CC BY
61
Электронные лабораторные работы по ядерной физике
Гончаров А.В., ВлГУ, доцент,[email protected];
Галкин А.Ф., ВлГУ, доцент, arkad47@mail. ru; Дорожков В.В. ВлГУ, профессор, заведующий кафедрой общей
и прикладной физики
Целью нашей работы является создание комплекса электронных лабораторных работ по курсу «Общей физики», выполнение которых в реальном режиме опасно для здоровья человека или оборудование которых является дорогостоящим. И в тоже время их можно было бы использовать в электронном обучении.
В настоящее время нами с использованием редактора электронных курсов «CourseLab 2.4» разработано программное обеспечение для пяти электронных лабораторных работ:
5. исследование искусственной радиации;
6. исследование жёсткого космического излучения
7. дозиметрия;
8. экспоненциальный закон поглощение гамма лучей;
9. определение заряда электрона методом Милликена.
Каждая из данных работ представляет собой компьютерную программу, которая моделирует реальный физический процесс. С помощью виртуальных приборов студент может изменять параметры изучаемого процесса в зависимости от задач, поставленных в работе.
Измерения соответствующих физических величин студент проводит с помощью виртуальных приборов в реальном времени.
При создании электронных лабораторных работ мы старались, как можно более точно представить реальные оборудование и ход выполнения работ.
Разработанные программы являются сетевыми учебными ресурсами, открываются в Internet Explorer и соответствуют стандарту SCORM 2.4. Это позволяет интегрировать их в различные системы электронного обучения (LMS).
Программы апробированы и внедрены в учебный процесс университета через LMS Moodle.
Работу с данными программами рассмотрим на двух примерах. Для запуска работы «Экспоненциальный закон поглощение гамма лучей» студенту нужно зайти на учебный сайт нашего университета, пройти идентификацию и выбрать данную работу. Откроется лабораторный стол (рис. 1), на котором расположено оборудование, необходимое для выполнения работы: источник высокого напряжения, пересчетное
устройство и источник гамма излучения, и коробка с 12 образцами (рис. 2).
Экспоненциальный закон поглощения гамма лучей
Режим ознакомления
Рис. 1. Рабочий стол (в режиме ознакомления) В режиме ознакомления можно узнать название и предназначение приборов. Для этого указатель мыши нужно навести на соответствующий объект.
НИН
Рис. 2. Коробка с образцами разной толщины
В экспериментальном режиме студент в соответствии с полученными заданиями поэтапно выполняет работу: щелчком мыши включает
высоковольтный источник напряжения и пересчетный прибор, а из коробки выбирает нужный образец (рис. 3) и с помощью мыши
Рис. 3 .Показания приборов и выбранный образец перед началом эксперимента
помещает его между радиоактивным источником и детектором. Затем нажимает старт на пересчётном приборе и через 50 секунд записывает
Экспоненциальный закон поглощения гамма лучей
т т
Рис. 4. Показания пересчетного устройства: время 50 с, число импульсов 1126229
число набранных импульсов гамма излучения, прошедшего через образец (в нашем случае это свинец толщиной 0,3 см) (рис. 4). Для каждого образца измерение импульсов проводится три раза (разброс в измерениях запрограммирован в 5%). Таким образом, для каждого из металлов снимается зависимость числа регистрируемых гамма квантов от толщены образцов. По данным измерениям определяются коэффициенты ослабления д (поглощения) гамма лучей для разных металлов. По кривым зависимости д от энергии гамма лучей определяют энергию гамма-кванта, а по ней можно, используя соответствующую таблицу, определить радиоактивный нуклид, который используется в качестве радиоактивного источника.
В качестве второго примера, можно рассмотреть виртуальную установку для определения заряда электрона методом Милликена (рис. 5).
элементарный заряд н опыт милликена х,
Э«спарии«нгтлы*аа усгаиов-
Рис. 5. Рабочий стол в режиме ознакомления
На рабочем столе представлено виртуальное оборудование: источник напряжения, переключатель направления электрического поля, камера с конденсатором и микроскоп с окулярным микрометром, а также поле микроскопа, которое видел бы экспериментатор на реальном оборудовании. С данным оборудованием студент знакомится в режиме ознакомления.
Для проведения опытов можно воспользоваться вкладкой «помощь», в которой даётся инструкция по проведению виртуального эксперимента (рис.6).
Рис. 6. Вкладка «помощь»
На рис. 7 представлен скриншот установки в рабочем режиме. Когда выбрано одно из напряжений 150 В или 300 В и направлении напряжённости электрического поля (например, вверх).
Рис. 7. При нажатии на грушу в поле микроскопа появляются отрицательно заряженные капли масла, движущиеся равномерно вниз
С помощью реального секундомера измеряется время движения 11 выбранной капли некоторого расстояния , а также время движения этой же капли вверх при прохождении расстояния ( в этом случае надо изменить направление электрического поя). Пройденные каплей расстояния определяются произведением цены деления микрометра на число пройденных делений шкалы (рис. 7). Опыт повторяется с разными каплями. По данным опытов вычисляются их скорости и по соответствующей методике вычисляются заряды капель и заряд электрона.
Аналогичный подход осуществлён и в других приведенных выше работах.
Опыт работы показал, что программная среда CourseLab позволяет создавать компьютерные модели физических приборов и на основе их конструировать электронные (виртуальные) лабораторные работы. Литература
1. Практикум по ядерной физике / Под редакцией В.О. Сергеева. - СПб: СПбГУ, 2006. - 184 с.
2. CourseLab 2.4. - URL: http://courselab.com. Дата обращения 15.02. 2010.
3. Приходько А.В. Элементарный заряд и опыт Милликена.-СПб: СПбГПУ, 2007. - 16 с.
