Газ, сұйық және қатты денелердің қасиеттерін түсіндіргенде оқулықтың соңындағы (217 бет) заттың әр түрлі күйлерінің қасиеттерін көрсететін кестені пайдаланған жөн

Газ, сұйық және қатты денелердің қасиеттерін түсіндіргенде оқулықтың соңындағы (217 бет) заттың әр түрлі күйлерінің қасиеттерін көрсететін кестені пайдаланған жөн.

Энергияның негізгі қасиетін мына тұжырымдамамен жеткізуге болады: «жүйенің энергиясы оның күйінің бір мәнді функциясы болып табылады». Ал жүйенің күйі оның параметрлерімен анықталады. Мысалы, жоғары көтерілген дененің потенциялдық энергиясы (W_n)-оның көтерілу биіктігінің (h) функциясы (W=mgh); сол сияқты қозғалыстағы дененің кинетикалық энергиясы (W) оның жылдамдығының функциясы ( ) болып табылады.

Жұмыс пен қуатқа байланысты 7-класс оқушылары мына қағидалар мен анықтамаларды міндетті түрде меңгеу тиіс.

1. 
   Денеге күш әрекет етіп, қозғалысқа келгенде ғана механикалқы жұмыс атқарылады.
   
2. 
   Механикалық жұмыс күш мпен сол күш бағытында жүрілген жолдың көбейтіндісіне тең.
   
3. 
   Күштің өлшем бірлігіне бір джоуль (1Дж) алынады. Бұл 1 ньютон (Н) күштің 1 метр (м) жол аралығындағы істелген жұмыс.
   
4. 
   Жұмыстың атқарылу жылдамдығы қуат сипатталады.
   
5. 
   Қуат жұмыстың және оған атқаруға кеткен уақыттың қатынасына тең.
   
6. 
   Қуаттың өлшембірлігіне ватт, киловатт, меговатт алынады.
   
7. 
   Қуат пен уақытты біле отырып, жұмысты есептеп шығаруға болады. сондықтан кез келген қозғалтқыштардың басты параметрлері ретінде қуат көрсетіледі.
   

Денелердің тепе-теңдік шартын, күш моменттері ұғымын сызғыш-иіндікті (рычагты) пайдаланып, тәжірибеде жасау арқылы енгізу аса ұтымды болып шығады. Осы ұғымдарға байланысты өте маңызды мәселелердің бірі- иінді таразыларды қолдануға оқушылардың назарын ерекше аудару керек.

Қорыта айтқанда, тақырыптағы негізгі мәселе: қарапайым механизмдерді қолдану арқылы кұштен ұтсақ та, жұмыстан ұта алмайтынымызды (механиканың алты ережесін) оқушыларға жете ұғындыру болып табылады. Сонымен қатар оқушыларға механизмдерді пайдаланғанда үйкеліс күштерінен арыла алмайтынымызды, сол себепті пайдалы жұмыстың толық жұмыстан үнемі кем болатынын жете ұғындыру керек.

Энергия жұмыс ұғымына негізделіп түсіндірілтін болғандықтан, сабақты өткендегі жұмыс туралы оқу материалдарын қайталаудан бастау керек. Әсіресе мынадай сұрақтарға жауапты тиянақтап алған дұрыс: механикалық жұмыс дегеніміз не? Жұмыстың нақты екі белгісі қандай? Ол белгілер қандай формулаларда көрініс тапқан? Жұмыстың бірлігі қандай? Оны қалай анықтайды?

Одан әрі оқулықтағы логикалық желіге сәйкес потенциалдық және кинатикалық энергитялардың ерекшеліктерін ашып, олардың әр түрлі денелердің көріністеріне тоқталған жөн.

Жұмыс және қуат. Оқушылар бұл тақырыпты өткенге дейін жұмысты адамның әр түрлі еңбегі деп түсінеді,мысалы:дене жұмысы,ой жұмысы,творчестволық жұмыс,т.б. Сондықтан мұғалім сабақта жұмыс ұғымының ғылымдағы мазмұнын ашып көрсете білуі тиіс.

Оқушыларға күш әсерінен денелердің қозғалыс жылдамдығының өзгеретіндігі,деформацияланатындығы бұрыннан белгілі.

Енді күш әсерінің нәтижесінде едендегі гирді стол бетіне дейін көтеруге, серіппені сығуға, орындықты жылжытуға болатындығын, бұл жағдайларда механикалық жұмыс істелгендегі айтылады. Күш әсер еткенімен барлық жағдайларда жұмыс жасалына бермейтіндігі түсіндіріледі,мысалы:жіпке ілулі тұрған жүк, столға қойылған гир,сығылған немесе созылған серіппе, инерциямен қозғалып бара жатқан дене.

Механикалық жұмыстың әр түрлі мысалдарын қарастыра отырып, оның негізгі белгілерін анықтау қажет. Жұмыстың негізгі белгілері түскен күш пен орын ауыстыру екендігін жақсы ұғып алуы тиіс. Орын ауыстыру болмаса-жұмыс жоқ, түсірілген күш болмаса да –жұмыс жоқ. Оқушылар жұмыстың әсер жасаушы күш пен жүрілген жолға байланысты болатындығы жөнінде қорытынды жасауы керек.

Келесі кезекте сан мәндері берілген нақты мысалдар арқылы жұмыстың күш әсер ететін ара қашықтықпен байланыстылығы тағайындалады. Ол үшін тақтаға екі оқушы шақырылады. Олардың біреуіне 1кг гирді, ал екіншісіне 5кг гирді еденнен стол үстіне көтеру тапсырылады. «Кім көп жұмыс істеді?» деген сұраққа оқушылар дұрыс жауап береді.Сонан соң екі 5кг гир алынады. Оқушылардың бірінші гирді еденнен көтеріп столға қояды, екіншісі-орындыққа қояды. Жоғарығыдай қойылған оқушылар қиналмай жауап береді. Столдың және орындықтың биіктіктері метрлік сызғышпен өлшенеді. Осыдан мынадай қорытынды жасалады:жұмыс әсер етуші күшке де және осы күштің әсер етуімен жүрілген жолға да байланысты. Жұмыстың екі шаманың көбейтіндісі арқылы өлшенетіндігі айтылады.

Қуат бірлігі ретінде ватт, киловатт, мегаватт қолданылатындығы айтылады. Одан әрі өмірден және техникадан қызықты мысалдар келтіріледі. Мысалы:қуаты 1 кВт двигатель 20 адамның жұмысын бір өзі орындайды,космос корабльдерін орбитаға шығаратын ракета двигательдің қуаты 14 млн. кВт-қа жетеді. Бұл дүние жүзіндегі ең қуатты электр станса болып табылатын Красноярск ГЭС-нің қуатынан 2,3 есе артық.Қуат ұғымын оқып үйренуге байланысты двигательдердің қуатын анықтайтын лабораториялық жұмыс өткізіледі.Жұмысты орындау жөніндегі методикалық нұсқау оқулықта берілген.

N=F*v формуласын арнайы ендірудің қажеті жоқ,оны белгілі таңдап алынған есептердің шешуін қорытындылау нәтижесінде шығарып алуға болады.Ол формуланың көмегімен тракторлардың, автомобильдердің, электровоздардың, тепловоздардың қуатын анықтау жеңіл екендігін айту қажет.

Қарапайым механизмдердің жұмысы.

7-сыныпта негізінен оқушылар қарапайым механизмдердің екі түрімен таныс болады,олар-рычаг және блок.

1.Рычаг. Рычаг-қарапайым механизмдердің ішіндегі ең кеңірек тараған түрі. Оны айналу осі немесе тіреу нүктесі бар және соның айналысында күш әсерінен айнала алатын қатты дене ретінде таныстыруға болады. Ол үшін демонстрациялық рычагты пайдаланған жақсы.

Жазылған формулалардың мағынасы түсіндіріліп, мұндағы көбейтіндісі күшінің моменті, ал өрнегі күшінің моменті деп аталатындығы ескертіледі. Рычагтың тепе-тең қалыпта болуы үшін осы екі күштің моменттері өзара тең болуы керек екендігі айтылады,моментті М әріпімен белгілейді. Осы жерде рычагтартың таразы жасау үшін қолданылатындығына назар аударған дұрыс. Рычагты таразылардың түрлерін оқушыларға көрсеткен орынды.

2.Блок. Алдымен блоктың нендей нәрсе екендігі айтылып және көрсетіледі. Жылжымайтын және жылжымалы блоктар жөнінде түсінік беріледі. Жылжымайтын блок арқылы жіп өткізіп, оның бір ұшына жүк,екінші ұшына динамометр байлап, оның көмегімен жүк көтергенде ешқандай ұтыс болмайтындығын, тек жылжымайтын блок жәрдемімен жүк көтеретін күштің бағытын қолайлы етіп алуға болатындығы жөнінде қорытынды жасалады.

Жылжымалы блок көмегімен жүк көтеру болатындығына ерекше тоқталу керек. Динамометр және сызғыш арқылы өлшеніп, жүк көтергенде күштен екі есе ұтуға болатындығы тәжірибеде дәлелдегені дұрыс. Жылжымалы блоктардың тобын қолдануға болатындығын, оны полиспастылардың қолданылуына мысалдар келтірумен және есептер шығарумен аяқтайды.

Адам баласының көп ғасырлық практикасы қарапайым механизмдердің жұмыстан ұтыс бермейтіндігін,олардың тек жұмыстың түріне байланысты не күштен, не жолдан ғана ұтуға болатындығын дәлелдеп отырғандығы айтылады. Күштен қанша есе ұтсаң –жолдан сонша есе ұтыласың және керісінше. Бұл қорытындыны механиканың «алтын ережесі» деп атайды.

«Қарапайым механизмдер» тақырыбын оқып үйренуде оқушылар механиканың осы «алтын ережесін» жақсы меңгеріп және оны практикада қолдануды үйренуі керек.

3.Қарапайым механизмдердің пайдалы әсер коэффициенті. Бұл ұғымды енгізу үшін,алдымен қарапайым механизмдерді пайдаланғанда үйкелістің себебінен «алтын ереженің» орындала бермейтіндігіне назар аударылады. Шындығында барлық жағдайда үйкеліс болады, сондықтан, оны жеңу үшін қосымша жұмыс істеуге тура келеді. Мәселені нақты мысалмен түсіндірген дұрыс.

Массасы 400кг бетон плитаны 10 см биіктікке көтеру үшін рычагты пайдаланады.Рычагтың екінші ұшына түсірілген 1200 Н күштің түсу нүктесі 40 см жол жүреді.Рычагтың пайдалы әсер коэффициентін (ПӘК) табу керек.

Есепті шешу үшін алдымен бетон плитасының салмағын анықтайды:

,

одан кейін жасалуы қажет жұмысты-пайдалы жұмысты есептеп табады:

сонан соң плитаны көтеру үшін нақты жасалған жұмыс немесе толық жұмыс есептеледі:

Ең соңында п.ә.к.-ті анықталады:

Үйкеліс салдарынан әдетте толық жұмыс пайдалы жұмыстан артық болады,өйткені,толық жұмыс пайдалы жұмыс пен үйкеліске қарсы жасалған жұмыстың қосындысына тең.Олай болса, қарапайым механизмдерді пайдаланғанда біздер жасалуы қажет жұмыстан артық жұмыс істейді екенбіз.Бұл тақырыпқа да бірнеше есеп шығарып,пысықтау қажет.

«Қарапайым механизмдер» тақырыбын өтіп біткеннен кейін олардың қолданылуын көрсету мақсатында заводқа,фабрикаға,механикалық шеберханаға немесе құрылыс алаңына экскурсия ұйымдастырған жөн.

Потенциалдық және кинетикалық энергия

ә.Кинетикалық энергия. Жоғарыда көрсетілген 3-тәжірибені қайталауға болады. Қозғалыстағы денелердің жұмыс жасау қабілетінің бар екендігіне-энергиясының болатындығына өмірден бірнеше мысалдар келтіруге болады (двигателін өшірген автомобиль,ұшып бара жатқан доп,снаряд және т.б).Сонан соң кинетикалық энергияның анықтамасы беріледі:дененің қозғалысымен анықталатын энергияны кинетикалық энергия дейді («кинема»-«қозғалыс»).

Кинетикалық энергияның массаға және жылдамдыққа байланысты формуласы кейін 9-сыныпта беріледі. Тек жел күші қондырғыларында желдің, көмір өндіруде және тонельдер салуда үлкен жылдамдықты су ағының кинетикалық энергиясының қолданылатындығын айту керек.

6.Потенциалдық энергия. Бұл ұғымды ендіру үшін жоғарыда (а-пункітінде) көрсетілген 1- және 2-тәжірибелерге қайта оралу қажет. Жер бетінен жоғары көтерілген және серпімді деформацияланған денелердің энергиясы болатындығына тағы да оқушылардың назарын аудару қажет. Сол сияқты энергия сығылған газда да болатындығы түсіндіріледі. Бұл энергияның денелердің (Жер мен дене) немесе оның бөліктерінің (серіппе орамдары, газ молекулалары) өзара орналасуына байланысты екендігін,бұл энергияны потенциалдық энергия деп аталатындығы айтылады.

Потенциалдық энергия жөніндегі әңгіме кезінде «кездейсоқ» будильник шырылдайды немесе қандай да бір механикалық ойыншық қосылады. Оқушылар таң қалады, не болғанын талдаймыз.

Бұдан кейін Жерден жоғары көтерілген жүктің энергиясының шамасынн есептеп табады. Мынадай есеп шығаруға болады:массасы 10 кг дене 10 м биіктікте орналасқан болса, оның потенциалдық энергиясы қандай? Денені белгілі бір биіктікке көтеру үшін біз ауырлық күшіне қарама қарсы жұмыс істейміз, сондықтан ондай дененің потенциалдық энергиясы ауырлық күші мен биіктіктің көбейтіндісіне тең, немесе:

Ұғымды енгізгеннен кейін потенциалдық энергияның қолданылуы жөнінде әңгімелеу қажет. Әсіресе, жоғарыдан құлап аққан судың потенциалдық энергиясын пайдалануды ерекше атап өту маңызды. Сағаттарда серіппе деформациясы немесе ілінген жүктің потенциалдық энергиясы қолданылатындығын,қада қаққанда тоқпақтың потенциалдық энергиясын пайдаланатындығымызды айтып түсіндіру керек.

в) Механикалық энергияның бір түрден екінші түрге өтуі. Бұл сабақтың негізгі мақсаты – оқушыларға кинетикалық энергияның потенциалдық энергияға,керісінше –потенциалдық энергияның кинетикалық энергияға өте алатындығын түсіндіру. Ол үшін көптеген тәжірибелерді пайдалануға болады:

1. «Өзі жүретін» механикалық ойыншық.

2.Резеңке доп.

3.Төмен түсетін жүктің әсерінен қозғалатын арбаша

4.Серіппеге ілінген шарик тербелісі

5.Жіпке ілінген шарик тербелісі

6.Максвелл маятнигі және т.б.

Механикалық энергиялардың мұндай ауысуын өмірде қадам басқан сайын бақылауға болатындығын оқушылардың назарын аудару керек: стол бетіндегі заттың орнын ауыстырып қойғанда, орындыққа отырып тұрғанда,этажға көтеріліп түскенде, т.б.

Бұл тақырыпты түсіндіргенде де жұмыс ұғымын кеңірекаша түскен дұрыс. Энергия бір түрден екінші түрге айналғанда жұмыс істелетіндігін,дене күйінің өзгеретіндігін пысықтай түсу керек.

Қорытынды сабақ механикалық энергияның халық шаруашылығында пайдалануына арналады. Негізінен сабақта судың және желдің энергияларының қолданылуы қарастырылады. Бұл сабақты өте қызықты етіп өткізуге болады,ол үшін мұғалімнің жан-жақты дайындығы қажет болады. Бұл тақырып бойынша плакаттар, модельдер, диапозитивтер.кинофильмдерден фрагменттер көрсету мүмкіндігі мол. Тіпті көптеген мұғалімдер тақырып бойынша конфернция, экскурсиялар ұйымдастырады.

Ішкі энергия.

Жылулық қозғалыс.

Оқушылардың есіне 7-кластан белгілі заттарды бөлшектер құрайтындығын түсіндіріп, ол бөлшектер тынбайтын бейберекет қозғалыста болатындығын түсіндіру керек. Қозғалыстың мұндай түрін жылулық қозғалыс деп атайтындығына тоқталады. Жылулық қозғалыстың механикалық қозғалыс емес екендігіне, бұл қозғалыстың жаңа түрі болып табылатындығына оқушылардың назарын баса аудару керек, өйткені оны механикалық қозғалысты сипаттайтын ұғымдар көмегімен анықтауға болмайды.

Сондай-ақ оқушылардың есіне бөлшектердің қозғалыс жылдамдығы дененің температурасымен байланысты екендігін салады: бөлшектер неғұрлым шапшаң қозғалса, дене соғұрлым көбірек қызады. Жылулық қозғалыс жөніндегі ұғымға сүйеніп температура ұғымын анықтай түсуге көшеді.

Ішкі энергия ұғымы қазіргі термодинамиканың негізгі ұғымдарының бірі болып табылады. Оның қалыптасуы мен дамуы термодинамиканың бірініші бастамасының айтылуымен байланысты болды. “Ішкі энергия” термині бірден ғылымда қалыптаса қойған жоқ. 19-ғасырдың екінші жартысында оны “белгілі күйдегі дененің механикалық энергиясы”, “әсер функциясы”, “дене энергиясы”, “дененің ішкі жылуы” деп әртүрлі атады. Кеңірек қолданылғаны соңғы термин болды.

Қазіргі кезде дененің ішкі энергиясы деп төмендегі энергиялар жиынтығын атайды:

1) молекулалардың ілгерілемелі және айналмалы қозғалысының кинетикалық энергиясы;

2) молекулалардың өзара әсерлесуінен пайда болатын потенциалдық энергия;

3) атомдардың тербелмелі қозғалысының энергиясы;

4) атомдағы электрондық қабықшалар энергиясы;

5) ядро ішіндегі энергия;

6) дене бөлшектерінің арасындағы жылулық тепе-теңдікті қамтамасыз етіп тұратын электромагниттік сәулелер энергиясы.

Жылу құбылыстарында ішкі энергияның өзгерістері тек молекулалардың кинетикалық және потенциалық энергияларының ғана өзгерісімен байланысты болып қалады. Ішкі энергияны құрайтын басқа бөлшектер өзгеріске түспейді. Сондықтан, орта мектептегі физика курсында жылу құбылыстарын өткенде, ішкі энергияның өзгерісін молекулалардың кинетикалық және потенциалдық энергияларының өзгерісімен ғана байланыстыру өте орынды.

Ішкі энергия ұғымын енгізу үшін алдымен механикалық энергия мен заттардың ішкі құрылымы жөніндегі мәселелерді оқушылардың есіне қайта түсірген дұрыс. Бұлай ету оқушылардың ішкі энергия мен механикалық энергияны шатастырып алмауына көмегін тигізеді. Сонан соң барыа ішкі энергия ұғымын түсіндіруге кіріседі. Ол үшін қулықта берілген қорғасын шадың қорғасын тақтаға құлап түсу тәжірибесін талдаймыз. Олар деформацияланады және қызады, лай болса денені құрайтын бөлшектердің кинетикалық және потенциалық энергиялары артады. Бөлшектердің орташа кинетикалық энергиясы көбейсе, онда дененің температурасы жоғарылайды. Осы жерде тағы да температура молекулалардың хаосты қозғалысының орташа кинетикалық энергиясының өлшемі екендігін ескертіп кеткен жөн. Сонан соң ішкі энергияның анықтамасы беріледі.

Тақырыпты түсіндіріп болған соң 8-класс оқушыларымен мынадай қорытындыға келеміз: денелерде механикалық энергиядан басқа энергияның тағы бір түрі бар, ол – ішкі энергия. Бұдан кейін оқушыларға дененің ішкі энергиясының механикалық энергиядан айырмашылығын түсіндіру керек. Механикалық энергия дененің қозғалыс жылдамдығы мен массасына және сол дененің басқа денелерге қатысты орналасуына тәуелді. Ішкі энергия болса бүкіл дененің қозғалыс жылдамдығына тәуелді болмайды. Ол денені құрайтын бөлшектердің қозғалыс жылдамдығы мен олардың өзара орналасуымен анықталады.

Келесі мәселе – оқушыларды дененің ішкі энергиясын өзгерту тәсілдерімен таныстыру. Алдымен денеге жұмыс жасағанда оның ішкі энергиясының артатындығын дәлелдейтін тәжірибелерді көрсетеміз:

1. 
   Екі тақтайшаны бір-біріне үйкеу.
   
2. 
   Монетаны үстел үстіндегі қағазға үйкеу.
   
3. 
   Мыстың кішкене кесегін темір төстің үстіне қойып балғамен ұру.
   

Енді денелердің ішкі энергиясын өзгертудің екінші тәсілі жөніндегі мәселені қарастыруға болады, - ол – жылу алмасу деп аталады. Жылу алмасу үрдісін түсіндіргеннен кейін жалпы мынадай қорытынды жасалады: дененің ішкі энергиясын екі тәсілмен – механикалық жұмыс жасау арқылы және жылу берілу арқылы - өзгертуге болады.

Кейінгі сабақтарда жылу берілудің түрлері қарастырылады: жылуөткізгіштік, конвекция және сәуле шығару (сурет). Ішкі энергия, жұмыс, жылу алмасу ұғымдарын оқушыларға меңгертуде және осы ұғымдар арасындағы логикалық байланыстарды көрсетуде суреттегі сызбаны пайдалануға болады.

Температура және жылу мөлшерін өлшеу

Температураны өлшеу