.

80

Ô.À. Ñèäîðåíêî, Ð.Ï. Êðåíöèñ, Ã.Á. Ãëàçóíîâ

ßñíî, ÷òî àíèìèðîâàííàÿ ñõåìà èìèòàöèè íàòóðíîãî ýêñïåðèìåíòà íå äîëæíà ñîäåðæàòü âòîðîñòåïåííûõ äåòàëåé, îòâëåêàþùèõ ó÷àùèõñÿ îò ãëàâíîãî ðåçóëüòàòà, ïðåïîäíîñèìîãî â àíàëîãîâîé èëè öèôðîâîé ôîðìå. Òàêîé ðåçóëüòàò îòðàæàåò ñâîéñòâî ôèçè÷åñêîãî îáúåêòà (ýòàï II), íàïðèìåð: óñêîðåíèå ìàòåðèàëüíîé òî÷êè ïîä äåéñòâèåì ñèëû, óâåëè÷åíèå äàâëåíèÿ ãàçà ïðè íàãðåâàíèè â îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ, óâåëè÷åíèå çàäåðæèâàþùåãî ïîòåíöèàëà ïðè óâåëè÷åíèè ÷àñòîòû ñâåòà ïðè ôîòîýôôåêòå, óìåíüøåíèå óãëà ðàññåÿíèÿ ÷àñòèöû ñ óâåëè÷åíèåì å¸ ýíåðãèè ïðè óïðóãîì âçàèìîäåéñòâèè è ò.ä. Ñóùåñòâåííî, ÷òî íà ýòàïå èìèòàöèè ýêñïåðèìåíòà åñòü âîçìîæíîñòü ìåíÿòü ïàðàìåòðû ìîäåëè, íàãëÿäíî îòâå÷àòü íà âîïðîñ ëþáîïûòíîãî óìà – “À ÷òî áóäåò, åñëè…?”. Ýòî ñïîñîáñòâóåò ñîçäàíèþ ìîùíîãî ìîòèâàöèîííîãî íà÷àëà, îñíîâàííîãî íà èíòåðåñå ê ñóùåñòâó ïðåäìåòà. Äîñòàòî÷íî âàæíûì ÿâëÿåòñÿ è ñàì ôàêò èñïîëüçîâàíèÿ êîìïüþòåðà, ïðèâëåêàòåëüíîñòü êîòîðîãî äëÿ äåòåé, ìîëîäåæè è áîëüøèíñòâà âçðîñëûõ ãîä çà ãîäîì òîëüêî ïîâûøàåòñÿ. Ñìåíà ïàðàìåòðîâ èìèòàöèîííîãî ýêñïåðèìåíòà ïîçâîëÿåò ââåñòè ïðåäñòàâëåíèÿ î ñâîéñòâàõ ôèçè÷åñêèõ îáúåêòîâ è äàòü îïðåäåëåíèå òðåáóåìûì ôèçè÷åñêèì âåëè÷èíàì (ýòàïû III – IV). Ýòè âåëè÷èíû íåìåäëåííî èñïîëüçóþòñÿ â ïðåäñòàâëåíèè ðåçóëüòàòîâ ýêñïåðèìåíòà ãðàôèêàìè, òàáëèöàìè èëè, åñëè ýòî äèäàêòè÷åñêè îïðàâäàíî, ôèçè÷åñêèìè ôîðìóëàìè. Çàìåòèì, ÷òî â áîëüøîì ÷èñëå ñëó÷àåâ ðàññìîòðåíèå ôèçèêè íîâîãî ÿâëåíèÿ, èçó÷àåìîãî â ó÷åáíîì êóðñå, íå òðåáóåò ââåäåíèÿ íîâûõ âåëè÷èí è ìåð èõ èçìåðåíèÿ, è ýòè ýòàïû îêàçûâàþòñÿ èçëèøíèìè. Ïîäîáíàÿ ñõåìà èçëîæåíèÿ îñíîâíûõ ðàçäåëîâ ôèçèêè, ïî ñóùåñòâó ïðèíÿòàÿ â îñíîâíûõ ó÷åáíèêàõ, îòêðûâàåò íîâûå, åù¸ íå èñïîëüçóåìûå âîçìîæíîñòè ïåðåä ñîçäàòåëÿìè îáðàçîâàòåëüíûõ êîìïüþòåðíûõ ïðîãðàìì. Òàê, ïîÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü ñðåäñòâàìè êîìïüþòåðíîé ãðàôèêè èìèòèðîâàòü ýêñïåðèìåíò, ñîñðåäîòà÷èâàÿ âíèìàíèå íà åãî îñíîâíûõ ôèçè÷åñêèõ èäåÿõ, îòâëåêàÿñü îò ýìïèðè÷åñêèõ ÷àñòíîñòåé, ñóùåñòâåííûõ íà ýòàïå âûïîëíåíèÿ íàòóðíîãî ýêñïåðèìåíòà. Êîìïüþòåðíàÿ èìèòàöèÿ ïðè ýòîì íå ïîäìåíÿåò íàòóðíûé ýêñïåðèìåíò, à ïðèâíîñèò ðàöèîíàëüíî-ñõåìàòèçèðóþùåå íà÷àëî â åãî âîñïðèÿòèå, ñîçäàåò áàçîâûå ÷åðòû èçó÷àåìîãî ÿâëåíèÿ. Ïðè âûïîëíåíèè, êàçàëîñü áû, “ñóõîé” ðàáîòû ñ ôîðìóëàìè êîìïüþòåðíàÿ àíèìàöèÿ òàêæå ïðåäîñòàâëÿåò ëåêòîðó óíèêàëüíûå âîçìîæíîñòè. Çäåñü óäàåòñÿ ïîêàçàòü, ÷òî è êóäà ïîäñòàâëÿåòñÿ, ÷òî ÷åìó ïðèðàâíèâàåòñÿ, êàê ïðåîáðàçóþòñÿ ôîðìóëüíûå çàïèñè, à òàêæå èëëþñòðèðóþòñÿ èíûå àíàëèòè÷åñêèå ìîìåíòû, íå ðåàëèçóåìûå ïðè èñïîëüçîâàíèè äîñêè è ìåëà. Ïðàâäà, íåîáõîäèìî èìåòü â âèäó, ÷òî äîñòèãàåìîå ïîíèìàíèå ïðåîáðàçîâàíèé íå ãàðàíòèðóåò âîñïðîèçâåäåíèå èõ ó÷àùèìñÿ, ÷òî òðåáóåò åãî ñîáñòâåííûõ è òîëüêî ñîáñòâåííûõ ìûñëèòåëüíûõ (ó÷åáíûõ) äåéñòâèé. Ïîñëå ôîðìóëèðîâêè çàêîíîâ (ýòàï V) ïðåäñòàâëÿåòñÿ óìåñòíîé àíèìèðîâàííàÿ èëëþñòðàöèÿ ïåðâè÷íûõ ôèçè÷åñêèõ ÿâëåíèé è ïðîöåññîâ, òàêèõ, êàê âîçíèêíîâåíèå ïîëåé, òîêîâ, îòêëîíåíèå ñâåòîâûõ ïó÷êîâ, ñëèÿíèå íóêëîíîâ â ÿðî, äåëåíèå ÿäåð è ò.ä.

Êîìïüþòåðíîå ñîïðîâîæäåíèå ëåêöèè è øêîëüíîãî óðîêà ôèçèêè

81

Ïðèâåäåííîå ðàçäåëåíèå ïîðÿäêà èçëîæåíèÿ ôèçè÷åñêîãî ìàòåðèàëà íà ýòàïû I – VI íå ñëåäóåò, ðàçóìååòñÿ, äîãìàòèçèðîâàòü.  íåêîòîðûõ ðàçäåëàõ êóðñà ìåòîäè÷åñêè îïðàâäàííîé ìîæåò îêàçàòüñÿ ñîâåðøåííî èíàÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ðàññìàòðèâàåìûõ ôèçè÷åñêèõ îáðàçîâ. Îòìåòèì, ÷òî ïîÿâëÿþùèåñÿ êîìïüþòåðíûå ïîñîáèÿ ïî ôèçèêå ïðè èõ äîñòàòî÷íîì òåõíè÷åñêîì ñîâåðøåíñòâå íàïðàâëåíû íà òåñòèðîâàíèå, àíèìèðîâàííóþ äåìîíñòðàöèþ ÿâëåíèé èëè ïðåòåíäóþò íà ðîëü êîìïüþòåðíîãî ó÷åáíèêà. Ê òîìó æå âñå îíè ïî ñâîåìó èíòåðôåéñó è äèçàéíó ïðåäóñìàòðèâàþò èíäèâèäóàëüíóþ ðàáîòó îáó÷àåìîãî ïåðåä ìîíèòîðîì êîìïüþòåðà. Ðàçðàáîò÷èêàìè îáðàçîâàòåëüíûõ ïðîãðàìì ïîêà íå ïðåäëàãàþòñÿ ìåòîäè÷åñêèå êîìïüþòåðíûå ïîñîáèÿ äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ íåïîñðåäñòâåííî íà óðîêå ïðè îáúÿñíåíèè íîâîãî ìàòåðèàëà. Íàøà äåÿòåëüíîñòü â ýòîì íàïðàâëåíèè îòðàæåíà â ïóáëèêàöèÿõ ïîñëåäíèõ ëåò [1, 3 – 7]. Îñòàíîâèìñÿ íà îïèñàíèè êîìïüþòåðíîãî ñîïðîâîæäåíèÿ ïî òåìàì “Ýëåêòðîìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ. Ñàìîèíäóêöèÿ”. Ãðàôè÷åñêèé ìàòåðèàë îòêðûâàåòñÿ çàñòàâêîé ñ ïîðòðåòîì Ì. Ôàðàäåÿ è çàãîëîâêîì. Ùåë÷îê “ìûøêîé” îòêðûâàåò ñëåäóþùèé ôðàãìåíò (Ðèñóíîê 1) â êîòîðîì ëåêòîð (ó÷èòåëü) ìîæåò ñäåëàòü âûáîð âàðèàíòîâ îïûòîâ.

Ðèñóíîê 1. Çäåñü âûáèðàþòñÿ âàðèàíòû îïûòîâ: ìàãíèò â êàòóøêå, êàòóøêè ñ òîêîì (è ñåðäå÷íèêîì), îáà âàðèàíòà ïîñëåäîâàòåëüíî äðóã çà äðóãîì. Êëàâèøè ñïðàâà âíèçó – ïåðåõîä íà îäèí ôðàãìåíò âïåðåä-íàçàä. Êàðòèíêà â îðèãèíàëå öâåòíàÿ, çàíèìàåò âåñü ýêðàí.

Îñóùåñòâèâ âûáîð âàðèàíòà, ëåêòîð ïåðåõîäèò ê èìèòàöèîííîé ñõåìå. Åñëè, íàïðèìåð, âûáðàí âòîðîé âàðèàíò, òî íà ïîÿâèâøåìñÿ ýêðàíå (Ðèñóíîê 2) ïðåäóñìîòðåíû âîçìîæíîñòè ïîêàçàòü îòáðîñû ñòðåëêè “ãàëüâàíîìåòðà” ïðè çàìûêàíèè-ðàçìûêàíèè öåïè (ùåë÷îê «ìûøêîé» â êâàäðàòå êëþ÷à-âûêëþ÷àòåëÿ), ïðîèëëþñòðèðîâàòü âëèÿíèå ñêîðîñòè èçìåíåíèÿ

82

Ô.À. Ñèäîðåíêî, Ð.Ï. Êðåíöèñ, Ã.Á. Ãëàçóíîâ

òîêà, âëèÿíèå ñêîðîñòè ñìåùåíèÿ íàðóæíîé êàòóøêè ïðè ââåäåííîì è âûâåäåííîì æåëåçíîì ñåðäå÷íèêå.

Ðèñóíîê 2. Èìèòàöèÿ îïûòà: ÷åì áëèæå êóðñîð ê êîíöó ñòðåëêè, òåì áîëüøå ñêîðîñòü èíèöèèðóåìîãî äâèæåíèÿ.

