Школьные основы специальной теории относительности
или Как помочь выпускникам сформировать новое мировоззрение на пространство и время
Был этот мир глубокой тьмой окутан. Да будет свет! И вот явился Ньютон. (Эпиграмма XYIII в.)
Но сатана недолго ждал реванша.
Пришел Эйнштейн - и стало все как раньше!
(Эпиграмма XX в.)
СТО раздел открыл учебник ученик. Неужели кто-то в суть уже проник? (Эпиграмма XXI в.)
Суть вещей понять не смог ни Эйнштейн, ни Ньютон. До чего же этот мир запутан! (Эпиграмма XXII в.)
_____________________________________________
Место для вашей эпиграммы...
Сложно, недоступно, противоречиво, непонятно, нелогично, набор утверждений без обоснований, ненаглядно, с ошибками. Так кратко можно охарактеризовать изложения материала в школьном учебнике физики для 11 кл. (Раздел 4) по теме "Основы специальной теории относительности". (См. Физика: учеб. пособие для 11-го кл. ощеобразоват. учреждений с рус.яз. обуч./ В.В.Жилко, Л.Г.Маркович. ─ Мн.: Нар.асвета, 2009.) Судите сами, на весь раздел (4 параграфа!) только 3 рисунка. Программа не предусматривает ни демонстраций, ни компьютерных моделей по причине... (догадайтесь сами). Новые свойства пространства и времени остаются нераскрытыми. Вместо объяснения сложная для понимания цитата Минковского и еще более сложные для понимания поэтические строчки Федора Сологуба. Не задаются авторы новыми представлениями о пространстве и времени и в контрольных вопросах к параграфу. И это правильно: зачем спрашивать о том, о чем не было речи! Пример логики изложения: Цитата: "Зачем изучать специальную теорию относительности? Для этого существует целый ряд причин. ...Во-вторых, ни один сигнал или частица не могут иметь скорость, превышающую скорость света в вакууме". Такова логика, такова одна из причин, для изучения основ СТО! Для учащихся так и остается непонятным: справедлив принцип относительности Галилея в электродинамике, т.е. в отношении электромагнитных и оптических явлений, или нет. Противоречия между классическим законом сложения скоростей Галилея и данными экспериментов по измерению скорости света остаются нераскрытыми.
Преобразования Галилея
Почему преобразования Галилея нельзя применять для света
Историческую ценность опыта Майкельсона-Морли авторы видят в том, что он явился основой для создания СТО. На самом деле способствовал признанию теории. В издании на белорусском языке при переводе вообще возник удивительнейший казус: по тексту оказывается, что движение Земли относительно эфира в знаменитом опыте Майкельсона-Морли было все-таки обнаружено! Читаем на стр. 116 учебного пособия: "Для вырашэння "праблемы эфiру" амерыканскi фiзiк Альберт Майкельсон прапанаваỹ схему эксперыменту, якi дазволiỹ (!) з дапамогай iнтэрферэнцыi выявiць рух Зямлi адносна эфiру". Вот так легко и просто переворачиваются научные истины! Дальше больше.
Виртуальная лабораторная работа. Изучение работы трансформатора
Школьная программа по физике предполагает знание таких тем, как "Преобразование переменного тока" и "Трансформатор". Однако уровень владения учащимися понятиями темы четко не определен, размыт. Так в белорусской программе по физике издания 2009г. сказано: учащийся должен... знать и понимать смысл физического понятия "трансформатор", владеть решением задач на определение коэффициента трансформации.
Непонятно, почему в рамках темы нет никаких требований на более низком уровне представления. Неясно, что должен уметь учащийся по теме "трансформатор"?
Казалось бы, что среди простейших требований к учащимся (на уровне представления) должны были бы быть:
определение трансформатора, схема, условное обозначение на электрических схемах, представление о строение простейшего трансформатора.
На уровне умения от учащихся можно потребовать умение описывать и объяснять принцип работы трансформатора, а также основные режимы работы трансформатора: (холостой ход, рабочий ход, режим короткого замыкания).
На уровне "владеть" - практическими умениями решать задачи с использованием формул, характеризующих работу идеального трансформатора:
формулы-определения коэффициента трансформации для трансформатора напряжения: k = N1 /N2 ;
связи числа витков в обмотках с напряжением на них: N1 / N2 = U1 / U2 ;
связи между числом витков и токами в обмотках нагруженного трансформатор (рабочий режим): N1 / N2 = I2 / I1 ;
КПД трансформатора: η = (P2 / P1)∙ 100% , где P2 и P1 - мощности на выходе (передаваемая во внешнюю цепь) и входе трансформатора соответственно.
Подытоживая, заметим, удивительно, что ничего это нет в современной белорусской программе по физике. А ведь знание этих закономерностей требуется как для решения задач из самого школьного учебника, так и на централизованном тестировании по физике (ЦТ). А еще это важно практически для всякого культурного человека, а уж для будущего инженера и говорить не приходится. Ведь где только нет этих самых трансформаторов: начиная с огромных, размером с дом, на трансформаторных подстанциях в линиях электропередач и заканчивая крохотными трансформаторчиками в радиоэлектронной аппарутуре. (Из приведенного примера хорошо видно, что ни о каком качественном образовании говорить не приходится, факт его снижения слишком очевиден!)
Надеемся, закрепить и упрочить знание темы "Трансформатор" поможет виртуальная лабораторная работа.
Физика 11 (2009). Виртуальная лабораторная работа №1. Изучение колебаний математического маятника
Представляем виртуальную 3D лабораторию, которую с успехом можно использовать на уроке "Изучение колебаний математического маятника" (лабораторная работа №1 в 11 кл., белорусская программа по физике 2009 г.)
Мы продолжаем публиковать на сайте материалы для широкого внедрения информационных технологий в практику работы учителя физики. Сегодня представляем программу для работы с графиками функций. Программа понятна и совсем не сложна в применении. С помощью этой утилиты вы легко сможете построить и показать на уроке:
графики равномерного движения (движения, скорости, ускорения);
графики равноускоренного движения (движения, скорости, ускорения);
Большинство графиков из школьных учебников физики могут быть построены очень быстро в этой программе за редким исключением (например, диаграмма состояния или фазовая диаграмма в термодинамике; диаграмма растяжения материала; изотерма в осях P и V ; простое решение этой проблемы мы дадим в ближайшее время на сайте).
Многообразен и сказочно красив подводный мир, живущий своей особой, загадочной жизнью. Познание его тайн – давняя мечта человечества. Но не всякому дано проникнуть в глубины тропических морей. Не каждый может позволить держать у себя дома аквариум. Его молчаливых обитателей надо ежедневно кормить, помимо кормления от вас требуется выполнение целого круга обязанностей. Аквариумистика существенно расширяет кругозор, знакомя с основами биологии, географии, физики и даже лингвистики, т.к. названия рыб даются по латыни, а поиск нужных сведений ведется по периодическим изданиям многих стран мира. Аквариумные хлопоты воспитывают чувство разумного и бережного отношения к природе и всему живому.
А что может сравниться с удовольствием, которое испытываешь, любуясь причудливыми картинками рукотворного уголка подводного царства! Конечно, у меня в кабинете физики тоже есть аквариум, даже два.
Наш виртуальный аквариум на сайте не требует ухода. Учитель может его включить-показать как на перерыве, так и во время урока для психологической разгрузки, желательно на большом экране.
Это не программа-скринсейвер, которая всемирно известна и достойна, в свою очередь, восхищения, и, возможно, установлена на вашем компьютере. Наш аквариум сделан в среде flash и отсюда ряд достоинств, которыми не обладают скринсейверы: малый вес, интерактивность.
Подвигайте мышкой по аквариуму,
и вы увидите, как необычная рыба-дракон, словно очнувшись от спячки, живо носится среди рыб и растений аквариума.
Наслаждайтесь и помните, наблюдение за рыбками успокаивает нервы и способствует снижению артериального давления. И в подтверждение этих слов для вас, посетители, еще один великолепный аквариум с тропическими рыбками, красочными кораллами и настоящими воздушными пузырями…
При желании этот аквариум можно запустить дома на экране телевизора. Это будет, конечно же, стильно, украсит интерьер, позволит вам отдохнуть и ощутить прекрасное рядом.
Что не видно в школьном учебнике, но нужно знать и понимать?
Спектр электромагнитных волн удобно показывать в виде шкалы электромагнитных волн. Эту последовательность значений длин волн (и частот) иногда еще называют спектром электромагнитных волн. В соответствии с этой шкалой производят и их классификацию. По обыкновению такая шкала есть в каждом кабинете физики над доской. Але если нет? Или она устарела и не содержит микроволнового диапазона? Или вы занимаетесь в другом кабинете? Или ее видимость недостаточна? Или вам необходимо обратить внимание на какие-то особенности излучения, а шкала в учебнике никак не удовлетворяет? Выходом из этих положений может быть виртуальная интерактивная шкала электромагнитных волн. Сделанная в среде flash, она, несомненно, обладает рядом достоинств по сравнению со статичной на бумажной основе. Спроектировав на экран через мультимедийный проектор, шкалу легко развернуть на весь экран. Со шкалой также удобно работать, если у вас есть интерактивная доска. Вы легко можете зафиксировать внимание учащихся на том или ином диапазоне шкалы, проследить за изменением частот или длин волн, показать соответствующую диапазону картинку с источниками волн для лучшего закрепления представления об электромагнитном спектре.
