Разработка бинарного урока по информатике и физике

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ СВЕРДЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ

«ИСОВСКИЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ ТЕХНИКУМ»

Методическая разработка

открытого бинарного урока

по физике и информатике

« Свободные электромагнитные колебания в контуре»,

Практическая работа № 6 «Составление линейных программ»

для студентов специальности

Авторы: О.А.Зинурова - преподаватель физики ИГРТ, I категории.

С.А.Иванова - преподаватель математики, информатики и вычислительной техники ИГРТ, высшей категории.

Нижняя Тура

Открытый урок по физике и информатике

« Свободные электромагнитные колебания в контуре»,

Практическая работа № 6 «Составление линейных программ»

в группе БГР - I - 1 (06)

Преподаватели: Зинурова О.А., Иванова С.А.

Тип урока: бинарный комбинированный урок (физика и информатика)

Цели урока:

• познакомить студентов с основными понятиями: колебательный контур, электромагнитные колебания (ЭМК), их видами и механизмами возникновения в колебательном контуре;

• сформировать умения студентов по решению задач на применение формулы Томсона;

• Познакомить студентов с жизнью и деятельностью ученых, внесших значительный вклад в создание теории электромагнитных явлений;

• научить студентов составлять линейные программы на языке Basic;

• продолжить работу по закреплению у студентов навыков работы со справочной и дополнительной литературой;

• формировать навыки самостоятельной работы с материалами с использованием новых информационных технологий;

• показать студентам межпредметные связи физики, информатики, математики, английского языка.

Ход урока:

1) Организационный этап 3 мин.

2) Этап подготовки студентов к активному и сознательному

усвоению нового материала 22 мин.

3) Этап усвоения новых знаний 20 мин.

4) Этап закрепления новых знаний 40 мин.

5) Этап информации студентов о домашнем задании,

подведение итогов занятия 5 мин.

Оборудование: ноутбук; диапроектор; рамка с током; магнитная стрелка; миллиамперметр; катушка индуктивности; дугообразный магнит.

Литература:

1. Г.Л.Жданов и др. « Физика для СПУЗов»

М.: «Наука», 1987.

2) В.Ф.Ляхович. « Основы информатики» (учебное пособие)

Ростов - на - Дону: « Феникс», 2001.

3) Н.В.Макарова и др. « Информатика 9» (учебник)

С-П.: «Питер», 2000.

4) В.В.Мачульский и др. « Культура информационной деятельности»

Екатеринбург: «Ассоциация XXI век», 2003.

5) Г.Н.Степанова и др. « Основы Сборник задач по физике»

М.: «Просвещение», 1996.

6) Е.Е.Трофимова и др. « Практикум по физике. Подготовка к тестированию и экзамену»

Минск: « Тетра Системс», 2005.

7. Детская энциклопедия «Я познаю мир». Физика.

М.: «АСТ», 1998.

8) Научно - методический журнал «Физика в школе», №8, 2000.

9) Сайт s99-omsk0narod.ru.

Конспект урока

Преподаватель физики (1): Здравствуйте, у нас сегодня не совсем обычный урок. У нас на уроке присутствуют гости - преподаватели различных дисциплин в техникуме. И на уроке с вами работают одновременно два преподавателя: я и Иванова Светлана Александровна.

Эпиграфом к нашему уроку я взяла слова Александра Семеновича Попова: «Я горд тем, что родился русским. И если не современники, то, может быть потомки наши, поймут, сколь велика моя преданность нашей родине и как счастлив я, что не за рубежом, а в России открыто новое средство связи».

Мы начинаем изучать новую тему «ЭМК и волны». Сегодня на уроке мы познакомимся с биографией ученых, благодаря научным трудам которых, А.С. Попову удалось сделать свое открытие. А так же изучим механизм возникновения ЭМК в контуре по аналогии с колебаниями математического маятника. И научимся решать задачи по физики, применяя ваши знания, полученные на уроках информатики.

Открываем тетради, записываем: дату и тему урока.

Тема 4 «Электромагнитные колебания и волны» (следующий зачет по этой теме). Тема сегодняшнего урока «Свободные электромагнитные колебания (ЭМК) в контуре».

…Сесть на железный круг

И, взяв большой магнит.

