- 1 -

 

                           ОГЛАВЛЕНИЕ

                                                              ст.

    1. Введение.................................................3

        а) Актуальность темы дипломной работы...................3

        б) Цели работы..........................................4

        в) Научная новизна результатов дипломной работы.........4

        г) Научная и практическая ценность......................5

        д) Вклад автора.........................................5

        е) Реализация...........................................5

        ж) Апробация и публикации...............................6

        з) Краткое содержание  и структура......................6

    Глава 1. Физические основы исследуемых процессов............8

         1.1 Электрический колебательный контур................8

         1.2 Опыт Милликена...................................11

         1.3 Скин-эффект в цилиндрической геометрии...........16

         1.4 Скин-эффект в плоской геометрии..................26

    Глава 2.  Математические  методы исследования физических

              процессов........................................31

         2.1 Типы задач для обыкновенных дифференциальных

              уравнений........................................31

         2.2 Задача Коши.(Метод Рунге-Кутты 2-го порядка).....34

         2.3 Метод Рунге-Кутты 4 порядка......................37

         2.4 Краткие сведения о функциях Бесселя..............42

         2.5 Краткие сведения о функциях Кельвина.............46

    Глава 3. Использование ЭВМ в учебном процессе..............48

         3.1 Роль ЭВМ в обучении физики.......................48

         3.2 Методы использования ЭВМ в обучении..............51

         3.3 Моделирование физических процессов на ЭВМ........53

         3.4 Краткое описание программ........................55

    Заключение.................................................56

    Приложения.................................................57

    Литература.................................................66

                             Введение

      Актуальность темы дипломной работы

    Дипломная работа посвящена разработке демонстрационных программ для применения в процессе преподавания физики как в школах и среднеспециальных  учебных заведениях, так и в высших учебных заведениях.

    Насыщенность школ современной вычислительной техникой еще не приводит к большим переменам в образовании, если учитель не подготовлен ни психологически,  ни профессионально к внедрению ЭВМ в его жизнь.

    В настоящее время накоплен большой опыт применения вычислительной техники в физических исследованиях, выработаны общие методические подходы решения основных физических проблем и можно констатировать факт, что сложился новый предмет – вычислительная физика, которая составной частью современной физики наряду с общей физикой и теоретической физикой и входит в стандарт образования по физики.

    Основным методом  исследования вычислительной физики является компьютерный эксперимент, теоретической базой которого служит математическое моделирование, а экспериментальной базой - ЭВМ.

    Компьютерное моделирование интегрирует такие предметы, как теоретическая физика, численный анализ и программирование.

    На сегодняшний день в процессе преподавания физики очень многие важные  явления и опыты не могут быть реализованы в виде демонстраций в силу их сложности, а их объяснение требует от преподавателя больших "художественных возможностей". Именно поэтому появилась тенденция создания компьютерных программ для моделирования подобных процессов [1-7]. Теперь преподаватель, заранее подобрав исходные данные, может по ходу объяснения демонстрировать все возможные варианты развития процесса не затрачивая массу времени на приемлемое изображение  установки, самого эксперимента, сопутствующих графиков.

    Кроме того, такие программы могут быть также 2 0 использованы в лабораторном практикуме с дополнительными заданиями разного уровня сложности, а в совокупности с прилагаемыми описаниями и для самостоятельного изучения материала.

      Целями дипломной работы являлись

    - исследование моделируемых процессов на предмет получения конечных аналитических решений, пригодных для создания на их основе демонстрационных программ, а в случае их отсутствия построение алгоритмов решения на основе численных методов;

    - создание демонстрационных программ на основе полученных решений;

    - создания лабораторных работ на основе разработанных программ и ряда разноуровневых заданий к ним;

    - апробация созданных лабораторных работ 2 0на 2 0 физическом факультете ТГПУ им. Л.Н. Толстого в курсе методики преподавания физики;

      Научная новизна результатов дипломной работы

    В работе впервые:

    - Созданы демонстрационные программы для  моделирования: процессов в  электрическом  колебательном контуре, опыта Милликена, скин-эффекта;

    - Для скин-эффекта получено решение в виде комбинации функций Кельвина;

    - Показана роль фазового дополнительного слагаемого в решении для скин-эффекта;

    - Показано, что в электрическом колебательном контуре на графике зависимости энергии от времени существуют плато, соответствующее нулевому току и проведена аналогия с механическими колебаниями;

span