Компьютерные модели на уроках физики

Часто бывает так, что из-за слабой материальной базы в школе невозможно провести тот или иной эксперимент или практическую работу. Здесь в помощь учителю могут прийти компьютерные модели. Например, я в своей работе использую диск Учебное электронное издание. Физика. 7–11-й класс. Практикум. Подготовленный при содействии НФПК-Национального фонда подготовки кадров.

Мной был разработан ряд компьютерных лабораторных работ. Которые я провожу уже в течение 5-ти лет. Это раздаточный материал, инструкции для учащихся, которые пользуются ими для выполнения практической работы.

Рисунки моделей представлены в Приложении

ФОТОЭФФЕКТ

Компьютерная лабораторная работа по исследованию явления фотоэффекта.

Оборудование: ПК, компьютерный курс “Физика 7–11-й класс. Практикум”, учебник физики.

Практические задания и вопросы

1. Откройте в программе “Физика 7–11-й класс” в Лаборатории в разделе “Атомная и ядерная физика” компьютерную модель “Фотоэффект”

2. Прочитайте конспект к лабораторной работе “Фотоэффект”.

3. Изменяя значение напряжения U между анодом и катодом фотоэлемента и его знак, длину волны в диапазоне видимого света и мощность светового потока P, исследуйте закономерности внешнего фотоэффекта (см. конспект к работе).

4. Меняя длину волны, пронаблюдайте изменения в графике зарисуйте 3 графика и подпишите соответствующую графику длину волны.

5. Определите красную границу фотоэффекта _min.

_{min =}

6. Найдите работу выхода материала фотокатода А_вых.

А_вых=

7. Измерьте запирающий потенциал U_з для различных длин волн

8. Определите постоянную Планка h.

h=

9. Ответьте письменно на вопросы:

а) Дайте определение явлению фотоэффекта.

б) Сформулируйте основные законы фотоэффекта?

в) Какая “работа” называется “работой выхода”?

г) Что такое красная граница фотоэффекта?

10. Тест:

А) Как изменится частота “красной” границы фотоэффекта, если шарику радиусом R, освещаемому светом, сообщить положительный заряд?

1 – Не изменится.

2 – Увеличится.

3 – Уменьшится.

4 – Ответ неоднозначный.

Б) Как изменится кинетическая энергия электронов при фотоэффекте, если увеличить частоту облучающего света, не изменяя общую мощность излучения?

1 – Увеличится.

2 – Уменьшится.

3 – Не изменится.

4 – Ответ неоднозначен.

В) При освещении катода вакуумного фотоэлемента потоком монохроматического света происходит освобождение фотоэлектронов. Как изменится максимальная энергия фотоэлектронов при увеличении частоты в 2 раза?

1 – Не изменится.

2 – Увеличится в 2 раза.

3 – Увеличится менее чем в 2 раза.

4 – Увеличится более чем в 2 раза.

11. Решите задачи:

1) В экспериментах по изучению фотоэффекта использовался монохроматический свет некоторой частоты. Оказалось, что ток прекращается при запирающем потенциале U_з = 1,25 В. Определите максимальную кинетическую энергию электронов, выбиваемых светом из фотокатода.

Заряд электрона e = 1,602·10^–19 Кл.

(E_k)_max = _____    Дж 

2) В экспериментах по изучению фотоэффекта использовался монохроматический свет некоторой частоты. Оказалось, что ток прекращается при запирающем потенциале U_з = 1,25 В. Определите максимальную скорость фотоэлектронов.

Заряд электрона e = 1,602·10^–19 Кл, его масса m = 0,911·10^–30 кг.

_max = ______   м/с

3) Для калия красная граница фотоэффекта _кр = 564 нм. Определите значение запирающего потенциала U_з при падении на калиевый фотокатод монохроматического излучения с длиной волны  = 400 нм.

U_з = ______  В

12. Выводы по лабораторной работе:

13. Количество выполненных заданий:____ Ваша оценка:____

14. Количество ошибок:______Итоговая оценка_______

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА

Компьютерная лабораторная работа по исследованию явления дифракции на примере дифракционной решетки.

Оборудование: ПК, компьютерный курс “Физика 7–11-й класс. Практикум”,учебник физики.

Практические задания и вопросы

15. Откройте в программе “Физика 7–11-й класс” в Лаборатории в разделе “Оптика” компьютерную модель “Дифракционная решетка”

16. Прочитайте конспект к лабораторной работе “Дифракция. Дифракционная решетка”

17. Изменяя значение периода решетки d и длины световой волны , порядок дифракционного максимума m, определите расстояние от максимума нулевого порядка (m = 0) до максимума m-го порядка в фокальной плоскости линзы с фокусным расстоянием F при малых углах дифракции y_m (см. конспект к работе).

17. Определите y_m спектра 3-порядка, если период решетки равен 3*10^-3 см, длина волны 620 нм. Зарисуйте получившийся рисунок в тетрадь. Рассмотрите еще один случай произвольно, используя свои данные

18. Определите для длины волны какого цвета, спектра какого порядка y_m равен 1 см;1,1 см; 1,2 см; 1,3 см.

20. Определите y_m спектра 1 – порядка.

I уровень: для 1 линии всех цветов спектра.

II уровень: диапазон y_m для линий всех цветов спектра.

21. Меняя период решетки, проанализируйте, что какие величины изменяют свое значение.

22. Ответьте письменно на вопросы:

1) Какое явление называется дифракцией?

2) Сформулируйте принцип Гюйгенса-Френеля.

3) Дайте понятие дифракционной решетки.

4) Назовите, на какие виды делятся дифракционные решетки?

5) Какие максимумы называются главными?

6) Почему дифракционная решетка является спектральным прибором?

7) Что можно определить при помощи дифракционной решетки?

23. Тест:

1) Какое из наблюдаемых явлений объясняется дифракцией света:

А – радужная окраска тонких мыльных пленок;

Б – появление светлого пятна в центре тени от малого непрозрачного диска;

В – отклонение световых лучей в область геометрической тени.

2) Какой наибольший порядок спектра можно видеть в дифракционной решетке, имеющей 500 штрихов на 1 мм, при освещении ее светом с длиной волны 720 нм.

А – 3

Б – 2

В – 4

24. Решите задачи:

1) Найдите наибольший порядок спектра красной линии лития с длиной волны 671 нм, если период дифракционной решетки 0,01 мм

2) При помощи дифракционной решетки с периодом 0,02 мм получено первое дифракционное изображение на расстоянии 3,6 см от центрального и на расстоянии 1,8 м от решетки. Найдите длину световой волны

3) Дифракционная решетка имеет 50 штрихов на 1 мм. Под какими углами видны максимумы второго и третьего порядков монохроматического излучения с длиной волны 400 нм.

25. Выводы по лабораторной работе:

26. Количество выполненных заданий:____ ____ Ваша оценка:____ Количество ошибок________Итоговая оценка_______.

ПОСТРОЕНИЕ ХОДА ЛУЧЕЙ В РАССЕИВАЮЩЕЙ ЛИНЗЕ

Оборудование: ПК, компьютерный курс “Физика 7–11-й класс. Практикум”, учебник физики.

Указание к работе: откройте модель в разделе “Оптика”, прочитайте конспекты к работе.

Примечание: Вы можете изменять фокусное расстояние рассеивающей линзы (в пределах 50–300 мм). Для этого необходимо навести курсор на изображение линзы, дважды щелкнуть левой клавишей мыши и, в открывшемся диалоговом окне, установить нужное фокусное расстояние.

Внимание: некоторые изменения в сценарии можно производить только после нажатия кнопки “Стоп” на панели инструментов.

1) Нажмите кнопку “Пуск” на панели инструментов.

2) Посмотрите внимательно, как изменяется направление распространения световых лучей при их прохождении через рассеивающую линзу.

Обратите внимание на то, что лучи преломляются не на поверхностях линзы, а на ее оси. Это означает, что при компьютерном моделировании линза считается тонкой. Напомним, что линза называется тонкой, если ее толщина много меньше, чем радиусы кривизны обеих поверхностей.

Подвигайте точечный источник света вдоль главной оптической оси рассеивающей линзы и понаблюдайте за изменениями картины прохождения световых лучей через нее. Обратите особое внимание на луч, идущий вдоль главной оптической оси линзы.

Для изменения местоположения источника света нужно (при нажатой кнопке “Выбор” на панели инструментов) кликнуть по нему левой клавишей мыши и, не отпуская клавишу, переместить мышь.

3) Ответьте на следующие вопросы:

1. Как проходит через линзу луч, идущий вдоль ее главной оптической оси? Изменяет ли он свое направление?
2. Как проходят через линзу лучи, идущие под углами к ее главной оптической оси?
3. Сравните направления распространения каждого луча, до падения на линзу и после прохождения линзы.

4) Выполните построения и ответьте на вопросы:

1. Если продолжить преломленные линзой лучи, то где они пересекутся?
2. Что представляет собой точка пересечения продолжений этих лучей?

Для построений вы можете использовать инструмент “Линия”. Щелкните левой клавишей мыши по этому инструменту. Наведите курсор на точку, из которой нужно начать линию, нажмите левую клавишу и, не отпуская клавишу, перемещайте мышь.

5) Проведите исследование и ответьте на следующие вопросы:

1. Как влияет на ход лучей изменение фокусного расстояния линзы?
2. Как изменяется величина угла преломления лучей при увеличении (уменьшении) фокусного расстояния линзы?

6) Нарисуйте ход 3 произвольных лучей в рассеивающей линзе, используя модель.

7) Сделайте выводы по выполненной работе.

ПОСТРОЕНИЕ ХОДА ЛУЧЕЙ В СОБИРАЮЩЕЙ ЛИНЗЕ

Оборудование: ПК, компьютерный курс “Физика 7-11 класс. Практикум”, учебник физики.

Указание к работе: откройте модель в разделе “Оптика”,прочитайте конспекты к работе.

Примечание: Вы можете изменять фокусное расстояние собирающей линзы (в пределах 50–300 мм). Для этого необходимо навести курсор на изображение линзы, дважды щелкнуть левой клавишей мыши и в открывшемся диалоговом окне установить нужное фокусное расстояние.

Внимание: некоторые изменения в сценарии можно производить только после нажатия кнопки “Стоп” на панели инструментов.

1) Нажмите кнопку “Пуск” на панели инструментов.

2) Посмотрите внимательно, как изменяется направление распространения световых лучей при их прохождении через собирающую линзу.

Обратите внимание на то, что лучи преломляются не на поверхностях линзы, а на ее оси. Это означает, что при компьютерном моделировании линза считается тонкой. Напомним, что линза называется тонкой, если ее толщина много меньше, чем радиусы кривизны обеих поверхностей.

Подвигайте точечный источник света вдоль главной оптической оси собирающей линзы и понаблюдайте за изменениями картины прохождения световых лучей через нее. Обратите особое внимание на луч, идущий вдоль главной оптической оси линзы.

3) Установите источник света в фокусе линзы. Как теперь идут лучи после прохождения линзы?

Для изменения местоположения источника света нужно (при нажатой кнопке “Выбор” на панели инструментов) кликнуть по нему левой клавишей мыши и, не отпуская клавишу, переместить мышь.

4) Ответьте на следующие вопросы:

1. Как проходит через линзу луч, идущий вдоль ее главной оптической оси? Изменяет ли он свое направление?
2. Как проходят через линзу лучи, идущие под углами к ее главной оптической оси? Сравните направления распространения каждого луча, до падения на линзу и после прохождения линзы.
3. Что представляет собой точка пересечения преломленных линзой лучей?

Для построений вы можете использовать инструмент “Линия”. Щелкните левой клавишей мыши по этому инструменту. Наведите курсор на точку, из которой нужно начать линию, нажмите левую клавишу и, не отпуская клавишу, перемещайте мышь.

5) Выполните построения и ответьте на вопросы:

1. Если продолжить преломленные линзой лучи, то где они пересекутся?
2. Как влияет на ход лучей изменение фокусного расстояния линзы?
3. Как изменяется величина угла преломления лучей при увеличении (уменьшении) фокусного расстояния линзы?

6) Нарисуйте ход лучей в собирающей линзе, используя модель.

7) Сделайте выводы по выполненной работе.

ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР

Компьютерная лабораторная работа по изучению ядерного реактора.

