Цифровая лаборатория по физике для ученика 804 приказ

Цифровая лаборатория по физике для ученика 804 приказ

Цифровая лаборатория по физике для ученика (приказ 804 п. 2.14.10.)

Цифровая лаборатория по физике для ученика должна быть предназначена для выполнения экспериментов по темам курса физики 7-9 классов основной школы и 10-11 классов при изучении предмета физики на базовом уровне. Лаборатория должна содержать методические руководства на русском языке, в которых должны быть приведены пошаговые инструкции выполнения не менее 34 лабораторных работ. Лабораторные работы должны охватывать весь курс физики: раздел механика (не менее 13 работ), раздел молекулярная физика (не менее 6 работ), раздел электричество (не менее 9 работ), раздел оптика (не менее 5 работ).

В состав цифровой лаборатории должны входить:

1. Комплект беспроводной передачи данных
2. Цифровой датчик положения (4 канала)
3. Цифровой многофункциональный датчик температуры (от не более -20 градусов Цельсия до не менее +110 градусов Цельсия)
4. Цифровой многофункциональный датчик абсолютного давления
5. Цифровой осциллографический датчик напряжения
6. Комплект оборудования для проведения экспериментов
7. Программный модуль
8. Методическое руководство на русском языке
9. Система хранения

Комплект беспроводной передачи данных

Комплект беспроводной передачи данных должен включать в себя два модуля: модуль сопряжения с многофункциональным датчиком с коммуникационным разъемом и антенный модуль (USB-адаптер), подключаемый к компьютеру (не входящему в комплект поставки).

Беспроводная передача данных между модулем сопряжения и антенным модулем (USB-адаптером) должна осуществляться по каналу Bluetooth версии не ниже 4.0. Модуль сопряжения с многофункциональным датчиком с коммуникационным разъемом должен быть оборудован встроенным аккумулятором, разъемом для подключения к датчику и разъемом для зарядки встроенного аккумулятора. Корпус модуля сопряжения с многофункциональным датчиком с коммуникационным разъемом должен быть изготовлен из ударопрочного пластика и иметь размеры (с возможностью погрешности три мм) не более 71х43х24 мм. Антенный модуль (USB-адаптер), подключаемый к компьютеру должен быть оборудован USB разъемом для подключения его к компьютеру.

В состав комплекта беспроводной передачи данных должны входить все необходимые драйвера для коммутации модуля сопряжения с многофункциональным датчиком с коммуникационным разъемом и антенным модулем (USB-адаптером).

Цифровой датчик положения (4 канала)

Цифровой датчик положения (4 канала) должен быть предназначен для измерения моментов времени, в которые подвижный элемент установки проходит мимо чувствительных элементов датчика, заранее установленных в определенных точках траектории движения. Датчик положения должен включать в себя основной модуль и не менее 4 чувствительных элементов, которые выполнены на базе магнитоуправляемых контактов, смонтированных в корпусах из пластика. Чувствительные элементы должны быть объединены попарно и подключены к основному модулю кабелем длиной не менее 800 мм и не более 1000 мм. В корпус чувствительного элемента должна быть встроена полоса магнитной резины, что позволяет закреплять и точно позиционировать его на металлической поверхности, на поверхности, имеющей слой магнитной резины. Часть корпуса, в которой монтируются магнитоуправляемые контакты, должна иметь диаметр не менее 7 мм с целью получения круговой чувствительности датчика и высоту не менее 29 мм. Погрешность измерения интервалов времени не должна превышать 1 мс. Основной модуль датчика должен напрямую подключаться к USB-порту компьютера. Программный модуль при использовании датчика должен выполнять представление данных в виде временной диаграммы изменения состояния магнитоуправляемых контактов чувствительных элементов.

Цифровой многофункциональный датчик температуры (от не более -20 градусов Цельсия до не менее +110 градусов Цельсия)

Цифровой датчик температуры должен быть предназначен для измерения температуры в жидких, газообразных и сыпучих средах, использующихся в демонстрационном и лабораторном эксперименте. Датчик должен иметь диапазон измерений от не более -20 градусов Цельсия до не менее +110 градусов Цельсия.

В качестве сенсора в датчике должен использоваться полупроводниковый чувствительный элемент - терморезистор.

Основные характеристики сенсора:

• Диаметр чувствительного элемента (в оболочке) –не более 2,5 мм

Датчик должен быть выполнен в корпусе (с возможностью погрешности три мм) размером не более 71х43х24 мм (ДхШхВ), изготовленном из ударопрочного пластика. Чувствительный элемент должен быть смонтирован на конце щупа, выходящего из боковой поверхности корпуса датчика. Длина щупа должна быть не менее 150 мм (от стенки корпуса датчика, с возможностью погрешности десять мм), а диаметр - не более 4 мм. Корпус датчика должен иметь отверстие с вмонтированной в него гайкой для вкручивания стержня (и закрепления в штативе) и слой магнитной резины на одной из сторон для крепления датчика на металлической поверхности.

Датчик должен работать как с устройствами под управлением ОС семейства Windows, так и на устройствах под управлением ОС семейства Android (для совместимости с уже имеющимся у Заказчика программным обеспечением). Кроме того, датчик должен подключаться к Arduino-совместимым робототехническим изделиям.

Для подключения к регистрирующим устройствам цифровой датчик температуры должен иметь не менее 2 разъема. Для подключения к персональному компьютеру под управлением ОС семейства Windows и к устройствам с поддержкой технологии OTG под управлением ОС семейства Android должен использоваться разъем USB. Для подключения к Arduino-совместимым робототехническим изделиям должен использоваться коммуникационный разъем (например, IDC).

При использовании разъема USB программный модуль должен осуществлять представление данных в виде зависимости температуры от времени. Частота оцифровки данных при работе через разъем USB должна выбираться в меню из дискретного списка значений, наименьшее из которых должно составлять не более 10 Гц (время между измерениями 0,1 секунда), а наибольшее - не менее 100 Гц (время между измерениями 0,01 секунды). Погрешность измерений должна быть не более 1 градуса Цельсия, а разрешение – не более 0,1 градуса Цельсия. Время отклика (в воде) должно составлять не более 2 секунд.

Коммуникационный разъем (например, IDC) для подключения к робототехническим изделиям должен содержать в себе контакт для вывода измеряемого сигнала в аналоговом виде, контакты питания датчика и контакты для обеспечения работы цифрового интерфейса, используемого как для подключения к робототехническим изделиям не оборудованным аналоговым входом, так и в случае необходимости для управления режимом работы датчика.

Контакты коммуникационного разъема (например, IDC), реализующие цифровой интерфейс, должны обеспечивать работу датчика с комплектом беспроводной передачи данных.

Выходной аналоговый сигнал должен однозначно определять значение температуры. Выходной аналоговый сигнал должен лежать в пределах от 0 до величины подаваемого напряжения питания. Напряжение питания датчика должно быть не более 5 Вольт.

Датчик должен позволять выполнять одновременное подключение коммуникационного разъема (например, IDC) к робототехническому изделию и USB разъема к компьютеру с целью синхронного вывода данных на два устройства – на персональный компьютер и на робототехническое устройство, что необходимо при разработке, настройке робототехнического устройства.

Цифровой многофункциональный датчик абсолютного давления

Цифровой датчик абсолютного давления должен быть предназначен для регистрации абсолютного давления сухого воздуха, а также любого химически неактивного газа. Цифровой датчик абсолютного давления должен иметь диапазон измерения от не более 0 кПа до не менее 200 кПа.

Датчик должен быть выполнен на основе сенсора, представляющего собой интегрированную в чип кремниевую диафрагму с датчиком напряжения на основе тонкопленочного резистивного элемента. Сенсор должен иметь следующие характеристики:

• Чувствительность – не более 0,2 мВ/кПа
• Отклонение характеристики от линейной должно быть не более 1%
• Диапазон температурной компенсации – от не более 0 до не менее +85 градусов Цельсия
• Время отклика (10% - 90%) – не более 10 мс

Датчик должен быть выполнен в изготовленном из ударопрочного пластика корпусе (с возможностью погрешности три мм) размером не более 71х43х24 мм (ДхШхВ). Корпус датчика должен иметь отверстие с вмонтированной гайкой для вкручивания стержня (и закрепления в штативе) и слой магнитной резины на одной из сторон для крепления датчика на металлической поверхности.

Датчик должен работать как с устройствами под управлением ОС семейства Windows, так и на устройствах под управлением ОС семейства Android (для совместимости с уже имеющимся у Заказчика программным обеспечением). Кроме того, датчик должен подключаться к Arduino-совместимым робототехническим изделиям.

Для подключения к регистрирующим устройствам цифровой датчик абсолютного давления должен иметь не менее 2 разъема. Для подключения к персональному компьютеру под управлением ОС семейства Windows и к устройствам с поддержкой технологии OTG под управлением ОС семейства Android должен использоваться разъем USB. Для подключения к Arduino-совместимым робототехническим изделиям должен использоваться коммуникационный разъем (например, IDC).

При использовании разъема USB программный модуль должен осуществлять представление данных в виде зависимости абсолютного давления от времени. Частота оцифровки данных при работе через разъем USB должна быть не менее 100 Гц, погрешность измерений — не более 2%.

Коммуникационный разъем (например, IDC) для подключения к робототехническим изделиям должен содержать в себе контакт для вывода измеряемого сигнала в аналоговом виде, контакты питания датчика и контакты для обеспечения работы цифрового интерфейса, используемого как для подключения к робототехническим изделиям не оборудованным аналоговым входом, так и в случае необходимости для управления режимом работы датчика.

Контакты коммуникационного разъема (например, IDC), реализующие цифровой интерфейс, должны обеспечивать работу датчика с комплектом беспроводной передачи данных.

Выходной аналоговый сигнал должен однозначно определять значение абсолютного давления. Выходной аналоговый сигнал должен лежать в пределах от 0 до величины подаваемого напряжения питания. Напряжение питания датчика должно быть не более 5 Вольт.

Датчик должен позволять одновременное подключение коммуникационного разъема (например, IDC) к робототехническому изделию и USB разъема к компьютеру с целью синхронного вывода данных на два устройства – на персональный компьютер и на робототехническое устройство, что необходимо при разработке, настройке робототехнического устройства.

Цифровой осциллографический датчик напряжения

Цифровой осциллографический датчик напряжения должен быть предназначен для синхронной регистрации не менее двух сигналов напряжения на произвольных элементах электрической цепи. Датчик должен иметь следующие технические характеристики: количество каналов - не менее 2 штук; количество диапазонов – не менее 4 штук, максимальный диапазон измеряемых напряжений - от не более -100 Вольт до не менее +100 Вольт, предельная чувствительность – не более 2 мВ (в диапазоне ±1,5 B); частота оцифровки сигнала — не менее 100 кГц/канал. Датчик должен иметь дифференциальные входы с возможностью одновременно подключать измерительные кабели разных каналов к произвольным элементам учебной электрической цепи для измерения напряжения между выводами этих элементов. Сопротивление между любым из входных штекеров датчика и заземляемым при подключении к компьютеру корпусом USB-разъема должно быть не менее 0,5 МОм. Датчик должен иметь два измерительных кабеля длиной (с возможностью погрешности два см) не менее 44 см каждый. Датчик должен быть выполнен в корпусе (с возможностью погрешности три мм) размером не более 120х61х30 мм. Датчик должен иметь разъемы USB для подключения к компьютеру (нетбуку) с помощью соединительного кабеля.

Программный модуль при взаимодействии с датчиком должен осуществлять представление данных в виде одной, двух осциллограмм (в соответствии к количеством работающих каналов) и с помощью меню обеспечивать выбор режима работы, что должно включать в себя выбор чувствительности и положение нулевой линии по каждому из каналов, выбор скорости развертки сигнала и положения момента запуска на экране, выбор уровня запуска, характера изменения запускающего напряжения («возрастание», «убывание») и его источника.

Корпуса датчиков, входящих в цифровую лабораторию, должны быть изготовлены из ударопрочного пластика. Составные части корпуса датчиков должны быть изготовлены литьевым способом.

Дополнительно в составе цифровой лаборатории должны входить:

-стержень для закрепления датчика в штативе, не менее 2 штук;

-кабель соединительный USB, не менее 2 штук;

-кабель соединительный для коммуникационного разъема;

Комплект оборудования для проведения экспериментов

- Скамья длиной не менее 746 мм;

- Экран стальной;

- Переходник для питания обеспечивает питание электрической цепи постоянного тока с напряжением не менее 5 Вольт. Питание осуществляется через разъем USB на персональном компьютере (ноутбуке);

- Переходник для питания от аудиовыхода обеспечивает питание электрической цепи переменного тока. Генерация напряжения осуществляется через программный модуль. Питание осуществляется через аудиоразъём на персональном компьютере (ноутбуке).

- Набор элементов для опытов по механике;

- Набор элементов для опытов по молекулярной физике;

- Набор элементов для опытов по электричеству и магнетизму;

- Набор элементов для опытов по оптике.

Набор элементов для опытов по механике в составе:

- Резьбовой стержень для закрепления направляющей;

- Каретка с магнитом, на торцах каретки имеется по одному крючку-зацепу;

- Шар стальной диаметром не менее 18 мм,

- Пружина;

- Нить - моток длиной не менее 1,2 метра. Нить должна быть изготовлена путем крученого плетения с использованием в пряди не менее двух нитей одновременно. Данная нить должна быть предназначена для выполнения учебных лабораторных опытов с набором;

- Магнит дисковый диаметром не менее 6 мм – не менее 2 штук;

- Пластина стальная с магнитным слоем.

