WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаФізика → Деякі перспективи модельних експерементів на комп'ютері для лабораторних з фізики. - Реферат

Деякі перспективи модельних експерементів на комп'ютері для лабораторних з фізики. - Реферат

взаємного розташування. На просторове розташування променя впливають також показники заломлення середовища, пластини, частота світла і кут падіння променя.
Слід відмітити, що деякі віртуальні фізичні об'єкти (компоненти моделі), можуть застосовуватись у різних розділах фізики. Так, наприклад, кулька, що рухається по екрану, потрапляє на перешкоду, і після зіткнення відбивається від неї, може імітувати:
" з одного боку, відбиття механічної кулі від перешкоди;
" з другого боку, відбиття молекули ідеального газу від стінки посудини;
" з третього боку, відбиття корпускули від дзеркала.
Алгоритм, який описує рух цих об'єктів та їх взаємодію з відповідними фізичними середовищами, однаковий. При моделюванні ми повною мірою абстрагуємося від фізичної суті об'єктів та середовищ, де відбувається взаємодія.
Для апробації ідеї швидкої постановки модельних експериментів з екранною імітацією в реальному часі був створений віртуальний практикум з "Геометричної оптики".
Специфіку використання програм такого типу розглянемо на прикладі реалізації ідеї віртуального фізичного експерименту - про-ходження світлового променя через дві тонкі лінзи.
Порядок роботи з практикумом такий.
Стрілкою-маніпулятором вибираємо пот-рібні компоненти оптичної схеми на панелі компонентів (таблиця 1) і перетаскуємо їх у поле, де відбувається моделювання. Масшта-буємо компоненти.
Стрілкою-маніпулятором вказуємо нап-рям розповсюдження світла. Для цього тягне-мо лінію, що виконує роль променя світла, від джерела через оптичний елемент (через першу лінзу, рис. 1 А).
Далі програма сама будує відхилення пучка світла на першій і другій лінзі. Відхилення світла - це результат його взаємодії з лінзами.
Напрям розповсюдження світла може бути довільний. Якщо віртуальний промінь проходить через віртуальний оптичний елемент, то він змінює свій напрям (рис. 1 Б.)
Треба ще раз відмітити, що, крім панелі компонентів і робочого поля, існує необ-хідність у таблиці властивостей компо-нента. Властивості компонентів, наприк-лад, для призми, включають: розмір, коор-динати на екрані, показник заломлення для тієї частоти світла, з якою ми проводимо модельні експерименти. У цій таблиці знаходяться параметри компонента (вір-туального оптичного елемента), які в числовій формі показують його влас-тивості. Параметри компонента можуть бути внесені в таблицю як при візуальній роботі мишею (наприклад, при розта-шуванні, або масштабуванні), так і безпо-середньо, набором або редагуванням у таблиці. Таблиця включає також і пара-метри, що не можуть бути настроєні мишею. Прикладом, такого параметра є, зокрема, показник заломлення.
На рис. 2 показано заломлення призмою монохроматичних променів двох різних частот.
Основна приваблива риса цього практикуму в тому, що він дозволяє за лічені хвилини провести широке коло віртуальних фізичних експериментів.
Проте, донедавна дуже багато часу витра-чалося на проектування інтерфейсу програми, на створення самих компонентів моделі, на реаліза-цію динаміки руху при візуалізації проектованого процесу.
За цими другорядними деталями інколи втрачається суть моделювання.
Використання програмних продуктів, предс-тавленого вище типу, дозволить зменшити до мінімуму роботи, не пов'язані безпосередньо з моделлю, і збільшити час, відведений на формування самого механізму роботи моделі. Така програма дозволить подивитися на фізичний процес "зсередини" і тому глибше його зрозуміти.
У розглянутому вище практикумі з геометричної оптики не було необхідності у віртуальних вимірювальних пристроях. Тому огляд можливості їх створення розглянутий окремо.
Розробка віртуальних вимірювальних пристроїв для кожного розділу фізики має свою специфіку.
