Газ заңдарын оқып-үйрену әдістемесі

1.Молекулалық физика тарауының мазмұны.

2.Молекула-кинетикалық теория (МКТ) негіздерін оқыту әдістемесі.

3.МКТ-ның негізгі қағидалары. Молекулалардың өлшемдері. Броундық қозғалыс.

4.Идеал газ.

5.Газ заңдарын оқыту әдістемесі.

6.Газ заңдарын оқьггу әдістемесінің ерекшеліктері.
Дәрістің қысқаша мазмұны:

«Молекулалық физика» бөлімін оқып-үйренудің үлкен білім аларлық маңызы бар. Оқушылардың негізгі мектептің 7-9 сыныптарда алған бастапқы қарапайым мәліметтері (заттың құрылысы және қасиеттері, жылулық қүбылыстары және т.б.) бағдарлы мектепте бөлімді оқыту кезінде қайталанады және оқушылар үшін жаңа мәліметтермен толықтырылады. Бұл бөлімде қарастырылтан негізгі ұғымдар мен шамалар молекуланың өлшемін, жылдамдығын, массасын өлшеудегі әдістер, заттың мөлшері және мольдік масса, оның өлшем бірлігі, бөлшектің концентрациясы, бөлшектің орташа квадратгық жылдамдығы, бөлшектің орташа кинетикалық энергиясы, термодинамикалық жүйе, жылулық тепе-теңдік, күй параметрлері, қысым, көлем, температура, жұмыс, жылу мөлшері, ішкі энергия. Негізінен жоғарғы сыныптағы молекулалық физика бөлімінде газдардың молекула-кинетикалық теориясының негізгі теңдеуімен, термодинамикамен (жылулық құбылыстарды макроскопиялық деңгейде түсіндіретін) және төменгі сыныптарға қарағанда тереңірек газдардың, сүйықтардың және қатты денелердің қасиеттерімен танысады. Молекулалық физика бөліміндегі қүбылыстар: диффузия, жылу сыйымдылық, тұтқырлық, броундық қозғалыс, жылулық тепе-теңдік, заттың агрегаттық күйлерінің өзгеруі. Механика бөлімінен кейін молекулалық физика бөлімін оқудың өзінде үлкен бір мән жатыр. Өйткені бұл бөлімде оқушылар механикадағы қозғалыстан ерекше қозғалыспен танысады.

Молекулалық физика бөлімін оқытуда мұғалімнің негізгі мақсаты жылулық қозғалыстың механикалық қозғалыстан айырмашылығын түсіндіру кезінде динамика заңдарының қолдану шегін айқындау және де оқушыларды жылулық құбылыстар мен процестерді қарастаратын статистикалық және термодинамикалық әдістермен таныстыру. Бұл екі әдіс бір дененің күйін әр түрлі жолмен түсіндіргендіктен бірін-бірі толықтырады. Осыған байланысты мұғалім температура, ішкі энергия, идеал газ т.б. ұғымдарды термодинамикалық және статистикалық тұрғыдан олардың мазмұнын аша білуі керек. Физиканың қазіргі бағдарламасына сәйкес "Молекулалық физика" тарауын бағдарлы мектепте оқытуға берілген сағат мөлшері

Оқушылардың 7-9 сыныптағы физика және 8-9 сыныптағы химия курсынан алған білімдерін негізге ала отарып МКТ негіздерін оқытуды заттың құрылысынан бастаған дұрыс. Оқушылар молекула және атомның құрылысы, элементар бөлшектер (протон, нейтрон, электрон және т.б.) жөніндегі алғашқы мағлүматгарына сүйене отырып, затдегеніміз бөлшектерден түратының және ол материяның бір түрі екенін аиықтаймыз. Оқушыларға молекула, атом, ион, атом ядросы, элементар бөлшектер (протон, нейтрон, электрон және т.б.) заттың әр түрлі құрылымдық формасы екенін түсіндіру керек. Өйткені көптеген оқушылар зат дегеніміз тек молекуладан ғана құралады деп есептейді, бірақ бұл қате.

Молекулалардың қозғалыста болатынын Броунның (ағылшын ботанигі) бақылауларын айта отырып түсіндіру керек. Ол кезде Броундық қозғалысқа дұрыс түсініктеме берілмеген еді, тек 80 жылдан кейін А.Эйнштейн (1905 ж.) және М. Смолуховский (1909 ж.) теория жүзінде түсіндірді, ал Ж. Перрен эксперимент жүзінде дәлелдеп берді.

Броундық қозғалысты бақылаудан шығатын қорытындылар:

а) қалқыған броундық бөлшектердің қозғалысы молекулалардың соқтағысқанынан пайда болады;

ә) броундық бөлшектердің қозғалысы үздіксіз және бейберекет қозғалыста болады, ол сол заттың қасиеттеріне тәуелді;

б) қалқыған бөлшектердің броундық қозгалысы молекулалардың қозғалысын көрсетеді;

в) бөлшектердің броуңдық қозғалысы молекулалардың бар екенін, олардың үнемі бей-берекет қозғалыста болатынын дәлелдейді.

Қазіргі кезде молекулалардың бар екеніне ешкім күдік тудырмайды. Техниканың өсіп жетілуіне байланысты, электрондық микроскоптар ірі молекулаларды бақылауға мүмкіндік туғызды.

Идеал газ.Реал газдарды танып, оқып білу үшін идеал газ үлгісін қарастырамыз. Негізінен физикада идеал газдың екі анықтамасы бар: термодинамика және молекула-кинетикалық.

Термодинамикадағы анықтамасы бойынша идеал газ дегеніміз температура тұрақты болғанда, белгілі массада газдың қысымы оның көлеміне кері пропорциоиал болатын газ.

Молекула-кинетикалық көзқарас бойынша идеал газ деп молекулалары материялық нүкте болып табылатын, өзара әсерлесетін, соқтығысқан кезде абсолют серпімді соқтығыс болатьш газды айтады. Газ молекулаларының арасында жылулық тепе-тендік орнағанда ғана идеал газ деп айтуға болатынын оқушыларға ескерту қажет.

Газ заңдарын оқытуда индуктивтік, және дедуктивтік әдістерді қолдануға болады.

Газ заңдарын оқытуда мынандай жоспарды ұсынуға болады:

1) процеетің анықтамасы; 2) процестің орындалу шарты; 3) формуласы және заңның тұжырымдамасы; 4) процестің графиктік бейнеленуі; 5) заңның тәжірибе жүзінде тексерілуі; 6) заңдылықты МКТ тұрғысынан түсіндіру; 7) заңның қолданылу шегі.

Мысалға изотермдік процесгі қарастырайық. (Термос жылудеген грек сөзі).

1) Температура тұрақты болғанда термодинамикалық жүйе күйінің өзгеру процесін изотермиялық деп атайды.

2) Бұл заңды тәжірибе жузінде ағылшын ғалымы Бойль және француз ғалымы Мариотт ашты (1662 ж). Бойлъ-Маріют заңы кез келгеи газдар ушін, сондай-ақ газдар қоспасы үшін де (мысалы, ауа үшін де) дұрыс. Тек атмосфералық қысымнан бірнеше мың есе жоғары қысымдарда ғана бул заңнан ауытқу елеулі түрде байқалады.

3) Егер газдың температурасы өзгермесе, онда оның берілген массасы үшін газ қысымының оның көлеміне көбейтіндісі тұрақты болады.

4) Тұрақты температурада газ қысымының көлемге тоуелділігі график турінде изотерм деп аталатын қисық сызық арқылы кеаанделеді. Газдың изотермі қысым мен көлемнің арасындагы кері пропорңионал тәуелділікті өрнектейді. Қисық сызықтың мұндай түрі гипербола деп атайды.

5) Монометрмен қосылған герметикалық кеңірдекті приборды пайдаланып Бойль-Мариотт заңын тәжірибе жүзінде тексеруге болады.

6) Бойль-Мариотт заңын МКТ түрғысынан түсіндіру: газдың қысымы ыдыс қабырғаларына соғылатын молекулалар санына байланысты, ал соқтығысу саны газ концентрациясына тәуелді Ыдыстағы газдың көлеміүлкен болғанда концентрациясы аз болады, көлемі азайған сайын, ыдыстағы молекулалардың кон-центрациясы көбейеді, олай болса қысым артады.

7) Бойль-Мариотт заңы көлем мен қысымды баяу өзгерткенде ғана дүрыс, әрі газдың массасы түрақты және химиялық қүрамы өзгермеген жағдайда орындалады.