Набор элементов для опытов по молекулярной физике в составе:

- шприц 50 мл с ограничителем хода;

- шприц 50 мл (для перелива воды);

- стакан полипропиленовый 50 мл;

- стакан пластиковый 250 мл;

- сосуд стеклянный со штуцером объемом не менее 30 мл,

- трубка силиконовая;

- цилиндрическое тело из алюминия.

Набор элементов для опытов по электричеству и магнетизму в составе:

- Набор резисторов на пластиковой основе с магнитным основанием. Количество резисторов должно быть не менее 4 штук, сопротивление резисторов: 10 Ом, 200 Ом, 360 Ом, 1000 Ом;

- Переменный резистор на пластиковой основе с магнитным основанием. Сопротивление в диапазоне от 0 Ом до не менее 100 Ом;

- Диод полупроводниковый;

- Модель трансформатора с тремя обмотками;

- Катушка-моток, внешний диаметр корпуса не менее 41 мм, количество не менее 2 штук;

- Светодиод белый (может быть использован как источник света для опытов раздела «Оптика»);

- Модель конденсатора (2 листа фольги);

- Зажим типа «крокодил», количество не менее 2 штук;

- Ключ для размыкания и замыкания электрической цепи;

- Комплект проводов;

- Труба из прозрачного полимерного материала, диаметром не менее 30 мм;

Набор элементов для опытов по оптике в составе:

- Рейтеры с установленными линзами. Рейтер с собирающей линзой (F= 50мм), рейтер с рассеивающей линзой (F= -75мм). Диаметр линз не менее 37 мм; Линза должна быть изготовлена из стекла и установлена в рейтер. Рейтер должен быть цельно литой конструкцией, габаритные размеры рейтера: высота – не менее 90 мм, ширина – не менее 52 мм. Цвет рейтера должен быть черный. Материал рейтера должен быть матовый пластик. Конструкция рейтера должна быть с фигурным пазом для установки в оптическую скамью и с указателем точного расположения. Рейтер должен жестко фиксироваться в оптической скамье за счет упругости. Прилегание фигурного паза должно быть плотным.

- Рейтер с магнитом. В рейтер должны быть установлены два неодимовых магнита, размером не менее 6х3 мм для фиксации экрана. Габаритные размеры рейтера: высота – не менее 90 мм, ширина – не менее 52 мм. Цвет рейтера должен быть черный. Материал рейтера - матовый пластик. Конструкция рейтера должна быть с фигурным пазом для установки в оптическую скамью и с указателем точного расположения.

- Объект «Параллельные линии»;

- Линейка на магнитной основе с длиной измерительной шкалы не менее 10 см;

- Коврик пенополиуретановый, размер не менее 100х100 мм;

-Дифракционная решетка, период 600 штр./мм. Дифракционная решетка должна быть закреплена в квадратном пластмассовом корпусе с длиной стороны корпуса не менее 50 мм. Период дифракционной решетки должен быть 1:600 мм;

- булавка с шариком – не менее 2 штук.

- Зеркало с угловым держателем. Размер зеркала должен быть не менее 15х59 мм (ВхШ).

Программный модуль

Программный модуль цифровой лаборатории по физике для ученика должен поставляться на флеш-носителе. Программный модуль должен позволять работать под управлением операционных систем семейства Windows (для совместимости с уже имеющимся у Заказчика программным обеспечением).

Программный модуль должен содержать не менее 34 сценариев проведения лабораторных работ, включающие оптимальные параметры настройки 4 датчиков, позволяющие получить сигнал с датчиков при использовании оборудования, описанного в методическом руководстве к цифровой лаборатории.

При проведении работ в рамках сценариев программный модуль каждого сценария должно иметь окна: а) регистрации сигнала, поступающего с датчика (включая веб-камеру); б) обработки данных (с вкладками для формирования таблиц, построения графиков на основе сформированных таблиц; в) формирования электронного отчета. Окно регистрации должно иметь цифровой инструментарий: по заполнению таблиц обработки, предусматриваемый методикой проведения работы, экспорта таблицы (или ее фрагмента по усмотрению пользователя) со всеми данными, зарегистрированными датчиком, во внешний файл для дальнейшей обработки во внешнем редакторе таблиц.

Окно обработки на вкладках работы с таблицами должно обеспечивать следующие функции: а) введение исходных данных, задаваемых в эксперименте; б) автоматическое заполнение таблицы после проверки программой правильности заполнения учащимся отдельных ячеек; в) проверка правильности выполнения учащимся арифметических операций с размерными величинами в отдельных ячейках с цветовой индикацией правильного результата; г) экспорт полученных таблиц во внешний файл, который затем обрабатывается во внешних редакторах таблиц. Окно обработки статичного кадра с веб-камеры должно содержать инструментарий для измерения координат объектов на статичном кадре в выбираемой прямоугольной системе координат (установка начала системы координат, поворот осей и задание длины масштабного отрезка), расстояний между объектами в кадре, углов между направлениями в кадре и радиусов окружностей, зафиксированных в кадре, и формирования таблиц данных на основе такой обработки. Окно обработки видеофрагмента должно содержать инструментарий, позволяющий получать зависимость изменения параметров объектов, регистрируемых в каждом кадре (координата, расстояние между точками, угол между направлениями) от времени, обеспечивающий просмотр, паузу, остановку просмотра с возвратом на первый кадр, выбор шага (числа пропускаемых кадров) при покадровом просмотре.

Окно обработки на вкладках работы с графиками должна содержать инструментарий по: нанесению на график точек при оптимальном выборе масштаба и пределов измеряемых величин на осях; нанесения ошибок измерений (при указании их в таблице исходных данных); аппроксимации получаемых зависимостей графиками аналитических функций из имеющегося набора (не менее 6 штук) с совмещением графика с экспериментальными данными подбором наилучших коэффициентов функции выбранного вида методом наименьших квадратов; экспорту данных в виде графического файла для работы с графиками вручную.

Каждый сценарий работы должен предусматривать оптимальную автоматизацию получения и обработки данных на основе описанного инструментария, позволяющую добиваться методической цели проведения работы, проводить ее в отведенное для выполнения работы время и максимально облегчить проверку электронного отчета по выполнению работы.

Окно формирования электронного отчета учащегося о выполненной работе должно обеспечивать копирование в него фотографии установки, всех материалов по получению данных с датчиков и обработки данных, собранных в рамках выполнения сценария работы, и набор с клавиатуры текстов с использованием в формулах греческих и латинских символов.

Кроме того, в программе должны храниться «Бланки для составления отчетов» для работ, которые могут выполнены как с составлением электронных отчетов, так и фиксацией данных с датчиков путем ручного перенесения их в распечатанный «Бланк для составления отчета» и с обработкой этих данных в шаблонах Таблиц и Графиков, включенных в бланк.

Кроме того, программный модуль должен обеспечивать управление генератором сигналов на базе компьютера, формирование на экране изображений для использования их в качестве объектов в работах по оптике.

Методическое руководство на русском языке

Методическое руководство должно содержать описание:

• интерфейса программного модуля и порядка его установки,

• функционала программного модуля для регистрации данных с датчиков (включая веб-камеру),

• инструментария по обработке данных (изменения масштабов демонстрации сигнала с датчика, перенесения данных в Таблицы и дальнейшей работы с ними, алгоритмы обработки изображений, получаемых с веб-камеры, составление электронного отчета),

• методики проведения не менее 34 лабораторных работ, объединенных в не менее 4 раздела: Механика (не менее 14 работ), Молекулярная физика (не менее 6 работ), Электричество (не менее 9 работ), Оптика (не менее 5 работ) с пошаговыми инструкциями проведения работ.

Система хранения

Все оборудование (кроме скамьи), входящее в состав цифровой лаборатории должно быть уложено в контейнер. Контейнер должен иметь ложементы и прозрачную пластиковую крышку. Скамья должна иметь отдельную упаковку.

Контейнер должен представлять собой корпус с боковыми и торцевыми стенками, верхняя часть которых снабжена наружной Г-образной отбортовкой. Внутри контейнера должны быть расположены ложементы для деталей и оборудования. Ложементы должны быть изготовлены из упругого материала на основании, установленном на дно и внутренние полочки корпуса контейнера, выполненном по периметру большего размера, чем внутренний периметр корпуса (для надежной фиксации), внутренние размеры ложементов должны быть меньше размеров деталей и оборудования, размещенных в нем (для надежной фиксации).

Цифровая лаборатория по физике для ученика 804 приказ. Доставка по Москве и области, а также во все регионы России и страны СНГ. Возможен самовывоз со склада в Москве.

**Гарантии на обмен и возврат товара.

Интерактивные тесты. Молекулярная физика. Часть 2.

Набор «ЕГЭ-ЛАБОРАТОРИЯ» по молекулярной физике и термодинамике

Набор по молекулярной физике и термодинамике