Комп’ютерне моделювання
Характеристика основних методів сучасного викладання фізики. Моделювання як процес дослідження об’єктів пізнання за допомогою їх моделей. Розгляд особливостей використання табличного процесора EXCEL для обробки результатів лабораторних робіт з фізики.
Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
Вид | лабораторная работа |
Язык | украинский |
Дата добавления | 22.12.2012 |
Размер файла | 1,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Вступ
моделювання процесор фізика
На сучасному етапі розвитку інформаційно-комунікаційних технологій маємо великі можливості для підвищення якості навчального процесу. Адже комп'ютер є універсальним для застосування у будь-якій сфері суспільного життя, а в освіті зокрема. Застосування ІКТ в навчальному процесі звільнює від існуючих обмежень.
Поява гіпертексту, електронних підручників, навчального програмного забезпечення робить комп'ютер універсальним засобом пізнання та надає йому право замінити практично все лабораторне обладнання. Але для роботи з відповідними засобами потрібно з'ясувати їх призначення та доцільність використання під час занять.
Мова йде про комп'ютерне моделювання. Вивчаючи фізику, можемо відмітити, що не всі явища, які вивчаються в шкільному курсі можна продемонструвати в реальних умовах. Це стосується таких явищ та дослідів, в яких використовуються шкідливі для здоров'я речовини, дослідження швидкоплинного явища, потреба в спеціалізованому обладнанні тощо. Використовуючи комп'ютер та програмне забезпечення можемо змоделювати і розглянути будь-яку ситуацію і наочно продемонструвати її. Це дуже зручно, урок фізики не зводиться до сухого викладу матеріалу, а підкріплюється наочністю.
Також за допомогою програмного забезпечення можна проводити складні обчислення, наприклад, під час виконання лабораторних робіт. Що значно спрощує виконання самої роботи та скорочує час її виконання.
Проте, як зазначається [16,47] надмірне захоплення технологічними аспектами комп'ютерної реалізації засобів навчання набуває перманентного характеру і стимулює деяких вчителів і викладачів майже до повної відмови від традиційних технологій навчання. Комп'ютер - це потужний, ефективний, проте лише засіб, інструмент для моделювання. Захоплення використання готових моделей загрожує передчасним розривом зв'язку виучуваного явища з дійсністю [16,48].
Виникає протиріччя між об'єктивною необхідністю вивчати ці явища на моделях і відсутністю передумов здійснення цього [8,189].
Мета: створення комп'ютерних моделей фізичних процесів у навчально-виховному процесі.
Об'єкт: навчально-виховний процес фізики.
Предмет: комп'ютерне моделювання як метод формування вмінь учнів на прикладі табличного процесора MS Excel.
Завдання:
1. Визначити етапи розробки проблеми в науково-методичній літературі.
2. Розкрити роль і місце моделювання у навчанні фізики.
3. Здійснити та обґрунтувати вибір програмного забезпечення для навчання моделювання.
4. Розробка лабораторних робіт з електростатики.
Комп'ютерне моделювання як потужний засіб наукового пізнання. Аналіз стану розробки проблеми в літературі
Проблемі використання ІКТ та програмного забезпечення навчального призначення приділено значно уваги у наукових працях С. Семерікова, І. Теплицького, С. Ракова, С. Хазіної, О. Антикуз, П. Атаманчук, Ю. Рамського, В. Бикова, В. Руденко, Р. Гуревича, М. Каневської, М. Жалдака, В. Лапінського, Л. Панченко, В.Швець, С. Стадніченко, Т. Батаріної, М. Садового та ін.
Л.Панченко [11] пропонує послідовність математичного моделювання, без якого складно перекласти інформацію з математичної мови на мову програмування. Відповідно, на базі даної послідовності створення моделей можна створити модель будь-якого інформаційного процесу (передача даних, зберігання, кодування, декодування тощо).
Дослідження, проведені В.Швець [20], розкривають особливості використання табличного процесора EXCEL для обробки результатів лабораторних робіт з фізики для лінійних та нелінійних залежностей. Для прикладу наведено математичний метод найменших квадратів для лінійних залежностей. Автор стверджує, що використання табличного процесора EXCEL для обробки даних лабораторних робіт ознайомлює зі сучасними методами обробки експериментальної інформації, скорочує час на виконання власне самої роботи, підвищує рівень науковості навчального процесу, що не мало важливо. Як перспективою для подальших досліджень вказано, що низка програмних лабораторних робіт курсу фізики та фізичної хімії використовуються у вищій школі, можуть бути виконані за допомогою пакета EXCEL. Наприклад, такі роботи, як «Побудова вольт-амперної характеристики напівпровідникового діода», «Визначення енергії активації хімічної реакції», «Перевірка закону Ома»,
У статті О.В. Антикуз [1] наведено приклад розв'язання задачі з механіки за допомогою табличного редактора MS EXCEL. Обгрунтовано переваги табличного редактора, так як під час роботи в EXCEL необхідне знання відповідної формули чи ряду формул, значно скорочується час на обчислення та побудову графіків залежності величин, тим більше для аналізу даних і розв'язування задач не вимагається знання мов програмування і складання програм з виведенням результатів.
С. Семеріков та І.Теплицький досліджували особливості моделювання механічних рухів у середовищі електронних таблиць, визначили доцільність комп'ютерного моделювання фізичних процесів [14]. І.Теплицький навів можливі обмеження при застосуванні комп'ютера у фізичному лабораторному експерименті [19]. Засобом моделювання обрано табличний процесор MS Excel. Наукова діяльність С.Хазіної [7] присвячено, комп'ютерному моделюванню. Це є свідченням існування web-сайту «Комп'ютерне моделювання». Матеріали, розміщені на сайті, присвячені комп'ютерному моделюванню фізичних явищ та процесів засобами різних програмних середовищ, зокрема таких, як GRAN, MS Excel, MS PowerPoint, Maxima, MathCAD, Macromedia Flash, 3dsMax, Delphi тощо.
Отже, як показано у вище розглянутих наукових працях, комп'ютерного моделювання є актуальною проблемою, якою цікавиться досить велика кількість науковців. Моделювання розглядається як допоміжний метод при вивченні складних фізичних процесів і явищ.
Аналізуючи наукові праці, присвячені даній проблемі, можна визначити напрями застосування комп'ютерного моделювання на уроках фізики:
· Моделювання фізичних явищ і процесів;
· Обробка експериментальних даних лабораторних робіт;
· Розв'язування задач;
· Науково-дослідна робота учнів.
Моделювання у процесі вивчення фізики
Важко було б уявити будь-яке складне явище без його моделі, тобто імітації відповідного об'єкта чи явища. Наприклад, глобус, який являється моделлю Землі, модель будинку, атома тощо. Найчастіше в ролі моделі виступає інший матеріальний або уявний об'єкт, що замінює в процесі дослідження об'єкт-оригінал.
