Постановка исследовательских работ по ядерной физике в лабораторном практикуме Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

в равновесном состоянии системы, и переход из одного состояния газа в другое при использовании соотношения (8) должен происходить только через последовательность равновесных состояний, т.е. обратимым образом [2]. При этом давление p в формуле (8) выражается через объем V и температуру т с помощью уравнения состояния системы. Здесь не следует путать обобщение понятия давления для неравновесных состояний, например, давление в стационарном потоке жидкости. При этом измеряющий прибор покажет разные значения вдоль и поперек потока. Но вот записать работу сил, перемещающих произвольным образом твердое тело в потоке, в виде (8) уже не удается.

Введение понятия обратимого процесса должно предшествовать переходу к рассмотрению первого и второго начал, как это и делается в наиболее совершенных курсах термодинамики [1, 4]. Этим завершается изучение ряда вопросов, объединенных в [1] под названием нулевого начала термодинамики. При этом, разумеется, не исключается возможность неоднократного возвращения к обсуждению этого понятия

при дальнейшем изучении термодинамики и статистической физики, подчеркивая его исключительное значение для возможности получения точных термодинамических равенств и развития понимания их физического смысла [2].

Литература

1. Кубо Р. Термодинамика. - М., 1970.

2. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С., Уздин В.М. Физика 3. Строение и свойства вещества. - М., 2004.

3. ПланкМ. Лекции по термодинамике. - СПб., 1900.

4. Ферми Э. Термодинамика. - Харьков, 1969.

5. Леонтович М.А. Введение в термодинамику. - М., 1983.

6. Базаров И.П. Заблуждения и ошибки в термодинамике. - М., 2003.

7. Орлов В.А., Никифоров Г.Г. Равновесная и неравновесная термодинамика. Учебное пособие. - М., 2005.

8. Борн М. Критические замечания по поводу традиционного изложения термодинамики. В сб. «Развитие современной физики». - М., 1964.

УДК 539.1 ББК 22.3

ПОСТАНОВКА ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПО ЯДЕРНОЙ ФИЗИКЕ В ЛАБОРАТОРНОМ ПРАКТИКУМЕ В.А. Белянин, кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой физики Марийского государственного педагогического института им. Н.К. Крупской, skva12@mail.ru

Разработано оборудование и методическое обеспечение 12 исследовательских лабораторных работ по ядерной физике. Работы предназначены для студентов, изучающих общий курс физики. Источниками радиоактивности являются соли калия, космическое излучение и естественная радиоактивность воздуха.

Ключевые слова: лабораторные работы, ядерная физика, студенты, соли калия.

THE ORGANIZATION OF RESEARCH WORK ON NUCLEAR PHYSICS UNDER CONDITION OF STUDENT

PRACTICAL WORK

Belyanin V.A.

The equipment and methodical advices for 12 research student laboratory works on nuclear physics were worked out. The work is intended for students studying basic course of physics. As radiation sources are used potassium-salt, cosmic rays and the natural radioactivity of the air.

Keywords: practical works, nuclear physics, students, potassium salts.

П I остановка любой лабораторной работы по курсу об- достаточно большой площадью счетчиков и достаточно

щей физики является достаточно сложной технической и научно-методической задачей. Лабораторная установка должна качественно воспроизводить физическое явление и наглядно показывать, как оно возникает и протекает. Установка должна обеспечивать высокую точность получаемых экспериментальных и определяемых физических величин и не должна быть "закрытой" для студента. Приборы и методическое обеспечение должны давать возможность проводить самостоятельные, законченные исследования физических процессов, получать комплекс экспериментальных данных, обеспечивающих достаточную физическую интерпретацию исследуемого явления.

Возможность выполнения студентами учебно-исследовательских работ - это требование было положено нами в основу разработки лабораторного практикума и соответствующего оборудования по ядерной физике для педагогических вузов.

