Атом және атом ядросы физикасының теориялық негіздері
Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі
Қожа Ахмет Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік университеті
Физика кафедрасы
Оразбай Бақытжамал
Атомдық физика бөлімі бойынша есептер шығаруда мультимедиялық
технологияларды қолдану әдістері
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
5В011000 - физика мамандығы
Түркістан 2014
Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі
Қ.А.Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік университеті
Физика кафедрасы
Қорғауға жіберілді
___________
Кафедра меңгерушісі
________ ф-м.ғ.д., профессор Тұрмамбеков Т.А
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
Тақырыбы: Атомдық физика бөлімі бойынша есептер шығаруда
мультимедиялық технологияларды қолдану әдістері
5В011000 - физика мамандығы
Орындаған Оразбай Б.
Ғылыми жетекшісі
п.ғ.к., доцент Орманова Ғ. К.
Түркістан 2014
М а з м ұ н ы
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
1 Атом және атом ядросы физикасының теориялық негіздері.
1.1. Атом және атомдық ядро физикасын оқыту үдерісінде негізгі мәселелер
жүйесін түсіндіру
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
...7
1.2. Атом және атомдық ядро физикасын мультимедиалық технологиялар
көмегімен оқыту әдістемесі
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... .13
1.3. Физикалық есеп түрлері және оларды шығаруда негізгі
мәселелерді түсіндіру
жүйесі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... .. 22
2 Атом және атомдық ядро физикасынан есептер шығару әдістемесі
2.1. Жарық кванттары. Жарық әсерлері тақырыбына есептер
шығару ... ... ... ... 32
2.2. Атом және атом ядросы физикасы бөлімдеріне есептер шығару
тәсілдері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
2.3. Атом және атом ядросы физикасы бөлімдеріне есептер шығаруда
мультимедиалық технологияларды қолдану
әдістемесі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ...44
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 61
Пайдаланылған
әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ..63
Кіріспе
Бізді қоршаған ортадағы заттар неден тұрады? Оларды табиғат қалай
жасаған? Заттарды құрайтын ең кішкене бөлшек не деген сұрақтар ертеден
қойылып келеді.
Ертедегі грек философтары Демокрит және Лепкин мұндай бөлшектер бар,
олар атомдар деп есептеген. Атом --грек тілінде бөлінбейтін деген
сөз. Алайда, ертедегі грек философтарының бұл ойлары эксперимент жүзінде
дәлелденбей, тек болжам түрінде қалды да, одан бергі ғасырларда көпке дейін
атом туралы сөз болған жоқ.
Атом туралы ілімнің XVII-XVIII ғасырларда қайтадан дамуына химиялық
элементтер туралы түсініктің пайда болуы, химиялық реакциялар кезінде зат
массасының сақталуы , затты құрайтын элементтердің бір-бірінен
айырмашылығының болуы,мысалы, судың құрамында сутегі мен отегінің болатыны
тағы т.с.с. құбылыстар мен заңдылықтардың ашылуы үлкен әсерін тигізді.
XIX-ғасырдың аяғына дейін дерлік атомдар заттардың бөлінбейтін ең кіші
,құрылымсыз бөлігі деп есептелініп келді . Тек 1895-жылы ашылған
радиоактивтілік құбылысы ауыр атомдардың α-β-γ -сәулелер шығара алатынын
көрсетті. Сөйтіп адамзат бірінші элементар бөлшектермен -γ -квантпен және
электронмен танысты.
Соңғы жылдары ядролық физика саласындағы қарқынды даму айқын байқалуда
және оның келешектегі даму перспективасы да шапшаң жүргізілмек: атом мен
ядроның сыры тереңірек ашылуда; элементар бөлшектер физикасы деген физика
ғылымының жаңа саласы ашылды; ядролық энергияның пратикалық қолданылуы арта
түсуде.
Өндірістің әр түрлі салаларында: энергетика, транспортта байқалып
жүрген прогресс, Республикадағы техникалық білім жүйесінің қалыптасуы,
қажетті мамандарды дайындауға гранттардың бөлінуі физикалық білімнің
қажеттілігі мен оның сапасына деген сұранысты арттырып отыр. Мектептегі
физика курсы оқушыларды тек қана фундаментальды физикалық теориялармен
таныстырып қана қоймай, сонымен бірге, қазіргі заманғы өндірістің физикалық
негіздерімен де таныстыруы, оқушылардың алған білімдерін практикалық
есептерді
Қазіргі орта мектеп бағдарламасында Атом және ядролық физикабөлімі 9-
шы және 11-ші сыныптарда қарастырылады. 9-шы сыныпқа 19 сағат берілген.
Оның 4 сағаты есептер шығаруға беріледі. Ал 11-ші сыныптарға 16 сағат
берілген. Оның 4 сағаты есептер шығаруға беріледі
Атомдық және ядролық физика бойынша мектепте оқытылатын оқу
материалының көлемі жыл сайын көбейіп, артып келеді. Бұл жағдай оқу
материалын қандай дидактикалық принциптер (оңайдан қиын материалға көшіп
отыру, теориялық талдау негізінде, өмірмен байланыстылығы тұрғыда,
эксперименттік дәлелдеу принципінде ...) негізінде баяндауды таңдап алу ісін
қиындатуда. Қазіргі мектеп оқулықтарында бұл тараудың материалдарын тарихи
принцип тұрғысында түсіндіру дұрыс деп қабылданып отыр. Мұның негізінде
қандай ғылыми – теориялық және техникалық жаңалықтардың қалай ашылғандығы,
атомдық физика туралы ілімнің дамыған кезеңдері, оның эксперименттік
дәлелдері мен қарама – қайшылықтары хронологиялық ретпен орны –орнымен
айқын айшықталады.
Бұл тарау көп оқу материалын қысқа уақыт ішінде баяндауды қажет етеді.
Сондықтан, сабақта ол материалдардың ең негізгілері ғана оқушыларға
түсінікті етіп баяндалуы тиіс. Атомдық және ядролық құбылыстардың барлығына
егжей – тегжейлі тоқтала беруге мүмкіндік болмайтындығын мұғалім ескеруі
керек. Сондай – ақ, бұл тарау бойынша оқу материалын оқушылардың тыңғылықты
меңгеруі химиямен пәнаралық байланыстың жүйелі жүргізілуіне және физика мен
химияда бұрынғы өтілген тақырыптарды (молекула – кинетикалық теория, заттар
құрылысы, элементтердің пероидты жүйесі , электрондық теория,
электромагниттік теория, т.т.) олардың дұрыс түсінгендігіне тікелей
байланысты екендігін әрқашан ескеру қажет.
Атодық және ядролық физика бөлімінде физикалық құбылыстарды оқушыларға
түсіндірудің бір қиыншылығы – олар көзге көрінбейтін, қолмен сезінуге
болмайтын құбылыстар. Оларды эксперименттік тұрғыда сабақта түсіндіруге де
қажетті демонстрациялық не лабораториялық приборлар жоқтың қасы, әрі жасау
да оңай емес. Бұл жағдай ескеріліп, мектеп үшін ядролық физика туралы
бірқатар кинофильмдер мен диафильмдер (“Атом құрылысы”, “Заттың сыры”,
“Ядролық энергияны бейбітшілік мақсатта пайдалану”, Радиоактивтілік”, т.т.)
жасалынған. Оларды дер кезінде тауып, сабақта тиімді пайдалана білу –
мұғалімнің оқытушылық басты парызы.
Элементар бөлшектер туралы ілім жыл сайын шапшаң дамуда, көптеген жаңа
бөлшектер мен антибөлшектер ашылуда. Қазірге белгілі болған олардың 400 ден
астамының бәрін мектепте түсіндіріп жатудың қажеті де әрі мүмкіндігі де жоқ
екендігі белгілі әрі қаншасының бар екендігі де белгісіз. Элементар
бөлшектердің сандық теориясы да жасалынбаған. Сондықтан, олардың ішінен
электрон, протон, позитрон, фотон, нейтрон, антинейтрон, нейтрино,
антинейтрино және мезондардың кейбір түрлері сияқты небәрі 13 элементар
бөлшектің қасиеті мен ерекшеліктерін мектепте түсіндіру жеткілікті деп
саналатындығын мұғалімнің білгені жөн. Олардың негізінде басқа да элементар
бөлшектердің “құпиясын”, өзара бірінің екіншісіне айналатындығын, ашылу
тарихын, қазіргі заманғы классификациясын түсіндірудің мүмкіндігі бар
екендігін мұғалім басшылыққа алуы тиіс.
Атомдық физика қазіргі физиканың ең алдыңғы қатарлы жетістіктерін
білдіретін салалардың бірі. Атом және ядролық физиканың күнделікті
тұрмыста,технологияда және энергетикадағы үлесі ұлан ғайыр.
Дипломдық жұмысымның мақсаты - мектеп оқушыларына арналған атом және
атом ядросы физикасынан есептер шығару әдістемесін және есептерді
түсіндіруде мультимедиалық технологиялар көмегімен компьютерлік
анимациялық көрсетілімдер жасау.
Дипломдық жұмыс жалпы кіріспеден, екі тараудан, қорытындыдан және
пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады.
Атом және атом ядросы физикасының теориялық негіздері атты бірінші
тарауда атом және атомдық ядро физикасының негізгі теориялары, соның ішінде
Бор постулаттары, сутегі атомының сызықтық спектрлері тақырыптары физикалық
есептер шығарудың әдіс-тәсілдері және негізгі мәселелерді түсіндіру жүйесі
қарастырылды
Атом және атомдық ядро физикасынан есептер шығару әдістемесі
тақырыбындағы екінші тарауда жарық кванттары, жарық әсерлері тақырыбына
есептер шығару, сондай-ақ атомдық физика бөліміне, атомдық ядро физикасы
бөліміне есептер шығару әдістемелері, атомдық физикадан есептер шығаруда
осы тарау есептерінен құралған дидактикалық тапсырмалар жинағы
құрастырылды, аталған тақырыптарға арналған есептердің шартын
мультимедиялық технологиялар мен компьютерлік көрсетілімдер арқылы
түсіндіру технологиясы жүйеленіп, әдістемесі жасалды.
Қорытындыда негізгі аталған тұжырымдамалар, оның нәтижелері
көрсетілді.
1 Атом және атом ядросы физикасының теориялық негіздері
1. Атом және атомдық ядро физикасын оқыту үдерісінде негізгі
мәселелер жүйесін түсіндіру
Қазіргі кезде еліміздегі білім берудің жаңа жүйесі жасалып, әлемдік
білім беру кеңістігіне ене бастағанда пән мұғалімдері де, заман талабына
сай педагогика теориясымен оқу тәрбие үрдісіндегі елеулі өзгерістерді
қабылдай отырып, өз сабағында оқытудың заманауи технологиясын пайдалануы
керек. Білім беру саласында оқытудың жаңа педагогикалық технологияларын
зерттеп, оқып үйреніп, оларды меңгермейінше сауатты, жан- жақты білімді
маман болу мүмкін емес [1].
Материя түрлерінің мәселелері физика дамуының әр мезгілінде әр түрлі
шешілді және қазіргі кезге дейін біржақты шешілмеген. XX ғасырға дейін тек
затты ғана материя деп есептеді. Фарадей мен Максвелл жұмыстарына
байланысты физикада өріс түсінігі пайда болды.
Тек арнайы салыстырмалы теорияны жасау нәтижесінде және эфир дұрыс
еместігін дәлелдеу арқылы өріс материяның бір түрі ретінде қарастырыла
бастады. Өріс пен затты материя деп есептей бастады.
Электромагниттік өріс және бөлшектер материяның түрлері деп жазды С.В.
Измайл.
Кванттық электродинамика дамуы заттың (бөлшектің) және өрістің материя
түрлерінің шартты бөлімінің дұрыс емес екендігін көрсетті. Қазіргі кезде
теорияның тұрғысынан қарапайым бөлшектер оларға сай өрістің кванттары
ретінде қарастырылуы керек. Кванттық теорияда электрон және позитрон
өрістері электронды – позитрондық өріс, протон мен нейтронның өрістері –
нуклонды өріс деп табылады және т.б. Бұл жерде кванттық өріс түсінігі
өрістің классикалық түсінігімен сай келмейді. Кванттық өріс әсері дискретті
болады. Өрістердің кванттары оларға сай элементар бөлшектер болады.
Басқаша айтқанда өрістің кванттық теориясында әсерлесуде анықталады.
Классикалық тұрғыдан А электронның В электронмен әсерлесуі мынандай болады.
А электрон В электронға әсер ететін электр өрісіне байланысты (және
керісінше). Осындай фотон алмасу электрондардың әсерлесуін қамтамасыз
етеді. Осындай әсерлесуді болдыратын бөлшектер виртуальды (мүмкін,
бақыланатын) болады.
Қазіргі кездерде физикада бөлшектердің классикалық бөлшектің құрылымы
жоқ және кеңістікте қатаң жинақталған емес. (бөлшекті аймақтан кіші
аймақта жинақтауға болмайды).
Элементар виртуальды фотондардың сәуле шығару және жұту нәтижесінде
фотон бұлтына шырмалған және одан бөлінбейді, сондықтан қатаң шектелген
нақты нүктелік бөлшек емес.
Сонымен енді фотон – бұл өріс, ал электрон – бөлшек деп айтуға
болмайды.
Бөлшек және өрісті бұрын әр түрлі физикалық объектілерге жатқызды.
Енді олар кванттық өріс болып бірігеді. Сөйтіп материяның өзгеше түрі болып
саналады. Бөлшек енді өрістің кванттық өрістің ерекше қозған күйі. Олардың
арасындағы айырмашылық физикалық шындықтың әр түрлі күйдегі болуы.
Жоғарыда айтылғандардан қазіргі кездегі физиканың дамуы материя түрінің
мәселесіне көзқарастың өзгеруіне әкеліп соғады. Барлық материяның негізгі
екі түрге өріс пен затқа бөліну алғашқы жақындатулар болып саналады. Ол
әлемге макроскопиялық көзқарас тұрғысынан ғана дұрыс болады. Ал заттың ішкі
микро құрылымының зерттеуіне көшкен кезде элементар бөлшектің қасиеттеріне
көшкен кезде барлық материяның екі түрге макроскопиялық болу дұрыс
болмайды.
Өрістің кванттық теориясы орта мектепте оқылмаса да бұл теория
қорытндысын физика курсының дәстүрлі сұрақтарын қарастырғанда айту керек.
Мектепте материяның мынандай түрлері өтіледі: макроденелер, молекулалар,
атомдар, элементар бөлшектер, электромагнитті және гравитациялық өрістер.
Өріс пен затты салыстыра отырып, олардың ұқсастықтары мен
айырмашылықтарын ажырата білу керек. Зат деп әдетте молекулалар мен
атомдардан тұратын макроденелерді түсінеді. Заттық объектілердің
тыныштықтағы массасы нөлден өзгеше болады. Ал бөлшектерде ол нөлге тең
болуы да, болмауыда мүмкін. Үздіктілік және үздіксіздіктің бірлігі
электромагниттік өрістер үшін де және зат объектілері үшін де тән болады.
Бірақ мұндай қасиетті гравитациялық өріске жатқызуға болмайды. Өйткені
гравитондардың өмір сүру мәселесі әлі соңына дейін шешілмеген немесе
мысалы, зат объектілерін электромагнитті өрістен өзгешелігін олардың
тыныштықтағы массасы нольден өзгеше болады және вакуумдағы жарық жылдамдығы
с – дан төмен кез – келген жылдамдықпен қозғала алады. Ал электромагниттік
өрістің тыныштықтағы массасы нолге тең және оның вакуумдегі таралу
жылдамдығы анықталған – с жылдамдық.
Ядролық өріс кванты (пимезондар) нөлден өзгеше тыныштық массасына ие.
Осы қысқаша шолу материя түсінігін физика курсының әр түрлі тақырыптарын
өткен кезде оқушылардың көзқарасының дамуына әсер етеді.
1. Соңғы жылдары ядролық физика саласындағы қарқынды даму айқын байқалуда
және оның келешектегі даму перспективасы да шапшаң жүргізілмек: атом
мен ядроның сыры тереңірек ашылуда; элементар бөлшектер физикасы деген
физика ғылымының жаңа саласы ашылды; ядролық энергияның пратикалық
қолданылуы арта түсуде; 1954 жылдан бастап атом электр стансалары жер
жүзі мемлекеттерінде жыл сайын көбеюде. Ядролық физиканың мұндай
ғылыми – техникалық жетістіктері оның танымдық және политехникалық
маңызын көрсетеді әрі мектеп физика курсының ғылыми – теориялық
деңгейін көтереді.
2. Атомдық және ядролық физика бойынша мектепте оқытылатын оқу
материалының көлемі жыл сайын көбейіп, артып келеді. Бұл жағдай оқу
материалдарын қандай дидактикалық принциптер (оңайдан қиын материялға
көшіп отыру, теориялық талдау негізінде, өмірмен байланыстылығы
тұрғыда, эксперименттік дәлелдеу принципінде ...) негізінде баяндауды
таңдап алу ісін қиындатуда. Қазіргі мектеп оқулықтарында бұл тараудың
материалдарын тарихи принцип тұрғысында түсіндіру дұрыс деп қабылданып
отыр. Мұның негізінде қандай ғылыми – теориялық және техникалық
жаңалықтардың қалай ашылғандығы, атомдық физика туралы ілімнің дамыған
кезеңдері, оның эксперименттік дәлелдері мен қарама – қайшылықтары
хронологиялық ретпен орны – орнымен айқын айшықталады.
3. Бұл тарау көп оқу материалдарын қысқа уақыт ішінде баяндауды қажет
етеді. Сондықтан, сабақта ол материалдардың ең негізгілері ғана
оқушыларға түсінікті етіп баяндалуы тиіс. Атомдық және ядролық
құбылыстардың барлығына егжей – тегжейлі тоқтала беруге мүмкіндік
болмайтындығын мұғалім ескеруі керек. Сондай – ақ, бұл тарау бойынша
оқу материалдарын оқушылардың тыңғылықты меңгеруі химиямен пәнаралық
байланыстың жүйелі жүргізілуіне және физика мен химияда бұрынғы
өтілген тақырыптарды (молекула – кинетикалық теория, заттар құрылысы,
элементтердің периодты жүйесі, электрондық теория, электромагниттік
теория, т.т.) олардың дұрыс түсінгендігіне тікелей байланысты
екендігін әрқашан ескеру қажет.
4. Ядродағы физикалық құбылыстарды оқушыларға түсіндірудің бір қиыншылығы
– олар көзге көрінбейтін, қолмен сезінуге болмайтын құбылыстар. Оларды
эксперименттік тұрғыда сабақта түсіндіруге де қажетті демонстрациялық
не лабораториялық приборлар жоқтың қасы әрі жасау да оңай емес. Бұл
жағдай ескеріліп, мектеп үшін ядролық физика туралы бірқатар
кинофильмдер мен диафильмдер (Атом құрылысы, Заттың сыры, Ядролық
энергияны бейбітшілік мақсатта пайдалану, Радиоактивтілік, т.т.
жасалынған. Оларды дер кезінде тауып, сабақта тиімді пайдалана білу –
мұғалімінің оқытушылық басты парызы.
5. Элементар бөлшектер туралы ілім жылсайын шапшаң дамуда, көптеген жаңа
бөлшектер мен антибөлшектер ашылуда. Қазірге белгілі болған олардың
400 ден астамының бәрін мектепте түсіндіріп жатудың қажеті де әрі
мүммкіндігі де белгісіз. Элементар бөлшектердің сандық теориясы да
жасалынбаған. Сондықтан, олардың ішінен электрон, позитрон, протон,
фотон, нейтрон, антинейтрон, нейтрино, антинейтрино және мезондардың
кейбір түрлері сияқты небәрі 13 элементар бөлшектің қасиеті мен
ерекшеліктерін мектепте түсіндіру жеткілікті деп саналатындығын
мұғалімнің білгені жөн. Олардың негізінде басқа да элементар
бөлшектердің құпиясын, өзара бірінің екіншісіне айналатындығын,
ашылу тарихын, қазіргі заманғы классификациясын түсіндірудің
мүмкіндігі бар екендігін мұғалім басшылыққа алуы тиіс.
6. Тарау бойынша әр түрлі кластан тыс және мектептен тыс оқу – тәрбие
жұмыстарын жүргізуге болады.
а) Ядролық физиканы зерттеуші – ғалымдардың өмірбаяны мен еңбектерін,
ядролық энергияны әр түрлі салада бейбітшілік мақсатта пайдалану жолдарын
оқып үйрену жайлы оқушылардың физикалық үйірме жұмыстарын ұйымдастарған
пайдалы.
ә) Атом мен ядроның құпия сырлары, Ядролық техниканың бүгіні мен
ертеңі, Ядролық энергияның бөлшектер әлемі сияқты тақырыптарға физикалық
кештер өткізудің білімдік – тәрбиелік маңызы зор.
б) Атом энергиясын бейбітшілік мақсатта пайдалану, Ядролық
зерттеулер туралы біріккен институт, Синхрофазатрон, Атом электр
стансасы, Атом мұзжарғыш кеме, Изотоптарды өнеркәсіпте, ауыл
шаруашылығында, медицинада пайдалану сияқты кинофильмдерді
демонстрациялап, оқушыларға киноэкскурсия өткізу өте тиімді.
в) Ядролық энергия жайлы оқушылардың өз бетінше ғылыми – көпшілік
әдебиеттерді оқуын ұйымдастыру, семинар – лекция сабақтар үшін түрлі
тақырыптарда оқушылардың реферат – баяндамаларын орындаттыруға болады.
7. Қазақстан атом бомбасының (Семей) сынақ полигоны, әр түрлі әскери
қару – жарақтарды сынау аймағы (Азғыр, Нарын), ғарыш (Байқоңыр) айлағы
болғандықтан, бұл тараудың соңында атом аждаһасының қатер – қасиеті,
радиация зардаптары, ядролық экология мәселелері нақты мысалдар негізінде
түсіндірілуі тиіс. Ондай материалдар оқулыққа ендірілмегендіктен, оларды
мұғалім басқа арнаулы әдебиеттер мен жаңа ақпарат бұлақтарынан іздеп тауып,
жинап – сақтап, орнымен ұтымды пайдалана білуі керек. Республикадағы
қалыпты экологиялық хал – ахуалды сақтай білу – болашақ ұрпақтардың абзал
міндеті деп түсіндіргеніміз жөн [2].
1.Ең алдымен, атом құрылсының күрделі екендігіне оқушылардың көзін
жеткізу қажет. Ол үшін радиоактивтілік құбылсын қарастыруға болады.
Радиоактивтілік – кейбір заттардың өзінше сәуле шығару қасиеті екендігі
түсіндіріледі. Оның шындық факт екендігі радиоактивті элементтің
ионизациялау, жылу және химиялық әсерлері арқылы дәлелденеді. Яғни,
радиоактивті сәулелердің жәрдемімен зарядталған электроскоптың
ионизациялануы, ыдыстағы судың жылынуы (1гр. Радийден бөлініп шығатын жылу
арқылы 6 тәулік ішінде бір стакан суды қайнатуға болатындығы туралы нақты
мысал келтіру ойға қонымды), фотопластинкадағы кескіннің өңделіп байқалуы
баяндалады. Ендеше, радиоактивті құбылыс – атомның ішінде өтетін процестің
нәтижесі деп ой түйіндейміз. Бұдан, атом – күрделі бөлшек, оның құрылсы
қандай, ол өзі қандай бөлшектерден тұрады? деген заңды сұрақ туындайды.
Осы сұрақтарға жауап ретінде Резерфордтың фундаментальды тәжірибесі
түсіндіріліп, атомның ядродан және электроннан құралатыны дәлелденді, ол,
теориялық тұрғыдан, Резерфорд және Бор модельдері арқылы айқындала түседі.
2. Атом ядросы туралы ұғымды 1911-жылы Резерфорд енгізді. Ол, өзінің
шәкірттері Гейгер мен Марсденнің α-бөлшектердің жұқа металл қабыршақтармен
шашыратылуына жасалған тәжірбиелерінің нәтижесін түсіндіру үшін , атомның
ядролық моделін ұсынды. Ол бойынша , атом оның центріне орналасқан ,
мөлшерлері өте кішкентай (-10-14 м), оң зарядталған ауыр ядродан және оның
айналасында ,одан салыстырмалы үлкен қашықтықта( 10-10 м)айналып жүретін
электрондардан тұрады.Электрондардың массасы өте аз , сондықтан атомның
барлық массасы дерлік ядрода шоғырланған.Кейіннен ядроның протон мен
нейтроннан тұратыны белгілі болды.
Атом ядросының құрылысын анықтау туралы зерттеулер Резерфордтың азот
атомын α – бөлшекпен () атқылау тәжәрибесінен (1919ж.) басталғаны атап
көрсетіледі:
Осылайша жасалған көптеген тәжірибелердің нәтижесінде ядроның протон
() деп аталатын жаңа бір бөлшегі табылғандығы түсіндіріледі.
Сондай – ақ, ядроның нейтрон деген тағы бір бөлшегінің
табылғаны жайлы түсінік беріледі.
.
Атом ядросының протондар мен нейтрондардан тұратындығы, ядродағы
олардың сандары жайлы (M=Z-N) Д.Д.Иваненконың теориясы баяндалады.
Ядроны құрайтын бұл бөлшектердің өзара әсерлесу энергиясы өте үлкен,
ол ядролық энергия деп аталатыны жайлы қорытындыланады.
3. Әдетте, кез келген элементтің ядросын атқылау арқылы ыдыратып, оның
ішкі ядролық энергиясын пайдалану тиімді бола бермейді. Олардың ішінен
тіздбектегі реакция деп аталатын, ураннның ядросын ыдырату процесінің
пайдалы екендігі ерекше атап көрсетіледі. Уран қазандарында жүретін сондай
тізбекті реакциялардың негізінде ядролық энергия алынып, оның практикалық
мақсаттарда қолданылуы баяндалады. Нақты мысал ретінде атом электр стнасасы
мен ядролық бомбаның жұмыс принциптері түсіндіріледі.
1. Мұның негізінде атом қандай күрделі болса, электрон да сондай
сарқылмайды, табиғат шексіз ... (В.И.Ленин) екендігі дәлелденеді.
Қазіргі уақытта ядродағы нейтрондардың біреуі протонға айналғандағ,
электрон шығатыны анықталды. Екіншіден, электронды жұту нәтижесінде
протон нейтронға айнала алады. Фотондардың электрондар мен
позитрондарға және олардың керісінше түрленуі – материя қасиеттерінің
сарқылмайтындығына жақсы дәлел екендігін айтып, оқушыларға кең
философиялық ой салумен сабақты сәтті аяқтаған қолайлы.
Элементар бөлшектердің зерттелуі олардың материяның әр түрлі формалары
екені дәлелдеуге алып келеді. Оқушыларға әр бөлшектің ашылу тарихын айта
отырып мына нәрсені ескерту керек. Жаңадан ашылған бөлшек өзінің ерекше
қасиеті бар. Ол бұрынғы белгілі бөлшектерден бөлек және оны ашу үшін қандай
себептер болғанын түсіндіру керек .
Элементар бөлшектің барлық қасиеттерінің ішінде оқушылар тек қана
массасы мен зарядымен және өмір сүру уақытымен танысады. Осы сипаттамалар
қалай анықталғанына көңіл аудару керек. Осылайша нейтронның бар екені
беремей ядросын альфа бөлшектермен атқылағанда пайда болатын сәулеленуді
белгілі бөлшектер ағыны ретінде қарастыруға болмайтынынан кеп шығатыны
тәжірибелер арқылы дәлелденді. Бұл өтімділігі жоғары сәулелену, Ол
электромагниттік және магниттік өрістерде ауытқымайды. Сондықтан
зарядталмаған бөлшектер ағынын құрайды. Берілетін ядро энергиясын өлшеулер
бұл бөлшектердің фотондар емес екендігін көрсетеді. Массалары әр түрлі
берілетін ядролар ізінен Д.Чедвик нейтрондар деп атаған бұл бөлшектердің
массасы протон массасына жақын және ары қарайғы өлшемдер оны 1.008982
а.б.м. екенін көрсетті. Осылайша элементар бөлшектердің шын өмір сүруін
эксперимент түрінде олардың сипаттамаларын өлшей отырып дәлелдеуге болады.
Бөлшектердің қасиеттерінен әртүрлі ядролық реакцияларды бөлшектердің
айналуын алдын ала айтуға болады. Сол сияқты осы процестерге эксперименттер
жүргізуге болады және оларды практикалық мақсатта қолдануға болады. Бүткіл
курс бойында жақыннан әсер етудің материалистік идеясын біртіндеп жүргізу
үшін, күш бірлігі мен олардың материалдық тасмалдаушылардың идеялардың
бірлігін өту үшін оқушыларды ядролық өріспен қысқаша таныстыру керек.
Ядроның жіктелуінің қиындылығы ядродағы нуклондардың әсердесу күшінің өте
қуатты екенін дәлелдейді. Ядролық күштер – күштің өзгеше түрі. Ядролық
әсерлесулер ядролық өріс деп аталатын арқылы жүзеге асады. Ол өріс өзінің
табиғаты жағынан гравитациялық және электромагниттік өрістерден өзгеше
болады. Ядролық әсерлесудің бірінші негізгі сипаты күштің өте үлкен шамасы
болып табылады. Ол күшті әсерлесу деп аталады. Протондар ядросында әсер
ететін нейтрондар арасында әсер ететін және протондар мен нейтрондар
арасында әсер ететін күштер шамасы бойынша бірдей. Яғни бөлшектердің
сортына байланысты болмайды және олардан электр зарядының бар екеніне
байланысты емес. Әр бөлшек арнайы ядро өрісімен қоршалған. Ол өріс
нуклондарда ядролық заряд шамасының сипатымен байланысқан. Ол электр өрісі
дененің қасиеттеріне байланысты болатын сияқты және бөлшектердің электрлік
зарядпен сипатталатынына, ал гравитациялық өріс денемен массасы арқылы
сипатталатыны сияқты [3].
Ядролық әсерлесудің екінші негізгі жағы – ядролық күштердің әсерінің
радиусының өте аз болуы. Кулондық күштер қашықтық ұлғайған сайын жайлап
азаяды. Ядролық күштер ядродағы нуклондар арасындағы қашықтыққа тең, жуық
шамамен 10-13см қашықтықта ғана өте үлкен мәнге ие болады. Ядроның сыртында
ядролық күштер жоқ. Сондықтан үлкен денелер әлемде қысқа уақытта әсер
ететін ядролық өріс ядрода өте күшті болғанымен 10-13см үлкен қашықтыққа
тез азайып кетеді. Ядролық өріс – бұл кванттық өріс. Яғни ядролық өрістің
кванттары болатын бзлшектер бар. Бұл - мезондар. мезонның үш
түрі протон – протон, нейтрон – нейтрон және протон – нейтрон әсерлесуіне
сәйкес болады. Ядролық өрісті осыған байланысты мезондық деп атайды. Оның
электромагнитті өрістен өзгешелігі, оның кванттарының тыныштықтағы массасы
нолге тең болмайды. Сонымен ядролық өріс материяның басқа түрлерінен
сапалық жағынан өзгеше болады.
Бұл жерде әлемнің материялылық принципін аша отырып, материяның
азаймайтындығына аса көңіл бөлу керек. Бұл принципті атомның және ядроның
құрылысын өткенде негізге алу керек.
Материяның қозғалыспен байланысы масса мен энергияның өзара
байланысының дәлелі болып табылады: . Бұл заңның мағынасы мынада, кез
– келген материялдық объектінің массасы болады және ол энергияға ие болады.
Классикалық тұрғыдан басқа денелермен әсерлеспейтін тыныштықтағы дене де
механикалық энергия болмайды. Эйнштейн заңы осындай денеде өз энергиясына
ие болатынын көрсетеді немесе тыныштықтағы энергия , яғни
тыныштықтағы массаға сәйкес келеді. Бірақ кез – келген материалдық объект
энергияға ие болса, қозғалыс әрдайым материяға тән және қозғалысы жоқ
объект болмайды. Бұл қозғалыс жұмбақ түрле болуы мүмкін. Мысалы, ішкі
өзгеріс түрінде, сондықтан ол көзге көрінбейді. Срнымен қатар энергияның
кез – келегн өзгерісіне кез – келген процесте белгілі бір масса өзгерісі
сәйкес келеді. . Сонымен егер суға қыздырылған денені салсақ, су сол
дене салқындау арқылы су қызады. Яғни судың энергиясы және оның массасы
соншаға азаяды. Сонымен салқындаған дененің массасының суға берілгені
туралы айтуға болады. Бұл судың инерттілігінің артатының, салқындайтын
дененің инерттілігінің азаятынын көрсетеді. Массаның бұл өзгеруі өте аз,
сондықтан әдетте біз оны ескермейміз. Бірақ массаның пайда болуы немесе
жоғалуы болмайды, болатыны бір дененің массасының ұлғаюы екінші дененің
массасының азаюынан болатынын білу өте маңызды. Бұл жерде массаны зат
мөлшерінің өлшемі емес, инерттілік қасиетінің сипаты деп қарастыру керек.
формуласын материяның қозғалысқа айналу деп түсінбеу кероек. Осындай
шешімге Эйнштейн заңынан энергетизмнің идеялистік жақтаушылары келді.
Олар таза өмір сүретініне сенді. Бірақ масса мен энергия – материяның өзі
емес ол қозғалыстағы материяның екі сипаттамасы ғана және эйнштейн заңы бір
шаманың екінші шамаға айналуын емес материалдық объектілердің массалары мен
энергиясы арасындағы пропорционалдық байланыстың бар екенін көрсетеді.
Материямен қозғалыс арасындағы байланыс өрнегі массаның салыстырмалылығы
жөніндегі қорытынды болып табылады [4].
1.2 Атом және атомдық ядро физикасын мультимедиалық технологиялар
көмегімен оқыту әдістемесі
Қазіргі кезде әлемнің өркениетті елдерінде қоғамды ақпараттандыру
барынша кең өріс алуда. Осыған байланысты ақпараттану мен жаңа ақпараттық
технологиялар кәсіби қызмет пен адамзат мәдениетінде де, мектептегі білім
беру процесінде де ерекше мәнге ие болып отыр. Осыған орай, қазіргі кезде
егемендік алған Қазақстанда ғылым мен техниканы бүгінгі күн талаптарына сай
дамытатын дарынды, талантты жастар тәрбиелеп шығару ісі мектепте оқытылатын
жаратылыстану пәндері мұғалімдерінің алдына үлкен міндеттер қоюда.
Физика жаратылыстану ғылымдарының ішінде техникаға, өндірісті
автоматтандыру мен компьютерлендіруге ең жақын ғылым екендігі белгілі.
Физика пәні жастарды білім құштарлығына тәрбиелеуде, талант – қабілетін
ашып дамытуда ерекше орын алады. Осыған байланысты, жаңа ақпараттық
технологияны пайдаланып физиканы тиімді оқытудың әртүрлі жолдары мен
амалдары да іздестірілуде.
Мектеп физикасы бір тұтас оқу пәні ретінде білімнің классикалық
үлгілерімен қатар, ғылымның қазіргі кезеңіне сәйкес келетін жаңалықтарын да
қамтиды. Соңғыларына атомдық, ядролық физикаға байланысты материалдар
жатады. Бұл материалдар қазіргі физиканының білімдік негізін құра отырып,
дүниенің біртұтас физикалық көрінісін беруде де, ғылыми – техникалық
төңкеріс жасауда да, жаңа технеологияларды игеруде де орасан зор роль
атқарады.
Алайда, физиканы атомдық және ядролық тарауларын мектеп жағдайында
оқытуда көптеген дидактикалық, әдістемелік қиындықтар кездеседі. Солардың
ішіндегі ең бастысы атомдық және ядролық құбылыстарды оқыту әдістемесінің
жалған абстракцияға құрылуы болып табылады. Оның объективті жақтары да бар.
Себебі, атомдық және ядролық деңгейдегі физикалық құбылыстарды нақты әрі
көрнекі тәжірибелер жасап көрсету мектеп жағдайында мүмкін емес. Ядродағы
физикалық құбылыстарды оқушыларға түсіндірудің бір қиыншылығы – олар көзге
көрінбейтін, қолмен сезінуге болмайтын құбылыстар. Ал, екінші жағынан,
ғылыми – зерттеу орталықтарындағы қондырғылар (реакторлар, үдеткіштер,
басқа да құралдар мен жабдықтар) аса күрделі де, олардың жұмыс істеу
принциптерін түсіндірудің өзі жеке дара мәселе болып табылады. Міне,
осындай қиыншылықтардан мектеп жағдайында шығудың нақты жолдарының бірі –
жаңа ақпараттық технологияның мол мүмкіндіктерін пайдалана отырып, атомдық
және ядролық құбылыстарды компьютерлік модельдеу болып табылады [5].
Физиканың іргелі заңдары мен теорияларының әлемнің қазіргі заманғы
ғылыми бейнесіндегі рөлі мен орны, сондай - ақ, физикалық білім мазмұнын
жетілдірудің тенденциялары мен физика, информатика пәндері арасындағы
байланыстарды жүзеге асыру, кванттық тнория бастауларын жалпы білім беретін
орта мектепте оқыту әдістемесін жасауға негіз болды.
Енді, атом және атом ядросы физикасының осы жалпы білім беретін орта
мектептің 11 – сыныптарында оқытылатын жүйелі курсының мазмұнына енгізілген
теориялар мен заңдылықтарды, басты ұғымдарды компьютерді пайдалана оқытудың
ұсынылып отырған әдістемесіне мысалдар келтірейік.
Мектептегі көп жылдар бойғы тәжірибелер Бор постулаттары және оның
жасаған сутегі атомының моделі оқушылардың ғылыми дүниетанымын
қалыптастыруда маңызды роль атқарғанымен оқушылар оны шартты түрде
мағынасына түсіне бермей жаттап алатынын көрсетеді. Оның себебі Бор
теориясы оқушыларға алдында өтіп кеткен Сәуле шығару және спектрлер,
Жарық кванттары, Атом құрылысы деген тақырыптармен байланыссыз
беріледі. Мұндай қиындықтарды болдырмау үшін Нильс Бор өз теориясына әр
түрлі тәжірибелік фактілерге сүйене отырып келгенін көрсету керек.
Мұны екі сабақта әңгіме түрінде өткізуге болады:
1. Оқушылармен Жолақ және сызықты спектрлерді бақылау атты
лабораториялық жұмыстың нәтижелерін еске түсіреміз.
Оқулықта келтірілген сутегі атомының спектрін қарастырамыз.
1985 жылы Швейцария физик оқытушысы И.Бальмер сутегі, атомының
көрінетін аймақтағы толқын ұзындықтарын есептеуге болатындай формула ойлап
тапты. (Осыны оқушыларға айту керек). Ал 1890 жылы швед физигі Ю.Ридберг
Бальмер формуласын мынадай түрге келтірді.
(1.1)
Мұндағы - Ридберг тұрақтысы, n және k – бүтін сандар, k n
болу керек.
Сутегі атомының көрінетін аймағы спектральді сызықтарының жиілігі k =2
және n =3,4,5... болғанда байқайды. Олардың жиынтығы Бальмер сериясын
құрайды. 1906 жылы американ физик – эксперименті Т.Лайман ашқан және соның
атымен аталатын ультракүлгін аймақтағы спектр сызықтары k =1, ал n =2,3,4
сызықтары беріледі. Неміс физигі Ф.Пашен 1908 жылы k =3 ал, n =4,5,6
болатын инфрақызыл аймақтағы серияны ашты.
Спектрдің ультракүлгін аймағындағы сызықтар жиыны Лайман сериясымен
анықталады.
R , n=3,4,5...
Инфрақызыл бөлігіндегі спектрлер жиыны үшін
Пашен сериясы R , n=4,5,6...
Брэкет сериясы R , n =5,6,7...
Пфунд сериясы R , n =6,7,8...
Хемфри сериясы R , n =7,8,9...
сәйкес келеді.
1900 жылы абсолют қара дененің жылулық сәуле шығару заңдылықтарын
түсіндіру үшін М.Планк атом энергияны бөлек – бөлек – квант түрінде
шығарады деген гипотеза ұсынды .
А.Эйнштейн 1905 жылы квант гипотезасын пайдалана отырып,
фотоэффектінің экспериментті заңдарын түсіндіретін теңдеуін жазды.
1911 жылы Э.Резерфорд ұсынған планетарлық атом моделі спектрлік
заңдылықтарды түсіндіре ашады.
1913 жылы Н.Бор кванттар гипотезасының көмегімен бұл жағдайды әрі өте
әдемі түрде шешеті. (1) теңдеудің екі бөлігін де ол һ – қа бөлді:
(1.2)
мұндағы - шығарылатын квант энергиясы, ол сәуле шығарғанға
дейінгі және шығарылғанан кейінгі квант энергиясы. Резерфорд моделіне
сәйкес атом ядросымен байланысты санақ жүйксінде сутегі атомының энергиясы
электронның кинетикалық энергиясы мен электронның ядромен өзара
әсерлесуінің потенциалдық энергияларының қосындысына тең:
.
Электронның ядроны айнала қозғалуын сипаттау үшін Ньютон мен Кулон
заңдарын қолданып, мына теңдеуді аламыз:
(1.3)
Осылайша, сутегі атомының энергиясы мына формула бойынша есептеледі:
(1.4)
(2) және (4) формулаларды теңестіре отырып, алатынымыз:
Бордың 1-ші постулаты (стационарлық күй постулаты): атомда стационар
күйлер болып, онда атом энергия шығармайды. Атомның стационар күйінде
электронға стационар орбита сәйкес келіп, электрон үдей қозғалса да
электромагниттік толқындарын шығармайды. Осы кездегі электронның қозғалыс
моментінің импульсі мынадай шартты қанағаттандырады.
те - электрон массасы, ν - радиусы болған
орбитадағы
жылдамдық,
Оқушыларды Бордың бірінші постулатымен таныстыра отырып, оларға сутегі
атомының стационар күйлерінің энергияларын есептеуге беру керек.
Е1=-13,6эВ (негізгі күй)
Е2=-3,40эВ, Е3=-1,51эВ
Е4=0,85эВ, Е5 =-0,54эВ, Е6 =-0,38эВ,
Е7 =-0,28эВ (қозған күй)
Содан кейін оқулықтағы суретті негізге ала отырып және энергияның
мәндерін көрсете отырып, оқушыларға осы атомның энергетикалық деңгейлерінің
сұлбасын алуға тапсырма беру керек. Оқушыларға бұл сұлбаны сызар алдында
мынадай компьютерлік моделді көрсету тиімді болады.
Сурет 1. Лайман, Балмер серияларына берілген көрініс
Бордың екінші постулаты. Электрон бір стационар күйден екінші
стационар күйге өткенде энегиясы
hν= Еп - Ет (1.5)
тең бір фотон шығарады немесе жұтады. Еп , Ет- атомның сәулеленуге
дейінгі және кейінгі стационарлық күйлеріне сәйкес келетін энергиялары.
Егер Еп Ет болса, фотон шығарылады, ал Еп Ет болса, онда
жүтылады.
Бордың екінші постулатын қарастырғанда атомның энергетикалық
күйлерінің сұлбасын Бальмер, Лайман, Пашен және басқа да мүмкін болатын
серияларды көрсету керек. Бұл сериялардың мүмкін болатынын Н.Бор айтқан, ол
бұл серияларды эксперимент жүзінде Ф.Брэкет (n=4; 1922ж), А.Пфунд (n=5;
1924ж) және Хамфри (n=6; 1924ж) дәлелдеген (сурет 1).
Өз теориясының дұрыстығын дәлелдеу үшін Н.Борға Бальмердің және
Ридберг тұрақтысының теориялық негізделуі, сондай – ақ стационарлық
орвиталардың теру принципін тұжырымдау керек еді. Бұл үшін ол электронның
импульс моментінің квантталу ережесін тапты:
(1.6)
(3) – ші және (5) – ші теңдеулерді бірге шеше отырып, сутегі
атомындағы стационар орвиталардың радиустары үшін мына өрнекті аламыз:
Осы формула бойынша n=1 болғандағы бірінші бор орбитасының радиусы
0,053нм болады. Сутегі атомының энергиясының квантталу формуласы стационар
орвиталардың радиустарының өрнегін (4) теңдеуге қойып табамыз.
Осылайша, Ридберг тұрақтысы үшін мынадай өрнек аламыз:
Ридберг тұрақтысының экспериментті түрде және теория бойынша табылған
мәндерінің сәйкес келуі Бор теориясының дұрыстығын дәлелдейді. Сонымен
қатар классикалық электродинамикаға сай атом шығаратын электромагнитті
толқынның жиілігі электронның ядроны айналу жиілігімен сәйкес келу керек.
Шынында да үлкен нөмерлі екі көрші орбита арасындағы электронның өтуі
кезінде бұл жиіліктер сәйкес келеді, яғни жаңа теория шектік жағдайда
ескіге өту керек делінетін сәйкестілік принципі орындалады.
Материалды бекіту үшін оқушылар қалаулары бойынша мына тапсырмалардың
бірін орындаулары керек:
1.Мысал. Сутегі атомындагы Бор орбиталарына сәйкес келетін
энергетикалық деңгейлер энергиясы Е4=-0,85 эВ, Е2=-3,40 эВ көрсетілгендей
болса, электрон төртінші орбитадан екінші орбитаға өту кездегі
шығарған фотонның толқын ұзындығын анықта.
Бұл есепті шешер алдында оқушылар есепті шығапу үшін осы құбылысты
елестетіп, көре алулары керек, сондықтан Бор орбиталарына сәйкес келетін
энергетикалық деңгейлердің компьютерлік моделін көрсету тиімді болады.
Берілгені: Шешуі:
=-0.85 эВ=1.36Дж
=-3.40 эВ=-5.44Дж
Тк: λ-?
λ=hc
λ=6.6231.36+5.44
=4.86 м
Сурет 2. Энергетикалық денгейлер
2. Әр түрлі сериялардың спектрлік сызықтарының толқын ұзындықтарын
есепте және сәуле шығарудың қай диапозонына жататынын анықта.
3. Спектральді сызықтарды бірінші ашқандардың биографиялық
мағұлматтарын табыңыздар.
4. Мынадай сұраққа жауап бер: Неліктен Жолақ және сызықты спектрлерді
зерттеу лабораториялық жұмысында Бальмер сериясының 4 сызығынан басқасын
бақылау мүмкін болмайды.
5. Физика –XI оқулығындағы 9 –шы жаттығудың 1,3,4 тапсырмаларын
орында.
Бор теориясын алдымен эмпирикалық, содан соң теориялық деңгейде оқыту
оны дұрыс түсінуге мүмкіндік береді.
Франк Герц Бор постулаттарын дәлелдегені белгілі. Дәлірек айтсақ,
атом электронның бір стационар орбитадан екінші стационар орбитаға өткен
кезде энергиясы болатын сәуле шығаратыны немесе жұтатыны айтылатын
Бордың екінші постулатының дәлелдемесі болып табылады. - стационар
күйдегі электрон энергиясы, ал осы стационар күйдегі электронның және
энергияларының айырымына тең, яғни (1)
Бұл жағдайда энергиясы
(1.8)
Франк – Герц тәжірибесінде энергиясы өлшенеді. Бұл жерде ол
негізгі күйге сәйкес келетін Е1 энергия мен қозған күйге сәйкес келетін Е2
энергиясының айырмасына сәйкес келеді:
энергияны сынап буымен толтырылған электронды лампаны (триод)
көмегімен анықтау үшін анодты токтың катод пен тор потенциалдар айырымына
байланысының вольт – амперлік сипаттамасын алуға болады.
Лампы ішіндегі сынап буының қысымы ~0,1 -1мм сынап бағанасына тең
болғанда, вольт – амперлік сипаттамада максимумдар мен минимумдар пайда
болады. Екі көрші максимумдар арасындағы қашықтық .
көбейтіндісі - өлшенген энергия мәні.
Ұсталу сипаттамасын да алуға болады, яғни анодты токтың анод пен катод
арасындағы ұстаушы өріске байланыстылығын алуға болады. Мұндай сипаттама
электрондардың энергия бойынша таралу информациясына ие болады. Ол
электрондар катодтан шығып, үдетуші өріспен айдалады.
Экспериментті жүргізу үшін Франк және Герц тәжірибесі деп аталатын
лабораториялық оқу комплексі пайдаланылады (оның сыртқа көрінісі 3 –
суретте көрсетілген)
Сурет 3. Лабораториялық оқу комплексі
1). Құралдың оқу комплексі оны қолданудың мүмкін болатын екі тәсіліне
арналып жасалған: компьютермен және компьютерсіз.
Бірінші жағдайда (компьютерлік вариант) құрылғы екі блоктан тұрады:
электронды лампа блогынан және басқару блогынан. Арнайы пластмасадан
жасалған блокта анод, катод және тордан тұратын электронды лампы
кескінделген. Осы жерде алдыңғы папельде лампы ішіндегі будың керекті
қысымын алу үшін қыздырғышты қосқыштар бар. Лампылық блоктың қырларында
бақылау терезелері орналастырылған.
Басқарушы блокта принциптік электрлік сұлба келтірілген.
(4 – суретте, мұндағы А – анод, С – сетка, V – катод, Vв – тор –
анод кернеуін өлшейтін вольтметр). Бұл блокта сондай – ақ кернеуді
реттейтін потенцмометрлер, қоректендіру көздерін қосқыштар орналасқан.
Индикатор анодты токтың мәнін және Vз және Vц вольтметрлері көрсеткен
мәндерді тіркейді.
Басқару блогында екі өткізгіш бар бірі компьютерге қосылады, бірі
желіге қосылады. Басқару блогы лампы блогымен арнайы кабель арқылы
жалғанған. (Сабақ жүргізтін мұғалім жұмысы – үш кабельді жалғау)
Құрылғыдағы кернеу – 12В. Желіге қосқанда электронды шам өзгеше жарқырайды,
оны шам блогының мөлдір әйнекшелерінен көруге болады.
Сурет 4. Басқарушы блок
Эксперимент нәтижелерінің мағлұматтар базасын Франк – Герц
тәжірибесінің құрылғысында электронды шамның электродтарында кернеудің әр
түрлі мәндрін бере отырып алады.
Программамен қамтамасыз ету электронды шамның вольт – амперлік
сипаттамасын жазуға, бұл процесті көзбен көріп бақылауға және алынған
нәтижелерді компьютер дискісіен жазып, оларды өңдеуге мүмкіндік береді.
Өңдеу программасы максимумдар орны мен олардың арасындағы қашықтықты
өлшеуге, ұсталу қисығының графиктік дифференциалдауын жүргізуге және
тәжірибе нәтижелерін стандартты түрде өңдеуге мүмкіндік береді. Қолданушыға
керекті мағлұматтар терезелер түрінде беріледі. Қиын жағдайларда (қате
болған жағдайда) программа экспериментті жүргізудің әдістеме және техникасы
жағынан демеу көрсетеді [6].
Оқушы мына жаттығуларды орындауы қажет:
1. Тізбекті жинау – шам блогының ұяшықтарын басқару блогымен (анод,
сетка, катод) өтуізгіш арқылы жалғау, ол үшін принципті электр
тізбегін біліп алу қажет.
2. Бөлме температурасында шам үшін анодты токтың үдеткіш потенциалға
тәуелділігінің вольт – амперлік сипаттамасын алу.
3. Электронды шам баллоннан Т=1000С температураға дейін қыздыру және
анодты токтың вольт – амперлік сипаттамасын алу. (Қаныққан сынап
буының қысымы ~0,1-1мм сынап бағ.)
4. Максимумдар арасындағы қашықтықты өлшеу және - ні анықтау
Қосымша тапсырма мынадай болуы мүмкін:
1. Ұсталу сипаттамасын алу. Оны графиктер, диференциалдау және сынап
атомдарымен соқтығысатын электрондардың энергия бойынша таралу
функциясын алу.
2. формуласын пайдаланып, сынап атомдары шығаратын сәулелердің
толқын ұзындығын анықтау.
3. Компьютер көмегі орасан зор – тәжірибені жүргізуді тездетеді және
жеңілдетеді, бірақ тәжірибені онсыз да жүргізуге болады (мысалы,
компьютер жоқ жағдайда)
Тәжірибенің компьютерсіз тәсілі.
Бұл жағдай үшін анодты токтың сан мәнін, үдетуші
потенциалды және ұстаушы потенциалдық сан мәндерін сұйық – кристаллды
индикатор терезесінен көруге болады, ол басқару блогында орналасқан
эксперимент классикалық тізбе бойынша жүргізіледі. және
мәндерін өлшеп мәндерін жазады. Қағаз бетінде тәуелділік
графтгін тұрғызады және графиктен - ні анықтау керек, содан кейін
сынап атомдары шығаратын сәуленің толқын ұзындығын анықтайды [7].
1.3. Физикалық есеп түрлері және оларды шығаруда негізгі
мәселелерді түсіндіру жүйесі.
Физика есебі дегеніміз— физика тақырыптары бойынша құрылған, шешуді
қажет ететін сұрақтар мен проблемалар.Физика есептерінің түрлері көп,оны
шығарудың тәсілдері жан-жақты. Мұның себебі физика программасында
қарастыратын мәселелер өте көп әрі көлемді. Сондықтан да физика есептерін
шығару күрделі мәселе. Дегенмен де оқу программасын меңгеру үшін мұндай
жаттығулар керек-ақ. Оқушы тақырып бойынша есеп шығара алмайтын болса, ол
физиканы терең түсінеді деп айту қиын.
Физика есептерін шығару үшін теориялық мәселелерді түсініп, іс жүзінде
пайдалана білу керек, демек, творчестволық еңбек ете білуі, терең
ойланып, күрделі мәселелерді шеше алатындай болуы керек. Физика есебін
шығаруда оқушылар көптеген құбылыстардың заңдарын анықтайды
теорияның мағынасын терең түсініп, өмірдегі ролін көреді. Есеп шығаруда
оқушылар техниканың жаңалықтарымен танысады, физикалық негіздерін
анықтайды, жалпы білімдерін көтереді,сөйтіп политехникалық тәрбие алады.
Физика есебін шығаруда оқушылар теориялық мәселелерді бір емес,
бірнеше рет қайталайды осының нәтижесінде физикалық құбылыстар, заңдар ойда
сақталып қалатындай жағдай туады. Есеп шығару кезінде оқушылар физикамен
бірге өздерінің математикалық дайындығын жақсартады. Физика есептері
математиканың жандандырады, оның мағынасын арттырады. Математикалық
түрлендірулер физикалық теңдеулерге, формулаларға ауысқанда оның әрбір
бөлігінде күнделікті іс -тәжірибеде мағынасы бар шамалар пайда
болады. Функционалдық тәуелділіктің мағынасы тереңдетіліп, графиктік
байланыстар физика құбылыстарының динамикасын ашып айқындауға кемектеседі.
Оның көрнекілік жағы күшейтіледі. Физика есептерін шығарумен бірге оқушылар
есептеу техникасын үйренеді.
Оқушылар физика есептерін шығаруға дағдыланып, үйренсе, теориялық
біліктерін практикамен ұштастыра алатын болады. Оқушылар мұндай дәрежеге
жету үшін, мектеп қабырғасында, одан тыс, үйде де көптеп есептер шығарулары
керек. Оқушылар есептерді қызығып шығаруы үшін оның мазмүны тартымды, бірақ
әрқашан да өмірге жақын болуы керек.
Физика есептері мазмұны және дидактикалық мақсаттарына сай алуан
түрлі. Оларды түрлі мазмұндағы ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Қожа Ахмет Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік университеті
Физика кафедрасы
Оразбай Бақытжамал
Атомдық физика бөлімі бойынша есептер шығаруда мультимедиялық
технологияларды қолдану әдістері
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
5В011000 - физика мамандығы
Түркістан 2014
Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі
Қ.А.Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік университеті
Физика кафедрасы
Қорғауға жіберілді
___________
Кафедра меңгерушісі
________ ф-м.ғ.д., профессор Тұрмамбеков Т.А
ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС
Тақырыбы: Атомдық физика бөлімі бойынша есептер шығаруда
мультимедиялық технологияларды қолдану әдістері
5В011000 - физика мамандығы
Орындаған Оразбай Б.
Ғылыми жетекшісі
п.ғ.к., доцент Орманова Ғ. К.
Түркістан 2014
М а з м ұ н ы
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .4
1 Атом және атом ядросы физикасының теориялық негіздері.
1.1. Атом және атомдық ядро физикасын оқыту үдерісінде негізгі мәселелер
жүйесін түсіндіру
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
...7
1.2. Атом және атомдық ядро физикасын мультимедиалық технологиялар
көмегімен оқыту әдістемесі
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... .13
1.3. Физикалық есеп түрлері және оларды шығаруда негізгі
мәселелерді түсіндіру
жүйесі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... .. 22
2 Атом және атомдық ядро физикасынан есептер шығару әдістемесі
2.1. Жарық кванттары. Жарық әсерлері тақырыбына есептер
шығару ... ... ... ... 32
2.2. Атом және атом ядросы физикасы бөлімдеріне есептер шығару
тәсілдері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
2.3. Атом және атом ядросы физикасы бөлімдеріне есептер шығаруда
мультимедиалық технологияларды қолдану
әдістемесі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ...44
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 61
Пайдаланылған
әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ..63
Кіріспе
Бізді қоршаған ортадағы заттар неден тұрады? Оларды табиғат қалай
жасаған? Заттарды құрайтын ең кішкене бөлшек не деген сұрақтар ертеден
қойылып келеді.
Ертедегі грек философтары Демокрит және Лепкин мұндай бөлшектер бар,
олар атомдар деп есептеген. Атом --грек тілінде бөлінбейтін деген
сөз. Алайда, ертедегі грек философтарының бұл ойлары эксперимент жүзінде
дәлелденбей, тек болжам түрінде қалды да, одан бергі ғасырларда көпке дейін
атом туралы сөз болған жоқ.
Атом туралы ілімнің XVII-XVIII ғасырларда қайтадан дамуына химиялық
элементтер туралы түсініктің пайда болуы, химиялық реакциялар кезінде зат
массасының сақталуы , затты құрайтын элементтердің бір-бірінен
айырмашылығының болуы,мысалы, судың құрамында сутегі мен отегінің болатыны
тағы т.с.с. құбылыстар мен заңдылықтардың ашылуы үлкен әсерін тигізді.
XIX-ғасырдың аяғына дейін дерлік атомдар заттардың бөлінбейтін ең кіші
,құрылымсыз бөлігі деп есептелініп келді . Тек 1895-жылы ашылған
радиоактивтілік құбылысы ауыр атомдардың α-β-γ -сәулелер шығара алатынын
көрсетті. Сөйтіп адамзат бірінші элементар бөлшектермен -γ -квантпен және
электронмен танысты.
Соңғы жылдары ядролық физика саласындағы қарқынды даму айқын байқалуда
және оның келешектегі даму перспективасы да шапшаң жүргізілмек: атом мен
ядроның сыры тереңірек ашылуда; элементар бөлшектер физикасы деген физика
ғылымының жаңа саласы ашылды; ядролық энергияның пратикалық қолданылуы арта
түсуде.
Өндірістің әр түрлі салаларында: энергетика, транспортта байқалып
жүрген прогресс, Республикадағы техникалық білім жүйесінің қалыптасуы,
қажетті мамандарды дайындауға гранттардың бөлінуі физикалық білімнің
қажеттілігі мен оның сапасына деген сұранысты арттырып отыр. Мектептегі
физика курсы оқушыларды тек қана фундаментальды физикалық теориялармен
таныстырып қана қоймай, сонымен бірге, қазіргі заманғы өндірістің физикалық
негіздерімен де таныстыруы, оқушылардың алған білімдерін практикалық
есептерді
Қазіргі орта мектеп бағдарламасында Атом және ядролық физикабөлімі 9-
шы және 11-ші сыныптарда қарастырылады. 9-шы сыныпқа 19 сағат берілген.
Оның 4 сағаты есептер шығаруға беріледі. Ал 11-ші сыныптарға 16 сағат
берілген. Оның 4 сағаты есептер шығаруға беріледі
Атомдық және ядролық физика бойынша мектепте оқытылатын оқу
материалының көлемі жыл сайын көбейіп, артып келеді. Бұл жағдай оқу
материалын қандай дидактикалық принциптер (оңайдан қиын материалға көшіп
отыру, теориялық талдау негізінде, өмірмен байланыстылығы тұрғыда,
эксперименттік дәлелдеу принципінде ...) негізінде баяндауды таңдап алу ісін
қиындатуда. Қазіргі мектеп оқулықтарында бұл тараудың материалдарын тарихи
принцип тұрғысында түсіндіру дұрыс деп қабылданып отыр. Мұның негізінде
қандай ғылыми – теориялық және техникалық жаңалықтардың қалай ашылғандығы,
атомдық физика туралы ілімнің дамыған кезеңдері, оның эксперименттік
дәлелдері мен қарама – қайшылықтары хронологиялық ретпен орны –орнымен
айқын айшықталады.
Бұл тарау көп оқу материалын қысқа уақыт ішінде баяндауды қажет етеді.
Сондықтан, сабақта ол материалдардың ең негізгілері ғана оқушыларға
түсінікті етіп баяндалуы тиіс. Атомдық және ядролық құбылыстардың барлығына
егжей – тегжейлі тоқтала беруге мүмкіндік болмайтындығын мұғалім ескеруі
керек. Сондай – ақ, бұл тарау бойынша оқу материалын оқушылардың тыңғылықты
меңгеруі химиямен пәнаралық байланыстың жүйелі жүргізілуіне және физика мен
химияда бұрынғы өтілген тақырыптарды (молекула – кинетикалық теория, заттар
құрылысы, элементтердің пероидты жүйесі , электрондық теория,
электромагниттік теория, т.т.) олардың дұрыс түсінгендігіне тікелей
байланысты екендігін әрқашан ескеру қажет.
Атодық және ядролық физика бөлімінде физикалық құбылыстарды оқушыларға
түсіндірудің бір қиыншылығы – олар көзге көрінбейтін, қолмен сезінуге
болмайтын құбылыстар. Оларды эксперименттік тұрғыда сабақта түсіндіруге де
қажетті демонстрациялық не лабораториялық приборлар жоқтың қасы, әрі жасау
да оңай емес. Бұл жағдай ескеріліп, мектеп үшін ядролық физика туралы
бірқатар кинофильмдер мен диафильмдер (“Атом құрылысы”, “Заттың сыры”,
“Ядролық энергияны бейбітшілік мақсатта пайдалану”, Радиоактивтілік”, т.т.)
жасалынған. Оларды дер кезінде тауып, сабақта тиімді пайдалана білу –
мұғалімнің оқытушылық басты парызы.
Элементар бөлшектер туралы ілім жыл сайын шапшаң дамуда, көптеген жаңа
бөлшектер мен антибөлшектер ашылуда. Қазірге белгілі болған олардың 400 ден
астамының бәрін мектепте түсіндіріп жатудың қажеті де әрі мүмкіндігі де жоқ
екендігі белгілі әрі қаншасының бар екендігі де белгісіз. Элементар
бөлшектердің сандық теориясы да жасалынбаған. Сондықтан, олардың ішінен
электрон, протон, позитрон, фотон, нейтрон, антинейтрон, нейтрино,
антинейтрино және мезондардың кейбір түрлері сияқты небәрі 13 элементар
бөлшектің қасиеті мен ерекшеліктерін мектепте түсіндіру жеткілікті деп
саналатындығын мұғалімнің білгені жөн. Олардың негізінде басқа да элементар
бөлшектердің “құпиясын”, өзара бірінің екіншісіне айналатындығын, ашылу
тарихын, қазіргі заманғы классификациясын түсіндірудің мүмкіндігі бар
екендігін мұғалім басшылыққа алуы тиіс.
Атомдық физика қазіргі физиканың ең алдыңғы қатарлы жетістіктерін
білдіретін салалардың бірі. Атом және ядролық физиканың күнделікті
тұрмыста,технологияда және энергетикадағы үлесі ұлан ғайыр.
Дипломдық жұмысымның мақсаты - мектеп оқушыларына арналған атом және
атом ядросы физикасынан есептер шығару әдістемесін және есептерді
түсіндіруде мультимедиалық технологиялар көмегімен компьютерлік
анимациялық көрсетілімдер жасау.
Дипломдық жұмыс жалпы кіріспеден, екі тараудан, қорытындыдан және
пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады.
Атом және атом ядросы физикасының теориялық негіздері атты бірінші
тарауда атом және атомдық ядро физикасының негізгі теориялары, соның ішінде
Бор постулаттары, сутегі атомының сызықтық спектрлері тақырыптары физикалық
есептер шығарудың әдіс-тәсілдері және негізгі мәселелерді түсіндіру жүйесі
қарастырылды
Атом және атомдық ядро физикасынан есептер шығару әдістемесі
тақырыбындағы екінші тарауда жарық кванттары, жарық әсерлері тақырыбына
есептер шығару, сондай-ақ атомдық физика бөліміне, атомдық ядро физикасы
бөліміне есептер шығару әдістемелері, атомдық физикадан есептер шығаруда
осы тарау есептерінен құралған дидактикалық тапсырмалар жинағы
құрастырылды, аталған тақырыптарға арналған есептердің шартын
мультимедиялық технологиялар мен компьютерлік көрсетілімдер арқылы
түсіндіру технологиясы жүйеленіп, әдістемесі жасалды.
Қорытындыда негізгі аталған тұжырымдамалар, оның нәтижелері
көрсетілді.
1 Атом және атом ядросы физикасының теориялық негіздері
1. Атом және атомдық ядро физикасын оқыту үдерісінде негізгі
мәселелер жүйесін түсіндіру
Қазіргі кезде еліміздегі білім берудің жаңа жүйесі жасалып, әлемдік
білім беру кеңістігіне ене бастағанда пән мұғалімдері де, заман талабына
сай педагогика теориясымен оқу тәрбие үрдісіндегі елеулі өзгерістерді
қабылдай отырып, өз сабағында оқытудың заманауи технологиясын пайдалануы
керек. Білім беру саласында оқытудың жаңа педагогикалық технологияларын
зерттеп, оқып үйреніп, оларды меңгермейінше сауатты, жан- жақты білімді
маман болу мүмкін емес [1].
Материя түрлерінің мәселелері физика дамуының әр мезгілінде әр түрлі
шешілді және қазіргі кезге дейін біржақты шешілмеген. XX ғасырға дейін тек
затты ғана материя деп есептеді. Фарадей мен Максвелл жұмыстарына
байланысты физикада өріс түсінігі пайда болды.
Тек арнайы салыстырмалы теорияны жасау нәтижесінде және эфир дұрыс
еместігін дәлелдеу арқылы өріс материяның бір түрі ретінде қарастырыла
бастады. Өріс пен затты материя деп есептей бастады.
Электромагниттік өріс және бөлшектер материяның түрлері деп жазды С.В.
Измайл.
Кванттық электродинамика дамуы заттың (бөлшектің) және өрістің материя
түрлерінің шартты бөлімінің дұрыс емес екендігін көрсетті. Қазіргі кезде
теорияның тұрғысынан қарапайым бөлшектер оларға сай өрістің кванттары
ретінде қарастырылуы керек. Кванттық теорияда электрон және позитрон
өрістері электронды – позитрондық өріс, протон мен нейтронның өрістері –
нуклонды өріс деп табылады және т.б. Бұл жерде кванттық өріс түсінігі
өрістің классикалық түсінігімен сай келмейді. Кванттық өріс әсері дискретті
болады. Өрістердің кванттары оларға сай элементар бөлшектер болады.
Басқаша айтқанда өрістің кванттық теориясында әсерлесуде анықталады.
Классикалық тұрғыдан А электронның В электронмен әсерлесуі мынандай болады.
А электрон В электронға әсер ететін электр өрісіне байланысты (және
керісінше). Осындай фотон алмасу электрондардың әсерлесуін қамтамасыз
етеді. Осындай әсерлесуді болдыратын бөлшектер виртуальды (мүмкін,
бақыланатын) болады.
Қазіргі кездерде физикада бөлшектердің классикалық бөлшектің құрылымы
жоқ және кеңістікте қатаң жинақталған емес. (бөлшекті аймақтан кіші
аймақта жинақтауға болмайды).
Элементар виртуальды фотондардың сәуле шығару және жұту нәтижесінде
фотон бұлтына шырмалған және одан бөлінбейді, сондықтан қатаң шектелген
нақты нүктелік бөлшек емес.
Сонымен енді фотон – бұл өріс, ал электрон – бөлшек деп айтуға
болмайды.
Бөлшек және өрісті бұрын әр түрлі физикалық объектілерге жатқызды.
Енді олар кванттық өріс болып бірігеді. Сөйтіп материяның өзгеше түрі болып
саналады. Бөлшек енді өрістің кванттық өрістің ерекше қозған күйі. Олардың
арасындағы айырмашылық физикалық шындықтың әр түрлі күйдегі болуы.
Жоғарыда айтылғандардан қазіргі кездегі физиканың дамуы материя түрінің
мәселесіне көзқарастың өзгеруіне әкеліп соғады. Барлық материяның негізгі
екі түрге өріс пен затқа бөліну алғашқы жақындатулар болып саналады. Ол
әлемге макроскопиялық көзқарас тұрғысынан ғана дұрыс болады. Ал заттың ішкі
микро құрылымының зерттеуіне көшкен кезде элементар бөлшектің қасиеттеріне
көшкен кезде барлық материяның екі түрге макроскопиялық болу дұрыс
болмайды.
Өрістің кванттық теориясы орта мектепте оқылмаса да бұл теория
қорытндысын физика курсының дәстүрлі сұрақтарын қарастырғанда айту керек.
Мектепте материяның мынандай түрлері өтіледі: макроденелер, молекулалар,
атомдар, элементар бөлшектер, электромагнитті және гравитациялық өрістер.
Өріс пен затты салыстыра отырып, олардың ұқсастықтары мен
айырмашылықтарын ажырата білу керек. Зат деп әдетте молекулалар мен
атомдардан тұратын макроденелерді түсінеді. Заттық объектілердің
тыныштықтағы массасы нөлден өзгеше болады. Ал бөлшектерде ол нөлге тең
болуы да, болмауыда мүмкін. Үздіктілік және үздіксіздіктің бірлігі
электромагниттік өрістер үшін де және зат объектілері үшін де тән болады.
Бірақ мұндай қасиетті гравитациялық өріске жатқызуға болмайды. Өйткені
гравитондардың өмір сүру мәселесі әлі соңына дейін шешілмеген немесе
мысалы, зат объектілерін электромагнитті өрістен өзгешелігін олардың
тыныштықтағы массасы нольден өзгеше болады және вакуумдағы жарық жылдамдығы
с – дан төмен кез – келген жылдамдықпен қозғала алады. Ал электромагниттік
өрістің тыныштықтағы массасы нолге тең және оның вакуумдегі таралу
жылдамдығы анықталған – с жылдамдық.
Ядролық өріс кванты (пимезондар) нөлден өзгеше тыныштық массасына ие.
Осы қысқаша шолу материя түсінігін физика курсының әр түрлі тақырыптарын
өткен кезде оқушылардың көзқарасының дамуына әсер етеді.
1. Соңғы жылдары ядролық физика саласындағы қарқынды даму айқын байқалуда
және оның келешектегі даму перспективасы да шапшаң жүргізілмек: атом
мен ядроның сыры тереңірек ашылуда; элементар бөлшектер физикасы деген
физика ғылымының жаңа саласы ашылды; ядролық энергияның пратикалық
қолданылуы арта түсуде; 1954 жылдан бастап атом электр стансалары жер
жүзі мемлекеттерінде жыл сайын көбеюде. Ядролық физиканың мұндай
ғылыми – техникалық жетістіктері оның танымдық және политехникалық
маңызын көрсетеді әрі мектеп физика курсының ғылыми – теориялық
деңгейін көтереді.
2. Атомдық және ядролық физика бойынша мектепте оқытылатын оқу
материалының көлемі жыл сайын көбейіп, артып келеді. Бұл жағдай оқу
материалдарын қандай дидактикалық принциптер (оңайдан қиын материялға
көшіп отыру, теориялық талдау негізінде, өмірмен байланыстылығы
тұрғыда, эксперименттік дәлелдеу принципінде ...) негізінде баяндауды
таңдап алу ісін қиындатуда. Қазіргі мектеп оқулықтарында бұл тараудың
материалдарын тарихи принцип тұрғысында түсіндіру дұрыс деп қабылданып
отыр. Мұның негізінде қандай ғылыми – теориялық және техникалық
жаңалықтардың қалай ашылғандығы, атомдық физика туралы ілімнің дамыған
кезеңдері, оның эксперименттік дәлелдері мен қарама – қайшылықтары
хронологиялық ретпен орны – орнымен айқын айшықталады.
3. Бұл тарау көп оқу материалдарын қысқа уақыт ішінде баяндауды қажет
етеді. Сондықтан, сабақта ол материалдардың ең негізгілері ғана
оқушыларға түсінікті етіп баяндалуы тиіс. Атомдық және ядролық
құбылыстардың барлығына егжей – тегжейлі тоқтала беруге мүмкіндік
болмайтындығын мұғалім ескеруі керек. Сондай – ақ, бұл тарау бойынша
оқу материалдарын оқушылардың тыңғылықты меңгеруі химиямен пәнаралық
байланыстың жүйелі жүргізілуіне және физика мен химияда бұрынғы
өтілген тақырыптарды (молекула – кинетикалық теория, заттар құрылысы,
элементтердің периодты жүйесі, электрондық теория, электромагниттік
теория, т.т.) олардың дұрыс түсінгендігіне тікелей байланысты
екендігін әрқашан ескеру қажет.
4. Ядродағы физикалық құбылыстарды оқушыларға түсіндірудің бір қиыншылығы
– олар көзге көрінбейтін, қолмен сезінуге болмайтын құбылыстар. Оларды
эксперименттік тұрғыда сабақта түсіндіруге де қажетті демонстрациялық
не лабораториялық приборлар жоқтың қасы әрі жасау да оңай емес. Бұл
жағдай ескеріліп, мектеп үшін ядролық физика туралы бірқатар
кинофильмдер мен диафильмдер (Атом құрылысы, Заттың сыры, Ядролық
энергияны бейбітшілік мақсатта пайдалану, Радиоактивтілік, т.т.
жасалынған. Оларды дер кезінде тауып, сабақта тиімді пайдалана білу –
мұғалімінің оқытушылық басты парызы.
5. Элементар бөлшектер туралы ілім жылсайын шапшаң дамуда, көптеген жаңа
бөлшектер мен антибөлшектер ашылуда. Қазірге белгілі болған олардың
400 ден астамының бәрін мектепте түсіндіріп жатудың қажеті де әрі
мүммкіндігі де белгісіз. Элементар бөлшектердің сандық теориясы да
жасалынбаған. Сондықтан, олардың ішінен электрон, позитрон, протон,
фотон, нейтрон, антинейтрон, нейтрино, антинейтрино және мезондардың
кейбір түрлері сияқты небәрі 13 элементар бөлшектің қасиеті мен
ерекшеліктерін мектепте түсіндіру жеткілікті деп саналатындығын
мұғалімнің білгені жөн. Олардың негізінде басқа да элементар
бөлшектердің құпиясын, өзара бірінің екіншісіне айналатындығын,
ашылу тарихын, қазіргі заманғы классификациясын түсіндірудің
мүмкіндігі бар екендігін мұғалім басшылыққа алуы тиіс.
6. Тарау бойынша әр түрлі кластан тыс және мектептен тыс оқу – тәрбие
жұмыстарын жүргізуге болады.
а) Ядролық физиканы зерттеуші – ғалымдардың өмірбаяны мен еңбектерін,
ядролық энергияны әр түрлі салада бейбітшілік мақсатта пайдалану жолдарын
оқып үйрену жайлы оқушылардың физикалық үйірме жұмыстарын ұйымдастарған
пайдалы.
ә) Атом мен ядроның құпия сырлары, Ядролық техниканың бүгіні мен
ертеңі, Ядролық энергияның бөлшектер әлемі сияқты тақырыптарға физикалық
кештер өткізудің білімдік – тәрбиелік маңызы зор.
б) Атом энергиясын бейбітшілік мақсатта пайдалану, Ядролық
зерттеулер туралы біріккен институт, Синхрофазатрон, Атом электр
стансасы, Атом мұзжарғыш кеме, Изотоптарды өнеркәсіпте, ауыл
шаруашылығында, медицинада пайдалану сияқты кинофильмдерді
демонстрациялап, оқушыларға киноэкскурсия өткізу өте тиімді.
в) Ядролық энергия жайлы оқушылардың өз бетінше ғылыми – көпшілік
әдебиеттерді оқуын ұйымдастыру, семинар – лекция сабақтар үшін түрлі
тақырыптарда оқушылардың реферат – баяндамаларын орындаттыруға болады.
7. Қазақстан атом бомбасының (Семей) сынақ полигоны, әр түрлі әскери
қару – жарақтарды сынау аймағы (Азғыр, Нарын), ғарыш (Байқоңыр) айлағы
болғандықтан, бұл тараудың соңында атом аждаһасының қатер – қасиеті,
радиация зардаптары, ядролық экология мәселелері нақты мысалдар негізінде
түсіндірілуі тиіс. Ондай материалдар оқулыққа ендірілмегендіктен, оларды
мұғалім басқа арнаулы әдебиеттер мен жаңа ақпарат бұлақтарынан іздеп тауып,
жинап – сақтап, орнымен ұтымды пайдалана білуі керек. Республикадағы
қалыпты экологиялық хал – ахуалды сақтай білу – болашақ ұрпақтардың абзал
міндеті деп түсіндіргеніміз жөн [2].
1.Ең алдымен, атом құрылсының күрделі екендігіне оқушылардың көзін
жеткізу қажет. Ол үшін радиоактивтілік құбылсын қарастыруға болады.
Радиоактивтілік – кейбір заттардың өзінше сәуле шығару қасиеті екендігі
түсіндіріледі. Оның шындық факт екендігі радиоактивті элементтің
ионизациялау, жылу және химиялық әсерлері арқылы дәлелденеді. Яғни,
радиоактивті сәулелердің жәрдемімен зарядталған электроскоптың
ионизациялануы, ыдыстағы судың жылынуы (1гр. Радийден бөлініп шығатын жылу
арқылы 6 тәулік ішінде бір стакан суды қайнатуға болатындығы туралы нақты
мысал келтіру ойға қонымды), фотопластинкадағы кескіннің өңделіп байқалуы
баяндалады. Ендеше, радиоактивті құбылыс – атомның ішінде өтетін процестің
нәтижесі деп ой түйіндейміз. Бұдан, атом – күрделі бөлшек, оның құрылсы
қандай, ол өзі қандай бөлшектерден тұрады? деген заңды сұрақ туындайды.
Осы сұрақтарға жауап ретінде Резерфордтың фундаментальды тәжірибесі
түсіндіріліп, атомның ядродан және электроннан құралатыны дәлелденді, ол,
теориялық тұрғыдан, Резерфорд және Бор модельдері арқылы айқындала түседі.
2. Атом ядросы туралы ұғымды 1911-жылы Резерфорд енгізді. Ол, өзінің
шәкірттері Гейгер мен Марсденнің α-бөлшектердің жұқа металл қабыршақтармен
шашыратылуына жасалған тәжірбиелерінің нәтижесін түсіндіру үшін , атомның
ядролық моделін ұсынды. Ол бойынша , атом оның центріне орналасқан ,
мөлшерлері өте кішкентай (-10-14 м), оң зарядталған ауыр ядродан және оның
айналасында ,одан салыстырмалы үлкен қашықтықта( 10-10 м)айналып жүретін
электрондардан тұрады.Электрондардың массасы өте аз , сондықтан атомның
барлық массасы дерлік ядрода шоғырланған.Кейіннен ядроның протон мен
нейтроннан тұратыны белгілі болды.
Атом ядросының құрылысын анықтау туралы зерттеулер Резерфордтың азот
атомын α – бөлшекпен () атқылау тәжәрибесінен (1919ж.) басталғаны атап
көрсетіледі:
Осылайша жасалған көптеген тәжірибелердің нәтижесінде ядроның протон
() деп аталатын жаңа бір бөлшегі табылғандығы түсіндіріледі.
Сондай – ақ, ядроның нейтрон деген тағы бір бөлшегінің
табылғаны жайлы түсінік беріледі.
.
Атом ядросының протондар мен нейтрондардан тұратындығы, ядродағы
олардың сандары жайлы (M=Z-N) Д.Д.Иваненконың теориясы баяндалады.
Ядроны құрайтын бұл бөлшектердің өзара әсерлесу энергиясы өте үлкен,
ол ядролық энергия деп аталатыны жайлы қорытындыланады.
3. Әдетте, кез келген элементтің ядросын атқылау арқылы ыдыратып, оның
ішкі ядролық энергиясын пайдалану тиімді бола бермейді. Олардың ішінен
тіздбектегі реакция деп аталатын, ураннның ядросын ыдырату процесінің
пайдалы екендігі ерекше атап көрсетіледі. Уран қазандарында жүретін сондай
тізбекті реакциялардың негізінде ядролық энергия алынып, оның практикалық
мақсаттарда қолданылуы баяндалады. Нақты мысал ретінде атом электр стнасасы
мен ядролық бомбаның жұмыс принциптері түсіндіріледі.
1. Мұның негізінде атом қандай күрделі болса, электрон да сондай
сарқылмайды, табиғат шексіз ... (В.И.Ленин) екендігі дәлелденеді.
Қазіргі уақытта ядродағы нейтрондардың біреуі протонға айналғандағ,
электрон шығатыны анықталды. Екіншіден, электронды жұту нәтижесінде
протон нейтронға айнала алады. Фотондардың электрондар мен
позитрондарға және олардың керісінше түрленуі – материя қасиеттерінің
сарқылмайтындығына жақсы дәлел екендігін айтып, оқушыларға кең
философиялық ой салумен сабақты сәтті аяқтаған қолайлы.
Элементар бөлшектердің зерттелуі олардың материяның әр түрлі формалары
екені дәлелдеуге алып келеді. Оқушыларға әр бөлшектің ашылу тарихын айта
отырып мына нәрсені ескерту керек. Жаңадан ашылған бөлшек өзінің ерекше
қасиеті бар. Ол бұрынғы белгілі бөлшектерден бөлек және оны ашу үшін қандай
себептер болғанын түсіндіру керек .
Элементар бөлшектің барлық қасиеттерінің ішінде оқушылар тек қана
массасы мен зарядымен және өмір сүру уақытымен танысады. Осы сипаттамалар
қалай анықталғанына көңіл аудару керек. Осылайша нейтронның бар екені
беремей ядросын альфа бөлшектермен атқылағанда пайда болатын сәулеленуді
белгілі бөлшектер ағыны ретінде қарастыруға болмайтынынан кеп шығатыны
тәжірибелер арқылы дәлелденді. Бұл өтімділігі жоғары сәулелену, Ол
электромагниттік және магниттік өрістерде ауытқымайды. Сондықтан
зарядталмаған бөлшектер ағынын құрайды. Берілетін ядро энергиясын өлшеулер
бұл бөлшектердің фотондар емес екендігін көрсетеді. Массалары әр түрлі
берілетін ядролар ізінен Д.Чедвик нейтрондар деп атаған бұл бөлшектердің
массасы протон массасына жақын және ары қарайғы өлшемдер оны 1.008982
а.б.м. екенін көрсетті. Осылайша элементар бөлшектердің шын өмір сүруін
эксперимент түрінде олардың сипаттамаларын өлшей отырып дәлелдеуге болады.
Бөлшектердің қасиеттерінен әртүрлі ядролық реакцияларды бөлшектердің
айналуын алдын ала айтуға болады. Сол сияқты осы процестерге эксперименттер
жүргізуге болады және оларды практикалық мақсатта қолдануға болады. Бүткіл
курс бойында жақыннан әсер етудің материалистік идеясын біртіндеп жүргізу
үшін, күш бірлігі мен олардың материалдық тасмалдаушылардың идеялардың
бірлігін өту үшін оқушыларды ядролық өріспен қысқаша таныстыру керек.
Ядроның жіктелуінің қиындылығы ядродағы нуклондардың әсердесу күшінің өте
қуатты екенін дәлелдейді. Ядролық күштер – күштің өзгеше түрі. Ядролық
әсерлесулер ядролық өріс деп аталатын арқылы жүзеге асады. Ол өріс өзінің
табиғаты жағынан гравитациялық және электромагниттік өрістерден өзгеше
болады. Ядролық әсерлесудің бірінші негізгі сипаты күштің өте үлкен шамасы
болып табылады. Ол күшті әсерлесу деп аталады. Протондар ядросында әсер
ететін нейтрондар арасында әсер ететін және протондар мен нейтрондар
арасында әсер ететін күштер шамасы бойынша бірдей. Яғни бөлшектердің
сортына байланысты болмайды және олардан электр зарядының бар екеніне
байланысты емес. Әр бөлшек арнайы ядро өрісімен қоршалған. Ол өріс
нуклондарда ядролық заряд шамасының сипатымен байланысқан. Ол электр өрісі
дененің қасиеттеріне байланысты болатын сияқты және бөлшектердің электрлік
зарядпен сипатталатынына, ал гравитациялық өріс денемен массасы арқылы
сипатталатыны сияқты [3].
Ядролық әсерлесудің екінші негізгі жағы – ядролық күштердің әсерінің
радиусының өте аз болуы. Кулондық күштер қашықтық ұлғайған сайын жайлап
азаяды. Ядролық күштер ядродағы нуклондар арасындағы қашықтыққа тең, жуық
шамамен 10-13см қашықтықта ғана өте үлкен мәнге ие болады. Ядроның сыртында
ядролық күштер жоқ. Сондықтан үлкен денелер әлемде қысқа уақытта әсер
ететін ядролық өріс ядрода өте күшті болғанымен 10-13см үлкен қашықтыққа
тез азайып кетеді. Ядролық өріс – бұл кванттық өріс. Яғни ядролық өрістің
кванттары болатын бзлшектер бар. Бұл - мезондар. мезонның үш
түрі протон – протон, нейтрон – нейтрон және протон – нейтрон әсерлесуіне
сәйкес болады. Ядролық өрісті осыған байланысты мезондық деп атайды. Оның
электромагнитті өрістен өзгешелігі, оның кванттарының тыныштықтағы массасы
нолге тең болмайды. Сонымен ядролық өріс материяның басқа түрлерінен
сапалық жағынан өзгеше болады.
Бұл жерде әлемнің материялылық принципін аша отырып, материяның
азаймайтындығына аса көңіл бөлу керек. Бұл принципті атомның және ядроның
құрылысын өткенде негізге алу керек.
Материяның қозғалыспен байланысы масса мен энергияның өзара
байланысының дәлелі болып табылады: . Бұл заңның мағынасы мынада, кез
– келген материялдық объектінің массасы болады және ол энергияға ие болады.
Классикалық тұрғыдан басқа денелермен әсерлеспейтін тыныштықтағы дене де
механикалық энергия болмайды. Эйнштейн заңы осындай денеде өз энергиясына
ие болатынын көрсетеді немесе тыныштықтағы энергия , яғни
тыныштықтағы массаға сәйкес келеді. Бірақ кез – келген материалдық объект
энергияға ие болса, қозғалыс әрдайым материяға тән және қозғалысы жоқ
объект болмайды. Бұл қозғалыс жұмбақ түрле болуы мүмкін. Мысалы, ішкі
өзгеріс түрінде, сондықтан ол көзге көрінбейді. Срнымен қатар энергияның
кез – келегн өзгерісіне кез – келген процесте белгілі бір масса өзгерісі
сәйкес келеді. . Сонымен егер суға қыздырылған денені салсақ, су сол
дене салқындау арқылы су қызады. Яғни судың энергиясы және оның массасы
соншаға азаяды. Сонымен салқындаған дененің массасының суға берілгені
туралы айтуға болады. Бұл судың инерттілігінің артатының, салқындайтын
дененің инерттілігінің азаятынын көрсетеді. Массаның бұл өзгеруі өте аз,
сондықтан әдетте біз оны ескермейміз. Бірақ массаның пайда болуы немесе
жоғалуы болмайды, болатыны бір дененің массасының ұлғаюы екінші дененің
массасының азаюынан болатынын білу өте маңызды. Бұл жерде массаны зат
мөлшерінің өлшемі емес, инерттілік қасиетінің сипаты деп қарастыру керек.
формуласын материяның қозғалысқа айналу деп түсінбеу кероек. Осындай
шешімге Эйнштейн заңынан энергетизмнің идеялистік жақтаушылары келді.
Олар таза өмір сүретініне сенді. Бірақ масса мен энергия – материяның өзі
емес ол қозғалыстағы материяның екі сипаттамасы ғана және эйнштейн заңы бір
шаманың екінші шамаға айналуын емес материалдық объектілердің массалары мен
энергиясы арасындағы пропорционалдық байланыстың бар екенін көрсетеді.
Материямен қозғалыс арасындағы байланыс өрнегі массаның салыстырмалылығы
жөніндегі қорытынды болып табылады [4].
1.2 Атом және атомдық ядро физикасын мультимедиалық технологиялар
көмегімен оқыту әдістемесі
Қазіргі кезде әлемнің өркениетті елдерінде қоғамды ақпараттандыру
барынша кең өріс алуда. Осыған байланысты ақпараттану мен жаңа ақпараттық
технологиялар кәсіби қызмет пен адамзат мәдениетінде де, мектептегі білім
беру процесінде де ерекше мәнге ие болып отыр. Осыған орай, қазіргі кезде
егемендік алған Қазақстанда ғылым мен техниканы бүгінгі күн талаптарына сай
дамытатын дарынды, талантты жастар тәрбиелеп шығару ісі мектепте оқытылатын
жаратылыстану пәндері мұғалімдерінің алдына үлкен міндеттер қоюда.
Физика жаратылыстану ғылымдарының ішінде техникаға, өндірісті
автоматтандыру мен компьютерлендіруге ең жақын ғылым екендігі белгілі.
Физика пәні жастарды білім құштарлығына тәрбиелеуде, талант – қабілетін
ашып дамытуда ерекше орын алады. Осыған байланысты, жаңа ақпараттық
технологияны пайдаланып физиканы тиімді оқытудың әртүрлі жолдары мен
амалдары да іздестірілуде.
Мектеп физикасы бір тұтас оқу пәні ретінде білімнің классикалық
үлгілерімен қатар, ғылымның қазіргі кезеңіне сәйкес келетін жаңалықтарын да
қамтиды. Соңғыларына атомдық, ядролық физикаға байланысты материалдар
жатады. Бұл материалдар қазіргі физиканының білімдік негізін құра отырып,
дүниенің біртұтас физикалық көрінісін беруде де, ғылыми – техникалық
төңкеріс жасауда да, жаңа технеологияларды игеруде де орасан зор роль
атқарады.
Алайда, физиканы атомдық және ядролық тарауларын мектеп жағдайында
оқытуда көптеген дидактикалық, әдістемелік қиындықтар кездеседі. Солардың
ішіндегі ең бастысы атомдық және ядролық құбылыстарды оқыту әдістемесінің
жалған абстракцияға құрылуы болып табылады. Оның объективті жақтары да бар.
Себебі, атомдық және ядролық деңгейдегі физикалық құбылыстарды нақты әрі
көрнекі тәжірибелер жасап көрсету мектеп жағдайында мүмкін емес. Ядродағы
физикалық құбылыстарды оқушыларға түсіндірудің бір қиыншылығы – олар көзге
көрінбейтін, қолмен сезінуге болмайтын құбылыстар. Ал, екінші жағынан,
ғылыми – зерттеу орталықтарындағы қондырғылар (реакторлар, үдеткіштер,
басқа да құралдар мен жабдықтар) аса күрделі де, олардың жұмыс істеу
принциптерін түсіндірудің өзі жеке дара мәселе болып табылады. Міне,
осындай қиыншылықтардан мектеп жағдайында шығудың нақты жолдарының бірі –
жаңа ақпараттық технологияның мол мүмкіндіктерін пайдалана отырып, атомдық
және ядролық құбылыстарды компьютерлік модельдеу болып табылады [5].
Физиканың іргелі заңдары мен теорияларының әлемнің қазіргі заманғы
ғылыми бейнесіндегі рөлі мен орны, сондай - ақ, физикалық білім мазмұнын
жетілдірудің тенденциялары мен физика, информатика пәндері арасындағы
байланыстарды жүзеге асыру, кванттық тнория бастауларын жалпы білім беретін
орта мектепте оқыту әдістемесін жасауға негіз болды.
Енді, атом және атом ядросы физикасының осы жалпы білім беретін орта
мектептің 11 – сыныптарында оқытылатын жүйелі курсының мазмұнына енгізілген
теориялар мен заңдылықтарды, басты ұғымдарды компьютерді пайдалана оқытудың
ұсынылып отырған әдістемесіне мысалдар келтірейік.
Мектептегі көп жылдар бойғы тәжірибелер Бор постулаттары және оның
жасаған сутегі атомының моделі оқушылардың ғылыми дүниетанымын
қалыптастыруда маңызды роль атқарғанымен оқушылар оны шартты түрде
мағынасына түсіне бермей жаттап алатынын көрсетеді. Оның себебі Бор
теориясы оқушыларға алдында өтіп кеткен Сәуле шығару және спектрлер,
Жарық кванттары, Атом құрылысы деген тақырыптармен байланыссыз
беріледі. Мұндай қиындықтарды болдырмау үшін Нильс Бор өз теориясына әр
түрлі тәжірибелік фактілерге сүйене отырып келгенін көрсету керек.
Мұны екі сабақта әңгіме түрінде өткізуге болады:
1. Оқушылармен Жолақ және сызықты спектрлерді бақылау атты
лабораториялық жұмыстың нәтижелерін еске түсіреміз.
Оқулықта келтірілген сутегі атомының спектрін қарастырамыз.
1985 жылы Швейцария физик оқытушысы И.Бальмер сутегі, атомының
көрінетін аймақтағы толқын ұзындықтарын есептеуге болатындай формула ойлап
тапты. (Осыны оқушыларға айту керек). Ал 1890 жылы швед физигі Ю.Ридберг
Бальмер формуласын мынадай түрге келтірді.
(1.1)
Мұндағы - Ридберг тұрақтысы, n және k – бүтін сандар, k n
болу керек.
Сутегі атомының көрінетін аймағы спектральді сызықтарының жиілігі k =2
және n =3,4,5... болғанда байқайды. Олардың жиынтығы Бальмер сериясын
құрайды. 1906 жылы американ физик – эксперименті Т.Лайман ашқан және соның
атымен аталатын ультракүлгін аймақтағы спектр сызықтары k =1, ал n =2,3,4
сызықтары беріледі. Неміс физигі Ф.Пашен 1908 жылы k =3 ал, n =4,5,6
болатын инфрақызыл аймақтағы серияны ашты.
Спектрдің ультракүлгін аймағындағы сызықтар жиыны Лайман сериясымен
анықталады.
R , n=3,4,5...
Инфрақызыл бөлігіндегі спектрлер жиыны үшін
Пашен сериясы R , n=4,5,6...
Брэкет сериясы R , n =5,6,7...
Пфунд сериясы R , n =6,7,8...
Хемфри сериясы R , n =7,8,9...
сәйкес келеді.
1900 жылы абсолют қара дененің жылулық сәуле шығару заңдылықтарын
түсіндіру үшін М.Планк атом энергияны бөлек – бөлек – квант түрінде
шығарады деген гипотеза ұсынды .
А.Эйнштейн 1905 жылы квант гипотезасын пайдалана отырып,
фотоэффектінің экспериментті заңдарын түсіндіретін теңдеуін жазды.
1911 жылы Э.Резерфорд ұсынған планетарлық атом моделі спектрлік
заңдылықтарды түсіндіре ашады.
1913 жылы Н.Бор кванттар гипотезасының көмегімен бұл жағдайды әрі өте
әдемі түрде шешеті. (1) теңдеудің екі бөлігін де ол һ – қа бөлді:
(1.2)
мұндағы - шығарылатын квант энергиясы, ол сәуле шығарғанға
дейінгі және шығарылғанан кейінгі квант энергиясы. Резерфорд моделіне
сәйкес атом ядросымен байланысты санақ жүйксінде сутегі атомының энергиясы
электронның кинетикалық энергиясы мен электронның ядромен өзара
әсерлесуінің потенциалдық энергияларының қосындысына тең:
.
Электронның ядроны айнала қозғалуын сипаттау үшін Ньютон мен Кулон
заңдарын қолданып, мына теңдеуді аламыз:
(1.3)
Осылайша, сутегі атомының энергиясы мына формула бойынша есептеледі:
(1.4)
(2) және (4) формулаларды теңестіре отырып, алатынымыз:
Бордың 1-ші постулаты (стационарлық күй постулаты): атомда стационар
күйлер болып, онда атом энергия шығармайды. Атомның стационар күйінде
электронға стационар орбита сәйкес келіп, электрон үдей қозғалса да
электромагниттік толқындарын шығармайды. Осы кездегі электронның қозғалыс
моментінің импульсі мынадай шартты қанағаттандырады.
те - электрон массасы, ν - радиусы болған
орбитадағы
жылдамдық,
Оқушыларды Бордың бірінші постулатымен таныстыра отырып, оларға сутегі
атомының стационар күйлерінің энергияларын есептеуге беру керек.
Е1=-13,6эВ (негізгі күй)
Е2=-3,40эВ, Е3=-1,51эВ
Е4=0,85эВ, Е5 =-0,54эВ, Е6 =-0,38эВ,
Е7 =-0,28эВ (қозған күй)
Содан кейін оқулықтағы суретті негізге ала отырып және энергияның
мәндерін көрсете отырып, оқушыларға осы атомның энергетикалық деңгейлерінің
сұлбасын алуға тапсырма беру керек. Оқушыларға бұл сұлбаны сызар алдында
мынадай компьютерлік моделді көрсету тиімді болады.
Сурет 1. Лайман, Балмер серияларына берілген көрініс
Бордың екінші постулаты. Электрон бір стационар күйден екінші
стационар күйге өткенде энегиясы
hν= Еп - Ет (1.5)
тең бір фотон шығарады немесе жұтады. Еп , Ет- атомның сәулеленуге
дейінгі және кейінгі стационарлық күйлеріне сәйкес келетін энергиялары.
Егер Еп Ет болса, фотон шығарылады, ал Еп Ет болса, онда
жүтылады.
Бордың екінші постулатын қарастырғанда атомның энергетикалық
күйлерінің сұлбасын Бальмер, Лайман, Пашен және басқа да мүмкін болатын
серияларды көрсету керек. Бұл сериялардың мүмкін болатынын Н.Бор айтқан, ол
бұл серияларды эксперимент жүзінде Ф.Брэкет (n=4; 1922ж), А.Пфунд (n=5;
1924ж) және Хамфри (n=6; 1924ж) дәлелдеген (сурет 1).
Өз теориясының дұрыстығын дәлелдеу үшін Н.Борға Бальмердің және
Ридберг тұрақтысының теориялық негізделуі, сондай – ақ стационарлық
орвиталардың теру принципін тұжырымдау керек еді. Бұл үшін ол электронның
импульс моментінің квантталу ережесін тапты:
(1.6)
(3) – ші және (5) – ші теңдеулерді бірге шеше отырып, сутегі
атомындағы стационар орвиталардың радиустары үшін мына өрнекті аламыз:
Осы формула бойынша n=1 болғандағы бірінші бор орбитасының радиусы
0,053нм болады. Сутегі атомының энергиясының квантталу формуласы стационар
орвиталардың радиустарының өрнегін (4) теңдеуге қойып табамыз.
Осылайша, Ридберг тұрақтысы үшін мынадай өрнек аламыз:
Ридберг тұрақтысының экспериментті түрде және теория бойынша табылған
мәндерінің сәйкес келуі Бор теориясының дұрыстығын дәлелдейді. Сонымен
қатар классикалық электродинамикаға сай атом шығаратын электромагнитті
толқынның жиілігі электронның ядроны айналу жиілігімен сәйкес келу керек.
Шынында да үлкен нөмерлі екі көрші орбита арасындағы электронның өтуі
кезінде бұл жиіліктер сәйкес келеді, яғни жаңа теория шектік жағдайда
ескіге өту керек делінетін сәйкестілік принципі орындалады.
Материалды бекіту үшін оқушылар қалаулары бойынша мына тапсырмалардың
бірін орындаулары керек:
1.Мысал. Сутегі атомындагы Бор орбиталарына сәйкес келетін
энергетикалық деңгейлер энергиясы Е4=-0,85 эВ, Е2=-3,40 эВ көрсетілгендей
болса, электрон төртінші орбитадан екінші орбитаға өту кездегі
шығарған фотонның толқын ұзындығын анықта.
Бұл есепті шешер алдында оқушылар есепті шығапу үшін осы құбылысты
елестетіп, көре алулары керек, сондықтан Бор орбиталарына сәйкес келетін
энергетикалық деңгейлердің компьютерлік моделін көрсету тиімді болады.
Берілгені: Шешуі:
=-0.85 эВ=1.36Дж
=-3.40 эВ=-5.44Дж
Тк: λ-?
λ=hc
λ=6.6231.36+5.44
=4.86 м
Сурет 2. Энергетикалық денгейлер
2. Әр түрлі сериялардың спектрлік сызықтарының толқын ұзындықтарын
есепте және сәуле шығарудың қай диапозонына жататынын анықта.
3. Спектральді сызықтарды бірінші ашқандардың биографиялық
мағұлматтарын табыңыздар.
4. Мынадай сұраққа жауап бер: Неліктен Жолақ және сызықты спектрлерді
зерттеу лабораториялық жұмысында Бальмер сериясының 4 сызығынан басқасын
бақылау мүмкін болмайды.
5. Физика –XI оқулығындағы 9 –шы жаттығудың 1,3,4 тапсырмаларын
орында.
Бор теориясын алдымен эмпирикалық, содан соң теориялық деңгейде оқыту
оны дұрыс түсінуге мүмкіндік береді.
Франк Герц Бор постулаттарын дәлелдегені белгілі. Дәлірек айтсақ,
атом электронның бір стационар орбитадан екінші стационар орбитаға өткен
кезде энергиясы болатын сәуле шығаратыны немесе жұтатыны айтылатын
Бордың екінші постулатының дәлелдемесі болып табылады. - стационар
күйдегі электрон энергиясы, ал осы стационар күйдегі электронның және
энергияларының айырымына тең, яғни (1)
Бұл жағдайда энергиясы
(1.8)
Франк – Герц тәжірибесінде энергиясы өлшенеді. Бұл жерде ол
негізгі күйге сәйкес келетін Е1 энергия мен қозған күйге сәйкес келетін Е2
энергиясының айырмасына сәйкес келеді:
энергияны сынап буымен толтырылған электронды лампаны (триод)
көмегімен анықтау үшін анодты токтың катод пен тор потенциалдар айырымына
байланысының вольт – амперлік сипаттамасын алуға болады.
Лампы ішіндегі сынап буының қысымы ~0,1 -1мм сынап бағанасына тең
болғанда, вольт – амперлік сипаттамада максимумдар мен минимумдар пайда
болады. Екі көрші максимумдар арасындағы қашықтық .
көбейтіндісі - өлшенген энергия мәні.
Ұсталу сипаттамасын да алуға болады, яғни анодты токтың анод пен катод
арасындағы ұстаушы өріске байланыстылығын алуға болады. Мұндай сипаттама
электрондардың энергия бойынша таралу информациясына ие болады. Ол
электрондар катодтан шығып, үдетуші өріспен айдалады.
Экспериментті жүргізу үшін Франк және Герц тәжірибесі деп аталатын
лабораториялық оқу комплексі пайдаланылады (оның сыртқа көрінісі 3 –
суретте көрсетілген)
Сурет 3. Лабораториялық оқу комплексі
1). Құралдың оқу комплексі оны қолданудың мүмкін болатын екі тәсіліне
арналып жасалған: компьютермен және компьютерсіз.
Бірінші жағдайда (компьютерлік вариант) құрылғы екі блоктан тұрады:
электронды лампа блогынан және басқару блогынан. Арнайы пластмасадан
жасалған блокта анод, катод және тордан тұратын электронды лампы
кескінделген. Осы жерде алдыңғы папельде лампы ішіндегі будың керекті
қысымын алу үшін қыздырғышты қосқыштар бар. Лампылық блоктың қырларында
бақылау терезелері орналастырылған.
Басқарушы блокта принциптік электрлік сұлба келтірілген.
(4 – суретте, мұндағы А – анод, С – сетка, V – катод, Vв – тор –
анод кернеуін өлшейтін вольтметр). Бұл блокта сондай – ақ кернеуді
реттейтін потенцмометрлер, қоректендіру көздерін қосқыштар орналасқан.
Индикатор анодты токтың мәнін және Vз және Vц вольтметрлері көрсеткен
мәндерді тіркейді.
Басқару блогында екі өткізгіш бар бірі компьютерге қосылады, бірі
желіге қосылады. Басқару блогы лампы блогымен арнайы кабель арқылы
жалғанған. (Сабақ жүргізтін мұғалім жұмысы – үш кабельді жалғау)
Құрылғыдағы кернеу – 12В. Желіге қосқанда электронды шам өзгеше жарқырайды,
оны шам блогының мөлдір әйнекшелерінен көруге болады.
Сурет 4. Басқарушы блок
Эксперимент нәтижелерінің мағлұматтар базасын Франк – Герц
тәжірибесінің құрылғысында электронды шамның электродтарында кернеудің әр
түрлі мәндрін бере отырып алады.
Программамен қамтамасыз ету электронды шамның вольт – амперлік
сипаттамасын жазуға, бұл процесті көзбен көріп бақылауға және алынған
нәтижелерді компьютер дискісіен жазып, оларды өңдеуге мүмкіндік береді.
Өңдеу программасы максимумдар орны мен олардың арасындағы қашықтықты
өлшеуге, ұсталу қисығының графиктік дифференциалдауын жүргізуге және
тәжірибе нәтижелерін стандартты түрде өңдеуге мүмкіндік береді. Қолданушыға
керекті мағлұматтар терезелер түрінде беріледі. Қиын жағдайларда (қате
болған жағдайда) программа экспериментті жүргізудің әдістеме және техникасы
жағынан демеу көрсетеді [6].
Оқушы мына жаттығуларды орындауы қажет:
1. Тізбекті жинау – шам блогының ұяшықтарын басқару блогымен (анод,
сетка, катод) өтуізгіш арқылы жалғау, ол үшін принципті электр
тізбегін біліп алу қажет.
2. Бөлме температурасында шам үшін анодты токтың үдеткіш потенциалға
тәуелділігінің вольт – амперлік сипаттамасын алу.
3. Электронды шам баллоннан Т=1000С температураға дейін қыздыру және
анодты токтың вольт – амперлік сипаттамасын алу. (Қаныққан сынап
буының қысымы ~0,1-1мм сынап бағ.)
4. Максимумдар арасындағы қашықтықты өлшеу және - ні анықтау
Қосымша тапсырма мынадай болуы мүмкін:
1. Ұсталу сипаттамасын алу. Оны графиктер, диференциалдау және сынап
атомдарымен соқтығысатын электрондардың энергия бойынша таралу
функциясын алу.
2. формуласын пайдаланып, сынап атомдары шығаратын сәулелердің
толқын ұзындығын анықтау.
3. Компьютер көмегі орасан зор – тәжірибені жүргізуді тездетеді және
жеңілдетеді, бірақ тәжірибені онсыз да жүргізуге болады (мысалы,
компьютер жоқ жағдайда)
Тәжірибенің компьютерсіз тәсілі.
Бұл жағдай үшін анодты токтың сан мәнін, үдетуші
потенциалды және ұстаушы потенциалдық сан мәндерін сұйық – кристаллды
индикатор терезесінен көруге болады, ол басқару блогында орналасқан
эксперимент классикалық тізбе бойынша жүргізіледі. және
мәндерін өлшеп мәндерін жазады. Қағаз бетінде тәуелділік
графтгін тұрғызады және графиктен - ні анықтау керек, содан кейін
сынап атомдары шығаратын сәуленің толқын ұзындығын анықтайды [7].
1.3. Физикалық есеп түрлері және оларды шығаруда негізгі
мәселелерді түсіндіру жүйесі.
Физика есебі дегеніміз— физика тақырыптары бойынша құрылған, шешуді
қажет ететін сұрақтар мен проблемалар.Физика есептерінің түрлері көп,оны
шығарудың тәсілдері жан-жақты. Мұның себебі физика программасында
қарастыратын мәселелер өте көп әрі көлемді. Сондықтан да физика есептерін
шығару күрделі мәселе. Дегенмен де оқу программасын меңгеру үшін мұндай
жаттығулар керек-ақ. Оқушы тақырып бойынша есеп шығара алмайтын болса, ол
физиканы терең түсінеді деп айту қиын.
Физика есептерін шығару үшін теориялық мәселелерді түсініп, іс жүзінде
пайдалана білу керек, демек, творчестволық еңбек ете білуі, терең
ойланып, күрделі мәселелерді шеше алатындай болуы керек. Физика есебін
шығаруда оқушылар көптеген құбылыстардың заңдарын анықтайды
теорияның мағынасын терең түсініп, өмірдегі ролін көреді. Есеп шығаруда
оқушылар техниканың жаңалықтарымен танысады, физикалық негіздерін
анықтайды, жалпы білімдерін көтереді,сөйтіп политехникалық тәрбие алады.
Физика есебін шығаруда оқушылар теориялық мәселелерді бір емес,
бірнеше рет қайталайды осының нәтижесінде физикалық құбылыстар, заңдар ойда
сақталып қалатындай жағдай туады. Есеп шығару кезінде оқушылар физикамен
бірге өздерінің математикалық дайындығын жақсартады. Физика есептері
математиканың жандандырады, оның мағынасын арттырады. Математикалық
түрлендірулер физикалық теңдеулерге, формулаларға ауысқанда оның әрбір
бөлігінде күнделікті іс -тәжірибеде мағынасы бар шамалар пайда
болады. Функционалдық тәуелділіктің мағынасы тереңдетіліп, графиктік
байланыстар физика құбылыстарының динамикасын ашып айқындауға кемектеседі.
Оның көрнекілік жағы күшейтіледі. Физика есептерін шығарумен бірге оқушылар
есептеу техникасын үйренеді.
Оқушылар физика есептерін шығаруға дағдыланып, үйренсе, теориялық
біліктерін практикамен ұштастыра алатын болады. Оқушылар мұндай дәрежеге
жету үшін, мектеп қабырғасында, одан тыс, үйде де көптеп есептер шығарулары
керек. Оқушылар есептерді қызығып шығаруы үшін оның мазмүны тартымды, бірақ
әрқашан да өмірге жақын болуы керек.
Физика есептері мазмұны және дидактикалық мақсаттарына сай алуан
түрлі. Оларды түрлі мазмұндағы ... 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