Урока: урок-исследование Необходимые технические средства

ОТКРЫТЫЙ ИНТЕГРИРОВАННЫЙ УРОК ПО ФИЗИКЕ И ИНФОРМАТИКЕ ТЕМА: «Вывод, расчет и исследование математической модели контура R-C с использованием ЭВМ» Тип урока: урок-исследование Необходимые технические средства: Проектор Компьютерный класс Цель урока: моделирование R-C-контура Задачи урока: Вывод математической модели R-C-контура Использование разностного метода Эйлера для расчета полученной модели Графическое истолкование модели Практическое использование R-C-контура № п/п Часть урока Длительность (мин) 1 Основные задачи урока 5 2 Задача урока физики 15 3 Задача урока информатики 10 4 Исследование модели и анализ результатов 10 5 Выводы по уроку 5 Итого 45 Ход урока Основные задачи урока Человечество испокон веков изучает многообразный, сложный мир, окружающий его, с помощью моделей. Хотя модель не может заменить реальный объект или процесс, но она, несомненно, позволяет изучить наиболее важные их свойства, предсказать поведение в разных условиях, которые порой в реальности трудно создать. Модели в науке можно встретить повсюду. Любое математическое выражение, химическая формула, закон физики – есть модель, поскольку имеет ограниченную область применимости. Так, в математике есть закономерности, справедливые на декартовой плоскости и не справедливые в сферических координатах (например, сумма углов треугольника может оказаться больше 1800). В физике любой закон справедлив лишь при определенных условиях (законы Ньютона при низких скоростях, законы Эйнштейна при скоростях, близких к скорости света). Благодаря бурному развитию ЭВМ и программного обеспечения, исследовать теоретические модели стало намного удобнее. Сегодня мы с вами демонстрируем всю мощь современного моделирования, которое включает в себя этапы от постановки задачи до получения численных результатов и даже прогнозов по модели. Я формулирую задачу исследования – получить и исследовать модель R-C-контура. Обратите внимание на то, что данный контур подключен к цепи переменного тока. Выходное напряжение снимается с емкостного элемента. Необходимо получить зависимость выходного напряжения от входного. При построении модели разрешается принимать допущения, упрощающие запись математических выражений. Предметная область – физика, слово специалисту-теоретику. Задача урока физики Подготовительная часть Прежде, чем начать математический вывод, необходимо повторить некоторые нужные нам при выводе понятия. Что называется переменным электрическим током? Какие сопротивления возможны в цепи переменного тока? Как соединены активное сопротивление и емкостной элемент в контуре? Какой закон для напряжения вы знаете при последовательном соединении? Вывод уравнения модели Вернемся к контуру. Он часто используется как фильтр во многих автоматических системах регулирования. Его задача отсеивать напряжения лишь в определенном интервале частот. Если мы составим соотношения, определяющие связь между физическими величинами данного контура, мы сможем предсказать его поведение при изменении значений физических величин контура (напряжение на входе, сопротивление, емкость конденсатора). Для упрощения математической записи уравнений модели примем допущения: Считаем, что сопротивление неизменно Емкость неизменна Не учитываем тепловыделения за счет прохождения тока Тогда справедливо соотношение: Так как процесс прохождения тока – непрерывный, динамический, то выходное напряжение меняется с течением времени. Т.е. нам необходимо найти скорость изменения выходного напряжения. Какая математическая операция имеет физический смысл скорости изменения величины? Ответ: дифференцирование. Подставим Анализ уравнения Мы получили уравнение модели, определяющее зависимость между входным и выходным напряжением в контуре с учетом физических величин, характеризующих его работу. Это уравнение позволяет проанализировать и предсказать поведение этого объекта в любой момент времени, а также, в случае необходимости, рассчитать неизвестные характеристики. Решение этого уравнения для наглядности выполним с использованием ЭВМ. Задача урока информатики Итак, вы благополучно прошли этап получения уравнения. Теперь осталось получить наглядное решение. Используем программный продукт MathCAD. Какой метод необходимо применить, чтобы представить уравнение в виде, удобном для обработки на ЭВМ? На каком определении основывается автор метода? Примените данный метод и запишите уравнение в разностном виде. Какое значение имеет величина Δt? Из каких соображений ей задаем значение? Какой тип алгоритмической структуры используем при расчете модели? Какой смысл имеет параметр цикла – i? Вам дается время для решения задачи на ЭВМ. Во время выполнения работы: Примите значение входного напряжения постоянным для вашего эксперимента, т.к. если говорить в терминах теории автоматического управления, вы получаете переходный процесс для данного фильтра, а он есть реакция объекта на входное ступенчатое возмущение. Исследование модели и анализ результатов Исследуйте зависимость графика переходного процесса: А) в зависимости от значений сопротивления Б) в зависимости от значений емкости В) в зависимости от значения шага Попытаемся объяснить, почему данный контур называют фильтром. Что же он фильтрует? Обычно физики рассматривают графики не во временной, а в частотной области, используя специальные формулы перехода. Так, для данного фильтра известны соотношения зависимости выходного напряжения от частоты, которые мы рассмотрим без вывода. График – частотная характеристика фильтра высоких частот. Как вы видите, на высоких частотах выходное напряжение приблизительно равно входному (ω > 1/RC), а на низких частотах выходное напряжение уменьшается до нуля. Мы пришли к важному результату, запомните его. Подобная схема, по понятным причинам, называется фильтром высоких частот. На практике ее используют очень широко. Например, в осциллографе предусмотрена возможность связи по переменному току между исследуемой схемой и входом осциллографа. Эта связь обеспечивается с помощью фильтра высоких частот, имеющего перегиб характеристики в области 10 Гц (связь по переменному току используют для того, чтобы рассмотреть небольшой сигнал на фоне большого напряжения постоянного тока). Самый распространенный пример использования конденсатора - это использование его в качестве блокирующего конденсатора постоянного тока. Если возникает необходимость обеспечить связь между усилителями, то почти всегда прибегают к помощи конденсатора. Например, у любого усилителя звуковой частоты высокого класса все входы имеют емкостную связь, так как заранее не известно, какой уровень постоянного тока будут иметь входные сигналы. Для обеспечения связи необходимо подобрать R и С таким образом, чтобы все нужные частоты (в данном случае 20 Гц - 20 кГц) поступали на вход без потерь (без деления на входе). Выводы по уроку Сегодня мы рассмотрели на примере моделирования R-C-контура связь предмета физики с информатикой. Мы на еще одном примере сопоставили аналитический и численный методы решения реальных задач. Вопросы учащимся. RC-фильтр/гасящий контур Краткое описание : Номер: EM10016196 Гасящий контур для подавления помех от индуктивных нагрузок, например от реле, контакторов, люминесцентных ламп и трансформаторов Компактность конструкции обеспечивает гибкость ее использования Технические данные : Напряжение сети 230 В ~ 50 Гц Потребляемая мощность 1 Вт Допустимая температура окружающей среды -25 °C...+55 °C

Похожие:

	План урока теоретического обучения Оснащение урока:( перечисляются необходимые материалы, дидактические и технические средства обучения, наглядные пособия)		Технические средства обучения Технические средства обучения это качественно новое орудие труда преподавателя
	Реферат Информационные технологии в геодезии и дистанционном зондировании Технические средства (требования: мобильные Технические средства, пригодные для работы в поле: по защищённости от внешних воздействий(перепады...		Рабочая программа дисциплины «технические и аудиовизуальные средства обучения» Целью освоения дисциплины «Технические и аудиовизуальные средства обучения» (тасо) является формирование компетенций и навыков применения...
	Исследование «Геоинформационные системы в интернете» Тип урока: изучение... Время проведения урока: один из последних уроков в разделе «Коммуникационные технологии»		Исследование по различным разделам языка (Отправление в страну Грамматику) I. Лексика Конспект урока по русскому языку. Урок-исследование. Тема: "имя существительное. Исследование слова ветер". 4 класс
	Реферат По предмету: «Технические средства контроля диагностики и... В связи с увеличением потребления трафика в локальных сетях встречаются ситуации, когда одни приложения монополизируют весь сетевой...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Понятие «средства обучения». Средства материализации умственных действий. Технические и аудиовизуальные средства обучения. Использование...
	Образовательный стандарт высшего профессионального образования Алтгту Наземные транспортно-технологические средства, специализация «Технические средства агропромышленного комплекса», код дисциплины В....		Программа «Современная школа столицы» Технические решения, разработанные компанией «открытый мир», позволяют в оперативном режиме проводить совещания, педагогические и...
	Урока: урок формирования новых знаний (урок-исследование) Задачи: образовательные Тема урока: «Разряды имен прилагательных по значению. Качественные прилагательные»		Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование,... Социально-экономические и технические системы: исследование, проектирование, оптимизация, №1 (64), 2015 – 18 статей
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Средства связи между компьютерами или аппаратные и программные средства необходимые для объединения компьютеров в локальную и глобальную...		Конспект урока Тема: Технические средства компьютерной графики Тема: Русь между Востоком и Западом. Борьба с внешней агрессией в XIII веке. На изучение темы отведено 6 уроков
	Урока Цели урока Урок по теме: «Исследование модели криволинейного движения тела в среде программирования Delhi 0»		По самообразованию Дорофеевой Р. А. «Урок литературного чтения в современной начальной школе» Раиса Алексеевна творчески подходит к выбору методик, активизирующих мыслительную деятельность, широко использует наглядность и технические...