Практикум по физике (стр. 1 )

ПРАКТИКУМ ПО ФИЗИКЕ

ДЛЯ 8-11 КЛАССОВ

ПРОФИЛЬНОГО УРОВНЯ ОБУЧЕНИЯ

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ

ЦИФРОВЫХ ЛАБОРАТОРИЙ

АНДРЕЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ ТАРЧЕВСКИЙ

ПОД РЕДАКЦИЕЙ

СЕРГЕЯ ДМИТРИЕВИЧА ВАРЛАМОВА

школа 179 МИОО, г. Москва

11 апреля 2011

по сравнению с версией от 24 апреля 2010 переработаны разделы:

"Обзор работ для учителя", материал "Необходимо знать…" Л. р. № 7 (она стала №1), 8, 9, 10, 11, 12, 14, 19, 20, 22, 24

добавлены работы № 5, 6, 18

Появились разделы:

-Компьютеры NOVA 5000 и программа Multilab. проблемы в работе и способы справляться с ними;

- Особенности датчиков лаборатории "Архимед".проблемы с датчиками и как с ними справляться

во многие места текста также внесены поправки и дополнения, устранены неточности.

ОБ ЭТОЙ КНИГЕ:

ЦЕЛИ ЭТОЙ РАБОТЫ:

- Предоставить созданные материалы и методические пособия в помощь коллегам, использующим цифровые лаборатории. Сборник ориентирован на широко распространенные лаборатории "Архимед", но приведенные работы можно с успехом выполнять и на других лабораториях.

- Поделиться накопленным опытом и дать полезные советы по организации и обеспечению успешной работы при проведении практикума для учащихся профильных классов.

- Проанализировать характерные трудности, возникающие при использовании лабораторий "Архимед" и показать пути их успешного преодоления.

Представлен ряд лабораторных работ по физике по темам "Механика", "Газы", "Электричество", "Колебания" для проведения практикума в 8 - 11 классах с углубленным изучением предмета. Большинство работ многократно выполнялось учащимися школы № 000 МИОО г. Москвы. Предложенные материалы могут использоваться на практикуме по физике, а также при выполнении демонстраций учителем.

ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТАННЫХ ПОСОБИЙ:

Ø  Каждая работа - небольшое научное исследование.

Ø  Глубоко изучается «физика явлений».

Ø  Создано, проверено, описано работающее оборудование.

Ø  Учтены характерные трудности, с которыми сталкивались школьники.

Ø  Описаны типичные ошибки при выполнении работ.

Ø  Разработаны многочисленные рекомендации для успешного выполнения работ.

Ø  Учтены особенности и проблемы, связанные с компьютерами NOVA-5000SE

и программой MULTILAB

Ø  В каждой методичке сформулированы чёткие требования к отчёту об исследовании.

Ø  Разработаны вспомогательные материалы в помощь учителю.

Ø  Разработаны вспомогательные материалы для школьников.

Разрешается копирование и некоммерческое применение данного материала.

Методические пособия постоянно обновляются. Используя работу, пожалуйста, свяжитесь с автором - возможно, появилась новая исправленная версия! Кроме того, разрабатываются новые методические пособия. Автор готов общаться с заинтересованными людьми, будет рад конструктивным замечаниям и контактам с коллегами, которые поделятся отлаженными пособиями для проведения интересных работ по физике.

школа 179 МИОО, г. Москва

Контакты :

"vkontakte" Андрей Тарчевский

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАЧЕМ НУЖНЫ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД"

КОГДА НЕ НУЖНЫ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД"

УЧИТЕЛЮ О РАБОТАХ С "АРХИМЕДОМ"

- НАВЫКИ ШКОЛЬНИКА ЗАСТАВЛЯТЬ ОБОРУДОВАНИЕ РАБОТАТЬ

- НАВЫКИ ШКОЛЬНИКА ПРИМЕНЯТЬ ТЕОРИЮ НА ПРАКТИКЕ

- ПРИДЁТСЯ ТРЕБОВАТЬ ОТ ДЕТЕЙ РЕАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

- РАБОТЫ ДЕЛАЮТСЯ ДОЛГО

- ПРАКТИКУМ - ДЛЯ ЗАИНТЕРЕСОВАННЫХ ЛЮДЕЙ

- ПОРЯДОК И БЕСПОРЯДОК

- КОМПЬЮТЕРЫ NOVA-5000 ВЕСЬМА ДАЛЕКИ ОТ СОВЕРШЕНСТВА

- НЕСООТВЕТСТВИЕ ДАТЧИКОВ ЗАЯВЛЕННЫМ ПАРАМЕТРАМ НА НЕКОТОРЫХ РЕЖИМАХ ИЗМЕРЕНИЙ

- ЗАЧЕМ Я НАПИСАЛ РУКОВОДСТВА ДЛЯ НЕКОТОРЫХ РАБОТ

КОМПЬЮТЕРЫ NOVA 5000 И ПРОГРАММА MULTILAB. ПРОБЛЕМЫ В РАБОТЕ И СПОСОБЫ СПРАВЛЯТЬСЯ С НИМИ

ОСОБЕННОСТИ ДАТЧИКОВ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД". ПРОБЛЕМЫ С ДАТЧИКАМИ И КАК С НИМИ СПРАВЛЯТЬСЯ

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ОБЗОР РАБОТ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ

О ГРАФИКАХ И ПРАВИЛЬНЫХ МАСШТАБАХ

О ПОСТРОЕНИИ ГРАФИКОВ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ "MULTILAB"

НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ ПРИ РАБОТЕ С КОМПЬЮТЕРАМИ "NOVA"

Работа № 1

ИЗУЧЕНИЕ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД"

Работа № 5

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И ПЛАВЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА

Работа № 6

ИЗУЧЕНИЕ НАСОСА

Работа № 8

ИЗУЧЕНИЕ ИЗОХОРНОГО ПРОЦЕССА

Работа № 9

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПАРОВ АЦЕТОНА

Работа № 9А

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ГАЗОВОЙ ЗАЖИГАЛКЕ

Работа № 10

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННГО ПАРА ВОДЫ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Работа № 11

ИЗУЧЕНИЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО И АДИАБАТНОГО ПРОЦЕССА

Работа № 12

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАРЯДКИ И РАЗРЯДКИ КОНДЕНСАТОРА

Работа № 13

ИЗМЕРЕНИЕ ЁМКОСТИ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА (АККУМУЛЯТОРА)

Работа № 14

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ВНУТРЕННЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА ТОКА ОТ ТОКА В ЦЕПИ

Работа № 15

ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Работа № 17

ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ЯРКОСТИ СВЕЧЕНИЯ НИТИ НАКАЛА ЛАМПОЧКИ

Работа № 18

ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА

Работа № 19

ПРОВЕРКА ЗАКОНА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Работа № 20

ИЗУЧЕНИЕ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ В ТРУБЕ

Работа № 22

ИЗУЧЕНИЕ РАСТЯЖЕНИЯ ПРОВОЛОКИ

Работа № 23

ИЗУЧЕНИЕ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ ТЕННИСНОГО ШАРИКА

Работа № 24

ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА

ЗАЧЕМ НУЖНЫ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД"

Применение лаборатории открывает ряд уникальных возможностей:

Ø  "Архимед" содержит ряд редких для школы датчиков (давления, магнитного поля, счётчик Гейгера и др.). В некоторых случаях очень удобно использовать лабораторию в качестве измерительного прибора. Можно проводить как демонстрационный эксперимент, так и лабораторные работы.

Ø  Наблюдение и изучение динамических процессов.

Целый ряд простых и наглядных работ получается с датчиками давления - здесь и изучение изохорного процесса (с расчётом "абсолютного нуля" температуры), и наблюдение процесса испарения жидкости в закрытом сосуде, и исследование зависимости давления насыщенного пара воды от температуры.

Множество уникальных работ можно выполнить и при изучении электричества и магнетизма. Например, изучить и сравнить с теоретическими предсказаниями динамику процесса разрядки конденсатора, "почувствовать" распределение напряжений и сдвиги фаз в RLC цепочке, наблюдать резонанс в колебательном контуре.

Можно ярко проиллюстрировать "вечно обиженную" красивыми экспериментами механику. Например, показать зависимость координаты, скорости, ускорения теннисного шарика от времени при отскоках от пола (правда, здесь придётся говорить и о дискретной записи данных и о неверно рассчитываемом ускорении при дифференцировании скорости).

Можно изучить колебания математического маятника, измеряя одновременно угол отклонения и силу натяжения нити.

Ø  Несомненное достоинство лабораторий - возможность достаточно серьёзной обработки экспериментальных данных (выбор фрагмента графика, различные виды аппроксимации, интегрирование и взятие производной, различные операции с графиками).

КОГДА НЕ НУЖНЫ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД"

Ø  Когда есть соблазн вместо участия в процессе исследования (включая оценку достоверности и точности получаемых данных) самоустраниться и решить, что лаборатория сама по себе даст верные результаты от нажимания на "кнопочки" в соответствии с инструкцией. Коллеги, ведь это же глобальная проблема нашего времени - нежелание глубоко вникать в "физику явлений". Сегодня многим хочется получить "компьютерный", уже готовый результат, совсем не думая о том, какими приборами он получен и насколько достоверен. А мы ведь хотим вырастить не "пользователя телевизора", а инженера и учёного. А вы?

