Файл: ВсяМехЛАБраб2части.doc

Приложение 3.

Состав экспериментальной деятельности студентов на занятиях по физическому эксперименту

(ориентировочная основа).

Эксперимент как метод познания – целесообразная система эмпирических и теоретических методов изучения объекта или явления в искусственно созданных и контролируемых условиях при активном воздействии на него (объект или явление) с помощью различных орудий, приборов и средств.

В ходе эксперимента объект изучения целенаправленно помещается в определенные взаимодействия с преобразующими материальными средствами исследования с целью фиксации и последующего анализа вызываемых в нем этими взаимодействиями изменений.

Еще во времена Галилея ученые вывели достоинства этого метода. В ходе эксперимента удается:

1. “изолировать изучаемый объект от влияния побочных и затемняющих его сущность явлений и изучить его в «чистом» виде;

2. многократно воспроизводить ход процесса в строго фиксированных и поддающихся контролю и учету условиях;

3. планомерно изменять, варьировать различные условия для получения искомого результата;

4. появляется возможность исследовать физические свойства объектов в экстремальных условиях (высокое давление, сильные поля, сверхнизкие и сверхвысокие температуры).

Отличаясь от наблюдения активным оперирование изучаемым объектом, эксперимент осуществляется на основе теории, определяющей постановку задач и интерпретацию его результатов.

Эксперимент дает возможность перевести «логику» вещей в логику понятий, материальную зависимость в логическую. В конце эксперимента мы сопоставляем итог, который имеет место в нашей идеализированной схеме (созданной в процессе замысла и планирования эксперимента) и реальный его результат.

Обобщенный план экспериментальной деятельности студента:

1. Постановка (формулирование) познавательной задачи, решаемой методом физического эксперимента:

1. тема исследования:

• выявление объекта изучения;

• и предмета исследования;

2. цель:

• теоретическая значимость;

• практическая важность;

3. предполагаемый результат:

• на теоретическом уровне;

• на уровне эмпирического материала.

2. Теоретическая подготовка:

1. понятие об объекте и предмете экспериментально-познавательной деятельности;

2. теоретические основы способов их экспериментального исследования;

3. изучение приборов, используемых в обозначенных в работе целях

3. Планирование опыта:

1. принцип постановки опыта на базе конкретного физического метода;

2. моделирование (схема установки):

• определение необходимых условий эксперимента по изучению предмета;

• выяснение назначения и функций каждого элемента установки;

• определение оптимальных параметров работы приборов с учетом их влияния на изучаемый предмет;

• составление схемы установки;

• определение порядка получения опытных данных (составление таблиц для занесения значений измеряемых величин);

3. указание основных расчетных формул (для косвенных измерений).

4. Реализация плана:

1. сборка установки (на основе полученной схемы);

2. снятие показаний (заполнение таблиц);

3. регистрация погрешностей приборов.

5. Обработка эмпирического материала:

1. систематизация и обобщение эмпирических данных, получение практического результата (построение графиков, схем и пр.);

2. косвенные вычисления;

3. усреднение и получение значения измеряемой величины (Х);

4. расчет погрешностей измерений:

• оценка достаточной точности;

• выбор метода вычисления погрешностей и формы записи полученного значения величины (вид погрешности, доверительная вероятность и пр.);

5. систематизация полученных результатов.

6. Выводы по проделанной работе:

1. формулирование полученных результатов на практическом и теоретическом уровнях;

2. сравнение с предполагаемыми результатами, анализ и объяснение имеющихся отклонений;

3. вывод о соответствии с теорией практического результата;

4. вывод о достижении или недочетах в достижении поставленной цели.

Объект представляет собой элемент естественной природы (реальный предмет, явление или процесс) или объективные свойства, связи, отношения таких элементов, обобщенные и выраженные в форме понятий, физических величин или закономерностей, на которые направлен познавательный интерес.

Предмет выделяет определенный аспект изучения объекта, охватывая его некоторые свойства или стороны для более тщательного рассмотрения.

Свойства – сторона предмета, обуславливающая его различие или сходство с другими предметами и проявляющаяся во взаимодействии с ними. Каждое вещество обладает множеством определенных свойств, единство которых означает его качество. Физические свойства – это свойства, обусловленные масс-энергетическими изменениями, не затрагивающими внутренней природы вещества.

В соответствии с данными определениями объектом экспериментально-познавательной деятельности студентов могут быть физические тела и процессы, их свойства и отношения, существующие и действующие по объективным законам природы. Предмет включает сторону объекта исследования, непосредственно подлежащую изучению в конкретном физическом эксперименте с определенной целью.

Объективность и однозначность эмпирических предложений достигается уточнением наблюдаемой ситуации (указывается место, время, условия протекания события), т.е. заданием так называемой экспериментальной ситуации. Экспериментальная ситуация задана, когда:

1. выделен объект внимания;

2. фиксированы условия, в которых на выделенный объект производятся воздействия, в том смысле, что нам понятно значение этих условий для осуществления выбранной операции (наблюдения, сравнения и пр.).

Приложение 4.

Графическое изображение (представление) результатов эксперимента

Используется в случае исследования зависимости одной физической величины от другой. Например, можно рассматривать зависимость плотности жидкости от температуры.

Так, чтобы получить наглядное представление о взаимной связи рассматриваемых величин и характере их закономерного взаимоизменения (например, линейный или экспоненциальный рост одной величины при изменении другой), результаты наблюдений следует представить графически.

Обычно пользуются прямоугольной системой координат с равномерными масштабами по осям. Значения аргументов следует откладывать по оси х, значения функции – по оси у. масштаб принципиально может быть любым, но при выборе его следует руководствоваться следующими соображениями:

1. график должен быть достаточно точным; наименьшее расстояние которое можно отсчитать на графике, должно быть не меньше величины абсолютной ошибки измерений;

2. физическая сущность явления должна быть вскрыта достаточно ясно: в тех областях, где ход кривой монотонный, можно ограничиться небольшим числом измерений (несколькими точками кривой на графике); в области максимумов, минимумов и точек перегиба следует производить измерения значительно чаще  все эти точки должны быть разрешимы (видны как отдельные точки) на графике при выбранном масштабе.

Графики должны выполнять на миллиметровой бумаге или на компьютере. Построение графиков возможно и достаточно просто осуществлять в таких программах как Excel и Mathcad. Кроме того, использование программных средств позволяет производить линейную аппроксимацию графика, строить сглаженную кривую по экспериментальным точкам и др.

Следует иметь в виду, что пересечение координатных осей не обязательно должно совпадать с нулевыми значениями х и у: при выборе начала координат надо руководствоваться тем, чтобы максимально использовалась вся площадь чертежа.

Координатные оси должны быть проименованы: рядом со стрелками проставлены обозначения откладываемой на оси физической величины и единицы ее измерения в выбранном масштабе. Вдоль осей равномерно через 10-20 мм откладываются масштабные деления, указывая соответствующие им значения в указанных около стрелки единицах измерения.

После выбора масштаба наносятся экспериментальные точки (координаты которых должны быть оформлены в виде двух столбцов или строк таблицы данных). На основе экспериментальных точек строиться график исследуемой зависимости 2-мя способами:

1. сами точки соединяют плавной кривой;

2. предполагаемая кривая (чаше прямая линия) строиться так, что может не проходить через опытные точки, но должна быть по обе стороны наиболее приближена к ним. Такое построение соответствует процедуре аппроксимации.

Ошибки наблюдений обнаруживаются в неправильностях направления кривой  кривая может выполнять ориентирующую и направляющую функции в последующих уточняющих наблюдениях.

Пользуясь полученной кривой можно:

1. установить наличие и характер зависимости между рассматриваемыми величинами. Наиболее просто и наглядно увидеть линейную зависимость, соответствующую наличию прямой пропорциональности между этими величинами.

2. В случае линейной зависимости легко определить и сам коэффициент пропорциональности:  тангенс угла наклона прямой графика зависимости к оси х равен коэффициенту пропорциональности между величиной у и аргументом х.

3. В пределах произведенных наблюдений интерполировать зависимость, т.е. находить значения величины у для таких значений х, которые непосредственно не наблюдались.

4. Определять значения величин, отложенных по осям, которым соответствуют характерные точки графика: например, значение одной величины, при котором другая минимальна или максимальна, хотя бы последние и не определялись непосредственно.

Приложение 5.

Таблица 1. Плотность воды при разных температурах