003_Введениеx

ВВЕДЕНИЕ
Комплекс компьютерных лабораторных работ создан на кафедре физики
Сибирской государственной геодезической академии и предназначен для
студентов 1–2-го курсов всех специальностей.
Входящие в комплекс компьютерные лабораторные работы и методические указания к ним соответствуют существующим стандартам и программе
общего курса физики для втузов. Комплекс особенно будет полезен для самостоятельного изучения соответствующих разделов курса физики студентами-заочниками и при дистанционном обучении студентов.
В комплекс входят восемь компьютерных лабораторных работ. Все компьютерные программы выполнены в системе программирования DELPHI и
работают в ОС Windows. Каждая работа снабжена подробными методическими указаниями в электронном виде. Первые четыре программы моделируют натурные лабораторные работы и в состав этих компьютерных работ
включены видеоролики, демонстрирующие в действии соответствующую
натурную лабораторную работу.
Для входа в компьютерные программы balmae.exe, om.exe, magfield.exe,
physmay.exe entropy.exe необходимо ввести пятизначный номер своей зачётной книжки. Эти программы имеют два режима работы: свободный и фиксированный. В свободном режиме параметры лабораторных установок вводятся пользователем, в фиксированном они устанавливаются автоматически, в
соответствии с номером зачётной книжки.
Работы №№ 6,7,8 находятся в папке «ФОТОНЫ». Компьютерные программы и методические описания к ним загружаются через ЗАПУСК.htm.
В комплекс включены работы по основным разделам общего курса физики. В первой лабораторной работе «Баллистический маятник» моделирование выполнено но основе закона сохранения и превращения полной механической энергии системы и закона сохранения полного импульса системы.
Во второй работе проверяется закон Ома. Поскольку компьютерный вариант работы позволяет легко варьировать внутренние сопротивления вольтметра и амперметра, а также их классы точности, каждый студент получает
эти параметры индивидуально, по введённому номеру зачётной книжки. И в
первом задании студенту предлагается обоснованно выбрать из двух возможных схем подключения приборов оптимальную. Таким же способом задаются параметры исследуемого проводника: его диаметр и удельное сопротивление.
В третьей лабораторной работе «Определение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли» важную роль в экспериментальной установке играет магнитная стрелка. Поведение стрелки смоделировано на основе численного решения уравнения её движения, при этом в программе использовался цикл на основе таймера системы DELPHI, что позволило наблюдать это движение в режиме реального времени.
Таким же способом моделируется и движение физического маятника в
лабораторной работе № 4.
Работы № 5–8 посвящены вопросам, которые либо невозможно, либо за-
труднительно изучать в учебной лаборатории в натурном эксперименте.
В программе «Энтропия» использована простейшая модель «Частицы в
ящике». Программа выводит на экран изображение сосуда с движущимися
молекулами, график микросостояний и график зависимости энтропии от
времени. Оба графика активны, они отображают текущее состояние системы.
Работы №№ 6, 7, 8 посвящены разделу курса общей физики технического вуза, в котором изучаются свойства фотонов. Этот раздел является для
студентов традиционно сложным. Объясняется это тем, что всем микрочастицам, в частности фотонам, присущи корпускулярные и волновые свойства
(корпускулярно-волновой дуализм). В науке не существует модели, которая
одновременно фиксировала бы эти противоречивые свойства. Компьютер
позволяет на основе известных законов физики создать имитацию поведения
фотонов в различных ситуациях, промоделировать (что очень важно для данного вопроса) развитие процессов во времени, изучить влияние многочисленных параметров на происходящие процессы.
В компьютерной программе работы № 6 моделируется опыт Ленарда по
изучению внешнего фотоэффекта. В основе модели – уравнение Эйнштейна
для фотоэффекта.
В седьмой и восьмой и компьютерных лабораторных работах настоящего комплекса изучается корпускулярно-волновой дуализм фотонов.
В работе № 7 рассматривается вопрос, можно ли с помощью полупрозрачного зеркала расщепить каждый фотон на две части, подобно тому, как
расщепляется интенсивных пучок света.
В работе № 8 имитируется процесс постепенного формирования одиночными фотонами интерференционной картины. Экспериментальная установка, которая имитируется в этой работе, что очень важно, получается на
основе экспериментальной установки лабораторной работы № 7, где была
продемонстрирована неделимость одиночных фотонов. Здесь, добавлением
двух зеркал, создается интерференционная схема, похожая на интерферометр
Майкельсона.
Правила выполнения компьютерных лабораторных работ
студентами-заочниками
Во время сессии студент-заочник СГГА должен выполнить в лабораториях кафедры физики на соответствующей лабораторной установке натурную лабораторную работу (номера четырёх первых компьютерных работ
совпадают с номерами натурных лабораторных работ СГГА ). Для подготовки к выполнению этих работ рекомендуется дома, на своём компьютере, выполнить соответствующую компьютерную работу. При этом следует соблюдать изложенные ниже правила.
Студент-заочник должен по приведенному списку литературы теоретически проработать изучаемый материал и ответить на вопросы для самоподготовки. После этого студент выполняет компьютерную лабораторную работу в фиксированном режиме, обрабатывает результаты измерений, делает
выводы и отвечает на контрольные вопросы. По каждой выполняемой работе
оформляется отчёт. Форма отчёта прилагается. Отчёты по лабораторным ра-
ботам выполняются в отдельной тетради. При оформлении отчёта необходимо обратить внимание на размерность физических величин. Они должны
быть указаны в таблицах измерений, на графиках и в ответе (выводах по работе). Отчеты сдаются во время сессии преподавателю, ведущему лабораторные занятия. Их наличие учитывается при защите соответствующих лабораторных работ.
ФОРМА ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
Отчет студента
(Ф.И.О., номер зачётной книжки, дата)
по лабораторной работе
(название работы)
Цель работы______
Ответы на вопросы для самоподготовки.
Рисунок схемы установки (если она есть).
Рабочие формулы (с пояснением обозначений).
Результаты измерений (обычно оформляются в виде таблиц или графика).
Обработка результатов измерений (расчет и ответ, в системе СИ).
Выводы по работе (Что получено? Достигнута ли цель? Если цель достигнута, то почему вы так считаете?)
Ответы на контрольные вопросы по результатам работы.