Для апробації вимірів у межах модельного експерименту була створена модельна програма, що імітує рух молекул в ідеальному газі. У прямокутнику, що зображає герметично закриту посудину, рухаються кружечки, що вказують на місця розташування молекул. Молекули рухаються хаотично, пружно відбиваються від стінок. Вважається, що вони настільки малі, що вірогідність їх стикання безкінечно мала, тому вони не стикаються, а пролітають одна повз одну. Врахований розподіл молекул за швидкостями.
Підрахунок кількості зіткнень кульок (молекул) зі стінками за рівні проміжки часу (вимір тиску), можливість зміни швидкості руху кульок (зміна температури) та величини досліджуваного об'єму (рух стінок посудини), при збереженні кількості молекул всередині посудини, дозволяє побудувати графіки ізотермічного, ізобарного, ізохорного процесу в ідеальному газі.
При побудові ізотерми через рівні проміжки часу змінювали розмір посудини, підраховували кількість зіткнень із стінкою. Все це відбувалося без зміни температури (швидкості молекул). Будували залежність кількості зіткнень від об'єму.
При побудові ізохори через рівні проміжки часу змінювали швидкість молекул і підраховували кількість зіткнень із стінкою. Усе це відбувалося без зміни розміру посудини (об'єму). Будували залежність кількості зіткнень від швидкості молекул.
При побудові ізобари через рівні проміжки часу змінювали швидкість молекул і підбирали об'єм посудини таким чином, щоб кількість зіткнень із стінкою була постійною (тиск постійний). Будували залежність об'єму від середньої швидкості молекул.
Порівняння графіків, побудованих за результатами модельного експерименту, якісно співпали з графіками, побудованими за відомими емпіричними співвідношеннями (рис. 3).
На рис. 3 зліва від графіка розташований прямокутник, який візуалізує в реальному часі кількість ударів кульок об стінки. Координата кожної точки по осі ординат визначається положенням верхньої границі прямокутника на момент зупинки накопичення. Друга координата, по осі абсцис, визначається об'ємом посудини, яказнаходиться під графіком функції.
Важливим моментом є те, що в цій реалізації моделі існують кількісні виміри в реальному часі. У більшості випадків модельні навчаючі програми дають можливість тільки якісного спостереження.
Врахування взаємодії молекул, а також зменшення їх кількості в газі (при конденсації) дозволить моделювати процеси в реальних газах. Такі моделі були реалізовані.
Перспективи розвитку. Цілком зрозуміло, що якісна модель складного фізичного процесу не може бути побудована тільки на основі взаємодії віртуальних фізичних об'єктів. Без програмного опису взаємодії окремих компонентів моделі можна обійтися тільки у найпростіших випадках. Однак створення транслятора мови програмування саме по собі досить складне завдання. Тому пропонується створювати лабораторні практикуми як додаток (application) до розвинутої мови програмування, наприклад, Delphi. Такий підхід дозволить накопичувати віртуальні фізичні об'єкти і створити бібліотеку алгоритмів взаємодій цих об'єктів. Передбачається, що великого спрощення роботи при створенні нових компонентів, необхідних для формування моделей, можна буде досягти завдяки наслідуванню властивостей об'єктів, їх інкапсуляції і поліморфізму. Усе вище сказане дозволить значно скоротити час на постановку та проведення нових модельних експериментів у межах лабораторних практикумів з фізики.
Література
1. Машбиц Е.И., Бабенко Л.П. и др. Основы компьютерной грамотности / Под ред. А.А. Стогния и др. - К.: Вища шк., 1988. - 215 с.
2. Holovin N., Holovina N. New informative technologies in the lessons of physics // Тези 6 міжнародно-го з'їзду "Oсвіта і навчання оптики та фотоніки", cекція: Нові технології в освіті. - Мексика. - Конкут, - Мехіко. 1999. (ІЕ-І) РІІІ - 12. - С. 119.
3. Головін М.Б. Використання нових інформаційних технологій на уроках фізики // Матеріали науково-практичної конференції "Роль задач в процесі вивчення природничо-математичних дисциплін". - Луцьк - Нововолинськ, 2000. - С. 9-10.
Адреса для листування:
43025 м. Луцьк, пр. Волі, 13 Статтю подано до редколегії
тел. 4-92-21, 4-91-67 31.10.2000 р.
e-mail: post@univer.lutsk.ua
УДК 53 (083) В.О.Савош - аспірант кафедри загальної
фізики та методики викладання фізики ВДУ,
вчитель
Loading...

 
 

Цікаве