Например, в работе "Изучение вольт - амперной характеристики диода" "NOVA" совсем неполезна. Помните, там график зависимости тока от подаваемого напряжения идёт до 0,5 вольта около нуля, потом ток очень резко возрастает. А при измерении обратного тока диода (а он очень мал) - надо взять другие приборы и выбрать другой масштаб графика. Школьник должен понять, что за график он строит, честно измерять ток, повышая напряжение например, на 0,1 вольта (а когда надо, то на меньшую величину - он сам увидит это по ходу опыта). Построить аккуратный график на большом листе миллиметровки, с правильным масштабом. Понять, при каком напряжении диод "открывается", увидеть это на графике. Может быть, выполнить дополнительные измерения для обнаружения этой точки. Понять, а при меньших напряжениях был ток нулевым или всё же не нулевым? При измерении обратного тока он, вероятно, удивится малости тока утечки, возьмёт блок питания вольт на 100. Позовёт учителя и под его присмотром будет работать с высоким напряжением (раньше всё можно было трогать руками, а теперь - страшно и опасно), возьмёт чувствительный микроамперметр и построит график обратного тока, поймёт, что он не виден в масштабе первого графика и построит его на отдельном листе. И вот тогда он поймёт, что такое вольт-амперная характеристика диода. Что по сравнению с этим может значить не особенно наглядная половинка графика, извлеченного из недр компьютера "NOVA"? (график обратного тока вообще не получится).

Ø  При выполнении работы "Исследование влияния масляной плёнки на быстроту остывания воды в стаканчике" есть соблазн дать новичкам - восьмиклассникам вместо термометра и секундомера компьютер с датчиками температуры, тогда нужный красивый график получится быстро и легко. Но сделав так, мы упустим главное – ученик не увидит и не почувствует, как собираются данные, с какой периодичностью разумно делать измерения, как выбрать масштабы на осях, какие числа следует там писать, а какие - не следует, как не перепутать оси, как выбрать хороший масштаб, как соединять полученные точки (и почему их не надо соединять, а следует провести линию наилучшего приближения). Большая работа, куча ошибок, их исправление, получение своего научного результата и – понимание того, как строится график. Заменить процесс познания готовым ответом из компьютера в данном случае - плохо. А вот в следующей похожей работе - конечно, можно использовать и цифровую лабораторию.

Ø  Также совсем не обязательно использовать лабораторию для простых работ, таких как изучение закона Ома, гидростатическое взвешивание (если хочется "точных" весов – гораздо лучше приспособить школьные рычажные весы на штативе, одна из чашек весов легко ставится в вертикальное положение). Те работы, где легко обойтись без "Архимеда", я бы предпочёл делать традиционными "честными" способами. Тем самым не только избавимся от компьютерных "глюков", но детям будет понятно, что и как измеряется, они научатся работать с настоящими приборами, честно строить графики, обрабатывать данные "вручную" и еще многим полезным вещам…

УЧИТЕЛЮ О РАБОТАХ С "АРХИМЕДОМ"

В ЭТОЙ СТАТЬЕ РАССМОТРЕНЫ ПРОБЛЕМЫ, С КОТОРЫМИ ВСТРЕТЯТСЯ МНОГИЕ УЧИТЕЛЯ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ДОСТАТОЧНО СЛОЖНЫХ РАБОТ ФИЗПРАКТИКУМА. Возможно, читатель будет удивлён количеством трудностей и неполадок, связанных с лабораторией "Архимед" и описанных ниже. Действительно, если использовать лабораторию для простых измерений (например, просто измерить силу, температуру или использовать датчик напряжения вместо обычного вольтметра) – всё, вероятно, будет работать вполне успешно и достаточно надёжно. А вот если одновременно подключить к "NOVA-5000" датчик тока и три датчика напряжения для изучения напряжений на элементах RLC цепочки, установить максимально возможную частоту записи (а без этого не увидеть "красивых" графиков), а после опыта провести обработку данных (интегрирование тока, сложение графиков напряжений на элементах цепи) - лаборатория подвергнется гораздо более суровому испытанию. Предлагаемый сборник посвящён именно работам, многие из которых требуют выполнения относительно сложных измерений и серьёзной обработки данных. А при этом, к сожалению, часто бывают проблемы.

У вас в школе есть лаборатории "Архимед" с компьютерами NOVA? Совесть подсказывает, что дорогое и интересное оборудование не должно пылиться в шкафу? Тогда - вперед, смело ныряем в мутную воду физпрактикума, где, скорее всего, столкнемся с рядом проблем. Примерно таких: (Все примеры в этом тексте - реальные факты.)

ПРОБЛЕМА № 1

НАВЫКИ ШКОЛЬНИКА ЗАСТАВЛЯТЬ ОБОРУДОВАНИЕ РАБОТАТЬ

Мы - представители последнего советского поколения. Помните, в конце прошлого века приезжающие иностранцы удивлялись:- "Как, вы можете сами починить розетку? и телевизор?! и унитаз?!! и машину свою сами ремонтируете?!!! А у нас это делают только специалисты узкого профиля…"

Способность делать руками что-то, не связанное с нажатием на клавиши, существенно уменьшилась в последние десятилетия, а дети - наши ученики, как правило, совсем неопытны в таких делах.

Поэтому придется потратить немало сил и времени на простые и иногда досадные вещи - один ребенок не может герметично подключить шланг датчика давления, другой не понимает, что такое "плотно закрыть пробку", третий не может найти в учительской принтер, на котором печатают графики, четвертый пытается подключить принтер неправильным кабелем, пятый… Короче говоря, у каждого будут свои трудности, с которыми он может долго и не всегда успешно справляться, а вы, учитель, не распознаете их сразу и не всегда сможете помочь. Конечно, есть надежда, что в результате четырех часов, потраченных на обнаружение утечки от проткнутой кем-то микроскопической дырочки в резиновой пробке дети стали способнее. Может быть, даже осознали, что такое инженерный труд. Но долог путь к тому, чтобы разные технические "мелочи" стали подчиняться ученику… Опыт показал, что дети обычно беспомощны в самообеспечении работы необходимыми "мелочами", поэтому отсутствие хорошо подобранного и заранее отлаженного оборудования приведет к огромным потерям времени.

Придется учителю готовить и самому проверять оборудование, а затем положить его в отдельную для каждой работы коробку, со всеми датчиками, колбочками, переходничками и другими мелкими, но необходимыми штучками.

Полезна будет и помощь в проведении работ для новичков со стороны более опытных старших учащихся.

ПРОБЛЕМА № 2

НАВЫКИ ШКОЛЬНИКА ПРИМЕНЯТЬ ТЕОРИЮ НА ПРАКТИКЕ

Вот, вот она, цель обучения! Вот десятый математический класс решает простую систему из двух уравнений и получает семь различных ответов… Типичная картина? А вот мы даем термометр, чтобы узнать температуру воздуха в закрытой колбе (колба в тепловом равновесии с окружающей средой) и девочка старательно прислоняет градусник к стеклянному боку сосуда…

Сначала я пробовал давать детям большие исследовательские работы без множества подсказок в описаниях. Сформулировать конечную цель, наметить путь к ней. Ребята справлялись плохо, почти бесконечно долго. Пришлось разделить большие работы на несколько относительно простых. Пришлось также написать, где, как и какие законы применить. А ещё описать те ошибки, которые "любят" делать дети в каждом месте работы. Хотя я часто предлагаю школьникам вывести формулы самостоятельно, всё же конечные результаты пришлось написать.

И всё равно работы делаются дольше, чем хочется.

ПРОБЛЕМА №3

ПРИДЁТСЯ ТРЕБОВАТЬ ОТ ДЕТЕЙ РЕАЛЬНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Принимая выполненную работу, мы стремимся подвести школьника к получению красивого научного результата. Отчет о работе - это маленький, но настоящий научный отчёт, который должен быть чётким, ясным, аккуратным и понятным читателю. В каждой работе что-то исследуется и обязательно должно получиться что-то интересное. Некоторые ребята вместо получения результата будет пытаться много говорить, делать умный вид, делать что-то еще. Никогда не принимайте халтуру и они научатся получать результат.

В помощь учителю - материалы "Правила выполнения работ", "Построение графиков", приведенные ниже. Очень помогают.

ПРОБЛЕМА № 4

РАБОТЫ ДЕЛАЮТСЯ ДОЛГО

Дети, выполняя исследование, сталкиваются с разными трудностями, да и не всегда торопятся. Большую часть работ практикума непросто выполнить, оформить и обсудить с учителем за два часа. Часто приходится разрешать детям доделывать задание дома. В таком случае есть опасность растянуть выполнение работы навсегда, потому что дети придут на следующее занятие с несделанной работой, забудут ее дома, один из пары исследователей заболеет… Так можно растянуть выполнение одной работы на месяц. Известны даже люди, умудрившиеся за целую четверть не сдать ни одной работы, однако присутствовавшие на занятиях, занимающие место, время и силы учителя. Требуйте завершения работы в отведенное время. Если это невозможно – требуйте отчета ДО следующего дня практикума. Заведите специальный журнал, каждый раз записывайте в него, кто что делал и с какими результатами, о чем и с кем вы договорились. Такой журнал поможет сохранить контроль над процессом и существенно ускорить его.

Можно в начале практикума составить график, согласно которому на двухчасовом занятии одна половина учащихся делает работы, другая – сдаёт. Но дети, однако, не студенты, они ведь любят пропускать уроки по болезни… А работы обычно делают вдвоём…

Опыт показал, что дети быстро осваивают компьютер "NOVA" и не испытывают серьезных затруднений при использовании его для обработки экспериментального материала. До выполнения исследовательских работ следует дать специальную ознакомительную работу с компьютером.

ПРОБЛЕМА № 5

ПРАКТИКУМ - ДЛЯ ЗАИНТЕРЕСОВАННЫХ ЛЮДЕЙ

Может случиться, что получение интересного результата исследования - это ваша идея, в то время как цель ребенка - получить отметку с минимальной затратой сил. Вы требуете ясно написанного отчёта, а он постоянно "впаривает" халтуру. Вы показываете, в чём "неправильность", а вам дают следующую халтуру, вы снова показываете, что исправить, а результаты измерений им уже утеряны. С обидами, "качанием прав", попытками доказать, что "в методичке вот это написано". Выполнение одной работы растягивается на несколько занятий и впустую расходует ваши силы и энергию. Распознайте вовремя такого человека и уладьте ситуацию. Если он действительно не хочет работать - не допускайте его на практикум. Работайте с теми, кому это нужно.

ПРОБЛЕМА № 6

ПОРЯДОК И БЕСПОРЯДОК

В работах много разных приборов, деталей, описаний, и всё это должно быть в идеальном порядке. Каждая мелочь, которую сломали, потеряли, оставили на столе, бросили не в тот ящик, может вызвать серьезную проблему при выполнении работы следующей группой, а это надолго "загрузит" учителя в самый неподходящий момент. Я слишком часто наблюдаю детей, которые привыкли дома сваливать наведение порядка на родителей, они же не прочь загрузить этим и учителя. С первого занятия жёстко требуйте наведения идеального порядка после выполнения работы.

ПРОБЛЕМА № 7

КОМПЬЮТЕРЫ NOVA-5000 И ПРОГРАММА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ВЕСЬМА ДАЛЕКИ ОТ СОВЕРШЕНСТВА,

часто выходят из строя, дают сбои, не выполняют заявленных действий, что вызывает множество проблем.

Подробнее – в разделе …" Компьютеры NOVA-5000 и программа Multilab. Проблемы в работе и способы справляться с ними."

ПРОБЛЕМА № 8

НЕСООТВЕТСТВИЕ ДАТЧИКОВ ЗАЯВЛЕННЫМ ПАРАМЕТРАМ НА НЕКОТОРЫХ РЕЖИМАХ ИЗМЕРЕНИЙ.

Подробнее - в разделе "Особенности датчиков лаборатории "Архимед". Проблемы с датчиками и как с ними справляться."

ПРОБЛЕМА № 9

НЕТ ХОРОШЕЙ БИБЛИОТЕКИ ОТЛАЖЕННЫХ МЕТОДИЧЕСКИХ ПОСОБИЙ ДЛЯ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД"

Да, и не ожидайте, что вы откроете синюю методичку, придающуюся в комплекте к лабораториям, найдёте подходящую работу, дадите детям инструкцию, и они быстро сделают опыты и увидят то новое, что предполагалось, научатся тем методам, научить которым их планировалось. Не получается так.

Во-первых, многие интересные опыты не описаны.

Во-вторых, то, что описано, обычно не получается с первого раза (и со второго тоже, придется учителю самому подобрать и отладить оборудование. И это будет нелегко и начнёт работать не сразу).

В-третьих, многие описания, на мой взгляд, весьма неудачны. Иногда мне казалось, что люди, написавшие их, не делали этой работы с детьми. Я тоже так умею писать. И тоже с первого раза получается плохо. Хорошая методичка создаётся после неоднократной проверки и корректировки её при реальном выполнении работ школьниками. Вот почему мне пришлось написать свои методички ко многим работам. Готов ими поделиться.

К сожалению, пока (октябрь 2010) не организован единый открытый удобный сайт, где желающие могли бы поместить и скачать описания работ, оставить комментарии к каждой из них, задать вопросы и обменяться опытом.

В англоязычном Интернете тоже не удалось найти подобных материалов, там, как водится, предлагают купить методички.

ЗАЧЕМ Я НАПИСАЛ РУКОВОДСТВА ДЛЯ НЕКОТОРЫХ РАБОТ

Потому что по теме "Газы" работ в методичке для "NOVA" нет.

Потому что, когда я давал детям описания из методички к NOVA, ребята испытывали слишком много проблем при выполнении работ, а также не получали разумных результатов.

Потому что в тех описаниях, что есть в книгах или на сайтах, далеко не всегда видна физика явления, часто непонятно, зачем делаем то и это, школьники испытывают трудности из-за методических недочетов, да и язык казенный…

За этими описаниями работ стоит три года физпрактикума с учащимися класса 179. Хочу выразить признательность ребятам, выполнявшим неотлаженные работы и сталкивавшимися с многочисленными трудностями - именно выявленные проблемы помогли найти более прямой путь к получению красивых научных результатов.

Особая благодарность Сергею Дмитриевичу Варламову за множество ценных идей и редактирование этого сборника.

КОМПЬЮТЕРЫ NOVA-5000 И ПРОГРАММА MULTILAB.

ПРОБЛЕМЫ В РАБОТЕ И СПОСОБЫ СПРАВЛЯТЬСЯ С НИМИ. ОБОБЩЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО ОПЫТА.

Обычно лаборатория работает и радует учащихся интересными результатами. Но не все так хорошо с компьютерами и датчиками, как хотелось бы. Есть ряд проблем, отнимающих существенное время при выполнении работ:

1. Компьютеры NOVA-5000 SX (Ver 02.09), к сожалению, весьма ненадёжны и часто выходят из строя.

ПОДРОБНЕЕ:

Из сорока новых проверенных (далеко не на всех режимах) компьютеров нашей школы на семи из них сразу обнаружились проблемы с запуском программы "Multilab" или с подключением принтера и внешних устройств.

Из 32 компьютеров NOVA-5000 SX (Ver 02.09) за два года работы:

4- сгорели, на 8- не запускается система, на 2- не работает Multilab, на 6 - Multilab запускается, но отчаянно "глючит", 1- не работает с внешними устройствами 1- страшно свистит, 1- не показывает изображения (белый экран), 1- не работает кнопка выключения, 1- тормозит так, что работа с ним невозможна, 8- работают нормально, но вот надолго ли?

СОВЕТЫ:

- Не пугайтесь. Это нормально. И это не ваша вина.

- Иногда удаётся восстановить заводские установки или перезагрузить систему. (Новая версия системы на старый компьютер не устанавливается.)

- Компьютеры в школах - на гарантии сроком два года. Отправьте факс от школы в службу ремонта вычислительной техники (, г. Москва), приедут специалисты и через месяц вернут Ваш компьютер, возможно, с улучшенной "начинкой".

- Будьте очень внимательны с кабелями (подробнее - ниже) – это одна из частых причин выхода компьютеров из строя.

- Необходимо пронумеровать все имеющиеся компьютеры и организовать в специальный журнал для записи выявленных неисправностей и сбоев программы для каждого компьютера.

- Надо откладывать неисправные компьютеры, кабели и датчики в отдельный ящик.

Неисправное оборудование надо сразу пометить, прикрепить бирку с указанием неисправности. При этом стоит убедиться, что проблема вызвана компьютером, а не неправильными действиями учащихся с ним.

- При выполнении работ на NOVA-5000 следует сразу сохранять полученные ценные экспериментальные результаты в файл (а особо важные - на "флешку".)

2. На NOVА-5000 и датчиках установлены крайне неудачные разъёмы для подключения кабелей, связывающих компьютер с датчиками. Неаккуратное подсоединение кабеля легко приводит к изгибу и замыканию его штырьков, а затем "сгорают" порты всех компьютеров, в которые этот кабель включают.

СОВЕТЫ:

- ПЕРЕД ВКЛЮЧЕНИЕМ ЛЮБОГО КАБЕЛЯ В КОМПЬЮТЕР ИЛИ В ДАТЧИК УБЕДИТЕСЬ, ЧТО ШТЫРЬКИ РАЗЪЁМА НЕ ПОГНУТЫ И НЕ ЗАМКНУТЫ.

Кабели "с замкнутыми ножками", которые пытались вставлять в компьютер в неправильном положении, впоследствии сжигают порты компьютеров!

- Если у группы экспериментаторов не работает компьютер, проверьте в первую очередь кабели подсоединения датчиков. Пока не проверен кабель, не давайте экспериментаторам другой компьютер, а то они сожгут и его.

- Предупредите об особенностях разъёмов всех учащихся.

- Можно также отметить краской на кабелях и на компьютерах верное положение разъёма при его включении в компьютер.

3. NOVA-5000 SX "медленна" и имеет весьма ограниченные возможности по сравнению с современными и даже устаревшими ноутбуками и "нетбуками" (и при этом она дороже ноутбука!)

СОВЕТЫ:

B настоящее время можно обойтись вообще без NOVA-5000 - существует блок USBLink для согласования датчиков с обычным ноутбуком. Это позволяет справиться со многими (но далеко не всеми!) проблемами. Значительно повышаются разрешенные частоты записи данных, улучшается быстродействие и наглядность, меньше проблем с обработкой и распечаткой результатов.

4. Часто, особенно при сложной обработке данных, компьютер или MULTILAB "виснет" в самый неподходящий момент, иногда "глючат" (в ответ на правильное действие не дают стабильного правильного результата).

СОВЕТЫ:

- При выполнении работ на NOVA-5000 следует сразу сохранять полученные ценные экспериментальные результаты в файл (а особо важные - на "флешку".)

- Если с лабораторией "Архимед" происходят странные вещи – это, к сожалению, обычное явление. Относитесь к "Архимеду" как к "не вполне управляемой" системе. Просто двигайтесь в нужном направлении и у вас всё получится (кроме того, что не работает в принципе, такие вещи также случаются.).

- Перезагрузите "Multilab" или компьютер.

- Замените компьютер.

- Используйте USBlink вместо NOVA-5000.

- Используйте для обработки данных обычный компьютере или "нетбук", установив на него программу "Multilab для Windows", которой не присущи многие недостатки сокращённой версии, установленной на NOVA-5000. Перенести данные на компьютер нетрудно через "флешку".

- Знайте, что нередко результат опыта нестабилен или неверно записывается из-за проблем компьютера, а не потому, что Ваш опыт "не работает".

Например, если подключить цепь с датчиками тока и напряжения к блоку питания (тому, который "для учителя"), почти наверняка результаты получатся нестабильными - вы увидите непонятные пульсации напряжения со значительными амплитудами. А с батарейками всё прекрасно получается.

- Одновременное подключение многих датчиков и использование высоких частот записи является дополнительной нагрузкой для "Архимеда" и иногда приводит к нестабильной работе.

Если одновременно подключить к "NOVA-5000" датчик тока и три датчика напряжения для изучения напряжений на элементах RLC цепочки, установить максимально возможную частоту записи (а без этого не увидеть "красивых" графиков), а после опыта провести обработку данных (интегрирование тока, сложение графиков напряжений на элементах цепи) – лаборатория, скорее всего, не оправдает Ваших ожиданий.

5. Компьютеры NOVA-5000 упорно "не дружат" со многими принтерами, включая заявленные с поддержкой PCL, а установить нужный драйвер невозможно. (Наши программисты многократно пытались сделать это, затем мы обратились в службу поддержки фирмы fourier и узнали, что нужных драйверов не существует)

СОВЕТЫ:

- Найдите в школе разные принтеры и попробуйте, будут ли они работать с NOVA-5000. Например, принтер HP1022 работает, а HP1020-нет.

- Установите Multilab на обычный компьютер и переносите данные через "флешку" или по беспроводной сети (последнее мы не пробовали). При этом настройки и масштабы графиков будут сбиваться!

6. Невозможно обновить программное обеспечение для NOVA 5000.

СОВЕТЫ:

- переходите на USBlink.

- Экспортируйте результаты в Excel и обрабатывайте их там.

7. Программа "Multilab" для NOVA5000, часто даёт сбои, временами "выполняет недопустимую операцию" делает не то действие, которое требуется.

В Multilab плохо работает Мастер анализа.

Даже простые действия типа умножения функции на число могут быть выполнены неверно. А при логарифмировании или аппроксимации полученной зависимости экспонентой часто возникают проблемы ( полученный график неверен) (как на NOVA-5000, так и на компьютере), устранить проблему не удаётся.

СОВЕТЫ:

- Иногда помогает перезагрузка программы, также всегда следует сразу сохранять ценные файлы.

- Один из возможных путей - экспорт таблицы из Multilab в Excel и дальнейшая обработка данных в Excel.

- Используйте для обработки данных обычный компьютере или "нетбук", установив на него программу "Multilab для Windows", которой не присущи многие недостатки сокращённой версии, установленной на NOVA-5000. Перенести данные на компьютер нетрудно через "флешку".

Однако и Multulab для Windows РС (как версия 1.4.14 от 2006 года, так и самая новая версия 1.5, (2010)) также даёт досадные сбои, и тоже очень плохо автоматически масштабирует графики.

8. Программа "Multilab", включая версию 1.5 для Windows от 01.01.2001 отвратительно масштабирует графики в автоматическом режиме. Она "не умеет" подбирать масштаб так, чтобы график занимал почти всё поле, не может подбирать нужное количество "клеточек" на оси, часто выводит "неудобные" числа на графики.

Программа не имеет опции автоматического отображения нескольких графиков в одинаковых масштабах, что затрудняет их сравнение.

СОВЕТЫ:

- Требуйте от учащихся задавать правильные масштабы "вручную". По-настоящему "красивые" графики не получатся, но нетрудно сделать, чтобы график занимал почти всё поле.

- Иногда при "ручном" масштабировании бывают сбои. Удобнее обрабатывать сложные графики это не на NOVA-5000, а на персональном компьютере.

- Не забывайте устанавливать "высокое качество" при распечатке графика с NOVA5000, иначе не только качество печати будет плохим, но и числа станут "наползать" друг на друга.

9. "ОДНОВРЕМЕННОСТЬ" СНЯТИЯ ДАННЫХ С ДАТЧИКОВ

Ряд работ, где нужно точно сравнить моменты поступления сигналов от нескольких разных датчиков, систематически не получаются. Например, при изучении закона электромагнитной индукции появляется "необъяснимый" сдвиг фаз между ЭДС в катушке и производной измеренного магнитного поля. Также плохо работает и изучение сдвига фаз напряжений в RLC цепочке. Плохо получается и прямое измерение скорости звука микрофонными датчиками. Вероятная причина - неодновременный опрос датчиков компьютером.

10. НОВЫЕ И СТРАРЫЕ ВЕРСИИ КОМПЬЮТЕРА NOVA-5000

После ремонта неисправных компьютеров NOVA-5000 SX (Ver 02.09) в ООО "РЕНЕ" на некоторые из них был установлен другой, более быстрый процессор и Windows Ver. 3.00.27. Увеличилось быстродействие и память. Тем не менее, проблемы с принтером, "зависаниями" во время опытов и ошибки в Multilab (Ver. 2.25) остались.

11. ГДЕ "СКАЧАТЬ" ПРОГРАММУ "MULTILAB" для PC

Данные получены от службы технической поддержки компании "Fourier". Официально разрешено бесплатно использовать эти программы.

ftp://MultiLabVA:*****@***/MultiLab_v1.5_28.09.2010.zip

Если потребуются пароли, то вот они: Username: MultiLabVA, Password: DataLogger,

хотя скачивание должно работать и без ввода паролей (они вписаны в адрес).

ftp://MultiLabVA:*****@*** (Здесь то же самое, но там выложены и прочие версии, предназначенные для MAC 10.4 и выше, а также Windows XP, Vista, windows 7 -32 бит.) - в том числе и версия для PC от 03.2011, она почему-то загружается только на испанском языке и тоже отвратительно масштабирует графики.)

УСТАНОВКА MULTILAB на Windows Vista:

( Проблема - при "обычной" установке на Vista не работал Usblink).

Запустите setup. exe и начните установку.

После этого вручную запустите файлы из основной директории установки Мультилаб:

Microsoft Windows Media Audio and Video 8 codecs. exe

Microsoft Windows Media Encoder 7.1 Distribution. exe

(Windows Vista блокирует эти файлы при установке, из-за этого потом Multilab работает неправильно.) Также иногда антивирусная программа блокирует установку этих файлов.

MULTILAB ДЛЯ MAC

USBlink не будет работать с МАСом . Fourier "сейчас разрабатывает соответствующее программное обеспечение" (апрель 2011).

ОСОБЕННОСТИ ДАТЧИКОВ ЛАБОРАТОРИИ "АРХИМЕД".

ПРОБЛЕМЫ С ДАТЧИКАМИ И КАК С НИМИ СПРАВЛЯТЬСЯ

- Некоторые датчики не соответствуют заявленным параметрам на ряде режимов как по точности, так и по диапазону измерений. (Подробности - ниже).

- Не все датчики подходят для выполнения ряда измерений. Например, чувствительность датчика магнитного поля оставляет желать лучшего при измерении магнитного поля Земли, а обратный ток диода невозможно измерить датчиком тока на 250 мА (нужен чувствительный микроамперметр). Надо понимать, что возможности датчиков не безграничны.

- Затрудняет выполнение некоторых работ отсутствие в комплекте более чувствительных датчиков тока и напряжения. Электрические колебания из-за этого приходится изучать при помощи огромных катушек и конденсаторов больших емкостей; да и напряжение "от батарейки" явно маловато для датчика на ±25 Вольт, нужен блок питания, а с ним датчики работают нестабильно.

- Бывает, датчики определяются неправильно, например, датчик расстояния иногда определяется на NOVA-5000 как датчик влажности.

- Датчики иногда выходят из строя. Например, устройство USBlink (исправно работающее с датчиками тока и напряжения), вывело из строя один за другим два датчика давления.

- Некоторые датчики иногда сильно "шумят". (Например, график температуры может получиться с "шумами", достигающими 0,5- 1 0С )