Визначимо, що являє собою поняття «модель».
Модемль -- опис об'єкта, предмета, явища або процесу на якій-небудь формалізованій мові, складений з метою вивчення його властивостей. Такий опис особливо корисний у випадках, коли дослідження самого об'єкта ускладнене або фізично неможливе [12].
Моделювання - це процес дослідження об'єктів пізнання за допомогою їх моделей [15].
Моделювання в широкому сенсі -- це особливий пізнавальний процес, метод теоретичного та практичного опосередкованого пізнання, коли суб'єкт замість безпосереднього об'єкта пізнання вибирає чи створює схожий із ним допоміжний об'єкт-замісник (модель), досліджує його, а здобуту інформацію переносить на реальний предмет вивчення.
Характерною рисою є можливість відтворення моделлі відповідно до завдань дослідження тих чи інших істотних властивостей, структур досліджуваного об'єкта, взаємозв'язків і відносин між його елементами. В процесі пізнання модель іде слідом за об'єктом, будучи певною його копією, а у відтворенні, конструванні, навпаки, об'єкт йде слідом за моделлю, копіюючи її.
Модель фіксує існуючий рівень пізнання про досліджуваний об'єкт. Неможливо створити універсальну модель, котра могла б відповісти на всі запитання, що викликають інтерес; кожна з них дає лише наближений опис явища, причому в різних моделях знаходять відображення різні його властивості. До моделювання звертаються тоді, коли досліджувати реальний об'єкт з усією сукупністю його властивостей недоцільно, незручно або неможливо.
Моделлю можуть бути будь-який об'єкт, установка, явище або мислений образ, за допомогою яких вивчаються складніші об'єкти. Моделі використовують тоді, коли безпосередньо дослідити відповідні об'єкти-оригінали важко або й неможливо. В іншому випадку моделі використовуються для дослідження ще не існуючих об'єктів.
При цьому дослідник має справу не з реальним об'єктом, а з його моделлю. Результати дослідження моделі переносяться на реальний об'єкт.
Залежно від критерію класифікації виділяють різні типи моделей. За способом подання усі вони поділяються на два великих класи: матеріальні та нематеріальні (інформаційні). Матеріальні - це реальні, фізично існуючі моделі. Матеріальні моделі є носієм хімічних, геометричних, фізичних та інших властивостей об'єкта, процесу або явища. Приклад матеріального моделювання: дослідження аеродинамічних властивостей планера літака шляхом продування його макета в аеродинамічній трубі.
Досягнення фізики і техніки відкрили перспективи реалізації таких проектів, як освоєння космосу, створення ракетно-ядерного щита, оволодіння таємницями атомної енергії, пошук нових фундаментальних законів природи. Ці завдання не могли бути реалізовані традиційними методами, вони були попередньо «здійснені" в надрах ЕОМ за допомогою математичних модулів і лише потім - на практиці.
Став можливим обчислювальний експеримент. Він є доцільним тоді, коли натурний експеримент небезпечний, дорого коштує або його неможливо реалізувати. Він дає змогу, знаючи закони природи, отримати численні наслідки, які без допомоги комп'ютера отримати неможливо.
Обчислювального експерименту є математичне моделювання, теоретичною базою - прикладна математика, а технічною - потужні комп'ютери.
Класичною галуззю математичного моделювання є фізика. До недавніх часів у фізиці мікросвіту (у квантовій теорії поля) обчислюваний експеримент не застосовувався, але згодом фізики-теоретики прийшли до висновку, що процеси у мікросвіті є нелінійними, тому для їх дослідження необхідно використовувати чисельні методи і сучасні комп'ютерні технології.
І це далеко не всі можливості застосування методу комп'ютерного моделювання.
Отже, глибокий аналіз та комплексне дослідження процесів, що відбуваються у різноманітних технічних, біологічних та соціально-економічних системах, неможливі без їх моделювання, зокрема, комп'ютерного. Таке моделювання дає змогу простежити перебіг подій у складних системах при різних комбінаціях зовнішніх та внутрішніх факторів, визначити оптимальну структуру таких систем тощо. Застосування сучасних комп'ютерних технологій та відповідного програмного забезпечення значно прискорює такий аналіз і підвищує його якість [15].
Моделювання є потужним засобом наукового пізнання, воно потребує інтеграції знань із різних навчальних дисциплін і сприяє формуванню світогляду з позиції єдиного підходу до вивчення різноманітних явищ навколишнього світу. Воно є складовою науково-дослідної роботи і належить до тих видів інтелектуальної діяльності, які можна опанувати на основі власного досвіду і опрацювання спеціальної літератури [9].
Моделі й моделювання знаходять широке застосування у різних галузях науки і техніки: у природничих та гуманітарних науках, у психології, філософії, соціології, педагогіці, економіці, мистецтві тощо.
Найбільш розповсюджений метод побудови моделей полягає в застосуванні фундаментальних законів природи, на яких ґрунтується багато науково-технічних досягнень, до конкретних ситуацій.
Приклади моделей, які базуються на законах Архімеда, Ньютона, Ома та інших класичних законах: знаходження траєкторії спливання підводного човна залежно від деяких параметрів, залежність сили струму І від часу t в контурі, який має електрорушійну силу , опір R та індуктивність L, закон зміни маси речовини від часу (радіоактивний розпад речовини).
Фізика як наука часто оперує абстрактними поняттями, аналогіями, моделями, ідеалізованими системами, які створені людиною для кращого розуміння явищ і процесів, які досліджуються. Використання моделей і аналогій, віртуального (комп'ютерного і мисленого) експерименту перетворює навчальний процес у доступний, наочний, полегшує розуміння змісту багатьох фізичних процесів та їх закономірностей, розвиває логічне мислення, уяву та творчі здібності [13,46].
Вибір програмних засобів для побудови моделі фізичних явищ
Комп'ютерне моделювання фізичних явищ спрощує їх дослідження, адже відтворює за допомогою спеціальних програм цілісну картину для дослідника. Також є можливість проводити експерименти над явищами або об'єктами, створивши відповідні умови, тобто написати спеціальну програму, та слідкувати за перебігом експерименту, змінюючи параметри, отримати результати в числовому та візуальному вигляді (графіки, діаграми), прослідкувати залежність від того чи іншого параметру, закономірності тощо [17,156].
Досягти навчальних цілей щодо опануванням учнями складного для розуміння матеріалу без застосування програмних засобів, які мають широкі аналітичні, графічні можливості і вже стали необхідним інструментом у професійній діяльності фахівців у галузі математики, техніки, економіки, управління неможливо. До таких програмних засобів можна віднести: Maple, Mathematica, Matlab, Mathcad, MS Excel [17,74].
Можливо використати моделі і показувати досліди, приладів для демонстрації яких в наявності немає. Та не слід захоплюватись цим, адже є ризик втратити основне призначення фізичного експерименту [17, 156].