Ïîñëå çàâåðøåíèÿ ïåðåìåùåíèÿ êàòóøêè èëè äâèæêà ðåîñòàòà íàïðàâëåíèå ñòðåëêè èçìåíèòñÿ íà îáðàòíîå. Åñëè âî âíóòðåííþþ êàòóøêó ââåñòè æåëåçíûé ñåðäå÷íèê, òî îòêëîíåíèÿ ñòðåëêè ïðè äâèæåíèè íàðóæíîé êàòóøêè óâåëè÷àòñÿ. ×èñëî ïîâòîðåíèé îïûòîâ íå îãðàíè÷åíî. Ïðîäâèæåíèå ïî ñöåíàðèþ îñóùåñòâëÿåòñÿ ùåë÷êîì ìûøêè çà ïðåäåëàìè óïðàâëÿþùèõ ñòðåëîê. Èìèòàöèÿ îïûòîâ çàâåðøàåòñÿ ðåçþìå, ëåãêî ïåðåïèñûâàåìûì â êîíñïåêò. Ýòè êàðòèíêè ïîìîãàþò ïîíÿòü, â ÷åì ñîñòîèò ÿâëåíèå ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè (ýòàï I) è ïîäìåòèòü ãëàâíîå ñâîéñòâî (ýòàï II): âîçíèêàþùàÿ ÝÄÑ òåì áîëüøå, ÷åì âûøå ñêîðîñòü èçìåíåíèÿ ïîòîêà ìàãíèòíîé èíäóêöèè ÷åðåç ïîâåðõíîñòü, êîòîðàÿ îïèðàåòñÿ íà êîíòóð. Ïðè ðàññìîòðåíèè äàííîãî ÿâëåíèÿ íåò íåîáõîäèìîñòè ââåäåíèÿ íîâûõ ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí, è ôðàãìåíò çàâåðøàåòñÿ ôîðìóëèðîâêîé çàêîíà (ýòàï V) ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè (òåêñòîâîé è ôîðìóëüíîé). Ñëåäóþùèé ôðàãìåíò ïîñâÿùåí ñâÿçè èçó÷àåìîãî çàêîíà ñ çàêîíîì ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè. Ðàçáèðàåòñÿ èçâåñòíûé ìûñëåííûé ýêñïåðèìåíò ïî äâèæåíèþ ïðîâîäíèêà ñ òîêîì â ïîñòîÿííîì ìàãíèòíîì ïîëå ïî ïðîâîäÿùèì “ðåëüñàì”. Ïîñëå àíèìàöèîííîãî èçîáðàæåíèÿ òîêà è ïåðåìåùåíèÿ ïðîâîäíèêà â ìàãíèòíîì ïîëå îñóùåñòâëÿþòñÿ ôîðìóëüíûå ïðåîáðàçîâàíèÿ. Ðàáîòà èñòî÷íèêà òîêà ïðèðàâíèâàåòñÿ âûäåëèâøåìóñÿ äæîóëåâîìó òåïëó è ðàáîòå ñèëû Àìïåðà. Ìàíèïóëÿöèè ñ ôîðìóëàìè îñóùåñòâëÿþòñÿ ñ ýôôåêòàìè âûäåëåíèÿ

Êîìïüþòåðíîå ñîïðîâîæäåíèå ëåêöèè è øêîëüíîãî óðîêà ôèçèêè

83

è ïëàâíîãî ïåðåìåùåíèÿ ñîìíîæèòåëåé, ÷òî äåëàåò ýòè âûêëàäêè ïðåäåëüíî íàãëÿäíûìè.  ñëåäóþùåì ôðàãìåíòå ðàçáèðàåòñÿ äðóãîé èçâåñòíûé ìûñëåííûé ýêñïåðèìåíò, èëëþñòðèðóþùèé âîçíèêíîâåíèå ÝÄÑ â äâèæóùåìñÿ ïðîâîäíèêå. Êàê è â ïðåäøåñòâóþùåì ôðàãìåíòå, íàãëÿäíî ïîêàçûâàþòñÿ ïîòîê, ïåðåñåêàåìûé äâèæóùèìñÿ ïðîâîäíèêîì, è ôîðìóëüíûå âûêëàäêè, ñîîòâåòñòâóþùèå ýòîìó ñëó÷àþ ïðîÿâëåíèÿ çàêîíà Ôàðàäåÿ. Çàòåì ôîðìóëèðóåòñÿ è èëëþñòðèðóåòñÿ ïðàâèëî Ëåíöà (Ðèñóíîê 3).

Ðèñóíîê 3. Çäåñü èçîáðàæàþòñÿ íàïðàâëåíèå èíäóêöèîííîãî òîêà è ñâÿçàííîãî ñ íèì ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ñêîðîñòü äâèæåíèÿ ìàãíèòà çàäàåòñÿ ðàñïîëîæåíèåì êóðñîðà îòíîñèòåëüíî ñòðåëêè. Íà ðèñóíêå çàôèêñèðîâàí ìîìåíò ïðè äâèæåíèè ìàãíèòà ââåðõ.

 çàêëþ÷èòåëüíûõ ôðàãìåíòàõ ðàññìàòðèâàþòñÿ âèõðåâîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå (ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè àíèìàöèîííûìè êàðòèíêàìè) è îñóùåñòâëÿåòñÿ îáîáùåíèå çàêîíà Ôàðàäåÿ â óðàâíåíèÿ Ìàêñâåëëà (èíòåãðàëüíàÿ è äèôôåðåíöèàëüíàÿ ôîðìû äëÿ âóçîâñêîãî èçëîæåíèÿ). Àíàëîãè÷íûì îáðàçîì ñòðîèòñÿ ñîïðîâîæäåíèå òåìû “Ñàìîèíäóêöèÿ”. Ïîñëå çàñòàâêè (çàãîëîâêà) îòêðûâàåòñÿ ôðàãìåíò “Îïûò ñ êàòóøêîé”. Çäåñü ñ ëþáûì ÷èñëîì ïîâòîðåíèé èìèòèðóåòñÿ èçâåñòíûé îïûò ñ êàòóøêîé è àìïåðìåòðîì: ïîñëå ðàçìûêàíèÿ öåïè ñòðåëêà äåìîíñòðàöèîííîãî àìïåðìåòðà èç êðàéíåãî ïðàâîãî ïîëîæåíèÿ, ïðîõîäÿ ÷åðåç íîëü, îòêëîíÿåòñÿ âëåâî è ëèøü ïîñëå ýòîãî âîçâðàùàåòñÿ â ïîëîæåíèå, ñîîòâåòñòâóþùåå âûêëþ÷åííîé öåïè. Ùåë÷îê ëåâîé êíîïêîé «ìûøè», è íà ýêðàíå ïîÿâëÿåòñÿ âîïðîñ “Ïî÷åìó ñòðåëêà îòêëîíÿåòñÿ âëåâî? Ïî èíåðöèè?”. Äëÿ îòâåòà íà íåãî ââîäèòñÿ ñòîïîð, íå ïîçâîëÿþùèé ñòðåëêå óéòè âïðàâî (Ðèñóíîê 4, çàãîëîâîê ôðàãìåíòà óæå óáðàí ñ ýêðàíà).

84

Ô.À. Ñèäîðåíêî, Ð.Ï. Êðåíöèñ, Ã.Á. Ãëàçóíîâ

Îäíàêî ñòðåëêà ïîñëå ðàçìûêàíèÿ öåïè âñ¸ ðàâíî îòêëîíÿåòñÿ âëåâî. Ïîÿâëÿåòñÿ îñíîâàíèå äëÿ óòâåðæäåíèÿ î äåéñòâèè êàêîé-òî ýëåêòðîäâèæóùåé ñèëû ïîñëå îòêëþ÷åíèÿ îñíîâíîãî èñòî÷íèêà. Ïðè÷èíó âîçíèêíîâåíèÿ ýòîé ÝÄÑ, êîíå÷íî, íàäî èñêàòü “âñåì êëàññîì”. (Çàìåòèì, ÷òî íàëè÷èå êîìïüþòåðíîãî ñîïðîâîæäåíèÿ íå ðàâíîçíà÷íî ñóùåñòâîâàíèþ ïîëíîé ìåòîäèêè ïðîâåäåíèÿ óðîêà, âàðèàíòû êîòîðîé îñòàþòñÿ âåñüìà ðàçíîîáðàçíûìè.)

Ðèñóíîê 4. Èëëþñòðàöèÿ ê ôðàãìåíòó “Îïûò ñ êàòóøêîé”. Ïîñëå ðàçìûêàíèÿ öåïè òîê ÷åðåç êàòóøêó ïîääåðæèâàåòñÿ âîçíèêàþùåé ÝÄÑ. Ñòðåëêè óáûâàþùåé äëèíû èìèòèðóþò çàòóõàíèå òîêà ñàìîèíäóêöèè. Ñòðåëêà êóðñîðà èñïîëüçóåòñÿ êàê óêàçêà.

Èòîã ïîèñêà â âèäå êðóïíîôîðìàòíîãî êðàòêîãî òåêñòà (“Ñòðåëêà îòêëîíÿåòñÿ âëåâî çà ñ÷åò ÝÄÑ ÑÀÌÎÈÍÄÓÊÖÈÈ. Ïî÷åìó âîçíèêàåò ýòà ÝÄÑ?”) ïðåäóñìîòðåí ñöåíàðèåì è áóäåò âûâåäåí íà îáîçðåíèå â òðåáóåìûé ìîìåíò. Ñëåäóþùèé ôðàãìåíò îçàãëàâëåí “ÝÄÑ ÑÀÌÎÈÍÄÓÊÖÈÈ”.  íà÷àëå ýòîãî ôðàãìåíòà äàåòñÿ àíèìèðîâàííàÿ èëëþñòðàöèÿ óâåëè÷åíèÿ ïîòîêà ìàãíèòíîé èíäóêöèè ÷åðåç êàòóøêó â ðåçóëüòàòå óâåëè÷åíèÿ òîêà â íåé. Äàëåå ââîäèòñÿ ïîíÿòèå èíäóêòèâíîñòè êàòóøêè ñ èñïîëüçîâàíèåì ïðîïîðöèîíàëüíîñòè ìåæäó ïîòîêîì è òîêîì, è ñ ïîìîùüþ çàêîíà ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè Ôàðàäåÿ ââîäèòñÿ âåëè÷èíà ÝÄÑ, ïðîïîðöèîíàëüíàÿ ñêîðîñòè èçìåíåíèÿ òîêà. Çàòåì ê äåìîíñòðèðóåìîé ñõåìå äîáàâëÿåòñÿ âîëüòìåòð, èçìåðÿþùèé íàïðÿæåíèå íà êîíöàõ êàòóøêè, è ðàçûãðûâàåòñÿ ñþæåò, ïîêàçûâàþùèé âëèÿíèå ñêîðîñòè èçìåíåíèÿ òîêà íà âåëè÷èíó íàïðÿæåíèÿ. Ñëåäóþùèé ôðàãìåíò “Çàìûêàíèå è ðàçìûêàíèå öåïè”, êàê è ïîñëåäóþùèå, ìîæåò áûòü ðåêîìåíäîâàí, åñëè ó÷èòåëü ðàñïîëàãàåò äîñòàòî÷íûì âðåìåíåì äëÿ èçëîæåíèÿ òåìû.

Êîìïüþòåðíîå ñîïðîâîæäåíèå ëåêöèè è øêîëüíîãî óðîêà ôèçèêè

85

Âûáîð ôðàãìåíòîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïåðåä óðîêîì èç ïðîñòîãî “ìåíþ”. Ïðè çàìûêàíèè öåïè (Ðèñóíîê 5) âåðõíÿÿ ëàìïî÷êà çàãîðàåòñÿ ïîçæå íèæíåé. Íà ãðàôèêàõ ïîêàçûâàåòñÿ ìãíîâåííîå íàðàñòàíèå òîêà â âåòâè ñ àêòèâíûì ñîïðîòèâëåíèåì è ïëàâíîå – â âåòâè ñ êàòóøêîé. Ïðè ðàçìûêàíèè öåïè òîê â âåòâÿõ çàòóõàåò òàêæå íå ìãíîâåííî.

Ðèñóíîê 5. Ïðè çàìûêàíèè öåïè âîçíèêàþùàÿ ÝÄÑ ñàìî-èíäóêöèè ïðåïÿòñòâóåò ìãíîâåííîìó íàðàñòàíèþ òîêà â âåòâè ñ êàòóøêîé. Ïðè ðàçìûêàíèè öåïè òîê â ðåçèñòîðå ñìåíèòñÿ íà îáðàòíûé, ëàìïî÷êè ïîãàñíóò íå ñðàçó, íî ñèíõðîííî.