Основой лабораторного практикума стал созданный нами комплект приборов, который получил название "Арион". Совместно с методическим обеспечением он представляет собой полную учебную лабораторию ядерной физики педагогического вуза. В рамках своих возможностей данная лаборатория уникальна тем, что не требует для работы искусственных изотопов в качестве радиоактивных источников. Мы используем только космическое излучение, изотопы, содержащиеся в атмосферном воздухе и соли калия. Химически чистая соль KCl (ГОСТ 4324-48) обладает слабой естественной радиоактивностью изотопа K40. Его удельная активность составляет 3,87 10-' Ки/кг, что абсолютно безопасно для человека и не требует специальной защиты. Слабая активность радиоактивного источника компенсируется в лабораторных установках

большим объемом радиоактивного препарата. Достоверные результаты получаются при времени экспозиции от одной до пяти минут.

Измерение и регистрация ядерных излучений осуществляется счетчиками Гейгера-Мюллера. Лабораторные работы рассчитаны на студентов высших и средних учебных заведений, в частности педагогических вузов, изучающих общий курс физики, но не специализирующихся в области ядерной физики.

Комплект приборов «Арион» состоит из базового измерительного блока и соответствующего оборудования, позволяющего фронтально выполнять до 12 лабораторных работ. Большая часть этих работ являются оригинальными. Электронный измерительный блок, выполненный в виде отдельного прибора, содержит источник стабилизированного напряжения для подключения двух групп счетчиков Гейгера, секундомер и счетчик импульсов с цифровой индикацией. Максимальная частота счета составляет до 104 импульсов за секунду, выходное стабилизированное напряжение счетчика можно изменять в пределах от 250 до 1000В. Блок измерительный является законченным прибором, который обеспечивает питание счетчиков типа СТС-6, измерение числа импульсов, поступающих от счетчиков, а также времени, в течение которого происходит это измерение.

Блок-схема прибора приведена на рис. 1. В режиме ручного управления счетчик импульсов и секундомер работают независимо друг от друга. В режиме автоматического управления секундомер включается и выключается одновременно и автоматически с включением и выключением счетчика. В режиме «И» счетчик регистрирует только те импульсы, которые одновременно приходят от обоих каналов счетчиков, в режи-

ме «Или» регистрируется суммарное количество импульсов ков и дает возможность использовать измерительный блок от двух каналов счетчиков Гейгера-Мюллера. Переключатель для работы со счетчиками, имеющими независимые источни-

«Высокое» позволяет отгаючить_вв^т£еннее питание_счетчи^ _ки_питания.

Секундомер

ЗГ 5 М1\ БД 1ГЦ СИ

Рис.1. Блок измерительный. ФИ - формирователь импульсов, БСИ - блок совпадения импульсов, БКР - блок коммутации режимов, СИ - счетчик импульсов, БИ - блок индикации, БП - блок питания, БУ - блок управления, ЗГ - задающий генератор,

БД - блок делителей.

Электронный блок предоставляет студенту широкие возможности для творческой учебно-исследовательской работы. Он позволяет, например, подключать различное количество счетчиков по одному или двум каналам, устанавливать нужное рабочее напряжение на счетчиках, свободно выбирать время измерения, останавливать счет, одной кнопкой запускать часы и счетчик импульсов.

Специализированное оборудование комплекта составляют свинцовые камеры для размещения измерительной ячейки со

Рис. 2. Свинцовая камера в разрезе. 1 - корпус, 2 - счетчики СТС-6, 3 - плата счетчиков, 4 - поглотитель в - излучения, 5 - коллиматор, 6 - кювета с радиоактивным источником.

счетчиком, а также приборы «Телескоп» и «Фильтр», предназначенные для изучения состава и свойств космического излучения. Свинцовая камера (рис. 2) представляет собой цилиндр с внешним диаметром 12 см и массой около 18 кг. Особенностью данной конструкции свинцовой камеры является её горизонтальное расположение, что позволяет упростить открывание, а также помещение и извлечение объектов исследования.

Счетчик в свинцовой камере, предназначенной для изучения радиоактивности атмосферного воздуха, располагается

по оси камеры и закрыт чехлом из фильтровальной ткани, через которую прокачивается воздух.

Рис. 3. Прибор «Телескоп». Рис. 4. Прибор «Фильтр».

1 - подставка, 2 - счетчики, 3 - поворотная ра- 1 - подставка, 2 - стойки, 3 - свинцовые пла-

ма, 4 -шкала, 5 - стойка. стины, 4 -счетчики.

Прибор «Телескоп» (рис. 3) предназначен для измерения интенсивности вторичного космического излучения, распространяющегося под углами к вертикали в пределах от нуля до 90 . Основу конструкции прибора составляют две группы счетчиков СТС-6, закрепленных на поворотной раме и включенных по схеме совпадений. При необходимости для исключения мягкой компоненты космического излучения между счетчиками располагается свинцовый фильтр необходимой толщины.

Прибор «Фильтр» (рис. 4) предназначен для определения интенсивностей жесткой и мягкой компоненты космического излучения, идущего в вертикальном направлении. Основу конструкции составляют две неподвижные группы счетчиков, включенных по схеме совпадения, и свинцовые пластины между ними. Пластины из свинца закреплены подвижно. Нужная толщина свинцового фильтра (до 20 см) достигается подбором пластин.

и О

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

d (мм)

Рис. 5. Кривая поглощения ß-частиц в алюминии (радиоактивный источник - соль KCl, поглотитель - алюминиевая фольга).

О 200

1 (мин)

Рис. 6. Активность атмосферного воздуха (начало отсчета времени совпадает с началом продувания воздуха через фильтр).

800

B

то 600

н

400

200

0

К настоящему времени разработаны и поставлены следующие лабораторные работы: экспериментальное исследование распределения числа регистрируемых частиц в серии измерений с фиксируемым временем регистрации; изучение счетчика Гейгера-Мюллера; определение периода полураспада радиоактивных изотопов, содержащихся в атмосферном воздухе; определение процентного содержания калия в смеси солей; определение коэффициента поглощения р-излучения в различных средах; исследование поля излучения радиоактивных источников простой геометрической формы; изучение состава космического излучения; изучение углового распределения жесткой компоненты космического излучения.

В качестве примеров выполняемых исследований рассмотрим результаты лабораторных работ по изучению поглощения электронов в алюминии (рис. 5, стандартная работа) и исследованию радиоактивности атмосферного воздуха (рис. 6). На рис. 6 приведена экспериментальная кривая радиоактивного распада изотопов, собранных на тканевом фильтре при продувании через него атмосферного воздуха. График дает информацию о нарастании активности радиоак-

тивных изотопов в период продувания воздуха через прибор в течение 20 минут. Однозначно фиксируется тот факт, что это нарастание продолжается в течение почти еще почти 10 минут после окончания продувания воздуха. Кривая распада позволяет оценить период полураспада изотопов и получить его значение, близкое к периоду полураспада радиоактивных изотопов, содержащихся в атмосферном воздухе.

Обработка полученных экспериментальных зависимостей осуществляется с помощью программного пакета "Microcal Origin", позволяющего производить математическую обработку результатов лабораторных работ и представлять их в виде таблиц и графиков.

Лабораторные установки абсолютно безопасны как для студентов, так и для преподавателей, просты и надежны в эксплуатации, в то же время - физически наглядны, обеспечивают возможность непосредственной работы с ними. Обучающийся осознанно выполняет физический эксперимент, может понять суть производимых операций и роль каждого узла экспериментальной установки. Инструкции и описания составлены так, что каждая лабораторная работа является для

студентов исследовательской. Лабораторные установки позволяют проводить не только учебные работы лабораторного практикума курса общей физики, но и исследования в рамках выполнения курсовых и дипломных работ.

Литература

1. Белянин В.А. Современная лаборатория ядерной физи-

УДК 372.874 ББК 74

ки в педагогическом институте // Вестник Марийского гос. пединститута им. Н.К. Крупской. - 2004. - № 1.

2. Жуковский Ю.Г. и др. Практикум по ядерной физике. Учебное пособие / Под ред. В. О. Сергеева. - Высшая школа, 1975.

ПУТИ АКТИВИЗАЦИИ КОМПОЗИЦИОННОГО МЫШЛЕНИЯ НА ЗАНЯТИЯХ РИСУНКОМ

А.П. Каретникова, кафедра рисунка художественно-графического факультета Московского педагогического государственного университета, (499)-743-24-77, neta-eta@yandex.ru

В работе показано, что существующее в настоящее время соотношение количества часов, отводимое для подготовки художника-педагога, между рисованием с натуры, по памяти, по представлению и по воображению, не является оправданным, особенно при решении важнейших задач, направленных на формирование композиционного мышления студентов.

На примере классических произведений Репина, Сурикова, Нестерова показана целесообразность увеличения доли рисования по памяти, по представлению и по воображению для полноценной подготовки художника-педагога.

Ключевые слова: натура, память, представление, воображение, композиционное мышление.

THE WAYS OF ACTIVIZATION OF STUDENTS' COMPOSITION THINKING ON ART CLASSES

Karetnikova A.P.

It is shown that commonly accepted ratio between drawings from model, from memory, from imagination and from idea is not optimal for training students' composition thinking. On the basis of analysis of classical drawings by Repin, Surikov, Nesterov it is shown that it is expedient to increase the quota for drawing from memory, imagination and idea. A problem of optimization of ratio between drawings from model, from memory, from imagination and from idea in developing modern programs for training students is formulated.

Keywords: drawing from model, drawing from memory, drawing from imagination, drawing from idea, composition thinking.

Улучшение качества подготовки будущих учителей изобразительного искусства в вузе предполагает решение ряда актуальных проблем, одной из которых является недостаточный уровень сформированности профессиональных умений студентов. Профессиональные умения можно определить как способность студента на высоком уровне выполнять живописно-графические работы и решать педагогические задачи в работе с учащимися. Гармоничное сочетание знаний, умений и навыков в области изобразительной грамоты и композиции во многом обеспечивает эффективность развития профессиональных умений художника-педагога, необходимых в творческой и в педагогической деятельности.

Все виды изобразительного искусства и изобразительной деятельности имеют единую творческую основу - композицию. Именно композиционными средствами художник раскрывает идею произведения, подчёркивает главное, вводит зрителя в мир своих переживаний и размышлений. Композиция формирует творческие черты личности будущего учителя изобразительного искусства. Композиционная деятельность, то есть деятельность «сочинительская», является самой существенной формой изобразительной деятельности, которая «преобразует» материал действительности в процессе художественного творчества. Н.Н. Волков определяет композицию как «замкнутую структуру с фиксированными элементами, связанную единством смысла» [1, с. 27]. Таким образом, композиционная деятельность связана с умением мысленно отбирать и изменять зрительные образы в соответствии с замыслом.

А.А. Дейнека, Е.А. Кибрик, К.Ф. Юон, Е.В. Шорохов, Б.М. Неменский и другие в своих работах рассматривают понятие «композиционное мышление» как способ художественно-образного познания действительности. Результатом образного мышления в изобразительной деятельности является графическое или живописное изображение, которое строится по законам композиции. Задача художника-педагога -помочь учащимся овладеть этими законами.

Выполнение любого аудиторного задания по рисунку

предполагает наличие у рисующего определённых знаний законов композиции, без которых невозможно грамотное решение поставленной задачи. Будущему учителю изобразительного искусства приходиться применять на практике эти знания. Другими важными качествами для таких специалистов является наличие развитой зрительной памяти, сформированных пространственных представлений и богатого воображения.

Бесспорным фактом является то, что эти качества необходимы для успешного использования различных видов рисунка в личном творчестве и в педагогической практике. О важности свободно рисовать не только с натуры, но и по памяти, по представлению и, особенно, по воображению в работе с детьми говорил известный психолог и педагог Евгений Иванович Игнатьев. Он указывал на то, что всё иллюстративное, творческое и тематическое рисование основано на рисовании «от себя», то есть по памяти, по представлению и по воображению.

Приведённое нами высказывание известного учёного убеждает нас в необходимости внимательно рассмотреть эту методическую проблему с психологической точки зрения, которая позволит глубже понять природу этих видов рисунка.

Рисование с натуры представляет собой процесс изображения объекта, находящегося в поле зрения рисующего. В основе такого рисования лежит непосредственное восприятие объекта в процессе его изображения. Этот вид рисования направлен на глубокое изучение закономерностей природы и умение в художественно-графическом образе передать увиденное.

При рисовании по памяти объект отображается рисующим в том виде, положении, с той точки зрения, с какой он был воспринят ранее при работе с натуры. Как утверждают психологи, в образах памяти сохраняется не вся информация, полученная при рисовании с натуры, а только та, которая оказывается наиболее важной применительно к изобразительной задаче и к изобразительному языку. «Память, - как писал известный художник-педагог Н.Н. Ростовцев, - обычно запечатлевает наиболее существенные особенности предметов»