О вариативности работ физического практикума Текст научной статьи по специальности «Физика»

стинку подвергают деформации изгиба. Деформация должна быть упругой. Миллиметровой линейкой измеряют стрелу прогиба. Изготовив несколько образцов из материала тростника, подобный опыт повторяют не менее пяти раз. Затем приступают к расчету модуля Юнга, используя формулу:

Е 4 РЁ

ХаЬъ

где Е - модуль Юнга; Р - нагрузка; I - длина образца; X - стрела прогиба; а - ширина поперечного сечения образца; Ь - толщина образца. Определив среднее значение модуля Юнга, приступают к расчету стрелы прогиба модели стебля тростника. Для этого выбирают ровное междуузлие на стебле тростника и измеряют его диаметр (в различных местах) и длину. Зная средний радиус и длину части стебля тростника, рассчитывают стрелу прогиба модели этой части стебля при определенной нагрузке (она указывается преподавателем) в предположении, что стебель полностью заполнен материалом тростника. Расчет стрелы прогиба такой модели осуществляется по формуле:

1 рй

= 12

где Еср - среднее значение модуля Юнга; п -

3,14; Я - радиус стержня. При этом предполагается прогиб круглого стержня, лежащего концами на опорах, к которому груз подвешивается в середине.

После выполнения расчета стрелы прогиба модели стебля студенты в опыте измеряют стрелу прогиба настоящего стебля, имеющего трубчатое строение при указанной нагрузке. Сравнив стрелу прогиба, вычисленную в предположении, что стебель сплошной, со стрелой прогиба стебля тростника, имеющего трубчатое строение, студенты убеждаются, что эти величины одного порядка.

К этой работе в качестве дополнительного экспериментального задания может быть предложено следующее: определить, во сколько раз масса части стебля тростника меньше массы модели стебля таких же размеров, имеющей сплошное строение?

Выполнение этой работы помогает студентам связать изучаемый материал физики с вопросами, рассматриваемыми в ботанике при изучении морфологии растений. Выполнив эту работу, они лучше уясняют ответ на вопрос: почему стебли многих растений (тростник, бамбук, злаковые культуры) имеют трубчатое строение.

О ВАРИАТИВНОСТИ РАБОТ ФИЗИЧЕСКОГО ПРАКТИКУМА

© А.И. Стерелюхин, Н.И. Старцева

Среди качеств, которыми должны обладать работы физического практикума, таких как научность, доступность, безопасность и т. п., немаловажное значение в учебном процессе имеет, на наш взгляд, еще одно, которое мы называем вариативностью (от лат. уапаге -видоизменять, разнообразить, допускать отклонения в небольших пределах).

Под вариативностью лабораторной работы физического практикума мы будем понимать ее качество, заключающееся в том, что она позволяет вносить в содержание, в используемое оборудование и ход выполнения такие изменения, которые не нарушают ее соответствия основным дидактическим целям и не снижают методической ценности работы. Вносимые изменения не сказываются существенно на перечне знаний, умений и навыков, которые должны быть сформированы, усвоены, закреплены и отработаны у обучаемых в ходе выполнения работы практикума.

Вариативность работ может проявиться в следующем:

- в изменении объекта исследования;

- в изменении условий проведения эксперимента;

- в изменении заданий при выполнении работы;

- в подборе аналогичной работы.

Так, в работе «Определение коэффициента трения скольжения с использованием закона сохранения и превращения энергии» студенты изучают трение дере-

вянного бруска о деревянный трибометр. Однако если поверхность бруска оклеить резиной или каким-либо другим материалом, и вместо деревянной доски три-бометра взять металлическую или пластмассовую пластинку, то можно разнообразить (варьировать) задания. Теперь студенты могут определять коэффициент трения скольжения не только дерева по дереву, но и дерева по металлу, резины по металлу и т. д.

Используя различные жидкости и растворы поверхностно-активных веществ, можно варьировать задания в работе «Определение коэффициентов поверхностного натяжения жидкостей», подбор стержней из различных материалов (стержни не обязательно должны быть металлическими) даст возможность к изменению заданий в работе «Определение коэффициента линейного расширения твердых тел».

Ряд работ физического практикума допускает изменения условий проведения эксперимента. В работе практикума «Определение ускорения свободного падения» преподавателем может быть задана высота падения стального шарика, в работе «Изучение закона динамики вращательного движения» преподаватель может задавать (варьировать) высоту, с которой опускаются грузы, массу грузов, радиус шкива, на который наматывается нить, расстояние грузов от центра маятника Обербека, а также число вращающихся грузов и

их массу. Таким образом, здесь имеются широкие возможности изменения момента сил, действующих на маятник Обербека, и момента инерции этого прибора.

