ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Физиканы оқыту әдістемесі» «5В011000 – Физика» мамандығы үшін ОҚУ-Әдістемелік материалдары

Газдар туралы айтқанда, оқушылардың қатты денелер мен сұйықтарға қарағанда газдар жайында едәуір аз білетінін ескере отырып, олардың «Дүниетану» курсынан алған білімдерін қайталап алған жөн. Қайталау материалдарына сүйене отырып, газдардың негізгі қасиеттері: сығылғыштығы, шексіз ұлғая алатындығы көрсетіледі. Газдың сығылғыштығына допты қысу арқылы көз жеткізеді. Ал газдың өзіне берілген көлемге тегіс жайылатынын былай көрсетеді: резеңке шарды ортасынан буып қойып, бір жартысын үрлейді, сонан соң буылған жерін босатып жіберсе, ауа шардың бүкіл көлеміне жайылады.

Газдардың, сұйықтардың және қатты денелердің қасиеттерін молекулалық-кинетикалық теория тұрғысанан түсіндіруді газдардан бастаған ыңғайлы. Өйткені газ молекулаларының орналасуы, қозғалысы және өзара әсері сұйықтар мен қатты денелердікіне қарағанда қарапайымдау. Тәжірибеден оқушылар газды сығу оңай екенін, қыздырған кезде оның едәуір ұлғаятынын көреді. Бұдан газ молекулаларының бір-бірінен алшақ орналасатыны, олардың бір-біріне тартылмайтындығы туралы қорытынды жасалады. Газ молекулаларының бір-біріне тартылмауы және үздіксіз қозғалыста болуы арқылы газдың өзіне берілген көлемге түгел жайылатыны түсіндіріледі. Сөйтіп, газдардың қасиеттері және молекулалар туралы кейбір мағұлыматтарды білу оқушыларға газ күйінің айқын көрінісін сипаттауға мүмкіндік туғызады.

Сұйықтар мен қатты денелердегі молекулалардың орналасуын, қозғалысын және олардың өзара әсерін газ молекулаларымен салыстыра отырып түсіндірген тиімді.

Сұйықтар пішінін оңай өзгертеді, яғни аққыш келеді. Бұл сұйық молекулаларының арасындағы тартылудың қатты денелерге қарағанда әлсіз екенін көрсетеді. Сондай-ақ сұйықтар өте нашар сығылады. Ендеше сұйық молекулаларының ара қашықтығы шамамен молекуланың өз өлшемінде ғана дей аламыз.

Ал енді қатты денелердің ерекше беріктігін бұл сыныпта дәлелдеп бере қою қиынға соғады, өйткені оқушыларға кристалдардағы байланыс түрлері таныс емес. Дегенмен қатты денелерге тән қасиет – олардың көлемін де, пішінін де сақтайтынын айтып өткен жөн.

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

Агрегаттық күйлердің арасындағы айырмашылықтар туралы мәселені неғұрлым тереңірек қарастырған абзал, өйткені бұл білім көптеген құбылыстарды түсіндіруге мүмкіндік береді. Зат бір агрегаттық күйден екінші агрегаттық күйге өткенде оны құрайтын молекулалардың өздері өзгермейтінін баса айтып отырған дұрыс.

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.

Оқулықта механикалық жұмыс қарастырылған. Сондықтан оқушыларға механикалық жұмысты анықтайтын негізгі белгілерін айқындап беру керек. “Механикалық жұмысты” кейін “жұмыс” деген қысқаша терминмен ауыстыратындығымызды айта отырып, оны анықтайтын екі белгіге көңіл аударылады. Оның біріншісі – денеге әрекет ететін күш, ал екіншісі- дененің сол күш әрекетінен орын ауыстыруы. Осы екі белгі қатар орындалғанда ғана жұмыс атқырылады.

Осыдан кейін қорытынды ретінде қозғалыс бағытында әрекет еткен күш жұмысының анықтамасы мен формуласы және өлшем бірліктері беріледі. Қорытынды: жұмыс күш пен сол күш бағытында жүрілген жолдың көбейтіндісіне тең, яғни A=F*s .