Отже, одним із головних завдань, що постає перед нами, є вибір оптимального програмного середовища для моделювання.
Середовище для побудови фізичних моделей має відповідати таким вимогам:
· Можливість подачі інформації у графічному чи звуковому вигляді;
· Можливість зміни вхідних параметрів;
· Можливість коректно реагувати на зміни параметрів;
· Можливість проведення математичних перетворень.
На початковому етапі роботи з комп'ютерними моделями цілком придатним середовищем являється табличний процесор MS Excel, вивчення якого передбачено чинною програмою шкільного курсу інформатики. Табличний процесор дає можливості для розвитку основних уявлень про технологію комп'ютерного моделювання. Застосування MS Excel дозволяє розпочати системне вивчення комп'ютерного моделювання значно раніше, ніж вивчення мов програмування [13,9-10].
Під час роботи з табличним процесором MS Excel необхідне знання матеріалу, зокрема формул, щоб ввести в комірки таблицю потрібні дані. Час, який учні зазвичай витрачаються для проведення розрахунків і побудову графіків залежностей параметрів один від одного, під час роботи в MS Excel значно скорочується, а цей час можна використати на аналіз отриманих результатів [1,35]. MS Excel має вбудовані функції, призначені для обчислень інтегралів, диференціальних рівнянь, системи лінійних рівнянь, проведення операцій над матрицями тощо.
Крім того, додаток Excel не вимагає від користувача знань мов програмування та складання програм з виведенням результатів у графічній формі. В комірки можна додавати графічну інформацію, анімації, що є дуже зручно при використанні програмного забезпечення на лабораторних роботах з фізики.
Тому для створення віртуальних лабораторних робіт використовуємо табличний процесор MS Excel.
Застосування комп'ютерного моделювання на практиці. Аналіз шкільної програми
Для визначення місця моделювання у вивченні фізики, проаналізуємо шкільну програму з фізики (9 клас).
Програма 9 класу предбачає вивчення більш складного матеріалу, ніж програми попередніх класів. Школярі познайомляться з такими розділами, як електричне поле, електричний струм, магнітне поле, атомне ядро, ядерна енергетика [18].
Проаналізуємо кожний розділ докладніше, використовуючи шкільний підручник «Фізика. 9 клас» (Божинова Ф.Я.)[2].
Розділ «Електричне поле» включає в себе такі підрозділи, як електризація тіл; електричний заряд; два роди електричних зарядів; дискретність електричного заряду; будова атома; електрон; йон; закон збереження електричного заряду; електричне поле; взаємодія заряджених тіл; закон Кулона. При вивченні даного розділу передбачається виконання лабораторної роботи на тему: «Дослідження взаємодії заряджених тіл» та ряду демонстрацій - електризація різних тіл, взаємодія наелектризованих тіл, два роди електричних зарядів, подільність електричного заряду, будова і принцип дії електроскопа, закон Кулона.
До об'ємного розділу «Електричний струм» входять підрозділи: електричний струм; дії електричного струму; електрична провідність матеріалів: провідники, напівпровідники та діелектрики; струм у металлах; електричне коло; джерела електричного струму; гальванічні елементи; акумулятори; сила струму; амперметр; вимірювання сили струму; електрична напруга; вольтметр; вимірювання напруги; електричний опір; залежність опору провідника від його довжини, площі поперечного перерізу та матеріалу; питомий опір провідника; реостати; залежність опору провідників від температури; закон Ома для однорідної ділянки електричного кола; з'єднання провідників; розрахунки простих електричних кіл; робота і потужність електричного струму; закон Джоуля--Ленца; електронагрівальні прилади; електричний струм в розчинах і розплавах електролітів; кількість речовини, що виділяється під час електролізу; застосування електролізу у промисловості та техніці; струм у напівпровідниках; електропровідність напівпровідників; залежність струму в напівпровідниках від температури; термістори; електричний струм у газах; самостійний і несамостійний розряди; застосування струму в газах у побуті, в промисловості, техніці; безпека людини під час роботи з електричними приладами і пристроями. Передбачено проведення таких лабораторних робіт, як «Вимірювання сили струму за допомогою амперметра»; «Вимірювання електричної напруги за допомогою вольтметра»; «Вимірювання опору провідника за допомогою амперметра і вольтметра»; «Вивчення залежності електричного опору від довжини провідника і площі його поперечного перерізу, матеріалу провідника»; «Дослідження електричного кола з послiдовним з'єднанням провідників»; «Дослідження електричного кола з паралельним з'єднанням провідників»; «Вимірювання потужності споживача електричного струму»; «Дослідження явища електролізу».
Розділ «Магнітне поле» включає в себе вивчення таких тем, як постійні магніти; магнітне поле Землі; взаємодія магнітів; магнітна дія струму; правило лівої руки; магнітне поле провідника зі струмом; магнітне поле котушки зі струмом; електромагніти; дія магнітного поля на провідник зі струмом; електричні двигуни; гучномовець; електровимірювальні прилади; електромагнітна індукція; досліди Фарадея; явище електромагнітної індукції. При вивченні теми «Магнітне поле» передбачена лабораторна робота на тему: «Складання найпростішого електромагніту і випробування його дії».
Розділ « Атомне ядро. Ядерна енергетика» передбачає вивчення тем, як атом і атомне ядро; радіоактивне випромінювання; активність радіонукліда. Правила зміщення; поглинута та еквівалентна дози йонізуючого випромінювання; отримання та використання радіоактивних ізотопів; ланцюгова ядерна реакція. ядерний реактор; екологічні проблеми атомної енергетики. Вивчаючи даний розділ планується проведення лабораторної роботи: «Вивчення будови дозиметра і проведення дозиметричних вимірювань».
Розглянувши шкільну програму з фізики, можна зробити висновок про складність матеріалу, зокрема це стосується розділу «Електричне поле». Адже в цьому розділі найбільше запропоновано лабораторних робіт, які потребують громіздких обчислень.
Досліджувати ці явища на лабораторних роботах не завжди можливо. Тому деякі явища з наведених вище розділів доцільно було б вивчати на комп'ютерних моделях. [10].
Отже, в процесі вивчення фізики в загальноосвітній школі розглядається такий матеріал, який не можна продемонструвати в реальних умовах. Особливо це стосується лабораторних робіт. Тому доцільно замінити загальноприйнятий натурний експеримент модельним.
Визначення завдань для розробки лабораторних робіт
Проаналізувавши шкільну програму з фізики для 9 класу та користуючись матеріалами підручника «Фізика. 9 клас» за ред. Божинової Ф.Я. можна визначити завдання, які можна включити до переліку лабораторних робіт, які учні будуть виконувати за допомогою комп'ютера.
