Разработка лекционной демонстрации "Изучение механизма формирования ударной волны" для курса "Молекулярная физика"

Газовая динамика возникла как развитие аэродинамики для условий, существенно отличающихся от нормальных. Особенностью газовой динамики, отличающей её от классической аэродинамики, являются условия, при которых сжимаемость газа становится существенным фактором, влияющим на его уравнение состояния и, соответственно, поведение. Это, в первую очередь, скорости газовых потоков, близкие или превыша

ющие скорость звука в газе, что приводит к появлению значительных перепадов давления и ударных волн. Другим примером являются процессы в газовых средах, сопровождающиеся экзотермическими (горение, взрыв) или эндотермическими (диссоциация) химическими реакциями: в этих случаях из-за изменения средней молекулярной массы газа и процессов энерговыделения модель идеального газа неприменима.

За прошедшее со времени появления газовой динамики как самостоятельной науки годы, приобрели большое значение летательные аппараты с реактивными двигателями, обеспечивающими полет с большой сверхзвуковой (гиперзвуковой) скоростью, выход в космическое пространство и возвращение в плотные слои атмосферы. Это привело к быстрому развитию разделов газовой динамики, в которых изучаются течения разреженного газа, гиперзвуковые течения и движения жидкости и газа в электромагнитных полях.

Следовательно, на современном этапе знание “Газодинамика” является необходимостью для дальнейшего развития науки и техники. Ведь как уже было сказано выше, “Газодинамика” описывает современные методы расчета реактивных двигателей, автомобильных двигателей, лопаточных машин, эжекторов, аэродинамических труб и т.д.

Обучить студентов законам движения газов с большими скоростями, методам расчета параметров потока и явлениям, происходящим в газах. Методам исследования этих движений и умениям пользоваться выведенными зависимостями для расчета реальных аппаратов.

Связь с другими дисциплинами

“Газодинамика” является частью “Молекулярной физики” и продолжает исследование и выявление законов движения газа изложенных в курсе “Гидравлика”, а так же “аэродинамика”. Тесно связана с высшей математикой, т.к. основным методом исследования “Газодинамики” является интегрирование дифференциальных уравнений движения жидкости. При рассмотрении вопросов одномерного движения идеального газа применяется упрощение уравнений. Многие вопросы созвучны вопросам, рассматриваемым в курсе “Физика”. “Газодинамика” является базой для изучения курса “Теплотехника и термодинамика”, а также теории автомобильных двигателей.

Знания, умения и навыки, которые должен приобрести студент в результате изучения дисциплины

Студент должен получить знания по законам движения идеального газа (адиабатическое движение), появляющимся явлениям запирания сопла, возникающим при некоторых условиях скачках уплотнения, изменением параметров газа в скачке и техническим мероприятиям, предотвращающим появление скачков уплотнения или перенесением их по ходу газа. Знания по элементарной теории ударных волн могут пояснить возникающую в двигателях внутреннего сгорания детонацию. По законам движения газа с учетом сил трения, ускорением газа при подогреве и введении дополнительного расхода газа при дозвуковом движении, замедлением газа при подогреве и добавлении расхода при сверхзвуковом движении. Знания по смешанным соплам позволяют оценить новые конструкции применяющиеся в современных двигателях. Студент должен уметь рассчитать параметры потока, если известны исходные параметры торможения и некоторые данные по условиям движения газа по каналам, приобрести навыки использования газодинамических функций. Закрепить эти навыки решением задач, приведенных в сборнике и получить навыки использования уравнений, описывающих законы движения газа.

Основные виды занятий и особенности их проведения при изучении дисциплины

Лекционные занятия

Лекционные занятия проводятся в учебных аудиториях в объеме 2 часа с использованием проектора, плакатов с графиками и раздаточного материала. В качестве раздаточного материала используются графики, имеющиеся в лекциях и список формул.

На лекции преподаватель сообщает в сжатом виде студенту информацию из большого количества источников. Лекция помогает студенту освоить логику рассуждений, дает порядок математических выкладок и схему построения доказательств.

Рекомендованные в программе учебники не могут полностью заменить лекцию, т.к. многие из них не всегда доступны студенту (в библиотеке и читальных залах находится по 1-2 экземпляров), кроме того, не во всех учебник материал излагается доходчиво. Освоению материала на лекциях способствуют такие факторы, как интонация голоса лектора, скорость изложения разного по значимости материала и другие факторы.

Лекция – творческий процесс. Хорошая лекция может состояться только при творческом подходе к ней как со стороны преподавателя, так и студентов. Лекция может заинтересовать студента только в том случае, если он подготовлен к ее восприятию. Неподготовленный студент не воспринимает материал лекции, а, следовательно, не может заинтересоваться ее содержанием. Умение слушать, конспектировать лекцию, а затем изучать лекционный материал, являются важными элементами самостоятельной работы студента.

Целостный образ преподавателя в процессе лекции

Формы сотрудничества преподавателя со студентами в процессе решения задач каждого из разделов содержания лекции (совместное решение задач, подражание образцу, партнерство).

Отношения «преподаватель-студенты»: уважительные, в меру требовательные. Нравственный контакт обеспечивает сотрудничество преподавателя и студентов. К каждой лекции нужно готовиться с учетом особенностей своего темперамента, умения владеть чувствами, доводить мысль до аудитории. Четко и ясно структурировать занятие. Рационально дозировать материал в каждом из разделов.

Научность, соответствие современному уровню развития науки, мировоззренческая сторона, наличие методических вопросов, правильная их трактовка. Активизация мышления путем выдвижения проблемных вопросов и разрешения противоречий в ходе лекции. Использовать наглядные пособия, схемы, таблицы, модели, графики и т.п.

Языковая форма высказывания (лексика, грамматика, стилистика). Использовать простой, доступный язык, образную речь с примерами и сравнениями; применять риторические и уточняющие понимание материала вопросы; выразительная и доходчивая, достаточно громкая, четкая речь с правильным литературным произношением и правильно расставленными ударениями, ритм средний. В ходе лекции знакомить студентов с новыми научными понятиями и терминами, доступно их объяснять. В паузах использовать приемы поддержания внимания – риторические вопросы, шутки, ораторские приемы.

Эмоционально-выразительные невербальные средства общения преподавателя с аудиторией (хорошо оживляют речь жесты, мимика, пантомимика, интонация, громкость, темп, ритм, паузы).

Форма организации лекции

Цель лекции (замысел, основная идея, объединяющая все предметное содержание): организовать целенаправленную познавательную деятельность студентов по овладению программным материалом по данной теме. Дать общее представление о роли познавательных процессов в жизни человека.