Подвигай мышкой вдоль шкалы...
Для сравнения несколько замечаний по шкале в учебнике «Физика-11 кл. (авторы Жилко В.В. и Маркович Л.Г. 2009 г.), показанной на стр. 65. (См. подробнее...)
Ждем замечаний и предложений от вас, посетители. Пишите, критикуйте, комментируйте…
При определении влияния погоды на человека обычно учитывают относительную влажность воздуха. Чем ниже относительная влажность, тем воздух менее насыщен парами воды и тем быстрее будет испаряться влага с поверхности тела, увеличивая теплоотдачу. Существуют специальные приборы для измерения влажности воздуха – аналоговые или цифровые гигрометры. Нередко цифровые гигрометры снабжаются часами, а также некоторыми другими полезными функциями. Электронный гигрометр (измеритель влажности) быстро определит влажность воздуха в доме или за окном. Однако, прежде чем купить гигрометр, стоит вспомнить про еще один параметр, напрямую связанный с влажностью, – температуру воздуха. Температура окружающего воздуха тесно связана с влиянием влажности на организм человека. Высокая влажность воздуха усиливает дискомфорт и неблагоприятное воздействие высоких и низких температур. При высокой температуре воздуха, более 25 °С, большая влажность вызывает перегрев тела человека, так как уменьшается теплоотдача путем испарения влаги с поверхности кожи. От перегревания тела человек ощущает ухудшение самочувствия, тяжесть и духоту, снижается работоспособность и т. д. Коварное свойство высокой влажности воздуха особенно сказывается при холодной погоде. Если же при этом еще и ветрено, теплоощущение человека еще более ухудшается, так как ветер постоянно уносит от тела нагретые и сухие слои воздуха и нагоняет влажный и холодный воздух, что увеличивает охлаждения тела. Отсюда можно сделать вывод: для определения, насколько комфортна погода на улице и дома, недостаточно одного индикатора влажности – необходим, как минимум, измеритель температуры и влажности, т.е. гигрометр и термометр.
В кабинете физики обычно есть в наличие простейший прибор для определения относительной влажности воздуха – ВИТ-1, или ВИТ-2. Он состоит из двух спиртовых (возможно вместо спирта толуол) термометров, один из которых имеет устройство увлажнения. В конструкции прибора обычно включается таблица для чтения показаний, позволяющая, зная температуру каждого из термометров, найти относительную влажность воздуха. Само собой разумеется, по сухому термометру всегда можно определить температуру воздуха в помещении. В школьном учебнике этот прибор называется психрометр, хотя согласно техническим условиям (производится на Украине и в России), это все-таки гигрометр, точнее, гигрометр психрометрический. Сравним определения психрометра и гигрометра.
Психро́метр (др.-греч. ψυχρός – холодный) — прибор для измерения влажности воздуха и его температуры.
Гигрометр — измерительный прибор для определения влажности воздуха.
Разница очевидна: приборы различаются по назначению.
Принцип работы приборы не сложен. Влажный термометр обернут хлопчатобумажной тканью, которая находится в сосуде с водой. Благодаря протекающему воздушному потоку и, вследствие этого, испарению, поверхность увлажнённого термометра охлаждается. Одновременно измеряется температура окружающего воздуха с помощью второго термометра (температура сухого термометра). Полученная таким образом разность температур является мерой относительной влажности — количества влаги, находящейся в воздухе относительно максимально возможного при данной температуре.
Порядок работы. В питатель гигрометра заливают дистиллированную воду. Измерение относительной влажности воздуха основано на разнице показаний “сухого“ и “увлажненного“ термометров. После снятия показаний термометров по психрометрической таблице определяют относительную влажность воздуха.
Потренироваться в умении определять относительную влажность воздуха можно с помощью нашего виртуального тренажера «Виртуальный психрометр». Ну, а учитель с помощью тренажера сможет легко проверить практические навыки учащихся.
Мы продолжаем размещать на сайте приборы, инструменты, которые могут использоваться учителем и учениками вместо реальных приборов или как обучающие тренажеры. Сегодня это микрометр.
Микро́метр — универсальный инструмент (прибор), предназначенный для измерений линейных размеров абсолютным контактным методом в области малых размеров с высокой точностью (до 2 мкм), преобразовательным механизмом которого является микропара винт-гайка.
Рис. Микрометр с круговой шкалой для наружных измерений и диапазоном измерения 0 – 25 мм, с ценой деления 0,01 мм, показания шкалы соответствуют размеру 9,70 мм.
Первый патент на микрометр как самостоятельное измерительное средство был выдан Пальмеру (Jean-Louis Palmer) в 1848 году (Франция).
