Николаев О.С. Физика и астрономия:
Курс практических факультативных работ на определение универсальных физических постоянных. Изд. стереотип.

Оглавление

Введение

Настоящий факультативный курс практических работ по физике и астрономии может быть проведен на протяжении 11 года обучения как в общеобразовательных классах, так и в классах с углубленным изучением физико-математических дисциплин.

Данный курс отличается от всех ранее выпущенных подобных пособий тем, что в нем в определенной последовательности определяются только фундаментальные физические и астрономические постоянные. Работы курса связаны друг с другом и, если их выполнять в предлагаемом порядке, то для учащихся откроются:

– связь всех разделов физики друг с другом и объединяющее начало физических постоянных;

– фундаментальное значение одних физических постоянных и скромная роль других;

– отсутствие "земной" физики (ей больше к лицу эпитет "космическая").

По понятным причинам, наряду с действительно "практическими" работами, в курсе встречаются и чисто вычислительные работы. Ценность последних ничуть не ниже первых. При этом многие работы допускают различные варианты выполнения.

Каждая работа, в зависимости от сложности и приборного обеспечения, может выполняться от 2 до 4 часов. Весь предлагаемый курс разделен на 6 частей. Известно, что физика и астрономия в старших классах средней школы завершает физико-математическое и естественно-научное образование. Но, как показывает работа в вузе, даже на физических факультетах университетов проявляется слабая подготовка студентов младших курсов в области практических способностей при выполнении работ. Курс должен содействовать устранению этого недостатка.

В первой части курса двумя простыми работами показывается, что сам экспериментатор является источником погрешностей, которые в некоторых случаях необходимо учитывать.

Вторая часть посвящена определению физических постоянных, которые играют значительную роль не только в школьном курсе физики. Некоторые из них, например R, e, определяют при проведении лабораторных работ по официальной программе, но при этом весь класс пользуется одной установкой или прибором. На факультативных занятиях есть возможность ребятам самим выполнить эти работы. Заодно они могут продумать их изменение с целью уменьшения погрешности.

При выполнении этой части работ ребята определяют значения универсальных физических постоянных:

R, k, (N_А), epsilon₀, mu₀, (c), e, (F), h, (r₀),

где обозначения те же, что и в учебнике. Если постоянная взята в круглые скобки, например (N_А), то это значит, что она вычисляется на основе предыдущих.

Хотя гравитационная постоянная G играет важнейшую роль в физике, но прямой метод ее определения технически труден. Уравнение rho=3pi/(GT²) удобно использовать для определения средней плотности космического тела. Поэтому G вошла в число заданных.

Третья часть посвящена определению географических координат места наблюдения. Умение практически определять свои координаты самыми простыми приборами очень важно не только летчикам, штурманам, геологам, но и всем, кто рискует попасть в непредвиденную или чрезвычайную ситуацию с необходимостью определения своего положения на поверхности Земли.

В четвертой части экспериментально определяются физические параметры космического тела, на котором мы живем, – Земли. Определяются:

g_З, R_З, (M_З), (rho_З), (v₁), (v₂).

В пятой части проводится определение физических параметров Луны:

d_Л, delta_Л, (R_Л), (m_Л), (g_Л), (v_1Л), (v_2Л).

В шестой части определяются физические параметры Солнца:

l_а.ед., delta_С, (R_С), (M_С), (rho_С), (g__С), Q_С, (T_п), P(R_С}/2), T(R_С/2).

В ходе курса выполняется 25 работ. При выполнении всех практических работ, как правило, используются простые приборы или легко изготавливаемые из подручных средств приспособления, что немаловажно в условиях школы.

В каждой практической работе по определению физических и астрономических постоянных дается формула для оценки погрешности измерений. Формулы, приведенные в приложении 4, помогут правильно найти погрешность косвенных измерений в тех случаях, когда учащиеся могут сделать это сами.

В приложении 5 приведены примеры программ для микрокалькулятора "Электроника Б3–34", которые призваны значительно облегчить вычисления.

При подготовке работы учителем, а также в ходе выполнения ее учеником могут быть полезны подстрочные ссылки на справочные пособия по физике, а также на научную и учебную литературу, где более подробно описываются отдельные физические методы, приборы и методики.

Способ оформления практических работ продиктован удобством для их понимания и выполнения учащимися. В качестве образца для оформления всех практических работ следует взять работу 12. В работах даются основные цели, сведения о методике определения физической постоянной, перечень приборов и материалов, рабочая формула, ход выполнения работы, таблица измеряемых параметров и другие подрубрики. Значения параметров, принятые за образцовые, приведены в приложениях 1, 2 и 3.

Курс полезен для ребят, которые не только знают материал учебника, но и сами хотят выполнить измерения и расчеты. Опыт, приобретаемый ими в этом случае, является драгоценным багажом в дальнейшей творческой жизни.

Опечатка. Рисунок 17 должен выглядеть так.

Список опечаток

Список дополнений

Об авторе

Николаев Олег Семенович

Физик, окончил Харьковский госуниверситет. Преподавал физику в средней школе, на подготовительных курсах и в Университете имени В. Даля. Длительное время работал в должности старшего научного сотрудника НИИ управляющих вычислительных машин. Занимался исследованиями физических свойств и режимами применения новых полупроводниковых приборов и интегральных схем в изделиях вычислительной техники. Несколько лет проработал начальником лаборатории физико-химических исследований в НПК «ТЕМП». Организовал измерения электрических параметров и исследование оптимальных режимов поляризации пьезокерамических элементов различных типов. Является автором около 30 печатных работ, среди них 13 монографий, в том числе по физике прочности чистых металлов.