Работы физического практикума представляют собой экспериментальные задачи, в которых по результатам, полученным в эксперименте, требуется вычислить указанную физическую величину. Однако, дополнив данные эксперимента значением физических констант, в работе может быть получена возможность определения значений и других физических величин. Например, наблюдая за процессом электролиза раствора медного купороса, определив при этом массу отложившейся на катоде меди, измерив силу тока в цепи и время протекания тока, студенты могут вычислить электрохимический эквивалент меди. Однако если данные этого эксперимента дополнить, взяв из таблиц валентность и молярную массу меди, а также число Авогадро, то в этой работе может быть рассчитан заряд электрона.

Наконец, вариативность работы физического практикума может быть реализована подбором нескольких вариантов работы. Так, в нескольких вариантах может быть предложена работа по проверке закона сохранения и превращения полной механической энергии,

несколько вариантов имеет работа по определению электроемкости конденсатора, по определению индуктивности катушки и т. д.

На наш взгляд, вариативности работ физического практикума в практике преподавания пока еще не уделяется должного внимания. Совершенно недостаточны указания на этот счет и в методической литературе. Между тем использование вариативности работ в ходе проведения физического практикума может принести ощутимые положительные результаты.

Использование вариативности работ позволяет, на наш взгляд, осуществлять дифференцированный подход в обучении студентов, увеличить объем получаемых студентами знаний, повысить интерес студентов к выполнению работ (работы перестанут казаться такими однообразными), сформировать у студентов творческое отношение к выполнению лабораторных работ. Использование в преподавании вариативности работ физического практикума поможет преодолеть также такое негативное явление, как списывание. Преподавателю не придется видеть в тетрадях студентов таблицы, заполненные совершенно одинаковыми цифрами, рассматривать графики, построенные, словно под копирку.

ЗАЛЕЧИВАНИЕ ТРЕЩИН В ЩЕЛОЧНО-ГАЛОИДНЫХ КРИСТАЛЛАХ ПРИ ЛОКАЛЬНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ВЕРШИНУ ТРЕЩИНЫ © Ю.И. Тялин, В.А. Тялина, М.В. Чемёркина, А.А. Бутягин

В работе изучалась возможность залечивания трещин в щелочно-галоидных кристаллах 1лР при локальном механическом воздействии на ее вершину. Локальная нагрузка в вершине трещины создавалась в результате нагрева или рентгеновского облучения материала в малой окрестности вершины трещины. В этом случае в зоне воздействия образуются сжимающие напряжения, которые можно использовать для восстановления нарушенной сплошности. Отличие данных схем нагружения образцов состоит в том, что температурные напряжения после охлаждения образца исчезают, а напряжения, созданные при облучении, могут существовать в кристалле достаточно долго и удерживать трещину в закрытом состоянии даже в том случае, если сплошность материала не восстановится.

Основными задачами работы в связи с этим являлось: 1) выбор режимов и схем локального воздействия на вершину трещины, обеспечивающих восстановление сплошности материала в вершине трещины; 2) разработка методики и проведение прямых измерений прочности образцов с залеченной трещиной.

Исследования проводили на призматических образцах кристаллов ЫИ размером 4x8x40 мм. В образцах создавалась зародышевая трещина длиной Ь = (20-30) мм. Трещина располагалась симметрично относительно широкой грани образца. Часть экспериментов проводилась на микротрещинах, образующихся при индентировании кристаллов. Такие трещины появля-

ются при определенной ориентации пирамиды инден-тора относительно плоскостей спайности кристалла. Они имеют дискообразную форму и залегают в плоскостях (110). В этих экспериментах оптическим методом измерялась длина трещин до и после теплового воздействия на образцы.

Дислокационную структуру вершины остановившейся трещины выявляли химическим травлением образцов в растворе хлористого железа РеС13. Травлению подвергались только свежие поверхности образца. Для этого исходный образец раскалывали на две части по плоскости (100). На одной части фиксировалась исходная дислокационная структура в вершине трещины. Трещина в другой части кристалла залечивалась, и затем также изучалось изменение характера пластической зоны в вершине.

Использовалось несколько схем залечивания трещины - локальный нагрев, облучение, сжатие и комбинированное воздействие. Для оценки качества залечивания макротрещин проводились механические испытания образцов с исходной и залеченной трещиной. При этом фиксировались длина трещины I и критическое усилие разрыва образца Р.

В экспериментах на микротрещинах (до 150 мкм) отмечено частичное залечивание (до 10 %) только при облучении образцов. Связано это может быть с тем, что трещины в этом случае лежат в плоскости (ПО) и имеют довольно грубый поверхностный рельеф, препятствующий сближению поверхностей трещины при