Педагогика скачать реферат

[ книги ] [ рефераты ] [ новости ] [ ридеры ] [ регистрация ] [ вход ]
[ новинки книг ] [ категории книг ] [ правила ]

''АНАЛОГИИ В КУРСЕ ФИЗИКИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ'' скачать реферат

Введение.

Аналогия - один из методов научного познания, который широко применяется при изучении физики.
В основе аналогии лежит сравнение. Если обнаруживается, что два или более объектов имеют сходные признаки, то делается вывод и о сходстве некоторых других признаков. Вывод по аналогии может быть как истинным, так и ложным, поэтому он требует экспериментальной проверки.
Значение аналогий при обучении связано с повышением научно-теоретического уровня изложения материала на уроках физики в средней школе, с формированием научного мировоззрения учащихся.
В практике обучение аналогии используется в основном для пояснения уже введенных трудных понятий и закономерностей.
Электромагнитные колебания и волны - темы школьного курса физики, усвоение которых традиционно вызывает большие затруднения у учащихся. Поэтому для облегчения изучения электромагнитных процессов используются электромеханические аналогии, поскольку колебания и волны различной природы подчиняются общим закономерностям.
Аналогии между механическими и электрическими колебательными процессами с успехом используются в современных исследованиях и расчетах. При расчете сложных математических систем часто прибегают к электромеханической аналогии, моделируя механическую систему соответствующей электрической.
Демонстрационный эксперимент при изучении переменного тока вскрывает лишь некоторые основные особенности процессов протекания тока по различным электрическим цепям. Здесь большое значение имеют аналогии, дающие возможность понять ряд явлений в цепях переменного тока, сущность которых трудно разъяснить в средней школе другими средствами. К таким вопросам в первую очередь относятся явления в цепях переменного тока с емкостью и индуктивностью, а также сдвиг фаз между током и напряжением.
Использование метода аналогии при решении задач может идти в двух направлениях:
1) непосредственное применение этого метода;
2) отыскание физической системы, которая аналогична данной в условии задачи.
В данной работе будут рассмотрены следующие аналогии, изучаемые в курсе физики средней школы: электромагнитные и механические колебания; решение уравнений, описывающих колебания в пружинном и математическом маятниках; решение физических задач; изучение волновых процессов; изучение электрических цепей с использованием аналогии; использование аналогии при изучении транзистора; аналогии при изучении постулатов Бора; волчок и магнит; свет и глаз.
Таким образом аналогии позволяют учащимся более глубоко понять известные физические явления, понятия и процессы.

ГЛАВА 1 ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ АНАЛОГИИ.
§ 1 Электромагнитные и механические аналогии.

В теме " Электромагнитные колебания " рассматривается электромагнитный процесс, возникающий при разрядке конденсатора через катушку индуктивности и делается вывод о колебательном характере этого процесса.
Электромагнитные колебания в контуре имеют сходство со свободными механическими колебаниями, например с колебаниями тела, закрепленного на пружине. Сходство относится не к природе самих величин, которые периодически изменяются, а к процессам периодического изменения различных величин.
При механических колебаниях периодически изменяются координата тела x и проекции его скорости , а при электромагнитных колебаниях меняются заряд конденсатора q и сила тока в цепи i. Одинаковый характер изменения величин (механических и электрических) объясняется тем, что имеется аналогия в условиях, при которых порождаются механические и электромагнитные колебания. Возвращение к положению равновесия тела на пружине вызывается силой упругости F , пропорциональной смещению тела от положения равновесия. Коэффициентом пропорциональности является жесткость пружины k. Разрядка конденсатора (появление тока) обусловлена напряжением U между пластинами конденсатора, которое пропорционально заряду q. Коэффициентом пропорциональности является величина , обратная емкости, так как = q.
Подобно тому как вследствии инертности тело лишь постепенно увеличивает скорость под действием силы и эта скорость после прекращения действия силы не становится сразу равной нулю, электрический ток в катушке за счет явления самоиндукции увеличивается под действием напряжения постепенно и не исчезает сразу, когда это напряжение становится равным нулю. Индуктивность контура L играет туже роль, что и масса тела m в механике. Соответственно кинетической энергии тела отвечает энергия магнитного поля тока , а импульсу тела mv отвечает поток магнитной индукции Li .
Зарядке конденсатора от батареи соответствует сообщение телу, прикрепленному к пружине, потенциальной энергии при смещении тела на расстояние от положения равновесия (рис. 1,а).
Сравнивая это выражение с энергией конденсатора , замечаем, что жесткость k пружины играет при механическом колебательном процессе такую же роль, как величина , обратная емкости, при электромагнитных колебаниях, а начальная координата соответствует заряду .
Возникновение в электрической цепи тока i за счет разности потенциалов соответствующих появлению в механической колебательной системе скорости под действием силы упругости пружины (рис.1,б). Моменту, когда конденсатор разрядится, а сила тока достигнет максимума, соответствует прохождение тела через положение равновесия с максимальной скоростью (рис.1.в). Далее конденсатор начнет перезаряжаться, а тело смещаться влево от положения равновесия (рис.1,г). По прошествии половины периода Т конденсатор полностью перезарядится и сила тока станет равной нулю. Этому состоянию соответствует отклонение тела в крайнее левое положение, когда его скорость равна нулю (рис.1,д).



Рассмотренные выше колебания являются свободными. Здесь не учтено, что в любой реальной механической системе существуют силы трения.
Таким образом, соответствие между механическими и электрическими величинами при колебательных процессах можно представить в виде таблицы 1

Механические величины Электрические величины
Координата х Заряд q
Скорость vx=x' Сила тока i=q'
Ускорение аx=vx Скорость изменения силы тока i'
Масса m Индуктивность L
Жесткость k Величина, обратная электроемкости. 1/С
Сила F Напряжение U
Вязкость  Сопротивление R
Потенциальная энергия деформирован¬ной пружины kx2/2 Энергия электрического поля конден¬сатора q2/(2C)
Кинетическая энергия mv2/2 Энергия магнитного поля катушки Li2/2
Импульс mv Поток магнитной индукции Li

Выведем уравнение свободных незатухающих электромагнитных колебаний в контуре и колебаний горизонтального пружинного маятника. Применяя к пружинному маятнику закон сохранения энергии, получим равенство: + , где
, , тогда имеем
(1)
Так как
и получаем

=const (2)

Следует заметить, что уравнение (2) так же следует из закона сохранения энергии. В уравнении (2) i=q' - мгновенное значение силы тока, qmax - максимальный заряд на конденсаторе (он не должен вызвать пробоя). Делаем вы¬вод о зависимости силы тока от величины за¬ряда и находим значение максимальной силы тока:
; Откуда

при q=0.
Как видно формально с точки зрения математики уравнения (1) и (2) являются одинаковыми.
Решаем уравнение (2): производная полной энергии по времени равна нулю, так как энергия постоянна.
Следовательно, равна нулю сумма производных по времени от энергий магнитного и электрического полей.
или


(3)


Физический смысл уравнения (3) состоит в том, что скорость изменения энергии магнитного поля по модулю равна скорости изменения энергии электрического поля; знак “минус” указывает на то, что, когда энергия электрического поля возрастает, энергия магнитного поля убывает (и наоборот). Поэтому полная энергия не меняется.
Вычисляя обе производные получаем:




так как , тогда

и
получаем


(4)

Уравнение (4) является основным уравнением, описывающем процессы в колебательном контуре.

Рассмотрим колебания вертикального пружинного и математического маятников.

Выведем груз из положения равновесия, рас¬тянув пружину на длину Хm (рис.2) и от¬пустим. (Амплитудное растяжение пружины Xm должно быть таково, чтобы был справедлив закон Гука и выводимая на его основе формула потенциальной энергии пружины.)

Рис.2

Мгновенные значения координаты груза х в процессе колебаний лежат в пределах -xmxxm . По закону сохраненья энергии имеем:

(5)
где X0=mg/k - статическое растяжение пру¬жины (потенциальную энергию груза в поле силы тяжести отсчитываем от уровня равно¬весия груза, обозначенного на рис. 2 пункти¬ром). Учитывая, что и , получим уравнение колебаний





=соnst (6)

Как видно уравнения колебаний горизонтального и вертикального пружинных маятников одинаковы.
Ускорение свободного падения g, имеющееся в уравнении (5), отсутствует в полученном уравнении колебаний. Следовательно, колеба¬ния груза на пружине не зависят от g и оди¬наковы, например, на Земле и Луне.
Хотя в дифференциальные уравнения (1) и (6) входят разные величины, математически они эквивалентны.
По аналогии с уравнением (4) описывающем процессы в колебательном контуре, запишем уравнение колебания пружинного маятника:

; ;
получим

, (7)

Отклоним теперь математический маятник длиной l (рис. 3) от положения равновесия на длину дуги sm<<l и отпустим. Мгновен¬ная высота подъема маятника

Добавлен: 09.01.2012, 17:54 [ Скачать с сервера (1.20 Mb) ]
Категория: Педагогика | Добавил: Lakomka
Просмотров: 1275 | Загрузок: 156
Рейтинг: 0.0/0

форма входа

Логин:
Пароль:

объявления

В перуанских Андах во время раскопок найдена хрустальная табличка, покрытая древними письменами. Уже первые попытки их расшифровки дают повод предположить, что находка скрывает тайны, от которых зависит судьба людей на планете. Но расшифровать текст полностью ученым не удается - экспедиция гибнет, а плита с записями загадочным образом исчезает. Ана...
Единственное желание Феньки – запереть накрепко внутри своей души все плохое и страшное, что было в прошлом, а ключи выкинуть в темный омут. Но горькая и запретная любовь к Стасу вопреки всему рвется наружу… Чтобы отвлечься, Фенька с головой погружается в расследование обстоятельств смерти Авроры Багрянской. Ее сын не сомневается: матери помогли от...
Пятеро джентльменов решили организовать клуб «Вторник». Каждый вторник они собираются и рассказывают истории про загадочные преступления, а затем сообща пытаются найти разгадку. Однако, когда в клубе появляется шестой участник – мисс Марпл, – умным и интеллигентным джентльменам приходится с неохотой признать, что милая старушка даст им сто очков вп...
Не ожидала Таня Садовникова такого от мамы! Приехали вместе на респектабельный курорт Карловы Вары, а там родительница окунулась в любовь, как девчонка. С Мирославом Крассом Юлия Николаевна познакомилась еще в молодости, но тогда иностранец загадочно исчез, чтобы эффектно появиться спустя много лет. Ах, как красиво он ухаживал! Увез возлюбленную сн...

объявления

: ОРИЕНТИРОВАНИЕ. ПРИБОРЫ ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАНИЯ

[Геодезия, геология] - скачать

Геологічна будова Капітанівського родовища хромистих та нікелевих руд

[Геодезия, геология] - скачать

Фотосинтез

[Биология] - скачать

Вечный двигатель

[Физика] - скачать

Литология

[Геодезия, геология] - скачать

- Причины бесплодия у мужчин
- 13 пpичин, пoчeмy нeoбxoдимo читaть книги
- Изoбpaжeниe жeнcкиx xapaктepoв в пpoизвeдeнияx H.C. Лecкoвa
- Софосбувир
- Обзор театров Санкт-Петербурга
- Джек-пот – история развития
- Алкоголизм и его стадии
- Что такое вывод из запоя
- Что такое контекстная реклама?
- Мезотерапия
- Сервис заметок Evernote
- Oбpaщeниe A.П. Чexoвa к дpaмaтичecким пpoизвeдeниям. Пьeca «Ивaнoв»
- Что такое спирулина
- Pyccкaя пoвecть нaчaлa XIX вeкa и ee cвoeoбpaзие
- Как лечить абстинентный синдром
- Виниловые пластинки
- Типы и виды капсул для кофемашин
- Paзвитиe жaнpa пyтeшecтвий в Poccии нaчaлa XIX вeка
- Кровельные работы что это такое
- Подарки ручной работы
- Bлияниe нayки нa литepaтypy
- Литepaтypoвeдeниe и иcкyccтвoзнaние
- Черкассы: достопримечательности и описание
- Хмельницкий (город): достопримечательности
- Достопримечательности Винницы
- Филocoфcкo-иcтopичecкaя кoнцeпция poмaнa «Пeтepбypг» Aндpeя Бeлoгo
- Poмaн «Пeтepбypг» Aндpeя Бeлoгo: o Poccии и peвoлюции
- Виды бейджей. Размер бейджа и его предназначение
- Преимущества окон из лиственницы
- Спутниковый интернет и его преимущества
- Прокат автомобилей: преимущества и достоинства
- Мягкая кровля: виды, особенности монтажа, преимущества
- Яблоня — особенности выращивания и выбора саженцев
- Общие сведения и краткая история Майкопа
- Что такое вывод из запоя
- Пoэтичecкoe твopчecтвo Aндpeя Бeлoгo нaчaлa 1900-x гг.
- «Cимфoнии» Aндpeя Бeлoгo и иx xyдoжecтвeнныe ocoбeннocти
- Первый раз в детский сад. Медицинская карта для детского сада
- Что такое лотки для теплотрасс? Какие функции они выполняют?
- Пpeкpacный и cтpaшный миp в пoэзии A. A. Блoкa
- Pacцвeт пoэтичecкoгo тaлaнтa A. A. Блoкa в 1910-e гг.
- Виды теплообменников, их устройство и принцип работы
- Мебельный крепеж – виды и особенности применения
- Балет для взрослых: в чем преимущество популярного танцевального направления
- Тайский бокс и его особенности
- Что такое аккумулятор и для чего он нужен в автомобиле?
- Преимущества работы вебкам модели на студии
- Достоинства сигар и их история
- Как выбрать лучшего адвоката по уголовным делам?
- Пepвыe пoэтичecкиe oпыты Aлeкcaндpa Aлeкcaндpoвичa Блoкa