Оборудование: ПК, компьютерный курс “Физика 7–11-й класс. Практикум”, учебник физики.

Практические задания и вопросы

27.  Откройте в программе “Физика 7–11-й класс” в Лаборатории в разделе “Атомная и ядерная физика” компьютерную модель “Ядерный реактор”

28. Прочитайте конспекты к лабораторной работе “Ядерный реактор”. Изучите материал учебника.

29. Рассмотрите модель ядерного реактора и пронаблюдайте принцип действия.

30. Какое устройство называется ядерным реактором?

31. В чем состоит устройство ядерного реактора? Назовите основные элементы ядерного реактора.

32. Принцип действия ядерного реактора.

33. Какие типы реакторов вы знаете? Почему они так называются?

34. Что такое критическая масса?

35. Для чего в реакторе используется замедлитель нейтронов?

36. Выводы по лабораторной работе:

ЯДЕРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

Компьютерная лабораторная работа по изучению ядерных превращений.

Оборудование: ПК, компьютерный курс “Физика 7–11-й класс. Практикум”, учебник физики.

Практические задания и вопросы

37. Откройте в программе “Физика 7–11-й класс” в Лаборатории в разделе “Атомная и ядерная физика” компьютерную модель “Ядерные превращения”

38. Прочитайте конспекты к лабораторной работе “Ядерные превращения”. Изучите материал учебника.

39. Запишите основные понятия из конспекта “Ядерные реакции (10–11-е классы)”

40. Рассмотрите модель и пронаблюдайте принцип действия.

41. Когда возникают ядерные превращения?

42. На какие группы можно разделить изменения, происходящие в ядрах?

43. Какие виды превращений можно отнести к каждой группе?

44. Назовите особенности протекания альфа- и бета-распадов.

45. Запишите ядерные реакции процессов.

46. Выводы по лабораторной работе:

ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Компьютерная лабораторная работа по исследованию генератора переменного тока

Оборудование: ПК, компьютерный курс “Физика 7–11-й класс. Практикум”,учебник физики.

Практические задания и вопросы

47. Откройте в программе “Физика 7–11-й класс” в Лаборатории в разделе “Электродинамика” компьютерную модель “Генератор переменного тока”

48. Прочитайте конспект к лабораторной работе “Генератор переменного тока” и “Электромагнитная индукция”. Рассмотрите модель, рамка, вращающаяся в магнитном поле, является моделью генератора переменного тока.

49. Изменяя значение индукции магнитного поля B, частоты вращения рамки f и ее площади S, пронаблюдайте периодические изменения магнитного потока Ф и ЭДС индукции _инд(t). (см. конспект к работе). Обратите внимание, что изменение ЭДС индукции отстает от изменения магнитного потока по фазе на угол  / 2.

50. Напишите уравнение для каждого графика, описывающее периодическое изменение во времени магнитного потока ?, пронизывающего рамку, используя данные предыдущего задания, подставив их в формулу:

51. Определите для каждого случая:

52. Ответьте письменно на вопросы:

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции?
2. Определение и единицы магнитного потока.
3. Как формулируется закон электромагнитной индукции (закон Фарадея)?

53. Ответьте на вопросы теста:

А) Катушка замкнута на гальванометр. В каких из перечисленных случаев в ней возникает электрический ток?

1. В катушку вдвигается постоянный магнит
2. Катушку надвигают на постоянный магнит

1 – Только 1.

2 – Только 2.

3 – В обоих случаях.

4 – Ни в одном из перечисленных случаев.

Б) Постоянный прямой магнит падает сквозь медное кольцо. Модуль ускорения падения магнита

1 – равен g.

2 – больше g.

3 – меньше g.

4 – в начале пролета кольца больше g, в конце меньше g.

5 – в начале пролета кольца меньше g, в конце больше g.

В) За 3 секунды магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, равномерно увеличился с 6 Вб до 9 Вб. Чему равно при этом значение ЭДС индукции в рамке?

1 – 1 В.

2 – 2 В.

3 – 3 В.

4 – 0.

54. Выводы по лабораторной работе:

55. Количество выполненных заданий:____ Ваша оценка:____ .

56. Количество ошибок:________Итоговая оценка______.