Его забросить вверх высоко,

Докуда будет видеть око;

Он за собой железо приманит…

Э. Ростан

Так знаменитый герой Эдмона Ростана, поэт и фантазер Сирано де Бержерак предлагал полететь на Луну. Это произведение написано в 1897 году и в этих словах идет речь о магнитных свойствах вещества, которые активно изучались в 19 веке многими учеными всего мира. Еще один известный писатель Александр Дюма в романе «Граф Монте - Кристо» пишет о механическом телеграфе. В чем-то, по принципу своего действия, он похож на передачу сигналов флажками с корабля на корабль. Такие способы действуют лишь в пределах прямой видимости. А вот применение электромагнитных свойств и явлений произвело в средствах связи настоящую революцию.

Сейчас мы с вами послушаем сообщение о биографии некоторых ученых и на примере их открытий проследим, какой путь был проделан от создания колебательного контура и получения электромагнитных колебаний и волн до открытия нового средства связи. Только двигаться мы будем в обратном хронологическом порядке.

Слово предоставляется Шунайловой Ирине (Приложение 1).

(на экране: 1. фото А.С. Попова, даты жизни и смерти, подпись: Попов Александр Степанович, (1859-1906)- русский физик, изобретатель радио;

2. схема радиоприемника - подпись: Схема приемника А.С.Попова из статьи в журнале Русского физико-химического общества».

3. 7 мая - День радио. В этот день в 1895 году А.С. Попов на заседании Русского физико-химического общества продемонстрировал действие своего прибора- первого в мире радиоприемника.)

Преподаватель 1: Текст первой в мире радиограммы переданной А.С. Поповым состоял из двух слов «Генрих Герц» и неслучайно, эксперименты, проведенные именно этим ученым и устройство, созданное им, предшествовали научным исследованиям А.С. Попова.

Слово предоставляется Обрезковой Тане (Приложение 2).

(на экране: 1. фото- Генрих Герц (1857-1894)- немецкий физик, экспериментально доказал существование электромагнитных волн; 2. вибратор Герца).

Преподаватель 1: По словам Генриха Герца: «Формулы Джеймса Клерка Максвелла живут собственной жизнью, обладают собственным разумом- кажется, что эти формулы…умнее даже самого автора».

Слово предоставляется Давиду Филончику (Приложение 3).

(на экране: 1. фото Джеймс Клерк Максвелл (1831- 1879)- английский физик. Самое главное научное достижение- создание теории электромагнитного поля; 2. рисунок- подпись: характер электромагнитного поля по теории Максвелла).

Преподаватель 1: Ученый Роберт Миллекен считал, что именно Максвеллу удалось облечь плебейски обнаженные научные представления Фарадея в аристократические одежды математики. А известный физик Гемфри Дэви в конце своей жизни признал, что главным достижением его жизни стало открытие Фарадея.

Слово предоставляется Зезяновой Кристине (Приложение 4).

(на экране: 1. фото Майкл Фарадей (1791- 1867)- английский физик, автор множества выдающихся открытий. Демонстрация опыта электромагнитной индукции.

2. «Никогда со времен Галилея свет не видел стольких поразительных и разнообразных открытий, вышедших из одной головы, и едва ли скоро увидит другого Фарадея… Глубокие идеи, которые он заронил в теорию электрических явлений, только теперь получают должную оценку и уже привели к новым блестящим открытиям» А.Г. Столетов)

Преподаватель 1: Кристина сказала, что свои первые работы по электричеству Фарадей начал в 1821 году. А побудило его к этому открытие датского физика Эрстеда, сделанное в 1820 году.

Слово предоставляется Колокольниковой Даше (Приложение 5).

(на экране: 1. фото Ханс Кристиан Эрстед (1777- 1851)- датский физик. Обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку).

Демонстрация опыта: действие рамки с шоком на магнитную стрелку.

Преподаватель 1: Итак, мы с вами еще раз посмотрели как Эрстед открыл магнитное поле проводника с током, Фарадей- явление электромагнитной индукции, узнали что Максвелл создал теорию электромагнитных волн, Герц экспериментально доказал их существование, а Попов открыл новое средство связи.

Теперь вспомните:

1. Вокруг чего существует магнитное поле?

Ответ: Вокруг проводника с током; магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами.

2. Направление движения каких зарядов принимают за направление электрического тока?

Ответ: Положительных.

3. Какое устройство способно накапливать электрические заряды и электрическую энергию?

Ответ: Конденсатор.

4. Какая физическая величина характеризует конденсатор, как она обозначается, в чем измеряется?

Ответ: Электроемкость - С [Ф]- фарадах.

5. как обозначается конденсатор в электрических схемах?

Ответ:

6. В каком устройстве накапливается магнитная энергия?

