ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Тема: Вынужденные колебания в RLC контуре.

Резонанс в цепи переменного тока

(наименование темы)

Продолжительность  -  2 часа

I.    Учебная и воспитательная цели занятия:

·        содействие становлению специальной профессиональной компетентности учителя физики в области методики организации лабораторных занятий по предмету с использованием системы средств  ИКТ; готовности  будущих учителей к проектированию и проведению лабораторных занятий в условиях ИКТ-насыщенной предметной среды;

·        формирование у студентов положительной мотивации профессиональной деятельности, связанной с проектированием  лабораторных занятий с применением ИКТ; содействие становлению коммуникативной компетентности студентов в условиях групповой деятельности по анализу  и разработке цифровых  материалов учебного назначения и проектов лабораторных занятий физике с использованием ресурсов и инструментов виртуальной среды.

II.      Учебные задачи  лабораторной работы:

1) изучение содержания  и методики организации лабораторного эксперимента с использованием средств ИКТ на примере лабораторной работы «Вынужденные колебания в RLC контуре. Резонанс в цепи переменного тока»;

2) выполнение лабораторного эксперимента на основе инструктивных материалов для учащихся, отработка умений:

·      планировать и выполнять натурный эксперимент по исследованию вынужденных колебаний в последовательном RLC контуре;

·      анализировать работу компьютерных  моделей опыта (модели ЦОР) по соответствующему обобщенному плану; планировать и выполнять модельные  виртуальные эксперименты по исследованию вынужденных колебаний в последовательном RLC контуре, формулировать выводы на основе результатов работы с  интерактивными моделями опыта (модели ЦОР);

·      использовать средства ИКТ  при подготовке и выполнении лабораторного задания (компоненты предметных ЦОР, ИУМК, ИИСС -  тексты, рисунки, анимации, видео, интерактивные модели и тесты; табличный процессор MS Excel для обработки результатов модельного эксперимента; редактор MS PP и/или  MS Excel для подготовки отчета о результатах лабораторной работы).

 III.  Содержание подготовки к лабораторному занятию

1. Повторить, используя  учебники и учебные пособия по физике для средней общеобразовательной школы и предметные ЦОР, ИУМК, ИИСС следующий учебный материал:

Факты:

·  явление возрастания амплитуды колебаний тока при совпадении частоты ω внешнего источника с собственной частотой ω0 в последовательном RLC контуре;                

·  максимум резонансных кривых для контуров с низкой добротностью несколько сдвинуты в область низких частот.

 

Физические понятия:

·  Свободные и вынужденные электромагнитные  колебания в колебательном контуре

·  Амплитуда и частота колебаний электрического тока (напряжения) в колебательном контуре

·  Сдвиг фаз между током и напряжением в колебательном контуре

·  Электрический резонанс (резонанс напряжений, резонанс токов).

·  Добротность контура

Физические законы:

·  закон Ома для мгновенных значений токов и напряжений

·  зависимость резонансной частоты от параметров колебательного контура

Технические понятия (о приборах, установках, технологических процессах):

·  Колебательный контур

Методологические знания:

·     Эксперимент как метод познания 

·     Моделирование физических процессов в компьютерном эксперименте.

Информация, отражающая социокультурную ценность физической науки (историко-культурная информация):

Сведения из истории  исследований У. Томсона

 

Электронные учебные издания по физике

1

Библиотека электронных наглядных пособий "Физика 7-11 класс" (ООО «Дрофа»,
ЗАО «1С») (№ 5)

учебные объекты ЦОР

электронный

2

Библиотека электронных наглядных пособий «Физика 7-11 классы» (ООО «Кирилл и Мефодий») (№ 8)

учебные объекты ЦОР

электронный

3

Электронное средство учебного назначения "История техники" (ООО «Нью Медиа Дженерейнш») (№ 13)

учебные объекты ЦОР

электронный

4

Электронное издание по дисциплине «Физика» для подготовки к единому государственной экзамену (ЕГЭ)» (ЗАО «1С») (№ 44)

учебные объекты ЦОР

электронный

5

Электронное издание «Физика, 7-11 классы» (ООО «Физикон») (№ 52)

учебные объекты ЦОР

электронный

6

Открытая Физика 2.5 (ООО «Физикон») (№ 63)

учебные объекты ЦОР

электронный

 

2.  Познакомиться  содержанием теоретических, справочно-информационных  и инструктивных материалов к лабораторной работе. Изучить содержание медиаобъектов к лабораторной работе (тексты, фотоснимки, рисунки, видео, демонстрационные и интерактивные модели, анимации)  (см. приложение 1). Особое внимание обратить на интерактивные учебные модели. Отобрать модели, которые могут быть использованы на лабораторном занятии и в процессе домашней подготовки.

3.  Выполнить учебные тесты по теме «Свободные и вынужденные колебания в RLC контуре. Резонанс в цепи переменного тока» (ЦОР №№  44, 52,63) (см. рубрики: вопросы, задачи, задачи с решениями, лабораторные работы). Проанализировать содержание данных учебных тестов. Отобрать вопросы, которые могут быть использованы для контроля готовности учащихся к лабораторной работе. Самостоятельно дополнить состав тестовых заданий. Оформить содержание теста в ДО «Moodl» (или автономной тестовой оболочке).

4.    Продолжить работу над индивидуальным  проектом. Направления работы (13-16 – см. комплект дидактических материалов)[1]:

·         Разработать презентацию к вступительной беседе учителя с учащимися на лабораторном занятии (направление 13). Проанализировать возможность использования во вступительной беседе с учащимися интерактивной доски.

·         Подобрать тренажеры (симуляторы)  (для отработки отдельных действий и операций) (подбор из компонентов ЦОР, ИУМК, ИИСС или/и авторские разработки, в частности подготовка простейших вариантов  тренажеров средствами MS PP). Продумать возможности их использования на лабораторном занятии и во время подготовки к нему (направление 14).

·         Подготовить историческую справку об исследовании физического явления, экспериментально исследуемого в лабораторном эксперименте (в MS Word с иллюстрациями) (направление 15).

·         Разработать учебно-методический комплекс (УМК)  лабораторного занятия в полном составе его основных компонентов. В дидактической структуре УМК учесть различные варианты использования на занятии цифровых дидактических материалов (см. комплект) (направление 16).

·         Подготовиться к коллективному обсуждению рабочих материалов проекта на занятии. Сформулировать вопросы. Продумать содержание  и подготовить презентацию к обсуждению.

 

IV.       КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИЛИ СПРАВОЧНО-ИНФОРМАЦИОННЫЕ

 МАТЕРИАЛЫ (по материалам ЦОР «Открытая Физика» 2.5. Часть 2 / ООО «Физикон» - № 63).

 

Процессы, возникающие в электрических цепях под действием внешнего периодического источника тока, называются вынужденными колебаниями.

Вынужденные колебания, в отличие от собственных колебаний в электрических цепях, являются незатухающими. Периодический внешний источник обеспечивает приток энергии к системе и не дает колебаниям затухать, несмотря на наличие неизбежных потерь.

Особый интерес представляет случай, когда внешний источник, напряжение которого изменяется по гармоническому закону с частотой ω, включен в электрическую цепь, способную совершать собственные свободные колебания на некоторой частоте ω0.

Если частота ω0 свободных колебаний определяется параметрами электрической цепи, то установившиеся вынужденные колебания всегда происходят на частоте ω внешнего источника.

Для установления стационарных вынужденных колебаний необходимо некоторое время Δt после включения в цепь внешнего источника. Это время по порядку величины равно времени τ затухания свободных колебаний в цепи.

Электрические цепи, в которых происходят установившиеся вынужденные колебания под действием периодического источника тока, называются цепями переменного тока.

Рассмотрим последовательный колебательный контур, то есть RLC-цепь, в которую включен источник тока, напряжение которого изменяется по периодическому закону (рис.1):

 

e(t) = Eds0 cos ωt,

 

где Eds0 – амплитуда, ω – круговая частота.

Рис. 1. Вынужденные колебания в контуре.

Предполагается, что для электрической цепи, изображенной на рис. 2.3.1, выполнено условие квазистационарности. Поэтому закон Ома можно записать для мгновенных значений токов и напряжений:

 

 

Величина – это перенесенная с изменением знака из правой части уравнения в левую ЭДС самоиндукции катушки. Эту величину принято называть напряжением на катушке индуктивности.

Уравнение вынужденных колебаний можно записать в виде

 

uR + uC + uL = e(t) = Eds0 cos ωt,

 

где uR(t), uC(t) и uL(t) – мгновенные значения напряжений на резисторе, конденсаторе и катушке соответственно. Амплитуды этих напряжений будем обозначать буквами UR, UC и UL. При установившихся вынужденных колебаниях все напряжения изменяются с частотой ω внешнего источника переменного тока. Для наглядного решения уравнения вынужденных колебаний можно использовать метод векторных диаграмм.

На векторной диаграмме колебания определенной заданной частоты ω изображаются с помощью векторов (рис. 2).

 

Рис. 2. Изображение гармонических колебаний A cos (ωt + φ1), B cos (ωt + φ2) и их суммы C cos (ωt + φ) с помощью векторов на векторной диаграмме.

Длины векторов на диаграмме равны амплитудам колебаний A и B, а наклон к горизонтальной оси определяется фазами колебаний φ1 и φ2. Взаимная ориентация векторов определяется относительным фазовым сдвигом Δφ = φ1 – φ2. Вектор, изображающий суммарное колебание, строится на векторной диаграмме по правилу сложения векторов:

Для того, чтобы построить векторную диаграмму напряжений и токов при вынужденных колебаниях в электрической цепи, нужно знать соотношения между амплитудами токов и напряжений и фазовый сдвиг между ними для всех участков цепи.

Рассмотрим по отдельности случаи подключения внешнего источника переменного тока к резистру с сопротивлением R, конденсатору емкости C и катушки индуктивности L. Во всех трех случаях напряжения на резисторе, конденсаторе и катушке равны напряжению источника переменного тока.

1. Резистор в цепи переменного тока

 

 

Здесь через IR обозначена амплитуда тока, протекающего через резистор. Связь между амплитудами тока и напряжения на резисторе выражается соотношением

 

RIR = UR.

 

Фазовый сдвиг между током и напряжением на резисторе равен нулю.

2. Конденсатор в цепи переменного тока

 

 

 

 

 

Соотношение между амплитудами тока IC и напряжения UC:

 

 

Ток опережает по фазе напряжение на угол

3. Катушка в цепи переменного тока

 

 

 

 

 

Соотношение между амплитудами тока IL и напряжения UL:

 

ωLIL = UL.

 

Ток отстает по фазе от напряжения на угол

4. Последовательный RLC-контур. Можно построить векторную диаграмму для последовательного RLC-контура, в котором происходят вынужденные колебания на частоте ω. Поскольку ток, протекающий через последовательно соединенные участки цепи, один и тот же, векторную диаграмму удобно строить относительно вектора, изображающего колебания тока в цепи. Амплитуду тока обозначим через I0. Фаза тока принимается равной нулю. Это вполне допустимо, так как физический интерес представляют не абсолютные значения фаз, а относительные фазовые сдвиги. Векторная диаграмма для последовательного RLC-контура изображена на рис.2.

Рис. 3 . Векторная диаграмма для последовательной RLC-цепи.

Векторная диаграмма на рис.3. построена для случая, когда или В этом случае напряжение внешнего источника опережает по фазе ток, текущий в цепи, на некоторый угол φ.

Из рисунка видно, что

 

 

откуда следует

 

 

Из выражения для I0 видно, что амплитуда тока принимает максимальное значение при условии

 

 

или

 

 

Явление возрастания амплитуды колебаний тока при совпадении частоты ω внешнего источника с собственной частотой ω0 электрической цепи называется электрическим резонансом. При резонансе

 

 

Сдвиг фаз φ между приложенным напряжением и током в цепи при резонансе обращается в нуль. Резонанс в последовательной RLC-цепи называется резонансом напряжений. Аналогичным образом с помощью векторной диаграммы можно исследовать явление резонанса при параллельном соединении элементов R, L и C (так называемый резонанс токов).

При последовательном резонансе (ω = ω0) амплитуды UC и UL напряжений на конденсаторе и катушке резко возрастают:

 

 

Существует понятие добротности RLC-контура:

 

 

Таким образом, при резонансе амплитуды напряжений на конденсаторе и катушке в Q раз превышают амплитуду напряжения внешнего источника.

 

Рис. 4. Резонансные кривые для контуров с различными значениями добротности Q.

 

 

 

 

Рис. 4 иллюстрирует явление резонанса в последовательном электрическом контуре. На рисунке графически изображена зависимость отношения амплитуды UC напряжения на конденсаторе к амплитуде Eds0 напряжения источника от его частоты ω для различных значений добротности Q. Кривые на рис. 4 называются резонансными кривыми.

Можно показать, что максимум резонансных кривых для контуров с низкой добротностью несколько сдвинуты в область низких частот. «Острота» резонансной кривой сильно зависит от энергетических потерь в контуре. При увеличении активного сопротивления контура резонансная кривая становится менее «острой».

V.      КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ, ВЫПОЛНЯЕМОЙ СТУДЕНТАМИ В ХОДЕ ЗАНЯТИЯ (Описание экспериментальных установок. Порядок проведения эксперимента, постановки опыта, снятия замеров и обработки данных эксперимента. Методика анализа полученных результатов).

 

 

Порядок  работы

1. Повторение содержания учебной темы «Свободные и вынужденные колебания в RLC контуре. Резонанс в цепи переменного тока» с использованием  рекомендуемых учебных пособий и ЦОР.

2. Планирование и выполнение натурного эксперимента по исследовани закономерностей колебательных процессов в последовательном RLC контуре

3. Планирование и выполнение виртуального эксперимента (ЦОР Модель 2.4.  Вынужденные  колебания в RLC контуре. Открытая физика 2.5. В 2 ч. (CD) . Часть 2  / Под ред. С.М. Козела. –  М.: ООО «Физикон», 2002). При планировании эксперимента следует воспользоваться обобщенным планом работы с интерактивной моделью.

4. Подготовка  отчета о результатах выполнения работы.

 Дополнительное  задание:

·     Выполнить виртуальный эксперимент «Колебания в контуре с активным сопротивлением» (ИУМК Физическая лаборатория «STRATUM 2000» (CD) / Д.В. Баяндин, О.И. Мухин. -  Пермь: РЦИ ПГТУ , 2006 (http://www.stratum.ac.ru/)

Поиск: Систематический каталог моделей / Электромагнетизм / Электромагнитная индукция и электромагнитные колебания / Колебания в контуре с активным сопротивлением

·     Проанализировать содержание инструкции к виртуальной модели. Переработать инструкции в соответствии на основе обобщенного плана анализа интерактивной модели физического эксперимента.

 

Указания к работе

I. Натурный физический эксперимент

 

Инструкция к работе  с натурной установкой

«Вынужденные колебания в RCL-контуре. Резонанс»

(традиционный вариант инструкции к лабораторной работе школьного физпрактикума)

 

Цель: исследование зависимости силы тока в RCL-контуре от частоты вынужденных  колебаний,  определение резонансной частоты.

Оборудование: генератор звуковой;  вольтметр;  миллиамперметр; катушка индуктивности;  магазин сопротивлений; конденсатор переменной емкости.

Порядок выполнения:

1. Соберите на монтажном столе схему, показанную на рис. 1

2.  Установите сопротивление в цепи 1000 Ом. Изменяя частоту генератора от 200 Гц до 500 Гц через  20 Гц, с помощью амперметра измерьте силу тока в цепи и занесите измеренные значения в таблицу.

Повторите эксперимент для других значений активного сопротивления: 500 Ом, 200 Ом и 10 Ом. Данные занесите в таблицу 1. Целесообразно для оформления результатов эксперимента  использовать табличный процессор MS Excel.

3. Постройте на одной координатной плоскости графики зависимости силы тока в цепи от частоты генератора для различных значений активного сопротивления. По графикам определите резонансную частоту для каждого из значений сопротивлений. Целесообразно для  построения графиков использовать табличный процессор MS Excel.

4. Рассчитайте по номинальным параметрам контура  частоту резонанса и сравните полученное значение с экспериментальным.

 

Результаты эксперимента

 

Таблица 1

Зависимость силы тока от частоты колебаний тока  и величины активного

сопротивления контура  

R, Ом

ω, Гц

200

240

260

300

440

460

500

I, мА

1000

 

 

 

 

 

 

 

 

500

 

 

 

 

 

 

 

 

200

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Экспериментальное значение:

Расчетное значение резонансной частоты:

Параметры контура:

Конденсатор: С = 0,22 мкФ;

Катушка: L = 40 Гн.

Расчет ошибки метода определения резонансной частоты:

 

 

Анализ результатов. Вывод.

Проанализируйте цель эксперимента и ответьте на вопросы:

·     какова зависимость силы тока в колебательном контуре от частоты колебаний напряжения внешнего источника?

·     чему равно значение  резонансной частоты для данного колебательного контура?

·     как зависит величина силы тока при резонансной частоте от активного сопротивления контура?

Отчет по эксперименту целесообразно подготовить в MS Excel. При подготовке отчета использовать процедуры построения графиков и выполнения расчетов.

 

П. Виртуальный физический эксперимент

 

Обобщенный план учебной работы с  интерактивной моделью

1.     Рассмотрите составляющие интерфейса модели. Обратите внимание на активные «окна» и «клавиши» интерфейса. В случае необходимости обратитесь к разделу «помощь» или «справка». Уточните  в итоге уровни доступа к работе с моделью:

1.     блоку ввода данных,

2.     блоку их обработки,

3.     блоку вывода результата на экран.

2.     Обратите внимание в блоке ввода данных на те элементы модели, а также те ее параметры, которые могут быть изменены пользователем (выбор и/или перемещение элементов, ввод  начальных граничных условий, изменение временных и/или пространственных масштабов и пр.).

3.     Проанализируйте возможности управления моделью через блок обработки данных (наличие калькулятора, табличного процессора, возможности работы с графиками  и  статистической обработки данных и пр.)  

4.     Уточните возможности управления моделью через блок вывода результатов виртуального эксперимента на экран монитора (см. имеющийся выбор способов представления данных на экране монитора - протокол, таблицы, графики функций, рисунок, динамическая модель).

5.     Запустите модель. Рассмотрите различные состояния модели, пронаблюдаете особенности ее работы, произвольно изменяя состав элементов модели и значения параметров в блоке ввода данных.

6.     Сформулируйте цели изучения материала на основе работы с данной моделью или цели исследования явления на основе  его модели:

·     просмотр различных вариантов работы модели  и фиксация полученных результатов в качестве иллюстраций к  изучаемому материалу;

·     тестирование модели (оценка уровня достоверности  результатов моделирования на основе сравнения с известными результатами натурного эксперимента);

·     исследование поведения модели в новых условиях (выдвижение модельных гипотез), с последующей проверкой в натурном эксперименте.

7.     Составьте план работы с моделью:

·     определите, какой параметр модели необходимо изменять, для выявления интересующих особенностей ее поведения;

·     выясните, какие результаты и в какой форме следует зафиксировать в ходе исследования;

·     при наличии  некоторого числа изменяемых параметров модели следует определить этапы работы, на каждом из которых следует изменять лишь один из параметров, оставляя другие параметры модели постоянными;

·     при достаточной ясности поведения модели в различных условиях возможно одновременное изменение нескольких параметров;

·   при проведении количественных экспериментов следует уточнить (назначить) пределы и шаг изменения  параметров модели.

8.     Определите способы записи результатов работы модели (традиционные или электронные: протоколы, таблицы, диаграммы, схемы, графики и пр.).

9.     Изучите (исследуйте) работу модели в соответствии с намеченным планом. Зафиксируйте результаты работы рациональным способом.

10.  Выполните при необходимости математическую обработку полученных данных. Используйте соответствующие задачам обработки инструментальные программы для ЭВМ.

11.  Проанализируйте полученные данные, сформулируйте выводы:

·       при формулировке вывода обратите внимание на поставленные ранее цели работы  с моделью; отметьте, удалось ли достичь поставленных целей и в какой степени;

·       при изучении поведения модели при различных значениях ее параметров, обратите обязательно внимание на те ситуации, в которых происходила смена режимов ее поведения.

12.  Если работа с моделью носила исследовательский характер, то определите  цели дальнейшего исследования:

·         цели последующего натурного эксперимента;

·         цели модификации  компьютерной программы, реализующей модель.

13.  Подготовьте отчет (устный рассказ, письменный отчет, компьютерную презентацию) о выполненной работе. Для письменных отчетов может быть использован табличный процессор MS Excel, а также встроенные в виртуальную среду моделирования специальные инструменты учебной деятельности. Письменный отчет может включать распечатки фрагментов документа (или весь документ) отчета MS Excel, а также иллюстрации работы модели, выполненные с помощью клавиши «Prn Sc».

     

Инструктивные указания

к работе c интерактивной  моделью

Модель 2.4.  Вынужденные  колебания в RLC контуре. Открытая физика 2.5. В 2 ч. (CD) . Часть 2  / Под ред. С.М. Козела. –  М.: ООО «Физикон», 2002 (http://www.physicon.ru/.).

Поиск: Содержание / Модели / Глава 2 Электромагнитные колебания и волны /.  Вынужденные  колебания в RLC контуре.

 

Анализ модели

1. Рассмотрите составляющие модели 2.4.«Вынужденные  колебания в RLC контуре».

В модели представлена электрическая схема последовательного  RLC контура.

Имеются четыре активных окна для изменения параметров колебательного контура (доступ  к  блоку ввода данных).

2.Можно изменять следующие параметры модели (кнопками  «вверх-вниз» -  ):

А. Активное сопротивление контура -  R (от 1,5 до 10 О м);

Б. Емкость конденсатора – C (50 до 100  мкФ);

В. Индуктивность катушки – L (от 1 до 3 мГн°).  

С. Частота колебаний внешнего источника -  (от 1000 до 6000 с-1)

3. Результаты виртуального эксперимента (блок вывода данных на экран монитора) демонстрируются в виде отображения:

·   координатной плоскости с графиком зависимости  Uc/ U = f ();

·    векторной диаграммы, иллюстрирующая соотношения между амплитудами напряжений U, Uc, UL и их фазами при вынужденных колебаниях;

·   значения отношения  Uc/ U

·   значения резонансной частоты - ;

·   значений емкостного и индуктивного сопротивлений контура – XС  и XL

4. Выполните несколько пробных  операций с моделью. Произвольно изменяя  параметры модели, обратите внимание на изменения  данных вывода результатов работы на экран (см. векторную диаграмму, график зависимости Uc/ U = f (); значения параметров контура). Обратите внимание как меняются значения XС  и XL  при соответствующем изменении C и  L контура.

Планирование  и выполнение работы

5. Цели работы: изучение явления резонанса напряжений в последовательном RLC контуре

6. Ход работы:

А. Последовательно измените значения  C и  L контура. Убедитесь, что при изменении C и  L контура соответственно  изменяются значения XС  и XL .  Обратите внимание, что эти изменения происходят в соответствии с формулами для значений емкостного и индуктивного сопротивлений:

    и

 

Б. Установите частоту колебаний внешего источника 2500 с-1., значение активного сопротивления R – 3 Ом. Изменяя значения C и  L контура, добейтесь равенства емкостного - XС и индуктивного - XL сопротивлений контура.  Обратите внимание, что при данной частоте  длины противоположно направленных векторов Uc и UL  становятся равными, а отношение Uc/ U – достигает максимума (см. векторную диаграмму и  максимум кривой зависимости Uc/ U = f () на координатной плоскости). При данных частоте и параметрах контура наблюдается явление резонанса (резонанс напряжений). Сформулируйте вывод 1.

В. Установите другое значение частоты колебаний внешнего источника. Повторите указанные выше манипуляции и еще раз добейтесь резонанса напряжений. Зафиксируте полученные результаты в тетради. Укажите необходимые для иллюстрации явления резонанаса параметры контура.

Г. Сохраняя прежние параметры контура уменьшите значение  активного сопротивления цепи до 2, 5 Ом, а затем до 2,0 и 1,5 Ом. Зафиксируйте полученные результаты (см. изменения резонансной кривой и веторной диаграммы). Сформулируйте вывод 2

Д. Убедитесь с помощью данной модели, что при сильном затухании в контуре (т. е. при достаточно большом значении активного сопротивления R) максимум резонансной кривой несколько сдвигается в область низких частот относительно собственной частоты ω0. Зафиксируйте эффект смещения  в виде двух резонансных кривых для различных значений активного сопротивления цепи.

Е. Установите значения следующие параметров контура: R = 3,5 Ом ,  L=3.0 Гн,   C= 50 мкФ . Плавно меняя частоту внешнего источника,  пронаблюдайте, как меняются амплитуды колебаний напряжения на различных участках контура (UR, Uc, UL)  и сдвиг фаз φ между приложенным напряжением и током в цепи. Подготовьте комментарий к данной демонстрации. Сформулируйте вывод.

Представление результатов работы

7. Проанализируйте результаты модельного эксперимента, сформулируйте выводы. Отдельные выводы целесообразно проиллюстрировать графиками и рисунками.

При подготовке отчета можно использовать редактор презентаций MS PP, а также иллюстрации к  работе модели, выполненные с помощью клавиши «Prn Sc».

IV.      ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ И ЕГО ЗАЩИТЫ.

По результатам лабораторной работы необходимо:

А. Оформить письменный отчет по лабораторным заданиям (в MS Excel или в MS Word), включающий:

·     цель;

·     оборудование;

·     рисунок экспериментальной установки (описание виртуальной модели);

·     результаты исследования в форме численных данных, таблиц, графиков (использовать для обработки результатов табличный процессор MS Excel);

·     выводы.

Б. Представить отчет преподавателю (индивидуальная беседа, учебный тест из ЦОР).

В. Представить материалы по индивидуальным проектам  в системе ДО «Moodl» (см. задачи занятия) для промежуточного контроля.

 

V.      РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЗАНЯТИЯ (с указанием на инновационность целей, содержания, методов, форм и средств обучения)

Инновационность целей лабораторного занятия обусловлена их  направленностью на формирование специальной профессиональной компетентности студентов в области применения ИКТ в организации лабораторных занятий с учащимися. Достижение данной цели предполагает решение ряда задач:

·    формирование знаний студентов о направлениях и приемах использования  средств ИКТ на лабораторных занятиях по  физике, о дидактической ценности и методике использования аппаратных средств и ресурсов предметной виртуальной среды для решения  учебных задач конкретного лабораторного занятия;

·    формирование профессиональных умений в разработке дидактических материалов для самостоятельной работы учащихся  на лабораторном  занятии;

·    совершенствование коммуникативных умений студентов, их творческих способностей при выполнении  лабораторных заданий и индивидуальных проектов.

Инновационность содержания занятия обусловлена представлением студентами  структуры  и содержания деятельности  учащихся и учителя физики при выполнении лабораторного эксперимента с использованием средств ИКТ (аппаратных средств регистрации данных натурного опыта, интерактивных моделей физического эксперимента и физических явлений, инструментов обработки данных эксперимента в виртуальной среде, интерактивных  учебных тестов).

Инновационность методов и форм обучения обусловлена использование средств ИКТ при подготовке и проведении учебных занятий со студентами, организацией самостоятельной  работы студентов на занятии и при подготовке к нему, обеспечением уровневого подхода к формулировке заданий для самостоятельной работы, возможностью выбора студентом заданий для дополнительной учебной работы, организацией работы студентов  в творческих группах, использование коллективных обсуждений и дискуссий по содержанию индивидуальных учебных заданий и творческих проектов. 

Дидактическая структура занятия. В начале занятия проводится обсуждение со студентами текущих задач по разработке индивидуальных творческих проектов (не более 20 мин). Обсуждение строится на основе презентаций, подготовленных преподавателем и студентами. В процессе обсуждения корректируются  направления и методы работы студентов над индивидуальными проектами, уточняется содержание их учебной работы. Основное время учебного занятия предназначено для выполнения каждым студентом двух лабораторных работ по программе практикума. В процессе занятия преподаватель оказывает помощь студентам в работе над лабораторным заданием, в особенности в части использования средств ИКТ в лабораторном эксперименте. Объем работы студентов на занятии может регулироваться, в зависимости от уровня их подготовки к занятию и ИКТ-компетентности. Выполнение части заданий может быть вынесено на самостоятельную работу в ЛПП.

В конце занятия  анализируются отчеты студентов о выполнении лабораторного задания (индивидуальная беседа по итогам работы, анализ работы студентов над учебными тестами из ЦОР, а также над учебными тестами, подготовленными студентами в рамках индивидуальных проектов).  В процессе занятия используются коллективные, групповые и парные формы учебной работы.

Результаты индивидуальной работы студентов над лабораторными заданиями и по индивидуальным проектам систематически представляются в системе  ДО «Moodl». Это позволяет преподавателю оптимизировать текущий контроль учебной работы студентов, а студентам обмениваться опытом учебной работы над заданиями.

 

 



[1]  См. Приложение 1 «Каталог медиаобъектов к лабораторной работе № 3 ( разработка студента)