Орта мектептегі физика курсында "жұмыс" және "энергия"ұғымдарын қалыптастыру әдістемесі
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4
1 «Жұмыс» және «энергия» . физика курсында ғылыми ұғымдар ... 6
1.1 «Жұмыс» және «энергия» ұғымдарының даму тарихы ... ... ... ... ... 6
1.2 Қазіргі физикадағы «жұмыс» пен «энергия» түсініктерінің мәні мен мағынасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8
1.3 «Энергия» және «жұмыс» ұғымдарын жалпы білім беретін толық мектептің түлектерінің білу жағдайы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
2 Жалпы білім беретін толық мектептің физика курсында «жұмыс» және «энергия» ұғымдарын қалыптастыру әдістемесі ... ... ... ... ... ..
12
2.1 Мектепте «жұмыс» және «энергия» ұғымдарын қалыптастырудың негізгі кезеңдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
12
2.2 «Жұмыс» пен «энергия» ұғымдарын қалыптастырудағы қиыншылықтар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
28
2.3 «Жұмыс» пен «энергия» ұғымдарын қалыптастыру әдісі ретінде есептерді шешу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
30
2.4 «Жұмыс және энергия . іргелі ғылыми ұғымдар» тақырыбына арналған дидактикалық материалдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
39
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 60
Пайдаланылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 61
1 «Жұмыс» және «энергия» . физика курсында ғылыми ұғымдар ... 6
1.1 «Жұмыс» және «энергия» ұғымдарының даму тарихы ... ... ... ... ... 6
1.2 Қазіргі физикадағы «жұмыс» пен «энергия» түсініктерінің мәні мен мағынасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8
1.3 «Энергия» және «жұмыс» ұғымдарын жалпы білім беретін толық мектептің түлектерінің білу жағдайы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
2 Жалпы білім беретін толық мектептің физика курсында «жұмыс» және «энергия» ұғымдарын қалыптастыру әдістемесі ... ... ... ... ... ..
12
2.1 Мектепте «жұмыс» және «энергия» ұғымдарын қалыптастырудың негізгі кезеңдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
12
2.2 «Жұмыс» пен «энергия» ұғымдарын қалыптастырудағы қиыншылықтар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
28
2.3 «Жұмыс» пен «энергия» ұғымдарын қалыптастыру әдісі ретінде есептерді шешу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
30
2.4 «Жұмыс және энергия . іргелі ғылыми ұғымдар» тақырыбына арналған дидактикалық материалдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
39
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 60
Пайдаланылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 61
Мектеп оқушыларының бойында ғылыми ұғымдар жүйесін қалыптастыру – оларды ғылыми білімдер жүйесімен қаруландырудың маңызды элементтерінің бірі. Әрбір оқу пәні өзара байланысты ғылыми ұғымдар жүйесін қамтиды, оқушылардың жалпы пән бойынша білімдерінің сапасы олардың сол ұғымдарды меңгеруіне байланысты.
Ұғымдарды меңгермейінше заңдар мен теорияларды саналы түрде меңгеру мүмкін емес, өйткені олар ұғымдар арасындағы байланысты білдіреді.
Ұғым дегеніміз – айналадағы болмыстың, заттардың және құбылыстардың мәнді қасиеттерін, олардың арасындағы мәнді байланыстар мен қарым – қатынастарды білу деген сөз. Сонымен бірге ұғым – ойлау формаларының бірі, әрі ол таным құралы ретінде де көрінеді.
Ұғым – ойлаудың жоғары формаларының, материялық шындықты бейнелеу формаларының бірі.
Оқушылар ұғымды бірден игеріп кетпейді, оның мазмұнын, көлемін, байланыстарын және басқа ұғымдармен қатынастарын бірте – бірте меңгереді.
Ұғымдарды қалыптастыру үрдісінде олардың анықтамасы берілуінің маңызы зор. Анықтамада заттар мен құбылыстардың сол ұғымды бейнелейтін маңызды айырмашылық белгілері көрсетіледі.
Күрделі ұғымдар үшін кейде бір ғана анықтама жеткіліксіз болады. Ұғымның әр түрлі анықтамалары бірін – бірі толықтырады. Олардың бәрі дұрыс, бірақ құбылыстардың қандай да бір немесе бірнеше жағын бейнелейді.
«Жұмыс» пен «энергия» ұғымдарын және энергияның сақталу және айналу заңдарын меңгеру энергиялық әдіске оқушылардың ие болуы, физика курсында оқылатын әр түрлі заңдылық пен құбылысты ұғындыру үшін негізгі ұғымдарды шеберлікпен қолдануға алып келуге міндетті.
Дипломдық жұмыстың мақсаты жалпы физика курсының білімдік толық мектеп пен оның жақсару жолында мүмкіндігінше «жұмыс» пен «энергия» ұғымдарын қалыптастыру үрдісін зерттеу және дидактикалық материалдар жинағын құрастыру болып табылады.
Практикада «жұмыс» пен «энергия» ұғымдарын оқу деңгейі жеткіліксіз, бұл негізгі ұғымдардың қалыптастыру әдісінің кемеліне жетпегеніне байланысты көрінеді. Тапсырманы жүйелі шешу мен дәрісті жинақы іске асыру физика курсының энергиялық мәселелерін табысты оқып білуіне және «жұмыс» пен «энергия» ұғымдарын терең меңгеруіне алып келеді. Бұл дипломдық жұмысты зерттеудің жұмыс болжамын іске асырады.
Зерттеудің объектісі «жұмыс» пен «энергия» - физикалық ұғымдар, ал зерттеудің тақырыбы тікелей негізгі ұғымның қалыптасуы болды.
Қойған мақсатты шешу үшін келесі міндеттер белгіленген болатын:
1. Ғылыми және әдістемелік әдебиеттерде «жұмыс» пен «энергия» ұғымын қалыптастыру мәселесі жөнінде сұрақ жағдайын оқып білу.
2. Орта мектепті аяқтаған мезетте оқушылар «жұмыс» пен «энергия» ұғымын меңгеру деңгейіне талап белгілеу.
Ұғымдарды меңгермейінше заңдар мен теорияларды саналы түрде меңгеру мүмкін емес, өйткені олар ұғымдар арасындағы байланысты білдіреді.
Ұғым дегеніміз – айналадағы болмыстың, заттардың және құбылыстардың мәнді қасиеттерін, олардың арасындағы мәнді байланыстар мен қарым – қатынастарды білу деген сөз. Сонымен бірге ұғым – ойлау формаларының бірі, әрі ол таным құралы ретінде де көрінеді.
Ұғым – ойлаудың жоғары формаларының, материялық шындықты бейнелеу формаларының бірі.
Оқушылар ұғымды бірден игеріп кетпейді, оның мазмұнын, көлемін, байланыстарын және басқа ұғымдармен қатынастарын бірте – бірте меңгереді.
Ұғымдарды қалыптастыру үрдісінде олардың анықтамасы берілуінің маңызы зор. Анықтамада заттар мен құбылыстардың сол ұғымды бейнелейтін маңызды айырмашылық белгілері көрсетіледі.
Күрделі ұғымдар үшін кейде бір ғана анықтама жеткіліксіз болады. Ұғымның әр түрлі анықтамалары бірін – бірі толықтырады. Олардың бәрі дұрыс, бірақ құбылыстардың қандай да бір немесе бірнеше жағын бейнелейді.
«Жұмыс» пен «энергия» ұғымдарын және энергияның сақталу және айналу заңдарын меңгеру энергиялық әдіске оқушылардың ие болуы, физика курсында оқылатын әр түрлі заңдылық пен құбылысты ұғындыру үшін негізгі ұғымдарды шеберлікпен қолдануға алып келуге міндетті.
Дипломдық жұмыстың мақсаты жалпы физика курсының білімдік толық мектеп пен оның жақсару жолында мүмкіндігінше «жұмыс» пен «энергия» ұғымдарын қалыптастыру үрдісін зерттеу және дидактикалық материалдар жинағын құрастыру болып табылады.
Практикада «жұмыс» пен «энергия» ұғымдарын оқу деңгейі жеткіліксіз, бұл негізгі ұғымдардың қалыптастыру әдісінің кемеліне жетпегеніне байланысты көрінеді. Тапсырманы жүйелі шешу мен дәрісті жинақы іске асыру физика курсының энергиялық мәселелерін табысты оқып білуіне және «жұмыс» пен «энергия» ұғымдарын терең меңгеруіне алып келеді. Бұл дипломдық жұмысты зерттеудің жұмыс болжамын іске асырады.
Зерттеудің объектісі «жұмыс» пен «энергия» - физикалық ұғымдар, ал зерттеудің тақырыбы тікелей негізгі ұғымның қалыптасуы болды.
Қойған мақсатты шешу үшін келесі міндеттер белгіленген болатын:
1. Ғылыми және әдістемелік әдебиеттерде «жұмыс» пен «энергия» ұғымын қалыптастыру мәселесі жөнінде сұрақ жағдайын оқып білу.
2. Орта мектепті аяқтаған мезетте оқушылар «жұмыс» пен «энергия» ұғымын меңгеру деңгейіне талап белгілеу.
1. Мектепте физика курсын оқытудың теориясы мен әдістемесі: Оқу құралы./ Жүсіпқалиева Ғ.Қ., Джумашева А.А., Құбаева Б.С./ – Орал М.Өтемісов атындағы БҚМУ редакциялық баспа орталығы, 2012 ж. - 195 б.
2. Каменецкий С.Е., Иванова Л.А. Методика преподавания физики в средней школе: Частные вопросы. - М.: Просвещение, 1987.
3. Усова А.В. Формирование у школьников научных понятий в процессе обучения. - М.: Просвещение, 1986.
4. Б.Е. Акитай. «Физиканы оқыту теориясы және әдістемелік негіздері». – Алматы: «Қазақ университеті», 2006 ж.
5. Физиканы оқыту методикасы 6-7. Тұп нұсқасының редакциясын басқарған В.П.Орехов пен А.В.Усова. Алматы: Мектеп 1978, 392 б.
6. Жүсіпқалиева Ғ.Қ., Джумашева А.А., Құбаева Б.С. Мектепте физика курсын оқытудың теориясы мен әдістемесі, Оқу құралы./ - Орал: М.Өтемісов атындағы БҚМУ редакциялық баспа орталығы, 2012. – 195 б.
7. Орта мектептегі физикадан демонстрациялық эксперимент. 2 б. /Редакциясын басқарған. А.А. Покровский. Алматы: Мектеп. 1982.
8. Орта мектептегі физикадан фронталь лабораториялық сабақтары. А.А. Покровский және Б.С. Зворыкин. Алматы: Мектеп. 1966.
9. Файзуллаев Ә. Физика сабағының көрнекіліктері.-Алматы: Нұр-Принт, 2012.-207 б.
10. Дүйсембаев Б.М., т.б Жалпы білім беретін мектептің 8-сыныбына арналған оқулық.Физика және астрономия-Алматы: Мектеп, 2008.
11. Барашұлы Р. және т.б. Жалпы білім беретін мектептің 9-сыныбына арналған оқулық.Физика және астрономия-Алматы: Мектеп, 2009.
12. Б. Кронгарт, В.Кем, Н.Қойшыбаев.- Физика: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық, Алматы «МЕКТЕП» 2010-384 б.
13. С. Тұяқбаев, Б. Кронгарт, Ш.Насохова- Физика: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 11-сыныбына арналған оқулық, Алматы «МЕКТЕП» 2007-384 б.
14. Башарұлы Р., Тоқбергенова У., Қазақбаева Д. - «Физика және астрономияны оқыту әдістемесі» Алматы «Атамұра» 2004 ж.
15. «Физика және астрономия» ғылыми - әдістемелік журнал №4, 2007 ж., №5, 2008 ж.
16. Барашұлы Р. Жалпы білім беретін мектептің 7-сыныбына арналған оқулық. Физика және астрономия -Алматы: Атамұра, 2003.
17. Демкович В.П. Сборник вопросов и задач по физике для средней школы. – М.: Просвещение, 1969.
18. Рымкевич А.П.. Физика есептерінің жинағы.-Алматы: «Мектеп», 1986.
19. Әбдіғапаров Қ., Қошпанов М. Қызықты физика (механика, жылу, электр)-Алматы "Қазақстан", 1971.-120 б.
20. Я.И.Перельман. Қызықты физика.-Алматы: Қазақтың мемлекеттік оқу-педагогикалық баспасы 1956.-300 б.
2. Каменецкий С.Е., Иванова Л.А. Методика преподавания физики в средней школе: Частные вопросы. - М.: Просвещение, 1987.
3. Усова А.В. Формирование у школьников научных понятий в процессе обучения. - М.: Просвещение, 1986.
4. Б.Е. Акитай. «Физиканы оқыту теориясы және әдістемелік негіздері». – Алматы: «Қазақ университеті», 2006 ж.
5. Физиканы оқыту методикасы 6-7. Тұп нұсқасының редакциясын басқарған В.П.Орехов пен А.В.Усова. Алматы: Мектеп 1978, 392 б.
6. Жүсіпқалиева Ғ.Қ., Джумашева А.А., Құбаева Б.С. Мектепте физика курсын оқытудың теориясы мен әдістемесі, Оқу құралы./ - Орал: М.Өтемісов атындағы БҚМУ редакциялық баспа орталығы, 2012. – 195 б.
7. Орта мектептегі физикадан демонстрациялық эксперимент. 2 б. /Редакциясын басқарған. А.А. Покровский. Алматы: Мектеп. 1982.
8. Орта мектептегі физикадан фронталь лабораториялық сабақтары. А.А. Покровский және Б.С. Зворыкин. Алматы: Мектеп. 1966.
9. Файзуллаев Ә. Физика сабағының көрнекіліктері.-Алматы: Нұр-Принт, 2012.-207 б.
10. Дүйсембаев Б.М., т.б Жалпы білім беретін мектептің 8-сыныбына арналған оқулық.Физика және астрономия-Алматы: Мектеп, 2008.
11. Барашұлы Р. және т.б. Жалпы білім беретін мектептің 9-сыныбына арналған оқулық.Физика және астрономия-Алматы: Мектеп, 2009.
12. Б. Кронгарт, В.Кем, Н.Қойшыбаев.- Физика: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық, Алматы «МЕКТЕП» 2010-384 б.
13. С. Тұяқбаев, Б. Кронгарт, Ш.Насохова- Физика: Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 11-сыныбына арналған оқулық, Алматы «МЕКТЕП» 2007-384 б.
14. Башарұлы Р., Тоқбергенова У., Қазақбаева Д. - «Физика және астрономияны оқыту әдістемесі» Алматы «Атамұра» 2004 ж.
15. «Физика және астрономия» ғылыми - әдістемелік журнал №4, 2007 ж., №5, 2008 ж.
16. Барашұлы Р. Жалпы білім беретін мектептің 7-сыныбына арналған оқулық. Физика және астрономия -Алматы: Атамұра, 2003.
17. Демкович В.П. Сборник вопросов и задач по физике для средней школы. – М.: Просвещение, 1969.
18. Рымкевич А.П.. Физика есептерінің жинағы.-Алматы: «Мектеп», 1986.
19. Әбдіғапаров Қ., Қошпанов М. Қызықты физика (механика, жылу, электр)-Алматы "Қазақстан", 1971.-120 б.
20. Я.И.Перельман. Қызықты физика.-Алматы: Қазақтың мемлекеттік оқу-педагогикалық баспасы 1956.-300 б.
Қостанай мемлекеттік педагогикалық институты
Жаратылыстану-математика факультеті
Физика-математика және жалпы техникалық пәндер кафедрасы
Қорғауға жіберілді ____________201__ж.
___________________________Калаков Б.А.
(кафедра меңг.)
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
Орта мектептегі физика курсында "жұмыс" және "энергия"ұғымдарын
қалыптастыру әдістемесі
5В011000-Физика
Орындаған: Абдилазизов Ш.А..
Ғылыми жетекшісі: А.М. Нупирова,
ФМжЖТП кафедрасыныңаға аға оқытушысы
Қостанай, 2017
Қостанай мемлекеттік педагогикалық институты
Жаратылыстану –математика факультеті
Физика-математика және жалпы техникалық пәндер кафедрасы
Абдилазизов Шукурулло Абдимоминович
Орта мектептегі физика курсында "жұмыс" және "энергия"ұғымдарын
қалыптастыру әдістемесі
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
5В011000-Физика
Қостанай 2017
МАЗМҰНЫ
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...4
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ...
1 Жұмыс және энергия - физика курсында ғылыми ұғымдар ... 6
1.1 Жұмыс және энергия ұғымдарының даму 6
тарихы ... ... ... ... ...
1.2 Қазіргі физикадағы жұмыс пен энергия түсініктерінің мәні мен8
мағынасы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .
1.3 Энергия және жұмыс ұғымдарын жалпы білім беретін толық 10
мектептің түлектерінің білу
жағдайы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2 Жалпы білім беретін толық мектептің физика курсында жұмыс және
энергия ұғымдарын қалыптастыру 12
әдістемесі ... ... ... ... ... ..
2.1 Мектепте жұмыс және энергия ұғымдарын қалыптастырудың
негізгі 12
кезеңдері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... .
2.2 Жұмыс пен энергия ұғымдарын қалыптастырудағы
қиыншылықтар ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ..28
... ... ... ... ... ... ... ... .. ...
2.3 Жұмыс пен энергия ұғымдарын қалыптастыру әдісі ретінде
есептерді 30
шешу ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .
2.4 Жұмыс және энергия – іргелі ғылыми ұғымдар тақырыбына арналған
дидактикалық 39
материалдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
Қорытынды ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...60
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ...
Пайдаланылған 61
әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... .
КІРІСПЕ
Мектеп оқушыларының бойында ғылыми ұғымдар жүйесін қалыптастыру –
оларды ғылыми білімдер жүйесімен қаруландырудың маңызды элементтерінің
бірі. Әрбір оқу пәні өзара байланысты ғылыми ұғымдар жүйесін қамтиды,
оқушылардың жалпы пән бойынша білімдерінің сапасы олардың сол ұғымдарды
меңгеруіне байланысты.
Ұғымдарды меңгермейінше заңдар мен теорияларды саналы түрде меңгеру
мүмкін емес, өйткені олар ұғымдар арасындағы байланысты білдіреді.
Ұғым дегеніміз – айналадағы болмыстың, заттардың және құбылыстардың
мәнді қасиеттерін, олардың арасындағы мәнді байланыстар мен қарым –
қатынастарды білу деген сөз. Сонымен бірге ұғым – ойлау формаларының бірі,
әрі ол таным құралы ретінде де көрінеді.
Ұғым – ойлаудың жоғары формаларының, материялық шындықты бейнелеу
формаларының бірі.
Оқушылар ұғымды бірден игеріп кетпейді, оның мазмұнын, көлемін,
байланыстарын және басқа ұғымдармен қатынастарын бірте – бірте меңгереді.
Ұғымдарды қалыптастыру үрдісінде олардың анықтамасы берілуінің маңызы
зор. Анықтамада заттар мен құбылыстардың сол ұғымды бейнелейтін маңызды
айырмашылық белгілері көрсетіледі.
Күрделі ұғымдар үшін кейде бір ғана анықтама жеткіліксіз болады.
Ұғымның әр түрлі анықтамалары бірін – бірі толықтырады. Олардың бәрі дұрыс,
бірақ құбылыстардың қандай да бір немесе бірнеше жағын бейнелейді.
Жұмыс пен энергия ұғымдарын және энергияның сақталу және айналу
заңдарын меңгеру энергиялық әдіске оқушылардың ие болуы, физика курсында
оқылатын әр түрлі заңдылық пен құбылысты ұғындыру үшін негізгі ұғымдарды
шеберлікпен қолдануға алып келуге міндетті.
Дипломдық жұмыстың мақсаты жалпы физика курсының білімдік толық мектеп
пен оның жақсару жолында мүмкіндігінше жұмыс пен энергия ұғымдарын
қалыптастыру үрдісін зерттеу және дидактикалық материалдар жинағын
құрастыру болып табылады.
Практикада жұмыс пен энергия ұғымдарын оқу деңгейі жеткіліксіз, бұл
негізгі ұғымдардың қалыптастыру әдісінің кемеліне жетпегеніне байланысты
көрінеді. Тапсырманы жүйелі шешу мен дәрісті жинақы іске асыру физика
курсының энергиялық мәселелерін табысты оқып білуіне және жұмыс пен
энергия ұғымдарын терең меңгеруіне алып келеді. Бұл дипломдық жұмысты
зерттеудің жұмыс болжамын іске асырады.
Зерттеудің объектісі жұмыс пен энергия - физикалық ұғымдар, ал
зерттеудің тақырыбы тікелей негізгі ұғымның қалыптасуы болды.
Қойған мақсатты шешу үшін келесі міндеттер белгіленген болатын:
1. Ғылыми және әдістемелік әдебиеттерде жұмыс пен энергия ұғымын
қалыптастыру мәселесі жөнінде сұрақ жағдайын оқып білу.
2. Орта мектепті аяқтаған мезетте оқушылар жұмыс пен энергия ұғымын
меңгеру деңгейіне талап белгілеу.
3. Мектеп түлектерінің негізгі деңгейлі біліміне сәйкес айқындау.
4. Алынған нәтиже бойынша негізгі ұғымның қалыптасуында қиындықтарды
анықтау және бұл қиындықтарды жеңуде нақтылы тәсіл ұсыну.
Құралы: мектептегі оқыту процесі.
Дипломдық жұмыс кіріспеден, екі тарау, қорытынды және пайдаланған
әдебиеттер тізімнен тұрады.
1. Жұмыс және энергия - физика курсында ғылыми ұғымдар
1.1 Жұмыс және энергия ұғымдарының даму тарихы
Физикалық ғылым құруда негізгі ұғымның санына және оның техникада
қолдануда жұмыс және энергия ұғымдары жатады. Бұған физиканың ең күшті
жалпы заңдарының барлық қазіргі жаратылыстану – энергияның сақталу және
айналу заңдарына сүйенеді.
Ғылымда XIX ғасырда пайда болған олар басқа тиянақты түсініктер сияқты
үздіксіз дамиды. Жұмыс ұғымының ғылымда өсуі ұзақ жолмен өтті және
энергия ұғымымен байланысты шағында өркендеді. Механикалық алтын
ережесінде механикалық қозғалыстың өзгертуінде және күш берудің алдыңғы
жолда шығаруда маңызды тойтарыс берген болатын. Бұл физикалық ұлылық туралы
жұмыста ұғым құрау үшін негізде қызмет еткен. Алайда жұмыс ұғымы ақырын
қалыптасты.
Жұмыс термині қазіргі заманғы ұғымында алғаш рет 1826 жылы француз
оқымыстысы Понселе еңбегінде пайда болды. Күштер құрудың тең жұмысы осы
ұлылық жолында кейбір жолдарға материалдық нүктеге әсер етуші Понселенің
анықтағанына келіседі. Егер күштің бағыты орын ауыстыру бағытымен сәйкес
келмесе, онда орын ауыстыру бағытына негізгі күштің жобалығының түсінігінде
болады.
Жұмыс туралы ұғымның қалыптасуы жұмыс ұғымына жаңа және терең
мағына беретін энергияның сақталу және айналу заңдарын қалыптастыру үшін
түпнұсқа дайындады. Тек қана энергияның сақталу және айналу заңдарымен
байланыста осы мағына ашылған еді. Бұл заңдардың негізінде бір денеден
екінші денеге берудің алдында өзгеріс энергиясының үрдісінде жұмыс туралы
ұсыныс туындады.
Ұғымдардың мәнін ғылыми сараптау оның ғылыми белгіленуі алғаш рет
Ф.Энгельстің Табиғат диалектісінде көрсетілген. Ф.Энгельс бойынша, жұмыс
бұл сандық жағымен қаралған қозғалыс түрінің өзгеруі, әрқашанда екі дененің
арасында шеткі өлшемі жөнінде болатын үрдіс болып табылады.
Жұмыстың Энгельс берген анықтамасы ұғымның дәл мазмұнын ашқан, ол
қазірге дейін өзінің мағынасын толық сақтады.
Әртүрлі физикалық жұмыстың негізгі шарты ауысу формаларының сапалы
өзгеруі болып табылады деп Ф.Энгельс атап көрсетті. Ол жұмыстың барлық
жағдайында бір денеден басқа денеге қозғалыс беру немесе бір түрден басқа
қозғалысқа өзгеруін сенімді түрде көрсетеді (жылуда механикалық,
электрлікте химиялық, т.б.).
Ф.Энгельстің уақытында макроденелердің механикалық қозғалысының
микробөлшектердің жылулық қозғалысына айналу процесі және керісінше
бөлшектердің жылулық қозғалысының макроденелердің механикалық қозғалысына
айналуы жақсы зерттелген еді. Бұл үрдіс механикалық жұмыс деп аталды. Сол
кездің өзінде – ақ, электр тогының жұмысы деп аталған, бойынан ток жүріп
өткен электр тізбегіндегі энергияның айналу процестері оқып зерттелген
болатын. [1]
Физиканың онан әрі дамуы материя қозғалысының басқа айналу
формаларының ашылуына келтірді. Олардың барлығы жұмыс деген ұғыммен
қамтылады. Осылай шығу жұмысы және жұмыстың басқа түрлері пайда болды.
Сөйтіп, физиканың дамуына байланысты жұмыс ұғымының нақтылануы мен
жалпылануы шығады.
Г.Гельмгольцпен келіспей, үйкеліс пен серпімсіз соққы – бұл үрдіс,
өйткені механикалық жұмысты жояды және оның орнына жылуды тудырады.
Ф.Энгельс жазды: Керісінше, мұнда механикалық жұмыс жойылмайды,
механикалық жұмыс туындайды. Механикалық қозғалыс бұл жерде көрініс бойынша
жойылады. Бірақ механикалық қозғалыс еш жерде және ешқашанда бір миллион
бөлік километрге өткізе алмайды, егер ол алдындағыдай көрініс бойынша
жойылмайтын болса, қандай да бір басқа қозғалыс түріне өзгеріп кетпейді.
Сол уақытта электрлік мақсатта болатын үрдіс пайда болады. Қозғалыс түрінің
өзгеруін мұнда болатын ерекшелік, бұл процесті электрлік токтың жұмысын
айтады. Физиканың келешекте дамуы өзгеретін қозғалыстың көптеген басқа
түрлерінің ашылуына алып келеді. Олардың бәрі жұмыс ұғымын қамтиды.
Осылай электрондар жұмысының шығуы және басқа жұмыс түрлері пайда болды.
Энергия ұғымы – физиканың ең бір күрделі ұғымы. Ол XIX ғасырдың
ортасында жұмыс түсінігінен кешігірек ғылымда біржолата қалыптасты.
Физикада қозғалыспен әр түрлі жүйе жағдайының өзгеруімен дамиды.
XIX ғасырдың ортасында барлық физикалық форманың бір – біріне өзара
айналу қозғалысы орнатылған болатын. Бұл ашылу XIX ғасырда ғылымның ең
маңызды жаңалығы болды. Бір – біріне деген қозғалыстың барлық түрлерінің
маңызды өзгеруі туралы алуан қозғалыстың түрлері жүйе жағдайының біркелкі
өзгеруін шақырады. Себебі металл кесектің температурасы белгіленген
температура жолымен әр түрлі ішкі әсері, онымен жұмыс істеу, т.б.
механикалық әсері, оны жалынды қыздыру, жылулық әсері, оған электрлік токты
жіберуі жоғарылайды. Бұл әр түрлі қозғалыс формасын салыстыруға және
олардың арасындағы эквиваленттік қарым – қатынасты орнатады. Осы мәнде
эквиваленттік арасында, мысалы, жылулық пен жұмысты түсінуді қадағалайды.
Бұл әр түрлі қозғалыс формасының өзара айналуын өзімен бірге кез
келген сыртқы әсермен мүмкіндігінше салыстырады және механикалық жұмыстың
эквиваленттік саны энергия түсінігінің сандық анықталуына алып келді
(М.Планктың мәліметі бойынша (1887 ж)).
Біз бекітілген нөлдік жағдайдағы орындауда өз жағдайының кез келген
бейнесінен соңғы рет өткенде жүйеден тыс болатын барлық әрекеттің көлемді
жұмыстың механикалық бірлігінде өлшеуі, бірнеше анықталған жағдайда
материалдық жүйенің энергиясын анықтаймыз. Осындай бейнеде мөлшерлік
салыстырылған кез келген әсер мүмкіндігінше энергия түсінігінің
белгіленуіне алып келеді.
Физиканың дамуы қозғалыс формасының алуан өзгеруінің ашылуына алып
келді. Олардың бәрі жұмыс ұғымын қамтиды. Энергия – бұл қозғалысты және
оның мөлшерін сипаттайтын шама (Ф.Энгельстің анықтауынша).
Ғылымның даму процесінде энергия ұғымын қорыту және анықтау
үрдістері өтеді. Осы ұғымның дамуында негізгі кезең үздіксіз ортада
энергия қозғалысы туралы ұғымның зерттеуі және энергия ағыны ұғымның
кіріспесі болып табылады. Кванттық физиканың дамуы энергияның квантталу
мүмкіндігі туралы қорытындыға әкелді, яғни кейбір жағдайда жүйенің
энергиясы тек шамалардың дискретті қатарын қабылдайды. Бұл орын алады,
мысалы, сәулелену энергиясы, микробөлшектердің айналуы мен тербелуіне деген
қатысы бойынша. Сонымен қатар энергия ұғымының дамуында негізгі кезең
масса мен энергия арасындағы байланыстың E=mc² қалыптасуы болып табылады.
Бұл қатыс әмбебап. Ол тіпті өте ұсақ микробөлшектерде үнемі E=mc² өрнекке
ие материя қозғалысының белгілі түріне ие екенін көрсетеді. Әсіресе маңызды
практикалық мағына ядролық энергияның дамуымен байланыста қатыс алды,
сондықтан ол ядролық реакциялардың энергетикалық баллансын есептеуінің
негізінде жатады. Ғылымның кейінгі дамуында ядролардың құрылымы мен
элементарлық бөлшектердің қозғалысын оқумен байланыста байланыс энергиясы
ұғымы шығарылды.
Осылай жұмыс және энергия ұғымдарының ғылыми мағынасының дамуымен
байланыста айқындалады және жинақтап қорытылады. [2]
1.2 Қазіргі физикадағы жұмыс пен энергия түсініктерінің мәні мен
мағынасы
Жұмыс пен энергия түсініктерінің мәні мен мазмұны туралы олардың
жоғары оқу орны студенттері үшін физикалық оқу құралдарында және
оқулықтарда, энциклопедиялық анықтамалықтарда ой – пікірлер айтылады. Осы
түсінікті анықтап талдауда жұмыс пен энергия қазіргі физикада өзімен
бірге ұсынылатын тәсіл жасауға болады.
Жұмыс пен энергияның мазмұны басқа ғылыми ұғымдар сияқты
өзгеріссіз қалмайды. Ғылымның даму шегінде осы ұғым ашылады. Жұмыс
термині екі мағынада қолданылады. Кең мағыналы сөзде физикалық жұмыс
туралы айтқанда үрдіс деп түсінетін мазмұн бір түрлі қозғалысты басқаға
немесе бір денеден екінші денеге (немесе денелер жүйесіне) қозғалыс беруі
болып табылады. Осы уақытта жұмыспен бірге бұл үрдісті сандық сипатта
түсінеді. Сондықтан әрбір қозғалыс түрімен белгіленген энергия түрі сәйкес
келеді, бірақ жұмыс әрқашан энергия өзгеруінің үрдісі немесе оның бір
денеден басқа денеге берілуі сияқты анықталады. Жұмыс ұғымының мәні сол
сияқты денеге емес, дене жүйесіне де емес, әр түрлі үрдіске қатысты, таза
механикалық жұмыс жағдайында дене қозғалысы үрдіске күш әрекетін қолданады,
нәтижесінде жүйе бір күйден басқа күйге өтеді. Қандай да бір қозғалыстың
(немесе энергияның) тәуелділікте басқаға өзгереді, әр түрлі жұмыс түрін
айырады және формула шығады, сәйкес келетін жұмыстың жоғарылығын анықтайды
(механикалық, электрлік токтың, электрлік зарядтың ауысуы жөнінде электрлік
шеңбердің күші, электрондардың шығуы және т.б.).