Розробляючи віртуальні лабораторні роботи слід пам'ятати, що жодна анімація чи ілюстрація ніколи не замінять на уроці фізики реального обладнання. Натурний експеримент не слід замінювати віртуальним без вагомих на те причин [16, 47]. На уроках фізики учні повинні вміти користуватись вимірювальними приладами, вміти визначати ціну поділки шкали будь-якого вимірювального приладу, складати за схемами електричні кола, користуватись навчальним обладнанням тощо. Комп'ютер повинен виступати на уроці як допоміжній засіб, а не як основний.
Для побудови віртуальних лабораторних робіт використаємо такі, як «Вивчення залежності електричного опору від довжини провідника і площі його поперечного перерізу, матеріалу провідника», «Дослідження явища електролізу». Для прикладу можна розробити більш складну лабораторну роботу, яка вимагає високого рівня підготовки теоретичних та практичних вмінь - тому й призначена для школярів, що навчаються у класах з поглибленим вивченням фізики. Обидві частини дослідження можна виконувати поза навчальним часом, наприклад під час фізичного гуртка або практикуму. Мова йде про лабораторну роботу «Дослідження напівпровідникового транзистора».
Дані роботи є досить об'ємними, потребують проведення 2-3 експериментів на перевірку різних параметрів досліджуваного явища. Тому виконуючих їх доцільно використовувати комп'ютер, де за допомогою табличного процесора MS Excel зручно проводити обрахунки, будувати криві та графіки залежностей, прослідкувати зміни поводження досліджуваного явища від вхідних параметрів, які користувач заносить з клавіатури до комірок електронної таблиці.
Отже, під час виконання лабораторних робіт з електростатики, комп'ютер використовуємо не як основний засіб, а як допоміжній. Цим самим зберігаємо основне призначення шкільного експерименту. Учні мають змогу попрацювати із реальним лабораторним обладнанням та з комп'ютерною програмою і на основі цього зробити висновки по відповідним лабораторним роботам.
Моделювання лабораторних робіт
Кожна з лабораторних робіт складається з двох частин: власне експериментальної та дослідницької.
В першій частині роботі учень відповідно до вказівок до виконання лабораторної роботи виконує експеримент, знімає показики приладів, при необхідності змінює вхідні параметри та достатню кількість раз проводить експеримент над досліджуваним явищем або об'єктом.
В дослідницькій частині учень працює виключного з табличним процесором MS Excel. Відкриває електронну таблицю з заздалегідь внесеними вчителем у відповідні комірки формулами, вводить отримані під час експериментальної частини дані та отримує результат. Це проста форма роботи учня в дослідницькій частині. Складна форма роботи учня - це коли він самостійно на чистому аркуші електронних таблиць створить таблицю, до комірок якої внесе отримані під час експериментальної частини лабораторної роботи дані, за відповідними формулами та можливостями табличного процесора MS Excel проведе обчислення, порівняє їх із обчисленнями, які отримано іншим учнем, який працював з простою формою та зробить відповідні висновки.
Складна форма роботи учня у дослідницькій частині стимулює школярів до актуалізації знань не тільки з фізики, а й інформатики. Учень активно мислить, приймає рішення, використовує причинно-наслідкові зв'язки тощо. Така форма роботи формує початкові дослідницькі вміння учня.
Розроблені лабораторні роботи акцентують увагу учнів до знань та використання основних формул, які застосовуються в даній роботі. Тобто, лабораторна робота не перетинається з лабораторною роботою з інформатики, учні демонструють свої знання з фізики і лише елементарні знання з інформатики, зокрема робота з табличним процесором MS Excel.
Докладніше про особливості розробки кожної з запропонованих лабораторних робіт.
Лабораторна робота
«Вивчення залежності електричного опору від довжини провідника і площі його поперечного перерізу, матеріалу провідника».
Метою роботи є дослідиження залежності електричного опору провідника від його розмірів. З-поміж лабораторного обладнання, необхідного для виконання роботи (джерело струму, реостат, вимикач, амперметр, вольтметр, з'єднувальні провідники, мідна дротина тощо), використовуємо програмне забезпечення - табличний редактор MS Excel.
Лабораторна робота розроблена на основі поданого бланка для виконання лабораторної роботи для 9 класу "Залежність опору провідника від матеріалу та геометричних розмірів." [3]. Лабораторна робота складається з двох частин: експериментальної та дослідницької. Експериментальна частина для всіх учнів є однакова, бо її мета - в результаті проведеного експеримент отримані дані, які використовуватимуться в дослідницькій частині. Учень виконує досліди відповідно до інструкції, поданій до лабораторної роботи. Дослідницька частина розрахована на два рівні: проста форма роботи учня та складна робота учня. Проста форма роботи учня передбачає заповнення готових таблиць, створених вчителем у файл табличного процесора zalezn_opory.xls, Лист2. Учень вводить до комірок отримані в експериментальній частині дані: L,S,U,I (рис.2.3.1).
Рис.2.3.1. Таблиця 1 лабораторної роботи «Вивчення залежності електричного опору від довжини провідника і площі його поперечного перерізу, матеріалу провідника»
Після введення даних, у комірках F5-F7 автоматично обчислюється значення опору R. Опір розраховується за формулою, яка виведена з закону Ома . У комірці F5 введена формула для обчислення опору R з посиланням на дані, які містяться в інших комірках: =D5/E5. Для комірок F6-F7 використовуємо «авто заповнення». Отже, таблицю 1 ми заповнили даними. Також учням потрібно провести аналіз отриманих значень опору шляхом побудови графіка залежності опору R від довжини провідника, використовуючи Мастер диаграм. Переходимо до таблиці 2 (рис.2.3.2), в якій проводяться розрахунки характеристик провідника з невідомого матеріалу. До комірок вводяться дані, отримані під час експериментальної частини, а саме для розрахунку характеристик провідника з невідомого матеріалу (L,S,U,I). В комірці F11 обчислюємо значення опроу R, посилаючись на комірки з введеними значеннями: =D11/E11. В комірці G11 отримуємо значення питомого опору за формулою: =F11*C11/B11.
Рис.2.3.2. Таблиця 2 лабораторної роботи «Вивчення залежності електричного опору від довжини провідника і площі його поперечного перерізу, матеріалу провідника»
Отримавши значення питомого опору с, порівнюємо його із табличним (Таблиця 1. Питомий опір деяких матеріалів), наведеними в теоретичних відомостях до лабораторної роботи. Зробити висновки по лабораторні роботі.
Складна робота учня кардинально відрізняється від простої форми. Так у простій формі учень лише вводить значення до відповідних комірок уже готової таблиці, та отримує результати. А складна форма роботи учня передбачає самостійну побудову таблиці для введення даних, отриманих під час експериментальної частини, та використанню формул для обчислення. Тобто учень працює з чистим аркушем Лист3 файлу zalezn_opory.xls. Учень проявляє свої знання та вміння не тільки фізики, а й інформатики, зокрема навички роботи з табличним процесором MS Excel. Така форма роботи в дослідницькій частині формує в учнів дослідницькі вміння, вміння аналізувати, спів ставляти, активно мислити, знаходити причинно-наслідкові зв'язки процесів і явищ, що досліджуються.
