Орта мектептің қазіргі кезеңдегі дамуына байланысты физиканы оқыту әдістемесінің өзекті мәселелері мен міндеттері

Физиканы оқыту теориясы мен әдістемесінің өзекті мәселелері

Қандай да бір мәселенің өзектілігін анықтау кезінде әрқашанда оқыту алдындағы міндеттер арасындағы бар қарама-қайшылықтан және оқытудың теориясы мен практикасындағы осы мәселенің жасалуының деңгейі мен дәрежесінен шығады. Сондықтан, біз орта мектепте физиканы оқыту теориясы мен әдістемесі алдында тұрған қарама-қайшылықтарды бөліп аламыз және олардың негізінде өзекті мәселелерді қалыптастырамыз.

Орта мектеп оқытуды демократизациялау, гуманизациялау, гуманитаризациялау сияқты принциптерден құрылады.

Бұл принциптердің көрінісі әр типті оқу мекемелерін, әртүрлі оқу бағдарламалары мен оқулықтар құру болып табылады. Сәйкесінше осы уақытқа дейінгі орта физикалық білім берудің бірдей деңгейі, оқу бағдарламасы мен оқу құралы және оқушылардың оқу мекмесін және оқу бағдарламасы мен оқу құралын таңдау арасында қарама-қайшылық пайда болады. Бұл қарама-қайшылық әртүрлі типтегі оқу мекемелеріндегі, бағыттары әртүрлі кластардағы физикалық білім беру мазмұнын анықтауды негіздейді.

Практикаға жеке бағыттылық оқытуды енгізу, мұнда мұғалім «орта» оқушыға бағытталады, ол үшін қабілетімен, қызығушылығымен және икемділігімен жеке адам болып табылатын ал әрбір нақты оқушыға жаңа әдістерді, жоспарларды және оқытудың әртүрлі формаларын ұйымдастыруды жүзеге асырады.

Қазіргі уақытта қоғамды ақпараттандыру процесі жүріп жатыр, еліміздің барлық өмірінде, ең аз уақыт аралығында білім беруді жаппай ақпараттандыру болады. Әзірге бұл процесс баяу жүріп жатыр, бірақ оның темпі қарқынды жүріп жатқаны байқалады. Біздің оқушылар физиканы оқу процесінде ЭЕМ-ны тек есептеу құралы ретінде пайдаланбауы керек, сондай-ақ оқыту құралы және дайындықты бақылау құралы ретінде де пайдалануылары керек. Қазірдің өзінде де мектепте моделдеуші, бақылаушы және оқытушы компьютерлік бағдарламалар кеңінен қолданылады. Компьютер барлық пәндер бойынша да оқу процесіне әлі де кеңінен енетін болады, соның ішінде физика бойынша да. Физиканы оқытуда компьютерді қолдану технологиясын құру – физиканы оқыту теориясы мен әдістемесінің өзекті мәселелерінің бірі.
№27 ЕМТИХАН БИЛЕТІ

1.Электр қозғаушы күш. Классикалық электрондық теория. Ом және Джоул-Ленц заңдарының дифференциалдық түрлері.

Егер өткізгіште электр өрісін тудырсақ және оны сақтауға әрекет жасамасақ, онда заряд тасушылардың қозғалысы өткізгіш бойындағы өрістің тоқталуына әсер етеді, демек ток жүрмейді. Токты мейлінше ұзақ уақыт ұстап тұру үшін біз ток тасыған зарядтарды өткізгіштің потенциалы аз (оң заряд тасушылар) ұшынан, оның жоғарғы потенциалды ұшына үздіксіз беріп тұруымыз керек. Басқаша айтқанда, зарядтар үздіксіз тұйық жолмен қозғалатындай етіп, зарядтардын шыр айналысын туғызуымыз қажет. Электростатикалық өрістің векторының циркуляциясы нольге тең. Сондықтан тұйық тізбекте, оң зарядтардың дің азаю жағына қарай бағыттала қозғалған учаскесімен қатар, оң зарядтардың дің өсу бағытына қарай яғни электростатикалық өріс күшіне қарсы қозғалатын да учаскесі болуы тиісті. Осы учаскедегі тасушылардың орын ауыстыруы тосын күштер деп аталатын тек электростатикалық емес тектегі күштердің әсерінен болады, сөйтіп токты ұстап тұру үшін не тізбек тің барлық бойына, не оның жеке учаскесіне әсер ететін тосын күш қажет. Тосын күштерді олардың тізбектегі зарядтардың орын ауыстыруында жасаған жұмысы арқылы сипаттауға болады. Тізбекте немесе оның учаскесіне әсер ететін бір өлшем оң зарядқа келетін тосын күштің жұмысына тең шама, электр қозғаушы күш деп аталады.Демек зарядына тосын күштердің істеген жұмысы болса, онда анықтама бойынша .

Классикалық электрондық теория материалдардың кедергісін, Ом және Джоуль-Ленц заңдарын жақсылап түсіндіріп береді, меншікті электр өткізгіштікті металдың атомдық тұрақтылары арқылы өрнектеуді мүмкін етеді, электр өткізгіштіктің температураға тәуелділігін сапа жағынан болса да түсіндіре алады, жылу өткізгіштік пен электр өткізгіштік арасында бай-ланыс бар екендігін көрсетеді. Сонымен бірге теория заттардың бірқатар басқа да электрлік және оптикалық қасиеттерін түсіндіре алады. Бірақ кейбір құбылыстар жөніндегі классикалық электрондық теорияның қорытындылары тіпті тәжірибенің көрсетуіне қайшы келеді. Мысалы, теорияның тұжырымы бойынша температура өскенде металдың меншікті кедергісі Т шамасына пропорционал өсуі тиіс, ал шындығында ол температураның бірінші дәре-жесіне тура пропорционал. Классикалық электрондық теория материалдар-дың жылу сиымдылығы мен асқын өткізгіштік құбылысын тіпті де түсіндіре алмайды. Классикалық электрондық теорияның қиыншылықтары мынадай мәселе-лерге байланысты: а) металдағы электрондар Максвелл-Больцман статис-тикасының заңдылықтарына бағынбайды; ә) электрондардың бір-біріне жасайтын әсері ескерілмейді; б) электрондардың кристалдық тордағы периодты өрісте қозғалатындығы есепке алынбайды; в) электрондардың қозғалысы классикалық механика заңдарына емес, кванттық механика заңдарына бағынады.

Классикалық электрондық теория мынадай қағидаларды басшылыққа алады:

1) Электрондардың қозғалысы классикалық механика заңдарына бағынады.

2) Электрондар бір-бірімен әсерлеспейді.

3) Электрондар тек кристалдық тордағы иондармен әрекеттеседі, әрекет-тесуі – олардың тек соқтығысуы ғана.

4) Соқтығысулар аралығында электрондар еркін қозғалады.

5) Денедегі еркін электрондар идеал газ тәрізді электрондық газ түзеді, электрондық газ да энергияның еркіндік дәрежесіне қарай бір қалыпты таралу заңына бағынады

1827 жылы неміс ғалымы Ом көптеген тәжірибелердің нәтижесінде мынадай қорытынды шығарды: тұрақты температурада өткізгіш ұштарындағы кернеудің ток шамасына қатынасы әр уақытта тұрақты болады: I=U/R. Өткізгіш кедергісі оның пішініне және мөлшеріне, сол сияқты табиғаты мен температурасына тәуелді, өлшем бірлігі-Ом. Бір текті цилиндр тәрізді өткізгіштердің кедергісі оның ұзындығына тура пропорционал да, көлденең қимасына кері пропорционал болады: R=r(l/S) (10.11), мұндағы пропорционалдық коэффициент r-өткізгіштің меншікті кедергісі, ол өткізгіштің қандай заттан жасалғанын көрсетеді, өлшем бірлігі-Ом*м, r=1/g (10.12), осы өрнектегі g-өткізгіштің меншікті өткізгіштігі, өлшем бірлігі-сименс/метр. Осы айтылғандар бойынша Ом заңын жазатын болсақ, бір текті металл өткізгіш арқылы өтетін ток күші өткізгіштегі кернеудің түсуіне тура пропорционал кедергіге кері пропорционал I=U/R немесе I=(φ1–φ2)/R (10.13). Осы теңдік-тізбектің бөлігі үшін жалпы түрдегі Ом заңы, немесе тізбектің бір текті емес бөлігі үшін Ом заңы деп аталады. Егер тізбек тұйықталған болса, онда ток көзінің э.қ.к.-і ішкі бөлігіндегі кернеу мен сыртқы кернеудің қосындысына тең: e=Ir+U. Тізбек бөлігі үшін Ом заңын ескеріп, тізбектегі ток күшін тапсақ: I=e/(R+r) (10.14). Осы формула тұйық тізбек үшін Ом заңы деп аталады. Токтың тығыздығы j=I/Sекенін ескерсек және g=1/r меншікті электр өтімділігі десек, онда соңғы өрнек мына түрде жазылады: j=gЕ(10.15). Осы формула ток тығыздығы үшін Ом заңының дифференциалдық түрі деп аталады.

Көптеген тәжірибелер металдар кедергісі температураға тура пропорцио -нал болатынын, яғни температура артқан сайын кедергі артатындығын көрсетті: Rt=R0(1+at0) (10.16). Кернеуі U болатын өткізгіштің бөлігі арқылы ток өткенде, өткізгіш қызып, бойынан жылу бөлініп шығады. Осы жылудың бөлініп шығуы зарядтарды тасымалдаушы электр күштерінің жұмысына байланысты: A=qU. Тұрақты ток үшін жазсақ, A=IUt (10.17). Токтың қуаты келесі өрнекпен есептеледі: N=dA/dt=(IUdt)/dt=IU (10.18)

Егер ток қозғалмайтын металл өткізгіш арқылы жүрсе, онда біршама жылу бөлініп шығады, осы кезде ток жұмысы энергияның сақталу заңына байланысты жылуға айналады: dA=dQ. (9.19). Сөйтіп, бұл жылу мөлшерін (10.17) және (10.13) өрнектерінің мәндерін еске ала отырып былайша жазамыз: Q=IUt=I2Rt (10.20).

Осы өрнек Джоуль-Ленц заңы деп аталады да былай оқылады: өткізгіштен бөлініп шығатын жылу мөлшері уақытқа, өткізгіштің кедергісіне және ток күшінің екі дәрежесіне пропорционал болады. Енді Джоуль-Ленц заңының дифференциалдық түрін жазатын болсақ, w=gE2 (10.21), бұл өрнек тұрақты және айнымалы токтар үшін орындала береді. Кернеуі U болатын өткізгіштің бөлігі арқылы ток өткенде, өткізгіш қызып, бойынан жылу бөлініп шығады. Осы жылудың бөлініп шығуы зарядтарды тасымалдаушы электр күштерінің жұмысына байланысты: A=qU. Тұрақты ток үшін жазсақ, A=IUt (10.17) Токтың қуаты келесі өрнекпен есептеледі: N=dA/dt=(IUdt)/dt=IU (10.18). Егер ток қозғалмайтын металл өткізгіш арқылы жүрсе, онда біршама жылу бөлініп шығады, осы кезде ток жұмысы энергияның сақталу заңына байланысты жылуға айналады: dA=dQ. (9.19). Сөйтіп, бұл жылу мөлшерін (10.17) және (10.13) өрнектерінің мәндерін еске ала отырып былайша жазамыз: Q=IUt=I2Rt (10.20). Осы өрнек Джоуль-Ленц заңы деп аталады да былай оқылады: өткізгіштен бөлініп шығатын жылу мөлшері уақытқа, өткізгіштің кедергісіне және ток күшінің екі дәрежесіне пропорционал болады. Енді Джоуль-Ленц заңының дифференциалдық түрін жазатын болсақ, w=gE2 (10.21), бұл өрнек тұрақты және айнымалы токтар үшін орындала береді.

2.Геометриялық оптиканың негізгі қағидалары мен заңдары. Оптикалық жүйелердің абберациясы.

Оптика бөлімі, қозғалу энергиясының жарық сәулесі сияқты бағытталуын жарық энергиясы негізінде қолданылуы геометриялық оптика деп аталады. Геометриялық оптиканың негізгі заңы жарықтың физикалық табиғаттын орнатудан көп бұрын белгілі болды.

Ортаның абсолют сыну көрсеткіші дегеніміз электромагниттік толқындардың вакуумдағы жылдамдығының олардың ортадағы фазалық жылдамдығына қатынасына тең болатын физикалық шама n.