Ответ: В катушке индуктивности.

7. Какая физическая величина характеризует катушку индуктивности, назовите единицы измерения этой величины?

Ответ: индуктивность- L [Гн]- генри.

8. Как обозначается катушка индуктивности в электрической схеме?

Ответ:

9. Перечислите условия возникновения колебательного движения математического маятника.

Ответ: Е>Е _п.р.; F_в; Е>A _тр; Е_к Е _р

Преподаватель 1: Электрическую цепь, состоящую из катушки индуктивности и конденсатора, в которой возможен переход электрической энергии в магнитную и обратно называют колебательным контуром.

Записываем определение в тетрадь:

Колебательный контур- это электрическая цепь, состоящая катушки индуктивности и конденсатора, в которой возможен переход электрической энергии в магнитную и обратно.

В колебательном контуре проходят ЭМК. ЭМК - это периодические изменения заряда, силы тока и напряжения.

Давайте теперь посмотрим, как возникают ЭМК в контуре по аналогии с колебаниями математического маятника.

Ключ в положении: 1: в то время конденсатор заряжается от батареи, на его обкладках накапливаются заряды, а пространстве между обкладками электрическая энергия. Затем переключаем ключ в положении. 2: соединяем конденсатор с катушкой и т.д.

(на экране друг за другом появляются 4 рисунка.)

Преподаватель 1: Если ЭМК происходит в идеальном контуре, где нет потерь энергии на нагревание проводов, то такие колебании называются собственными.

Собственные ЭМК - это ЭМК, которые происходят в идеальном контуре, сопротивление которого равно нулю.

Свободные ЭМК - называются колебания в системе, которые возникают после выведения ее из положения равновесия.

Вынужденные ЭМК - называются колебания в цепи под действием внешней периодической ЭДС.

Период колебаний в контуре можно рассчитать по формуле Томсона.

Т= 2

Т[C]- период

L [Гн]- индуктивность

С [Ф]- электроемкость

Преподаватель информатики (2): Итак, открываем тетради по информатике, записываем: дату(07.02.2007), Занятие № 21, и тему занятия: Практическая работа №6 «Составление линейных программ».

Сегодня мы с вами должны научиться составлять линейные программы на языке программирования Basic. Для этого нам необходимы знания, полученные на предыдущих занятиях. Давайте вспомним:

1) Что мы понимаем под алгоритмом?

Ответ: Алгоритм - это метод (способ) решения задачи, записанный по определенным правилам; точное предписание на выполнение последовательности операций.

2) Какие способы записи алгоритмов вам известны?

Ответ: Словесно - формульный, графический (блок - схемы), программа.

Преподаватель 2: На уроке сегодня мы будем записывать алгоритмы решения задач двумя способами: с помощью блок - схем и программу.

На многих занятиях ранее мы приводили примеры задач из других дисциплин, изучаемых вами, экономического, геометрического и химического содержания, даже вспоминали сказки и произведения из литературы. А сейчас, я вам предлагаю составить алгоритмы решения физических задач на применение формулы Томсона.

3. Какие способы организации действий вам известны?

Ответ: Последовательность, развилка и цикл.

Преподаватель 2: Так вот, мы сегодня составлять будем программы, соответствующие способу организации действий - последовательность.

Запишем в тетрадях определение. Линейной называется программа, являющаяся записью линейного алгоритма (последовательности). В такой программе все операторы выполняются строго последовательно, то есть после выполнения каждого из них ЭВМ автоматически переходит к выполнению следующего за ним оператора.

Преподаватель 2: У вас на столах есть Памятки, которые содержат информацию, необходимую вам при решении задач: Десятичные приставки к единицам СИ; алгоритмы решения задач по физике и по информатике на ЭВМ. ( Приложение 6)

Итак, приступаем к решению задач.

Преподаватель по физике зачитывает условие задачи (Приложение 7), студент на доске записывает столбик СИ, решение (только вывод и преобразование формул). Далее преподаватель информатики продолжает со студентом запись алгоритма решения задачи в виде блок - схемы, после этого на экран проецируется построчно программа, соответствующая составленной блок - схеме (Приложение 8 - кадры презентации урока). После решения задач, подводится итог урока обоими преподавателями, выдается домашнее задание студентам.

Преподаватель 2: Составить блок - схему и программу для решения любых 2 задач по физике из тем: «Механические колебания и волны. Период математического и пружинного маятника»; «Электромагнитная индукция и энергия магнитного поля».

Приложение № 1

А.С.Попов (1859-1906)

ПОПОВ Александр Степанович родился 4марта 1859г. в поселке Турьинские рудники Верхотурского уезда Пермской губернии, сейчас это город Краснотурьинск Свердловской области. Русский физик и электротехник, один из пионеров применения электромагнитных волн в практических целях, в том числе для радиосвязи

Попов родился в семье священника, был четвертым из семерых детей. С малых лет увлекался постройкой движущихся "машинок", удивлявших даже взрослых. Учиться грамоте начал только в одиннадцать лет. Из-за недостатка средств родители отдали мальчика в духовное училище , в котором обучение было бесплатным. В 1873г. попов поступил в Пермскую духовную семинарию, где получил от товарищей прозвище "математик". Окончив семинарию в 1877г., приехал в Петербург. Блестяще сдав вступительные экзамены, был принят на физико-математический факультет Петербургского университета.

В университете Попов все свободное время проводил в физической лаборатории, занимаясь опытами по электричеству. Еще будучи студентом, он исполнял обязанности ассистента при кафедре физики. Учась на 4-м курсе, поступил на службу в товарищество "Электротехник", где ему приходилось заниматься монтажными работами и эксплуатацией мелких электрических станций. Эти навыки оказались весьма полезными при заведовании электростанцией не территории ярмарки в Нижнем Новгороде, где Попов ежегодно работал в летние месяцы с 1889 по 1897гг. По окончании университета 1882г. защитил диссертацию на тему: "О принципах магнито- и динамоэлектрических машин постоянного тока" и был оставлен при университете для научной работы и подготовки к профессорскому званию.

Однако условия работы в университете не удовлетворили Попова, и в 1883г. он принял предложение занять должность ассистента в Минном офицерском классе в Кронштадте, единственном в России учебном заведении, в котором видное место занимала электротехника и велась работа по практическому применению электричества (в морском деле). В Минном офицерском классе Попов работал 18 лет, сочетая педагогическую деятельность с научными исследованиями. Здесь он начал изучение электромагнитных волн, завершившееся изобретением радио.

Из печатных работ можно указать на статьи, помещенные в "Журнале Русского Физико-химического общества": "Случай превращения тепловой энергии в механическую " (1894г.), "Прибор для обнаружения и регистрации электрических колебаний" (1896г.); прибор этот при дальнейшем его изменении и некоторых усовершенствованиях, сделанных Поповым в источнике электрических колебаний, привел к решению задачи телеграфирования с помощью электромагнитных волн без проводников.

Попов не пропускал ни одного открытия или изобретения энергетики. после опубликования 1888г. работ Г.Герца, открывшего "лучи электрической силы", попов стал изучать электрические явления. С 1890 по 1900гг. Попов преподавал также в Морском инженерном училище в Кронштадте.

Попов создал прототип первой приемной радиостанции. Он продемонстрировал его 25 апреля (7 мая) 1895г. на заседании физического отделения Российского физико-химического общества и прочитал доклад "Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям", причем высказал мысль о возможности применения грозоотметчика для передачи сигналов на расстояние.

12 марта 1896г. на заседании физического отделения Российского физико-химического общества Попов при помощи своих приборов наглядно продемонстрировал передачу сигналов на расстояние 250 метров, передав первую в мире радиограмму. Попов часто делал сообщения и показывал различные опыты Герца, которые привели его к открытию беспроволочного телеграфирования.

Несколько позднее создал подобные приборы и провел с ними эксперименты итальянский физик и инженер Г.Маркони. В 1897г. он получил патент на применение электромагнитных волн для беспроволочной связи. благодаря большим материальным ресурсам и энергии Маркони, не имевший специального образования, добился широкого применения нового способа связи. Попов же свое открытие не запатентовал.

В начале 1897г. Попов осуществил радиосвязь между берегом и кораблем, а в 1898г. дальность радиосвязи между кораблями была доведена до 11 км. Большой победой Попова и едва зародившейся радиосвязи было спасение 27 рыбаков с оторванной льдины, унесенной в море. радиограмма переданная на расстояние 44 км, позволила ледоколу своевременно выйти в море. работы Попова были отмечены золотой медалью на Всемирной выставке 1900г. в Париже. В 1901г. на Черном море Попов в своих опытах достигал дальности 148 км.