Действие микрометра основано на перемещении винта вдоль оси при вращении его в неподвижной гайке. Перемещение пропорционально углу поворота винта вокруг оси. Полные обороты отсчитывают по шкале, нанесённой на стебле микрометра, а доли оборота — по круговой шкале, нанесённой на барабане. Оптимальным является перемещение винта в гайке лишь на длину не более 25 мм из-за трудности изготовления винта с точным шагом на большей длине. Поэтому микрометр изготовляют нескольких типоразмеров для измерения длин от 0 до 25 мм, от 25 до 50 мм и т. д.
Предлагаемый виртуальный тренажер представляет собой копию инструмента, используемого при обработке металлов.
Штангенциркуль. Не все школьники (особенно школьницы!) даже знают, как выглядит этот прибор. А ведь им нужно уметь проводить измерения. Правда, современная школьная программа по физике об этих умениях ничего не говорит. А между прочим, штангенциркуль – составная часть оборудования лабораторных работ по физике (см. например, лабораторную работу «Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости» (10 кл.)
Провел мини тест. Задал пару вопросов молодым людям: Вы умеете пользоваться штангенциркулем? Где вы этому научились? Ответы не удивили: пользоваться штангенциркулем не умеют. Так кто же научит наших учащихся пользоваться штангенциркулем? Учитель трудового обучения? Учитель математики? Учитель рисования? Или все же учитель физики? Как бы там ни было, приходится ликвидировать этот пробел. Кратко познакомившись с инструкцией, вы сможете проверить свое умение измерять с помощью виртуального штангенциркуля ниже.
Подвигай мышкой рамку со шкалой нониуса.
Это flash анимация, а значит, учитель сможет показать и рассказать об измерении штангенциркулем с помощью мультимедийного проектора или интерактивной доски типа Smartboard.
Песочные часы – древнейший прибор измерения времени наряду с водяными и солнечными часами. Бог времени Хронос держит в одной руке песочные часы, другой указывает каждому на срок жизни в книге Судеб. Жизнь бежит… Нам неизвестно, что будет, когда песок кончится. Может быть, кто-то переворачивает твои песочные часы...
Наши флеш-часы рассчитаны на 1,5 мин. и имеют 2 кнопки: "пуск" и "стоп". С помощью кнопки "стоп" часы переворачиваются и, значит, вновь готовы отмерять нужные вам 1,5 мин.
Когда появились первые песочные часы определенно ответить сложно. На Востоке песочные часы были известны еще до нашей эры. Сведения о часах с колбами найдены в Древней Греции. В отличие от своего предшественника – клепсидры или водяные часы, которые, возможно, были изобретены в Древнем Египте, – песочные часы, как полагают, зародились в средневековой Европе. Эта теория основана на том, что первые письменные упоминания о них встречались в журналах европейских судов. В Париже обнаружено упоминание, датируемое началом 14 века, в котором описана методика приготовления специального песка для песочных часов. Ранним твердым доказательством существования песочных часов является изображение на фреске Амброджо Лоренцетти (1338 г.)...
Определение сопротивления резистора по цветовому коду
Как часто учителю физики приходится определять сопротивления резисторов? Нечасто. Однако все же необходимость в этом есть. Достаточно вспомнить лабораторные работы по электричеству, где используются резисторы на панельках и на держателях. А если у вас таких нет? Придется на радиорынке покупать нужные. (Впрочем, это будет дешевле, чем в магазине наглядных пособий.) Или к вам, учителю подошел ученик. Он занимается моддингом (подсветкой) компьютера и ему нужен определенный резистор.
Резисторы кому-то нужны для уменьшения тока через светодиоды, да мало ли где может понадобиться резистор юному радиолюбителю или его отцу. А омметра или тестера под рукой нет. Как быть? Школьный учебник не подскажет. Поэтому учитель должен сам владеть необходимыми знаниями и, по возможности, сообщить своим учащимся на уроке минимум того, что касается определения номинальных значений резисторов. Ведь резисторы находят широчайшее применение в электронной технике. Обладание такими сведениями поднимет авторитет самого учителя в глазах его учеников. Так что желательно ориентироваться в современных условных обозначениях. В этом нам поможет программа определения сопротивления резистора по цветовому коду (по цветовой маркировке). Думаю, здесь все понятно.
Кто РЕШИТ задачу, получит ПРИЗ!!!
Задача. Выкладывая карниз нового здания, каменщик кладет один на другой пять кирпичей так, что часть вышележащего кирпича выступает над нижележащим (см. рис.). Длина каждого кирпича l. Определить ...
Автор:
Дата:
24.03.2012, 21:47
| 
Комментарии (0)