Розробка лабораторної роботи наведена в Додаткові А.
Лабораторна робота
«Дослідження явища електролізу».
Мета роботи: дослідити залежність кількості виділеної при електролізі речовини від кількості електрики, що пройшла через електроліт.
Як і в попередній лабораторній роботі, з-поміж обладнання (мідний вольтаметр, акумуля тор, амперметр, реостат, ключ, з'єднувальні провідники, терези, важки, годинник, розчин мідного купоросу) використовуємо програмне забезпечення - табличний редактор MS Excel.
Лабораторна робота розроблена з використанням матеріалів [6].
Структура роботи повністю аналогічна з попередньою лабораторною роботою: учні виконують експериментальну частину, отримують значення параметрів (m1, m2, t, I). Потім працюють з файлом табличного процесора electroliz.xls. Лист3 містить дві таблиці для введення отриманих під час експерименту даних (рис.2.3.3).
Рис.2.3.3. Таблиці 1та 2 лабораторної роботи «Дослідження явища електролізу»
В комірці D4 обчислюємо значення маси міді, що виділилась на пластинці за певний проміжок часу: =C4-B4. Заповнюємо комірки D5-D6, використовуючи авто заповнення. Переходимо до таблиці 2 (рис.2.3.3). Таблиця містить значення таких стали, як молярна маса міді (m), валентність міді (Z), число Авогадро (NA), заряд електрона (e). Значення струму (І) і часу (t) береться з таблиці 1. У комірці В14 обчислюємо електрохімічний еквівалент міді за формулою: = =B9*B13*B14/B11*B12*B10. Для комірок С14-D14 використовуємо авто заповнення. У комірці В16 обчислюємо середнє експериментальне значення електрохімічного еквіваленту для міді за формулою: = B15+C15+D15/3 У комірці В17 наведено табличне значення електрохімічного еквіваленту для міді. Порівнюємо значення табличне із отриманим в комірці В18, обчислюємо похибку в комірці С18. Учні відповідають на контрольні питання, передбачені в лабораторній роботі.
Складна форма роботи учня, як і в попередній лабораторній роботі, передбачає роботу з чистим аркушем Лист1. Учень самостійно створює таблиці, вводить в них дані, отримані під час експериментальної частини, використовує формули для обчислення значення маси міді, що виділилась на пластинці за певний проміжок часу (в таблиці 1) та електрохімічний еквівалент міді (в таблиці 2). Користуючись табличними даними електрохімічних еквівалентів речовин, порівнюють отримане значення з табличним, обчислюють похибку вимірювань. Дана робота є складнішою за лабораторну роботу «Вивчення залежності електричного опору від довжини провідника і площі його поперечного перерізу, матеріалу провідника». Складніше обладнання використовується під час експериментальної частини роботи, більше проводиться розрахунків. Але учням стає легше працювати в дослідницькій частині роботи, так як вони розуміють схему роботи з таблицями. Розробка лабораторної роботи наведена в Додатку Б.
Лабораторна робота
«Дослідження напівпровідникового транзистора»
Робота розрахована на учнів, які навчаються в профільних класах. Робота носить об'ємний характер, насичена проблемними завданнями, які учень в її ході повинен подолати опираючись на свої знання, ерудицію, фантазію, кмітливість тощо. Лабораторна робота розроблена на основі роботи [5]. Мета роботи: вивчення особливостей роботи транзистора за схемою з спільним емітером (зняття вхідної і вихідної характеристик).
Робота вимагає вміння працювати з програмою-симулятором Electronic WorkBench та табличним процесором MS Excel. Тому лабораторне обладнання в даній роботі відсутнє, а учень працює лише з комп'ютером. За допомогою.
Робота складається Electronic WorkBench ми збираємо електричні схеми та проводимо віртуальний експеримент. Виконуючи експериментальну частину, учні отримують значення Iб, так як значення параметру Uбе змінюється від 0 - 1 В і залишається незмінним для даного досліду. Uке може приймати значення тільки 0, 100, 200, 300 мкА. До таблиці 1 вносять дані залежності сили струму бази (Iб) від напруги на переході база-емітер (Uбе) при сталому значенні напруги на переході колектор-емітер (Uке= const). Напругу Uбе вибираємо від 0,5 до 1 В через 50 мВ.
Напругу на колекторі Uке вибираємо 0, 100, 200 і 300 мВ. Отримані значення в ході експерименту, тобто значення Iб, вносимо в діапазон комірок В4-В15, E4-E15, H4-H15, K4-K15 відповідно. Отримуємо таблицю:
Таблиця 1 до лабораторної роботи «Дослідження напівпровідникового транзистора»
В таблицю 2 вносять залежність сили струму колектора (Iк) від напруги на переході колектор-емітер (Uке) при сталому значенні сили струму через базу Іб = const.. Напругу Uке вибираємо від 0 до 300 мВ через 20 мВ. Значення сили струму бази Іб вибираємо 100, 200 і 300 мкА. Отримуємо таблицю:
Таблиця 2 до лабораторної роботи «Дослідження напівпровідникового транзистора»
Заповнивши обидві таблиці, учень повинен побудувати в прямокутній системі координат будуються сім'ї вхідних і вихідних характеристик транзистора за допомогою Майстра діаграм. Вигляд цих характеристик показано на рис.2.3.6 та рис.2.3.7.
Рис.2.3.6. Графік вхідних статичних характеристик транзистора.
Рис.2.3.7. Графік вихідних статичних характеристик транзистора.
Після отримання графіків учні дають відповідь на контрольні питання.
Дану роботу можна запропонувати на самостійне виконання за наявністю програмного забезпечення. Лабораторну роботу можуть виконати і студенти фізичних спеціальностей вищих учбових закладів.
Розробка лабораторної роботи наведена у Додатку В.
Висновки
У курсовій роботі розглядається актуальне питання методики викладання фізики - використання комп'ютерного моделювання фізичних процесів, зокрема використання комп'ютерних моделей під час лабораторних робіт з електростатики.
На початку розкриття проблеми моделювання лабораторних робіт з електростатики, ми поставили собі за мету створити комп'ютерні моделі фізичних процесів у навчально-виховному процесі та поставили перед собою ряд завдань. А саме, визначити етапи розробки проблеми в науково-методичній літературі, розкрити роль і місце моделювання у навчанні фізики, здійснити та обґрунтувати вибір програмного забезпечення для навчання моделювання, розробити лабораторні роботи з електростатики.
Аналізуючи літературні джерела, бачимо, що проблема комп'ютерного моделювання є актуальною, і нею цікавиться досить велика кількість науковців. Моделювання розглядається як допоміжний метод при вивченні складних фізичних процесів і явищ.
Аналізуючи наукові праці, присвячені даній проблемі, можна визначити напрями застосування комп'ютерного моделювання на уроках фізики: моделювання фізичних явищ і процесів, обробка експериментальних даних лабораторних робіт, розв'язування задач, науково-дослідна робота учнів.
Комп'ютерне моделювання відіграє значну роль в процесі навчання фізики. Адже використання моделей і аналогій, віртуального (комп'ютерного і мисленого) експерименту перетворює навчальний процес у доступний, наочний, полегшує розуміння змісту багатьох фізичних процесів та їх закономірностей, розвиває логічне мислення, уяву та творчі здібності.
Для навчання моделювання ми обрали табличний процесор MS Excel, так як даний програмний продукт не вимагає від користувача знань мов програмування та складання програм з виведенням результатів у графічній формі. Має вбудовані функції, призначені для обчислень інтегралів, диференціальних рівнянь, системи лінійних рівнянь, проведення операцій над матрицями тощо. В комірки можна додавати графічну інформацію, анімації, що є дуже зручно при використанні програмного забезпечення на лабораторних роботах з фізики. Табличний процесор ідеально підходить для навчання учнів початкового моделювання.
Аналізуючи шкільну програму, визначили, що розділу «Електричне поле» є значно об'ємним за інші розділи, що вивчаються в 9 класі та містить складний матеріал. В цьому розділі найбільше запропоновано лабораторних робіт, які потребують громіздких обчислень.
Тому для даного розділу розроблені лабораторні роботи «Вивчення залежності електричного опору від довжини провідника і площі його поперечного перерізу, матеріалу провідника», «Дослідження явища електролізу». Кожна лабораторна робота складається з двох частин: експериментальної та дослідницької.
В експериментальній частині роботі учень відповідно до вказівок до виконання лабораторної роботи виконує експеримент, знімає показики приладів, при необхідності змінює вхідні параметри та достатню кількість раз проводить експеримент над досліджуваним явищем або об'єктом.
В дослідницькій частині учень працює виключного з табличним процесором MS Excel. Дослідницька частина передбачає дві форми роботи учня: просту та складну. При роботі в простій формі, учень відкриває електронну таблицю з заздалегідь внесеними вчителем у відповідні комірки формулами, вводить отримані під час експериментальної частини дані та отримує результат. Складна форма роботи учня - це коли він самостійно на чистому аркуші електронних таблиць створить таблицю, до комірок якої внесе отримані під час експериментальної частини лабораторної роботи дані, за відповідними формулами та можливостями табличного процесора MS Excel проведе обчислення, порівняє їх із обчисленнями, які отримано іншим учнем, який працював з простою формою та зробить відповідні висновки. Складна форма роботи стимулює школярів до актуалізації знань не тільки з фізики, а й інформатики. Учень активно мислить, приймає рішення, використовує причинно-наслідкові зв'язки тощо. Така форма роботи формує початкові дослідницькі вміння учня.
Розроблені лабораторні роботи акцентують увагу учнів до знань та використання основних формул, які застосовуються в даній роботі. Тобто, лабораторна робота не перетинається з лабораторною роботою з інформатики, учні демонструють свої знання з фізики і лише елементарні знання з інформатики, зокрема робота з табличним процесором MS Excel.
Література
1.Антикуз О.В. Розв'язування задач з фізики за допомогою табличного редактора MS EXCEL/О.Антикуз// Копм'ютер у школі та сім'ї. - 2008. - №1. - ст.35-39.
2.Божинова Ф.Я., Кірюхін М.М., Кірюхіна О.О. Фізика. 9 клас: Підручник для загальноосвіт. навч. закладів./ Ф.Я. Божинова, М.М. Кірюхін, О.О. Кірюхіна. - Х.: Видавництво «Ранок», 2009. - 224 с.: іл.
3.Книжкова полиця. Все для вчителя фізики. Бланк для виконання лабораторної роботи "Залежність опору провідника від матеріалу та геометричних розмірів." 9 клас. [веб-ресурс] - режим доступу: http://kuv.at.ua/index/vchitelju_fiziki/0-24
4.Кухарчук Р.П. Віртуальний демонстраційний експеримент під час вивчення електроніки. Комп'ютерне моделювання в освіті/ Матеріали Всеукраїнського науково-методичного семінару: Кривий Ріг, 29 березня 2005 р. - Кривий Ріг: КДПУ, 2005. - 84 с.
5.Кухарчук Р.П. Дослідження напівпровідникових приладів за допомогою персонального комп'ютера.
6.Лабораторна робота Дослідження явища електролізу. [веб-ресурс] - режим доступу: http://sp.bdpu.org/theory/vpsergienko/4_Elektrodinamika/43_Strum_u_seredovischah/elchp13.html
7.Модель (загальне значення). Вікі-енциклопедія [веб-ресурс] - режим доступу: http://uk.wikipedia.org/Модель_(загальне значення).html
8.Олефір Л. Застосування ІКТ для моделювання фізичних явищ./Л.Олефір.
9.Олефір Л.А. Застосування комп'ютерного моделювання в процесі навчання фізики в загальноосвітній школі. Комп'ютери у навчальному процесі. ІІ Всеукраїнська студентська наукова Інтернет-конференція 28-29 квітня 2011 р. (тези доповідей). - Умань, 2011. - 239 с.
10.Олефір Л.А. Комп'ютерне моделювання в шкільному лабораторному практикумі з фізики. Матеріали міжвузівської науково-практичної конференції «Наукова діяльність студентів як шлях формування їх професійних компетентностей» (НПК-2010), м.Суми, 9 грудня 2010 р. - Суми: Вид-во СумДПУ імені А.С.Макаренка, 2010. - 186 с.
11.Панченко Л. Математичне моделювання як метод наукового дослідження і навчального пізнання/ Л.Панченко// Математика в школі. - 2008. - №11. - с.12-19.
12.Поняття моделі, моделювання, основні типи моделювання.[веб-ресурс] - режим доступу: http://cmodel.in.ua/navchalnimaterialu/teor_vidomosti/9-teoriya.html
13.Теплицький І.О. Елементи комп'ютерного моделювання: навчальний посібник. - Кривий Ріг: КДПУ, 2010. - 264 с., іл.
14.Теплицький І.О. Комп'ютерне моделювання механічних рухів у середовищі електронних таблиць /І.Теплицький, С.Семеріков// Фізика та астрономія в школі. - 2002. - №5. - с.41-46.
15.Теплицький І.О. Навчальний посібник «Елементи комп'ютерного моделювання»// Матеріали Всеукраїнського науково-методичного семінару «Комп'ютерне моделювання в освіті»: Кривий Ріг, 29 березня 2005 р. - Кривий Ріг: КДПУ, 2005. - С. 71-73.
