ЭЛЕКТРОДИНАМИКА БӨЛІМІНІҢ ОҚЫТУДЫҢ ӘДІСТЕМЕЛІК ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА БӨЛІМІНІҢ ОҚЫТУДЫҢ ӘДІСТЕМЕЛІК ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ

Егембердиева София Шаймерденовна

физика-математика ғылымдарының кандидаты, доцент, М.Х.Дулати атындагы Тараз өңірлік университеты,

Қазақстан, Тараз

Кушкимбаева Бибара Жайлаубаевна

 физика-математика ғылымдарының кандидаты, доцент, М.Х.Дулати атындагы Тараз өңірлік университеты,

Қазақстан, Тараз

Ермаханова Сымбат Бекежановна

магистрант  М.Х.Дулати атындагы Тараз өңірлік университеты,

Қазақстан, Тараз

Жантурина Аида Қуантайқызы

оқытушы  М.Х.Дулати атындагы Тараз өңірлік университеты,

 Қазақстан, Тараз

METHODOLOGICAL FEATURES OF THE STUDY OF THE ELECTRODYNAMICS SECTION

Sofia Egemberdieva

Candidate of physical and mathematical sciences, associate professor, Taraz Regional University named after M.H Dulati,

Kazakhstan, Taraz

Bibara Kushkimbaeva

Candidate of physical and mathematical sciences, associate professor, Taraz Regional University named after M.H Dulati,

 Kazakhstan, Taraz

Symbat Ermahanova

graduate student, Taraz Regional University named after M.H Dulati,

Kazakhstan, Taraz

Aida Zhanturina

teacher, Taraz Regional University named after M.H Dulati,

 Kazakhstan, Taraz

АҢДАТПА

Бұл жұмыста орта мектепте “Электродинамика” бөлімін , “Тұрақты ток” заңдарын,“Электр және магнит өрістерін салыстыру арқылы оқытудың” ерекшеліктері қарастырылған.

ABSTRACT

In this paper, the features of studying the section “Electrodynamics” in high school, the laws of “direct current”, “comparison of electric and magnetic fields" are considered.

Түйінсөздер: ток күші, кернеу, электір қозғаушы күш, магнит өрісі, магнит индукциясы, кедергі.

Keywords: current strength, voltage, electromotive force, magnetic field, magnetic induction, resistance.

Электродинамиканың техникадағы сан алуан қолданулары электр энергиясын өткізгіш сымның бойымен алысқа жеткізуге болатынына, оны тұтынушыларға бөліп тарату және онша күрделі емес құрылғылардың көмегімен энергияның бір түрін кез-келген басқа түрге, жарық энергиясына түрлендіру тоғы басқа мәселелерге негізделген.

Қазіргі кезде электрлік жарықтандыру, қыздырғыш электр құралдары, телеграф, радио, теледидар және басқа да физикалық құралдар тұрмыста кеңінен қолданыс табуда. Фабрика мен зауыттарда, шахта мен рудниктерде электрлік двигательдер әр түрлі станоктар мен механизмдерді қозғалысқа келтіреді. Электр тогы қала транспортында, темір жолдарда, әрине ауыл шарушылығында кеңінен қолданылады.

Мектепте электродинамика бөлімін оқыту «электр өрісі» тақырыбынан басталады. Бұл тақырыпты оқытудың басты мақсаты мен маңызы сол-оқушылар тақырыпты оқу нәтижесінде алғаш рет материяның екінші түрі болып табылатын «өріс» ұғымымен танысады. «Электр өрісі» тақырыбын оқу арқылы олардың диалектика-материалистік көзқарасы кеңейе түседі.

Электростатикалық өріс ұғымымен оқушылардың танысуы – электромагниттік өріс ұғымын енгізудің бірінші сатысы.

Электр тогының магнит өрісі «электродинамика» бөлімінің негізгі тарауларының бірі болып табылады. Сондықтан да электр тогының магнит өрісін оқыту әдістемесінің ғылыми деңгейінің жоғары болуы ғылыми мәселелерді әлеуметтік және жеке тұлғалық мәні бар міндеттер тұрғысынан сапалы түрде қарастыра алатын, табиғат және өмір құбылыстарын тереңірек түсінетін, ақпаратпен сапалы түрде жұмыс жасайтын жан-жақты дамыған, ой-өрісінен азаматты тәрбиелеуде маңызы өте зор[1].

Электр тогының магнит өрісін өз дәрежесінде оқыту нәтижесінде оқушылар зарядтар мен токтар арасындағы өзара әсерлерді жүзеге асыратын магнит өрісінің пайда болу фактілерін; Био-Савар-Лаплас, Ампер заңдарын, Ампер және Лоренц күштерінің бағытын анықтауға арналған ережелерді магнит өрісінің электр өрісінен өзгешелігін,яғни магнит өрісінің күш сызықтарының тұйықталған, сипаты құйынды екендігін, табиғатта магниттік зарядтардың болмайтындығын, магнит күштері индукция векторының бойымен емес, оған перпендикуляр бағытталатынын, магнит өрісі тек қозғалыстағы зарядтарға әсер ететінін толығымен ұғынады

Электростатика бөлімінің ғылыми және оқыту әдістемесі деңгейінің жоғары болуы алда тұрған көптеген мәселелерді шешуге мүмкіндік берді. Электростатика бөлімін оқыту барысында оқушылар электродинамикадағы ең іргелі ұғымдардың бірі-электр зарядымен, электр өрісінің негізгі сипаттамаларымен, электр зарядының сақталу заңымен, зарядтардың өзара әсерлесу заңы-Кулон заңымен т.с.с. танысады.  

Сонымен қатар, жоғарыда көрсетілген тақырыптарды оқу барысында оқушыларда магнит өрісінің материялығы жөнінде ұғым қалыптасады. Тағы бір ескертетін жағдай, мұнда электродинамика мен Ньютон механикасын салыстыра отырып, электродинамиканың ерекшеліктері ашылып көрсетіледі. Мысалы, параллель токтардың өзара әсерлесуін бақылау нәтижесінде, оқушылар өткізгіштер арқылы өтетін токтың бағыты бірдей болғанда олардың бір-біріне тартылуын, қарама-қарсы болғанда тебілуінің себебін түсіндіре алмайды. Бұл жерде механикада қарастырылмайтын табиғаты электромагниттік күштердің пайда болатындығы, жақыннан әсер ету принципі жөніндегі оқушының көзқарасы қалыптасады.

Тұрақты ток заңдарын жоғары ғылыми-әдістемелік деңгейде оқытудың нәтижесінде электр тогы, электр қозғаушы күш, кернеу ұғымдарын, токтың әр түрлі әсерлері фактілерін, тізбек бөлігіне және толық тізбекке арналған Ом заңын, өткізгіштерді тізбектей және параллель қосу заңдылықтарын, токтың жұмысы мен қуатын, Джоуль-Ленц заңын пайдаланып, тұрақты электр тогы тізбегіне арналған есептер шығаруға, амперметр, вольтметр авометр өлшегіш приборларын қолдана білу іскерліктері мен дағдылары қалыптасады[2].

Сондықтан, “Тұрақты ток заңдары”, «Электр тогының магнит өрісі», электродинамика бөліміндегі ерекше маңызы зор тараулардың бірі болғандықтан оны оқытудың әдістемелік ерекшеліктері қарастырылады.

Электродинамиканың техникадағы сан алуан қолданулары электр энергиясын өткізгіш сымның бойымен алысқа жеткізуге болатынына, оны тұтынушыларға бөліп тарату және онша күрделі емес құрылғылардың көмегімен энергияның бір түрін кез-келген басқа түрге, жарық энергиясына түрлендіру тоғы басқа мәселелерге негізделген.

Қазіргі кезде электрлік жарықтандыру, қыздырғыш электр құралдары, телеграф, радио, теледидар және басқа да физикалық құралдар тұрмыста кеңінен қолданыс табуда. Фабрика мен зауыттарда, шахта мен рудниктерде электрлік двигательдер әр түрлі станоктар мен механизмдерді қозғалысқа келтіреді. Электр тогы қала транспортында, темір жолдарда, әрине ауыл шарушылығында кеңінен қолданылады.

 Мектепте электродинамика бөлімін оқыту «электр өрісі» тақырыбынан басталады. Бұл тақырыпты оқытудың басты мақсаты мен маңызы сол-оқушылар тақырыпты оқу нәтижесінде алғаш рет материяның екінші түрі болып табылатын «өріс» ұғымымен танысады. «Электр өрісі» тақырыбын оқу арқылы олардың диалектика-материалистік көзқарасы кеңейе түседі.

Электростатикалық өріс ұғымымен оқушылардың танысуы – электромагниттік өріс ұғымын енгізудің бірінші сатысы.

Электр тогының магнит өрісі «электродинамика» бөлімінің негізгі тарауларының бірі болып табылады. Сондықтан да электр тогының магнит өрісін оқыту әдістемесінің ғылыми деңгейінің жоғары болуы ғылыми мәселелерді әлеуметтік және жеке тұлғалық мәні бар міндеттер тұрғысынан сапалы түрде қарастыра алатын, табиғат және өмір құбылыстарын тереңірек түсінетін, ақпаратпен сапалы түрде жұмыс жасайтын жан-жақты дамыған, ой-өрісінен азаматты тәрбиелеуде маңызы өте зор.

Электр тогының магнит өрісін өз дәрежесінде оқыту нәтижесінде оқушылар зарядтар мен токтар арасындағы өзара әсерлерді жүзеге асыратын магнит өрісінің пайда болу фактілерін; Био-Савар-Лаплас, Ампер заңдарын, Ампер және Лоренц күштерінің бағытын анықтауға арналған ережелерді магнит өрісінің электр өрісінен өзгешелігін,яғни магнит өрісінің күш сызықтарының тұйықталған, сипаты құйынды екендігін, табиғатта магниттік зарядтардың болмайтындығын, магнит күштері индукция векторының бойымен емес, оған перпендикуляр бағытталатынын, магнит өрісі тек қозғалыстағы зарядтарға әсер ететінін толығымен ұғынады [3].

Электростатика бөлімінің ғылыми және оқыту әдістемесі деңгейінің жоғары болуы алда тұрған көптеген мәселелерді шешуге мүмкіндік берді. Электростатика бөлімін оқыту барысында оқушылар электродинамикадағы ең іргелі ұғымдардың бірі-электр зарядымен, электр өрісінің негізгі сипаттамаларымен, электр зарядының сақталу заңымен, зарядтардың өзара әсерлесу заңы-Кулон заңымен т.с.с. танысады.  

  Сонымен қатар, жоғарыда көрсетілген тақырыптарды оқу барысында оқушыларда магнит өрісінің материялығы жөнінде ұғым қалыптасады. Тағы бір ескертетін жағдай, мұнда электродинамика мен Ньютон механикасын салыстыра отырып, электродинамиканың ерекшеліктері ашылып көрсетіледі. Мысалы, параллель токтардың өзара әсерлесуін бақылау нәтижесінде, оқушылар өткізгіштер арқылы өтетін токтың бағыты бірдей болғанда олардың бір-біріне тартылуын, қарама-қарсы болғанда тебілуінің себебін түсіндіре алмайды. Бұл жерде механикада қарастырылмайтын табиғаты электромагниттік күштердің пайда болатындығы, жақыннан әсер ету принципі жөніндегі оқушының көзқарасы қалыптасады.

Тұрақты ток заңдарын жоғары ғылыми-әдістемелік деңгейде оқытудың нәтижесінде электр тогы, электр қозғаушы күш, кернеу ұғымдарын, токтың әр түрлі әсерлері фактілерін, тізбек бөлігіне және толық тізбекке арналған Ом заңын, өткізгіштерді тізбектей және параллель қосу заңдылықтарын, токтың жұмысы мен қуатын, Джоуль-Ленц заңын пайдаланып, тұрақты электр тогы тізбегіне арналған есептер шығаруға, амперметр, вольтметр авометр өлшегіш приборларын қолдана білу іскерліктері мен дағдылары қалыптасады.

Сондықтан, “Тұрақты ток заңдары”, «Электр тогының магнит өрісі», электродинамика бөліміндегі ерекше маңызы зор тараулардың бірі болғандықтан оны оқытудың әдістемелік ерекшеліктері қарастырылады.

Электродинамика бөлімінің мазмұны

Қазіргі кездегі физика курсының сипаттық ерекшелігіне барлық оқу материалдарын бірнеше фундаменталдық теориялардың айналасында топтастыру жатады.

«Электродинамика» бөлімінде ондай теорияларға Максвеллдің электромагниттік өрісі жөніндегі түсінігі және классикалық электрондық теория жатады.

Мектептегі физика курсының «Электродинамика» бөлімінің оқу материалдары осы бөлімнің ғылыми негіздерінен тұрады.

Орта мектепте классикалық электродинамика негіздерін оқыту жөнінде әңгіме болуы мүмкін. Бұл теорияны меңгеру үшін екі сұрақтың топтамаларын зерттеу қажет: электр және магнит өрістерінің қасиеттері, тұрақты ток заңдары, әр түрлі ортадағы электр тогының заңдылықтары.

Мектептегі физика курсының оқу материалдарын сараптаудағы дидактикалық талаптарды еске ала отырып бөлімнің құрамына кіретін сұрақтар топтарын қарастырайық.

Бірінші сұрақтар тобында оқушылар Максвеллдің электромагниттік өрісі туралы түсініктің идеясымен танысу тиісті.

Бұл ілімнің құрамын қысқа түрде Максвелл теңдеуі көрсетеді, ол электротехника негіздерін, радиотехникалы және электромагниттік құбылыстар теориясын құрайды.

Максвелл теңдеуін түсіну үшін қолданылатын күрделі математикалық өрнектер оны орта мектепте оқуға мүмкіндік бермейді. Сонымен бірге оқушыларды электромагниттік өріс жөніндегі ілім идеяларымен таныстыруға болады.

Электродинамиканың екінші сұрақтар тобына әр түрлі ортадағы электр тогының заңдылықтары жатады. Электролиз заңын қоспағанда бұл сұрақтар классикалық электрондық теорияның негіздерінде қарастырған тиімді және де сапалық жағынан қарастырған жөн.

Бұл бөлімде белгілі бір физика идея – қозғалыстың салыстырмалылығы ары қарай қарастырылады. Бұл жерде электр және магнит өрістері электромагниттік өрісті құрайтыны көрсетіледі.

Заттардың электрлік және магниттік қасиеттерін, әртүрлі ортадағы электр тогын оқыту оқушылардың заттардың құрамы жөніндегі білімін тереңдете түседі және де атомдар құрамына кіретін бөлшектер, олардың қозғалыстары мен өзара әсерлері жөнінде көзқарастарын қалыптастырады. Электр және магнит өрістері жөніндегі оқушылардың алған ілімдері электромагниттік өрістің материалды екенін түсінуге мүмкіндік береді [4].

Зарядтардың сақталу заңын оқыту табиғаттағы өзгерістер мен сақталулардың бірлігі жөніндегі оқушылардың көзқарастарын қалыптастырады.

Табиғаттағы құбылыстарды танып білу барысындағы көзқарастарды қалыптастыру үшін, теория негіздерінде құрылған модельдерді қолдану үлкен роль атқарады. Бұл жерде нүктелік заряд, шексіз біркелкі зарядталған жазықтың модельдері жөнінде айтуға болады.

Методикалық ерекшеліктері туралы қорытындыны электр және магнит өрістерінің материалдылығы, дүниені танып білу, оның қасиеттерінің сарқылмастығы, тану процесінің негіздігі және т.б. материалдарды оқытылған соң жасалғаны дұрыс.

«Электродинамика» бөлімінде оқушыларға политехникалық білім алуға мүмкінділігі қарастырылуы қажет. Барлық бөлімді оқыған кезде, әсіресе «Электромагниттік индукция» тақырыбын оқыған кезде электр энергиясын шығару, тасымалдау және қолдану негіздерін түсіндіреді.

Әр түрлі ортадағы токты зерттеу криогендық генераторларда асқын өткізгіштікті қолданудың физикалық негіздерін, түсті металдарды алудағы электролизді қолдануды, ұшқын разрядтарды металлургияда және металдарды өңдеу технологиялық процестерінде пайдалануды, тәжі разрядты электрофильтрлерде қолдануды, күшті электрондық шоқтарды металдарды вакуумде балқытуды және өңдеуді түсіндіреді. Вакуумдағы, газдағы және жартылай өткізгіштегі токтарды оқыту оқушыларға радиоэлектрондық қондырғылардың мынадай бөліктерімен танысуға мүмкіндік береді: вакуумдық диод пен триод, электронды сәулелі түтікше, және де микроцессорлық техниканың құрылымына кіретін жартылай өткізгішті диод, терморезистор, фоторезистор, транзистор.

Осы айтылған сұрақтарды оқыту сыныптың физика курсына маңызды практикалық бағыт береді. Егерде осы сұрақтар курстық тиісті тақырыптарында ғылыми-техникалық прогрестік маңызды бағыттары ретінде жүйелендіріп және қорытындыландырып отырса, оқытудың тиімділігін әлдеқайда арттыруға болар еді.

Электродинамиканы оқытудың кейбір педагогикалық принциптері.

Оқытылатын материалдың құрамын ойдағыдай игеру сабақ беру кезінде оқушының танымдық әрекеттерін көтеретін дидактикалық әдістерді кеңінен пайдаланылғанына байланысты. Бұған ерекшеліктері ұқсас түсініктерді, құбылыстарды, заңдылықтарды салыстыру әдістері, анологтар мен модельдерді, демонстрциялық тәжірибелерді қолдану және т.б. жатады. Ұқсастық және айырмашылық белгілерін салыстыру, іздестіру білімді игеру процесінің маңызды бөлігі болып есептеледі. Сұрақтарды игеру үшін ерекше маңызы бар салыстыру әдістері электродинамика бөлімінде көптеп кездеседі. Мысалы, Кулон заңын және бүкіл әлемдік тартылыс заңын, магнит және электр өрістерін, әр түрлі ортада электр токтарын салыстыру.

Жоғарыда айтылғандай, электродинамиканы оқыту әдістемесінде анологтар мен модельдерді қолдану үлкен орын алады. Ғылым саласында аналогтарды көп ғалымдар қолданады. Аналогияны қолдана отырып Максвелл электромагниттік өріс жөніндегі ілімнің негізгі болатын тамаша теңдеуін алған. Ол өзінің атымен аталған ток күшімен кернеуліктің арасындағы байланыстығын анықтайтын заңды алу үшін электр тогымен су ағысының аналогиясын қолданған.

Күрделі құбылыс пен заңдылықтарды түсіндіру үшін оқыту барысында аналогтар қолданылады. Бақылау арқылы түсіне алмайтын құбылыстарды зерттеуде аналогты қолдану ерекше пайдалы. Электр тогын көлбеу винттік науа арқылы, қозғалған шариктің аналогы арқылы ток көзінің ролі, ЭҚК түсінігін енгізу және ток тізбегін қарастырғанда кездеседі. Магнит өрісін оқу барысында көп түсініктер аналогиясы арқылы жеткізіледі. Аналогия термоэлектрондық эмиссияны (сұйықтың булануы), өздік индукция құбылысын (инерция), ЭҚК пайда болуын, тізбекті ажыратқандағы өздік индукцияны (гидравликалық соғу) оқыту барысында қолданылады.

Электродинамиканы оқытуда модельдерді қолданудың ерекше маңызы бар. Бұл атомдардағы, электрондардағы, иондардағы анық бақыланбайтын бөлшектер туралы ұғымдарды көрсететін модельдер. Мысалы, металдағы токтарды қарастырғанда электрондық газ көрінісінің моделі қолданылады, ол жерде электрондарды электр заряды бар материалдық нүкте ретінде қарастырады. Сонымен бірге бұл модельде металдағы электрондардың қасиеттерін түсіндіруге ескерілмейтін жағдайларды оқушыларға түсіндіру қажет [5].

Тікелей бақылауға жатпайтын құбылыстарды аналог пен модельдерден басқа оқу кинофильмдері қолдану арқылы түсіндіріледі.

Адамның ойлау процесі белгілі бір проблемалық жағдайлар кезінде дәлел түсетіні белгілі. Бұл маңызды жағдайды оқыту процесі кезінде естен шығармау қажет. Электродинамиканы оқыту барысында проблемалық жағдай жасаудың тиімді әдісіне кейбір тәжірибелер мен эксперименттік есептер жатады. Мұндай тәжірибелерде көрсетілген құбылыстар бір қарағанда оқушылардың бұрын алған ілімдеріне қарама-қайшы болып көрінуі мүмкін не болмаса алған білімдерінің негізінде түсініктеме қажет етеді. Мысалы, қыздыру лампасы үшін тәжірибе арқылы алынған вольт-амперлік сипаттамасы қисық сызық болады, металл өткізгіштегідей түзу болмайды. Қарама-қайшы болып көрінген құбылысты анықтау үшін оқушылардың алдында өткізгіштер кедергісінің температураға тәуелділігін оқу керектігін кою керек.

Электродинамика оқытудағы тәжірибелер.

Физиканы оқу барысында оқушылар негізгі құбылыстарды, заңдарды, теорияларды және оны қолдануды игеріп қана қоймай, сонымен бірге ғылымның тәжірибелік және теориялық әдістерімен танысуы қажет. Осы әдістер оқу процесінде сәтті үйлестірілсе ең жақсы педагогикалық нәтижелер береді.

Физика курсының барлық бөлімдерінің ішінде тәжірибелер кеңінен қолданылатын бөлім – электродинамика. Бұл оқытушыға электродинамика сабағын жүргізу кезінде түрлі құбылыстарды, жаңа ұғымдарды, заңдарды көрсеткен кезде тәжірибелерге сүйене өткізуге болады. Ғылымның дамуында іргелі тәжірибелер орны ерекше. Мұндай тәжірибелерді оқытуға ерекше көңіл аударылу қажет.

Электродинамика бөлімін оқыту барысында мынадай іргелі тәжірибелік жұмыстар қарастырылу қажет:

-зарядтардың өзара әсерлесу жөніндегі Кулон тәжірибесі;

-электр тогының магнит стрелкасына әсері туралы Эрстед тәжірибесі;

-тогы бар өткізгіштердің өзара әсері жөніндегі Ампер тәжірибесі;

-Ом тәжірибесі негізінде анықталған ток күшінің кернеуге байланыстылығы.

-электромагниттік индукция және электролиз туралы Фарадей тәжірибесі;

-электронның зарядын Милликен тәжірибесі арқылы өлшеу және электрдің атомдық құрылысын көрсететін Иоффе тәжірибесі;

-металдардың өткізгіштігінің электрондық табиғатын дәлелдейтін Толмен-Стюарт және де Мандельштам мен Папелекси тәжірибелері;

Бұл тәжірибелердің көпшілігін мектептегі зертхана қондырғыларында көрсетуге болады. Мектеп зертханаларында көрсетуге мүмкіндігі болмайтын Милликен, Толмен-Стюарт тәжірибелерін оқу кинофильмдері, плакаттар және тағы басқа көрнекті құралдар арқылы түсіндірілуі қажет. Сабақта көрсетілген тәжірибелер:

-алдын-ала проблемалық сұрақтар қойылса;

-осы тәжірибе арқылы тексерілетін гипотеза дәлелденсе;

-тәжірибелердің нәтижелері интерпретация жасалса;

-тәжірибелердің нәтижелері талдап қорытылса;

ол қойылған мақсатына жетті деуге болады.

Тәжірибелерді көрсетумен бірге кеңінен кинофильмдер, диафильмдер, диапозитивтер, кестелер қолданылуы қажет. Бұлар әсіресе тікелей бақылауға болмайтын құбылыстарды түсіндіру кезінде қолданылады. Электродинамика бөлімінде мұндай сұрақтарға ортадағы электр тоғы мен заттардың магниттік қасиеттері туралы тақырыптар жатады.

Тұйық тізбек үшін Ом заңын оқыту әдістемесі

Двигательдер, электр шамдары және әр түрлі ток тұтынушылардың қалыпты жағдайда жұмыс істеулері ондағы ток күшінің белгілі бір мәнінде мүмкін болады. Олай болса, ток көзіне приборларды қосқанда ток күші неге байланысты болады деген орынды сұрақ туындайды.

Егер ток тұтынушылар ток көзіне қосылған болса, онда ондағы кернеу белгісіз және оның шамасы ток көзіне әр түрлі тұтынушылар жалғанған болса өзгеріп отырады. Мұны тәжірибеде көрсетуге болады.

1-суретте көрсетілген вольтметр тізбектегі кернеуді көрсетеді. Реостат арқылы кедергіні арттырса соған сәйкес ток көзінің полюсіндегі кернеу де өзгереді. Олай болса, кернеу ток көзіне ғана емес сыртқы кедергіге де байланысты болады екен. Оқушылар алдына қойылған осы проблема Ом заңын қорытуды қарастыруға алып келеді.

Тізбекті тұйықтаған сәтте электр зарядтарының қозғалысы басталады. Тізбектің сыртқы бөлігінде электростатикалық өріс әсерінен оң зарядталған бөлшектер ток көзінің оң полюсінен теріс полюсіне қозғалады.

Бұл жағдайда зарядталған бөлшектердің энергиясы сыртқы тізбектің кедергісі салдарынан оны қыздыруға жұмсалады.

Тосын күштер әсер ететін ток көзінің ішінде оң зарядтар электростатикалық өріске қарама-қарсы теріс полюстен оң полюске қарай қозғалады. Тізбектің ішкі бөлігінің кедергісі болғандықтан энергия ток көзінің ішінде жұмсалады.

Тізбектің сыртқы бөлігіндегі электростатикалық өріс күштерінің жұмысы ток көзінің ішіндегі өріске қарсы істелетін жұмысқа тең, таңбасы жағынан қарама-қарсы болады. Тізбектің барлық бөлігіндегі электростатикалық өріс күштерінің толық жұмысы нольге тең екені оқушыларға белгілі. Сондықтан тізбекте ешқандай өзгерістер болмаса, онда ток көзіндегі тосын күштердің жұмысы тізбекте бөлініп шығатын жылу мөлшеріне тең

Тізбекте ток өткенде онда бөлініп шығатын жылу мөлшері

Ток көзіндегі тосын күштердің жұмысы

жағынан қарама-қарсы болады. Тізбектің барлық бөлігіндегі электростатикалық өріс күштерінің толық жұмысы нольге тең екені оқушыларға белгілі. Сондықтан тізбекте ешқандай өзгерістер болмаса, онда ток көзіндегі тосын күштердің жұмысы тізбекте бөлініп шығатын жылу мөлшеріне тең

Тізбекте ток өткенде онда бөлініп шығатын жылу мөлшері

Ток көзіндегі тосын күштердің жұмысы

электростатикалық өріс күштерінің толық жұмысы нольге тең екені оқушыларға белгілі. Сондықтан тізбекте ешқандай өзгерістер болмаса, онда ток көзіндегі тосын күштердің жұмысы тізбекте бөлініп шығатын жылу мөлшеріне тең

Тізбекте ток өткенде онда бөлініп шығатын жылу мөлшері

Ток көзіндегі тосын күштердің жұмысы

Электр қозғаушы күшінің анықтамасы бойынша

Олай болса  екенін ескерсек

 , 

 - толық кедергі

r – тізбектің ішкі кедергісі, R - тізбектің сыртқы кедергісі

Тұйық тізбек үшін Ом заңын қорытқан соң, тізбектегі ток күшінің неге байланысты екеніне жауап беруге болады.

Көпшілік жағдайда оқушылар Ом заңының формуласын білгенімен, тізбектегі ток Э.Қ.К. ішкі кедергіге және тізбектің сыртқы кедергісіне тәуелді екенін дұрыс біле бермейді.

Сонымен қатар оқушылар ток көзінің ішкі кедергісінің маңызын, полюстер арасындағы кернеудің тұрақты емес екенін және оның алдын - ала берілмейтінін, тізбектің сыртқы кедергісіне едәуір байланысты болатынын жақсы түсінбейді. Мысалы, 3,5 В кернеуге есептелген лампочка қалта фонарының батарейкасына қосқанда, батарейканың ұшындағы кернеу 4,5 В болғанымен оның не себепті әлсіз жанатынын түсіндіре алмайды.

Ток көзінің электр қозғаушы күші мен сыртқы тізбекпен тұйықталған полюстер арасындағы кернеудің айырмашылығын білу үшін мынадай тәжірибе көрсету қажет.

Индукциялық генераторға 127 В кернеуге есептелген, қуаты 10-15 Вт жарықтандырғыш лампаны жалғайды. Лампа жанады. Содан кейін, бұл лампаны 3,5 В есептелген қалта фонарымен алмастырғанда ол жанбайды.

Кез-келген ток тұтынушылар (берілген жағдайда лампа) өздеріне есептелген ток өткен кезде ғана қалыпты режимде жұмыс істейді. Сыртқы тізбектегі ток күші ондағы кернеуге байланысты. Лампадағы кернеу ток көзінің Э.Қ.К. және кедергісі белгілі жағдайда төмендегідей анықталады.

Мұндағы  - сыртқы тізбекті кернеудің түсуі, ал  - ток көзінің ішкі кедергісіндегі кернеудің түсуі. Егер  болса  болады.

Жоғарыда бірінші жағдайда лампаның кедергісі , сондықтан лампаның жануы үшін ондағы кернеу жеткілікті.

Екінші жағдайда қалта фонары лампасының кедергісі , сондықтан ондағы кернеу лампаның жануы үшін жеткіліксіз.

Кернеудің едәуір бөлігі тізбектің ішкі бөлігіне сәйкес келеді. Бұл жағдайда тізбектің ішкі бөлігіндегі кернеудің түсуі ток көзінің Э.Қ.К. тең болады. Мұнда оқушылар ток көзінің ішкі кедергісі қаншалықты маңызды роль атқаратынын көреді.

Ток көзі бірдей болғанда тізбектегі ток шамасы тек тізбектің сыртқы кедергісіне байланысты болады. Егер  ток күші максимум,  болса ток күші минимум болады.

 қысқаша тұйықталуға сәйкес келеді.

Формуладан қысқаша тұйықталу кезінде ток күші ток көзінің Э.Қ.К. арқылы ғана емес ішкі кедергісі арқылы да анықталатынын көріп отырмыз. Ішкі кедергісі үлкен ток көздері үшін қысқаша тұйықталу тогы көп болмайды, сондықтан ол қауіп төндірмейді. Егер ток көзінің ішкі кедергісі аз болса, қысқаша тұйықталу тогы үлкен болады да ток көзі істен шығып қалады.

Екінші шекті жағдайға тізбектің тұйықталмауы сәйкес келеді. Бұл жағдайда ток күші нольге тең болады, ток көзінің ішкі кедергісі болмайды, ток көзінің полюстерінің ұштарындағы кернеу Э.Қ.К. тең болады.

Кернеуді және электр қозғаушы күшін өлшеу

Оқушылар тұйық тізбек үшін Ом заңын оқығанда ток көзінің электр қозғаушы күші мен ішкі кедергісін анықтайтын лабораториялық жұмыс жасау керек.

Бұл жұмысты орындағанда тізбекті тұйықтамай тұрып, ток көзінің полюстеріне вольтметрді жалғап, Э.Қ.К. өлшейді.

Тұйық тізбек үшін Ом заңынан

Егер R>>r болса, онда ішкі кедергіні ескермеуге болады, сонда . Тізбек бөлігі үшін Ом заңынан  - кедергісі  тізбек бөлігі үшін кернеуді береді. Олай болса, сыртқы тізбектің ұштарындағы кернеуді өлшеу арқылы ток көзінің Э.Қ.К. өлшейді. Ток көзінің ішкі кедергісіне қарағанда тізбектің сыртқы кедергісі неғұрлым көп болса, өлшеу нәтижесі соғұрлым дәлірек болады. Егер тізбек тұйықталмаған болса, Э.Қ.К. дәл өлшенеді. Сонымен тізбек тұйықталмаған кезде ток көзінің полюстерінің арасындағы кернеу Э.Қ.К. тең.

Бұл кернеуді қалай өлшеуге болады деген орынды сұрақ туындайды. Ток көзінің полюстеріне вольтметрді жалғағанда тізбек вольтметр арқылы тұйықталады. Вольтметрдің кедергісі неғұрлым үлкен болса, оның көрсетуі соғұрлым көбірек ток көзінің Э.Қ.К. жуықтайды.

Оқушыларға ток көзінің Э.Қ.К. осылайша дәл өлшеуге болатындығын көрсету үшін төмендегі көрсетілген есепті шығарту қажет.

Егер ток көзіне жалғанған вольтметрдің көрсетуі 4В болса, онда Э.Қ.К. өлшеуде қандай қателік жіберілген? (r=0,5 Ом; R=200 Ом)

Вольтметрді ток көзінің полюстеріне жалғағанда тізбек тұйықталады да оның көрсетуі Э.Қ.К. Jr шамасына кем болады.

Тізбектегі ток күші

Онда

₀

Сөйтіп Э.Қ.К. өлшегендегі салыстырмалы қателік 0,25% болады. Вольтметрдің бір бөлігінің құны 0,2 В. Олай болса, 0,01 В қателік ол приборда байқалмайды.

Бұл есепті шығарған соң оқушылардың назарын мынадай мәселеге аудару қажет. Вольтметр мен амперметрдің жұмыс істеу принциптері бірдей болғандықтан вольтметр тізбектегі ток шамасын өлшейді. Тізбектің кез-келген бөлігіндегі кернеуді өлшеу үшін вольтметрді осы бөлікке параллель жалғау қажет.

Тұрақты ток заңдарын оқушыларға пысықтау үшін өткізгіштерді тізбектей және параллель жалғауға тұрақты токтың жұмысы мен қуатына, тізбекте ток өткенде бөлініп шығатын жылу мөлшеріне есептер шығару керек.

Сонымен бұл жұмыста оқушыларға Ом заңдарын қорытудың, Э.Қ.К. және кернеуді өлшеу мен түсіндірудің қарапайым түсінікті жолдары көрсетілді.

Сонымен қатар "Электродинамика" бөлімінің маңызды тақырыптары болып табылатын электростатикалық және стационарлық өрістермен салыстырғанда магнит өрісінің ерекшеліктері: магнит өрісінің құйынды екендігін, индукция сызыктарының тұйықталғандығын, магнит өрісі күштерінің центрлік еместігін түсіндірудің ерекшеліктері қарастырылды.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі:

1. Под ред. С.Я.Шамаша. Методика преподования физики в средней школе. Москва, Просвещение, 1998.
2. Под ред. С.Е.Каменецкого, Л.А.Ивановой. Методика преподавания физики в средней школе. Москва, Просвещение 1999.
3. Орехов В.П., Корж Э.Д. Преподавание физики. Москва, Просвещение 1998.
4. Құдайқұлов М., Жаңабергенов Қ. Орта мектепте физиканы оқыту әдістемесі. Алматы, Рауан, 1998.
5. Б. Тасболатұлы. Полимер физикасы негізінде орта мектеп курсын тереңдете оқытудың ғылыми-әдістемелік жүйесі. Монография, Алматы-2011.