ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

В физическом лабораторном практикуме студентов одна из работ связана с экспериментом по нахождению зависимости функции распределения термоэлектронов от их скорости. До настоящего времени это предусматривало снятие показаний приборов, составление таблиц, расчет функции распределения и поточечное построение (на листе бумаги) графика ее зависимости от скорости термоэлектронов.

В предлагаемой работе рассматривается применение современных вычислительных средств для нахождения функции распределения, построения и анализа полученных зависимостей. Тенденция к использованию ПК в лабораторном практикуме имеет ряд положительных моментов. Во-первых, появляется дополнительный стимул для стремления к освоению навыков работы с компьютером и повышению общей компьютерной грамотности широкой массой студентов. Во-вторых, расчет требуемых параметров с помощью компьютера значительно повышает точность результата, что, в частности, обусловлено исключением ошибок «человеческого фактора» в сложных вычислениях. Более того, применение современных вычислительных средств дает возможность проведения расчетов дополнительных параметров, например, таких, как первая и вторая производные по скорости от функции распределения. Это существенно расширяет возможности метода, позволяя точно оценить дополнительные параметры распределения, например ширину диапазона скоростей и наиболее вероятную скорость термоэлектронов, а также сравнить эксперимент с теорией. Существенным преимуществом использования компьютера становится повышение интереса студентов к самим лабораторным работам, так как применение вычислительных средств делает учебный процесс более динамичным.

Принцип работы программы основан на расчете по известным соотношениям значений функции распределения из параметров, полученных экспериментальным путем - задерживающего потенциала (u) и анодного тока (i). Установка для нахожденияuиiявляется стандартной (на основе электронной лампы) и традиционно используется для выполнения подобных лабораторных работ.

Порядок работы:

-изменяя задерживающий потенциалu, измеряют соответствующие значения анодного токаi. Результаты заносятся в таблицу и вносятся в файл программы-обработчика (пример таблицы см. ниже).

-с помощью программы вычисляются значения скорости термоэлектронов (v _i) и соответствующие значения функции распределенияf(v)_iпо формулам:

, ,

где ,

-на экране автоматически строится (поточечно) график зависимости функции распределения термоэлектронов от скорости. По горизонтальной оси откладываются значения скоростиv, а по вертикальной - рассчитанные величиныf(v).

Дополнительно (по желанию и необходимости оператора) программно предусмотрена возможность аппроксимации экспериментальных точек сглаживающей линией, а также построение т.н. «идеальной», или теоретической кривой распределения по скоростям, удовлетворяющей теории Максвелла. Предусмотренный расчет и построение (наложение на общий график) зависимости от скорости первой и второй производных функции распределения позволяет при необходимости рассчитывать дополнительные характеристики исследуемых процессов и делать вывод о том, описывается ли распределение термоэлектронов по скоростям функцией Максвелла.

Пример комплексного представления рассчитанных значений всех параметров показан на рисунке.

Использование данной программы в физическом лабораторном практикуме позволит существенно повысить эффективность практической работы студентов и стимулировать привитие навыков работы на персональном компьютере.