Ôðàãìåíò “Ðàçìûêàíèå öåïè. Ñêà÷îê ÝÄÑ” èìèòèðóåò áðîñîê íàïðÿæåíèÿ â öåïè ïðè îïðåäåëåííîì ñîîòíîøåíèè ìåæäó ñîïðîòèâëåíèÿìè âåòâåé. Äàëåå ñëåäóåò ôðàãìåíò “Ýíåðãèÿ êàòóøêè ñ òîêîì”. Èìèòèðóåòñÿ âñïûøêà ëàìïî÷êè ïðè ðàçìûêàíèè öåïè, è ñòàâèòñÿ âîïðîñ îá èñòî÷íèêå ýíåðãèè ýòîé âñïûøêè ïðè îòêëþ÷åííîì èñòî÷íèêå íàïðÿæåíèÿ. Îòâåò íà ïîñòàâëåííûé âîïðîñ ñîïðîâîæäàåòñÿ âûâîäîì ôîðìóëû äëÿ ýíåðãèè

⎛ LJ 2 ⎞ ⎜ ⎟ . Äàëåå äåìîíñòðèðóåòñÿ àíàëîãèÿ ïîëó÷åííîé ôîðìóëû ñ = W J êàòóøêè ñ òîêîì ⎜ ⎟ 2 ⎝ ⎠ âûðàæåíèåì äëÿ êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè, ÷òî ïîçâîëÿåò òðàêòîâàòü èíäóêòèâíîñòü êàê õàðàêòåðèñòèêó èíåðöèîííîñòè öåïè ïî îòíîøåíèþ ê èçìåíåíèþ òîêà â íåé.  çàêëþ÷èòåëüíîì ÷èñòî “ôîðìóëüíîì” ôðàãìåíòå “Ýíåðãèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ” ïðèâîäèòñÿ âûâîä âûðàæåíèÿ äëÿ îáúåìíîé ïëîòíîñòè ýíåðãèè. Ìåòîäèêà èñïîëüçîâàíèÿ ïðåäñòàâëåííîãî ïîñîáèÿ, êàê è ïðåäøåñòâóþùèõ íàøèõ

86

Ô.À. Ñèäîðåíêî, Ð.Ï. Êðåíöèñ, Ã.Á. Ãëàçóíîâ

ïàêåòîâ, ïðåäñòàâëÿåòñÿ ìíîãîâàðèàíòíîé. Îíà ìîæåò áûòü îðãàíè÷íîé ñîñòàâíîé ÷àñòüþ ïåðâè÷íîãî îáúÿñíåíèÿ, èëè äåìîíñòðèðîâàòüñÿ äëÿ çàêðåïëåíèÿ ïðîéäåííîãî ìàòåðèàëà, èëè ñëóæèòü îñíîâîé ïîñòàíîâêè âîïðîñîâ ñåìèíàðñêîãî çàíÿòèÿ. Âûáîð çäåñü çà ïåäàãîãîì, à åãî ïåðñîíàëüíûé ñòèëü âåäåíèÿ ó÷åáíîãî ïðîöåññà âñåãäà áóäåò îïðåäåëÿòü êàê àòìîñôåðó â àóäèòîðèè, òàê è èòîãîâûå çíàíèÿ è óìåíèÿ ó÷àùèõñÿ.  çàêëþ÷åíèå çàìåòèì, ÷òî ýëåêòðîííûå ó÷åáíèêè, êîòîðûå ñîçäàþòñÿ äëÿ ñèñòåìû äèñòàíöèîííîãî îáðàçîâàíèÿ, äîëæíû îáÿçàòåëüíî ñîäåðæàòü àíèìèðîâàííóþ ãðàôèêó, à ïåðâóþ ñêðèïêó â ñöåíàðíîì êîìïîíåíòå ñîîòâåòñòâóþùèõ ïðîåêòîâ äîëæíû èãðàòü ìåòîäèñòû-ôèçèêè.

Ëèòåðàòóðà 1.

Êðåíöèñ Ð.Ï., Ñèäîðåíêî Ô.À., Êðîòîâ Ä.Â. Êîìïüþòåðíîå è âèäåîñîïðîâîæäåíèå ëåêöèé ïî îáùåé ôèçèêå // Æóðíàë Ìîñêîâñêîãî ôèçè÷åñêîãî îáùåñòâà.– Ñåðèÿ Á.– “Ôèçè÷åñêîå îáðàçîâàíèå â âóçàõ”.– 1995.– ¹1.– Ñ. 47–51.

2.

Ôðîëîâ À.À. (÷àñòíîå ñîîáùåíèå).

3.

