Введение
ГЛАВА 1. Анализ современного демонстрационного физического эксперимента и разработка принципов создания автоматизированных лекционных демонстраций по физике 23
1.1. Применение компьютеров в лекционных демонстрациях 23
1.2. Методические принципы отбора демонстрационных экспериментов для использования в автоматизированных демонстрационных аппаратно-программных комплексах 44
1.3. Основные принципы построения автоматизированных демонстрационных аппаратно-программных комплексов 51
Выводы к первой главе 61
ГЛАВА 2. Создание автоматизированных демонстрационных аппаратно-программных комплексов для раздела «Механика» курса общей физики 62
2.1. Модернизация автоматизированного демонстрационного аппаратно-программного комплекса для подраздела «Механика материальной точки» курса общей физики 62
2.2. Автоматизированный демонстрационный аппаратно-программный комплекс для подраздела «Механика твердого тела» курса общей физики 68
2.2.1. Устройство демонстрационной установки «Стол на воздушной подушке» 69
2.2.2. Система регистрации данных и метод определения угловой координаты 72
2.2.3. Изучение характеристик демонстрационной установки и обоснование методики обработки экспериментальных данных 78
2.2.3.1. Изучение влияния нескомпенсированного момента сил на вращательное движение платформы 79
2.2.3.2. Учет влияния сил трения, масс блоков и нити на вращательное движение платформы 84
2.2.3.3. Измерение эффективного момента инерции подвижных частей установки 94
2.2.3.4. Изучение зависимости эффективного собственного момента силы от величины приложенного момента внешних сил и от нагрузки платформы 97
2.3. Автоматизированный демонстрационный аппаратно-программный комплекс для подраздела «Механические колебания» курса общей физики 102
2.3.1. Демонстрационная установка для изучения собственных механических колебаний 102
2.3.1.1. Устройство демонстрационной установки 103
2.3.1.2. Методы обработки экспериментальных данных 109
2.3.2. Демонстрационная установка для изучения автоколебаний 114
2.4. Автоматизированный демонстрационный аппаратно-программный комплекс для подраздела «Механика сплошных сред» курса общей физики 118
2.4.1. Демонстрационная установка для изучения падения тел в воздухе 120
2.4.1.1. Устройство демонстрационной установки и способ проведения экспериментов 120
2.4.1.2. Построение математической модели явления 121
2.4.1.3. Метод обработки экспериментальных данных 125
2.4.2. Использование демонстрационной установки для изучения падения тел в воздухе в качестве модели баллистического гравиметра 128
2.4.2.1. Обоснование модифицированного баллистического метода измерения ускорения свободного падения 129
2.4.2.2. Исследование возможности использования демонстрационной установки для определения вида зависимости силы вязкого трения от скорости 132
Выводы ко второй главе 142
ГЛАВА 3. Методика применения автоматизированных демонстрационных аппаратно-программных комплексов при преподавании раздела «Механика» курса общей физики 145
3.1. Демонстрационные эксперименты по проверке второго закона Ньютона при действии переменной силы 145
3.1.1. Проверка второго закона Ньютона при «абсолютно упругом» соударении тел 151
3.1.2. Проверка второго закона Ньютона при частично упругом соударении тел 154
3.1.3. Проверка второго закона Ньютона при абсолютно неупругом соударении тел 156
3.2. Демонстрационные эксперименты по изучению механики вращательного движения вокруг фиксированной оси 158
3.2.1. Изучение кинематики вращательного движения 161
3.2.2. Проверка основного уравнения динамики вращательного движения при постоянном моменте инерции 162
3.2.3. Проверка основного уравнения динамики вращательного движения при постоянном моменте внешней силы 164
3.2.4. Измерение главных центральных осевых моментов инерции симметричных тел 167
3.2.5. Проверка теоремы Гюйгенса-Штейнера 172
3.3. Демонстрационные эксперименты по изучению механических колебаний 177
3.3.1. Изучение кинематики колебательного движения 180
3.3.2. Изучение затухающих колебаний при наличии различных сил трения 185
3.3.3. Изучение связанных колебаний и спектральный анализ колебательных процессов 191
3.3.4. Изучение неизохронности колебаний физического маятника 200
3.3.5. Изучение автоколебаний 203
3.4. Демонстрационные эксперименты по изучению падения тел в воздухе 208
3.4.1. Измерение коэффициентов лобового сопротивления у тел различной формы 208
3.4.2. Измерение ускорения свободного падения модифицированным баллистическим методом 217
3.5. Рекомендации по использованию новых автоматизированных количественных демонстрационных экспериментов при преподавании раздела «Механика» курса общей физики 221
Выводы к третьей главе 234
ГЛАВА 4. Педагогический эксперимент по применению в учебном процессе классического университета автоматизированных демонстрационных аппаратно-программных комплексов 236
4.1. Констатирующий этап педагогического эксперимента 238
4.2. Поисковый этап педагогического эксперимента 245
4.3. Обучающий этап педагогического эксперимента 250
Выводы к четвертой главе 276
Заключение 277
Литература 283
Приложение 1 302
