МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ВОЛИНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ІМЕНІ ЛЕСІ УКРАЇНКИ
Кафедра загальної фізики та методики викладання фізики
Магістерська робота на тему:
“Використання методу підсилення
напруги та cтруму в навчальному експерименті з фізики”
Виконав студент 5 курсу
фізичного факультету
спеціальності фізик
Давидюк Богдан Ростиславович
Науковий керівник
професор
Мірошниченко Ігор Генадійович
ЛУЦЬК 2009
Вступ
Актуальність теми. Фізика - наука експериментальна. Оскільки між фізикою - наукою і фізикою - навчальним предметом існує тісний зв'язок, процес навчання фізики полягає в послідовному формуванні нових для студентів фізичних понять і теорій на основі не багатьох фундаментальних положень, що опираються на дослід. У ході цього процесу знаходить відображення індуктивний характер встановлення основних фізичних закономірностей на базі експерименту і дедуктивний характер виведення наслідків із встановлених таким чином закономірностей з використанням доступної для студентів експериментальної бази. Активне використання електронно-обчислювальної техніки та засобів вимірювальної радіо-електронної апаратури створюють умови для розвитку науки, вдосконалення виробничих процесів. Саме вдале поєднання цих засобів слід пов’язувати з сучасним навчальним експериментом, який виступає одночасно методом навчання і джерелом знань.
Науковий фізичний експеримент, який безпосередньо зв'язаний з навчальним експериментом потребує необхідних знань, вмінь та навичок в галузі сучасної електроніки та інформатики. Враховуючи сучасні тенденції розвитку науки, процес підбору, аналізу та засвоєння інформації потребує активного вдосконалення.
Враховуючи, що за кілька останніх десятиліть відбулося суттєве зростання кількості радіоелектронних приладів в сучасному фізичному експерименті, широкого використання набули й підсилювачі напруги та струму. Ці прилади здатні відтворювати сигнали з різними параметрами (амплітуда, період, частота, форма). Вони активно використовуються, як в процесах вимірювання фізичних величин, так і для унаочнення різноманітних фізичних явищ. Вони здатні відтворювати безмежну кількість коливальних процесів, які здійснюються на основі фундаментальних законів, основних в багатьох напрямах фізичної науки. В вимірювальних процесах навчальні підсилювачі можуть виконувати різні функції. В наш час існує широкий спектр приладів здатних підсилювати ті, чи інші електричні сигнали. Як в науці, так і в техніці їх ділять на типи та класи, беручи за основу їх призначення та технічні характеристики. Саме тому повстає потреба систематизації та унаочнення інформації і оптимізації навчального процесу. У зв'язку з цим однією з проблем сучасної методики фізики є проблема удосконалення шкільного фізичного експерименту (ШФЕ).
Питанням методики ШФЕ, використання навчальних підсилювачів у експерименті, опису принципів їх функціонування, розробці нової апаратури присвячені роботи ведучих вчених методистів: В.А. Бурова, Б.С. Зворикiна, О.I.Жили, Л.Р.Калапушi, Є.В.Коршака, Б.Ю.Миргородского, I.Г.Мiрошни-ченка та iн. Питання використання ЕОМ в курсі фізики практично не розроблені. Є тільки окремі журнальні публікації: А.Н. Верника, А.А. Бон-дарева, Ф.П. Нестеренка та iн.
Як показує вивчення стану використання комп'ютерів i підсилювачів напруги та струму в школах, основна частина молодих вчителів фізики має вміння i навички роботи з цими приладами на рівні вчителя-оператора i відчувають великі труднощі при їх використання в організації навчального експеримента, при розробці нових демонстрацій. Вчителі фізики часто невзмозi використати комп'ютер i навчальну модель підсилювача, для конструювання i проектування нових радіоелектронних пристроїв та приладів, i особливо не вмiють здiйснювати профілактичний огляд, поста-вити технiчний дiагноз дефектiв у роботi приладiв, провести ремонт пошкодженої апаратури тощо. А для всього цього крім наявностi фундаментальних знань необхiдно прослiдкувати за друкованими роботами у цiй галузi, обробити велику кiлькiсть довiдникової лiтератури, а на це уходить, як правило, достатньо багато часу.
Чи є можливiсть якимось чином скоротити часовi витрати i тим самим підвищити продуктивнiсть працi вчителя? З'ясовується, що це можливо. Для цієї мети в усiх країнах свiту використовуються комп'ютернi технологiї. Швидкий доступ, зручність користування файлами зображень, текстовий коментар, дали можливість проведення досить результативного та цікавого уроку.
Наявнiсть персональної електронної обчислювальної машини на робочому мiсцi вчителя дозволяє зберiгати у компактному виглядi велику кiлькiсть iнформацiї, у лiченi секунди в тому або iншому виглядi систематизувати її.
У зв'язку з усiм цим, виникає необхiднiсть як у подальших дослiдженнях з проблеми формування в учнiв та вчителiв вмiнь та навичок роботи з навчальними підсилювачами i комп'ютером, так i створення необхiдного для цього програмного забезпечення. Це i визначило вибiр теми даного дипломного дослiдження.
Мета нашого дослiдження пов'язана iз визначенням дидактичних функцiй та можливостей використання навчальних підсилювачів і комп'ютерної технiки при вивченi фiзики у середнiй школi та спектру їх застосування у рiзних галузях фiзики та технiки.
У зв'язку iз визначеною метою необхiдно було розв'язати ряд задач:
* встановити значення i роль, мiсце навчальної комп'ютерної програми при вивченi підсилювачів напруги та струму в шкiльному курсі фiзики;
* опрацювати наукову та методичну лiтературу стосовно даного питання, проаналiзувати отриману інформацію;
* ознайомитись з iсторiєю розвитку використання навчальних підсилювачів напруги та струму та їх можливостей при вивченнi шкiльного матерiалу з фiзики;
* розробити та написати комп'ютерну програму для вдосконалення вивчення елементів радіоелектронних пристроїв та приладів;
Методологічна основа досліджень пов'язана з методикою вивчення шкiльного курсу фiзики. При цьому ми орієнтувалися на основнi принципи психологiї та дидактики, на розробки та роботи спеціалістів з методики викладання фiзики.
Робоча гіпотеза: використання передових технологiй при викладаннi шкiльного курсу фiзики сприяє кращому засвоєнню знань, вихованню в учнiв поваги до працi, вчитеме цiнувати i берегти шкiльне фiзичне обладнання, а також формуватиме i розвиватиме практичнi вмiння та навички.
Об’єктом дослідження ми обрали органiзацiю, змiст i форми нав-чальної дiяльностi учнiв при вивченнi основ фiзики.
Предметом дослідження ми обрали навчальну дiяльнiсть учнiв пiд час вивчення основ фiзики.
Практична значимість. Проведений аналiз використання навчальної комп'ютерної програми при вивченнi підсилювачів напруги та струму в умовах загальноосвітньої школи дає пiдстави для доцiльної органiзацiї занять.
Положення. На захист курсової роботи виносяться такi основнi положення:
* пiдвищення ефективностi вивчення функцій, будови, принципів роботи навчальних підсилювачів в різних типів у шкiльному курсi фiзики при доцiльному використаннi основних положень методики викладання фiзики та сучасного електронного обладнання;
* методика використання комп’ютерної програми для підвищення ефективності вивчення підсилювачів напруги та струму.
Структура. Курсова робота складається iз вступу, одного розділу, пiдсумкiв, додатку та бiблiографiї.
У вступi розглядається актуальнiсть даної проблеми, визначається тема та мета, висувається робоча гiпотеза, формулюються основнi задачi дослiдження та положення, що виносяться на захист дипломної роботи.
Перший і основний роздiл присвячено питанню формування навичок і вмінь роботи з генераторами напруги та струму, методиці вивчення особливостей їх будови та використання. Тут розглядаються методи вивчення генераторів на основі використання проблемних ситуацій, методів технічної діагностики. Саме тут розглядається алгоритм комп’ютерної програми яка може бути використана для вивчення шкільних підсилювачів напруги та струму, а також подано аналіз всіх генераторів які використовується в школі.
У висновку пiдведено пiдсумок проведеної роботи.
ОСНОВНІ ТЕХНІЧНІ ПОКАЗНИКИ Й ХАРАКТЕРИСТИКИ ПІДСИЛЮВАЧІВ ЗВУКОВІДТВОРЕННЯ
1.1 Загальні відомості
Сучасні підсилювачі, застосовувані для високоякісного звуковоспроизведения, являють собою складний радіоелектронний пристрій, що складається з послідовно включених функціонально завершених вузлів. Структурну схему сучасного підсилювача високоякісного звуковоспроизведения (УВЗ) можна представити у вигляді сукупності різних модулів, що представляють собою функціонально закінчені частини підсилювального пристрою (мал. 1). До них ставляться селектори вхідних сигналів, предусилите-лн-корректоры, мікрофонні підсилювачі, фільтри, регулятори гучності й балансу, шумоподавители, регулятори тембру, квадрапреобразователи, підсилювачі потужності, джерела харчування й різні вузли автоматики. Надалі ці модулі вмовимося називати функціональними вузлами (ФУ). Вони забезпечують селекцію з багатьох первинних джерел (мікрофонів, электрофонов, магнітофонів, тюнерів і т.п. ), коректують частотні характеристики окремих джерел звукових сигналів, нормують рівні сигналів, відокремлюють корисний сигнал від супутніх складових, що заважають, регулюють рівень і тембр звуку, підсилюють потужність сигналів, а також виконують ряд інших функцій.
У цей час під УВЗ розуміють двухканальную стереофонічну або четырехканальную квадрафоническую систему звуковоспроизведения, що забезпечує сприйняття звукових коливань джерел сигналів оригіналу, розташованих у просторі, а у випадку квадрафонической системи - а сигналів вторинних акустичних джерел - відбиттів від стін й інших об'єктів у студії, створюючи відчуття "атмосфери залу", тобто ефект об'ємного звучання. Це, у свою чергу, змушує вводити в підсилювач нові елементи, такі як регулятори балансу рівня гучності тилових акустичних систем, квадрапреобразователи.
Рис. 1. Структурна схема підсилювача високоякісного звуковоспроизведения
Поділ УВЗ на ряд функціональних вузлів дозволяє уніфікувати зв'язку між ними й тим самим створювати різну по якості й технічних можливостях звуковідтворюючі апаратури [1].
На мал. 1 наведена структурна схема складеного з ФУ сучасного стереофонічного звуковідтворюючого тракту, доповненого квадрапреобра-зователем і двома каналами підсилювачів потужності для тилових акустичних систем (для псевдоквадрафонического звуковоспроизведения). Цей вид УВЗ зараз є найпоширенішим по двох причинах. З одного боку, він вигідний з економічних міркувань (четырехканальные джерела звукових сигналів досить дороги), а з іншого боку - він створює гарну ілюзію об'ємного звучання, що робить сильний емоційний вплив на слухача.
Підсилювач високоякісного звуковоспроизведения (див. мал. 1) складається з дев'яти автономних ФУ: предусилителей-корректоров сигналу магнітного звукоснимателя 1А1, 2А1 (ФУ1); фільтрів верхніх і нижніх частот 1Z1, 2Z1 й !Z2, 2Z2 (ФУ2); регулятори стереобаланса А1, тонкомпенсированных регуляторів гучності 1А2, 2А2, що нормують підсилювачів 1АЗ й 2АЗ (ФУЗ); шумоподави-телей 1А4 й 2А4 )(ФУ4); темброблоков 1А5 й 2А5 (ФУ5); синтезатора псевдоквадрафонического сигналу А2 |(ФУ6); підсилювачів потужності 1А6, 2А6, ЗА6, 4А6 (ФУ7); індикаторів вихідної потужності 1Р1, 2Р1, ЗР1, 4Р1 (ФУ8); пристрою захисту підсилювачів потужності й гучномовців 1А7, 2А7, ЗА7, 4А7 (ФУ9); джерела харчування G1.
Перемикачем S1 вибирають джерело сигналу, S2 й S3 комутирують фільтри верхніх і нижніх частот, S4 перемикає тракт із монофонического режиму в стереофонічний і навпаки, S5, S6, S7 комутирують відповідно ланцюгу тоюшмпенсации, шумоподавителя й регулятора тембру, S8 установлює псевдоквадрафонический режим роботи УВЗ. Технічні показники підсилювачів, обумовлені ДСТ, ОСТОМ або іншими спеціальними керівними матеріалами, звичайно стосуються наскрізних характеристик усього підсилювального тракту. Тому для оцінки якості кожного ФУ встановимо самостійні технічні характеристики.
Зразкові норми на технічні характеристики основних ФУ підсилювального тракту, розроблені авторами з урахуванням можливостей сучасної елементної бази, наведені в табл. Й. Для кожного ФУ пропонуються три рівні параметрів: початковий - для простих масових конструкцій, середній - для відносно недорогих конструкцій досить високої якості й вищий - для унікальних конструкцій, що забезпечують досить висока якість звучання.
1 2 3 4