16.Теплицький І.О. Необмежені можливості та можливі обмеження застосувань комп'ютера у фізичному лабораторному експерименті./І.Теплицький, С.Семеріков// Фізика та астрономія в школі. - 2004. - №2. - с.47-49.
17.Триус Ю.В. Програмне забезпечення для дослідження лінійних моделей оптимізації/ Ю.В. Триус, С.В. Бойко// Матеріали Всеукраїнського науково-методичного семінару «Комп'ютерне моделювання в освіті»: Кривий Ріг, 29 березня 2005 р. - Кривий Ріг: КДПУ, 2005. - С. 74-75.
18.Фізика 9 клас. Шкільна програма. [веб-ресурс] - режим доступу: http://www.parta.com.ua/ukr/school_program/9/physics/
19.Хазіна С.А. - Комп'ютерне моделювання фізичного процесу у різних програмних середовищах. [веб-ресурс] - режим доступу: http://cmodel.in.ua/katalog_statei/publicacii_hazinoi/8_Khazina_NPU.pdf
20.Швець В. Застосування пакета EXCEL для обробки даних лабораторних робіт/ В.Швець// Фізика та астрономія в школі. - 2003. - №6. - с.50-53.
21.Лабораторна робота Дослідження явища електролізу. [веб-ресурс] - режим доступу:http://sp.bdpu.org/theory/vpsergienko/4_Elektrodinamika/43_Strum_u_seredovischah/elchp13.html
Додаток А
Лабораторна робота
Вивчення залежності електричного опору від довжини провідника і площі його поперечного перерізу, матеріалу провідника.
Мета: дослідити залежність електричного опору провідника від його розмірів.
Обладнання: джерело струму, реостат, вимикач, амперметр, вольтметр, з'єднувальні провідники, мідна дротина, дротина з невідомого матеріалу, лінійка, табличний процесор MS Excel.
Короткі теоретичні відомості
Електричний опір - фізична величина, що характеризує протидію, яку чинить провідник на проходження електричного струму, називається електричним опором. Вимірюється електричний опір в омах, R= [Ом].
Опір можна розрахувати, виходячи з закону Ома:
(1),
звідки значення опору дорівнюватиме:
(2).
Величина електричного опору залежить від речовини, з якої виготовлений провідник.
Опір провідника прямо пропорційний його довжині.
Опір провідника обернено пропорційний площі його поперечного перерізу:
R = с (3),
де с - питомий опір провідника.
Питомий опір речовини -- це фізична величина, яка характеризує електричні властивості даної речовини й чисельно дорівнює опору виготовленого з неї провідника завдовжки 1 м і площею поперечного перерізу 1м2.
Одиниця питомого опору в СІ -- ом-метр (Ом м). На практиці здебільшого мають справу з провідниками, площі поперечних перерізів яких досить малі.
= або = в СІ.
Таблиця. Проаналізуємо таблицю, в якій наведено значення потомого опору деяких матеріалів.
Матеріал |
Питомий опір (Омм) |
|
срібло |
1,59 x 10-8 |
|
мідь |
1,7 x 10-8 |
|
золото |
2,44 x 10-8 |
|
алюміній |
2,82 x 10-8 |
|
залізо |
10 x 10-8 |
|
платина |
11 x 10-8 |
|
олово |
22 x 10-8 |
|
графіт |
3,5 x 10-5 |
|
германій |
0,46 |
|
кремній |
640 |
|
скло |
1010 -- 1014 |
|
гума |
порядку 1013 |
|
сірка |
1015 |
|
порцеляна |
1019 |
|
ебоніт |
1018-1020 |
З таблиці бачимо, що з-поміж усіх металів найменший питомий опір мають срібло, мідь, золото й алюміній. Отже, у разі виготовлення електропроводки для побутових і виробничих приміщень або проводів для ліній електропередачі доцільно використовувати мідні та алюмінієві проводи.
Питомий опір гуми, порцеляни, ебоніту дуже великий. Отже, ці речовини практично не проводять електричного струму, і тому в електротехніці їх використовують як ізолятори.
На тому факті, що опір провідника прямо пропорційний його довжині, базується принцип дії реостата.
Реостат -- це пристрій зі змінним опором, призначений для регулювання сили струму в ділянці електричного кола. Реостат, включений в електричне коло пристрою, дозволяє змінювати силу струму, а отже, настроювати гучність звуку радіоприймача, регулювати яскравість світіння лампи тощо.
Рис.
Хід роботи
І частина. Експериментальна.
1. Складіть електричне коло (рис.1) для вимірювання опору за допомогою амперметра і вольтметра.
2. До клем вольтметра приєднайте мідну дротину та визначте її опір.
3. Укоротіть дротину удвічі, повторіть вимірювання опору.
4. Складіть половини дротини разом, збільшивши таким чином площу перерізу удвічі, визначте опір.
5. Визначте опір дротини з невідомого матеріалу. Виміряйте довжину дротини та обчисліть площу її поперечного перерізу. Знайдіть питомий опір матеріалу дротини, визначте що це за матеріал.
ІІ частина. Дослідницька.
За даними, які отримали в дослідницькій частині виконати наступні дії (проста форма роботи учня):
1. Відкрити файл табличного процесора zalezn_opory.xls.
2. У відкритому файлі обрати Лист2.
3. Занести до відповідних комірок таблиці 1 значення, отримані в експериментальній частині (L,S,U,I).
4. Отримаємо значення R у комірках F5-F7.
5. Проаналізувати отримані зачення шляхом побудови графіка залежності опору R від довжини провідника.
6. До таблиці 2 ввести дані про невідомий провідник, виготовлений з невідомого матеріалу (L,S,U,I).
7. Отримуємо значення опору R для даного провідника у комірці F11.
8. Отримаємо експериментальне значення питомого опору с для матеріалу, з якого виготовлений провідник у комірці G11.
9. Порівняти отримане значення з таблицею питомих опорів деяких речовин. Визначити матеріал, з якого виготовлений провідник.
10. До комірки E12 записати назву матеріалу.
За даними, які отримали в дослідницькій частині виконати наступні дії (складна форма роботи учня):
1. Відкрити файл табличного процесора zalezn_opory.xls.
2. У відкритому файлі обрати Лист3.
3. Самостійно створити таблицю 1 та ввести значення, отримані в дослідницькій частині (L,S,U,I).
4. Розрахувати за формулою значення опору R для кожного досліду.
5. Проаналізувати отримані зачення шляхом побудови графіка залежності опору R від довжини провідника.
6. Створити таблицю 2 та ввести дані про невідомий провідник, виготовлений з невідомого матеріалу (L,S,U,I).
7. Розрахувати значення опору R для даного провідника.
8. За даними таблиці 2 обчислити за формулою експериментальне значення питомого опору с для матеріалу, з якого виготовлений провідник.
9. Порівняти отримане значення з таблицею питомих опорів деяких речовин. Визначити матеріал, з якого виготовлений провідник.
10. У комірку внести: «Провідник виготовлений з: «, а в сусідню комірку записати назву матеріалу.
11. Повірняти створені таблиці в Лист2 та готові таблиці в Лист3.
Зробити висновок.
Контрольні питання
1. Що таке електричний струм? Які частинки є носіями електричного струму?
2. Дати визначення сили струму. Записати формулу. Одиниці вимірювання сили струму.
3. Дати визначення напруги. Записати формулу. Одиниці вимірювання напруги.
4. Що характеризує і як позначається електричний опір?
5. Яким приладом вимірюють силу струму? Напругу?
Додаток Б
Лабораторна робота
Дослідження явища електролізу
Мета: дослідити залежність кількості виділеної при електролізі речовини від кількості електрики, що пройшла через електроліт.
Обладнання: мідний вольтаметр (рис.1), акумуля тор, амперметр, реостат, ключ, з'єднувальні провідники, терези, важки, годинник, розчин мідного купоросу, табличний процесор MS Excel.
Короткі теоретичні відомості
Розглянемо явище електролізу на прикладі мідного купоросу. В результаті електролітичної дисоціації CuSO4 = Cu2 + + SO4 2 +. Позитивно заряджені іони міді під дією електричного струму будуть переміщуватися до катода, де отримають електрони і виділяться на ньому у вигляді нейтральних атомів міді (рис. 1.1). Негативно заряджені іони під дією електричного поля перемістяться до анода, де віддадуть вільні електрони і також виділяться на ньому.
Рис.1
Нехай за час t через електроліт буде перенесено заряд . Кількість іонів, які досягли електрода, дорівнюватиме:
,
де q0 = Ze - заряд іона; Z - валентність іона; e - елементарний заряд.
Кількість іонів N дорівнює кількості атомів речовини, що виділиться на електроді, а маса виділеної речовини
де m0 - маса одного атома, ; m - молярна маса речовини.
Для кожного хімічного елемента можна у виразі (2) виділити сталу величину k, яку називають електрохімічним еквівалентом речовини:
У СІ електрохімічний еквівалент вимірюють у кілограмах на кулон:
[k] = кг/Кл.
Виходячи з цього можна записати, що
m = kq = kIDt. (4)
Маса речовини, яка виділяється на катоді за час Dt, пропорційна силі струму і часу. Це твердження, встановлене експериментально Фарадеєм (1831 р.), має назву першого закону Фарадея для електролізу.
Електрохімічний еквівалент речовини визначено для всіх хімічних елементів. Він є табличною величиною, але його не важко розрахувати: , де - хімічний еквівалент речовини. Добуток числа Авогадро на заряд електрона називають сталою Фарадея:
F = NAe = 6,02·1023 1/моль ?1,6·10 -19 Кл = 96500 Кл/моль.
Стала Фарадея дорівнює заряду, під час перенесення якого одновалентними іонами через розчин або розплав електроліту виділяється 1 моль речовини.
З цих міркувань вираз (3) набуде вигляду:
Формула (5) виражає другий закон Фарадея для електролізу: електрохімічні еквіваленти різних речовин прямо пропорційні їх хімічним еквівалентам. Якщо у вираз (4) підставити співвідношення (3), то отримаємо об'єднаний закон Фарадея для електролізу:
Явище електролізу має широке застосування в електрометалургії (добування чистих металів); у гальваностегії (нанесення металевих покриттів для запобігання корозії металів); у гальванопластиці (виготовлення копій з матриць) тощо.
Рис.
Будову хімічних джерел струму (гальванічних елементів та акумуляторів) також засновано на процесах взаємодії металів з електролітами.
Хід роботи:
І частина. Експериментальна.
Подобные документы
Аспекти технологізації навчального процесу в середній школі. Проблема наочності при викладанні шкільного курсу фізики. Навчальний фізичний експеримент і комп’ютерне моделювання. Поєднання традиційних та інформаційних технологій при вивченні фізики.
дипломная работа [7,7 M], добавлен 24.09.2014Дослідження особливостей роботи графічної бібліотеки OpenGL з метою використання її в комп'ютерному моделюванні. Розгляд синтаксису команд та програмного коду команд. Методи максимально реалістичного моделювання горіння вогню. Лістинг програми на мові С.
курсовая работа [182,0 K], добавлен 22.12.2010Політичне прогнозування як процес розробки науково обгрунтованого судження про ймовірносний розвиток політичних подій, шляхи і терміни його здійснення. Можливості комп'ютерного моделювання - системний підхід. Моделі та методи моделювання, їх використання.
контрольная работа [26,0 K], добавлен 13.03.2013Особливості Unity у створенні віртуального робочого середовища. Моделювання у віртуальному середовищі навчальних проектів у вигляді лабораторних робіт з фізики, які спрямовані на покращення і спрощення навчального та практичного процесу навчання.
курсовая работа [74,0 K], добавлен 30.08.2014Висвітлення та розкриття поняття 3д-моделювання, його видів та особливостей. Аналіз основних видів моделювання, їхнє практичне використання, переваги та недоліки кожного виду. Розгляд найпоширеніших програм для створення 3-д зображень та їх функції.
статья [801,7 K], добавлен 18.08.2017Встановлення і запуск табличного процесора Exel. Елементи вікна Exel, екранні форми, елементи управління. Знаходження з допомогою Excel визначника матриці. Створення таблиць для розрахунку кошторису, поточного обліку товарів, нарахування заробітної плати.
контрольная работа [36,1 K], добавлен 07.10.2009Комп’ютерне моделювання системи сегментації та розпізнавання облич на зображеннях. Підвищення швидкодії моделювання за кольором шкіри та покращення якості розпізнавання при застосуванні робастних boosting-методів. Розробка алгоритмів функціонування.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 02.07.2014Розрахунок формуючого фільтра, ітераційна коригування його параметрів. Моделювання СП методом формуючого фільтра (ФФ2),), якщо базовим генератором є блок Band Limited White Noise, Random Number. Моделювання та аналіз частотних характеристик ФФ1 і ФФ2.
курсовая работа [461,9 K], добавлен 08.04.2013Впровадження інформаційно-комунікаційних технологій в освітню практику. Комп'ютерне використання моделювання при вивченні хімії за програмою "Органічна хімія. Транспортні системи". Застосування моделі NetLogo для вивчення теми "Реакції йонного обміну".
курсовая работа [11,0 M], добавлен 15.03.2014Особливості графічного моделювання плану офісу, який спеціалізується на ремонті комп’ютерної техніки. Розробка дизайну офісу і його плану виходячи з кількості працівників та устаткування. Способи математичного моделювання за допомогою Excel та MathCAD.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 20.06.2010