Әр түрлі жұмысты шығару үшін формуланы талдау күштің қорытып
жинақтауы мен координаттардың қорыта жинақтауы ұғымдарын енгізуіне алып
келді. Бұл физикалық жұмыстың барлық түрлері үшін жалпы формуланы табуға
мүмкіндік береді:
;
мұндағы – күштің қорыта жинақтауы, - координаттардың қайта
қорытуы.
Жұмыс ұғымы денелердің ішкі энергиясы өзгеруінің макрофизикалық
формасы жұмыс деп аталатын термодинамикада, жылу беру деген атау алған
микрофизикалық формадан айырмашылықта ерекше мәнге ие. Физикалық жұмыс
денелердің немесе зат бөлшектерінің немесе өрістердің өзара
әрекеттестігінде жасалынады (мысалы жарықтың заттармен өзара
әрекеттестігінде электрондардың шығу жұмысы, электрлік өрісте зарядталған
бөлшектердің орын ауыстыруы бойынша жұмыс, ауыртпалық өрісте күш жұмысы
және т.б.). Жұмыс нәтижесі денелердің, бөлшектердің немесе өрістердің
энергиясының өзгеруі болып табылады, ал жасалынған жұмыстың шамасы
энергияның өзгеру шамасына тең болады. [3]
Энергия күрделі ұғымдардың бірінен саналады. Энергия ұғымы жұмыс
және қозғалыс ұғымдарымен тікелей байланысты. Тек қозғалыстағы денелер
ғана жұмыс істеуге қабілетті.
Мысалы, сығылған серіппенің кері тебілу барысында денелер қозғалысқа
келіп, жұмыс істеледі. Бұдан сығылған серіппенің жұмыс істеуге қабілетті
екенін көреміз.
Егер дене жұмыс істеуге қабілетті болса, онда оның энергиясы бар деп
айтады. Дененің жұмыс істеу қабілетін нақты көрсететін физикалық шама
энергия деп аталады.
Энергияның көптеген анықтамасын талдаудан жұмыс ұғымының мағынасын
толық ашатын, берілген ұғымның қысқаша анықтамасын беруге күрделі болатын
қорытынды шығаруға болады. Анықтамалардың әрқайсысы тек осы күрделі ұғымның
бір жағын ғана ашады. Бұл жағдай осы күні энергия деген не екені
физиктерге белгісіз. Қосқанда сол бір сан шығатын белгілі сандық шамаларды
есептеу үшін формула бар екенін білеміз. Бұл бізге не механизм туралы, не
түрлі мүшелерінің формуласында пайда болу мәселесі туралы да айтпайтын
назар аударатын бір нәрсе деген Фейнман айтқан пікір үшін айғақ болды.
Бірақ бұл пікірмен келісуге болмайды. Энергияның жалпы анықтамасының
жоқтығы біздің энергия туралы білмейтінімізді көрсетпейді. Физикада энергия
– физикалық шама деп жалпыланған. Бұл нені сипаттайды?
Энергия ұғымының мазмұнының маңызды жағы, ол координаттар мен
жылдамдық бойынша, температура, қысым және көлем, магниттік және электрлік
өріс кернеулігі, тағы басқалар бойынша анықталған жүйе күйінің бір мәнді
функциясы болып табылады, демек шамалар, қозғалыстың сол немесе басқа
формасын көрсететін өзгеру. Энергия – материяның бір түрден екінші түрге
барлық айналуларындағы оның қозғалысының ортақ өлшеуіші.
Материалдық жүйенің кез келген ауысуына бір күйден басқаға әрқашан
қатаң энергияның белгілі өзгеруі сәйкес келеді. Егер өзгеру қатарына
шыдаған жүйе бастапқы күйіне оралса, онда барлық үрдістің нәтижесінде жүйе
энергияларының жалпы өзгеруі нөлге тең болады. Онда қандай да үрдістер өтсе
де, оңашаланған жүйенің энергиясы тұрақты. Бұл жағдай энергияның сақталу
заңын көрсетеді.
Бір материя қозғалысының формасынан басқаға орын ауыстыру облысына
қатысты көп санды физикалық тәжірибелер жүйеге әсер ететін механикалық,
жылулық, электрлік және басқа ықпал арасындағы эквивалентті қатыс бар
екенін көрсетеді. Бұл оңашаланған жүйеде кез келген өзгерісте тұрақты болып
қалатын физикалық шама – энергия көмегімен физикада қарастырылған
қозғалатын материяның нақты түрлерін сипаттауға мүмкіндік береді. Соңғы
энергияның қозғалыс шамасы, демек олардың өзара орын ауыстыруында
өзгеріссіз болып қалатын қозғалыстың түрлі физикалық түрлерінің жалпы
сипаттамасы болып табылатынын көрсетеді.
Энергия ұғымының мазмұны туралы жоғарыда айтылғандарды қорытуға
болады: энергия күйдің бір мәнді функциясын көрсетеді, өзгеру жүйеге әсер
ететін барлық сыртқы ықпалдың механикалық эквиваленттердің қосындысын
анықтайды.
Оңашаланған жүйенің энергиясы осындай жүйеде өтетін кез келген
өзгерулерде тұрақты болып қалады. Демек, энергия қозғалатын материяның
түрлі нақты формаларының жалпы сипаттамасы болып табылады, өзара айналуда
шама өзгеріссіз қалады. Қазіргі физикада физикалық қозғалыстың түрлі
формаларымен сәйкес келуде энергияның келесі түрлерін ажыратуға болады:
механикалық, денелердің ішкі энергиясы, электромагниттік, гравитациялық
өрістің энергиясы. [4]
1.3 Энергия және жұмыс ұғымдарын жалпы білім беретін толық
мектептің түлектерінің білу жағдайы
Оқушыларда ғылыми түсініктердің жүйесін қалыптастыру – олардың ғылыми
білім құралдарының маңызды элементтерінің бірі. Ұғымдарды меңгермейінше,
ұғымдардың арасындағы байланысты білдіретін заңдар мен теорияларды саналы
меңгеру мүмкін емес. Оқушылардың ұғымды меңгеруі туралы пікір айтуға
болатын негізгі өлшемдердің сапасында мыналарды белгілеуге болады:
- оның анықтамасында немесе белгілі оқушылардың нышандарын санауда
көрсетілген ұғымдардың маңызды нышандарын білу;
- маңызды емес нышандардан маңызды нышандарды айыра білу шеберлігі;
- басқалар мен берілген ұғымның қатысы мен маңызды байланысын білу;
- танымды және практикалық тапсырмалардың түрлерін шешуде ұғымды
қолдану шеберлігі;
- ұғымды жалпылау шеберлігі.
Ұғымды қалыптастырудағы мұғалім жұмысының жетістігі көбінесе ұғымдарды
қалыптастыруды қалай түсінетіні және жоғары деңгейге тәуелді
(критерийлер), орта мектепті бітірген кезде ұғымның оқушыларда қалыптасуы
болып табылады. Оқулықты оқу нәтижесінде жұмыс және энергия ұғымдарын
қалыптастыру мәселесін тұрақтандыруға болады, физиканы үйренгеннен кейін
жалпы білім беретін мектептің жалпы курсында оқушылар мыналарды меңгеруге
тиісті:
Жұмыс ұғымы үшін:
1. Физикалық жұмыс ұғымы екі мағынаға ие: біріншіден, бұл қозғалыстың
(энергияның) бір түрінен басқа түрге өзгеру үрдісі немесе қозғалыстың
(энергияның) бір жүйеден басқа жүйеге берілуі; екіншіден – жұмыс
берілген үрдістің сандық сипаттамасы болып табылады.
2. Мектеп бағдарламасында қаралатын физикалық жұмыстың нақты түрлерін
білу.
3. Жұмыстың әр түрі орындалатын кездегі шарттарды білу.
4. Жұмыстың әр түріне сәйкес келетін үрдістердің мәнін білу.
5. Жұмыстың әр түрінің шамасын анықтауға арналған формулаларды білу,
жұмысты шығару үшін формулаларды қолдану шеберлігі.
Энергия ұғымы үшін:
1. Энергия – олардың бір түрден басқа түрге айналуында материя
қозғалысының жалпы шамасы.
2. Оларды құрайтын компоненттер мен энергияның негізгі түрлерін білу.
3. Энергияның бір түрін басқа түрінен айыратын белгілерін білу.
4. Энергияның оқытылатын түрлерін есептеу формулаларын білу, олар арқылы
энергияны анықтау шеберлігі.
5. Айналудан әрқайсысы өтетін шартында энергияның (қозғалыстың) айналу
қабілетін білу.
6. Энергияның сақталу және айналу заңдарын түсіну.
7. Оның ғылым мен техникадағы рөлін түсіну.
8. Осы байланысты көрсететін энергия ұғымының басқа ұғымдармен және
формулалармен негізгі байланысын білу.
9. Энергияның өлшем бірлігін және оның негізгі түрлерін есептеу
қабілетін білу.
10. Энергия ұғымын жұмыс, күш, күш импульсі ұғымдарынан
дифференциалдау шеберлігі. [5,6]
2. Жалпы білім беретін толық мектептің физика курсында жұмыс және
энергия ұғымдарын қалыптастыру әдістемесі
2.1 Мектепте жұмыс және энергия ұғымдарын қалыптастырудың негізгі
кезеңдері
Жұмыс және энергия ұғымдарын түсіну физиканың негізгі ұғымдарының
санына кіреді. Бұл екі ұғым бір – бірімен тығыз байланысты.
Физиканы оқыту әдістемесінде дискуссияның пәні мектепте оқуды неден
бастау керек: жұмыс ұғымынан ба, әлде энергия ұғымынан ба? деген сұрақ
болып табылады. Олардың қайсысы бірінші және қайсысы екінші? Бір – бірімен
тығыз байланысқан жұмыс және энергия ұғымдары энергия ұғымының негізі
болып табылады, жұмыс ұғымы энергия өзгерісінің үрдісін сипаттайды. Оқуды
негізгі ұғымнан, яғни энергиядан бастап, кейін жұмысқа көшеміз. Кейбір
әдіскерлер мен физика пәнінің мұғалімдері осылай жасауды ұсынады. Бірақ бұл
жағдайда көптеген дидактикалық қиындықтар туындайды. Жұмыс ұғымы - нақты
энергия ұғымы. Ғылымға ерте кірістірілген, ол күрделі энергия ұғымын
қалыптастыруға мүмкіндік жасайды. Сондықтан физиканы оқудың бірінші
сатысында жұмыс ұғымының қалыптастыруынан бастап, кейін жұмыстан
энергияға көшу керек.
Жұмыс ұғымын оқушылар мектепте физиканы оқымай тұрып – ақ
кездестіреді және күнделікті өмірде оларға сүйенеді. Бірақ мектепте
физиканы оқығанға дейін ұғымның ғылыми мәні мүлде түсініксіз болады.
Сондықтан мұғалімнің әдістемелік тапсырмасы ғылымға жұмыс ұғымының қандай
мазмұнын салу керек екенін оқушыларға көрсетуден тұрады.
Физика курсының алғашқы сатысында (7 – 8 сыныптар) берілген ұғымды
қалыптастыру үшін үш негізгі кезеңге бөлуге болады.
Бірінші кезеңде механикалық жұмыс ұғымы қалыптастырылады: жұмыс
процесінің мәні материя қозғалысының бір түрінен басқаға айналуы болып
табылатын механикалық жұмысты істеп шығаратын шарттарды анықтайды.
Ұғым дамуының екінші кезеңінде оқушыларға механикалық жұмыс үрдісінде
макроденелердің механикалық қозғалысының бөлшектерінің жылулық қозғалысына
айналуын көрсету мақсаты көзделеді. Ал кері үрдісте, бөлшектердің, мысалы,
қызған будың, ретсіз жылулық қозғалысы макроденелердің, мысалы, іштен жану
двигателінің цилиндріндегі поршеньнің немесе бу турбинасының жұмыс
дөңгелегінің, реттелген қозғалысына айналады.
Ұғым дамуының үшінші кезеңінде оқушылар электр тогының жұмысымен
танысады. [5]
Күнделікті өмірде жұмыстан адамдардың еңбек қызметтерінің түрлерін
түсінуге болады (дене жұмысы, ой жұмысы, шығармашылық жұмыс) деп түсінеді.
Физикада бұл ұғым басқа мағынаға ие, күш әсеріне тәуелді физикалық шаманы
көрсетеді.
Күш әсерінен денелердің қозғалыс жылдамдығының өзгеруі, денелердің
деформацияланатыны оқушыларға бұрыннан белгілі. Қолдың бұлшық етінің күші
серіппені сыға алады, кір тасты көтере алады, білеушені үстел бетімен
жылжыта алады. Барлық осы жағдайда механикалық жұмыс істелді делінеді.
Осы және осыған ұқсас мысалдарды талдай отырып, механикалық жұмыстың
күш әсеріне және дененің осы күштің әсерінен орын ауыстыруымен үнемі
байланыста болатындығы тағайындалады.
Егер дене орын ауыстырмаса немесе әсер етуші күш жоқ болса, онда
механикалық жұмыс істелмейді. Мысалы, кір тасы тағанды басады, ал
баллондағы сығылған ауа қабырғаларға қысым түсіреді. Осы жағдайда күш әсер
етеді, бірақ орын ауыстыру жоқ, сондықтан механикалық жұмыс істелмейді.
Оқушылардың инерция туралы білімін қолдана отырып, егер денеге басқа
денелер әсер етпесе және ол инерциямен қозғалып келе жатса, онда
механикалық жұмыс істелмейді, өйткені бұл жағдайда орын ауыстыру бар, бірақ
әсер етуші күш жоқ екендігі айтылады.
Сонан кейін жұмыс ұғымы серпімділік күшін (созу, сығу, серіппені бұрау)
жеңудегі жұмыс, материалдардың бұзылуға (ағаш тілуде, жерді өңдеуге,
егеумен, сүргімен, қашаумен жұмыста) қарсы кедергі күшінің жұмысы
мысалдарымен нақтыланады.
Одан әрі сан мәндері берілген нақты мысалдар арқылы жұмыстық күш және
осы күштің әсер ететін ара қашықтықпен байланыстылығы тағайындалады.
Мысалы, тақтаға екі оқушы шақырылады. Олардың біреуіне 1кг, ал екіншісіне
5кг жүкті көтеру тапсырылады. Кім көп жұмыс істеді? деген сұраққа өмірлік
тәжірибесін пайдалана отырып, оқушылар дұрыс жауап береді. Кейін оқушының
бірі 5кг жүкті 20см биіктікке, ал екіншісі сол жүкті 1м биіктікке көтереді.
Кім көп жұмыс істеді? деген сұраққа жауап тағы да қиындық туғызбайды.
Мынадай қорытынды жасалады: жұмыс әсер етуші күшке де және осы күштің
әсер етуімен жүрілген орын ауыстыруға да байланысты. Жұмыс күші осы күштің
әсер етуімен жүрілген орын ауыстыруға көбейту арқылы өлшенетіндігі
айтылады.
Егер күштің бағыты мен осы күштің түсу нүктесінің орын ауыстыру бағыты
бағыттас болса, онда істелген механикалық жұмысты физикада оң деп есептеу
қабылданған. Егер ауысу бағыты күш бағытына қарама – қарсы болса, онда осы
күштің жұмысы теріс болады. 7 сыныпта теріс жұмыс туралы ұғым шығарылмаған.
Сондықтан оқушылар назарын мына формулаға аудару қажет: , - күш
әрекеті бағытымен өткен орын ауыстыру. Алынған формуланы, мына
айтылғандарды көрсете отырып, жан – жақты талдаған жөн.
егер және болса, онда болады;
егер , бірақ болса, онда болады (мысалы, дене инерциясымен
қозғалғанда);
егер , бірақ болса, онда болады (мысалы, үстел үстінде
жатқан денелер үстелге қысым түсіреді, бірақ жұмыс істемейді).
Кейін жұмыстың өлшем бірлігі енгізіледі:
1Дж=1Н*1м.
Көрнекі бейнелерді жасау үшін 1Дж – ға тең жұмыс дегеніміз массасы 100г
денені 1м биіктікке көтеруде істелетін жұмыс деп түсіндіріледі. [6]
7 сыныпта жұмыс ұғымын қалыптастыруда қуат ұғымы енгізіледі. Бұл
ұғым адамдар немесе әр түрлі машиналар бірдей уақыт ішінде әр түрлі жұмыс
істейтіндігін көрсететін мысалдардың көмегімен енгізіледі.
1. Егер екі оқушы бір уақытта еденнен үстелге екі түрлі жүкті, 1Н және 5Н,
көтерсе, онда екінші оқушы көбірек қуат жұмсады делінеді, демек сол уақытта
ол 5 есе үлкен жұмыс істеді.
2. Адам күрекпен 1 сағатта 4 тонна астықты лақтыра алса, ал астық пульті –
30 тонна астық лақтырады және алысқа лақтыра алады. Бұдан астық пульті осы
уақыт ішінде көп механикалық жұмыс істейтіндігі өзінен – өзі түсінікті.
Осылайша оқушыларға қуат деген ерекше физикалық шама енгізу қажет
екендігі түсіндіріліп айтылады.
Қуат ұғымын дұрысырақ ұғыну үшін, двигательді пайдаланудағы оның әр
түрлі режимдегі жұмысын салыстыру пайдалы. Мұндай қондырғының сызбасы
суретте 1 көрсетілген. Оқушылар двигательдің жүкті бірдей биіктікке
әр түрлі уақытта көтере алатынын көреді. Жүктің салмағын біле отырып,
биіктікті өлшеп, істелген жұмысты есептейді. Жүктің көтерілу уақытын өлшеп,
двигательдің 1 секундта істеген жұмысын есептейді. Осыдан соң жай сандық
мәнді мысалдар арқылы қуаттың формуласын енгізеді: .
Қуаттың өлшем бірлігі .
Қуат деп энергияның бір түрден екінші түрге айналу жылдамдығын немесе
жұмыстың атқарылу жылдамдығын сипаттайтын скаляр физикалық шаманы айтады.
Техникада қуаттың басқа да өлшем бірліктерін қолданады: киловатт (кВт),
мегаватт (МВт). [6]
Бірқалыпты қозғалыстағы қуат. Айталық, автомобиль жолдың горизонталь
бөлігінде түзусызықты және жылдамдықпен бірқалыпты қозғалып келеді делік.
Двигательдің тарту күші кедергі күшін теңгергенде ғана осындай қозғалыстың
болуы мүмкін. Жолдың бөлігі түзу болғандықтан, күш векторының бағыты мен
орын ауыстырудың бағыты сәйкес келеді ( және ). Сондықтың
қозғалтқыштың жұмысы: .
Қозғалтқыштың өндіретін қуаты мынаған тең:
.
Шыққан формуладан көріп отырғанымыздай, тарту күші тұрақты болғанда
қозғалтқыштың өндіретін қуаты автомобиль қозғалысының жылдамдығына
пропорционал болады.
Берілген тақырып бойынша есептер шығаруда формуласы қорытылады,
осы формуланың көмегімен трактордың, автомобильдің, электровоздардың тарту
қуатын оңай табуға болады.
Пайдалы әсер коэффициенті ұғымы да өте маңызды. Бұл ұғым Қарапайым
механизмдер деген тақырыпты өткенде айтылады. Оқушыларға тепе – теңдік
шарты мен жұмыстар теңдігі, заңы қарапайым механизмдерде үйкеліс күші
ескерілмеген жағдайда қарастырылғандығын айту керек. Ал шындығында барлық
жағдайда үйкеліс болады, сондықтан оны жеңу үшін қосымша жұмыс істеледі.
Үнемі ПӘК пайдалы жұмыстың жұмсалған жұмысқа қатысымен анықталады. Біз
оқушылардың санасына жұмсалған жұмыс ұғымын кіргізуге қарсымыз, жұмыс –
ол үрдіс және әрқашан жетілген немесе туындаған жұмыс туралы айту керек
және алынған немесе жұмсалған жұмыс туралы айтып қажеті жоқ. Сондықтан
ПӘК ұғымымен байланыста пайдалы жұмыс және толық жұмыс ұғымдары
беріледі. Жүктерді көтергенде немесе қандай да бір кедергіні жеңгенде
жасалған жұмыс пайдалы деп аталады.
Кез келген машина жұмыс істеген кезде энергияның сақталу заңы міндетті
түрде орындалады. Қандай машина, қандай қозғалтқыш болса да, шығындалған
энергиядан артық энергия өндіріп бере алмайды, керісінше, кез келген
машинада энергияның біразы ішкі энергияға (жылуға) айналып, зая кетеді. Ол
энергия қоршаған ортаға тарайды. Мысалы, трактор қозғалтқышы жұмыс
істегенде отын энергиясының үштен бірі механикалық энергияға айналса, үштен
екісі пайдаланған газбен және қозғалтқышты салқындататын сумен бірге
кетеді.
Бізге қажетті энергияның түріне айналған энергияның бөлігі пайдалы
энергия деп аталады. Көтергіш кран үшін пайдалы жұмыс – жүкті көтеру
жұмысы, токарь станогі үшін – материалдың серпімділік күшіне қарсы
жұмсалған жұмыс, автомобиль қозғалтқышы үшін – машинаны қозғалысқа
келтіретін жұмыс.
ПӘК түрленген пайдалы энергияның (пайдалы жұмыстың) барлық жұмсалған
энергияға (барлық атқарылған жұмысқа) қатынасына тең болады. Ол гректің
(эта) әрпімен белгіленеді:
%
Кез келген қондырғыда үйкеліс күшінің әсері болатындықтан, энергияның
біразы ғана пайдалы энергияға жұмсалады. Сондықтан қондырғының ПӘК – і әр
уақытта 1 – ден аз болады.
Толық жұмыс - қосымша күшпен жұмсалған жұмыс. Идеал шарттарда
(үйкелісті есептемегенде) толық жұмыс пайдалы жұмысқа тең. Бірақ біз қандай
да бір нақты механизмді алмасақта, оның көмегімен жасалған пайдалы жұмыс
әрқашан тек толық жұмыстың бір бөлігін құрайды. Ары қарай пайдалы
жұмысты, толық жұмысты және ПӘК – н есептейтін нақты мысалдар
келтіріледі.
Мысалы, массасы 400кг бетон плитаны 10см биіктікке көтеру үшін рычагты
қолданады. Рычагтың екінші ұшына түсірілген 1200Н күштің түсу нүктесі 40см
жол жүреді. Рычагтың ПӘК – н табу керек.
Шығаруда алдымен ауырлық күшін табады:
F=mg=400кг9,8Нкг4000Н.
Кейін пайдалы жұмысты табады:
Толық жұмысты (жасалған) және
ПӘК – н анықтайды: ПӘК
Пайдалы жұмыс үйкелістің салдарынан толық жұмыстан аз болып шықты.
Толық істелген жұмыс пайдалы жұмыс пен үйкеліс күшін жеңуге жұмсалған
жұмыстың қосындысына тең.
7 сыныпта оқушылар энергия туралы және оның бір түрден екінші түрге
айналуын қарастырады.
Мұнда ең басынан - ақ оқушылар санасында энергия жөнінде ұғым ең
алдымен қозғалысты сипаттайтын және Ф.Энгельс анықтамасындағы оның өлшеуіші
болып табылатын шама ретінде қалыптастырылуы керек.
Оқушыларға жұмыс ұғымы арқылы энергия ұғымын түсіндіру керек екені
айтылды. Жұмыс тек денеге күш әсер еткенде және осы күштің әсерінен жол
жүргенде ғана болатындығын баса айтып, механикалық жұмыс материалын
қайталау керек. Осыдан кейін энергия ұғымына келеміз. Бұл ұғымды
қалыптастыруды тәжірибеден бастау керек.
Үстелден жүкті көтеру керек. Оқушылардың назарын жүк қозғалмайтынына
аудару қажет, демек жұмыс істелмейді. Бірақ жүк құласа, онда бұл жағдайда
жұмыс істелінеді. Осыны анықтау үшін құлаған жүктермен қозғалыста өтетін
арбашамен жасалған тәжірибе қойылады. Келесі тәжірибеде қысылған серіппе
көрсетіледі және ол созылған, шар қозғалады, арбашаны немесе жүкті
көтереді, бұл кезде жұмыс істелінеді. Қорытынды: жоғарыға көтерілген жүк
және қысылған серіппе жұмыс істеу қабілетті иеленеді.
Қорытындылау: егер дене немесе өзара әрекеттескен денелер жұмыс істеу
қабілетке ие, онда олар энергияға ие деп санауға болады. Сондықтан
көтерілген жүк, қысылған серіппе, қозғалған шар энергияға ие болады. [7]
Энергия дененің (немесе бірнеше денелердің) жұмыс істеу мүмкіндігін
сипаттайтын шама болып табылады. Дене тек энергияға ие болғанда ғана жұмыс
істеуі мүмкін. Оқушылар энергияға ие дене ерекше күйде болатынын анықтауы
қажет: жүк көтерілген, серіппе қысылған немесе созылған, демек
деформацияланған, болат шар қозғалады және т.б. Істелген жұмыстың
нәтижесінде дене бір күйден екінші күйге өтеді: жүк түседі, қысылған
серіппе созылады, қозғалған шардың жылдамдығы азаяды, бұл жағдайда осы
денелердің энергиясы өзгереді. Істелген жұмыс денелердің бір күйден екінші
күйге өткендегі энергияның өзгеру шамасы болып табылады.
Энергия ұғымының қалыптасуының кейінгі кезеңі механикалық энергияның
екі негізгі түрлері – потенциалдық және кинетикалық энергияны анықтау болып
табылады.
Кинетикалық энергия. Энергия ұғымы жұмыс ұғымымен тығыз байланысты
болғандықтан, Механикалық энергия тақырыбын оқып үйренуге арналған
сабақта, жұмыс тек денеге күш әсер еткенде және осы күштің әсерінен дене
жол жүргенде ғана болатындығын баса айтып, механикалық жұмыс материалын
қайталау керек.
Дененің қозғалысымен анықталатын энергияны кинетикалық энергия дейді
(кинема - қозғалыс).
Дененің кинетикалық энергиясының неге байланыстылығын оқушыларға
түсіндіру үшін, қозғалып келе жатқан шариктің немесе арбашаның жолына
қойылған білеушенің (сурет 2) S аралыққа орын ауыстыруына арналған
тәжірибені көрсеткен жөн. Артынша арбашамен жасалатын тәжірибенің түрін
өзгертеді. Арбашаны әр түрлі жылдамдықпен (әр түрлі биіктіктен) жібере
отырып, қорытынды жасайды: неғұрлым дененің жылдамдығы көп болса, соғұрлым
оның істелген жұмысы көп болатындығы, олай болса энергия да көп болатыны
туралы қорытынды жасалады.
Массасы әр түрлі арбашаларды пайдалана отырып, энергияның қозғалыстағы
дененің массасына тәуелді екендігі көрсетіледі. Бақылауларды жинақтай
келіп, мынадай пікірге келеміз: қозғалыстағы дененің әрі массасы және
жылдамдығы көп болса, соғұрлым оның кинетикалық энергиясы да көп болады.
Потенциалдық энергия. Бұдан бұрынғы оқып үйренгендерді қайталай отырып,
тағы да оқушылардың назары дененің энергиясы оның жұмыс істеу қабілетіне
қарай анықталатынына аударылады. Алайда бұл қабілет тек қозғалатын денеде
ғана болып қоймайды. Бұл ой, мысалы, келесі тәжірибемен түсіндіріледі.
1. Үстелге горизонталь бағытта демонстрациялық трибометр орналастырылады.
Оның үстіне, ілгегіне жіп байланған ағаш білеушені қояды. Жіпті блокқа
асып, екінші ұшына гир іледі. Гирді құлатқанда білеуше орын ауыстырады
да, жұмыс істейді.
2. Бір ұшына жүк бекітілген серіппені созады. Серіппе жиырылғанда, жүкті
көтереді, яғни жұмыс істейді. Осылайша денелердің немесе оның
бөліктерінің өзара орналасуына байланысты болатын потенциалдық энергия
ұғымы енгізіледі.
Сонан соң Жер бетінен көтерілген дененің потенциалдық энергиясы неге
байланысты болатындығын тәжірибемен анықтауға болады. Осы мақсатпен құм
толтырылған биік жәшікке ұзындығы 20 – 25см болатын үшкір қазық қағылады
да, оған шыны түтікше еркін кигізіледі. Массалары әр түрлі гирлер мен
шариктерді қазыққа әр түрлі биіктіктерден тастай отырып, дене жер бетінен
неғұрлым биікке көтерілсе және оған әсер етуші ауырлық күш көп болса,
соғұрлым дененің энергиясы көп болатынына көз жеткізеді. Денені h биіктікке
көтергенде ауырлық күшіне қарсы жұмыс істелетініне, сондықтан потенциалдық
энергия формуласымен табылып, джоульмен өлшенетініне оқушылардың
көңілін бөлу керек.
Сонымен потенциалдық энергия (латынша потенция - мүмкіншілік) деп әр
түрлі денелердің (немесе бір дене бөліктерінің) өзара орналасуы бойынша
анықталатын энергияны айтады.
Жоғары көтерілген дененің потенциалдық энергиясы сол дененің массасына
және көтерілу биіктігіне тәуелді.
Механикалық энергияның бір түрден екінші түрге өтуі. Мақсат оқушыларға
кинетикалық және потенциалдық энергиялардың өзара түрленуі туралы түсінік
беру. Энергияның өзара ауысуын тәжірибемен түсіндіру өте қолайлы:
1. Жіпке ілінген шариктің тербелісі. Бақылауларды талдауда оқушылардың
назарын потенциалдық энергияның кинетикалық энергияға айналуына
және сонымен қатар шариктің ең жоғарғы және төменгі орындарының
арасында кинетикалық (дене қозғалып келеді) және потенциалдық
энергия (дене төменгі деңгейден әлі жоғарыда) энергия болатынына
аудару керек.
2. Төмен түсетін жүктің әсерінен арбашаның қозғалуы (сурет 3). Бұл
жерде жоғары көтерілген гирдің потенциалдық энергиясы қозғалып бара
жатқан арбаша мен гирдің кинетикалық энергиясына айналады.
Егер арбашаны итерсек, жүк жоғары көтеріле бастайды, бұл жағдайда оның
потенциалдық энергиясы артып, арбашаның кинетикалық энергиясы азаяды.
3. Серіппеге ілінген жүктің тербелісі. Осы тәжірибеде потенциалдық
энергияның кинетикалық энергияға және керісінше айналуы өте жақсы
көрсетіледі. Бірақ бұл жерде дененің потенциалдық және кинетикалық
энергиясының біртіндеп азайғаны байқалады. Себебі оқушыларға
үйкелістен, ауаның кедергісінен деп қысқаша түсіндіру керек.
4. Максвелл маятнигімен тәжірибе жасау. Бұл тәжірибені орындауда
оқушылардың назарын маятниктің кинетикалық энергиясы ол
көтерілгенде
және түсірілгенде, оның ілгерілемелі қозғалысының нәтижесінен ғана емес,
сонымен қатар оның айналмалы қозғалысынан да болатынына аудару керек. Әрі
айналмалы қозғалыстың нәтижесінде кинетикалық энергияның ең үлкен мәні ең
төменгі нүктеде болады.
Оқылған материал негізінде жұмыс ұғымын кеңірек аша түседі. Жұмыс
энергияның бір түрінен басқа түріне айналғанда істелінеді. [8]
Жұмыс және энергия ұғымдарын қалыптастыру 8 сыныпта ішкі энергия
мен электр құбылысын өткенде қаралады. Оқушылар дененің механикалық
энергиясынан басқа ішкі энергияның бар екенін анықтауы керек. Физиканың
қазіргі кездегі курсында ішкі энергия ұғымының мазмұны былайша ашылып
көрсетіледі: қозғалыс сипатына және денені құрап тұрған бөлшектердің өзара
әсеріне байланысты ішкі энергияны келесі құрамды бөліктерге ажыратуға
болады:
а) молекулалардың хаостық (ілгерлемелі және айналмалы) қозғалысының
кинетикалық энергиясына;
б) молекулааралық өзара әсер күштері себепті болатын потенциалдық
энергиясына;
в) атомдар мен молекулалардың тербелмелі қозғалысының кинетикалық және
потенциалдық энергиясына;
г) атомдар мен иондардың электрондық қабықшаларының энергиясына, сондай
– ақ ядро ішіндегі энергияға.
8 сыныпта оқушылар молекулалардың хаостық қозғалысының энергиясы
(молекула – кинетикалық) және молекулалардың өзара әсерлесу энергиясы
(молекула - потенциалдық) дененің ішкі энергиясының бір бөлігі болып
табылатындығын игеріп алса болғаны. Ғылыми тұрғыдан алғанда да бұлай болуы
заңды, өйткені мектепте оқып үйренілетін жылу құбылыстары орташа
температуралық диапозонда өтеді, мұнда денелердің ішкі энергиясының өзгеруі
негізінен молекулалардың кинетикалық және потенциалдық энергияларының
өзгеруіне байланысты.
Ішкі энергия ұғымы мен оның өзгеру тәсілдерін қалыптастыруға
кіріскенде, оқушылардың механикалық энергия мен дененің ішкі құрылысы
жөнінде не білетіндерін естеріне түсіруді ұсыну керек.
Мұнда оқушылардың мынадай мәселелерді ұғынуларын анықтаудың маңызы бар:
Қандай жағдайда денелердің энергиясы бар делінеді?, Механикалық
энергияның қандай түрлері бар?, Қандай денелердің кинетикалық энергиясы
бар және ол неге байланысты?, Денелердің потенциалдық энергиясы неге
байланысты?. Бұл сұрақтар оқушыларға ішкі энергияны оқып үйренуде оны
механикалық энергиямен шатастырмауға көмектеседі.
Ішкі энергия ұғымын түрліше әдістермен қалыптастыруға болады. Бірінші
әдісте, серпімсіз денелер – қорғасын шар мен қорғасын пластинка
соқтығысқанда, энергияның сақталу заңының бұзылатыны сияқты көрінетін
идеясы негіз етіп алынады, екінші әдісте – жұмыс энергияның өзгеру, айналу
үрдісінде жасалады және жұмыс энергияның осы өзгеруінің немесе айналуының
өлшеуіші болып келеді деген ой негіз етіп алынған. Басқаша айтқанда, егер
дене жұмыс жасап тұрса немесе жұмыс жасайтын болса, онда оның энергиясы
болғаны.
Бірінші әдіс онша назар аударарлық емес, өйткені онда ақтығында өзара
әсер етуші денелердің (қорғасын шар мен пластинканың) ішкі энергиясы құлап
түсіп келе жатқан қорғасын шардың потенциалдық энергиясы кему есебінен
артады. Бұл денелердің соқтығысқанға дейін ішкі энергиясы болды ма деген
мәселеге келсек, ол ашық қалады. Сондықтан алғашқы тәжірибелер денелердің
ішкі энергияларының оларды қыздыруға және олармен жұмыс жасағанға дейін
болуын иллюстрациялап көрсетулері тиіс.
Сұйықтарда және қатты денелерде молекулалар мен атомдар тербелмелі
қозғалыс жасайды, сондықтан олардың кинетикалық және потенциалдық энергиясы
болады.
Атомдар мен молекулалардың хаостық (жылулық) қозғалысының кинетикалық
энергиясы, олардың өзара әсерлерінің потенциалдық энергиясымен бірге,
дененің ішкі энергиясының бір бөлігін құрайды және дененің берілген
мезеттегі күйін сипаттайды.
Ары қарай оқушыларға денелердің ішкі энергиясының механикалық
энергиядан айырмашылығын түсіндіру керек. Механикалық энергия дененің
массасы мен қозғалыс жылдамдығына тәуелді, сонымен қатар сол дененің басқа
денелерге қатысты орналасуына тәуелді. Ал ішкі энергия болса дененің
бүтіндей қозғалыс жылдамдығына тәуелді болмайды. Ол денені құрайтын
бөлшектердің қозғалыс жылдамдығы мен олардың өзара орналасуымен
анықталады.
Бұдан кейін оқушыларды дененің ішкі энергиясының өзгеру тәсілдерімен
таныстырып, ол энергияның механикалық жұмыс жасалғанда (денеге немесе
дененің өзі) және жылу берілуде өзгере алатынын көрсетеді. Бұған мынадай
қарапайым әрі сонымен бірге сенімді тәжірибелер көмектеседі, оларда көмекші
құбылыстар негізгі идеяны көмескілендірмейді. Бұл тәжірибелерде ішкі
энергияның бөлігі ретінде тек молекулалардың ғана энергиясы қарастырылған.
1. Дилатометрдің колбасына қолды тигізіп, түтіктегі боялған су
тамшысының орын ауыстыруын байқайды. Құбылыс қыздырған кезде ауаның
ұлғаюынан болады деп түсіндіріледі. Ауаның қызуы болса (оның
температурасының артуы) оның молекулаларының тәртіпсіз (жылулық) қозғалысы
жылдамдығының артқандығын, демек, дененің ішкі энергиясының бір бөлігі
болып табылатын олардың кинетикалық энергиясының артқандығын көрсетеді.
Бұл жағдайда ішкі энергия жылу берілу жолымен арттырылады. Егер
колбаны, температурасы бөлме температурасынан төмен болып келген, суы бар
ыдысқа қойса, түтіктегі су тамшысы төмен қарай орын ауыстырып, колбадағы
ауаның температурасының төмендегенін көрсетеді, демек, молекулалардың
тәртіпсіз қозғалысы жылдамдығының кемігенін, олардың кинетикалық
энергиясының кемігенін көрсетеді.
2. Штативке қысылған және манометрлік түтікпен немесе микроманометрмен
қосылған баллонды шұғамен ысқылап, манометр түтіктеріндегі сұйықтың
деңгейінің өзгергенін байқайды. Құбылыс баллондағы ауаның ұлғаюымен
түсіндіріледі, ұлғаю болса, ауа молекулаларының кинетикалық энергиясының
артуы себебінен болады. Бұл тәжірибеде дененің (ауаның) ішкі энергиясының
артуы механикалық жұмыс жасалу салдарынан болады.
Оқушылармен нәтижелері, дененің ішкі энергиясының кемуі болатын, қарама
– қарсы үрдістерді де қарастыру керек. Мысалы, қызған үтіктің айналадағы
ауамен жылу алмасу кезінде оның ішкі энергиясы кемиді, ол жөнінде уақыт
өтуімен үтіктің температурасының төмендеуіне қарап сөз етуге болады. Мұндай
құбылыс бастапқы температурасы айналадағы денелердің температурасынан
жоғары болып келетін денелердің бәрінде болады. [7,8]
Механикалық жұмыс жасау нәтижесінде дененің ішкі энергиясының кемуін
мынадай тәжірибемен көрсетуге болады.
Екі бунақты ауызы бар үлкен бөтелке немесе сүт бөтелкесін алып, оған
бір шай қасық су құяды. Түтікті, резеңке шлангының көмегімен ауа айдап
кіргізуге арналған, Комовский насосының патрубогымен қосады. Бөтелкеге
ауаны айдап енгізгенде, оның қысымы ақырында тығын атып шығатындай дәрежеге
жетеді. Сол кезде бөтелкенің қабырғасында су тамшылары пайда болады, бұл
ондағы ауа мен будың температурасының төмендегендігінің кепілі болып
табылады. Егер бөтелкеге түтіндеп тұрған шырпыны енгізсе, тұман
тамшыларының пайда болуы күшейе түседі.
Осы тәжірибені демонстрациялап көрсеткен кезде сақтық шаралары көзделуі
тиіс: тығын бөтелкенің аузынан біршама оңай атып шығуы үшін, оны сулау
керек.
Үнемі тәртіпсіз қозғалыста бола отырып, ыдыс ішіндегі ауа мен су буының
молекулалары оның қабырғаларын атқылайды. Неғұрлым газ температурасы жоғары
болса, соғұрлым молекулалар шапшаң қозғалады. Егер ауасы бар ыдыстың бір
қабырғасы жылжымалы болса ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Жаратылыстану-математика факультеті
Физика-математика және жалпы техникалық пәндер кафедрасы
Қорғауға жіберілді ____________201__ж.
___________________________Калаков Б.А.
(кафедра меңг.)
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
Орта мектептегі физика курсында "жұмыс" және "энергия"ұғымдарын
қалыптастыру әдістемесі
5В011000-Физика
Орындаған: Абдилазизов Ш.А..
Ғылыми жетекшісі: А.М. Нупирова,
ФМжЖТП кафедрасыныңаға аға оқытушысы
Қостанай, 2017
Қостанай мемлекеттік педагогикалық институты
Жаратылыстану –математика факультеті
Физика-математика және жалпы техникалық пәндер кафедрасы
Абдилазизов Шукурулло Абдимоминович
Орта мектептегі физика курсында "жұмыс" және "энергия"ұғымдарын
қалыптастыру әдістемесі
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
5В011000-Физика
Қостанай 2017
МАЗМҰНЫ
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...4
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ...
1 Жұмыс және энергия - физика курсында ғылыми ұғымдар ... 6
1.1 Жұмыс және энергия ұғымдарының даму 6
тарихы ... ... ... ... ...
1.2 Қазіргі физикадағы жұмыс пен энергия түсініктерінің мәні мен8
мағынасы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .
1.3 Энергия және жұмыс ұғымдарын жалпы білім беретін толық 10
мектептің түлектерінің білу
жағдайы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
2 Жалпы білім беретін толық мектептің физика курсында жұмыс және
энергия ұғымдарын қалыптастыру 12
әдістемесі ... ... ... ... ... ..
2.1 Мектепте жұмыс және энергия ұғымдарын қалыптастырудың
негізгі 12
кезеңдері ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... .
2.2 Жұмыс пен энергия ұғымдарын қалыптастырудағы
қиыншылықтар ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ..28
... ... ... ... ... ... ... ... .. ...
2.3 Жұмыс пен энергия ұғымдарын қалыптастыру әдісі ретінде
есептерді 30
шешу ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .
2.4 Жұмыс және энергия – іргелі ғылыми ұғымдар тақырыбына арналған
дидактикалық 39
материалдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
Қорытынды ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...60
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ...
Пайдаланылған 61
әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... .
КІРІСПЕ
Мектеп оқушыларының бойында ғылыми ұғымдар жүйесін қалыптастыру –
оларды ғылыми білімдер жүйесімен қаруландырудың маңызды элементтерінің
бірі. Әрбір оқу пәні өзара байланысты ғылыми ұғымдар жүйесін қамтиды,
оқушылардың жалпы пән бойынша білімдерінің сапасы олардың сол ұғымдарды
меңгеруіне байланысты.
Ұғымдарды меңгермейінше заңдар мен теорияларды саналы түрде меңгеру
мүмкін емес, өйткені олар ұғымдар арасындағы байланысты білдіреді.
Ұғым дегеніміз – айналадағы болмыстың, заттардың және құбылыстардың
мәнді қасиеттерін, олардың арасындағы мәнді байланыстар мен қарым –
қатынастарды білу деген сөз. Сонымен бірге ұғым – ойлау формаларының бірі,
әрі ол таным құралы ретінде де көрінеді.
Ұғым – ойлаудың жоғары формаларының, материялық шындықты бейнелеу
формаларының бірі.
Оқушылар ұғымды бірден игеріп кетпейді, оның мазмұнын, көлемін,
байланыстарын және басқа ұғымдармен қатынастарын бірте – бірте меңгереді.
Ұғымдарды қалыптастыру үрдісінде олардың анықтамасы берілуінің маңызы
зор. Анықтамада заттар мен құбылыстардың сол ұғымды бейнелейтін маңызды
айырмашылық белгілері көрсетіледі.
Күрделі ұғымдар үшін кейде бір ғана анықтама жеткіліксіз болады.
Ұғымның әр түрлі анықтамалары бірін – бірі толықтырады. Олардың бәрі дұрыс,
бірақ құбылыстардың қандай да бір немесе бірнеше жағын бейнелейді.
Жұмыс пен энергия ұғымдарын және энергияның сақталу және айналу
заңдарын меңгеру энергиялық әдіске оқушылардың ие болуы, физика курсында
оқылатын әр түрлі заңдылық пен құбылысты ұғындыру үшін негізгі ұғымдарды
шеберлікпен қолдануға алып келуге міндетті.
Дипломдық жұмыстың мақсаты жалпы физика курсының білімдік толық мектеп
пен оның жақсару жолында мүмкіндігінше жұмыс пен энергия ұғымдарын
қалыптастыру үрдісін зерттеу және дидактикалық материалдар жинағын
құрастыру болып табылады.
Практикада жұмыс пен энергия ұғымдарын оқу деңгейі жеткіліксіз, бұл
негізгі ұғымдардың қалыптастыру әдісінің кемеліне жетпегеніне байланысты
көрінеді. Тапсырманы жүйелі шешу мен дәрісті жинақы іске асыру физика
курсының энергиялық мәселелерін табысты оқып білуіне және жұмыс пен
энергия ұғымдарын терең меңгеруіне алып келеді. Бұл дипломдық жұмысты
зерттеудің жұмыс болжамын іске асырады.
Зерттеудің объектісі жұмыс пен энергия - физикалық ұғымдар, ал
зерттеудің тақырыбы тікелей негізгі ұғымның қалыптасуы болды.
Қойған мақсатты шешу үшін келесі міндеттер белгіленген болатын:
1. Ғылыми және әдістемелік әдебиеттерде жұмыс пен энергия ұғымын
қалыптастыру мәселесі жөнінде сұрақ жағдайын оқып білу.
2. Орта мектепті аяқтаған мезетте оқушылар жұмыс пен энергия ұғымын
меңгеру деңгейіне талап белгілеу.
3. Мектеп түлектерінің негізгі деңгейлі біліміне сәйкес айқындау.
4. Алынған нәтиже бойынша негізгі ұғымның қалыптасуында қиындықтарды
анықтау және бұл қиындықтарды жеңуде нақтылы тәсіл ұсыну.
Құралы: мектептегі оқыту процесі.
Дипломдық жұмыс кіріспеден, екі тарау, қорытынды және пайдаланған
әдебиеттер тізімнен тұрады.
1. Жұмыс және энергия - физика курсында ғылыми ұғымдар
1.1 Жұмыс және энергия ұғымдарының даму тарихы
Физикалық ғылым құруда негізгі ұғымның санына және оның техникада
қолдануда жұмыс және энергия ұғымдары жатады. Бұған физиканың ең күшті
жалпы заңдарының барлық қазіргі жаратылыстану – энергияның сақталу және
айналу заңдарына сүйенеді.
Ғылымда XIX ғасырда пайда болған олар басқа тиянақты түсініктер сияқты
үздіксіз дамиды. Жұмыс ұғымының ғылымда өсуі ұзақ жолмен өтті және
энергия ұғымымен байланысты шағында өркендеді. Механикалық алтын
ережесінде механикалық қозғалыстың өзгертуінде және күш берудің алдыңғы
жолда шығаруда маңызды тойтарыс берген болатын. Бұл физикалық ұлылық туралы
жұмыста ұғым құрау үшін негізде қызмет еткен. Алайда жұмыс ұғымы ақырын
қалыптасты.
Жұмыс термині қазіргі заманғы ұғымында алғаш рет 1826 жылы француз
оқымыстысы Понселе еңбегінде пайда болды. Күштер құрудың тең жұмысы осы
ұлылық жолында кейбір жолдарға материалдық нүктеге әсер етуші Понселенің
анықтағанына келіседі. Егер күштің бағыты орын ауыстыру бағытымен сәйкес
келмесе, онда орын ауыстыру бағытына негізгі күштің жобалығының түсінігінде
болады.
Жұмыс туралы ұғымның қалыптасуы жұмыс ұғымына жаңа және терең
мағына беретін энергияның сақталу және айналу заңдарын қалыптастыру үшін
түпнұсқа дайындады. Тек қана энергияның сақталу және айналу заңдарымен
байланыста осы мағына ашылған еді. Бұл заңдардың негізінде бір денеден
екінші денеге берудің алдында өзгеріс энергиясының үрдісінде жұмыс туралы
ұсыныс туындады.
Ұғымдардың мәнін ғылыми сараптау оның ғылыми белгіленуі алғаш рет
Ф.Энгельстің Табиғат диалектісінде көрсетілген. Ф.Энгельс бойынша, жұмыс
бұл сандық жағымен қаралған қозғалыс түрінің өзгеруі, әрқашанда екі дененің
арасында шеткі өлшемі жөнінде болатын үрдіс болып табылады.
Жұмыстың Энгельс берген анықтамасы ұғымның дәл мазмұнын ашқан, ол
қазірге дейін өзінің мағынасын толық сақтады.
Әртүрлі физикалық жұмыстың негізгі шарты ауысу формаларының сапалы
өзгеруі болып табылады деп Ф.Энгельс атап көрсетті. Ол жұмыстың барлық
жағдайында бір денеден басқа денеге қозғалыс беру немесе бір түрден басқа
қозғалысқа өзгеруін сенімді түрде көрсетеді (жылуда механикалық,
электрлікте химиялық, т.б.).
Ф.Энгельстің уақытында макроденелердің механикалық қозғалысының
микробөлшектердің жылулық қозғалысына айналу процесі және керісінше
бөлшектердің жылулық қозғалысының макроденелердің механикалық қозғалысына
айналуы жақсы зерттелген еді. Бұл үрдіс механикалық жұмыс деп аталды. Сол
кездің өзінде – ақ, электр тогының жұмысы деп аталған, бойынан ток жүріп
өткен электр тізбегіндегі энергияның айналу процестері оқып зерттелген
болатын. [1]
Физиканың онан әрі дамуы материя қозғалысының басқа айналу
формаларының ашылуына келтірді. Олардың барлығы жұмыс деген ұғыммен
қамтылады. Осылай шығу жұмысы және жұмыстың басқа түрлері пайда болды.
Сөйтіп, физиканың дамуына байланысты жұмыс ұғымының нақтылануы мен
жалпылануы шығады.
Г.Гельмгольцпен келіспей, үйкеліс пен серпімсіз соққы – бұл үрдіс,
өйткені механикалық жұмысты жояды және оның орнына жылуды тудырады.
Ф.Энгельс жазды: Керісінше, мұнда механикалық жұмыс жойылмайды,
механикалық жұмыс туындайды. Механикалық қозғалыс бұл жерде көрініс бойынша
жойылады. Бірақ механикалық қозғалыс еш жерде және ешқашанда бір миллион
бөлік километрге өткізе алмайды, егер ол алдындағыдай көрініс бойынша
жойылмайтын болса, қандай да бір басқа қозғалыс түріне өзгеріп кетпейді.
Сол уақытта электрлік мақсатта болатын үрдіс пайда болады. Қозғалыс түрінің
өзгеруін мұнда болатын ерекшелік, бұл процесті электрлік токтың жұмысын
айтады. Физиканың келешекте дамуы өзгеретін қозғалыстың көптеген басқа
түрлерінің ашылуына алып келеді. Олардың бәрі жұмыс ұғымын қамтиды.
Осылай электрондар жұмысының шығуы және басқа жұмыс түрлері пайда болды.
Энергия ұғымы – физиканың ең бір күрделі ұғымы. Ол XIX ғасырдың
ортасында жұмыс түсінігінен кешігірек ғылымда біржолата қалыптасты.
Физикада қозғалыспен әр түрлі жүйе жағдайының өзгеруімен дамиды.
XIX ғасырдың ортасында барлық физикалық форманың бір – біріне өзара
айналу қозғалысы орнатылған болатын. Бұл ашылу XIX ғасырда ғылымның ең
маңызды жаңалығы болды. Бір – біріне деген қозғалыстың барлық түрлерінің
маңызды өзгеруі туралы алуан қозғалыстың түрлері жүйе жағдайының біркелкі
өзгеруін шақырады. Себебі металл кесектің температурасы белгіленген
температура жолымен әр түрлі ішкі әсері, онымен жұмыс істеу, т.б.
механикалық әсері, оны жалынды қыздыру, жылулық әсері, оған электрлік токты
жіберуі жоғарылайды. Бұл әр түрлі қозғалыс формасын салыстыруға және
олардың арасындағы эквиваленттік қарым – қатынасты орнатады. Осы мәнде
эквиваленттік арасында, мысалы, жылулық пен жұмысты түсінуді қадағалайды.
Бұл әр түрлі қозғалыс формасының өзара айналуын өзімен бірге кез
келген сыртқы әсермен мүмкіндігінше салыстырады және механикалық жұмыстың
эквиваленттік саны энергия түсінігінің сандық анықталуына алып келді
(М.Планктың мәліметі бойынша (1887 ж)).
Біз бекітілген нөлдік жағдайдағы орындауда өз жағдайының кез келген
бейнесінен соңғы рет өткенде жүйеден тыс болатын барлық әрекеттің көлемді
жұмыстың механикалық бірлігінде өлшеуі, бірнеше анықталған жағдайда
материалдық жүйенің энергиясын анықтаймыз. Осындай бейнеде мөлшерлік
салыстырылған кез келген әсер мүмкіндігінше энергия түсінігінің
белгіленуіне алып келеді.
Физиканың дамуы қозғалыс формасының алуан өзгеруінің ашылуына алып
келді. Олардың бәрі жұмыс ұғымын қамтиды. Энергия – бұл қозғалысты және
оның мөлшерін сипаттайтын шама (Ф.Энгельстің анықтауынша).
Ғылымның даму процесінде энергия ұғымын қорыту және анықтау
үрдістері өтеді. Осы ұғымның дамуында негізгі кезең үздіксіз ортада
энергия қозғалысы туралы ұғымның зерттеуі және энергия ағыны ұғымның
кіріспесі болып табылады. Кванттық физиканың дамуы энергияның квантталу
мүмкіндігі туралы қорытындыға әкелді, яғни кейбір жағдайда жүйенің
энергиясы тек шамалардың дискретті қатарын қабылдайды. Бұл орын алады,
мысалы, сәулелену энергиясы, микробөлшектердің айналуы мен тербелуіне деген
қатысы бойынша. Сонымен қатар энергия ұғымының дамуында негізгі кезең
масса мен энергия арасындағы байланыстың E=mc² қалыптасуы болып табылады.
Бұл қатыс әмбебап. Ол тіпті өте ұсақ микробөлшектерде үнемі E=mc² өрнекке
ие материя қозғалысының белгілі түріне ие екенін көрсетеді. Әсіресе маңызды
практикалық мағына ядролық энергияның дамуымен байланыста қатыс алды,
сондықтан ол ядролық реакциялардың энергетикалық баллансын есептеуінің
негізінде жатады. Ғылымның кейінгі дамуында ядролардың құрылымы мен
элементарлық бөлшектердің қозғалысын оқумен байланыста байланыс энергиясы
ұғымы шығарылды.
Осылай жұмыс және энергия ұғымдарының ғылыми мағынасының дамуымен
байланыста айқындалады және жинақтап қорытылады. [2]
1.2 Қазіргі физикадағы жұмыс пен энергия түсініктерінің мәні мен
мағынасы
Жұмыс пен энергия түсініктерінің мәні мен мазмұны туралы олардың
жоғары оқу орны студенттері үшін физикалық оқу құралдарында және
оқулықтарда, энциклопедиялық анықтамалықтарда ой – пікірлер айтылады. Осы
түсінікті анықтап талдауда жұмыс пен энергия қазіргі физикада өзімен
бірге ұсынылатын тәсіл жасауға болады.
Жұмыс пен энергияның мазмұны басқа ғылыми ұғымдар сияқты
өзгеріссіз қалмайды. Ғылымның даму шегінде осы ұғым ашылады. Жұмыс
термині екі мағынада қолданылады. Кең мағыналы сөзде физикалық жұмыс
туралы айтқанда үрдіс деп түсінетін мазмұн бір түрлі қозғалысты басқаға
немесе бір денеден екінші денеге (немесе денелер жүйесіне) қозғалыс беруі
болып табылады. Осы уақытта жұмыспен бірге бұл үрдісті сандық сипатта
түсінеді. Сондықтан әрбір қозғалыс түрімен белгіленген энергия түрі сәйкес
келеді, бірақ жұмыс әрқашан энергия өзгеруінің үрдісі немесе оның бір
денеден басқа денеге берілуі сияқты анықталады. Жұмыс ұғымының мәні сол
сияқты денеге емес, дене жүйесіне де емес, әр түрлі үрдіске қатысты, таза
механикалық жұмыс жағдайында дене қозғалысы үрдіске күш әрекетін қолданады,
нәтижесінде жүйе бір күйден басқа күйге өтеді. Қандай да бір қозғалыстың
(немесе энергияның) тәуелділікте басқаға өзгереді, әр түрлі жұмыс түрін
айырады және формула шығады, сәйкес келетін жұмыстың жоғарылығын анықтайды
(механикалық, электрлік токтың, электрлік зарядтың ауысуы жөнінде электрлік
шеңбердің күші, электрондардың шығуы және т.б.).
Әр түрлі жұмысты шығару үшін формуланы талдау күштің қорытып
жинақтауы мен координаттардың қорыта жинақтауы ұғымдарын енгізуіне алып
келді. Бұл физикалық жұмыстың барлық түрлері үшін жалпы формуланы табуға
мүмкіндік береді:
;
мұндағы – күштің қорыта жинақтауы, - координаттардың қайта
қорытуы.
Жұмыс ұғымы денелердің ішкі энергиясы өзгеруінің макрофизикалық
формасы жұмыс деп аталатын термодинамикада, жылу беру деген атау алған
микрофизикалық формадан айырмашылықта ерекше мәнге ие. Физикалық жұмыс
денелердің немесе зат бөлшектерінің немесе өрістердің өзара
әрекеттестігінде жасалынады (мысалы жарықтың заттармен өзара
әрекеттестігінде электрондардың шығу жұмысы, электрлік өрісте зарядталған
бөлшектердің орын ауыстыруы бойынша жұмыс, ауыртпалық өрісте күш жұмысы
және т.б.). Жұмыс нәтижесі денелердің, бөлшектердің немесе өрістердің
энергиясының өзгеруі болып табылады, ал жасалынған жұмыстың шамасы
энергияның өзгеру шамасына тең болады. [3]
Энергия күрделі ұғымдардың бірінен саналады. Энергия ұғымы жұмыс
және қозғалыс ұғымдарымен тікелей байланысты. Тек қозғалыстағы денелер
ғана жұмыс істеуге қабілетті.
Мысалы, сығылған серіппенің кері тебілу барысында денелер қозғалысқа
келіп, жұмыс істеледі. Бұдан сығылған серіппенің жұмыс істеуге қабілетті
екенін көреміз.
Егер дене жұмыс істеуге қабілетті болса, онда оның энергиясы бар деп
айтады. Дененің жұмыс істеу қабілетін нақты көрсететін физикалық шама
энергия деп аталады.
Энергияның көптеген анықтамасын талдаудан жұмыс ұғымының мағынасын
толық ашатын, берілген ұғымның қысқаша анықтамасын беруге күрделі болатын
қорытынды шығаруға болады. Анықтамалардың әрқайсысы тек осы күрделі ұғымның
бір жағын ғана ашады. Бұл жағдай осы күні энергия деген не екені
физиктерге белгісіз. Қосқанда сол бір сан шығатын белгілі сандық шамаларды
есептеу үшін формула бар екенін білеміз. Бұл бізге не механизм туралы, не
түрлі мүшелерінің формуласында пайда болу мәселесі туралы да айтпайтын
назар аударатын бір нәрсе деген Фейнман айтқан пікір үшін айғақ болды.
Бірақ бұл пікірмен келісуге болмайды. Энергияның жалпы анықтамасының
жоқтығы біздің энергия туралы білмейтінімізді көрсетпейді. Физикада энергия
– физикалық шама деп жалпыланған. Бұл нені сипаттайды?
Энергия ұғымының мазмұнының маңызды жағы, ол координаттар мен
жылдамдық бойынша, температура, қысым және көлем, магниттік және электрлік
өріс кернеулігі, тағы басқалар бойынша анықталған жүйе күйінің бір мәнді
функциясы болып табылады, демек шамалар, қозғалыстың сол немесе басқа
формасын көрсететін өзгеру. Энергия – материяның бір түрден екінші түрге
барлық айналуларындағы оның қозғалысының ортақ өлшеуіші.
Материалдық жүйенің кез келген ауысуына бір күйден басқаға әрқашан
қатаң энергияның белгілі өзгеруі сәйкес келеді. Егер өзгеру қатарына
шыдаған жүйе бастапқы күйіне оралса, онда барлық үрдістің нәтижесінде жүйе
энергияларының жалпы өзгеруі нөлге тең болады. Онда қандай да үрдістер өтсе
де, оңашаланған жүйенің энергиясы тұрақты. Бұл жағдай энергияның сақталу
заңын көрсетеді.
Бір материя қозғалысының формасынан басқаға орын ауыстыру облысына
қатысты көп санды физикалық тәжірибелер жүйеге әсер ететін механикалық,
жылулық, электрлік және басқа ықпал арасындағы эквивалентті қатыс бар
екенін көрсетеді. Бұл оңашаланған жүйеде кез келген өзгерісте тұрақты болып
қалатын физикалық шама – энергия көмегімен физикада қарастырылған
қозғалатын материяның нақты түрлерін сипаттауға мүмкіндік береді. Соңғы
энергияның қозғалыс шамасы, демек олардың өзара орын ауыстыруында
өзгеріссіз болып қалатын қозғалыстың түрлі физикалық түрлерінің жалпы
сипаттамасы болып табылатынын көрсетеді.
Энергия ұғымының мазмұны туралы жоғарыда айтылғандарды қорытуға
болады: энергия күйдің бір мәнді функциясын көрсетеді, өзгеру жүйеге әсер
ететін барлық сыртқы ықпалдың механикалық эквиваленттердің қосындысын
анықтайды.
Оңашаланған жүйенің энергиясы осындай жүйеде өтетін кез келген
өзгерулерде тұрақты болып қалады. Демек, энергия қозғалатын материяның
түрлі нақты формаларының жалпы сипаттамасы болып табылады, өзара айналуда
шама өзгеріссіз қалады. Қазіргі физикада физикалық қозғалыстың түрлі
формаларымен сәйкес келуде энергияның келесі түрлерін ажыратуға болады:
механикалық, денелердің ішкі энергиясы, электромагниттік, гравитациялық
өрістің энергиясы. [4]
1.3 Энергия және жұмыс ұғымдарын жалпы білім беретін толық
мектептің түлектерінің білу жағдайы
Оқушыларда ғылыми түсініктердің жүйесін қалыптастыру – олардың ғылыми
білім құралдарының маңызды элементтерінің бірі. Ұғымдарды меңгермейінше,
ұғымдардың арасындағы байланысты білдіретін заңдар мен теорияларды саналы
меңгеру мүмкін емес. Оқушылардың ұғымды меңгеруі туралы пікір айтуға
болатын негізгі өлшемдердің сапасында мыналарды белгілеуге болады:
- оның анықтамасында немесе белгілі оқушылардың нышандарын санауда
көрсетілген ұғымдардың маңызды нышандарын білу;
- маңызды емес нышандардан маңызды нышандарды айыра білу шеберлігі;
- басқалар мен берілген ұғымның қатысы мен маңызды байланысын білу;
- танымды және практикалық тапсырмалардың түрлерін шешуде ұғымды
қолдану шеберлігі;
- ұғымды жалпылау шеберлігі.
Ұғымды қалыптастырудағы мұғалім жұмысының жетістігі көбінесе ұғымдарды
қалыптастыруды қалай түсінетіні және жоғары деңгейге тәуелді
(критерийлер), орта мектепті бітірген кезде ұғымның оқушыларда қалыптасуы
болып табылады. Оқулықты оқу нәтижесінде жұмыс және энергия ұғымдарын
қалыптастыру мәселесін тұрақтандыруға болады, физиканы үйренгеннен кейін
жалпы білім беретін мектептің жалпы курсында оқушылар мыналарды меңгеруге
тиісті:
Жұмыс ұғымы үшін:
1. Физикалық жұмыс ұғымы екі мағынаға ие: біріншіден, бұл қозғалыстың
(энергияның) бір түрінен басқа түрге өзгеру үрдісі немесе қозғалыстың
(энергияның) бір жүйеден басқа жүйеге берілуі; екіншіден – жұмыс
берілген үрдістің сандық сипаттамасы болып табылады.
2. Мектеп бағдарламасында қаралатын физикалық жұмыстың нақты түрлерін
білу.
3. Жұмыстың әр түрі орындалатын кездегі шарттарды білу.
4. Жұмыстың әр түріне сәйкес келетін үрдістердің мәнін білу.
5. Жұмыстың әр түрінің шамасын анықтауға арналған формулаларды білу,
жұмысты шығару үшін формулаларды қолдану шеберлігі.
Энергия ұғымы үшін:
1. Энергия – олардың бір түрден басқа түрге айналуында материя
қозғалысының жалпы шамасы.
2. Оларды құрайтын компоненттер мен энергияның негізгі түрлерін білу.
3. Энергияның бір түрін басқа түрінен айыратын белгілерін білу.
4. Энергияның оқытылатын түрлерін есептеу формулаларын білу, олар арқылы
энергияны анықтау шеберлігі.
5. Айналудан әрқайсысы өтетін шартында энергияның (қозғалыстың) айналу
қабілетін білу.
6. Энергияның сақталу және айналу заңдарын түсіну.
7. Оның ғылым мен техникадағы рөлін түсіну.
8. Осы байланысты көрсететін энергия ұғымының басқа ұғымдармен және
формулалармен негізгі байланысын білу.
9. Энергияның өлшем бірлігін және оның негізгі түрлерін есептеу
қабілетін білу.
10. Энергия ұғымын жұмыс, күш, күш импульсі ұғымдарынан
дифференциалдау шеберлігі. [5,6]
2. Жалпы білім беретін толық мектептің физика курсында жұмыс және
энергия ұғымдарын қалыптастыру әдістемесі
2.1 Мектепте жұмыс және энергия ұғымдарын қалыптастырудың негізгі
кезеңдері
Жұмыс және энергия ұғымдарын түсіну физиканың негізгі ұғымдарының
санына кіреді. Бұл екі ұғым бір – бірімен тығыз байланысты.
Физиканы оқыту әдістемесінде дискуссияның пәні мектепте оқуды неден
бастау керек: жұмыс ұғымынан ба, әлде энергия ұғымынан ба? деген сұрақ
болып табылады. Олардың қайсысы бірінші және қайсысы екінші? Бір – бірімен
тығыз байланысқан жұмыс және энергия ұғымдары энергия ұғымының негізі
болып табылады, жұмыс ұғымы энергия өзгерісінің үрдісін сипаттайды. Оқуды
негізгі ұғымнан, яғни энергиядан бастап, кейін жұмысқа көшеміз. Кейбір
әдіскерлер мен физика пәнінің мұғалімдері осылай жасауды ұсынады. Бірақ бұл
жағдайда көптеген дидактикалық қиындықтар туындайды. Жұмыс ұғымы - нақты
энергия ұғымы. Ғылымға ерте кірістірілген, ол күрделі энергия ұғымын
қалыптастыруға мүмкіндік жасайды. Сондықтан физиканы оқудың бірінші
сатысында жұмыс ұғымының қалыптастыруынан бастап, кейін жұмыстан
энергияға көшу керек.
Жұмыс ұғымын оқушылар мектепте физиканы оқымай тұрып – ақ
кездестіреді және күнделікті өмірде оларға сүйенеді. Бірақ мектепте
физиканы оқығанға дейін ұғымның ғылыми мәні мүлде түсініксіз болады.
Сондықтан мұғалімнің әдістемелік тапсырмасы ғылымға жұмыс ұғымының қандай
мазмұнын салу керек екенін оқушыларға көрсетуден тұрады.
Физика курсының алғашқы сатысында (7 – 8 сыныптар) берілген ұғымды
қалыптастыру үшін үш негізгі кезеңге бөлуге болады.
Бірінші кезеңде механикалық жұмыс ұғымы қалыптастырылады: жұмыс
процесінің мәні материя қозғалысының бір түрінен басқаға айналуы болып
табылатын механикалық жұмысты істеп шығаратын шарттарды анықтайды.
Ұғым дамуының екінші кезеңінде оқушыларға механикалық жұмыс үрдісінде
макроденелердің механикалық қозғалысының бөлшектерінің жылулық қозғалысына
айналуын көрсету мақсаты көзделеді. Ал кері үрдісте, бөлшектердің, мысалы,
қызған будың, ретсіз жылулық қозғалысы макроденелердің, мысалы, іштен жану
двигателінің цилиндріндегі поршеньнің немесе бу турбинасының жұмыс
дөңгелегінің, реттелген қозғалысына айналады.
Ұғым дамуының үшінші кезеңінде оқушылар электр тогының жұмысымен
танысады. [5]
Күнделікті өмірде жұмыстан адамдардың еңбек қызметтерінің түрлерін
түсінуге болады (дене жұмысы, ой жұмысы, шығармашылық жұмыс) деп түсінеді.
Физикада бұл ұғым басқа мағынаға ие, күш әсеріне тәуелді физикалық шаманы
көрсетеді.
Күш әсерінен денелердің қозғалыс жылдамдығының өзгеруі, денелердің
деформацияланатыны оқушыларға бұрыннан белгілі. Қолдың бұлшық етінің күші
серіппені сыға алады, кір тасты көтере алады, білеушені үстел бетімен
жылжыта алады. Барлық осы жағдайда механикалық жұмыс істелді делінеді.
Осы және осыған ұқсас мысалдарды талдай отырып, механикалық жұмыстың
күш әсеріне және дененің осы күштің әсерінен орын ауыстыруымен үнемі
байланыста болатындығы тағайындалады.
Егер дене орын ауыстырмаса немесе әсер етуші күш жоқ болса, онда
механикалық жұмыс істелмейді. Мысалы, кір тасы тағанды басады, ал
баллондағы сығылған ауа қабырғаларға қысым түсіреді. Осы жағдайда күш әсер
етеді, бірақ орын ауыстыру жоқ, сондықтан механикалық жұмыс істелмейді.
Оқушылардың инерция туралы білімін қолдана отырып, егер денеге басқа
денелер әсер етпесе және ол инерциямен қозғалып келе жатса, онда
механикалық жұмыс істелмейді, өйткені бұл жағдайда орын ауыстыру бар, бірақ
әсер етуші күш жоқ екендігі айтылады.
Сонан кейін жұмыс ұғымы серпімділік күшін (созу, сығу, серіппені бұрау)
жеңудегі жұмыс, материалдардың бұзылуға (ағаш тілуде, жерді өңдеуге,
егеумен, сүргімен, қашаумен жұмыста) қарсы кедергі күшінің жұмысы
мысалдарымен нақтыланады.
Одан әрі сан мәндері берілген нақты мысалдар арқылы жұмыстық күш және
осы күштің әсер ететін ара қашықтықпен байланыстылығы тағайындалады.
Мысалы, тақтаға екі оқушы шақырылады. Олардың біреуіне 1кг, ал екіншісіне
5кг жүкті көтеру тапсырылады. Кім көп жұмыс істеді? деген сұраққа өмірлік
тәжірибесін пайдалана отырып, оқушылар дұрыс жауап береді. Кейін оқушының
бірі 5кг жүкті 20см биіктікке, ал екіншісі сол жүкті 1м биіктікке көтереді.
Кім көп жұмыс істеді? деген сұраққа жауап тағы да қиындық туғызбайды.
Мынадай қорытынды жасалады: жұмыс әсер етуші күшке де және осы күштің
әсер етуімен жүрілген орын ауыстыруға да байланысты. Жұмыс күші осы күштің
әсер етуімен жүрілген орын ауыстыруға көбейту арқылы өлшенетіндігі
айтылады.
Егер күштің бағыты мен осы күштің түсу нүктесінің орын ауыстыру бағыты
бағыттас болса, онда істелген механикалық жұмысты физикада оң деп есептеу
қабылданған. Егер ауысу бағыты күш бағытына қарама – қарсы болса, онда осы
күштің жұмысы теріс болады. 7 сыныпта теріс жұмыс туралы ұғым шығарылмаған.
Сондықтан оқушылар назарын мына формулаға аудару қажет: , - күш
әрекеті бағытымен өткен орын ауыстыру. Алынған формуланы, мына
айтылғандарды көрсете отырып, жан – жақты талдаған жөн.
егер және болса, онда болады;
егер , бірақ болса, онда болады (мысалы, дене инерциясымен
қозғалғанда);
егер , бірақ болса, онда болады (мысалы, үстел үстінде
жатқан денелер үстелге қысым түсіреді, бірақ жұмыс істемейді).
Кейін жұмыстың өлшем бірлігі енгізіледі:
1Дж=1Н*1м.
Көрнекі бейнелерді жасау үшін 1Дж – ға тең жұмыс дегеніміз массасы 100г
денені 1м биіктікке көтеруде істелетін жұмыс деп түсіндіріледі. [6]
7 сыныпта жұмыс ұғымын қалыптастыруда қуат ұғымы енгізіледі. Бұл
ұғым адамдар немесе әр түрлі машиналар бірдей уақыт ішінде әр түрлі жұмыс
істейтіндігін көрсететін мысалдардың көмегімен енгізіледі.
1. Егер екі оқушы бір уақытта еденнен үстелге екі түрлі жүкті, 1Н және 5Н,
көтерсе, онда екінші оқушы көбірек қуат жұмсады делінеді, демек сол уақытта
ол 5 есе үлкен жұмыс істеді.
2. Адам күрекпен 1 сағатта 4 тонна астықты лақтыра алса, ал астық пульті –
30 тонна астық лақтырады және алысқа лақтыра алады. Бұдан астық пульті осы
уақыт ішінде көп механикалық жұмыс істейтіндігі өзінен – өзі түсінікті.
Осылайша оқушыларға қуат деген ерекше физикалық шама енгізу қажет
екендігі түсіндіріліп айтылады.
Қуат ұғымын дұрысырақ ұғыну үшін, двигательді пайдаланудағы оның әр
түрлі режимдегі жұмысын салыстыру пайдалы. Мұндай қондырғының сызбасы
суретте 1 көрсетілген. Оқушылар двигательдің жүкті бірдей биіктікке
әр түрлі уақытта көтере алатынын көреді. Жүктің салмағын біле отырып,
биіктікті өлшеп, істелген жұмысты есептейді. Жүктің көтерілу уақытын өлшеп,
двигательдің 1 секундта істеген жұмысын есептейді. Осыдан соң жай сандық
мәнді мысалдар арқылы қуаттың формуласын енгізеді: .
Қуаттың өлшем бірлігі .
Қуат деп энергияның бір түрден екінші түрге айналу жылдамдығын немесе
жұмыстың атқарылу жылдамдығын сипаттайтын скаляр физикалық шаманы айтады.
Техникада қуаттың басқа да өлшем бірліктерін қолданады: киловатт (кВт),
мегаватт (МВт). [6]
Бірқалыпты қозғалыстағы қуат. Айталық, автомобиль жолдың горизонталь
бөлігінде түзусызықты және жылдамдықпен бірқалыпты қозғалып келеді делік.
Двигательдің тарту күші кедергі күшін теңгергенде ғана осындай қозғалыстың
болуы мүмкін. Жолдың бөлігі түзу болғандықтан, күш векторының бағыты мен
орын ауыстырудың бағыты сәйкес келеді ( және ). Сондықтың
қозғалтқыштың жұмысы: .
Қозғалтқыштың өндіретін қуаты мынаған тең:
.
Шыққан формуладан көріп отырғанымыздай, тарту күші тұрақты болғанда
қозғалтқыштың өндіретін қуаты автомобиль қозғалысының жылдамдығына
пропорционал болады.
Берілген тақырып бойынша есептер шығаруда формуласы қорытылады,
осы формуланың көмегімен трактордың, автомобильдің, электровоздардың тарту
қуатын оңай табуға болады.
Пайдалы әсер коэффициенті ұғымы да өте маңызды. Бұл ұғым Қарапайым
механизмдер деген тақырыпты өткенде айтылады. Оқушыларға тепе – теңдік
шарты мен жұмыстар теңдігі, заңы қарапайым механизмдерде үйкеліс күші
ескерілмеген жағдайда қарастырылғандығын айту керек. Ал шындығында барлық
жағдайда үйкеліс болады, сондықтан оны жеңу үшін қосымша жұмыс істеледі.
Үнемі ПӘК пайдалы жұмыстың жұмсалған жұмысқа қатысымен анықталады. Біз
оқушылардың санасына жұмсалған жұмыс ұғымын кіргізуге қарсымыз, жұмыс –
ол үрдіс және әрқашан жетілген немесе туындаған жұмыс туралы айту керек
және алынған немесе жұмсалған жұмыс туралы айтып қажеті жоқ. Сондықтан
ПӘК ұғымымен байланыста пайдалы жұмыс және толық жұмыс ұғымдары
беріледі. Жүктерді көтергенде немесе қандай да бір кедергіні жеңгенде
жасалған жұмыс пайдалы деп аталады.
Кез келген машина жұмыс істеген кезде энергияның сақталу заңы міндетті
түрде орындалады. Қандай машина, қандай қозғалтқыш болса да, шығындалған
энергиядан артық энергия өндіріп бере алмайды, керісінше, кез келген
машинада энергияның біразы ішкі энергияға (жылуға) айналып, зая кетеді. Ол
энергия қоршаған ортаға тарайды. Мысалы, трактор қозғалтқышы жұмыс
істегенде отын энергиясының үштен бірі механикалық энергияға айналса, үштен
екісі пайдаланған газбен және қозғалтқышты салқындататын сумен бірге
кетеді.
Бізге қажетті энергияның түріне айналған энергияның бөлігі пайдалы
энергия деп аталады. Көтергіш кран үшін пайдалы жұмыс – жүкті көтеру
жұмысы, токарь станогі үшін – материалдың серпімділік күшіне қарсы
жұмсалған жұмыс, автомобиль қозғалтқышы үшін – машинаны қозғалысқа
келтіретін жұмыс.
ПӘК түрленген пайдалы энергияның (пайдалы жұмыстың) барлық жұмсалған
энергияға (барлық атқарылған жұмысқа) қатынасына тең болады. Ол гректің
(эта) әрпімен белгіленеді:
%
Кез келген қондырғыда үйкеліс күшінің әсері болатындықтан, энергияның
біразы ғана пайдалы энергияға жұмсалады. Сондықтан қондырғының ПӘК – і әр
уақытта 1 – ден аз болады.
Толық жұмыс - қосымша күшпен жұмсалған жұмыс. Идеал шарттарда
(үйкелісті есептемегенде) толық жұмыс пайдалы жұмысқа тең. Бірақ біз қандай
да бір нақты механизмді алмасақта, оның көмегімен жасалған пайдалы жұмыс
әрқашан тек толық жұмыстың бір бөлігін құрайды. Ары қарай пайдалы
жұмысты, толық жұмысты және ПӘК – н есептейтін нақты мысалдар
келтіріледі.
Мысалы, массасы 400кг бетон плитаны 10см биіктікке көтеру үшін рычагты
қолданады. Рычагтың екінші ұшына түсірілген 1200Н күштің түсу нүктесі 40см
жол жүреді. Рычагтың ПӘК – н табу керек.
Шығаруда алдымен ауырлық күшін табады:
F=mg=400кг9,8Нкг4000Н.
Кейін пайдалы жұмысты табады:
Толық жұмысты (жасалған) және
ПӘК – н анықтайды: ПӘК
Пайдалы жұмыс үйкелістің салдарынан толық жұмыстан аз болып шықты.
Толық істелген жұмыс пайдалы жұмыс пен үйкеліс күшін жеңуге жұмсалған
жұмыстың қосындысына тең.
7 сыныпта оқушылар энергия туралы және оның бір түрден екінші түрге
айналуын қарастырады.
Мұнда ең басынан - ақ оқушылар санасында энергия жөнінде ұғым ең
алдымен қозғалысты сипаттайтын және Ф.Энгельс анықтамасындағы оның өлшеуіші
болып табылатын шама ретінде қалыптастырылуы керек.
Оқушыларға жұмыс ұғымы арқылы энергия ұғымын түсіндіру керек екені
айтылды. Жұмыс тек денеге күш әсер еткенде және осы күштің әсерінен жол
жүргенде ғана болатындығын баса айтып, механикалық жұмыс материалын
қайталау керек. Осыдан кейін энергия ұғымына келеміз. Бұл ұғымды
қалыптастыруды тәжірибеден бастау керек.
Үстелден жүкті көтеру керек. Оқушылардың назарын жүк қозғалмайтынына
аудару қажет, демек жұмыс істелмейді. Бірақ жүк құласа, онда бұл жағдайда
жұмыс істелінеді. Осыны анықтау үшін құлаған жүктермен қозғалыста өтетін
арбашамен жасалған тәжірибе қойылады. Келесі тәжірибеде қысылған серіппе
көрсетіледі және ол созылған, шар қозғалады, арбашаны немесе жүкті
көтереді, бұл кезде жұмыс істелінеді. Қорытынды: жоғарыға көтерілген жүк
және қысылған серіппе жұмыс істеу қабілетті иеленеді.
Қорытындылау: егер дене немесе өзара әрекеттескен денелер жұмыс істеу
қабілетке ие, онда олар энергияға ие деп санауға болады. Сондықтан
көтерілген жүк, қысылған серіппе, қозғалған шар энергияға ие болады. [7]
Энергия дененің (немесе бірнеше денелердің) жұмыс істеу мүмкіндігін
сипаттайтын шама болып табылады. Дене тек энергияға ие болғанда ғана жұмыс
істеуі мүмкін. Оқушылар энергияға ие дене ерекше күйде болатынын анықтауы
қажет: жүк көтерілген, серіппе қысылған немесе созылған, демек
деформацияланған, болат шар қозғалады және т.б. Істелген жұмыстың
нәтижесінде дене бір күйден екінші күйге өтеді: жүк түседі, қысылған
серіппе созылады, қозғалған шардың жылдамдығы азаяды, бұл жағдайда осы
денелердің энергиясы өзгереді. Істелген жұмыс денелердің бір күйден екінші
күйге өткендегі энергияның өзгеру шамасы болып табылады.
Энергия ұғымының қалыптасуының кейінгі кезеңі механикалық энергияның
екі негізгі түрлері – потенциалдық және кинетикалық энергияны анықтау болып
табылады.
Кинетикалық энергия. Энергия ұғымы жұмыс ұғымымен тығыз байланысты
болғандықтан, Механикалық энергия тақырыбын оқып үйренуге арналған
сабақта, жұмыс тек денеге күш әсер еткенде және осы күштің әсерінен дене
жол жүргенде ғана болатындығын баса айтып, механикалық жұмыс материалын
қайталау керек.
Дененің қозғалысымен анықталатын энергияны кинетикалық энергия дейді
(кинема - қозғалыс).
Дененің кинетикалық энергиясының неге байланыстылығын оқушыларға
түсіндіру үшін, қозғалып келе жатқан шариктің немесе арбашаның жолына
қойылған білеушенің (сурет 2) S аралыққа орын ауыстыруына арналған
тәжірибені көрсеткен жөн. Артынша арбашамен жасалатын тәжірибенің түрін
өзгертеді. Арбашаны әр түрлі жылдамдықпен (әр түрлі биіктіктен) жібере
отырып, қорытынды жасайды: неғұрлым дененің жылдамдығы көп болса, соғұрлым
оның істелген жұмысы көп болатындығы, олай болса энергия да көп болатыны
туралы қорытынды жасалады.
Массасы әр түрлі арбашаларды пайдалана отырып, энергияның қозғалыстағы
дененің массасына тәуелді екендігі көрсетіледі. Бақылауларды жинақтай
келіп, мынадай пікірге келеміз: қозғалыстағы дененің әрі массасы және
жылдамдығы көп болса, соғұрлым оның кинетикалық энергиясы да көп болады.
Потенциалдық энергия. Бұдан бұрынғы оқып үйренгендерді қайталай отырып,
тағы да оқушылардың назары дененің энергиясы оның жұмыс істеу қабілетіне
қарай анықталатынына аударылады. Алайда бұл қабілет тек қозғалатын денеде
ғана болып қоймайды. Бұл ой, мысалы, келесі тәжірибемен түсіндіріледі.
1. Үстелге горизонталь бағытта демонстрациялық трибометр орналастырылады.
Оның үстіне, ілгегіне жіп байланған ағаш білеушені қояды. Жіпті блокқа
асып, екінші ұшына гир іледі. Гирді құлатқанда білеуше орын ауыстырады
да, жұмыс істейді.
2. Бір ұшына жүк бекітілген серіппені созады. Серіппе жиырылғанда, жүкті
көтереді, яғни жұмыс істейді. Осылайша денелердің немесе оның
бөліктерінің өзара орналасуына байланысты болатын потенциалдық энергия
ұғымы енгізіледі.
Сонан соң Жер бетінен көтерілген дененің потенциалдық энергиясы неге
байланысты болатындығын тәжірибемен анықтауға болады. Осы мақсатпен құм
толтырылған биік жәшікке ұзындығы 20 – 25см болатын үшкір қазық қағылады
да, оған шыны түтікше еркін кигізіледі. Массалары әр түрлі гирлер мен
шариктерді қазыққа әр түрлі биіктіктерден тастай отырып, дене жер бетінен
неғұрлым биікке көтерілсе және оған әсер етуші ауырлық күш көп болса,
соғұрлым дененің энергиясы көп болатынына көз жеткізеді. Денені h биіктікке
көтергенде ауырлық күшіне қарсы жұмыс істелетініне, сондықтан потенциалдық
энергия формуласымен табылып, джоульмен өлшенетініне оқушылардың
көңілін бөлу керек.
Сонымен потенциалдық энергия (латынша потенция - мүмкіншілік) деп әр
түрлі денелердің (немесе бір дене бөліктерінің) өзара орналасуы бойынша
анықталатын энергияны айтады.
Жоғары көтерілген дененің потенциалдық энергиясы сол дененің массасына
және көтерілу биіктігіне тәуелді.
Механикалық энергияның бір түрден екінші түрге өтуі. Мақсат оқушыларға
кинетикалық және потенциалдық энергиялардың өзара түрленуі туралы түсінік
беру. Энергияның өзара ауысуын тәжірибемен түсіндіру өте қолайлы:
1. Жіпке ілінген шариктің тербелісі. Бақылауларды талдауда оқушылардың
назарын потенциалдық энергияның кинетикалық энергияға айналуына
және сонымен қатар шариктің ең жоғарғы және төменгі орындарының
арасында кинетикалық (дене қозғалып келеді) және потенциалдық
энергия (дене төменгі деңгейден әлі жоғарыда) энергия болатынына
аудару керек.
2. Төмен түсетін жүктің әсерінен арбашаның қозғалуы (сурет 3). Бұл
жерде жоғары көтерілген гирдің потенциалдық энергиясы қозғалып бара
жатқан арбаша мен гирдің кинетикалық энергиясына айналады.
Егер арбашаны итерсек, жүк жоғары көтеріле бастайды, бұл жағдайда оның
потенциалдық энергиясы артып, арбашаның кинетикалық энергиясы азаяды.
3. Серіппеге ілінген жүктің тербелісі. Осы тәжірибеде потенциалдық
энергияның кинетикалық энергияға және керісінше айналуы өте жақсы
көрсетіледі. Бірақ бұл жерде дененің потенциалдық және кинетикалық
энергиясының біртіндеп азайғаны байқалады. Себебі оқушыларға
үйкелістен, ауаның кедергісінен деп қысқаша түсіндіру керек.
4. Максвелл маятнигімен тәжірибе жасау. Бұл тәжірибені орындауда
оқушылардың назарын маятниктің кинетикалық энергиясы ол
көтерілгенде
және түсірілгенде, оның ілгерілемелі қозғалысының нәтижесінен ғана емес,
сонымен қатар оның айналмалы қозғалысынан да болатынына аудару керек. Әрі
айналмалы қозғалыстың нәтижесінде кинетикалық энергияның ең үлкен мәні ең
төменгі нүктеде болады.
Оқылған материал негізінде жұмыс ұғымын кеңірек аша түседі. Жұмыс
энергияның бір түрінен басқа түріне айналғанда істелінеді. [8]
Жұмыс және энергия ұғымдарын қалыптастыру 8 сыныпта ішкі энергия
мен электр құбылысын өткенде қаралады. Оқушылар дененің механикалық
энергиясынан басқа ішкі энергияның бар екенін анықтауы керек. Физиканың
қазіргі кездегі курсында ішкі энергия ұғымының мазмұны былайша ашылып
көрсетіледі: қозғалыс сипатына және денені құрап тұрған бөлшектердің өзара
әсеріне байланысты ішкі энергияны келесі құрамды бөліктерге ажыратуға
болады:
а) молекулалардың хаостық (ілгерлемелі және айналмалы) қозғалысының
кинетикалық энергиясына;
б) молекулааралық өзара әсер күштері себепті болатын потенциалдық
энергиясына;
в) атомдар мен молекулалардың тербелмелі қозғалысының кинетикалық және
потенциалдық энергиясына;
г) атомдар мен иондардың электрондық қабықшаларының энергиясына, сондай
– ақ ядро ішіндегі энергияға.
8 сыныпта оқушылар молекулалардың хаостық қозғалысының энергиясы
(молекула – кинетикалық) және молекулалардың өзара әсерлесу энергиясы
(молекула - потенциалдық) дененің ішкі энергиясының бір бөлігі болып
табылатындығын игеріп алса болғаны. Ғылыми тұрғыдан алғанда да бұлай болуы
заңды, өйткені мектепте оқып үйренілетін жылу құбылыстары орташа
температуралық диапозонда өтеді, мұнда денелердің ішкі энергиясының өзгеруі
негізінен молекулалардың кинетикалық және потенциалдық энергияларының
өзгеруіне байланысты.
Ішкі энергия ұғымы мен оның өзгеру тәсілдерін қалыптастыруға
кіріскенде, оқушылардың механикалық энергия мен дененің ішкі құрылысы
жөнінде не білетіндерін естеріне түсіруді ұсыну керек.
Мұнда оқушылардың мынадай мәселелерді ұғынуларын анықтаудың маңызы бар:
Қандай жағдайда денелердің энергиясы бар делінеді?, Механикалық
энергияның қандай түрлері бар?, Қандай денелердің кинетикалық энергиясы
бар және ол неге байланысты?, Денелердің потенциалдық энергиясы неге
байланысты?. Бұл сұрақтар оқушыларға ішкі энергияны оқып үйренуде оны
механикалық энергиямен шатастырмауға көмектеседі.
Ішкі энергия ұғымын түрліше әдістермен қалыптастыруға болады. Бірінші
әдісте, серпімсіз денелер – қорғасын шар мен қорғасын пластинка
соқтығысқанда, энергияның сақталу заңының бұзылатыны сияқты көрінетін
идеясы негіз етіп алынады, екінші әдісте – жұмыс энергияның өзгеру, айналу
үрдісінде жасалады және жұмыс энергияның осы өзгеруінің немесе айналуының
өлшеуіші болып келеді деген ой негіз етіп алынған. Басқаша айтқанда, егер
дене жұмыс жасап тұрса немесе жұмыс жасайтын болса, онда оның энергиясы
болғаны.
Бірінші әдіс онша назар аударарлық емес, өйткені онда ақтығында өзара
әсер етуші денелердің (қорғасын шар мен пластинканың) ішкі энергиясы құлап
түсіп келе жатқан қорғасын шардың потенциалдық энергиясы кему есебінен
артады. Бұл денелердің соқтығысқанға дейін ішкі энергиясы болды ма деген
мәселеге келсек, ол ашық қалады. Сондықтан алғашқы тәжірибелер денелердің
ішкі энергияларының оларды қыздыруға және олармен жұмыс жасағанға дейін
болуын иллюстрациялап көрсетулері тиіс.
Сұйықтарда және қатты денелерде молекулалар мен атомдар тербелмелі
қозғалыс жасайды, сондықтан олардың кинетикалық және потенциалдық энергиясы
болады.
Атомдар мен молекулалардың хаостық (жылулық) қозғалысының кинетикалық
энергиясы, олардың өзара әсерлерінің потенциалдық энергиясымен бірге,
дененің ішкі энергиясының бір бөлігін құрайды және дененің берілген
мезеттегі күйін сипаттайды.
Ары қарай оқушыларға денелердің ішкі энергиясының механикалық
энергиядан айырмашылығын түсіндіру керек. Механикалық энергия дененің
массасы мен қозғалыс жылдамдығына тәуелді, сонымен қатар сол дененің басқа
денелерге қатысты орналасуына тәуелді. Ал ішкі энергия болса дененің
бүтіндей қозғалыс жылдамдығына тәуелді болмайды. Ол денені құрайтын
бөлшектердің қозғалыс жылдамдығы мен олардың өзара орналасуымен
анықталады.
Бұдан кейін оқушыларды дененің ішкі энергиясының өзгеру тәсілдерімен
таныстырып, ол энергияның механикалық жұмыс жасалғанда (денеге немесе
дененің өзі) және жылу берілуде өзгере алатынын көрсетеді. Бұған мынадай
қарапайым әрі сонымен бірге сенімді тәжірибелер көмектеседі, оларда көмекші
құбылыстар негізгі идеяны көмескілендірмейді. Бұл тәжірибелерде ішкі
энергияның бөлігі ретінде тек молекулалардың ғана энергиясы қарастырылған.
1. Дилатометрдің колбасына қолды тигізіп, түтіктегі боялған су
тамшысының орын ауыстыруын байқайды. Құбылыс қыздырған кезде ауаның
ұлғаюынан болады деп түсіндіріледі. Ауаның қызуы болса (оның
температурасының артуы) оның молекулаларының тәртіпсіз (жылулық) қозғалысы
жылдамдығының артқандығын, демек, дененің ішкі энергиясының бір бөлігі
болып табылатын олардың кинетикалық энергиясының артқандығын көрсетеді.
Бұл жағдайда ішкі энергия жылу берілу жолымен арттырылады. Егер
колбаны, температурасы бөлме температурасынан төмен болып келген, суы бар
ыдысқа қойса, түтіктегі су тамшысы төмен қарай орын ауыстырып, колбадағы
ауаның температурасының төмендегенін көрсетеді, демек, молекулалардың
тәртіпсіз қозғалысы жылдамдығының кемігенін, олардың кинетикалық
энергиясының кемігенін көрсетеді.
2. Штативке қысылған және манометрлік түтікпен немесе микроманометрмен
қосылған баллонды шұғамен ысқылап, манометр түтіктеріндегі сұйықтың
деңгейінің өзгергенін байқайды. Құбылыс баллондағы ауаның ұлғаюымен
түсіндіріледі, ұлғаю болса, ауа молекулаларының кинетикалық энергиясының
артуы себебінен болады. Бұл тәжірибеде дененің (ауаның) ішкі энергиясының
артуы механикалық жұмыс жасалу салдарынан болады.
Оқушылармен нәтижелері, дененің ішкі энергиясының кемуі болатын, қарама
– қарсы үрдістерді де қарастыру керек. Мысалы, қызған үтіктің айналадағы
ауамен жылу алмасу кезінде оның ішкі энергиясы кемиді, ол жөнінде уақыт
өтуімен үтіктің температурасының төмендеуіне қарап сөз етуге болады. Мұндай
құбылыс бастапқы температурасы айналадағы денелердің температурасынан
жоғары болып келетін денелердің бәрінде болады. [7,8]
Механикалық жұмыс жасау нәтижесінде дененің ішкі энергиясының кемуін
мынадай тәжірибемен көрсетуге болады.
Екі бунақты ауызы бар үлкен бөтелке немесе сүт бөтелкесін алып, оған
бір шай қасық су құяды. Түтікті, резеңке шлангының көмегімен ауа айдап
кіргізуге арналған, Комовский насосының патрубогымен қосады. Бөтелкеге
ауаны айдап енгізгенде, оның қысымы ақырында тығын атып шығатындай дәрежеге
жетеді. Сол кезде бөтелкенің қабырғасында су тамшылары пайда болады, бұл
ондағы ауа мен будың температурасының төмендегендігінің кепілі болып
табылады. Егер бөтелкеге түтіндеп тұрған шырпыны енгізсе, тұман
тамшыларының пайда болуы күшейе түседі.
Осы тәжірибені демонстрациялап көрсеткен кезде сақтық шаралары көзделуі
тиіс: тығын бөтелкенің аузынан біршама оңай атып шығуы үшін, оны сулау
керек.
Үнемі тәртіпсіз қозғалыста бола отырып, ыдыс ішіндегі ауа мен су буының
молекулалары оның қабырғаларын атқылайды. Неғұрлым газ температурасы жоғары
болса, соғұрлым молекулалар шапшаң қозғалады. Егер ауасы бар ыдыстың бір
қабырғасы жылжымалы болса ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz