Интегрированный урок физика + информатика Использование компьютерного моделирования для иследования и построения электромагнитной волны

На прошлых уроках мы с вами изучили
компьютерное моделирование. И сегодня мы
проведем эксперимент: “Исследование физической
модели электромагнитной волны”. Цель нашего
урока:
Исследовать зависимость физических
величин: вектора напряженности поля и вектора
магнитной индукции от времени на компьютерной
модели и построить график этих зависимостей.

Запишем это в тетради:

Постановка задачи:

Построим, график зависимости вектора
напряженности и магнитной индукции от времени по
закону меняющейся величины. Исследовать
полученную модель при решении обратных задач

Проводить эксперимент будем по основным этапам
разработки и исследования моделей на компьютере


I. Этап. Качественная описательная модель:

На этом этапе выделяют существенные с точки
зрения целей проводимого исследования параметры
объекта, а несущественными параметрами
пренебрегают.

Из условия задачи можно сформулировать
следующие основные предположения:

  • Меняющимися величинами будут Е и В.
  • Величины ЕО, ВО, w- примем за постоянные.
  • Изменяющаяся величина — время.
  • Так как колебания Е и В совершаются по одному
    закону, в одной фазе, достаточно рассмотреть одну
    из величин.


II. Этап. Формальная модель:

На втором этапе описательную информационную
модель описывают с помощью какого-
либо формального языка. В формальной модели нам
необходимо с помощью формул, уравнений получить
формальные соотношения между начальными и
конечными значениями свойств объектов. Другими
словами нам нужно получить уравнение.

Тест по физике. ( проводит учитель физики)

Уравнение для вектора Е, В – бегущей
электромагнитной волны. Получены уравнения
гармонических колебаний для векторов Е и В.
(Анализ)


III. Этап. Компьютерная модель в электронных
таблицах.

На третьем этапе формальную модель
преобразовывают в компьютерную модель.
Существуют два принципиально различных пути
построения компьютерной модели:

1. Построение алгоритма решения задачи и его
кодирование на одном из языков программирования.
2. Построение компьютерной модели с
использованием одного из приложений
(электронных таблиц, СУБД и пр.).
3. График подбора параметров.


IV. Этап. Исследование модели.

На четвертом этапе проводится компьютерный
эксперимент. В нашем случае, это построение
графика и решение задачи на подбор параметра.

Уровень В. (сдвиг фаз)

Решение обратных задач. (Работу на компьютерах
контролируют учитель физики и информатики)


V. Этап. Анализ полученных результатов.

На пятом этапе проводится анализ полученных
результатов и сопоставление их с реальными
объектами. В силу допущенных упрощений можно
сказать, что мы достигли цели нашей сегодняшней
работы.

Средствами электронных таблиц Ехсе1 нельзя
совместить два графика, расположив их
в разных плоскостях. Для этого нужно задавать
дополнительные параметры и отдельно
создавать модель поворота плоскости графика. Но
мы можем посмотреть готовую модель графика
электромагнитной волны в электронном учебнике
(Учитель физики предлагает учащимся открыть
электронный учебник Образовательная коллекция
“ Открытая физика”- “Распространение света”)
Вопросы по учебнику. Рассмотреть
распространение электромагнитной волны в
динамике.

Подводим итоги урока

Сегодня мы повторили тему “Компьютерное
моделирование” и провели компьютерный
эксперимент “Исследование физической модели
электромагнитной волны” по всем этапам
компьютерного моделирования.

(Оценки) Проводится рефлексия урока (Назовите
преимущества использования компьютерного
моделирования в исследовании физических
процессов; понравился ли урок; чем он вам
запомнился; надо ли проводить такие уроки и т.п.)


Первый вариант.
Электромагнитные волны

При постановке
опытов Герца были использованы:

а) две катушки индуктивности;
б) катушка и конденсатор, соединённые
параллельно;
в) катушка и конденсатор соединённые
последовательно;
г) нет правильных ответов

Второй вариант.
Электромагнитные волны

При постановке
опытов Герца были использованы:

а) катушка индуктивности и резистор
соединённые последовательно;
б) катушка и конденсатор, соединённые
последовательно;
в) катушка и конденсатор соединённые
параллельно;
г) нет правильных ответов

Целью опытов Герца было

а)
посмотреть, как протекает ток через катушку;
б) посмотреть, как протекает ток через катушку и
резистор;
в) получить электромагнитную волну

Целью опытов Герца было

а)
посмотреть, как протекает ток через конденсатор;
б) посмотреть, как протекает ток через
конденсатор и резистор;
в) получить электромагнитную волну

При проведении опыта:

а)
перешёл от закрытого колебательного контура, к
проводнику;
б) убрал конденсатор.

Необходимым условием существования
электромагнитной волны является существование

а) силы тока;
б) напряжения;
в) ускоренно движущейся заряженной частицы.

Какова характеристика электромагнитной
волны она является

а)

поперечной;
б) продольной;
в) плоскополяризованной.

Уравнение электромагнитной волны имеет вид:

a) U=U Sin wt;
б) I=I Cos wt;
в) Е=Е Sinw (t-х/v);
г) В=В0 Sin(t-х/v)

При проведении опыта:

а)
перешёл от закрытого колебательного контура, к
открытому контуру;
б) убрал катушку.

Необходимым условием существования
электромагнитной волны является существование

а) силы тока;
б) напряжения;
в) ускоренно движущейся заряженной частицы.

Какова характеристика электромагнитной
волны: она является

а) поперечной;
б) продольной;
в) плоскополяризованной.

Уравнение электромагнитной волны имеет вид:

a) U=U Cos wt;
б) I=I Sin wt;
в) Е=Е Sinw (t-х/v);
г) В=В0 Sin(t-х/v)

Вопросы для самоподготовки к уроку

1. Опыты Герца
а) Цель опыта
б) Оборудование
в) Как проводил опыт?
г) Какие результаты получил?
д) Какой вывод сделали из полученных результатов?

2. Почему опыты Герца считаются
фундаментальными?
3 .Какое условие необходимо для существования
электромагнитной волны?
4. Характеристика электромагнитной волны?
5.Какое доказательство существует тому, что
электромагнитная волна является
плоскополяризованная?
6.Записать уравнение бегущей электромагнитной
волны для вектора Е и вектора В.
7.Указать в этом уравнении характеристики
гармонического колебания (амплитуду,
циклическую частоту), уметь находить через
циклическую частоту собственную колебаний;
период колебаний, определять разность фаз.

Следующий: