Электродинамиканың көрнекілік тәжірибелерінің әдістемесі


Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3

1.Электродинамика ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6
1.1. Электромагниттік өрістің негізгі теңдеулері ... ... ... ... ... ... ... 8
1.2 . Электромагниттік толқындарды оқыту әдістемесі ... ... ... ... ... 9

2. Электродинамиканың көрнекілік тәжірибелерінің әдістемесі . 15
2.1 Өткізгіштің магнит өрісіндегі тербеліс әсері ... ... ... ... ... ... ... 15
2.2 Тыныштық қалыптағы өткізгішке магнит өрісінің әсері ... ... ... .. 18
2.3 Екі тұйық тізбектің өзара салыстырмалы қозғалыстарындағы
электромагниттік әсерлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 20

3 11.сыныпта Электромагниттік индукцияны оқыту әдістемесі . 22
3.1. Тәжірибелердің әдістемесі мен технологиясы ... ... ... ... ... ... ... 23
3.2 Магнит ағыны ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 23
3.3 Магнит ағынының тұйық тізбектен өту шарттары ... ... ... ... ... 25
3.4 Индукция тогының бағыты. Ленц ережесі ... ... ... ... ... ... ... ... . 25
3.5 Индукция тогының бағытын анықтау тәсілі ... ... ... ... ... ... ... 27

4. Құйынды ток әсерлерін көрнекілеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 30
4.1 «Қағбаның қара тасы» ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
4.2 Магнит төсеніш ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 33

5 Электромагниттік индукция заңы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 34
5.1 Айнымалы магнит өрісіндегі индукция ЭҚК ... ... ... ... ... ... ... ... . 34
5.2 Толқындарды көрнекілеу тәжірибелері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 36
5.3 Толқындардан ұзындығын өлшеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 37
5.4 Дыбыс резонансы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 38
5.5 Автотербелістер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 39

6 Электромагниттік тербелістерді көрнекілеу ... ... ... ... ... ... ... . 39
6.1 Жоғарғы жилікті тербелістердің әсерін көрнекілеу ... ... ... ... 39
6.2 Электромагниттік толқындардың таралу және қабылдау
қағидаларын көрнекілеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 40

7. Физика сабағының жоспарын құру тәсіліне бір мысал ... ... ... 42

8. Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 45
9. Пайдаланған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 46

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Көлемі: 41 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 500 теңге




Мазмұны

Кіріспе
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... 3

1.Электродинамика
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... 6
1.1. Электромагниттік өрістің негізгі теңдеулері
... ... ... ... ... ... ... 8
1.2 . Электромагниттік толқындарды оқыту әдістемесі ... ... ... ... ...
9

2. Электродинамиканың көрнекілік тәжірибелерінің әдістемесі . 15
1. Өткізгіштің магнит өрісіндегі тербеліс әсері
... ... ... ... ... ... ... 15
2. Тыныштық қалыптағы өткізгішке магнит өрісінің әсері ... ... ... .. 18
3. Екі тұйық тізбектің өзара салыстырмалы қозғалыстарындағы
электромагниттік әсерлері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 20

3 11-сыныпта Электромагниттік индукцияны оқыту әдістемесі . 22
3.1. Тәжірибелердің әдістемесі мен технологиясы
... ... ... ... ... ... ... 23
2. Магнит ағыны
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... 23
3. Магнит ағынының тұйық тізбектен өту шарттары ... ... ... ... ... 25
4. Индукция тогының бағыты. Ленц ережесі ... ... ... ... ... ... ... ... .
25
3.5 Индукция тогының бағытын анықтау тәсілі ... ... ... ... ... ... ...
27

4. Құйынды ток әсерлерін көрнекілеу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 30
1. Қағбаның қара тасы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 31
2. Магнит төсеніш
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... .. 33

5 Электромагниттік индукция заңы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 34
1. Айнымалы магнит өрісіндегі индукция ЭҚК
... ... ... ... ... ... ... ... . 34
2. Толқындарды көрнекілеу тәжірибелері
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 36
3. Толқындардан ұзындығын өлшеу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 37
4. Дыбыс резонансы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 38
5. Автотербелістер
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
39

6 Электромагниттік тербелістерді көрнекілеу
... ... ... ... ... ... ... . 39
1. Жоғарғы жилікті тербелістердің әсерін көрнекілеу ... ... ... ... 39
2. Электромагниттік толқындардың таралу және қабылдау
қағидаларын көрнекілеу
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 40

7. Физика сабағының жоспарын құру тәсіліне бір мысал ... ... ... 42
8. Қорытынды
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... . 45
9. Пайдаланған әдебиеттер тізімі
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 46

Кіріспе

Электродинамика негізі орта мектептің 10-11 сыныптарында толық
қамтылады. 10-сыныпта Электродинамиканың бастапқы бөлімі аталып -
электростатика (стационар күйдегі элементар зарядтардың физикасы), тұрақты
ток және электр, магнит индукциялары өтілсе, 11-сыныпта сол бөлімнің
жалғасы болып, қозғалыстағы элементар зарядтардың физикасы ретінде
қозғалыстағы зарядтардың заңдылықтары - Электродинамика өтіледі. Оған
электромагниттік индукция, электромагниттік тербелістер мен толқындар,
айнымалы электр тогы мен толқындық оптика және салыстырмалы теорияның
элементтері енген.
Қазіргі тіршілігіміздегі қолданбалы маңызы өте зор
Электродинамиканы екі сыныпқа бөлу физиканы оқыту әдістемесіне көптеген
қиыншылықтар тудыруда. Әрбір сыныпта өзіндік жүйелігі сақталған,
ерекшеліктері сараланып, топтастырылған физика курсының негіздері толық
қамтылып, аяқталып отырылуы қажет еді. Осы ойдың арқауына 9-сыныптың физика
оқулығының материалдары мысал бола алады.
Көрнекілік принципіне негізделіп құрылмаған Электродинамика әдістемесі
қазіргі заманның оқу үдерісінің мүдделерін қанағаттандыра алмайды. Себебі
электродинамика физика курсының политехникалық маңызы бар бірден бір ерекше
бөлігі. Техникалық сұраныстардың бәрі, дерлік электродинамика негізінде
құрылған. Ал оны оқыту көрнекілік тәжірибелерінсіз іске асуы мүмкін емес.
Электродинамиканы оқыту әдістемесі бір ғасыр аралығындағы даму
мерзімінде физика курсының ең негізгі, прогрессивті бөлімі болып
қалыптасты. Ғылыми-техникалық өркениеттің қарқынды дамуымен тығыз
байланыстағы физиканың бұл саласы (электродинамика) жылдан-жылға күрделеніп
келеді. Оны оқыту үлгісі де жаңа тұрғыда өзгеруде. Физикалық жаңа
заңдылықтардың ашылуы, жаңа физикалық құрылғылар мен қондырғылардың,
аспаптардың шығарылуы физиканы оқыту әдістемесінің көрнекілік принципін
дамытудың бірден-бір ұйытқысы болды.
Радиотербелістер мен толқындардың өмір дағдысына енді аяқ ала
бастағанында оны оқытып, көрнекілікпен көрсетіп баяндау мүмкіншіліктері
болмады. Бірақ болашаққа зор сенім артқан әдіскер физиктер өздерінің
шеберліктерін шыңдап, электродинамиканың қызықты құбылыстарын оқушыларға
көрнекілей білді. Совет әдіскер физиктері Е.Н.Горячкин, А.А.Покровский,
Г.И.Фалеев, Б.С.Зворыкин және электромагниттік тербелістерді,
электродинамиканы оқытудың көрнекілігін жасауға ерең еңбегімен ат салысқан
ғалым Н.М.Шахмаев болатын.
Мектеп физикасын оқыту үдерісіндегі көрнекілік принципінің
әдістемелік негіздерін жетілдіру электродинамика
бөлімдерін оқытудағы өзекті мәселелердің бірі. Сол себепті де Орта
мектепте электродинамиканы оқыту әдістемесінің көрнекілік принциптерін
жетілдіру атты диплом жұмысының тақырыбы актуалды екендігі айқын.
Зерттеудің мақсаты: орта мектепте физика сабағындағы Электродинамика
бөлімін оқытудағы көрнекілік тәжірибелерін пайдаланудың әдістемелері мен
қойылу тәсілдерін жетілдіру.
Зерттеудің нысанасы: Орта мектептің физика пәнінің
сабағындағы Электродинамика бөлімдерін оқытудағы пайдаланылатын көрнекілік
тәжірибелер.
Зерттеу тұлғасы:Орта мектепте электродинамика бөлімдерін оқытудағы
физикалық тәжірибелер.
Диплом жұмысының орындалу барысында біз мынадай болжамды басшылыққа
алдық: оқыту үдерісінің тиімділігін арттырудың ұтымды жолы ол
Электродинамиканы оқытудағы тәжірибе көрнекілеу үдерісін жетілдіру. Осыған
орай тәжірибелердің әдістемелерімен қойылу тәсілдерін жетілдіру келесі
жобалармен анықталды:
• әр сабақ және сабақтар жүйесі жоспарланып, жобаланды;
• болжанатын мақсаттар жүйесі анықталды;
• сабақта білуге қажетті тағлымдар карастырылды;
• көрнекілік тәжірибелер іріктеліп, қойылу тәсілдері анықталды;
• жетекші тақырыптардан электродинамикаға арналған тағлымдар оқушылар
есіне түсіріліп, көрсетілетін тәжірибелер дайындалып, қажеттісі
іріктеліп алынды.
Алға қойылған мақсаттарды жүзеге асыруға мүмкіншілік беретін болжамды
тексеру үшін келесі міндеттерді орындауды дұрыс деп таптық:
1) Электродинамика тағлымдары оқылатын орта мектеп
көлеміндегі сабақтардың мазмұнымен танысу;
2) Іріктеп алынған тақырыптардағы көрнекілік тәжірибелердің
тиімділік жақтарын анықтау;
3) Көрнекіленген тәжірибелердің әдістемелері мен қойылу
тәсілдеріиің ерекшеліктері.
Зерттеудің методологиялық негізін фәлсафа, психология, педагогика ғылымдары
саласындағы заңдылықтар, оқу үдерісінің көрнекілік, политехникалық
принциптері, білім мазмұны жөніндегі психологтар мен педагогтардың
зерттеулері, дидактика негіздері, оқушыларды тәрбиелей оқыту ілімі
негіздері құрады.
Орта мектепте электродинамиканы оқытудың көп жақты сипаты мен
қойылатын мақсат, шешілетін мәселелер жиынтығы зерттеудің жетік
әдістерін талап етеді; пән бойынша жасалған оқу бағдарламасымен,
оқулықтар және әдістемелік құралдармен танысу; №4 мектеп-интернаттың пән
мұғалімдерімен сұхбаттасу; мектептерде осы тақырыпты оқыту барысындағы
пайдаланатын физикалық тәжірибелердің қойылуын аңдау; зерттеу тәжірибелерін
жүргізіп, зерттеу нәтижесін бағалау.
Зерттеу жұмыстары Қазақтың мемлекеттік қыздар педагогика
институтының физика зертханаларында тәжірибе жұмыстары жүргізіліп, №.4
мектеп-интернатта өткен педагогикалық дағды кезінде таңдап алынған
тәжірибелер сабақ мазмұнына ендіріліп, оның анықтаушы бөлігі болып
қабылданды.
Диплом жұмысын қорғауға ұсынылатын қортындылар:
1. оқытушылардың өз қолдарымен аспаптар жасау мүмкіншіліктері
ескеріліп, олардың орындауларына берілген жобасы;
1. ұсынылған аспаптар мен көрнекі тәжірибелерді пайдалану
тәсілдері;
■ зерттеу барысында іріктеліп алынған көрнекілік тәжірибелерінің
жаңа әдістемелері;
Диплом құрылымы кіріспеден, негізгі төрт бөлімнен, қортындыдан суреттерден
және пайдаланған әдебиеттерден тұрады. Диплом жұмысының мазмұны
институтта өткен конференцияларда оқылып, кафедрада талқыланды.

І тарау.
Электродинамикадағы тербелістер мен толқындар тарауларын оқыту
ерекшеліктері.

Қазіргі әдістемелік деңгеймен топшылағанда оқытылуы қиынға соғатын
сабақтар да бар. Олар электромагниттік индукция мен электромагниттік
тербелістер мен толқындар. Мектеп физикасында бұл бөлім мұғалімдерден зор
кәсіби дайындық пен тәжірибе шеберлігін қажет етеді. Бұл тақырыпты ұғынудың
астары электростатика бөлімінен басталады. Мектеп физикасының
электромагниттік тербелістер мен толқындарды оқыту әдістемесі қызық та,
қиын да тақырып. Оқушылардың оған машықтығы зор. Бұл тақырыпты оқытуда
көрсетілетін әрбір көрнекілік тәжірибе оқушылардың назарын аудармай
қоймайды. Себебі тәжірибелер күндегі көріп жүрген физикалық кұбылыстарды
баяндайды, оның құпия сырларын ашып көрсетеді. Оқушыларды эфирде
радиотолқындардың таралу қағидалары, жаңбырдан кейінгі кемпірқосақтың пайда
болуы және асфальттағы жанармай тамшыларының жайылған үлдірі (пленка)
бетіндегі пайда болған түрлі түсті бояуларының физикалық құпиясы
қызықтырады.
Электромагниттік индукция, тербелістер мен толқындарды оқыту
әдістемесі ғасырымыздың басында-ақ басталып, оқыту үдерісін жетілдіруге
атсалысып келе жатқанымен де, жыл санап ғылыми-техниканың өркендеу
негізінде бұл тақырыпты оқыту да күрделеніп келеді. Мысалы ғасыр басында
радиотолқындар өмір дағдысында енді-енді аяқ ала бастағанда оны мектепте
тәжірибе жүзінде көрсету мүмкіншілігі болмады. Бірақ, болашаққа зор сенім
арытқан әдіскер-физиктер мойымай, өздерінің әдістемелік шеберліктерін
шыңдап, физиканың осы бір қызықты құбылысын мектеп тақтасы алдында
жандандыра түсті. Ресей әдіскер-физиктері Е.Н.Гарячкин, А.А.Покровский,
Г.И.Фалеев, Б.С.Зворыкин және электродинамика тақырыбын оқытуда ерең еңбегі
сіңген Одақтық ғалым Н.М.Шахмаев
болатұғын. Одақ кезінде мектепте физиканы оқыту әдістемесінің тәжірибе
көрнекілеуге арналған әдістемелік нұсқаулары да, техникалық құрал-
жабдықтары да жеткілікті еді. Ал қазір біздің Қазақстан мектептерінің
жағдайы мәз болмай отыр. Физикалық құрал-жабдықтар көнерген, істен шыққан,
жаңалары жоқ. Елімізде мектеп құралдарын шығарар зауыттар атымен жоқ.
Сондықтан қолдағы бар физикалық жабдықтарды пайдаланып, мұғалімдердің
әдістемелік шеберліктерін арттыра отырып, еліміздің жасөспірімдерін
болашақтың ғылыми-техникалық дәуірі кезінде физика ғылымынан кенде
қалмауына ат салысуымыз керек.
Жоғарыда айтылғандай, мектепте физиканы оқыту әдістемесінің түйінді
мәселелерін шешу мақсатында, 11-сыныптың бағдарламасындағы
Электродинамиканың Электромагниттік индукция, тербелістер мен
толқындар бөлімдері тақырыптарын оқьпу үдерісін жетілдіру мақсатымен
анықталған осы кішігірім әдістемелік құрал физика сабағында
электромагниттік индукция, тербелістер мен толқындардың физикалық
тағлымдарын көрнекілеу тәжірибелерінің әдістемелері мен қойылу тәсілдеріне
арналып, мектеп дидактикасының оқыту әдістемелерін жетілдіру үдерісіндегі
зерттеулердің өзекті мәселелерінің бірі екендігін ескертеді.
Орта мектепте физика сабағындағы Электромагниттік индукция,
тербелістер мен толқындарды оқытуда көрнекілік тәжірибелерін пайдаланудың
әдістемелерімен қойылу тәсілдерін жетілдіру әдіскерлердің басты мақсаттары
болып табылуда.
Оқыту үдерісінің тиімділігін арттырудың ұтымды жолы ол
Электромагниттік индукция, тербелістер мен толқындарды оқытудағы тәжірибе
көрнекілеу үдерісін жетілдіру. Осыған орай біздің ұсынып отырған
тәжірибелеріміздің әдістемелері мен қойылу тәсілдері төмендегідей
жобалармен анықталды:
1. әр сабақ және сабақтар жүйесі жоспарланады;
2. тәжірибе мақсаттары анықталады;
-сабақта білуге қажетті тағлымдар қарастырылады;
-көрнекілік тәжірибелер іріктеліп алынып, қойылу тәсілдері анықталады
-жетекші тақырыптардан тербелістік және толқындық үдерістерге арналған
тағлымдар оқушылар есіне түсіріп өтетін тәжірибелер дайындалып, аса қажетті
дегендері сұрыпталады.
1) Электромагниттік индукция, тербелістер мен толқындар
тағлымдары оқылатын орта мектеп көлеміндегі сабақтардың
мазмұнымен танысу;
2) Іріктеп алынған тақырыптардағы көрнекіліктің тиімділігі;
3) Сабақта пайдаланған тәжірибелердің әдістемелері мен
қойылу тәсілдерінің ерекшеліктері.
Орта мектептің физика сабағында оқытудың көп жақты сипаты мен
қойылған мақсат және шешілетін мәселелер жиынтығы жетілген зерттеу
әдістерін талап етеді; пән бойынша жасалған оқу бағдарламасымен, оқулықтар
және әдістемелік құралдармен танысу; №36 мектептің пән мұғалімімен
сұхбаттасу; Осы мектептегі физиканы оқыту барысын аңдау; зерттеу
тәжірибелерін жүргізу; зерттеу нәтижесін бағалау жұмыстары жүргізілді.
Тәжірибе жұмыстары Қазақтың мемлекеттік қыздар педагогика
институтының физиканы оқыту әдістемесі зертханасында жүргізіліп, №15, №36
және №59 Қазақ орта мектептерінде педагогикалық дағды кезінде таңдап
алынған тәжірибелер сабақ мазмұнына ендіріліп, оның анықтаушы бөлігі болып
қабылданды. Бұл еңбектегі мектепке арнайы ұсынылатын шарттар:
- нарықтық қатынастар қиыншылығының салдарынан жалпы орта мектептердің
техникалық жабдықтарының азайып, тозығы жетіп, істен шығып қалуына
байланысты біздің зерттеулерімізде көрсетілген, оқытушылардың өз қолдарымен
аспаптар жасау мүмкіншіліктері ескеріліп, олардың орындауына берілген
ұсыныстар жобасы;
-ұсынылған аспаптар мен көрнекі тәжірибелерді
пайдалану тәсілдері ;
-зерттеу барысында іріктелініп алынған көрнекілік тәжірибелерінің жаңа
әдістемелері;
-пайдаланған тәжірибелерге сәйкес тақырып бойынша құрылған сабақ
мазмұнындағы физикалық тағлымдарды оқыту әдістемесі;

Электромагниттік өрістің негізгі теңдеулері.

Электромагниттік өрісті материяның негізгі формасы ретінде қарауға
болады. Оны төрт векторлы шамамен белгілейміз. Е - электр өрісінің
кернеулігі; D - электр индукциясы; Н - магнит өрісінің кернеулігі; В –
магнит индукциясы.
Кеңістіктегі өрістің кейбір аймағын анықтау - бұл векторлы өрістің кез-
келген нүктесін көрсету деген түсінік. Электромагниттік өріс пен магнит
өрістері өзара тығыз байланыста болады. Электромагниттік толқындар көбінесе
адам сезім мүшелерімен қабылданбайды. Адамның сезіп, қабылдайтын толқындары
жарық жиілігіндегі толқындар. Электромагниттік құбылыс негізінде электр
өрісі энергиясымен анықталады. Бірақ электр өрісі мен магнит өрісі бір-
бірімен тығыз байланыстылығынан бір - бірінсіз, жеке-дара толқын ретінде
өмір сүре алмайды. Бұлар, ортогональ жазықтықтарда орналасқан, табиғаттары
өзгеше өрістер. Оларда өздерінің таралу заңдылықтарына сәйкес бір-бірінен
салыстырмалы өлшемде фазалық жылжулары болып отырады. Электромагниттік
толқындардың поляризациясы электр өрісінің орналасу, немесе қозғалу
бағытымен анықталады.
Электромагнитизмнің негізі болып есептелетін Кулон, Ампер және Фарадей
зандарын біріктіріп, оларды толқын ретінде қалыптастырған электромагниттік
өрістер тағлымы. Бұл тағлымның негізін салған ағылшын ғалымы Дж. Максвелл
болатұғын. Ол Фарадейдің электромагниттік индукция заңын ашқан жылы дүниеге
келген. 29 жасында электормагниттік өрістің біріккен өрістер тағлымын
ашып, табиғаттағы электромагиттік құбылысқа қатысты заңдылықтарды
ұштастыратын, біріктіретін теңдеулер жүйесін жасады. Осы теңдеулер жүйесі
сол кездегі ашылған физикалық заңдылықтарға арқау болды. Эйнштейннің
салыстырмалы тағлымының да ашылуына себеп болған Максвелл теңдеулері.
Себебі Максвелл есептеулері бойынша кез - келген электромагниттік толқын,
тіпті олардың ең төменгі жиіліктегісінің өзінің таралу жылдамдығы жарық
жылдамдығына тең. Алғашқы рет бұл тағлымның дұрыстығын 1888 жылы Герц
тәжірибе негізінде дәлелдеді. Ал француз ғалымы Марккони 1901 жылы
электромагниттік толқындарды Атлантикалық мұхиттан асыра хабар ретінде
жолдады. Электромагниттік толқынның таралуына негізделген бұл хабар сол
күннен бастап радиохабары жарыққа келді деп есептеледі. Радиотолқынды алғаш
хабар ретінде пайдаланған Попов емес, Марккони екені айқын болатын. Бұл
толқындардың жиілігі жарық толқынының жиілігіне жуық. Кейін олар
радиотолқындар деп аталып кетті.
Мектепте өрістердің электромагниттік тағлымын оқытудың ерекшелігі
математиканың күрделі операцияларының пайдалану әдістемелерінің қиындығы
мен оны көрнекілейтін тәжірибелердің ұғымға ыңғайлылығы. Математикалық
операциялар электромагниттік индукциясы мен Максвел теңдеулерінің шешімін
түсіндіру үшін қажет

Электромагниттік толқындар тарауларын оқыту әдістемесі

11-сыныптағы Электромагниттік толқындарды оқытудың алғашқы
сабағында толқындар жайлы мәліметтерді кеңейте отырып, 10-сыныптағы
толқындық құбылыстардың негізгі ерекшеліктерін айту қажет. Механикалық
толқындардың газдарда, сұйық және қатты денелерде таралуының себебі
серпінділік күштің әсері екендігі ескертіліп, бұрын көрсетілген
тәжірибелерді қайта көрнекілеген жөн. Олардың ішінен іріктеп,
көлденең және қума толқындардың тәжірибелерін, су бетіндегі
толқындардың таралу ерекшеліктерін көрнекілейтін, резина балғашамен соғып
қоздырылған болат сырықшаның бойындағы пайда болған дыбыс толқынының шоғы
мен түйінін және ауасы сиретілген вакуум-сораптың шыны сауытының астындағы
электр қоңырауы дыбысының ауа сиретілген жағдайда естілмеуін көрнекілейтін
тәжірибелерді қайта көрсету қажет. Бұл тәжірибелерден механикалық
толқындардың түрлері, суперпозиция қағидалары, толқындар шоғы мен түйіні
жайлы түсініктер ұғындырылып, механикалық толқындардың ауа, сұйық және
қатты денелерде ғана таралып, толқын тасымалдаушы бөлшектер жоқ жағдайда
таралмайтындығы тәжірибемен көрсетіледі. Механикалық толқындардың серпімді
ортада ғана таралатындығы ұғындырылғаннан кейін толқын анықтамасы беріледі.
Механикалық толкындар деп серпімді ортада уақыт бойынша таралатын
механикалық тербелістерді айтады. Толқындардың таралу барысында энергия
ғана тасымалданып, ортаның заттық бөлшектері толқын жиілігіне сәйкес
тербеліп тұрады. Механикалық толқындарға жататын су бетіндегі толқындар
көлденең де, қума да толқындар бола алмайды. Себебі беттік керілу мен
ауырлық күштерінің су молекулаларына етер әсерінен су бетіндегі
толқындардың синусоидалық қалпы өзгереді.
Бұл жерде механикалық толқындар мен электромагнитті толқындарды бір
анықтамамен түсіндіру қателік. Ал 11-сынып оқулығында (Физика 11.
Г.Я.Мякишев, Б.Б. Буховцев. Алматы Рауан. 1997. 68 бет) Толқын деп уақыт
бойынша кеңістікте таралатын тербелістерді айтады делінген. Негізгі деп
қабылданған оқулығымыздың толқындар анықтамасын осылайша келте қайыруы
оқырмандар үшін әдістемелік ұқыпсыздық, физикалық ұғымсыздық болып
аңғарылары сөзсіз. Себебі механикалық толқынның электромагниттік толқыннан
физикалық табиғаты өзгеше. Механикалық толқын таралар ортада
электромагниттік толқынның энергетикалық, жиіліктік, амплитудалық және
жылдамдық параметрлері өзгерсе, механикалық толқындар вакуумда, ғарыш
кеңістігінде және басқа да серпімсіз орталарда өзінің физикалық
қасиеттерін толық жояды. Механикалық толқындар физикалық табиғаттарына
қарай дыбыстық, сейсмикалық сұйық беттерінде таралатын, т.с.с. толқындар
болып бөлінеді. Электромагниттік толқындар кез-келген серпімді ортада,
толқындық өткізгіштерде (волновод) және бос кеңістіктерде (ғарыш әлемінде)
таралады. Осы екі толқынның анықтамаларына жекелеген ұғым ендіру қажеттігі
айдан анық.
Механикалық толқынның анықтамасы жоғарыда келтірілді. Ал
электромагниттік толқынның анықтамасын былайша тұжырымдауды дұрыс деп
шештік: Электромагниттік толқын деп электромагниттік тербелістердің кез-
келген орта мен кеңістікте шектелген жылдамдықпен таралуын айтады. Бұл
толқындардың жылдамдықтарының шектелген делінуі салыстырмалы теорияны оқу
барысында жан-жақты қарастырылатыны ескертіледі. Осы сәтті пайдаланып
оқушыларға механикалық және электромагниттік толқындардың біріккен қасиеті
(комбинациясы) ретінде танылған плазма ішіндегі толқындық үдерістерді айта
кетуге болады.
Толқын жылдамдығы толқындардың физикалық қасиеттерінің негізгі
функцияларының бірі. Механикалық толқындар жылдамдығының әрқилылығын
жоғарыда ұсынылған тәжірибелерді пайдалана отырып көрсетуге болады. Толқын
жылдамдығы, таралар ортаның тығыздығына, концентрациясына және толқын
ұзындықтарының өзгерісіне (дисперциясына) тәуелді екенін тәжірибе арқылы
оқушыларға ұғындырылады. Электромагниттік толқындардың вакуумда жылдамдығы
тұрақты, ол жарық жылдамдығына тең екендігі айтылады.
Көлденең және қума толқындар. Оқулықты аударған мамандардың ерен
еңбегін мадақтай отырып, кейбір физикалық сөздердің, мысалы қума толқын
қолайсыз аударылғанын ескерткіміз келеді. Бұл сөз ертеректе қазақ тіліне
аударылған физикалық әдебиеттерде о бастан жаңсақ қабылданып, аударылым
мәні бұрмаланып келген. Көшті жүре түзеудің айыбы болмас деген оймен
оқырмандар назарына жаңа атаулар ұсынамыз. Бұл ұсынысымыз даусыз деп
сендірмек емеспіз. Қума толқын- продольная волнаның аударылуы болса,
бегущая волна - жүгірме толқын деген ұғымда енгізілген. Продольная волна -
қума толқын емес бойлама толқын болып аударылуы керек. Себебі бұл
механикалық толқынның, өзі таралатын ортаны бойлай бағытталуының ұғымы және
тек механикалық толқындарға ғана тән ұғым, ал бегущая волна - қума толқын
болып аударылуы керек. Бегущая волна деп таралу бағытында шектеусіз, бағыты
өзгермей таралатын маханикалық және электромагниттік толқындарды айтады.
Электромагниттік толқын қума толқындық түрде оның электр және магнит
өрістерінің фазалары бірдей болып, ортогональ жазықтықтарда бір нүктеден
таралады. Таралу бағытында кездескен кедергіден шағылып, не сынғанда ғана
ортогональ жазықтықтағы электр және магнит өрістерінің тербеліс фазалары
бір-біріне өзара қатысты өзгереді (фазалар айырымы нөлден айрықша болады).
Осы толқындардың таралу бағытындағы кедергі деп отырғанымыз металданған
өткізгіштер, қозған атомдар саны көп мөлшердегі газдар жиынтығы, ионосфера,
сұйықтар және т.с.с. Жолындағы кедергіден шағылған электромагниттік толқын
қума толқындық қасиетін жойып, 180°қа кері қайтса тұрғын толқын түзіп, одан
айрықша бұрышпен не шағылып, не сынса поляризация жазықтығы өзгереді. Бұл
түсініктерді ұғындыра кету оқушыларға көптік етпейді. Егер бұл қағида
мысалдармен бекітіліп айтылса, Н.М.Шахмаевтың СВЧ құрылғысымен
электромагниттік тұрғын толқынның қасиеттерін, олардың сынуы мен шағылуын
және механикалық толқындардың физикалық қасиеттерін су бетінде толқындық
астау (ванна) көмегімен толқын қоздырғыш аспабын пайдаланып тәжірибелер
көрнекіленсе сабаққа оқушылардың қызығушылығы артар еді.
Электромагниттік толқынның анықтамасы, физикалық қасиеттері, таралу
заңдылықтары және түрлері сараланып, көрнекіленіп біткеннен кейін барып,
оқулық бұл толқын қайдан шықтыға келеді. Тақырып басында
Электромагниттік толқындарды бастамас бұрын оның шығу тегін, таралуының
физикалық қағидаларын көңілге қонымды етіп, бұлтартпай сендіретін
тәжірибелермен баяндау керек болатын. Электромагниттік толқындарды
тербелуші зарядтар шығарып таратады делінген. Қайдағы заряд екені беймәлім.
Атомдарымен байланыстағы зарядтар ма, немесе электромагниттік индукция
үдерісіндегі тұйық тізбекте Лоренц күшінің салдарынан қозғалысқа енген бос
зарядтар ма? Электромагниттік толқындардың шығу тегін дараланған атоммен
байланыстағы зарядттардың тербелуімен түсіндіруге болмайды. Оқушыларды атом
тұрғысындағы теориялық тұжырымдамаларға қалтарыста иландыра салу
әдістемелік қателік. Себебі оқушылар атом кұрылысының физикасын әлі
өтпеген. Мектепте сабақ беру дағдысына сүйене отырып, Электромагниттік
толқындар тақырыбын өтудің әдістемесі көрнекілік тәжірибелерімен ғана
ұтымды бола алатынын ескерте отырып, ол толқындардың шығу тегін
электромагниттік индукция тақырыптарына қайта оралып, оның 5-бапындағы
Құйынды электр өрісінен бастап түсіндірген жөн. Мысалы трансформатордың
бірінші орамының ішінде бағыттала қозғалған зарядтар сол орам айналасында
құйынды магнит өрісін тудырады, осы құйынды магнит өрісі өзі тарапынан, өз
маңайында құйынды электр өрісін тудырады деп тәжірибе жүзінде орамдары бар
екі катушканың бірінің бойынан ток жіберіп, екінішісінің тұйық тізбегіндегі
аспаптан токтың пайда болғанын көрсетіп, осыны электромагниттік толқындар
индукциясы екенін ұғындырады. Оқулықта Максвеллдің тұжырымдамасы бойынша
тербелістегі зарядтардың үдей қозғала тербелуінен және ...Зарядталған
бөлшек тұрақты жылдамдықпен қозғалғанда, оның тудырған электр және магнит
өрістері, желбіреп тұрған шлейфке ұқсас, бөлшекті қоршап тұрады делінген.
Бөлшекті қоршап тұрмайды, бөлшекпен бірге қозғалады. Екі әріпке бола сөйлем
мағынасын бұзған және шлейфті жалау деп алмаған аудармашылар ағаттығы
болар. Дегенмен қателік түпнұсқаның өзінде басымырақ. Зарядтың тербелу
салдарынан электромагниттік өрістің таралуы индукция алыстан және жақыннан
әсер ету теорияларымен түсіндіру оқушылар ұғымына қиын. Тербелмелі
контурдағы катушка орамдарынан таралатын электромагниттік толқынның шығу
тегін, физикалық индукция Фарадей тәжірибесі арқылы түсіндіру әлде қайда
ұтымды да, оқушылар санасына қонымды. Оқушыларға зарядтардың өткізгіш
ішінде оның бір басынан екінші басына зымырап бір-ақ өтпейтіндігі айтылуы
керек. Өткізгіш ішіндегі бос электрондардың (атом ядросынан шалғай жатқан
орбитадағы) ЭҚК салдарынан максимал ауқымда тербеліске келіп, көршілес
атомдардың бос электрондарына өзін қоздырған кинетикалық энергиясын беріп,
өзі қалыпты энергетикалық жағдайына қайта түседі. Энергия қабылдаған
электрон алдыңғы индукцияны қайталап, артық энергиясын келесі электронға
өткізеді. Қозған электрондардың энергия алмасуы қайталанып келіп отырады.
Осылайша қозғалыстағы зарядтардың тербелістерінің себебінен электр өрісі
туып, ол өз тарапынан магнит өрісін тудырып, тізбектегі ЭҚК толастағанша
электромагниттік тербеліс үдерісі жүріп отырады. Осы тербелістердің белгілі
бір ортада таралуын электромагниттік толқын дейміз деп ұғындыру оқушылар
нанымын арттырады. Электромагниттік толқынның шығу себебі зарядтардың ЭҚК-
тен алынған кинетикалық энергиядан қоза, үдей тербелуінің салдары екенін
ұғынады.
Электромагниттік толқынның теория жүзінде қорытылып шығып, тәжірибемен
дәлелденуінің арқа сүйер діңгегі болған Максвелл теңдеулері жайлы
оқушыларға мүмкіншіліктерінше толық мағлұмат беру оқыту әдістемесінің
жетілгендігінің айғағы болар еді. Бұл теңдеулерді мектеп оқушыларына
түсіндіру жолдарының қиындығын мойындай отырып, мектепте математикалық
физика негіздері сабағының жоқтығын, өрістер теориясын өтпейтіндігін ұғына,
осы бір қиын тақырыптың мектепке арналған әдістемелік ұсыным нұсқасына
оқырмандар назарын аудармақпыз. Себебі жалғыз біздің елде ғана емес,
көптеген ТМД елдерінің мектептерінде де осы теңдеулерді оқыту қолға
алынуда. Максвелл теңдеулері Электро-магниттік индукция құбылысын
өткеннен кейін іле-шала, немесе Электромагниттік толқындар тақырыбының
соңында тағлымдық тұжырымдама ретінде өтуге болады. Оны жаңадан жасалар
бағдарламада ескеріп, ендірген жөн.
Максвелл теңдеулері электродинамиканың негізгі заңдарын төрт теңдеулер
жүйесімен біріктірген. Ол теңдеулердегі Е-электр өрісінің кернеулігі, D-
электр индукциясы, Н-магнит өрісінің кернеулігі, В-магнит индукция, р-көлем
бірлігіндегі заряд тығыздығы және j-электр тоғының тығыздығы символдары
оқушыларға өткен сыныптан белгілі болатын. Оқушыларды Максвелл
теңдеулеріндегі бұрын соңды кез-дестірілмеген атаулар, белгілер және
математикалық операторлармен таныстырып өту қажет. Қиын да болса оларға
бұрын соңды өтілмеген математикалық анализ курсындағы көп айнымалы
функциялардың интегралдық есептеулері тарауына енетін скалярлық және
векторлық өрістер бабындағы Максвелл теңдеулерін оқыту әдістемесіне
қажетті материалдарды бір-екі сағаттық көлемде мектептің физика пәнінің
бағдарламасына арнайы ендіріліп, оқытылуы қажет. Ынталы, ұқыпты физик
мұғалімдер оқушыларға математика сабағынан мәлім болған нүктенің сандық
функциясы, нүктенің векторлық функциясы атауларының баламасы ретінде
қабылданатын скалярлық өріс және векторлық өріс ұғымдарының түсінігін,
өз әдістемесінің озық тәсілдерін пайдалана отырып түсіндірулеріне болады.
Мысалы, егер бұл ұғымдар функция ретінде қарастырылатын болса, онда олардың
мәндері өздері анықталған кеңістіктегі координаттар жүйесіне емес,
нүктелеріне ғана тәуелді болатыны айтылады.
Дивергенция ұғымын түсіндіру де қиынға соқпайды. Мысалы
кеңістікте белгілі координаттармен анықталатын өріс В=(Вx, Вy, Вz)
бір нүктеде дифференциалданса, онда саны сол нүктенің дивергенциясы
деп аталады. Жазылуы divB Дивергенция набл символы арқылы В
векторымен скалярлық көбейтінді түрінде жазыла алады: div В = В.
Тіпті болмағанның өзінде дивергенция ұғымы өріс векторларының жайылуы
немесе шашырауы деген тұрпайылау ұғыммен де түсіндіріп кеткен дұрыс болар
деп ойлаймыз.
Координаттары болып келетін векторды
қортынды вектор немесе ротор (rot) деп атайды. Оны набл символы
арқылы векторлық көбейтінді турінде жазады (rot Е - Е). Егер электр
өрісі иірілген ұршық айналысында өзгеріп отырады деп елестетсек,
сол айналыстың әрбір нүктесіндегі өріс бағытының векторы деп
те түсіндіруге болар деп ойлаймыз.
Максвеллдің теңдеулер жүйесі: І. div D = 4πр.
Бұл Кулон заңынан қорытылып шығарылған Гаусс теоремасы (заңы). 10-
сыныптың оқулығынан оқушыларға мәлім электр индукциясы D электр өрісінің
кернеулігіне Е вакуумдағы электр өтімділік арқылы байланысады.
D = Е

Электр кернеулігінің векторлар ағыны: N = Е S

ES= g (S-сфера) олай болса N = g

Бұл Гаусс теоремасының физикалық мәні: Әрбір g оң зарядттан
gкернеулік сызығы таралып, әрбір g теріс зарядтқа g кернеулік
сызығы келіп енеді деп түсіндіру керек.

ІІ. div B=0

Бұл магнит өрісінің тұйықталғандығының себебінен тұйық тізбек бетінен
өтетін магнит өрісі ағынының толық мәні нөлге тең деген ұғым. (Магнит
өрісіне арналған Гаусс теоремасы). Табиғатта магнит заряды болмайды. Магнит
өрісінің ағыны бейтарап бағытта шашырап кетпейді. Магнит өрісі сол өрісті
тарататын көздің бір үйегінен басталып, екіншісінде аяқталады деп
түсіндірген абзал.
III. rot E =-

Мына үшінші өрнекте магнит өрісінің уақыт бойынша өзгерісі
электр өрісін тудырады делінген. Электромагниттік индукция тарауынан
(Фарадей заңы).

IV. rot H=

Электр тогы мен айнымалы электр өрісінің магнит өрісін тудыруы (Био-Савар-
Лаплас заңының жалпылама түрі).

Көрнекілік тәжірибелердің әдістемесі

Көрнекілік тәжірибелердің әдістемесі мен қойылу тәсілдері үдерісіне
арналған Ресейден шыққан арнайы әдебиеттер саны жеткілікті
болған менен олардың көбісі біздің мұғалім қауымына келіп жетпейді,
жеткенменде ол әдістемелер мектебіміздегі жоқ аспаптарды пайдалануға
негізделген және де орыс тілінде жазылған әдебиеттер.
Мектепте физиканы оқытудағы ең негізгі рөл атқаратын әдіс, ол тәжірибе
көрнекілеу. Оның қажеттігі мойындалғанымен, орындалу ісі жоқтың қасы.
Тәжірибені таңдап, оның әдістемелік шарттарын орындап, тағлымға сәйкестігін
көрсетіп берер әдебиеттер қажет.
Тәжірибе мен тағлымның оқу үдерісіндегі мазмұны, ролі және ұқыптылығын
білу физиканы оқытудың қажетті шараларының бірі.
Тербелістер мен толқындар тағлымын өткенде алдымен оның сыныптамасына
көңіл бөлген жөн. Себебі тербеліс пен толқын туындас құбылыс. Оларды
оқушылар ажырата білуі қажет.
Бұл жағдайда алдымен тербеліс үдерісінің жалпылама заңдылығын
айқындап, тербелістегі жүйелердің табиғатына көңіл бөлу керек. Бірақ
әдістемелік тұрғыдан қарағанда бұл бөлімді оқыту бағдарламада көңілге
қонбастық нышан қалдырады. Себебі бұл тақырып мектеп физикасы курсында
толқындық және тербеліс үдерістердің табиғатына байланысты бірнеше рет
қайталанып келіп отырады. Бағдардаманы осы тұрғыда да қайта қараған абзал.
Осы ізденістің тақырыбына сәйкес орта мектепте тербелістер мен толқындарды
оқыту барысында пайдаланылатын тәжірибелердің кейбір қиыншылықтарын жоюға
мүмкіншілік беретін әдістемелер қарастырылды. Төмендегі ұсынылып отырған
көрнекілік тәжірибелерде қарастырылатын негізгі бағдарлар мынадай: 1)
тербелмелі қозғалыс туралы түсінік; 2) тербелмелі жүйелер; 3) үйлесімді
тербелістер; 4) периоды мен жиілігі; 5) тербелістің осциллограммасы жайлы
түсінік; 6) тербеліс фазалары мен
фазалар айырымдары; 7) электромагниттік индукция жайлы түсініктерді бекіту.
Өткізгіштің магнит өрісіндегі тербелісі

Жабдықтар:1)осциллограф, 2)гальванометр, 3)түзу магнит, 4)дросселъ
катушкасы, 5)бесаспап таған, 6)жалғағыш өткізгіштер, 7)жіп-1метр.8) қысқыш,
9) бірүйекті ауыстырақосқыш кілт.
Тәжірибеде мектептерге арнап шығарылған дроссель катушкаларын пайдаланған
ұтымды. Катушканың 2400 және 1200 - деп көрсетілген қысқыштарын
өткізгіштер арқылы гальванометрге және оған қосарлай осциллографқа
жалғайды. Осциллографтың кіріс қысқыштарына катушкаға жалғанған екі
өткізгіштің бірін жер, екіншісін У қысқыштарына бекітеді де, диапазон
өзгертетін тетігін нөлге ауыстырып, осциллографтың сәулелік түтікшесіндегі
көлденең ауытқушы тақташаларындағы (пластиналарындағы) кернеуді осылайша
өшіреді. Осциллографтың бейнебетінде (экранында) индукция тогының тік
ауытқитын құрамы (амплитудасы) ғана өрнектеледі. Ол индукция тогының
амплитудалық мәні. Ұзын жіпке ілінген катушканың тербеліс жиілігі
осциллографтың тік жайып өрнектеуші генераторының шектік жиілігінен
әлдеқайда аз болғандықтан тұйық тізбектегі пайда болған индукция тогының
осциллограммасы өте жазық болып өрнектеледі де, оқушыларға нәтижелі әсер
қалдырмайды. Осциллографты гальванометрмен бірге
жоғарыда көрсетілгендей етіп қосу, оқушыларға бейнебеттен индукция
кұбылысын көріп, гальванометрдің межелі көрсеткішінен сол құбылыстан пайда
болған индукция тогының мөлшерін анықтап, электромагниттік индукция
физикалық табиғаты жайлы тиянақты мағлұмат алуларына мүмкіндік тудырады.
Дроссель катушкасын бір метрдей жіңішке жіпке байлап, таған сырығының
жоғарғы ұшына ұстатылған ілмекке іледі. Ілулі тұрған катушканың тура астына
1 сантиметрден арытпастай аралық қалдырып, қысқышқа тігінен тұрғызып тузу
магнит орнатады. Оқушыларға осы магнит ұшынан таралатын магнит ағындары
катушкаға оралған өткізгіш орамдарын қиып өтетінін айтып ескерту керек. Бұл
құрылғы тыныштық қалыптағы магнит өрісінде катушканы баяу тербелте қозғауға
мүмкіндік береді. Катушкаға жалғанатын өткізгіштерді аспа жіптің бойымен
жоғары шығарып, ілмекке бекітіп, одан әрі көрсеткіш аспаптарға жалғау
қажет. Катушканы тепе-теңдік қалыптан сәл ауытқытып көріп, оның жібіне
оратылмай, бірқалыпты баяу тербелетініне көз жеткізу керек. Ілінген жіп
неғұрлым ұзын болса, катушканың тербеліс жиілігі де солғұрлым аз болады,
гальванометрдің көрсеткіш тілінің тербелісі баяулайды. Ауытқыған катушканың
қозғалысынан бастап гальванометрдің көрсеткіш тілі ауытқып, тізбекте ток
пайда болғанын аңғартады. Катушка тербеле келе магниттің дәл үстіне
келгенде гальванометрдің көрсетуі нөлге теңеседі. Катушка тербелісін әрі
қарай жалғастырғанда гальванометрдің көрсеткіш тілі қарама-қарсы жаққа
ауытқиды. Сөйтіп катушканың тербеліс жиілігіне тұйықталған тізбектегі
индукция тогының пайда болу жиілігі сәйкес келіп отыратынын оқушыларға
ескертеді. Тәжірибе басында тізбекте ток көзінің жоқ екеніне көз жеткізіп,
токтың пайда болар себебі катушкадағы өткізгіш орамдарын магнит ағыны қиып
өтуінде екенін жете түсіндіру қажет. Катушканың магнит өрісінде қозғалуынан
туған бұл ток - индукция тогы деп аталады және оның мөлшері магнит
ағындарының өткізгіштер бойын қиып өту шапшаңдығына тура тәуелді болады.
Катушканың қозғалу жылдамдығы артса, тізбектегі индукция тогының мөлшері де
артады деген, тәжірибеден туған ұғым оқушылардың жадында сақталады.
Бұл тәжірибеде индукция тогы пайда болуының физикалық қағидаларын
түсіндіру керек. Егер дара бір электрон магнит өрісінде белгілі бағытта
қозғалса, онда ол электронға магнит өрісі тарапынан белгілі бір тосын күш
әсер етеді. Егер электрон өткізгіш ішінде деп қарастырылса, онда оған әсер
етуші тосын күштің бағыты өткізгіштің қозғалыс бағытына кесе
(перпендикуляр) және оның ұзындығы бойымен бағытталады. Осы күшті -
Лоренц күші деп атап, оқушыларға қысқаша түсініктеме беріледі.
Тәжірибедегі тұрақты магнит өрісі тарапынан қозғалыстағы өткізгіштің бос
(орбитальды) электрондарына Лоренц күші әсер етеді. Сол күштің салдарынан
өткізгіштің ішіндегі бос электрондар белгілі бір бағытта қозғалысқа енуге
мәжбүр болады. Бұл электрондар өткізгіштің өң бойындағы басқа
электрондармен әсерлесіп, оларды бағытталған қозғалысқа душар етеді де,
тізбекте электр қозғаушы күш тудырады. Бұл күш бұрын бізге белгілі электр
қозғаушы күштерден өзгеше, тосын күш. Оны индукция электр қозғаушы күші
(индукция ЭҚК) деп атайды. Лоренц күшін индукция ЭҚК пен шатастырмау керек.
Себебі, тұйық тізбектің өткізгішінің қозғалыстағы бөлігінің магнит ағынын
қиып өткен жерінде ғана индукция ЭҚК салдарынан қозғалысқа енген бос
электрондар Лоренц күші әсерінен бағытталған, реттелген қозғалысқа енеді.
Ал бүкіл тізбек бойындағы бос электрондардың қозғалыстарын бағыттайтын
күшті индукция ЭҚК дейміз. Дәлірек айтқанда ЭҚК деп - бос электрондарға
әсер еткен тосын күштің тангенцальды құраушыларының өткізгіштің ұзындығы
бойынша алынған интегралдық мәнін айтады.
Тәжірибені оқушыларға бірнеше қайтара көрсету керек. Көрсетілген
қондырғыны құрастыра отырып, оқушылардың назарын аударар негізгі құрал,
осциллограф пен гальванометрді алдыңғы қатардың оң жағына орналастыру
қажет. Себебі оқушылардың қимыл, құбылыстарды көріп, қабылдау дағдысы
солдан оңға қарай ауысу ретімен қалыптасқан. Алдымен құбылысты көріп,
байқағаннан кейін оның нәтижесін тіркегіш аспаптардан аңғарады. 1-сурет.

1-сурет

Тыныштық қалыптағы өткізгішпен салыстырғандағы магнит тербелісін
көрнекілеу
Жабдықтар: 1)осциллограф, 2) гальванометр, 3) бесаспап таған, 4) дроссель
катушкасы, 5) түзу магнит, 6) жіп-1метр, 7) жалғағыш өткізгіштер, 8)
бірүйекті ауыстырақосқыш кілт.
Бұл тәжірибе де алдыңғы құрылғы сүлбесіне ұқсас жиналады.
Айырмашылығы, түзу магнит жіпке тік ілініп, катушка оның тура астына
орналастырылады. Осциллограф пен гальванометрді өзара қосарлап, дроссель
катушкасына жалғайды. Жиналған тұйық тізбекпен тәжірибені көрнекілеуді
жалғастырады. Бұл тәжірибені көрнекілеу тәсілінің алдыңғысынан айырмашылығы
аз болғанымен әдістемелік түсінігі өзгеше. Фарадей ұлылығының бір көрінісі
де осы тәжірибесінің түсінігінде. Физика ғылымының енді аяқ ала бастаған
шағында, өз уақытынан озған ғұламаның бұл тәжірибесін ұғыну оңайға соқпады.
Араға отыз жылдан астам уақыт салып, ағылшынның ұлы ғалымы Максвелл
(Фарадей электромагниттік индукция заңын ашқан жылы дүниеге келген -
1831ж.) осы тәжірибені түсіндірер болжам ұсынды. Ол болжамы - айнымалы
магнит өрісі өз маңайында, күш сызықтары тұйықталған құйынды электр өрісін
тудырады. Оны индукция электр өрісі деп атайды. Бұл пайда болған индукция
электр өрісінің күш сызықтары өзін тудырған магнит өрісінің күш сызықтарын
қаусыра шеңбер жасай құрсап тұрады да, бағыты сол шеңберлердің
жанамаларымен бағыттас болады. Осылайша концентрлі шеңбер жасай орналасқан
электр өрісі құйынды электр өрісі деп аталады. Үдеріс қайталанып келе
отырып, кеңістікте электромагниттік өрістердің тізбегін түзеді. Физика
жетістіктерінің бірі, осы электромагниттік тербелістің табиғатын
түсіндіретін Максвеллдің теңдеулері осы заңдылықты уағыздайды. Бейнелеу
ұғымымен түсіндіргенде, электр және магнит өрістері шынжыр шығыршықтары
тәрізді кезектесе ілігіп жалғасады - деп ұғындырған жөн. Қазіргі
ғылыми- техникалық өрлеу кезеңіндегі ток көзімен қорек етер қандай бір
болмасын аспап, өндіріс, құрылғы, үй шаруасының электр құралдары, жарық
көздері, қозғалыстағы күллі көлік түрлері, т.с.с, тіршілікке қажетті
қызыметтер жоғарыда айтылған Фарадейдің электромагниттік индукция
заңының туындылары екенін оқушыларға ескерту қажет.
Тәжірибені түзу магнитті баяу қозғалтып тербеліске келтірумен
бастап, оқушылардың назарын осциллограф пен гальванометрге аудырады.
Магнит тербелгенде ғана катушка тізбегінде индукция тогы пайда болатынын
осциллограф бейнебеті мен гальванометрдің межелік көрсеткішінен байқалады.
Магнит тербеле катушканың дәл үстіне келгенде гальванометрдің тілі нөлге
теңесіп, әрі қарай қарама-қарсы бағытта қозғалады. Сол мезетте
осциллографтың да бейнебетіндегі жарық нүктесі ауытқып, қайтып нөлге
теңеседі де, әрі қарай қарама-қарсы бағыттала ауытқиды. Осылайша индукция
тогының пайда болуын бір мезгілде екі бірдей көрсеткіш аспаптардан
байқайды.
Бұл индукция құбылысының туу негізі бірінші тәжірибедегіден өзгеше.
Бірінші тәжірибеде өткізгіштің тұрақты магнит өрісінде қозғалуы салдарынан
пайда болған Лоренц күшінің нәтижесінде индукция ЭҚК қозып, ол тұйықталған
тізбекте индукция тогын тудыратын болса, бұл тәжірибеде өткізгіштің өн
бойындағы тыныштық (салыстырмалы) қалыптағы зарядқа айнымалы магнит өрісі
өз тарапынан күшпен әсер ете алмайды. Бұл жағдайда Лоренц күші нөлге тең.
Дегенмен, тізбекте ток пайда болады.
Оқушылар алдына - келелі мәселе шешімін (проблемная ситуация) қою
қажет. Қандай күштің салдарынан өткізгіштегі зарядтар бағыттала қозғалысқа
түсуі мүмкін? Бұл сұраққа Максвеллдің болжамын еске түсіріп жауап беруге
болады деп ескерту керек. Тыныштық қалыпта тұрған өткізгіштегі бос
электрондарға айнымалы магнит өрісі тарапынан туған индукция электр өрісі
(құйынды өріс) әсер етеді. Максвеллдің болжамы бойынша, магнит өрісі электр
өрісін тудырып, әрі қарай құбылыс кезектесе қайталанып отырса, біздің
тәжірибемізде, айнымалы магнит өрісі өз маңайында электр өрісін тудырып,
осы электр өрісі өз тарапынан тұйық тізбек ішіндегі тыныштық қалыпта
(салыстырмалы) тұрған бос электрондарға тосын күшпен әсер етеді. Бұл
күште индукция электр қозғаушы күші (ЭҚК) - деп аталады. Бастапқы күштен
айырмашылығы - бұл күшті индукция электр өрісі тудырады деп түсіндірген
тиімді. Тәжірибедегі үлгі бойынша құрастырылады. Бұл сабақты астарлырақ
етіп өткізген жөн. Уақыт үнемдеу үшін 1-ші және 2-ші тәжірибелерді бір
көрініске біріктіріп, көрнекілеу ұсынылады. 2-сурет.

2-сурет

Екі тұйық тізбектің механикалық тербеліс кезіндегі индукция әсерін
көрнекілеу
Жабдықтар: 1) 2 дросселъ катушкалары, 2) екі жақты қосарлас
кілт, 3) осциллограф, 4) гальванометр, 5)жалғауыш өткізгіштер, 6)
екіүйекті ауыстырақосқыш кілт.
Бұл тәжірибе де екі тәсілмен керсетіледі. Көрнекіліктің айырмашылығы
тұрақты магнит орнына бойынан ток өтіп тұрған көп орамды катушкалы
(дроссель) тұйық тізбек пайдаланылады. Тәжірибеде екі дроссельді катушка
болуы шарт. Бірі тогы бар тұйық тізбекке жалғанса, екіншісі осциллографпен
(15 Омдық кедергімен шунтталған) және гальванометрге тізбектей
қосылады.
Алдыңғы тәжірибе сүлбесіндей таған сырығының жоғарғы ұшына бекітілген
ілмекке бойында тогы бар дроссель катушкасын жіңішке жіпке байлап іледі де
оның дәл астына осциллограф, гальванометрлермен жалғанған екінші дроссель
катушкасын орналастырады. Екеуінің арасына тербеліс кезінде жанаспайтындай
саңлау қалдырылады. Егер көрсеткіш ретінде пайдаланылған осциллографпен
гальванометрлердің ішкі кедергілері өзара теңестірілмесе, онда тәжірибе
құрылғысына бірүйекті ауыстырақосқыш кілтті тізбектей қосады. Бойынан ток
жүрер тізбектің ток көзі ретінде мектеп жабдығының құрамындағы ВС 4-12
түзеткішінің 10 вольттық шығу кернеуі пайдаланылады. Көрнекілеу кезінде
қажет деп табылса, тұйық тізбектің кернеуін 12 В дейін көтеруге болады.
Көрнекілер алдында 1- және 2- тәжірибелердей өрбіме қағидаларын ескерте
отырып, құрылғыдағы тогы бар тұйық тізбек тұрақты магнит ретінде
қолданылатыны қайта ескертіледі. Тәжірибе көрнекілігінің әдістемесі мен
хандасасы алдыңғы тәжірибедегідей қайталанылады. Тәжірибелердің екінші
кезеңі дроссельдің орындарын ауыстырып қоюмен басталады. Бойында тогы бар
катушканы төменге орналастырып, тыныштық қалыпта сақтайды да, ток көзі жоқ
тұйық тізбектегі дроссель катушкасына байланған жіпті таған сырығының
жоғарғы ұшындағы ілмекке іледі. Бұл тәжірибе де жоғарыда айтылған әдістеме
іспеттес баяндалады.
Көрнекілікті жетілдіру мақсатымен құрылғыларды өзара біріктіріп
құрастырған жөн. Ол үшін екіүйекті ауыстыра-қосқыштың көмегімен екі
катушканың орнын ауыстырмастан тәжірибелерді бір көрініспен көрсетеді. 3
және 4-суреттер.

3-сурет

4-сурет

11-сыныпта электромагниттік индукцияны оқыту әдістемесі

Электромагниттік индукция заңдылығының ашылуы.
Электромагниттік индукция электродинамика бөлімінің негізгі
тақырыптарының бірі. Оны оқыту 11-сыныптың алғашқы сабақтарынан бастап
қиынға соғады. Ресей оқу бағдарламасы мен оқулықтарындағы көп олқылықтардың
бірі де осы.
Электромагниттік индукция құбылысын бастамас бұрын оқушылар Лоренц күшін
жете білуі тиіс. Ал Ресей оқулығында бұл күш электромагниттік индукция
заңын өткеннен кейін оқылады. Фарадейдің негізгі үш тәжірибесін көрнекілеп
көрсетусіз индукция құбылысының заңын тұжырымдау мүмкін емес. Осы
тәжірибелердегі Лоренц күшінің физикалық мәнін оқушылардың жете білуі
қажет. Мұғалім мүмкін деп тапқан жағдайда әр тәжірибе аяғында немесе теория
түсіндіру соңында макроскопиялық электродинамика негізінің іргетасы болған,
электромагниттік кұбылыстарды кез-келген ортада сипаттай алатын Максвеллдің
4 теңдеулерінің қажеттісін жазып түсіндіруге болады. Бағдарламада қазір жоқ
болғанымен, жуық арада Максвеллдің бұл теңдеулері мектеп оқулықтарынан орын
алуы сөзсіз.
Жоғарыда көрсетілген Максвеллдің теңдеулері жүйесін мектеп физикасында
пайдалану мүмкіншіліктерін ескере отырып құрылған түрі келтірілген.

Тәжірибелердің әдістемесі мен қойылуы

Фарадей тәжірибелерін мектептің физикалық құрал- жабдықтарымен
көрнекілеп көрсету оңай, дегенмен әрбір тәжірибе көрнекіленгенде белгілі
бір әдістемелік іскерлікті қажет етеді. Өйткені Фарадейдің алғашқы екі
тәжірибесі өте ұқсас болғанымен олардың физикалық мәндері әр қилы.
Біріншісінде, тұйықталған тізбек өткізгішінің тұрақты магнит өрісін
қиып өткенде индукция электр қозғаушы күштерінің пайда болу шарты
бейнеленсе, екінші тәжірибеде тұйық тізбектің тыныштықтағы өткізгіштерін
айнымалы магнит ағындарының қиып өткендегі индукция электр қозғаушы күшінің
пайда болу табиғаты ұғындырылады. Бұл екі тәжірибенің бір-біріне
ұқсастығынан физикалық ерекшелігін ажырату оқушыларға оңайға соқпайды. Бұл
ретте тосын күш - Лоренц күші мен Максвеллдің электромагниттік өріс жайлы
айтылған болжамын оқушыларға тәжірибе көрнекілер алдында айтып өткен жөн.
Бұл тәжірибелердің ерекшеліктерінің бірі оқушылар индукция құбылыстарын
осциллографтан көріп, Фарадей заңдылықтарын айқындайтын төрт тәжірибелердің
қойылу тәсілдерін ажырата біліп, олардың физикалық мәндерінің бір-бірінен
айырмашылықтарын ұғынуы.
Тәжірибені суреттемеге сәйкес құрып, бір үйекті (однополюсный)
ауыстырақосқыш (переключателъ) кілтті оқушыларға көрінер жерге
орналастырған жөн. Себебі, осы кілтпен тәжірибедегі көрсеткіш аспаптарды
(осциллограф, гальванометр) ауыстыра қосып индукция құбылысының
екі бірдей көрінісін көрсетуге болады. (Тәжірибеде ауыстрақосқыш
пайдалану түрі суреттерде бейнеленбеген).
Бұл тәжірибедегі ауыстырақосу кілтін пайдаланбауға да мүмкіншілік бар. Ол
үшін галъванометр мен осциллографтың ішкі кедергілерін өзара теңестіру
қажет. Оларды теңестіру үшін осциллографқа қосарлай (параллель) 15 Омдық
кедергі жалғау керек. Себебі, гальванометрдің ішкі кедергісі
осциллографтікінен аз. Жалғанған кедергінің шамасын реттей отырып, екі
аспаптың да кедергісін бірдей етіп алуға болады. Осылайша осциллографты
қосымша кедергімен шунттап, тәжірибенің электрлік сүлбесін өзгертіп,
қатушкамен көрсеткіш аспаптарды өзара тізбектей жалғайды. Индукция
құбылысының екі бірдей көрінісін бір мезетте көру көрнекіліктің маңызды
шарттарының бірі болып табылада.

Магнит ағыны

Тұйық тізбекпен шектелген жазық бетті тесіп өтетін магнит өрісінің күш
сызықтарының саны магнит ағынын сипаттайды. Оқулықтарда бұл күш сызықтар
магнит индукция векторы деп үзілді-кесілді айтылған. Ақиқаты тұрақты магнит
өрісінің күш сызықтар шамасы мен бағытын өзгертіп отырып та магнит ағынының
сипаттамасын тұжырымдауға болады.
Тұрақты магнит өрісінің күш сызықтары мен магнит индукциясының-векторы
түсініктемелері бір-біріне дәл келер шама емес. Бұл мағыналардың физикалық
ұғымдарының айырмашылықтары бар екенін оқушыларға түсіндіру қажет. Тұрақты
магнит өрісі оқушыларға түсінікті, оны шартты түрде табиғи өріс деп
есептесек, магнит индукция векторы - деп бойынан ток өткендегі өткізгіштің
өз маңайында тудырар өріс векторын айтады. Немесе, құйынды өріс - деп
оқушыларға бұл өрістің шын мәнінде құйынға ұқсастығын ұғындыру керек.
Осылайша берілген атаулар оқушылар түсінігін арттыруға ықпал етеді.
Тәжірибе арқылы екі бірдей өрістің шығу тектеріне оқушылардың көздерін
жеткізген жөн.
Осы тақырыпты түсіндіру әдістемесінің ұтымды жақтарын қарастырайық.
Оқулықтарда магнит ағынының оқытылу шарты бойынша тұйық тізбекпен
шектелген жазық бетті магнит индукция векторлары оған сүйір
бұрыш жасай, қиғаш түсіп, тесіп өткендегі жағдайынан бастап түсіндіріледі.
Бұл көптеген оқулықтардағы әдістемелік қателіктердің бірі. Физикалық
құбылыстардың алдымен қарапайым түрін ұғындыру арқылы қиын да, әрі мүмкін
болар жағдайларды қарастыру керек.
Индукция векторларының бетке қиғаштай түсуі негізгі шарт болмағандықтан
тақырыпты түсіндіруді ұғым қабілетіне жеңіл әдіспен, векторлар бетке тік
түсіп, тесіп өтетін жағдайды қарастырудан бастаған жөн. Мысалы тәжірибе
үлгісін көрсете отырып, әрі тақтаға вектордың тік түскен жағдайын сызып,
ізделініп отырған магнит ағынының Ф векторлар В саны n мен жазық
бет ауданы S шамасына тура тәуелді екендігіне оқушылардың көзін жеткізу
қиынға соқпайды:
Ф=ВS. (1)
Бұл өрнектегі теңдікті шартты түсінік деп қарап, қосалқы тұжырым ретінде
вектордың жазық бетке қиғаш түскендегі магнит ағынының сандық мәні
анықталады:
Ф = BS cosα.
Бұл теңдеудегі cosα жазық бетке жүргізілген нормаль мен индукция векторы
арасындағы бұрыштық мән. Бұрыш кішірейген сайын, индукция векторымен
нормальдың өлшем мәндерінің айырымы азая түседі де, a= 0 болған жағдайда
cosα=l болып, магнит ағыны бастапқы жоғарғы шектік мәніне (1) ие болады.
Оған тәжірибе көрнекілей отырып оқушылардың көздерін жеткізу оңай.
Тәжірибеге арнайы уақыт бөлудің қажеті болмайды. Оның үлгісі сабақ
түсіндіру барысында ұғындырылып кетуі керек. 5, 6-суреттер.

Магнит ағынының тұйық тізбектен өту шарттарын көрнекілеу.
Жабдықтар: 1) Дроссель катушкасы, 2) ВУП-2, ... жалғасы
Ұқсас жұмыстар
Биология курсын оқытуда көрнекілік принципті жүзеге асыру әдістемесі
Әдебиет сабағындағы көрнекілік
Қосымшалардың мағыналық, құрылымдық ерекшеліктерін көрнекілік арқылы түсіндіру
Бастауыш сынып оқушыларына математиканы оқытуда көрнекілік арқылы білім беру жолдары
Әдебиет сабағындағы көрнекілік құралдарының жалпы сипаттамасы
Ағылшын тілін оқытуда көрнекілік әдістерін қолдану
Қазақ тілін оқыту әдістемесі
Математика сабағында көрнекілік принципті қолдану технологиясы
Еңбекке баулуды оқыту әдістемесі
Шеңбермен танысу әдістемесі
Пәндер

Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор №1 болып табылады.

Байланыс

Qazaqstan
Phone: 777 614 50 20
WhatsApp: 777 614 50 20
Email: info@stud.kz
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь