Компьютерная лаборатория

Компьютерная лаборатория фирмы Philip Harris позволяет непосредственно на глазах у ребят и при их участии проводить измерения, обрабатывать полученные результаты и демонстрировать графики изучаемых физических величин на экране компьютера или (при использовании проектора) на большом демонстрационном экране. С их помощью можно следить за мгновенными значениями расстояния до объекта, температурой, давлением, параметрами переменного и постоянного тока, магнитным полем, освещенностью, поворотом тела, интенсивностью звука. Датчики надежны в эксплуатации, безопасны, удобны. На рисунке 1 некоторые из этих датчиков демонстрируются учениками начальной школы.

В комплект компьютерной лаборатории входит специальное запоминающее устройство, к которому могут быть одновременно подключено несколько датчиков. Устройство позволяет сохранять в виде файла зависимость измеряемых величин от времени. Это устройство является интерфейсным блоком связи с персональным компьютером. Тем самым, появляется возможность показать измеренные зависимости физических величин от времени или друг от друга на экране компьютера или на большом демонстрационном экране, провести компьютерную математическую обработку результатов измерений.

Приведем лишь несколько примеров применения датчиков на уроке. При изучении темы "Свободное падение" проводится следующий эксперимент. Регистрируя вертикальное расстояние от датчика до предмета при свободном падении последнего, можно получить и проанализировать зависимость координаты предмета от времени, построить график зависимости скорости от времени, получить график ускорения, аппроксимировать полученные кривые многочленами, оценить кинематические характеристики из результатов такой аппроксимации. Возможности аппроксимации заложены в программное обеспечение компьютерной лаборатории.

При изучении атмосферного давления в седьмом классе используется датчик давления. Несколько учеников с датчиком давления, подключенным к запоминающему устройству, отправляются из кабинета физики, расположенного на четвертом этаже, по лестнице в подвал, затем поднимаются на пятый этаж и затем возвращаются в кабинет физики. Затем запоминающее устройство подключается к компьютеру, считывается файл данных, и с помощью мультимедийного проектора график зависимости давления от времени, а значит от высоты над землей, выводится на экран. После этого убеждать, увеличивается или уменьшается давление с высотой не нужно - дети все видят собственными глазами. Чувствительность датчика позволяет надежно фиксировать возникающий перепад давлений.

При изучении колебательного движения с помощью датчика расстояний (рис. 2) проводятся измерения координаты груза на пружинном маятнике в зависимости от времени.

После обсуждения внешнего вида полученного графика проводится операция дифференцирования и анализируется график скорости. Повторное дифференцирование выводит на экран третий график - график ускорения. Рассмотрение одновременно трех найденных из эксперимента зависимостей позволяет объяснить фазовые соотношения трех периодически изменяющихся величин (координаты, скорости, ускорения) и естественность использования тригонометрических функций для описания колебаний. Пример такого графика приведен на рисунке 3.

Применение компьютерных датчиков делает даже обыкновенный демонстрационный эксперимент более наглядным и понятным, расширяет его информативность. Ученики получают начальное знакомство с современными методами проведения физических экспериментов, современным научным оборудованием, автоматизированной компьютерной обработкой полученных данных.