ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Указания для преподавателей из "Механика " Мы умышленно включили в т. I больше материала по сравнению с обычным объемом обязательных лекций по общей физике для студентов первого курса. В Калифорнийском университете в Беркли содержание этого тома излагалось в 1963—1964 гг. в течение одного семестра, состоявшего из 15 недель, при трех лекциях и одном теоретическом семинаре в неделю, причем лекции и семинары имели продолжительность по 50 минут. Нашими студентами были первокурсники второго семестра, проходившие в течение предыдущего семестра математику, курс которой не был специально рассчитан на изложение всех математических вопросов, нужных для преподавания физики. Нижеследующие советы были сформулированы в результате нашего первого опыта преподавания по этой программе, сопровождавшегося широким общением преподавателей со студентами. [c.13] Важное условие, определяющее план изложения первой части нашего курса, посвященной механике, состоит в том, что в этой части курса должны быть подробно изучены лоренцевы преобразования пространства и времени гл. 11) и импульса и энергии (гл. 12) как необходимая предпосылка для изложения теории электричества и магнетизма в т. П. По нашему мнению, на прохождение первых девяти глав должно быть отведено не более двух третей всего учебного времени, даже если для этого придется пропустить кое-что из материала, находящегося в предыдущих главах. [c.13] Некоторые темы (например, волны и теплота), обычно излагаемые в первой части курса общей физики, были перенесены в тт. III и V. Дополнения к главам, а также математические дополнения не обязательны, за исключением тех случаев, где оговорено обратное. Большинство студентов прочтет заметки Из истории физики , не дожидаясь специального указания преподавателя. [c.13] По нашим наблюдениям за восприятием материала студентами, особенно важным элементом успешного преподавания этого курса являются теоретические семинары. Возможно, что еженедельное проведение двух лекций с двумя семинарами для опроса студентов окажется более эффективным, чем система три и один , которой мы придерживались. Лекции должны сопровождаться демонстрациями. Студенты высказывают мнение, что лекции должны не повторять рассуждения учебника слово в слово, а излагать предмет другими словами, разъяснять и резюмировать материал. [c.13] Математические дополнения. Некоторые главы сопровождаются дополнительными данными по математике, назначение которых — помочь студенту разобраться в математических вопросах, возникающих в ходе изучения им физики, но еще не разобранных в курсах математики. Мы без колебаний рекомендуем студентам пользоваться математическими справочниками, стремясь таким образом уменьшить объем сведений по математике, даваемых в тексте. [c.14] Из истории физики. Ко многим главам т. I даются небольшие заметки под заголовками Из истории физики . Некоторые из них представляют собой отрывки из одной или двух оригинальных научных работ, содержащих первые открытия в данной области физики. Приводя эти отрывки, мы намеревались, прежде всего, показать, насколько ясность, энергия и смелость мысли характерны для великих открытий и исследований. Наиболее ясной работой в данной области обычно является первоисточник, и может оказаться, что он остается единственным материалом, позволяющим читателю уяснить себе мотивы нового подхода к изучаемому предмету. Смелость мышления, проявляющаяся как отсутствие боязни введения новых идей, играет исключительно важную роль в исследовательской работе. Другая наша цель состояла в том, чтобы побудить студента к ознакомлению с оригинальной литературой по физике. [c.14] Глава 1 (Введение). Эта глава является совсем легкой для чтения. Дополнение Простая астрономия Солнечной системы особенно интересно для студентов его можно использовать вместо задач. Лектор может с пользой провести обсуждение вопросов порядка величин, начиная с атома и кончая Вселенной. [c.14] Глава 2 (Векторы). Эта глава также нетрудна для преподавания. В йее введены формулы для производных синуса и косинуса, так как они применяются в гл. 3. Преподавателю следует или договориться с кафедрой математики, чтобы эти формулы своевременно были объяснены студентам, или же дать это объяснение самому. Очень полезны лекционные демонстрации, иллюстрирующие, что силы и скорости складываются векторно, а также показывающие, что такое момент силы. [c.14] Глава 3 (Принцип относительности Галилея). В минимальном варианте программы не обязательно излагать теорию ускорения Кориолиса, рассматриваемую в дополнении к этой главе. При анализе частного случая —сил, действующих на материальную точку, покоящуюся относительно вращающейся системы отсчета, — надо вывести формулу центростремительного ускорения, которая используется ниже в нескольких местах этого тома. Хороший демонстрационный опыт состоит в том, что металлический шарик погружается в краску и затем проецируется через вращающийся диск с отверстиями. [c.14] Глава 5 (Сохранение энергии). Материал этой главы совершенно стандартный. Различие между внешними силами и силами взаимодействия, т. е. внутренними силами, вначале может вызвать некоторое замешательство, которое устраняется путем решения нескольких задач на доске. В демонстрации входят пружины и маятники. Понятие об интеграле по контуру можно не давать. [c.15] Глава 6 (Сохранение импульса ) и момента импульса). Задачи на удар и на движение спутника заслуживают подробного обсуждения. Можно вывести уравнения Резерфорда для рассеяния частиц (их решение дано в гл. 15). Примеры из астрономии заинтересуют более любознательных студентов, однако в минимальной программе их можно не давать. В демонстрации входят игрушечные ракеты, баллистический маятник, скамья Жуковского. [c.15] Глава 7 (Гармонический осциллятор). Очень важны линейные задачи и, в частности, задача о вынужденных колебаниях гармонического осциллятора. Даже в объеме минимальной программы необходимо разобрать первый из трех примеров нелинейных задач, потому что он дает студентам понятие о том, как они могут оценить ошибки, обусловленные линеаризацией задачи о колебаниях маятника. Понятие о сдвиге фаз при вынужденных колебаниях гармонического осциллятора не сразу воспринимается большинством студеп-тов. Здесь помогает хорошая лекционная демонстрация. Электрические аналогии плохо воспринимаются на этой стадии преподавания, и их, может быть, следовало бы оставить для лабораторных работ. В демонстрации входят гармонические колебания камертонов (следует усилить их, чтобы звук был хорошо слышен, а также показать форму волны на экране) вынужденные колебания груза на пружине задаваемые генератором сигналов вынужденные электрические колебания контура, состоящего из сопротивления, индуктивности и емкости прибор Прингсхейма колебания связанных осцилляторов. [c.15] Глава 8 (Элементарная динамика твердых тел). В курс, преподаваемый по минимальной программе, эту главу можно не включать. В демонстрации входят гироскоп, ядерный магнитный резонанс или электронный парамагнитный резонанс и опыты с колесом и осью. [c.15] Глава 10 (Скорость света). Эта глава предназначена главным образом для самостоятельного чтения. Не надо уделять чрезмерное внимание обсуждению эффекта Доплера. В задачах делается ударение на астрономические явления. Целесообразно продемонстрировать опыт по определению скорости света если возможно, то эффект Доплера по Мёссбауэру показать интерферометр. [c.16] Глава 11 (Преобразование Лоренца для длины и времени). Эта глава особенно важна. Преподавать ее оказалось неожиданно легко. Следует уделить время решению ряда задач. Кратко напомните сказанное в гл. 3 (и гл. 4) о преобразованиях координат. Постоянно подчеркивайте инвариантность величины с. Разберите опыт Айвса и Стилуэлла. [c.16] Глава 12 (Релятивистская динамика. Импульс и эяергня). В гл. 12 и 13 даются наиболее важные результаты специальной теории относительности. Заметка Из истории физики о соотношении между массой и энергией независима от содержания главы и легко воспринимается. Обсудите на семинаре устройство отклоняющих систем для пучков заряженных частиц и экспериментальные детали опытов Бухерера по поперечному импульсу покажите диапозитивы со снимками пузырьковой камеры. [c.16] Глава 13 (Простые задачи релятивистской динамики). Рассматриваемые задачи несложны, и их решение поможет студенту освоиться со специальной теорией относительности. [c.16] Глава 14 (Принцип эквивалентности). Особых трудностей здесь нет. Обсудите на семинаре детали опыта Паунда и Ребки. [c.16] Глава 15 (Частицы современной физики). Краткое обсуждение основных фактов о наиболее важных частицах. [c.16] Экзамены. Необходимо дать студентам точные указания о том, какой материал требуется знать на экзаменах иначе они могут растеряться из-за обилия вспомогательных данных, приведенных в тексте. Некоторые разделы этого курса менее знакомы студентам и могут показаться нм более трудными, чем вопросы, проходимые также во многих элементарных курсах. Это надо учесть на экзаменах, делая больше упор на простые, чем на сложные и запутанные вопросы, потому что даже экзамен имеет целью обучение физике, а не испытание сообразительности студента ). [c.16] Вернуться к основной статье