Создание и методика применения автоматизированных аппаратно-программных комплексов для количественных демонстрационных экспериментов : На примере раздела "Механика" курса общей физики классического университета

• Автор: Якута, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.01, 13.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 322 с. : ил.

ГЛАВА 1. Анализ современного демонстрационного физического эксперимента и разработка принципов создания автоматизированных лекционных демонстраций по физике
1.1. Применение компьютеров в лекционных демонстрациях
1.2. Методические принципы отбора демонстрационных экспериментов для использования в автоматизированных демонстрационных аппаратно-программных комплексах
1.3. Основные принципы построения автоматизированных демонстрационных аппаратно-программных комплексов
Выводы к первой главе
ГЛАВА 2. Создание автоматизированных демонстрационных аппаратно-программных комплексов для раздела «Механика» курса общей физики
2.1. Модернизация автоматизированного демонстрационного аппаратно-программного комплекса для подраздела «Механика материальной точки» курса общей физики
2.2. Автоматизированный демонстрационный аппаратно-программный комплекс для подраздела «Механика твердого тела»
курса общей физики
2.2.1. Устройство демонстрационной установки «Стол на воздушной подушке»
2.2.2. Система регистрации данных и метод определения угловой координаты
2.2.3. Изучение характеристик демонстрационной установки и обоснование методики обработки экспериментальных данных
2.2.3.1. Изучение влияния нескомпенсированного момента сил на вращательное движение платформы

2.2.3.2. Учет влияния сил трения, масс блоков и нити на вращательное движение платформы
2.2.3.3. Измерение эффективного момента инерции подвижных частей установки
2.2.3.4. Изучение зависимости эффективного собственного момента силы от величины приложенного момента внешних сил и от нагрузки платформы
2.3. Автоматизированный демонстрационный аппаратно-программный комплекс для подраздела «Механические колебания»
курса общей физики
2.3.1. Демонстрационная установка для изучения собственных механических колебаний
2.3.1.1. Устройство демонстрационной установки
2.3.1.2. Методы обработки экспериментальных данных
2.3.2. Демонстрационная установка для изучения автоколебаний
2.4. Автоматизированный демонстрационный аппаратно-программный комплекс для подраздела «Механика сплошных сред»
курса общей физики
2.4.1. Демонстрационная установка для изучения падения тел в воздухе
2.4.1.1. Устройство демонстрационной установки и способ проведения экспериментов
2.4.1.2. Построение математической модели явления
2.4.1.3. Метод обработки экспериментальных данных
2.4.2. Использование демонстрационной установки для изучения падения тел в воздухе в качестве модели баллистического гравиметра
2.4.2.1. Обоснование модифицированного баллистического метода измерения ускорения свободного падения

2.4.2.2. Исследование возможности использования
демонстрационной установки для определения вида зависимости силы вязкого трения от скорости Выводы ко второй главе
ГЛАВА 3. Методика применения автоматизированных демонстрационных аппаратно-программных комплексов при преподавании раздела «Механика» курса общей физики
3.1. Демонстрационные эксперименты по проверке второго закона Ньютона при действии переменной силы
3.1.1. Проверка второго закона Ньютона при «абсолютно упругом» соударении тел
3.1.2. Проверка второго закона Ньютона при частично упругом соударении тел
3.1.3. Проверка второго закона Ньютона при абсолютно неупругом соударении тел
3.2. Демонстрационные эксперименты по изучению механики вращательного движения вокруг фиксированной оси
3.2.1. Изучение кинематики вращательного движения
3.2.2. Проверка основного уравнения динамики вращательного движения при постоянном моменте инерции
3.2.3. Проверка основного уравнения динамики вращательного движения при постоянном моменте внешней силы
3.2.4. Измерение главных центральных осевых моментов инерции симметричных тел
3.2.5. Проверка теоремы Гюйгенса-Штейнера
3.3. Демонстрационные эксперименты по изучению механических колебаний
3.3.1. Изучение кинематики колебательного движения

аппаратно-программного комплекса должна быть такой, чтобы этот комплекс обеспечивал демонстраиионную поддержку одного подраздела курса обшей физики; вся структура комплекса должна быть ориентирована на наибо-лее полное удовлетворение потребностей в демонстоаиионном эксперименте, возникающих при преподавании материала данного подраздела.
В соответствии со сформулированным принципом, в начале данной работы перед нами встал вопрос выбора раздела курса общей физики, для которого необходимо создать набор АДАПК. В качестве такого раздела был выбран раздел «Механика». Выбор именно этого раздела обусловлен двумя причинами. Во-первых, данный раздел при изучении курса общей физики в классическом университете традиционно рассматривается первым, и нам представляется оправданным начинать создание набора АДАПК для целей преподавания курса общей физики именно с самого первого раздела. Во-вторых, при преподавании раздела «Механика» в настоящее время достаточно редко используются современные демонстрационные установки, что связано с определенными трудностями, возникающими при измерении различных механических величин.
Раздел «Механика» традиционно делят на 5 подразделов:
1. Механика материальной точки.
2. Основы специальной теории относительности.
3. Механика твердого тела.
4. Колебания и волны.
5. Механика сплошных сред.
Для поддержки преподавания первого из этих подразделов, как отмечалось в п. 1.1, уже была создана серия автоматизированных демонстраций [30, 54, 70, 76, 77], которые по всем признакам в своей совокупности образуют АДАПК. В связи с этим в первом разделе главы 2 данной работы предлагается модернизировать указанный АДАПК, дополнив его новыми автоматизированными демонстрационными экспериментами. Второй из перечисленных подразделов - «Основы специальной теории относительности» - в силу своей