К этому времени в Европе уже существовала радиопромышленность. Работы Попова в России на получили развития. Отставание России в этой области угрожающе нарастало. И когда в 1905г. в связи с начавшейся русско-японской войной потребовалось большое количество радиостанций, ничего не оставалось, как заказать их иностранным фирмам

Отношения Попова с руководством морского ведомства обострились, и в 1901г. он переехал в Петербург, где был профессором, а затем первым выборным директором электротехнического института. Заботы, связанные с выполнением обязанностей директора, совсем расшатали здоровье Попова, и он скоропостижно скончался от кровоизлияния в мозг 13 января 1906г.

Даже получив большую известность, Попов сохранил все основные черты своего характера: скромность, внимание к чужим мнениям, готовность идти на встречу каждому и посильно помогать нуждающимся в помощи.

Когда работы по применению радиосвязи на кораблях привлекли к себе внимание заграничных деловых кругов, Попов получил ряд предложений переехать для работы за границу. Он решительно отверг их.

Приложение № 2

Генрих Герц

Приложение № 3

Джеймс Максвелл

Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) - Выдающийся английский физик. По окончании в 1854г. Кембриджского университета был оставлен там для педагогической работы В 1871г. возглавил вновь организованную лабораторию физики.

Научная деятельность максвелла охватывает проблемы электромагнетизма, молекулярной физики, оптики, механики, теории упругости и т. д. Свою первую научную работу "О черчении овалов и об овалах со многими фокусами" (написал в 1846г., опубликовал в 1851г.) максвелл выполнил в 15-летнем возрасте. В 18 лет он выступил с работой о равновесии упругих тел. В 1859г. Максвелл написал выдающееся исследование об устойчивости колец Сатурна, в котором доказал, что эти кольца не являются сплошными, а представляют собой рой метеоритов. В период 1855-1872гг. им была выполнена серия работ по изучению восприятия цветов.

Наиболее значительные исследования Максвелла относятся к кинетической теории газов, в которой он установил важный закон распределения молекул по скоростям, и к электричеству. Максвелл является создателем теории электромагнитного поля и электромагнитной теории света. Из его уравнений в качестве основного следствия вытекал вывод о существовании электромагнитных волн, распространяющихся со скоростью света. Это дало возможность максвеллу раскрыть связь света с электромагнетизмом, а также оптических характеристик вещества с электрическими. основная идея об электромагнитной природе света была высказана Максвеллом еще в 1865г. Предсказанное им существование электромагнитных волн было экспериментально подтверждено немецким физиком Г.Герцем, а затем другими физиками. В 1895г. русский физик П.Н.Лебедев измерил давление света, также теоретически вычисленное Максвеллом. Изобретатель радио русский ученый А.С.Попов в 1895г. впервые применил электромагнитные волны для передачи сигналов без проводов.

Теория Максвелла не была сразу понята физиками. Большую роль в укреплении и развитии ее сыграли русские физики А.Г.Столетов, П.Н.Лебедев, А.С.Попов, А.А.Эйхенвальд и другие.

Являясь ученым-исследователем, Максвелл был и крупным популяризатором. Он написал ряд статей для британской энциклопедии, читал лекции и доклады на физические темы для широкой аудитории. Большой известностью пользовались его популярные книги "Теория теплоты" (1870г.), "Материя и движение" (1873г.), "Электричество в элементарном изложении" (1881г.), которые были переведены на русский язык.

Приложение № 4

Приложение № 5

Приложение № 6

Памятка

Приложение № 7

Задачи к открытому уроку

Задача 1

Колебательный контур составлен из катушки индуктивности 0,1Гн и конденсатора ёмкостью 10мкФ. Определите период колебаний, создаваемых в этом контуре.

Задача 2

Колебательный контур состоит из катушки индуктивности L=5мкГн и конденсатора ёмкостью С=20пФ. Определите циклическую частоту колебаний.

Задача 3

Электрический колебательный контур радиоприёмника содержит катушку индуктивностью 10мГн и два параллельно соединённых конденсатора ёмкостями 360пФ и 40пФ. На какую частоту настроен радиоприёмник?

Задача 4

Плоский конденсатор состоит из двух круглых пластин радиусом 4см. Между пластинами зажата стеклянная пластина толщиной 5мм. Обкладки конденсатора замкнуты через катушку индуктивностью 0,02Гн. Определите частоту колебаний, возникающих в этом контуре. ((стекла)=5).

Задача 5

Чему равен период колебаний в контуре, индуктивность которого равна 2,5мГн, а ёмкость равна 1,5мкФ? Каким будет период колебаний, если параллельно к конденсатору присоединить ещё три таких же конденсатора?