Ñèäîðåíêî Ô.À., Êðåíöèñ Ð.Ï., Êîòîðîâ Í.Ï., Òðîôèìîâà À.Ã. Êîìïüþòåðíîå ñîïðîâîæäåíèå óðîêîâ ôèçèêè – íîâàÿ èíôîðìàöèîííàÿ òåõíîëîãèÿ // Ïðîáëåìû ó÷åáíîãî ôèçè÷åñêîãî ýêñïåðèìåíòà: Ñáîðíèê íàó÷íî-ìåòîäè÷åñêèõ ðàáîò.– Âûïóñê. 1.– Ãëàçîâ: ÃÏÏÈ, 1995.– Ñ. 119.

4.

Ñèäîðåíêî Ô.À., Êðåíöèñ Ð.Ï. Êîìïüþòåðíîå ñîïðîâîæäåíèå óðîêîâ ôèçèêè ïî âîëíîâîé îïòèêå è òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè// Ïðîáëåìû ó÷åáíîãî ôèçè÷åñêîãî ýêñïåðèìåíòà: Ñáîðíèê íàó÷íîìåòîäè÷åñêèõ ðàáîò.– Âûïóñê. 2.– Ãëàçîâ: ÃÃÏÈ, 1996.– Ñ. 93 – 94

5.

Êðåíöèñ Ð.Ï., Ñèäîðåíêî Ô.À., Ãëàçóíîâ Ã.Á. Êîìïüþòåðíîå ñîïðîâîæäåíèå óðîêà ôèçèêè – íîâàÿ èíôîðìàöèîííàÿ òåõíîëîãèÿ äëÿ ïðåäìåòíîãî êàáèíåòà. Ìàòåðèàëû VIII Ìåæäóíàðîäíîé êîíôåðåíöèèâûñòàâêè “Èíôîðìàöèîííûå òåõíîëîãèè â îáðàçîâàíèè. (ÈÒÎ’98/99)” / Íàïðàâëåíèå Ñ – ïðåïîäàâàíèå åñòåñòâåííîíàó÷íûõ äèñöèïëèí// Ìîñêâà – 3 –6 íîÿáðÿ 1998 ã.– Ñ. 47-48.

6.

Ñèäîðåíêî Ô.À., Êðåíöèñ Ð.Ï., Ãëàçóíîâ Ã.Á., Êîòîðîâ Í.Ï. Êîìïüþòåðíîå ñîïðîâîæäåíèå ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè – íîâàÿ èíôîðìàöèîííàÿ òåõíîëîãèÿ äëÿ øêîëüíîãî ïðåäìåòíîãî êàáèíåòà è ëåêöèîííîé àóäèòîðèè. Ìàòåðèàëû IX Ìåæäóíàðîäíîé êîíôåðåíöèè-âûñòàâêè “Èíôîðìàöèîííûå òåõíîëîãèè â îáðàçîâàíèè. (ÈÒÎ’99)” / Ñáîðíèê òðóäîâ, ÷àñòü II// Ìîñêâà – 9 –12 íîÿáðÿ 1999 ã.– Ñ. 231-232.

7.

Ñèäîðåíêî Ô.À., Êðåíöèñ Ð.Ï., Ãëàçóíîâ Ã.Á., Êîòîðîâ Í.Ï. Êîìïüþòåðíîå ñîïðîâîæäåíèå óðîêîâ ôèçèêè: ýëåêòðîìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ è ñàìîèíäóêöèÿ // Ïðîáëåìû ó÷åáíîãî ôèçè÷åñêîãî ýêñïåðèìåíòà: Ñáîðíèê íàó÷íî-ìåòîäè÷åñêèõ ðàáîò.– Âûï. 10.– Ãëàçîâ. Ñàíêò-Ïåòåðáóðã, 2000.– Ñ. 130-131.

8.

Ð.Ï. Êðåíöèñ, Ô.À. Ñèäîðåíêî, Ã.Á. Ãëàçóíîâ. Êîìïüþòåðíîå ëåêöèîííîå ñîïðîâîæäåíèå â ñèñòåìå ïðåïîäàâàíèÿ ôèçèêè: ýëåêòðîìàãíèòíàÿ èíäóêöèÿ// V ìåæäóíàðîäíàÿ êîíôåðåíöèÿ “Ôèçèêà â ñèñòåìå ñîâðåìåííîãî îáðàçîâàíèÿ (ÔÑÑÎ-99).– Òåçèñû äîêëàäîâ. Òîì 3. Ñ. 109 – 111.