Система учебного физического эксперимента как средство формирования фундаментального понятия электромагнитной волны

• Автор: Чирков, Алексей Евгеньевич
• Шифр специальности: 13.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Глазов
• Количество страниц: 192 с. : ил.

Введение
Глава 1. СУЩЕСТВУЮЩИЙ УЧЕБНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ ПОНЯТИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ.
1.1. Физический эксперимент для изучения электромагнитных волн в методической и учебной литературе.
1.1.1. Лекционные демонстрации электромагнитных волн. 1.1.2. Дидактические исследования учебного эксперимента с электромагнитными волнами. 1.1.3. Учебный эксперимент с электромагнитными волнами в школьных учебниках физики.

1.2. Доказательность фундаментальных учебных экспериментов по электродинамике.

1.2.1. Закономерности создания новых элементов учебной физики.

1.2.2. Обоснование системы уравнений Максвелла. 1.2.3. Доказательство волновой природы физических явлений. 1.2.4. Последовательность экспериментов, необходимых для доказательства волновой природы электромагнитного излучения. 1.2.5. Дидактические принципы построения системы учебного физического эксперимента для введения и формирования понятия электромагнитной волны.

1.3. Дидактические исследования учебных экспериментов

по введению понятия электромагнитной волны

1.3.1. Дидактическое исследование демонстрации магнитного поля тока смещения. 1.3.2. Учебное исследование магнитного поля тока смещения.

1.3.3. Дидактическое исследование учебной теории магнитного поля тока смещения.

Глава 2. СИСТЕМА УЧЕБНОГО ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНОГО ПОНЯТИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ
2.1. Оборудование для учебного эксперимента
с электромагнитными волнами
2.1.1. Требования и принципы конструирования самодельных приборов.
2.1.2. Комплект приборов для учебных опытов с электромагнитными волнами. 2.1.3. Классификация генераторов высокой частоты. 2.1.4. Генератор ультравысокой частоты.
2. Экспериментальное обоснование системы уравнений
Максвелла
2.2.1. Демонстрация электромагнитной индукции. 2.2.2. Магнитное поле тока смещения. 2.2.3. Вихревое электрическое поле. 2.2.4. Истоки и стоки электрического и магнитного полей.
3. Волновой характер электромагнитного излучения.
2.3.1. Переход от закрытого контура к открытому. 2.3.2. Излучение электромагнитных волн полуволновым диполем.
4. Физические свойства электромагнитных волн
2.4.1. Экспериментальное доказательство существования электромагнитных волн и их физические свойства. 2.4.2. Практическое применение электромагнитного излучения.
3. ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ.
1. Планирование педагогического эксперимента
3.1.1. Основные цели и задачи педагогического эксперимента. 3.1.2. Организация структуры педагогического эксперимента.
2. Организация констатирующего педагогического эксперимента и его результаты
3.2.1. Исследование начального уровня сформированности понятия электромагнитной волны. 3.2.2. Математическая обработка результатов педагогического эксперимента. 3.2.3. Проведение оценки степени оснащенности физического кабинета оборудованием для демонстраций с электромагнитными волнами.
3. Результативность разработанной методики формирования понятия электромагнитной волны.
3.3.1. Экспериментальное обоснование системы уравнений Максвелла.
3.3.2. Проведение экспертной оценки по определению учсбности разработанных демонстрационных опытов при изучении системы уравнений Максвелла. 3.3.3. Математическая обработка результатов экспертной оценки. 3.3.4. Экспертная оценка учсбности серии экспериментов по доказательству электромагнитной природы оптических явлений. 3.3.5. Основная система учебных опытов на уроке физики. 3.3.б. Апробация разработанной системы демонстрационных экспериментов. 3.3.7. Статистическая обработка результатов педагогического эксперимента.
4. Исследование доступности учебного оборудования, обеспечи
вающего систему учебного эксперимента с электромагнитными волнами
3.4.1. Организация педагогического эксперимента по сборке генератора ультравысокой частоты. 3.4.2. Система учебных экспериментов в курсе общей и экспериментальной физики.
Заключение .
Библиографический список .
I
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Если включить в середину каждой половины диполя по лампочке, то их яркость будет меньше, чем у центральной. Зависимость резонансной частоты диполя от диэлектрической проницаемости среды. Частота колебаний в диполе обратно пропорциональна емкости. Емкость в свою очередь пропорциональна диэлектрическому коэффициенту . В среде с диполь длины 1т 1уе имеет ту же частоту, что и диполь длины , находящийся в воздухе. При помещении диполя в воду его длина должна быть в 9 раз короче, чем длина диполя в воздухе. Стоячие волны между двумя проводами. Система Лехера. В опыте измеряют величину тока смещения. Для этого служит приемник, помещаемый между проводами системы. В качестве такого приемника пользуются коротким куском проволоки, в котором электрическое поле будет разрушаться. При этом в результате процесса статической индукции в проволоке возникает ток проводимости, направление которого периодически меняется, то есть возникает переменный ток. Можно также применить в качестве приемника индукционную петлю, помещаемую так, чтобы контур ее пронизывался линиями магнитного поля. Переменные токи в проволоке преобразуются в постоянный ток с помощью выпрямителя и измеряются гальванометром. Перемещая приемник вдоль проводов, можно отметить узлы и пучности электрического ПОЛЯ. В пучности электрического поля возникает самостоятельный разряд и трубка светится. В узлах трубка не светится. Чередование светлых и темных участков столба газа дает очень наглядную картину распределения поля между проводами. Ток смещения диполя. Излучение свободных электрических волн. С помощью излучающего диполя получают свободные электромагнитные волны. Приемником электрических волн является диполь с детектором, служащим выпрямителем и подключенным к гальванометру. Проводят опыт по изучению распределения поля излучающего диполя. Располагают излучатель и приемник в одной плоскости. Определяют радиальную компоненту лучи приемного диполя располагают по радиусу от центра излучателя электрического поля или тока смещения излучателя. Далее изучают поперечную компоненту лучи приемного диполя располагают перпендикулярно радиусу от центра излучателя электрического поля. Располагают излучатель и приемник друг напротив друга в одной плоскости. Затем медленно выводят из этой плоскости либо излучатель, либо приемник ток смещения при этом уменьшается. Он исчезает, когда излучатель и приемник ориентированы взаимно перпендикулярно. Опыты показывают, что электрический вектор лежит в одной плоскости с осью диполяизлучателя. Таким образом, учебник Р. В. Поля, в е годы прошлого века ставший доступным отечественной системе физического образования, содержит почти полную систему демонстрационных экспериментов, обеспечивающих формирование понятия электромагнитной волны. Дидактические исследования учебного эксперимента с электромагнитными волнами. И. М. Малышева Генератор тока высокой частоты и опыты с ним . Генератор собран по схеме Кюна на двух лампах У, соединенных в параллель. Питание осуществляется с помощью трансформатора, дающего 0 В и 4 В. Длина антенны генератора составляет см и такой же длины необходим противовес. Длина волны испускаемая таким генератором равна 0 см. Приемный контур состоит из одного витка медной проволоки диаметром мм, конденсатора переменной емкости на 0 см, лампочки на 2, В, включенной последовательно с витком и конденсатором. Мы столько внимания уделили этой работе потому, что в ней предложен один из первых комплектов приборов для школьных опытов с электромагнитными волнами, который предвосхитил последующее развитие учебного эксперимента. Совершенствовалась электронная техника, менялись материалы и радиодетали, но основа комплекта приборов сохранилась неизменной до наших дней. Уже в году Б. С. Зворыкин разработал свой первый вариант комплекта приборов для опытов с электромагнитными волнами. В. И. Боков в году предложил комплект приборов для демонстраций электромагнитных колебаний и волн . Генератор комплекта собран на лампе 6ПЗ по трехточечной схеме с емкостным делителем, в качестве которого используются внутри ламповые емкости.