Қуат ұғымы жұмыстың істелу жылдамдығы (қысқаша жұмыс жылдамдығы) ретінде сипатталады. Қуаттың: N=F* түрінде өрнегі оқушылар білуі тиіс. Бірақ оны бірден қорытып бермей-ақ есеп шығару барысында енгізуге болады. Қуаттың өлшем бірліктеріне тоқтала отырып, онымен байланыстыра жұмыстың киловатт-сағат (кВт-сағ), меговатт-сағат (МВт-сағ), гектоватт-сағат (гВт-сағ) деп аталатын өлшем бірліктеріне де тоқталған жөн.

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.

Табиғаттағы ұлы заң – энергияның айналу және сақталу заңы туралы алғашқы мағлұматтар беріліп, механикалық энергияның сақталу заңына кеңірек тоқталу керек. Осыған байланысты су және жел энергиялары туралы оқу фильмдерін пайдалана отрып, кеңірек әңгімелер қозғауға болады.

Жалпы алғанда “Энергия” тақырыбы бойынша 7-сынып оқушылары мына мәселелерді жақсылап ұғыну тиіс.

1. 
   Қандай жағдайда дене немесе денелер жүйесі механикалық энергияға ие болады.
   
2. 
   Механикалық энергияның қай түрі потенциялдық, қай түрі кинетикалық эненгияға жатады.
   
3. 
   Потенциялдық және кинетикалық энергиясы бар денелерге мысалдар келтіріп, формулалармен сипаттап беру.
   
4. 
   Механикалық энерияның бір түрінен екінші түріне айналуына мысалдар келтіріп, түсіндіру.
   
5. 
   Энергия бірлігін білу.
   
6. 
   Жұмыс істеу барысында дене (немесе денелер жүйесі) бір күйден екінші күйге өтетінін ұғыну: жүктің түсу барысында, серіппенің босңсу жағдайында, газдың ұлғаю процесінде, ұшқан дененің жылдамдығы өзгеруі салдарынан олардың әр түрлі күйлеріне әр түрлі энергия деңгейлері сәйкес келетінін түсіну.
   
7. 
   Жұмыс атқарылғанда дене энергиясының өзгеретінін білу. Энерия өзгерісінің шамасы атқарылған жұмысқа тең екенін терең бойға сіңіру.
   

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.
Жұмыс=күш х жол,немесе

Тек бұл формуладағы жол күш әсер етуші бағыттағы дененің жүрген жолы екендігіне оқушылардың назары жете аударылады,теріс жұмыс туралы ұғым ендірілмейді.

Мұнан кейін жұмыстың анықтамасы негізінде оның өлшем бірлігі енгізіледі:1Дж=1Н*1м. Бұл бірлік өлшемі көрнекі болуы үшін,оның массасы 100г денені бір биіктікке көтергенде жасалатын жұмыс екендігін айтып түсіндірген жөн.

Оқушылардың алған білімдерін пысықтау үшін бірнеше есептер шығару қажет. Әсіресе, дене горизонталь бағытпен қозғалған кездегі үйкеліс күшін жеңу жұмысын есептеуге арналған есептерге ерекше көңіл бөлу қажет.Бұл есептер қандай күштердің әсерінен жұмыс жасалатындығын ,қандай күштердің әсерінен жұмыс жасалынбайтындығын ашып көрсетуге қолайлы.Мысал ретінде мынадай есепті қарастырайық.

Алдымен ол денеге қандай күштің әсер етіп тұрғандығын ажыратып алу керек.Сонан соң сызба салынады.

Білеушені қозғау үшін тек тарту күшінің әсер жасап тұрғандығы түсіндіріледі.Ол күшті динамометрмен,ал жүрілген жолды сызғышпен өлшеп,жасалған жұмысты формуласының көмегімен есептейді. Мұндағы –ауырлық күші,-тіреудің реакциясы, Fү-үйкеліс күші, -тарту күші.

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.