Идеал газ күйінің теңдеуі тақырыбын оқыту әдістемесі
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ
РЕСПУБЛИКАЛЫҚ КӘСІПОРЫНЫ
С. АМАНЖОЛОВ АТЫНДАҒЫ ШЫҒЫС ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
МАТЕМАТИКА, ФИЗИКА, ТЕХНИКА ЖӘНЕ АҚПАРАТТЫҚ ТЕХНОЛОГИЯЛАР ФАКУЛЬТЕТЫ
Физика кафедрасы
БІТІРУ ЖҰМЫСЫ
Тақырыбы: ОРТА МЕКТЕПТІҢ ФИЗИКА КУРСЫНДА КОМПЬЮТЕРДІ ПАЙДАЛАНУ АРҚЫЛЫ
ИДЕАЛ ГАЗ КҮЙІНІҢ ТЕҢДЕУІН ЖӘНЕ ГАЗ ЗАҢДАРЫН ОҚЫТУ
Өскемен, 2006
МАЗМҰНЫ
бет
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...3
1МОЛЕКУЛАЛЫҚ ФИЗИКА КУРСЫНЫҢ ОҚУ ПРОЦЕСІНДЕГІ КЕЙБІР
СҰРАҚТАРЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ...5
1.1 Молекулалық физикаға үлес қосқан
ғалымдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .5
1.2Молекулалық физика курсы бойынша қалыптастырылатын
ұғымдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...9
1.3 Молекулалық-кинетикалық теорияның
негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... 11
2 ОРТА МЕКТЕПТІҢ ФИЗИКА КУРСЫНДА ИДЕАЛ ГАЗ КҮЙІНІҢ ТЕҢДЕУІ МЕН ГАЗ
ЗАҢДАРЫН ОҚЫТУ ӘДІСТЕМЕСІ ... ... ... ... ... ... . 15
2.1 Идеал газ күйінің теңдеуі. Газ
заңдары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..15
2.2 10-сыныпта Идеал газ күйінің теңдеуі тақырыбын оқыту
әдістемесі ... .21
2.3 10-сыныпта Газ заңдары тақырыбын оқыту
әдістемесі ... ... ... ... ... 21 3 ГАЗ ЗАҢДАРЫНА
ДЕМОНСТРАЦИЯЛЫҚ ЖҰМЫС ... ... ... ... ... ... ... 22
3.1 Идеал газ күйінің теңдеуі мен газ заңдарына VBasic, QBasic, Turbo
Pascal бағдарламалау тілдерінің көмегімен есептер
шығару ... ... ... ... ... ... ... . ... ..23
3.2 Молекулалық физика бөлімінен оқушылардың білімін тексеру үшін тест
сұрақтары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...24
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ..27
ӘДЕБИЕТТЕР
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ..29
ҚОСЫМША
А ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .31
ҚОСЫМША
Б ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .32
ҚОСЫМША
С ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .42
ҚОСЫМША
Д ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .45
ҚОСЫМША
Е ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .47
ҚОСЫМША
Ж ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... 51
ҚОСЫМША
З ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .79
КІРІСПЕ
Ғылым ғасырының табалдырығынан аттағалы тұрған қазіргі таңда
компьютер өмірдің барлық саласына кеңінен енуде. Қазір компьютер
өндірісімен айналысатын фирмалар оқу орындарында қолданылатын түрлі
бағдарламаларды әзірлеу үстінде. Бағдарламаларда көрініс, дыбыс, анимация
сияқты ерекшеліктерге көбірек мән беріледі. Оқыту жүйесінде компьютерді
енгізбеген оқу орындары көп ұзамай заман талабына ілесе алмайтыны сөзсіз.
Оқу арқылы ақпараттың 10%-і, тыңдау арқылы 20%-і, егер тыңдау көрнекті
құралмен ұштастырылса 40-50%-і, оқыту процесінде оқушы белсенділігін
арттыратын мүмкіндіктер жасалса білімнің 70%-і есте сақталады. Нағыз өмір
шындығымен ұштастырылған ақпараттың бала ойында қалу дәрежесі 90%. Олай
болса бір мәліметті есте сақтау қолданылған әдіс-тәсілге байланысты.
Компьютер арқылы түрлі графиктер, суреттер, видео көріністер, дыбыс және
музыка тыңдатып көрсетуге болады. Бұл, әрине, мүғалімнің тақтаға жазып
түсіндіргенінен әлдеқайда тиімді әрі әсерлі. Мұғалімдер сабақта ауызша өз
мәнінде меңгертілуі қиын ұғымдарды компьютердің көмегімен оқушыларға
ұғындырса, бұрынғыға қарағанда әрбір жаңа тақырыпқа деген баланың
құштарлығы мейлінше көп оянады. Оқушы мектеп бағдарламасындағы физика
тарауларының бірімен жұмыс істеуіне мүмкіндігі бар. Молекулалық физика
тараудан оқушы мынадай мәліметтерді жеңіл және шұғыл түрде таба алады:
1. Тақырыпты формуласымен бірге түсіндіретін мәтіндер (ең қажетті
материалдар нақты, қысқа түрде жазылған);
2. Тақырыпқа қатысты суреттер мем графиктер жане компъютерлік
анимация элементтері;
3. Физикалық заңдылықтардың дұрыстығына көз жеткіздіру, формулалардың
параметрлерін өзгерту арқылы оқушымен өзара әсерлесуінің міндетті
элементі және экранда осы өзгерістердің нәтижесін бірден қадағалау,
зерттеу;
4.Тақырып материалдарын меңгеруіне арналған тестер, бақылау
сұрақтары;
5. Тақырып бойынша есептер;
6. Бірліктер жүйесі, негізгі физикалық тұрақтылар, физикалық
шамалардың сандық мәндерінің кестесіне қатысты анықтамаларды кез-келген
мезетте алу мүмкіндігі;
7.Физиканың негізгі формулалары жөнінде кеңес беретін көмекшіңді дер
кезінде шақыру мүмкіндігі; [5, б. 20].
Сонда мұғалім оқушылардың өзіндік жұмысына бағыт беріп оны бақылаушы,
технологиялық аппаратты басқарушы болады. Мұнда мұғалім белсенділігі кеміп,
оқушы белсенділгі артады. Уақытты пайдалану да тиімді.
Компьютерлік оқу-әдістемелік құралдарды өз дәрежесінде қолдануды
үйренген оқушылар зерттеуге құштар, дүниені аз уақытта танып білетін,
байланыс туралы жеткілікті меңгерген технология саласының білгірі болады.
Сондықтан оқу сапасына жағымды әсер ететін компьютерлік оқыту жүйесін
физика сабағында пайдалану оқушылардың физикаға деген қызығушылығын
арттырудың және сабақтың қарқынын күшейтудің мықты құралы болып табылады.
1 МОЛЕКУЛАЛЫҚ ФИЗИКА КУРСЫНЫҢ ОҚУ ПРОЦЕСІНДЕГІ
КЕЙБІР СҰРАҚТАР
1.1 Молекулалық физикаға үлес қосқан ғалымдар
Роберт Бойль 1627 ж. 25 қаңтарда Лисморда (Ирландия) туылды, Итон
колледжiнде (1635 - 1638) және Женева академиясында (1639 – 1644) бiлiм
алды. Содан кейiн ол ешқайда шықпастан Столбридждегi өзiнiң имениясында
тұрды, онда ол 12 жыл бойы өзiнiң химиялық зерттеулерiн жүргiздi. Роберт
Бойль ғылыми қызметi физика мен химия абайланыс эксперимента әдiстеріне
негiздеген және атомистикалық теорияны дамытты. 1660 ж. ол газ қысымының
көлемге тәуелдiлiгiн анықтайтын заң тапты. Кейiнiрек бұл заң Бойль –
Мариотт заңы деп аталды: бұл заңды Бойльден байланыссыз француз физигi
Э.Мариотт ашты. Бойль химиялық процесстердi көп зерттедi – мысалы, металды
күйдiргендегi, ағашты құрғақ айдағандағы, тұздар, қышқыл және сiлтiлер
түрленгенде болатын процесстердi. 1654 ж. ол ғылымға денелер құрамының
анализi деген ұғым енгiздi. Бойльдiң бiр кiтабы Химик - скептик деп
аталған. Ол агрегаттық күйдегi денелердiң ерекшелiгiне алғаш рет түсiндiрме
бердi. 1660 ж. Бойль калий ацетатын айдап ацетон шығарды, 1663 ж.
Шотландияның тауларында өсетiн лакмус қынасынан лакмус индикаторын тауып өз
зерттеулерiнде пайдаланды. 1680 ж. ол сүйектерден фосфорды алу әдiсiн
дайындады, ортофосфорлық қышқылды және фосфиндi шығарды. Бойль Оксфордта
ғылыми қоғамды құруға белсене қатысты. Ол болашақ ұрпаққа бай ғылыми мұра
қалдырды. Бойль өте көп кiтаптар жазды, кейбiреулерi ол өлгеннен кейiн
басылып шықты: кейбiр қолжазбалар Корольдік қоғамының архивында
табылды.[6,б.272]
Мариот Эдм (1620-12.05.1684) - француз физигi, Париж Ғылым
Академиясының мүшесi, және оның құрушылардың бiрi. Дижонда дүниеге келген.
Дижон маңындағы Әулие Мартин монастырында игумен болған. Ол механика, жылу
және оптика бағыттарында жұмыс iстеген. 1676 жылы температура тұрақты
болғанда берiлген газ массасы көлемiнiң қысымнан тәуелдiлiк заңын ашты
(Бойль – Мариот заңы; бұл заңды 1661 жылы Р. Бойль және Р. Тоунли ашты).
Осы заңның әр түрлi қолданалу бағыттарын жорамалдап, барометрдiң
берiлгендерi бойынша теңiз деңгейiнен жоғары биiктiгiн анықтау жолын
көрсеткен. Фонтандардың көтерiлу биiктiгiн, сұйықтың ағу жылдамдығына
қатысты Торичелли формуласын экспериментальдi дәлелдеп, көтерiлу биiктiк
пен тесiктiң диаметрi арасындағы тәуелдiлiк кестелерiн жасады. Серпiмдi
денелердiң соқтылуы мен маятниктiң тербелiсiн зерттеген. "Соғу немесе
денелердiң соқтылуы трактаты"(1678 ж.) кiтабында осы облыста жасаған
зерттеулердi жинақтаған. Судың қату кезiнде көлемiнiң ұлғаятынын
дәлелдеген. 1666 жылы көз дағын тапты, түстердi, негiзiнен Жер мен Айдың
түстi сақиналарын, кемпiрқосақты, жарық дифракциясын, сәуле жылуын
зерттеген, жылу мен жарық сәулелердiң арасындағы айырмашылығын анықтаған.
Көп физикалық аспаптарды ойлап тапқан.
Шарль, Жак Александр Сезар (Charles, Jacques – Alexandre - Cesar)
(1746 - 1823) француз физигi, өнертапқыш, Париж ғылым академиясының мүшесi.
1746 ж. 12 қарашада Божансида дүниеге келдi. Ол өз бетiмен бiлiм алды. Жас
кезiнде Парижге көшiп келiп, қаржы министрлiгiне кеңсе қызметшiсi болып
қызметке тұрады. Б. Франклиннiң найзағаймен тәжiрибиелерi белгiлi болғанда,
оларды қызықты өзгерiстерiмен қайталайды. Франклин онымен танысуға келiп,
Шарлдiң қабiлеттiлiгiн атады. Шарль резенкеленген матадан әуе шар жасады.
Iшiн толтыру үшiн бiрiншi болып сутегiнi пайдаланды. 1783 ж. осы шармен
ұшты. Ол газдың кеңею процессiн зерттеп, 1787 ж. идеал газ көлемiнiң
температураға тәуелдiлiгiн тапты. 1802 ж. бұл заңды Ж. Гей – Люссак қайта
ашты. Шарль мегаскоп және термометрлiк гидрометр сияқты приборларды ойлап
шығарды. Шарль Парижде 1823 ж. 7 сәуiр айында қайтыс болды.[6,б.272]
Людвиг Эдуард Больцман 1844 жылы 20 қаңтарда Вена қаласында дүниеге
келдi. Оның әкесi Имперск қаржы министiрлiгiнде жұмыс iстеген. 1863 жылы
Больцман Вена Университетiне түсiп, математика және физика пәндерiн оқиды.
Людвигтiң алғашқы еңбегi электродинамикаға арналған. 1866 жылы
Термодинамиканың екiншi бастамасындағы механиканың ролi - еңбегiнде, ол
температураның
газ молекуласының орташа кинетикалық энергиясына сәйкес екендiгiн
көрсеттi. 1866 жылдың күзiнде, докторлық дәрежесiн алуынан 2 ай бұрын,
Больцман Физика Институтына профессор - асситент ретiнде қабылданады. 1869
жылы Граценың Университетiнде математикалық физика саласында профессор
болып сайланады. Венада Больцман өзiнiң Сыртқы әсерлердiң әсерi кезiндегi
серпiмдiлiк теориясы (1867жылы) – еңбегiнде ол сызықты тұтқыр серпiмдiлiк
теориясын тұжырымдады. 1876 жылы Больцман Грацедағы Физикалық
Университетiнiң директоры қызметiн иеленіп, 14 жыл бойы қызмет атқарады.
1877 жылы Физика жайлы Вена мәлiметтерiнде Больцманның энтропия мен
термодинамикалық күйдiң ықтималдылығының байланысы жайлы танымал мақаласы
жарық көрдi. Бұл мақалада ғалым, термодинамикалық күй энтропиясы осы күйдiң
ықтималдылығына пропорционал және күй ықтималдылықтары молекулалардың
таралу күйiне сәйкес келетiн сандық характеристикаларының арасындағы
қатынас арқылы есептелiнетiндiгiн көрсеттi. Әлем жолында Больцманның
үйретуiнiң шыңы аш- теорема деп аталады. Бұл аш -теоремада Больцман :
жылудың өлуi өтiрiк, заман ақыры болмайды. Әлем болды және де бар болады,
себебi ол атомдар мен молекулардан тұрады және термодинамиканың екiншi
басталуын нақтылы атомдар мен молекулаларға қолдану керек деп кеткен.
Больцман бұл абсурдты өмiрiнiң соңына дейiн дұрыс деп есептеген. 1896
жылы Больцман Физикалық ғылымдарда атомистиканың болмай қалмауы атты
еңбегi жарық көрдi. 1890 жылы Больцман Мюнхен Университетiнiң теоретикалық
физика кафедрасының иеленуi жөнiндегi ұсынысты қабылдайды. 1902 жылдың
күзiнде Больцман Мюнхен Венаға оралады. Қай жерде қай Университетте
болмасын ол материалистикалық физика, атомистика үшiн титықтыратын тартыс
талас жүргiздi. 1906 жылдың 5 қыркүйегiнде Людвиг Эдуард Больцман қайтыс
болды.[17,б.448]
Авогадро (Avogadro) Амедео 1776 жылы 9 тамызда Туринде дүниеге
келген, итальян физигi және химигi. Алдымен заңгер мамандығын алып, одан
кейiн физика мен математиканы оқыды. Мүше-корреспондент (1804ж.), академик
(1819ж.), ал одан кейiн ҒА-ның Туриндегi физика-математикалық ғылымдар
бөлiмi директоры. 1806 – 1819 жылдары университет лицейiнiң физика
мұғалiмi, 1820 – 1822 және 1834 – 1850 жылдары Турин университетiнiң
профессоры. Авогадроның ғылыми еңбектерi физика мен химияның әралуан
саларына арналған (электр, электрохимиялық теория, меншiктi жылу
сыйымдылығы, каппилярлық, атомдық көлемдер, химиялық қосылыстардың
номенклатурасы және басқалар). 1811 жылы Авогадро жай газдардың молекуласы
бiр немесе бiрнеше атомдардан тұрады деген жорамалды айтты. Осы жорамал
негiзiнде Амедео негiзгi идеал газ заңдарының бiрiнiң айтылуын
(өрнектелуiн), атомдық және молекулалық массаны анықтау әдiсiн анықтады.
Авогадроның молекулалық жорамалын XIX-шы ғасырдың 1-шi жартысындағы
физиктер мен химиктер қабылдамады. Авогадро есiмiмен универсалдық тұрақты
(Авогадро саны) – идеал газдың 1 молiндегi молекулалар саны – аталады.
Авогадро – молекулалық физикадан алғашқы жетекшi құрал болатын, “Салмақты
денелер физикасы, немесе жалпы денелер конституциясы туралы трактат" – төрт
томдық (1837 – 1841ж.) еңбектiң авторы. [6,б.272]
1.2 Молекулалық физика курсы бойынша қалыптастырылатын ұғымдар
Молекулалық физика бөлімінде негізі 7-сыныпта физика курсында
қаланған зат құрылысының молекула-кинетикалық теориясы оқытылады. 7-8-
сыныптарда физика курсын оқуда оқушылар, заттардың ішкі құрылымы тұрғысынан
физикалық кұбылыстардың бір қатарын, зат қасиеттерін (сұйық-тар мен
газдардың қасиеттерін, қысым, жылу құбылыстары) түсіңдіруді үйренеді.
Бірақ, сәйкес тақырып мазмұнын құрайтын ұғымдарды түсінік деңгейінде
меңгерді, ал барлық құбылыстар сапалы түрде түсіндіріледі. Сондықтан, 10-
сыныпта физика курсын оқуда оқушыларда бар білімді өзектендіру, кеңейту
және тереңдету, оларды ұғым деңгейіне жеткізу керек. Бұл тарауда оқытудағы
мақсат - оқушылардың 7-8- сыныбының физика курсынан және 8-сыныптың химия
курсынан алған заттың құрылысы мен қасиеттері және жылулық құбылыстар
туралы білімдерін тереңдету. Бұл тараудың міндетіне - молекулалар туралы
білімдерін кеңейту (олардың қозғалысы мен ерекшеліктері); газдардың
молекула - кинетикалық теориясын тереңдетіп оқыту; газдар теориясын осы
теория негізінде түсіндіру, конденсациалық жүйе қасиетін (қатты, сұйық
және газ тәрізді күйдегі заттар) оқыту; бұл қасиеттерді заттың бір
агрегаттық күйден екінші күйге ауысуы жайлы білім негізінде түсіндіруі
кіреді. Қазіргі физика бағдарламасына сәйкес бөлімді оқыту МКТ негіздерін
оқытудан басталады, содан кейін температура, молекулалардың жылулық
қозғалысының энергиясы, идеал газ күйінің теңдеу сұйықтар мен газдардың бір-
біріне айналуы, қатты денелер, одан кейін барып термодинамика негіздері
қарастырылады. Бөлімді оқыту процесінде қалыптастырылатын ұғымдардың
көпшілігімен оқушылар 7-8- сыныптың физика курсынан, 8-сыныптың химия
курсынан таныс екендігін ескеру қажет. Ол ұғымдарға: молекула,
температура, жылу мөлшері, заттың меншікті жылу сыйымдылығы, заттың
ішкі энергиясы, жылу алмасу т.б. жатады. Сондықтан мұғалім бұрынғы
өткендерін қайталамай, ол білімдерін терендетуі және дамытуымен қатар білім
сапасын көтереді.
Берілген тақырыпта оқушылар үшін жаңа ұғым жылу құбылыстарын зерттеу
және молекулалардың қозғалыс жылдамдығын, массасын жене өлшемдерін өлшеу
әдістері болып табылады. Оқушыларды бұл ұғымдармен таныстыру олардың
дүниені танып білуге деген, зерттеудің физикалық тәсілдерін қуаттылығына
деген сенімдерін қалыптастыруда маңызды роль атқарады, сондай-ақ, осы
ұғымдарды қалыптастыру арқылы мұндай біліммен қаруланған адамның қарусыз
көзге көрінбейтін материалдық объектілердің (молекула, атомдардың)
қасиеттерін тану мүмкіндігіне ие болатындығына оқушылардың көзін жеткізуге
болады. Оқушылар үшін бұл тараудағы елеулі жаңа ұғым молекулалардың
қозғалыс заңдары, 9-сыныптың физика курсында өтілген макроденелердің
қозғалыс заңдарынан молекулалар мен атомдардың қозғалыс заңдарының
айырмашылығын көрсету болып табылады.
Сұйықтар мен газдардың бір-біріне айналуы тарауын оқытуда:
булану, қайнау, қайнау температурасының қысымға тәуелділігі ұғымдары
тереңдетіледі, оқушылар үшін жаңа: кризистік температура, қаныққан бу,
қанықпаған бу, ауаның ылғалдылығы және қаныққан бу қысымының
температураға тәуелділігі ұғымдары қалыптастырылады.
Конденсация және булану құбылыстарының өзара байланысын оқыту, қайнау
температурасының қысымға тәуелділігін және қанықкан бу қысымының
температураға тәуелділігін, кризистік температура ұғымдарын қалыптастыру
оқушылардың диалектикалық ойлау әдісін тәрбиелеуде маңызды роль атқарады.
Тақырыпты оқыту процесінде оқушылар салыстырмалы ылғалдылықты
өлшейтін құралдармен (гигрометр және психрометр), өлшеу әдістерімен
танысады да теориялық білімді өмірде пайдалана білу дағдысы қалыптасады.
Термодинамика негіздерін оқытуда жұмыс, ішкі энергия, жылу
мөлшсрі сияқты негізгі ұғымдарды дамыта отырып, оқушыларды отынның ішкі
энергиясын механикалық энергияға айналдыратын жылу двигательдерімен және
двигательдің жұмыс істеу принциптерімен таныстырады. Физика курсында бұл
сұрақтың білімдік және дүниетанымдық мәні зор.
Жалпы Молекулалық физика бөлімін өту барысында оқушылар практикалық
сипаттағы дағдылар мен білімдер жүйесін: дене температурасын, атмосфералық
қысымды (барометр-анероидпен), газ қысымын (манометр көмегімен) өлшеуді,
жылу мөлшерін есептеу, газ күйін сипаттайтын негізгі параметрлер арасындағы
байланыс графигін салуды, газ күйінің тендеуі негізінде идеал газ
температурасын, көлемін және қысымын есептейтін есептерді шығара білуді
меңгерулері керек.
Физиканы оқытудың басты міндеттерінің бірі ұғымдар жүйесін
қалыптастыру болып табылады.
Молекулалық физика бөлімін оқыту процесінде қалыптастырылатын және
дамытылатын ұғымдар. [1,8,б.288-194].
1.3 Молекулалық-кинетикалық теорияның негiздері
Молекулалық кинетикалық теорияның негiзгi теңдеуi қысым, V көлем және
T температура арасында байланыс орнатуға мүмкiндiк бередi. Бұндай
байланысты жазатын өрнек күй теңдеуi деп аталады. Егер газ молекуласы
концентрациясының өрнегi түрiнде алса, онда p=nkT теңдiгiнен мынау шығады:
(1)
Больцман тұрақтысының k Авогадро санына NA көбейтiндiсiн универсал
газ тұрақтысы деп атап, R әрпiмен белгiлейдi:
Дж(кмоль·К).
(2)
Бұл енгiзiлген тұрақтыны тағы да пайдаланып кез келген массасы m
үшiн идеал газ күйiнiң теңдеуiн аламыз.
Сурет 5 Вольфрам инесінің атомдары
Дене құрылымының молекулалық кинетикалық теориясы деп барлық денелер
жеке бейберекет қозғалыстағы бөлшектерден тұрады деген көзқарас негiзiнде
макроскоптық денелердiң қасиеттерi мен жылу процестерiне түсiнiк беретiн
iлiмдi айтады.
Молекулалық-кинетикалық теория (МКТ) негiзi мынадай үш қасиеттен
тұрады:
1) барлық денелер бөлшектерден , атомдардан, молекулалардан, оң және
терiс зарядталған иондардан тұрады;
2) бұл бөлшектер барлық уақытта үздiксiз және бейберекет қозғалыста
болады;бөлшектер арасында өзара әсерлесу күштерi тартылу және тебiлу
күштерi бар. Ол күштер электрлiк сипатқа ие. Бөлшектердiң өзара
гравитациялық әсерлесуi өте аз. Бұл тұжырымдардың ақиқаттылығы көптеген
физикалық бақылаулар мен тәжiрибелер жүргiзу арқылы дәлелденген. МКТ-ның
негiзгi көзқарастарына ең нақты дәлел бола алатын мысалдар:
• броундық қозғалыс құбылысы (Броун);
• молекулалық диффузия құбылысы;
• қазiргi заманғы приборлар көмегiмен алынған жеке атомдар мен
молекулалар кескiнi. 1-шi суретте вольфрам инесiнiң ұшында атомдардың
орналасуы (ақ дақтар). [27,б.33-35].
Ежелгі Грецияда адамдар жылу мен суықтың тегін түсіндіруге тырысып
бақты. Олар әрбір дененің белгілі мөлшеріндегі қандай да бір субстанциясы -
"оты" болады деп санады. Олардың ойынша бәрінен де жалында "от" көп, ең аз-
мұзда болады. Фазалық ауысулар, қыздыру және суыту процестері осы "оттың"
жылы денеден салқын денеге өтуімен түсіндірілді.
Орта ғасырларда жылутек теориясы жарық көрді, ол бойынша денеде
неғұрлым жылутек (бір денеден екінші денеге өте алатын ерекше салмақсыз
сұйық) көп болса, онда дененің температурасы да соғұрлым жоғары болады.
Анығына келгенде жылутектің өзі жоқ болса да, жылутек теориясы молекулалық
физиканың көп нәрсеге қолын жеткізді. Мәселен, осы жылутек ұғымы арқылы
дененің жылу-сыйымдылығы, булану және балқу меншікті жылуы туралы
түсініктер енгізілді, жылу өткізгіштіктің сандық теориясы жасалды.
Біздің жыл санауымызға дейінгі V ғасырда Ежелгі Грецияда Демокрит
барлық денелер тұтас емес, олар бөлінбейтін өте ұсақ бөлшектерден
атомдардан тұрады, олардың көзге ілінбейтіндігі өте кішкентайлығынан деген
гипотеза көтерді. Заттардың түрліше болуы атомдардың түрліше болатындығынан
емес, олардың қосылыстарының түрліше болуында делінді. Атомдар бір-бірінен
массаларымен, мөлшерлерімен және пішіндерімен ажыратылады. Атомдар жайлы
Демокрит былай деген: "Атомдар мен бос кеңістіктен басқа ештеңе жоқ;
басқалары ой ғана". "Атомдар сан жағынан шексіз және пішіндері де шексіз
түрде..." Барлық заттардың арасындағы айырмашылық олардың атомдарының
сандарындағы, пішіндеріндегі және орналасуларындағы айырмашылықтарда ғана;
атомдар арасында сапалық айырмашылық жоқ".
Демокриттің ілімін Эпикур қолдады, оның философиялык көзқарастарын
б.з.д. I ғасырдың басында Рим ақыны Тит Лукреций Кар өзінің атақты
"Заттардың тегі жайлы" деген поэмасында мазмұндады. Демокриттің болжамы
гипотеза түрінде қала берді, себебі ол молекулалардың шын мәнінде
болатындығын тәжірибеде көрсете алмады. 1026 жылы Францияда Жоғарғы сот
атомистикалық ілімге тыйым салды, бұл әрине денелердің құрылымын да,
жылулық құбылыстарды да зерттеуді кешеуілдетті.[8,26,б.194-420]
XVIII ғасырда француз физигі Гассенди атомистиканы шақыртты. 1734-1748
жылдары М.В. Ломоносовтың еңбектері жарық көрді; онда ол тәжірибе
нәтижелеріне сүйене отырып, зат құрылымының молекулалы-кинетикалық
теориясын (МКТ) жасады. Ломоносовты заттың атомистикалық кұрылымның және де
молекулалық қозғалыстың негізін қалаушы деуге болады. Сонымен қатар ол
массаның және қозғалыстың сақталу заңына сүйене отырып, денедегі
бөлшектердің үздіксіз және хаосты болатындығын, жылудың денедегі
молекулалардың қозғалысының нәтижесі болып табылатындығын көрсетті.
Ломоносовтың идеяларын тек 100 жыл өткен соң ғана мойындады. Ломоносовтың
заттың молекулалық құрылымы теориясын Джоуль, Клаузиус, Максвелл,
Больцмандар қолдады. Осы заманғы зат құрылымының теориясының Ломоносов
теориясынан еш айырмашылығы жоқ деуге болады.
Көріп отырғанымыздай, молекулалық физикада жылу құбылыстарын зерттеуде
екі әдіс айқын байқалады: термодинамикалық және молекулалы- кинетикалық.
Термодинамика дегеніміз — физикалық заттың ішкі құрылымын ескермей,
энергетикалық әсерленулердің негізінде жылулық құбылыстарды зерттейтін
бөлімі. Молекулалы-кинетикалық теория осы жылулық құбылыстарды қозғалыстары
Ньютон заңдарына бағынатын молекулалар мен атомдардан тұрады деген болжам
негізінде қарастырады [1,3, б. 45-48].
2 ОРТА МЕКТЕПТІҢ ФИЗИКА КУРСЫНДА ИДЕАЛ ГАЗ КҮЙІНІҢ ТЕҢДЕУІ МЕН ГАЗ
ЗАҢДАРЫН ОҚЫТУ ӘДІСТЕМЕСІ
2.1 Идеал газ күйінің теңдеуі. Газ заңдары.
Мұнда негізінен температура және басқа макраскопиялық параметрлер
ұғымдарынан туындайтын салдарлар туралы сөз болмақ. Молекула – кинетикалық
теорияның негізгі теңдеуі бізді сол параметрлер арасындағы байланысты
тағайындауға келіп саяды. Газдың берілген массасының күйі үш макраскопиялық
параметрмен сипатталады: қысым, температура, көлем.
Күй теңдеуі. Біз идеал газдың жайын молекула-кинетикалық теория
тұрғысынан жүйелі қарастырамыз. Газ қысымының оның молекулаларының шоғырына
және температурасына тәуелді болатыны анықталды. Осы тәуелділік негізінде
жеткілікті сиретілген газдың берілген массасының күйін сипаттайтын барлық
үш макраскопиялық параметрді байланыстыратын теңдеуді алуға болады. Бұл
теңдеу идеал газ күйінің теңдеуі деп аталады.
Көлемі , қысымы және температурасы , газдың белгілі
бір массасын қарастырайық . Газдың осы массасының екінші бір күйдегі
көлемі , қысымы және температурасы болсын. Бойль-
Мариоттың және Гей –Люссактың заңдарына сүйеніп осы шамалардың арасындағы
байланысты анықтаймыз.
Бұл үшін газды күйлерінде алып, оны тұрақты қысымда
температураға дейін қыздырамыз. Сонда оның көлемі болады және бұл
көлем мына түрде өрнектеледі:
(3)
Осы қыздырудың нәтижесінде газ көлеммен, қысыммен және
температурамен сипатталатын жаңа күйге түседі; сондықтан оны ақырғы
, , күйіне көлемді изотермиялық жолмен өзгерту арқылы
келтіруге болады, бұл өзгеріс Бойль-Мариотт заңы бойынша былай жазылады:
Бұған (1) формуладан көлемін қоямыз. Онда:
Бұдан газдың берілген массасының күйлері өзгергенде шама
өзгермей тұрақты болып қалады деген қорытынды шығады.
(2) теңдеуді Петербургтегі Жол қатынасы институтында ұзақ уақыт
профессоры болған француз инженері Клапейрон қорытып шығарған. Бұл
теңдеудегі В тұрақтысының сан мәні газдың қандай мөлшерде алынғандығына
және үш шамалардың қандай бірліктерімен өлшенгендігіне байланысты.
Авогадро тағайындаған заң бойынша қысымдары мен температуралары
бірдей әр түрлі газдардың грамм-молекулаларының көлемдері бірдей болады.
Температура С және қысым аm болғанда, кез келген газдың бір
грамм-молекуласының көлемі 22,41 л болады.
Барлық газдарға ортақ бұл тұрақты шама R әрпімен белгіленеді де,
газ тұрақтысы деп аталады. (2) формуладағы көлемнің орнына грамм-
молекулалық көлемді қойсақ мынау шығады:
.
(4)
грамм-молекулалық көлемнің өлшемділігі лмоль болады. (3)
формула газ күйінің теңдеуі болып табылады. Бұл формула идеал газдарды ғана
қанағаттандырады. (2) теңдеудің қорытындысы болып табылатын (3) теңдеуді
Д.И. Менделеев тағайындаған болатын; Менделеев ол туралы алғашқы рет 1874
жылы орыстың физика-химия қоғамының мәжілісінде баяндап, 1875 жылы
жариялаған еді. Осыған байланысты (3) формуланы Менделеев-Клапейрон
формуласы деп атайтын боламыз.
тұрақтысының сан мәнін : С; яғни К және
=1am болғанда 1 грамм-молекуланың көлемі лмоль болады деп
ұйғарып табамыз:
Бір грамм-молекулаға ғана дұрыс болатын (3) формуланы, кез келген
мөлшердегі массаға қолданарлық етіп, оңай өзгертіп жазуға болады. Бұл үшін
газдың молекулалық салмағын µ әрпімен белгілейміз ; сонда, егер бір грамм-
молекула газ белгілі бір қысымда және температурада грамм-
молекула көлем алып тұратын болса, онда осы газдың m грамы сол қысымда және
сол температурада көлем алып тұрады. Бұдан берілген қысым мен
температурада m грамм газ үшін өрнегіде газ тұрақтысынан mµ
есе артық болатындығы шығады, бірақ бұл тұрақты болып қалғандықтан m грамм
газ үшін мынаны жазамыз:
бұдан
(5)
(5) формула Менделеев-Клапейронның газдың кез келген массасына
қолданылатын қорытылған формуласы болып табылады; мұнда универсаль
тұрақтысы газдардың барлығына бірдей болады және оның сан мәні (4)
өрнектерінен шыққандағыдай болады. (5) берілген газды сипаттайтын төрт
шаманы байланыстырады. Осы формуладан тікелей газдың тығыздығын анықтауға
болады:
(6)
Сонымен, газдың тығыздығы оның молекулалық салмағына және оның
қысымына тура пропорционал, ал абсолют температурасына кері пропорционал
[12,б.255].
Газдарда өтіп жататын көптеген процестердің ішінен, газдың берілген
массасы үшін қандай да бір термопараметр тұрақты болып қалатын кезіндегі
процестерді қарастырайық. Мәселен, тұрақты температура кезінде өтетін
процесс изотермалық, (isos бірдей және therme — жылу (грекше), ал тұрақты
қысым кезінде өтетін процесс — изобаралық(isos —бірдей, вазоз — ауырлык
салмақ (грек) деп аталады. Ал егер көлем тұрақты болып қалатын болса, онда
процесс изохоралық деп аталады (ізоз —бірдей және сһоза — көлем (грек). Бұл
процестерді теориялық жолмен де, практикалық тұрғыдан да зерттеу жеңіл.
Изопроцестердің ішінен бірінші болып осы изотермалық процесс
зерттелді. Ағылшын физигі Р.Бойль 1662 жылы және оған тәуелсіз француз
физигі Э.Мариотт тәжірибе жүзінде тұрақты температурада кезінде газдың
берілген массасы үшін оның қысымының газ алып тұрған көлемге көбейтіндісі
тұрақты шамаға тең болатындығын тағайындады, яғни . Бұл заң Бойль -
Мариотт заңы деп аталады. Теориялық жолмен Бойль-Мариотт заңын Менделеев-
Клапейрон заңын газдың екі күйі үшін жазып жеңіл алуға болады. Берілген
газдың бірінші күйі:
(7)
екінші күйі:
(8)
Бұл теңдеулердің оң жақтары тең, демек олардың сол жақтары да тең
болады, яғни
(9)
Практикада изотермалық процесті іске асыру үшін зерттелген газ массасы
өте үлкен, ал температурасы өзгеріссіз қалатын қоршаған ортамен жақсы
жылулық байланыста болуы тиіс. Мұндай орта термостат деп аталады. Бойль-
Мариотт заңын Мельде түтігінің көмегімен анықтауға болады (бір жағы жабық
шыны түтік, онда сыртқы ауадан сынап бағанымен бөлінген ауа бар). Түтіктің
қалпын өзгерте отырып, біз ауа бағанының көлемі мен қысымын өзгертеміз, ал
оны сызғыш пен манометрдің көмегімен өлшеуге болады. Қысымның көлемге
көбейтіндісі әрбір кезде де тұрақты болып қалады. Бойль-Мариотт заңы
қысымдар мен температуралардың кең диапазонында орындалады. Тек өте үлкен
қысымдар (жүздеген атмосфераларға жететін) кезінде ғана біршама ауытқулар
болады.
Бойль-Мариотт заңы бойынша газдың берілген массасының қысымы
изотермалық процесс кезінде көлемге кері тәуелді болады, яғни гипербола
аламыз. Осы тәуелділікті график түрінде координаталарында өрнектейік.
Алынған қисық идеал газдың изотермасы деп аталады. Түрліше температуралар
үшін газдың қысымының көлемге тәуелділігі сипатында өзгеріс болмайды, тек
температура артқан кезде қисықтар координаталар осьтерінен қашықтай береді.
Бұл жерде біз изотермалар аясына келеміз.
Изотермалық процестерді градус түрінде басқа координатта да өрнектеуге
болады . Бұл графиктер газдың қысымы мен көлемінің оның температурасына
тәуелсіздігін көрсетеді.
*10^5 Па
, м^3
Изобаралық процесті Француз физигі Гей-Люссак 1802 жылы тәжірибе
жүзінде тұрақты қысымда газдың берілген массасы көлемінің температураға
сызықты тәуелді болатындығын тағайындады.
Изобаралық процесс кезінде тұрақты болғандықтан, шамасына
қысқартқаннан кейін формула мына түрге келеді:
немесе
Бұл формула Гей-Люссак заңының математикалық өрнегі болып табылады:
газдың берілген массасы үшін тұрақты қысым кезінде газдың көлемі оның
абсолют температурасына тура пропорционал болады.
Идеал газдың көлемінің температураға тәуелділігі изобаралық процесс
кезінде сызықты болатындықтан, бұл процестің координаталарындағы
графигі изобара деп аталатын түзу болады. Әрі изобараның көлбеулік бұрышы
азырақ болған сайын процестегі қысым соғұрлым жоғарырақ болады, бірақ
барлық изобаралар температурасы 273°С болатын нүктеден басталады.
V
P1
P2
0 T
Изохоралық процесті француз физигі
Ж.Шарль зерттеген. 1787 жылы ол тәжірибе жүзінде тұрақты көлемде газдың
берілген массасы үшін қысымының оның температурасына тура пропорционал
болатындығын тағайындады:
немесе
Яғни бұл - Шарлъ заңы. Шарль өзінің заңын Гей-Люссактан ерте ашты,
бірақ кеш жариялады. Бұл заңды да Менделеев-Клапейрон теңдеуін пайдалана
отырып алуға болатындығы анық. Изохоралық процесс кезінде газдың қысымы мен
температурасының арасындағы тәуелділік сызықты болады.
координаталарында бұл түзу изохора деп аталады. Шарль заңының негізінде ең
дәл термометрлердің бірі - газ термометрі жұмыс істейді, ол азот, аргон
немесе гелий толтырылған ыдыс. Ыдыс майысқақ түтіктің көмегімен сынап
манометрмен қосылған, ол газдың қысымын өлшейді және газ көлемін тұрақты
етіп ұстап отырады. Манометрдің көрсетуі бойынша газдың температурасын
білуге болады. Газ термометрін көбіне басқа қарапайым термометрлерді
градуирлеу үшін пайдаланады.
Р V1
V2
T
Осы үш заңдармен қатар тағы да маңызды екі заңды атап өту керек.
Оларды итальян физигі А. Авогадро және ағылшын физигі Д.Дальтон ашты.
А.Авогадро 1811 жылы мынадай гипотеза көтерді: бірдей қысым және
температурада газдың бірдей көлемдеріндегі молекулалар саны бірдей болады.
Физиканың даму барысында бұл гипотеза дәлелденді. Газдардың қысымы,
температурасы және көлемі бірдей болатын болса, онда олардағы молекулалар
санының да бірдей болатындығы шығады. Авогадро заңынан кез келген газдың
бір молінің көлемінің бірдей қысым және температура кезінде бірдей болу
керектігі шығады, себебі олардағы молекулалар саны бірдей.
1801 жылы ашылған Дальтон заңы газ қоспасының қысымын және қоспаның
жеке компоненттерінің жалпы қысымға беретін нақты "үлесін" анықтайды.
Өмірде біз таза газды емес, газ қоспасын кездестіреміз. Мысалға, ауа
азоттан, оттектен, көмірқышқыл газынан және басқа да көптеген газдардың
қоспасынан тұрады. Дальтон осындай газ қоспасының қысымын анықтауды мақсат
етті. Бұл үшін ол парциалды (дербес) қысым деген жаңа түсінік енгізді.
Парциалды қысым деп газ қоспасының әрбір газы осы көлемді жалғыз өзі алатын
кездегі қысымды атайды. Дальтон газ қоспасының қысымы осы қоспаға кіретін
барлық газдардың парциалды қысымдарының қосындысына тең болатындығын
тағайындады. [12,б.254].
10 сыныпқа арналған тақырыптық жоспар (Қосымша А)
2.2 10 сыныпта Идеал газ күйінің теңдеуі тақырыбын оқыту әдістемесі
(Қосымша В)
2.3 10 сыныпта Газ заңдары тақырыбын оқыту әдістемесі (Қосымша С)
Газ заңдарына алгоритм құру ( Қосымша В).
3 ГАЗ ЗАҢДАРЫНА АРНАЛҒАН ДЕМОНСТРАЦИЯЛЫҚ ЖҰМЫС
Оқушылар бойында ЭЕМ-ді пайдалану дағдысын қалыптастыру үшін
Информатика және есептеуіш техника негіздерін қолданған жөн. Мысалы, жаңа
материалды өту сабағында лабораториялық жұмыста, есеп шығару сабақтарында,
білімді тексеру сабақтарында ЭЕМ кеңінен қолданыс таба алады. Электронды
есептеу техникасын тиімді қолдана білудің жекеленген мысалдарының бірі-
физика ЭЕМ-оқушы байланыс жүйесін жасау. Оған бірнеше себептер бар. Ең
бастысы-физиканың эксперименттік ғылым екендігі. Физиканың эксперименттік
негіздеріне сүйенген ғылыми түсініктер қандайда бір фактіге жүгінеді, бірақ
кейбір құбылыстар мен тәжірибелерді мектеп лабораториясының көлемінде
түсіндіру мүмкін емес. Оның үстіне құрал-жабдықтар да жетіспейді, ал
күрделі эксперимент жасауға қажетті қондырғылар өте құнды бағада. Сабақ
процесінде қолданбалы бағдарламалар пакетін пайдаланғанда пән мұғалімі тек
дайын пакеттердің мүмкіндігін білуі, ЭЕМ арқылы сабақты ұйымдастыру
дағдысын меңгеруі, физикалық құбылыстар мен эксперименттерді
демонстрациялай білуі, құбылыс пен процестердің моделін көрсете білуі,
эксперимент кезінде параметрлерді өзгерту мүмкіндіктерін білуі және сабақ
барысында компьютерден алынған және интеграцияланаған ақпаратты өңдей білу
қажет.
Қорыта айтқанда, оқушының жеке басының кейбір мінез ерекшеліктерінің
дамуына динамикалық компьютерлік модельдің үлкен маңызы бар. ДКМ оқушының
алдына мынандай жағдайлар қоюға мүмкіндік береді: өз ұйғарымын айтып,
болжам құруға, оны практикада тексеріп дұрыстығын сынауға итермелейді. ДКМ-
нің мынандай дидактикалық мүмкіндіктерін көруге болады: оқушылар өз бетімен
шығармашылық бағытта жұмыс істеуіне, құбылыстарды зерттеуіне және
басқаруына мүмкіндіктер береді, материалды тез меңгеруіне, пәннің сапасы
мен мазмұнына түбегейлі өзгерістер енгізеді, жалпы мүмкін емес құбылыстың
нәзік жерлерін көруге мүмкіндік жасайды, пәнді интеграциялап оқуға жіктейді
(Қосымша С)
3.1 Молекулалық физика бөліміне Qbasic, Vbasic және Turbo Pascal
бағдарламалау тілдердің көмегімен есептер шығару
Есеп шығару – оқушылардың ой-өрiсiн дамытудың негiзгi құралы, алған
теориялық бiлiмдi iс жүзiнде қолданудын жолы. Олар физикалық құбылыстар
мен зандарды тереңiрек және берiк меңгеруге, логикалық ойлаудың дамуына,
игерген бiлiм негiздерiн өзара байланыстырып қолдана бiлуге үйретедi.
Оқу процесiнде, әдетте, физикалық есептер онша үлкен қиындықтар
тудырмайды, ол жалпы алғанда логикалық тұжырымның көмегi арқылы физиканық
заңдары мен әдiстерi негiзiнде математикалық есептеулер мен эксперименттiң
көмегiмен шығарылады. Өйткенмен, мұндай сабақты, әдiстемелiк тұрғыдан
алғанда дұрыс құру және өткiзу бiршама күрделi.
Оқыту барысында ЭЕМ физика мұғалiмiне физикалық есептеу экспериментiне
жиiрек сүйенуге, қандай да бiр физикалық шамалардың арасындағы байланысты
көрнекi түрде көрсетуге, оқытудың қолданбалы бағытталуын күшейтуге
себептесетiн физика-техникалық мазмұндағы есептердi тереңiрек зерделеуге
мүмкiндiк берілдi. [10,12,б.245-250].
Жалпы алғанда ЭЕМ-дi мүмкiндiгiнше тек қажеттi кезде ғана пайдалану керек.
Физика есептерiн шығаруда 10-20%-не ғана ЭЕМ-дi тиiмдi пайдалануға болады.
Ондай есептерге темендегiлер жатады:
ә) Белгiлi формулалар бойынша көп қайталап есептеу жүргiзудi талап
ететiн есептер.
а) Физикалық процестi модельдегенде трансценденттi немесе жоғары
дәрежелi теңдеулермен өрнектелетiн есептер.
Бұндай есептерде әр түрлi сандық әдiстердi пайдалануға тура келедi.
әдетте, сандық әдiстердiң көбi бiрнеше рет қайталап есептеудi талап етедi.
б) Физикалық процестердi модельдегенде, кейбiр құбылыстарды сөзбен
түсiндiру, көзбен көруге болатын есептер.
Компьютердi пайдаланып есеп шығару процесiн шартты түрде бiрнеше
кезендерге бөлуге болады:
-есептiң қойылуы;
-математикалық модель көру;
-алгоритм құру;
-компьютерде бағдарламалау;
-алынған нәтижелердi талдау.
Әр түрлi есептердiң қиындықтарына қарай бұл кезеңдер әр түрлi
қолданылуы мүмкiн.
Молекулалық физика бөлiмiне компьютердiң көмегiмен бiрнеше есептер
шығарылды, есептердің формасы мен бағдарламасы Д қосымшада [12,б.284].
Қазіргі кезде кеңінен қолданылатын программалау жүйесінің бірі – Turbo
Pascal. Американың Borland корпорациясының бұл өнімі сол корпорацияның
қызметкері Андерсон Хейлсбергтің жетекшілігімен құрастырылған. Turbo Pascal-
дың түп нұсқасы швейцария ғалымы Никлаус Вирт жасаған Паскаль программалау
тілінен тарайды. Turbo Pascal қазіргі заман талабына сай қуатты
программалау жүйесіне айналды. Turbo Pascal – жоғарғы деңгейлі программалау
жүйесі. Оның логикалық құрылымы әр түрлі есептерді дәл шешуге көмегін
тигізеді. Сондықтан, оқушыларға программалаудың негізін Turbo Pascal тілін
оқытып-үйретуден бастап, программалаудың қыр-сырын меңгертудің маңызы зор.
[5,10,б.244-249].
3.2 Оқушылардың білімдерін тексеру үшін тест және бақылау сұрақтары
Оқушылардың білімін тестілеуде, бақылау алуда компьютерді пайдаланудың
түрлі тәсілін ұйымдастыруға болады.Олардың қолайлыларының бірі- берілген
сұрақтар мен сәйкес жауаптарды берілгендер файлдары түрінде жазып тестілеу
программасын пайдалану. Төмендегі программа барлық VBasic бағдарламасы үшін
орындалатындай етіп ұсынылып отыр. Тестің формасы мен бағдарламасы Е
қосымшада.
ЭЕМ кабинетінде компьютерлердің көмегімен физика пәнінен 10—15
минуттық бақылауды оқушылардың білімін тексеруде, немесе жаңа материалды
бекітуде жүргізу қолайлы да, тиімді. Сондай бақылауға арналған
бағдарламаның мысалын келтіремін. Бұл бағдарламаны құрғанда әмбебап болуын
қарастырдым. Ол үшін, төмендегідей жағдайлар ескерілді:
1) бағдарламаның ықшамды бояуы;
2) бағдарламаның әр түрлі тілдерге қолдануға болатындығы;
3) бағдарламада берілетін тапсырмалардың кең көлемде болуы;
4) тапсырмалардың әр оқушы үшін әртурлі нұсқалы болуы;
5) бір оқушыға тапсырмалар санының шектеулі болуы;
6) тапсырмаларды орындау уақытының шектеулі болуы;
7) оқушылар жұмысына баға берілуі.
Төмендегі бағдарламаны қарастырайық
1) Бағдарлама ықшам 80-300 жолдары есептелгенде, баржоғы 25 жолдан
тұрады. Көшіруге, өзгертуге қолайлы.
2) 40-жолдағы пәннің атын және 80-300 жолдардағы тапсырмаларды
өзгерту арқылы бұл бағдарламаны басқа пәндерге де қолдануға болады.
3) Тапсырмаларды жазуды бір тарау басталғанда (немесе, тоқсан
басында) бастап, біртіндеп толықтыра отырып, бақылауды жиі өткізіп отыруға
болады. Тарау біткенде (немесе, тоқсан аяғында) қорытынды бақылау
өткізіледі 300 жолмен 310 жолдың аралығына тапсырмаларды қосып, жалғастыра
беруге болады.
4) 70-жолда компьютердің нөмірлеріне сәйкес тапсырмалар белгілі бір
интервалмен алынады да, әр компьютерде әртүрлі тапсырмалар беріледі.
Сөйтіп, оқушылардың тапсырма жауаптарын бір-бірінен пайдалану мүмкіңдіктері
болмайды. Бақылауды қайталап жүргізгенде бұл интервалдарды өзгертіп, оқушы
жаңа тапсырма алатындай ету керек.
5) Оқушы қатар тұрған 5 тапсырманы (тапсырма санын өзгертуге болады)
орындайды. Оны 410-жолдағы тапсырма санағыш шектегіш болады.
6) Әр тапсырманың жауабын оқушы 2 минут мөлшері уақыт ішінде енгізіп
үлгеру керек. Уақыт есептеуіш С 330 жолға орналаскан. Оқушы жауап беріп
үлгермесе 380-ші жолда дыбыс сигналы беріліп, 390-жолда уақытың бітті
деген ескерту жасалады. Сөйтіп, оқушы 5 тапсырманы 10 минут уақыт ішінде
орыңдауға тиіс болады.
7) Оқушының жауабы 5-ке толса немесе уақыт 10 минут болса компьютер
жұмысы 440-жолға беріліп оқушының біліміне баға қойылады. [12,б.255].
ҚОРЫТЫНДЫ
Оқытудың жаңа әдіс тәсілдерін пайдалану, үйлесімді тәжірибе ғана
мұғалімді табысқа жетелеп, теориялық білімін шыңдай түседі. Сабақтың
алдында мынандай міндеттер тұрады:
- оқушыларға терең білім беру, іскерліктер мен дағдыларын жетілдіріп,
қалыптастыру;
- өз бетінше оқуға үйрету, шығармашылық қабілетін дамыту, алған
білімін практика жүзінде қолдана білу.
Физика сабағын оқушылардың қызығушылығын арттырып, түрлендіре
жүргізсе, жақсы нәтижеге қол жеткізуге болады. Ең басты мақсат- оқушының
сабақта үндемей отырмауын қадағалап отыру керек. Оқуға деген
сүйіспеншілікке тәрбиелеудің бірінші шарты –оқушылардың оқудың мақсатын
түсінуі. Мұғалім шеберлігінің негізгі көрсеткіштерінің бірі-әдістеме
саласындағы ғылыми жаңалықтар мен озық алдыңғы қатарлы тәжірибені жетік
игеру. Демек, сапалы, тиімді, нәтижелі жүргізілген сабақ –мұғалімнің
тынымсыз еңбегінің айғағы. Қорыта айтқанда, бүгінгі сабақ кешегі сабақтан
өзгеше, ал ертеңгі сабақ бүгінгі берген сабақтан жақсы болуы тиіс.
Сонымен, физика пәнін оқытудағы компьютердің тигізетін көмегін тағы
бір тізіп шықсақ.
Біріншіден, оқушы тапсырманы орындау барысында арнайы әзірленген
бағдарлама бойынша жұмыс істейді.
Екіншіден, оқушының білімін компьютерлік жүйе бағалайды. Бұл бір
жағынан, білімнің әділ бағалануына кепілдік береді.
Үшіншіден, компьютердің көмегімен иллюстрациялық әдіс көп қолданады.
Төртіншіден, сабақ барысында компьютерді пайдалану- оқушының логикалық
ойлау жүйесінің дамуына түрткі болады.
Бесіншіден, оқушылардың берілген тапсырмаларды ерекше қызығушылықпен
орындайтыны байқалады. Осы айтылғандардың барлығы- физика пәнін оқытуда
компьютерді қолданудың тиімділігінің аса жоғары екендігінің нақты дәлелі
бола алады.
Әдебиеттер
1.Бугаев А.И.Методика преподавания физики в средней школе:уче.пособие для
пед.инс-тов.А.ИБугаев.-М:Просвещен ие, 1981-288с.
2. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики: учеб.пособие для
вузов изд, перераб.В.С.Волькенштейн.-М:Наука ,1990. -382 с.
3. Зорина Л.Я. Дидактические основы формирования системной знаний
старшеклассников:учеб.пособие для вузовЛ.Я. Зорина.-М.:Просвещение,1978.-
45с.
4. Кедров Б.М. Мировая наука и Менделеев: К истории сотрудничество физиков.
России (СССР), Великобритания и США. Б.М. Кедров. – М: Наука, 1983. –
253с.
5. Беликов Б.С. Решение задач по физике. Общие методы: учеб. пособие для
вузов Б.С.Беликов. – М.: Высш. школа, 1986. - 256 с.
6. Голин Г.М. Хрестоматия по истории физики Г.М. Голин. – Минск: Высш.
шк., 1979. – 272 с.
7. Трофимова Т.И. Физика 400 основных законов и формул: Справочник для
вузов Т.И Трофимова. – М.: Высш. шк., 1993. – 46 с.
8. Қарамурзин Н.Т. Физиканы мектепте оқытудың ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
РЕСПУБЛИКАЛЫҚ КӘСІПОРЫНЫ
С. АМАНЖОЛОВ АТЫНДАҒЫ ШЫҒЫС ҚАЗАҚСТАН МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
МАТЕМАТИКА, ФИЗИКА, ТЕХНИКА ЖӘНЕ АҚПАРАТТЫҚ ТЕХНОЛОГИЯЛАР ФАКУЛЬТЕТЫ
Физика кафедрасы
БІТІРУ ЖҰМЫСЫ
Тақырыбы: ОРТА МЕКТЕПТІҢ ФИЗИКА КУРСЫНДА КОМПЬЮТЕРДІ ПАЙДАЛАНУ АРҚЫЛЫ
ИДЕАЛ ГАЗ КҮЙІНІҢ ТЕҢДЕУІН ЖӘНЕ ГАЗ ЗАҢДАРЫН ОҚЫТУ
Өскемен, 2006
МАЗМҰНЫ
бет
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...3
1МОЛЕКУЛАЛЫҚ ФИЗИКА КУРСЫНЫҢ ОҚУ ПРОЦЕСІНДЕГІ КЕЙБІР
СҰРАҚТАРЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ...5
1.1 Молекулалық физикаға үлес қосқан
ғалымдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .5
1.2Молекулалық физика курсы бойынша қалыптастырылатын
ұғымдар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...9
1.3 Молекулалық-кинетикалық теорияның
негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... 11
2 ОРТА МЕКТЕПТІҢ ФИЗИКА КУРСЫНДА ИДЕАЛ ГАЗ КҮЙІНІҢ ТЕҢДЕУІ МЕН ГАЗ
ЗАҢДАРЫН ОҚЫТУ ӘДІСТЕМЕСІ ... ... ... ... ... ... . 15
2.1 Идеал газ күйінің теңдеуі. Газ
заңдары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..15
2.2 10-сыныпта Идеал газ күйінің теңдеуі тақырыбын оқыту
әдістемесі ... .21
2.3 10-сыныпта Газ заңдары тақырыбын оқыту
әдістемесі ... ... ... ... ... 21 3 ГАЗ ЗАҢДАРЫНА
ДЕМОНСТРАЦИЯЛЫҚ ЖҰМЫС ... ... ... ... ... ... ... 22
3.1 Идеал газ күйінің теңдеуі мен газ заңдарына VBasic, QBasic, Turbo
Pascal бағдарламалау тілдерінің көмегімен есептер
шығару ... ... ... ... ... ... ... . ... ..23
3.2 Молекулалық физика бөлімінен оқушылардың білімін тексеру үшін тест
сұрақтары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...24
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ..27
ӘДЕБИЕТТЕР
ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ..29
ҚОСЫМША
А ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .31
ҚОСЫМША
Б ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .32
ҚОСЫМША
С ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .42
ҚОСЫМША
Д ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .45
ҚОСЫМША
Е ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .47
ҚОСЫМША
Ж ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... 51
ҚОСЫМША
З ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... .79
КІРІСПЕ
Ғылым ғасырының табалдырығынан аттағалы тұрған қазіргі таңда
компьютер өмірдің барлық саласына кеңінен енуде. Қазір компьютер
өндірісімен айналысатын фирмалар оқу орындарында қолданылатын түрлі
бағдарламаларды әзірлеу үстінде. Бағдарламаларда көрініс, дыбыс, анимация
сияқты ерекшеліктерге көбірек мән беріледі. Оқыту жүйесінде компьютерді
енгізбеген оқу орындары көп ұзамай заман талабына ілесе алмайтыны сөзсіз.
Оқу арқылы ақпараттың 10%-і, тыңдау арқылы 20%-і, егер тыңдау көрнекті
құралмен ұштастырылса 40-50%-і, оқыту процесінде оқушы белсенділігін
арттыратын мүмкіндіктер жасалса білімнің 70%-і есте сақталады. Нағыз өмір
шындығымен ұштастырылған ақпараттың бала ойында қалу дәрежесі 90%. Олай
болса бір мәліметті есте сақтау қолданылған әдіс-тәсілге байланысты.
Компьютер арқылы түрлі графиктер, суреттер, видео көріністер, дыбыс және
музыка тыңдатып көрсетуге болады. Бұл, әрине, мүғалімнің тақтаға жазып
түсіндіргенінен әлдеқайда тиімді әрі әсерлі. Мұғалімдер сабақта ауызша өз
мәнінде меңгертілуі қиын ұғымдарды компьютердің көмегімен оқушыларға
ұғындырса, бұрынғыға қарағанда әрбір жаңа тақырыпқа деген баланың
құштарлығы мейлінше көп оянады. Оқушы мектеп бағдарламасындағы физика
тарауларының бірімен жұмыс істеуіне мүмкіндігі бар. Молекулалық физика
тараудан оқушы мынадай мәліметтерді жеңіл және шұғыл түрде таба алады:
1. Тақырыпты формуласымен бірге түсіндіретін мәтіндер (ең қажетті
материалдар нақты, қысқа түрде жазылған);
2. Тақырыпқа қатысты суреттер мем графиктер жане компъютерлік
анимация элементтері;
3. Физикалық заңдылықтардың дұрыстығына көз жеткіздіру, формулалардың
параметрлерін өзгерту арқылы оқушымен өзара әсерлесуінің міндетті
элементі және экранда осы өзгерістердің нәтижесін бірден қадағалау,
зерттеу;
4.Тақырып материалдарын меңгеруіне арналған тестер, бақылау
сұрақтары;
5. Тақырып бойынша есептер;
6. Бірліктер жүйесі, негізгі физикалық тұрақтылар, физикалық
шамалардың сандық мәндерінің кестесіне қатысты анықтамаларды кез-келген
мезетте алу мүмкіндігі;
7.Физиканың негізгі формулалары жөнінде кеңес беретін көмекшіңді дер
кезінде шақыру мүмкіндігі; [5, б. 20].
Сонда мұғалім оқушылардың өзіндік жұмысына бағыт беріп оны бақылаушы,
технологиялық аппаратты басқарушы болады. Мұнда мұғалім белсенділігі кеміп,
оқушы белсенділгі артады. Уақытты пайдалану да тиімді.
Компьютерлік оқу-әдістемелік құралдарды өз дәрежесінде қолдануды
үйренген оқушылар зерттеуге құштар, дүниені аз уақытта танып білетін,
байланыс туралы жеткілікті меңгерген технология саласының білгірі болады.
Сондықтан оқу сапасына жағымды әсер ететін компьютерлік оқыту жүйесін
физика сабағында пайдалану оқушылардың физикаға деген қызығушылығын
арттырудың және сабақтың қарқынын күшейтудің мықты құралы болып табылады.
1 МОЛЕКУЛАЛЫҚ ФИЗИКА КУРСЫНЫҢ ОҚУ ПРОЦЕСІНДЕГІ
КЕЙБІР СҰРАҚТАР
1.1 Молекулалық физикаға үлес қосқан ғалымдар
Роберт Бойль 1627 ж. 25 қаңтарда Лисморда (Ирландия) туылды, Итон
колледжiнде (1635 - 1638) және Женева академиясында (1639 – 1644) бiлiм
алды. Содан кейiн ол ешқайда шықпастан Столбридждегi өзiнiң имениясында
тұрды, онда ол 12 жыл бойы өзiнiң химиялық зерттеулерiн жүргiздi. Роберт
Бойль ғылыми қызметi физика мен химия абайланыс эксперимента әдiстеріне
негiздеген және атомистикалық теорияны дамытты. 1660 ж. ол газ қысымының
көлемге тәуелдiлiгiн анықтайтын заң тапты. Кейiнiрек бұл заң Бойль –
Мариотт заңы деп аталды: бұл заңды Бойльден байланыссыз француз физигi
Э.Мариотт ашты. Бойль химиялық процесстердi көп зерттедi – мысалы, металды
күйдiргендегi, ағашты құрғақ айдағандағы, тұздар, қышқыл және сiлтiлер
түрленгенде болатын процесстердi. 1654 ж. ол ғылымға денелер құрамының
анализi деген ұғым енгiздi. Бойльдiң бiр кiтабы Химик - скептик деп
аталған. Ол агрегаттық күйдегi денелердiң ерекшелiгiне алғаш рет түсiндiрме
бердi. 1660 ж. Бойль калий ацетатын айдап ацетон шығарды, 1663 ж.
Шотландияның тауларында өсетiн лакмус қынасынан лакмус индикаторын тауып өз
зерттеулерiнде пайдаланды. 1680 ж. ол сүйектерден фосфорды алу әдiсiн
дайындады, ортофосфорлық қышқылды және фосфиндi шығарды. Бойль Оксфордта
ғылыми қоғамды құруға белсене қатысты. Ол болашақ ұрпаққа бай ғылыми мұра
қалдырды. Бойль өте көп кiтаптар жазды, кейбiреулерi ол өлгеннен кейiн
басылып шықты: кейбiр қолжазбалар Корольдік қоғамының архивында
табылды.[6,б.272]
Мариот Эдм (1620-12.05.1684) - француз физигi, Париж Ғылым
Академиясының мүшесi, және оның құрушылардың бiрi. Дижонда дүниеге келген.
Дижон маңындағы Әулие Мартин монастырында игумен болған. Ол механика, жылу
және оптика бағыттарында жұмыс iстеген. 1676 жылы температура тұрақты
болғанда берiлген газ массасы көлемiнiң қысымнан тәуелдiлiк заңын ашты
(Бойль – Мариот заңы; бұл заңды 1661 жылы Р. Бойль және Р. Тоунли ашты).
Осы заңның әр түрлi қолданалу бағыттарын жорамалдап, барометрдiң
берiлгендерi бойынша теңiз деңгейiнен жоғары биiктiгiн анықтау жолын
көрсеткен. Фонтандардың көтерiлу биiктiгiн, сұйықтың ағу жылдамдығына
қатысты Торичелли формуласын экспериментальдi дәлелдеп, көтерiлу биiктiк
пен тесiктiң диаметрi арасындағы тәуелдiлiк кестелерiн жасады. Серпiмдi
денелердiң соқтылуы мен маятниктiң тербелiсiн зерттеген. "Соғу немесе
денелердiң соқтылуы трактаты"(1678 ж.) кiтабында осы облыста жасаған
зерттеулердi жинақтаған. Судың қату кезiнде көлемiнiң ұлғаятынын
дәлелдеген. 1666 жылы көз дағын тапты, түстердi, негiзiнен Жер мен Айдың
түстi сақиналарын, кемпiрқосақты, жарық дифракциясын, сәуле жылуын
зерттеген, жылу мен жарық сәулелердiң арасындағы айырмашылығын анықтаған.
Көп физикалық аспаптарды ойлап тапқан.
Шарль, Жак Александр Сезар (Charles, Jacques – Alexandre - Cesar)
(1746 - 1823) француз физигi, өнертапқыш, Париж ғылым академиясының мүшесi.
1746 ж. 12 қарашада Божансида дүниеге келдi. Ол өз бетiмен бiлiм алды. Жас
кезiнде Парижге көшiп келiп, қаржы министрлiгiне кеңсе қызметшiсi болып
қызметке тұрады. Б. Франклиннiң найзағаймен тәжiрибиелерi белгiлi болғанда,
оларды қызықты өзгерiстерiмен қайталайды. Франклин онымен танысуға келiп,
Шарлдiң қабiлеттiлiгiн атады. Шарль резенкеленген матадан әуе шар жасады.
Iшiн толтыру үшiн бiрiншi болып сутегiнi пайдаланды. 1783 ж. осы шармен
ұшты. Ол газдың кеңею процессiн зерттеп, 1787 ж. идеал газ көлемiнiң
температураға тәуелдiлiгiн тапты. 1802 ж. бұл заңды Ж. Гей – Люссак қайта
ашты. Шарль мегаскоп және термометрлiк гидрометр сияқты приборларды ойлап
шығарды. Шарль Парижде 1823 ж. 7 сәуiр айында қайтыс болды.[6,б.272]
Людвиг Эдуард Больцман 1844 жылы 20 қаңтарда Вена қаласында дүниеге
келдi. Оның әкесi Имперск қаржы министiрлiгiнде жұмыс iстеген. 1863 жылы
Больцман Вена Университетiне түсiп, математика және физика пәндерiн оқиды.
Людвигтiң алғашқы еңбегi электродинамикаға арналған. 1866 жылы
Термодинамиканың екiншi бастамасындағы механиканың ролi - еңбегiнде, ол
температураның
газ молекуласының орташа кинетикалық энергиясына сәйкес екендiгiн
көрсеттi. 1866 жылдың күзiнде, докторлық дәрежесiн алуынан 2 ай бұрын,
Больцман Физика Институтына профессор - асситент ретiнде қабылданады. 1869
жылы Граценың Университетiнде математикалық физика саласында профессор
болып сайланады. Венада Больцман өзiнiң Сыртқы әсерлердiң әсерi кезiндегi
серпiмдiлiк теориясы (1867жылы) – еңбегiнде ол сызықты тұтқыр серпiмдiлiк
теориясын тұжырымдады. 1876 жылы Больцман Грацедағы Физикалық
Университетiнiң директоры қызметiн иеленіп, 14 жыл бойы қызмет атқарады.
1877 жылы Физика жайлы Вена мәлiметтерiнде Больцманның энтропия мен
термодинамикалық күйдiң ықтималдылығының байланысы жайлы танымал мақаласы
жарық көрдi. Бұл мақалада ғалым, термодинамикалық күй энтропиясы осы күйдiң
ықтималдылығына пропорционал және күй ықтималдылықтары молекулалардың
таралу күйiне сәйкес келетiн сандық характеристикаларының арасындағы
қатынас арқылы есептелiнетiндiгiн көрсеттi. Әлем жолында Больцманның
үйретуiнiң шыңы аш- теорема деп аталады. Бұл аш -теоремада Больцман :
жылудың өлуi өтiрiк, заман ақыры болмайды. Әлем болды және де бар болады,
себебi ол атомдар мен молекулардан тұрады және термодинамиканың екiншi
басталуын нақтылы атомдар мен молекулаларға қолдану керек деп кеткен.
Больцман бұл абсурдты өмiрiнiң соңына дейiн дұрыс деп есептеген. 1896
жылы Больцман Физикалық ғылымдарда атомистиканың болмай қалмауы атты
еңбегi жарық көрдi. 1890 жылы Больцман Мюнхен Университетiнiң теоретикалық
физика кафедрасының иеленуi жөнiндегi ұсынысты қабылдайды. 1902 жылдың
күзiнде Больцман Мюнхен Венаға оралады. Қай жерде қай Университетте
болмасын ол материалистикалық физика, атомистика үшiн титықтыратын тартыс
талас жүргiздi. 1906 жылдың 5 қыркүйегiнде Людвиг Эдуард Больцман қайтыс
болды.[17,б.448]
Авогадро (Avogadro) Амедео 1776 жылы 9 тамызда Туринде дүниеге
келген, итальян физигi және химигi. Алдымен заңгер мамандығын алып, одан
кейiн физика мен математиканы оқыды. Мүше-корреспондент (1804ж.), академик
(1819ж.), ал одан кейiн ҒА-ның Туриндегi физика-математикалық ғылымдар
бөлiмi директоры. 1806 – 1819 жылдары университет лицейiнiң физика
мұғалiмi, 1820 – 1822 және 1834 – 1850 жылдары Турин университетiнiң
профессоры. Авогадроның ғылыми еңбектерi физика мен химияның әралуан
саларына арналған (электр, электрохимиялық теория, меншiктi жылу
сыйымдылығы, каппилярлық, атомдық көлемдер, химиялық қосылыстардың
номенклатурасы және басқалар). 1811 жылы Авогадро жай газдардың молекуласы
бiр немесе бiрнеше атомдардан тұрады деген жорамалды айтты. Осы жорамал
негiзiнде Амедео негiзгi идеал газ заңдарының бiрiнiң айтылуын
(өрнектелуiн), атомдық және молекулалық массаны анықтау әдiсiн анықтады.
Авогадроның молекулалық жорамалын XIX-шы ғасырдың 1-шi жартысындағы
физиктер мен химиктер қабылдамады. Авогадро есiмiмен универсалдық тұрақты
(Авогадро саны) – идеал газдың 1 молiндегi молекулалар саны – аталады.
Авогадро – молекулалық физикадан алғашқы жетекшi құрал болатын, “Салмақты
денелер физикасы, немесе жалпы денелер конституциясы туралы трактат" – төрт
томдық (1837 – 1841ж.) еңбектiң авторы. [6,б.272]
1.2 Молекулалық физика курсы бойынша қалыптастырылатын ұғымдар
Молекулалық физика бөлімінде негізі 7-сыныпта физика курсында
қаланған зат құрылысының молекула-кинетикалық теориясы оқытылады. 7-8-
сыныптарда физика курсын оқуда оқушылар, заттардың ішкі құрылымы тұрғысынан
физикалық кұбылыстардың бір қатарын, зат қасиеттерін (сұйық-тар мен
газдардың қасиеттерін, қысым, жылу құбылыстары) түсіңдіруді үйренеді.
Бірақ, сәйкес тақырып мазмұнын құрайтын ұғымдарды түсінік деңгейінде
меңгерді, ал барлық құбылыстар сапалы түрде түсіндіріледі. Сондықтан, 10-
сыныпта физика курсын оқуда оқушыларда бар білімді өзектендіру, кеңейту
және тереңдету, оларды ұғым деңгейіне жеткізу керек. Бұл тарауда оқытудағы
мақсат - оқушылардың 7-8- сыныбының физика курсынан және 8-сыныптың химия
курсынан алған заттың құрылысы мен қасиеттері және жылулық құбылыстар
туралы білімдерін тереңдету. Бұл тараудың міндетіне - молекулалар туралы
білімдерін кеңейту (олардың қозғалысы мен ерекшеліктері); газдардың
молекула - кинетикалық теориясын тереңдетіп оқыту; газдар теориясын осы
теория негізінде түсіндіру, конденсациалық жүйе қасиетін (қатты, сұйық
және газ тәрізді күйдегі заттар) оқыту; бұл қасиеттерді заттың бір
агрегаттық күйден екінші күйге ауысуы жайлы білім негізінде түсіндіруі
кіреді. Қазіргі физика бағдарламасына сәйкес бөлімді оқыту МКТ негіздерін
оқытудан басталады, содан кейін температура, молекулалардың жылулық
қозғалысының энергиясы, идеал газ күйінің теңдеу сұйықтар мен газдардың бір-
біріне айналуы, қатты денелер, одан кейін барып термодинамика негіздері
қарастырылады. Бөлімді оқыту процесінде қалыптастырылатын ұғымдардың
көпшілігімен оқушылар 7-8- сыныптың физика курсынан, 8-сыныптың химия
курсынан таныс екендігін ескеру қажет. Ол ұғымдарға: молекула,
температура, жылу мөлшері, заттың меншікті жылу сыйымдылығы, заттың
ішкі энергиясы, жылу алмасу т.б. жатады. Сондықтан мұғалім бұрынғы
өткендерін қайталамай, ол білімдерін терендетуі және дамытуымен қатар білім
сапасын көтереді.
Берілген тақырыпта оқушылар үшін жаңа ұғым жылу құбылыстарын зерттеу
және молекулалардың қозғалыс жылдамдығын, массасын жене өлшемдерін өлшеу
әдістері болып табылады. Оқушыларды бұл ұғымдармен таныстыру олардың
дүниені танып білуге деген, зерттеудің физикалық тәсілдерін қуаттылығына
деген сенімдерін қалыптастыруда маңызды роль атқарады, сондай-ақ, осы
ұғымдарды қалыптастыру арқылы мұндай біліммен қаруланған адамның қарусыз
көзге көрінбейтін материалдық объектілердің (молекула, атомдардың)
қасиеттерін тану мүмкіндігіне ие болатындығына оқушылардың көзін жеткізуге
болады. Оқушылар үшін бұл тараудағы елеулі жаңа ұғым молекулалардың
қозғалыс заңдары, 9-сыныптың физика курсында өтілген макроденелердің
қозғалыс заңдарынан молекулалар мен атомдардың қозғалыс заңдарының
айырмашылығын көрсету болып табылады.
Сұйықтар мен газдардың бір-біріне айналуы тарауын оқытуда:
булану, қайнау, қайнау температурасының қысымға тәуелділігі ұғымдары
тереңдетіледі, оқушылар үшін жаңа: кризистік температура, қаныққан бу,
қанықпаған бу, ауаның ылғалдылығы және қаныққан бу қысымының
температураға тәуелділігі ұғымдары қалыптастырылады.
Конденсация және булану құбылыстарының өзара байланысын оқыту, қайнау
температурасының қысымға тәуелділігін және қанықкан бу қысымының
температураға тәуелділігін, кризистік температура ұғымдарын қалыптастыру
оқушылардың диалектикалық ойлау әдісін тәрбиелеуде маңызды роль атқарады.
Тақырыпты оқыту процесінде оқушылар салыстырмалы ылғалдылықты
өлшейтін құралдармен (гигрометр және психрометр), өлшеу әдістерімен
танысады да теориялық білімді өмірде пайдалана білу дағдысы қалыптасады.
Термодинамика негіздерін оқытуда жұмыс, ішкі энергия, жылу
мөлшсрі сияқты негізгі ұғымдарды дамыта отырып, оқушыларды отынның ішкі
энергиясын механикалық энергияға айналдыратын жылу двигательдерімен және
двигательдің жұмыс істеу принциптерімен таныстырады. Физика курсында бұл
сұрақтың білімдік және дүниетанымдық мәні зор.
Жалпы Молекулалық физика бөлімін өту барысында оқушылар практикалық
сипаттағы дағдылар мен білімдер жүйесін: дене температурасын, атмосфералық
қысымды (барометр-анероидпен), газ қысымын (манометр көмегімен) өлшеуді,
жылу мөлшерін есептеу, газ күйін сипаттайтын негізгі параметрлер арасындағы
байланыс графигін салуды, газ күйінің тендеуі негізінде идеал газ
температурасын, көлемін және қысымын есептейтін есептерді шығара білуді
меңгерулері керек.
Физиканы оқытудың басты міндеттерінің бірі ұғымдар жүйесін
қалыптастыру болып табылады.
Молекулалық физика бөлімін оқыту процесінде қалыптастырылатын және
дамытылатын ұғымдар. [1,8,б.288-194].
1.3 Молекулалық-кинетикалық теорияның негiздері
Молекулалық кинетикалық теорияның негiзгi теңдеуi қысым, V көлем және
T температура арасында байланыс орнатуға мүмкiндiк бередi. Бұндай
байланысты жазатын өрнек күй теңдеуi деп аталады. Егер газ молекуласы
концентрациясының өрнегi түрiнде алса, онда p=nkT теңдiгiнен мынау шығады:
(1)
Больцман тұрақтысының k Авогадро санына NA көбейтiндiсiн универсал
газ тұрақтысы деп атап, R әрпiмен белгiлейдi:
Дж(кмоль·К).
(2)
Бұл енгiзiлген тұрақтыны тағы да пайдаланып кез келген массасы m
үшiн идеал газ күйiнiң теңдеуiн аламыз.
Сурет 5 Вольфрам инесінің атомдары
Дене құрылымының молекулалық кинетикалық теориясы деп барлық денелер
жеке бейберекет қозғалыстағы бөлшектерден тұрады деген көзқарас негiзiнде
макроскоптық денелердiң қасиеттерi мен жылу процестерiне түсiнiк беретiн
iлiмдi айтады.
Молекулалық-кинетикалық теория (МКТ) негiзi мынадай үш қасиеттен
тұрады:
1) барлық денелер бөлшектерден , атомдардан, молекулалардан, оң және
терiс зарядталған иондардан тұрады;
2) бұл бөлшектер барлық уақытта үздiксiз және бейберекет қозғалыста
болады;бөлшектер арасында өзара әсерлесу күштерi тартылу және тебiлу
күштерi бар. Ол күштер электрлiк сипатқа ие. Бөлшектердiң өзара
гравитациялық әсерлесуi өте аз. Бұл тұжырымдардың ақиқаттылығы көптеген
физикалық бақылаулар мен тәжiрибелер жүргiзу арқылы дәлелденген. МКТ-ның
негiзгi көзқарастарына ең нақты дәлел бола алатын мысалдар:
• броундық қозғалыс құбылысы (Броун);
• молекулалық диффузия құбылысы;
• қазiргi заманғы приборлар көмегiмен алынған жеке атомдар мен
молекулалар кескiнi. 1-шi суретте вольфрам инесiнiң ұшында атомдардың
орналасуы (ақ дақтар). [27,б.33-35].
Ежелгі Грецияда адамдар жылу мен суықтың тегін түсіндіруге тырысып
бақты. Олар әрбір дененің белгілі мөлшеріндегі қандай да бір субстанциясы -
"оты" болады деп санады. Олардың ойынша бәрінен де жалында "от" көп, ең аз-
мұзда болады. Фазалық ауысулар, қыздыру және суыту процестері осы "оттың"
жылы денеден салқын денеге өтуімен түсіндірілді.
Орта ғасырларда жылутек теориясы жарық көрді, ол бойынша денеде
неғұрлым жылутек (бір денеден екінші денеге өте алатын ерекше салмақсыз
сұйық) көп болса, онда дененің температурасы да соғұрлым жоғары болады.
Анығына келгенде жылутектің өзі жоқ болса да, жылутек теориясы молекулалық
физиканың көп нәрсеге қолын жеткізді. Мәселен, осы жылутек ұғымы арқылы
дененің жылу-сыйымдылығы, булану және балқу меншікті жылуы туралы
түсініктер енгізілді, жылу өткізгіштіктің сандық теориясы жасалды.
Біздің жыл санауымызға дейінгі V ғасырда Ежелгі Грецияда Демокрит
барлық денелер тұтас емес, олар бөлінбейтін өте ұсақ бөлшектерден
атомдардан тұрады, олардың көзге ілінбейтіндігі өте кішкентайлығынан деген
гипотеза көтерді. Заттардың түрліше болуы атомдардың түрліше болатындығынан
емес, олардың қосылыстарының түрліше болуында делінді. Атомдар бір-бірінен
массаларымен, мөлшерлерімен және пішіндерімен ажыратылады. Атомдар жайлы
Демокрит былай деген: "Атомдар мен бос кеңістіктен басқа ештеңе жоқ;
басқалары ой ғана". "Атомдар сан жағынан шексіз және пішіндері де шексіз
түрде..." Барлық заттардың арасындағы айырмашылық олардың атомдарының
сандарындағы, пішіндеріндегі және орналасуларындағы айырмашылықтарда ғана;
атомдар арасында сапалық айырмашылық жоқ".
Демокриттің ілімін Эпикур қолдады, оның философиялык көзқарастарын
б.з.д. I ғасырдың басында Рим ақыны Тит Лукреций Кар өзінің атақты
"Заттардың тегі жайлы" деген поэмасында мазмұндады. Демокриттің болжамы
гипотеза түрінде қала берді, себебі ол молекулалардың шын мәнінде
болатындығын тәжірибеде көрсете алмады. 1026 жылы Францияда Жоғарғы сот
атомистикалық ілімге тыйым салды, бұл әрине денелердің құрылымын да,
жылулық құбылыстарды да зерттеуді кешеуілдетті.[8,26,б.194-420]
XVIII ғасырда француз физигі Гассенди атомистиканы шақыртты. 1734-1748
жылдары М.В. Ломоносовтың еңбектері жарық көрді; онда ол тәжірибе
нәтижелеріне сүйене отырып, зат құрылымының молекулалы-кинетикалық
теориясын (МКТ) жасады. Ломоносовты заттың атомистикалық кұрылымның және де
молекулалық қозғалыстың негізін қалаушы деуге болады. Сонымен қатар ол
массаның және қозғалыстың сақталу заңына сүйене отырып, денедегі
бөлшектердің үздіксіз және хаосты болатындығын, жылудың денедегі
молекулалардың қозғалысының нәтижесі болып табылатындығын көрсетті.
Ломоносовтың идеяларын тек 100 жыл өткен соң ғана мойындады. Ломоносовтың
заттың молекулалық құрылымы теориясын Джоуль, Клаузиус, Максвелл,
Больцмандар қолдады. Осы заманғы зат құрылымының теориясының Ломоносов
теориясынан еш айырмашылығы жоқ деуге болады.
Көріп отырғанымыздай, молекулалық физикада жылу құбылыстарын зерттеуде
екі әдіс айқын байқалады: термодинамикалық және молекулалы- кинетикалық.
Термодинамика дегеніміз — физикалық заттың ішкі құрылымын ескермей,
энергетикалық әсерленулердің негізінде жылулық құбылыстарды зерттейтін
бөлімі. Молекулалы-кинетикалық теория осы жылулық құбылыстарды қозғалыстары
Ньютон заңдарына бағынатын молекулалар мен атомдардан тұрады деген болжам
негізінде қарастырады [1,3, б. 45-48].
2 ОРТА МЕКТЕПТІҢ ФИЗИКА КУРСЫНДА ИДЕАЛ ГАЗ КҮЙІНІҢ ТЕҢДЕУІ МЕН ГАЗ
ЗАҢДАРЫН ОҚЫТУ ӘДІСТЕМЕСІ
2.1 Идеал газ күйінің теңдеуі. Газ заңдары.
Мұнда негізінен температура және басқа макраскопиялық параметрлер
ұғымдарынан туындайтын салдарлар туралы сөз болмақ. Молекула – кинетикалық
теорияның негізгі теңдеуі бізді сол параметрлер арасындағы байланысты
тағайындауға келіп саяды. Газдың берілген массасының күйі үш макраскопиялық
параметрмен сипатталады: қысым, температура, көлем.
Күй теңдеуі. Біз идеал газдың жайын молекула-кинетикалық теория
тұрғысынан жүйелі қарастырамыз. Газ қысымының оның молекулаларының шоғырына
және температурасына тәуелді болатыны анықталды. Осы тәуелділік негізінде
жеткілікті сиретілген газдың берілген массасының күйін сипаттайтын барлық
үш макраскопиялық параметрді байланыстыратын теңдеуді алуға болады. Бұл
теңдеу идеал газ күйінің теңдеуі деп аталады.
Көлемі , қысымы және температурасы , газдың белгілі
бір массасын қарастырайық . Газдың осы массасының екінші бір күйдегі
көлемі , қысымы және температурасы болсын. Бойль-
Мариоттың және Гей –Люссактың заңдарына сүйеніп осы шамалардың арасындағы
байланысты анықтаймыз.
Бұл үшін газды күйлерінде алып, оны тұрақты қысымда
температураға дейін қыздырамыз. Сонда оның көлемі болады және бұл
көлем мына түрде өрнектеледі:
(3)
Осы қыздырудың нәтижесінде газ көлеммен, қысыммен және
температурамен сипатталатын жаңа күйге түседі; сондықтан оны ақырғы
, , күйіне көлемді изотермиялық жолмен өзгерту арқылы
келтіруге болады, бұл өзгеріс Бойль-Мариотт заңы бойынша былай жазылады:
Бұған (1) формуладан көлемін қоямыз. Онда:
Бұдан газдың берілген массасының күйлері өзгергенде шама
өзгермей тұрақты болып қалады деген қорытынды шығады.
(2) теңдеуді Петербургтегі Жол қатынасы институтында ұзақ уақыт
профессоры болған француз инженері Клапейрон қорытып шығарған. Бұл
теңдеудегі В тұрақтысының сан мәні газдың қандай мөлшерде алынғандығына
және үш шамалардың қандай бірліктерімен өлшенгендігіне байланысты.
Авогадро тағайындаған заң бойынша қысымдары мен температуралары
бірдей әр түрлі газдардың грамм-молекулаларының көлемдері бірдей болады.
Температура С және қысым аm болғанда, кез келген газдың бір
грамм-молекуласының көлемі 22,41 л болады.
Барлық газдарға ортақ бұл тұрақты шама R әрпімен белгіленеді де,
газ тұрақтысы деп аталады. (2) формуладағы көлемнің орнына грамм-
молекулалық көлемді қойсақ мынау шығады:
.
(4)
грамм-молекулалық көлемнің өлшемділігі лмоль болады. (3)
формула газ күйінің теңдеуі болып табылады. Бұл формула идеал газдарды ғана
қанағаттандырады. (2) теңдеудің қорытындысы болып табылатын (3) теңдеуді
Д.И. Менделеев тағайындаған болатын; Менделеев ол туралы алғашқы рет 1874
жылы орыстың физика-химия қоғамының мәжілісінде баяндап, 1875 жылы
жариялаған еді. Осыған байланысты (3) формуланы Менделеев-Клапейрон
формуласы деп атайтын боламыз.
тұрақтысының сан мәнін : С; яғни К және
=1am болғанда 1 грамм-молекуланың көлемі лмоль болады деп
ұйғарып табамыз:
Бір грамм-молекулаға ғана дұрыс болатын (3) формуланы, кез келген
мөлшердегі массаға қолданарлық етіп, оңай өзгертіп жазуға болады. Бұл үшін
газдың молекулалық салмағын µ әрпімен белгілейміз ; сонда, егер бір грамм-
молекула газ белгілі бір қысымда және температурада грамм-
молекула көлем алып тұратын болса, онда осы газдың m грамы сол қысымда және
сол температурада көлем алып тұрады. Бұдан берілген қысым мен
температурада m грамм газ үшін өрнегіде газ тұрақтысынан mµ
есе артық болатындығы шығады, бірақ бұл тұрақты болып қалғандықтан m грамм
газ үшін мынаны жазамыз:
бұдан
(5)
(5) формула Менделеев-Клапейронның газдың кез келген массасына
қолданылатын қорытылған формуласы болып табылады; мұнда универсаль
тұрақтысы газдардың барлығына бірдей болады және оның сан мәні (4)
өрнектерінен шыққандағыдай болады. (5) берілген газды сипаттайтын төрт
шаманы байланыстырады. Осы формуладан тікелей газдың тығыздығын анықтауға
болады:
(6)
Сонымен, газдың тығыздығы оның молекулалық салмағына және оның
қысымына тура пропорционал, ал абсолют температурасына кері пропорционал
[12,б.255].
Газдарда өтіп жататын көптеген процестердің ішінен, газдың берілген
массасы үшін қандай да бір термопараметр тұрақты болып қалатын кезіндегі
процестерді қарастырайық. Мәселен, тұрақты температура кезінде өтетін
процесс изотермалық, (isos бірдей және therme — жылу (грекше), ал тұрақты
қысым кезінде өтетін процесс — изобаралық(isos —бірдей, вазоз — ауырлык
салмақ (грек) деп аталады. Ал егер көлем тұрақты болып қалатын болса, онда
процесс изохоралық деп аталады (ізоз —бірдей және сһоза — көлем (грек). Бұл
процестерді теориялық жолмен де, практикалық тұрғыдан да зерттеу жеңіл.
Изопроцестердің ішінен бірінші болып осы изотермалық процесс
зерттелді. Ағылшын физигі Р.Бойль 1662 жылы және оған тәуелсіз француз
физигі Э.Мариотт тәжірибе жүзінде тұрақты температурада кезінде газдың
берілген массасы үшін оның қысымының газ алып тұрған көлемге көбейтіндісі
тұрақты шамаға тең болатындығын тағайындады, яғни . Бұл заң Бойль -
Мариотт заңы деп аталады. Теориялық жолмен Бойль-Мариотт заңын Менделеев-
Клапейрон заңын газдың екі күйі үшін жазып жеңіл алуға болады. Берілген
газдың бірінші күйі:
(7)
екінші күйі:
(8)
Бұл теңдеулердің оң жақтары тең, демек олардың сол жақтары да тең
болады, яғни
(9)
Практикада изотермалық процесті іске асыру үшін зерттелген газ массасы
өте үлкен, ал температурасы өзгеріссіз қалатын қоршаған ортамен жақсы
жылулық байланыста болуы тиіс. Мұндай орта термостат деп аталады. Бойль-
Мариотт заңын Мельде түтігінің көмегімен анықтауға болады (бір жағы жабық
шыны түтік, онда сыртқы ауадан сынап бағанымен бөлінген ауа бар). Түтіктің
қалпын өзгерте отырып, біз ауа бағанының көлемі мен қысымын өзгертеміз, ал
оны сызғыш пен манометрдің көмегімен өлшеуге болады. Қысымның көлемге
көбейтіндісі әрбір кезде де тұрақты болып қалады. Бойль-Мариотт заңы
қысымдар мен температуралардың кең диапазонында орындалады. Тек өте үлкен
қысымдар (жүздеген атмосфераларға жететін) кезінде ғана біршама ауытқулар
болады.
Бойль-Мариотт заңы бойынша газдың берілген массасының қысымы
изотермалық процесс кезінде көлемге кері тәуелді болады, яғни гипербола
аламыз. Осы тәуелділікті график түрінде координаталарында өрнектейік.
Алынған қисық идеал газдың изотермасы деп аталады. Түрліше температуралар
үшін газдың қысымының көлемге тәуелділігі сипатында өзгеріс болмайды, тек
температура артқан кезде қисықтар координаталар осьтерінен қашықтай береді.
Бұл жерде біз изотермалар аясына келеміз.
Изотермалық процестерді градус түрінде басқа координатта да өрнектеуге
болады . Бұл графиктер газдың қысымы мен көлемінің оның температурасына
тәуелсіздігін көрсетеді.
*10^5 Па
, м^3
Изобаралық процесті Француз физигі Гей-Люссак 1802 жылы тәжірибе
жүзінде тұрақты қысымда газдың берілген массасы көлемінің температураға
сызықты тәуелді болатындығын тағайындады.
Изобаралық процесс кезінде тұрақты болғандықтан, шамасына
қысқартқаннан кейін формула мына түрге келеді:
немесе
Бұл формула Гей-Люссак заңының математикалық өрнегі болып табылады:
газдың берілген массасы үшін тұрақты қысым кезінде газдың көлемі оның
абсолют температурасына тура пропорционал болады.
Идеал газдың көлемінің температураға тәуелділігі изобаралық процесс
кезінде сызықты болатындықтан, бұл процестің координаталарындағы
графигі изобара деп аталатын түзу болады. Әрі изобараның көлбеулік бұрышы
азырақ болған сайын процестегі қысым соғұрлым жоғарырақ болады, бірақ
барлық изобаралар температурасы 273°С болатын нүктеден басталады.
V
P1
P2
0 T
Изохоралық процесті француз физигі
Ж.Шарль зерттеген. 1787 жылы ол тәжірибе жүзінде тұрақты көлемде газдың
берілген массасы үшін қысымының оның температурасына тура пропорционал
болатындығын тағайындады:
немесе
Яғни бұл - Шарлъ заңы. Шарль өзінің заңын Гей-Люссактан ерте ашты,
бірақ кеш жариялады. Бұл заңды да Менделеев-Клапейрон теңдеуін пайдалана
отырып алуға болатындығы анық. Изохоралық процесс кезінде газдың қысымы мен
температурасының арасындағы тәуелділік сызықты болады.
координаталарында бұл түзу изохора деп аталады. Шарль заңының негізінде ең
дәл термометрлердің бірі - газ термометрі жұмыс істейді, ол азот, аргон
немесе гелий толтырылған ыдыс. Ыдыс майысқақ түтіктің көмегімен сынап
манометрмен қосылған, ол газдың қысымын өлшейді және газ көлемін тұрақты
етіп ұстап отырады. Манометрдің көрсетуі бойынша газдың температурасын
білуге болады. Газ термометрін көбіне басқа қарапайым термометрлерді
градуирлеу үшін пайдаланады.
Р V1
V2
T
Осы үш заңдармен қатар тағы да маңызды екі заңды атап өту керек.
Оларды итальян физигі А. Авогадро және ағылшын физигі Д.Дальтон ашты.
А.Авогадро 1811 жылы мынадай гипотеза көтерді: бірдей қысым және
температурада газдың бірдей көлемдеріндегі молекулалар саны бірдей болады.
Физиканың даму барысында бұл гипотеза дәлелденді. Газдардың қысымы,
температурасы және көлемі бірдей болатын болса, онда олардағы молекулалар
санының да бірдей болатындығы шығады. Авогадро заңынан кез келген газдың
бір молінің көлемінің бірдей қысым және температура кезінде бірдей болу
керектігі шығады, себебі олардағы молекулалар саны бірдей.
1801 жылы ашылған Дальтон заңы газ қоспасының қысымын және қоспаның
жеке компоненттерінің жалпы қысымға беретін нақты "үлесін" анықтайды.
Өмірде біз таза газды емес, газ қоспасын кездестіреміз. Мысалға, ауа
азоттан, оттектен, көмірқышқыл газынан және басқа да көптеген газдардың
қоспасынан тұрады. Дальтон осындай газ қоспасының қысымын анықтауды мақсат
етті. Бұл үшін ол парциалды (дербес) қысым деген жаңа түсінік енгізді.
Парциалды қысым деп газ қоспасының әрбір газы осы көлемді жалғыз өзі алатын
кездегі қысымды атайды. Дальтон газ қоспасының қысымы осы қоспаға кіретін
барлық газдардың парциалды қысымдарының қосындысына тең болатындығын
тағайындады. [12,б.254].
10 сыныпқа арналған тақырыптық жоспар (Қосымша А)
2.2 10 сыныпта Идеал газ күйінің теңдеуі тақырыбын оқыту әдістемесі
(Қосымша В)
2.3 10 сыныпта Газ заңдары тақырыбын оқыту әдістемесі (Қосымша С)
Газ заңдарына алгоритм құру ( Қосымша В).
3 ГАЗ ЗАҢДАРЫНА АРНАЛҒАН ДЕМОНСТРАЦИЯЛЫҚ ЖҰМЫС
Оқушылар бойында ЭЕМ-ді пайдалану дағдысын қалыптастыру үшін
Информатика және есептеуіш техника негіздерін қолданған жөн. Мысалы, жаңа
материалды өту сабағында лабораториялық жұмыста, есеп шығару сабақтарында,
білімді тексеру сабақтарында ЭЕМ кеңінен қолданыс таба алады. Электронды
есептеу техникасын тиімді қолдана білудің жекеленген мысалдарының бірі-
физика ЭЕМ-оқушы байланыс жүйесін жасау. Оған бірнеше себептер бар. Ең
бастысы-физиканың эксперименттік ғылым екендігі. Физиканың эксперименттік
негіздеріне сүйенген ғылыми түсініктер қандайда бір фактіге жүгінеді, бірақ
кейбір құбылыстар мен тәжірибелерді мектеп лабораториясының көлемінде
түсіндіру мүмкін емес. Оның үстіне құрал-жабдықтар да жетіспейді, ал
күрделі эксперимент жасауға қажетті қондырғылар өте құнды бағада. Сабақ
процесінде қолданбалы бағдарламалар пакетін пайдаланғанда пән мұғалімі тек
дайын пакеттердің мүмкіндігін білуі, ЭЕМ арқылы сабақты ұйымдастыру
дағдысын меңгеруі, физикалық құбылыстар мен эксперименттерді
демонстрациялай білуі, құбылыс пен процестердің моделін көрсете білуі,
эксперимент кезінде параметрлерді өзгерту мүмкіндіктерін білуі және сабақ
барысында компьютерден алынған және интеграцияланаған ақпаратты өңдей білу
қажет.
Қорыта айтқанда, оқушының жеке басының кейбір мінез ерекшеліктерінің
дамуына динамикалық компьютерлік модельдің үлкен маңызы бар. ДКМ оқушының
алдына мынандай жағдайлар қоюға мүмкіндік береді: өз ұйғарымын айтып,
болжам құруға, оны практикада тексеріп дұрыстығын сынауға итермелейді. ДКМ-
нің мынандай дидактикалық мүмкіндіктерін көруге болады: оқушылар өз бетімен
шығармашылық бағытта жұмыс істеуіне, құбылыстарды зерттеуіне және
басқаруына мүмкіндіктер береді, материалды тез меңгеруіне, пәннің сапасы
мен мазмұнына түбегейлі өзгерістер енгізеді, жалпы мүмкін емес құбылыстың
нәзік жерлерін көруге мүмкіндік жасайды, пәнді интеграциялап оқуға жіктейді
(Қосымша С)
3.1 Молекулалық физика бөліміне Qbasic, Vbasic және Turbo Pascal
бағдарламалау тілдердің көмегімен есептер шығару
Есеп шығару – оқушылардың ой-өрiсiн дамытудың негiзгi құралы, алған
теориялық бiлiмдi iс жүзiнде қолданудын жолы. Олар физикалық құбылыстар
мен зандарды тереңiрек және берiк меңгеруге, логикалық ойлаудың дамуына,
игерген бiлiм негiздерiн өзара байланыстырып қолдана бiлуге үйретедi.
Оқу процесiнде, әдетте, физикалық есептер онша үлкен қиындықтар
тудырмайды, ол жалпы алғанда логикалық тұжырымның көмегi арқылы физиканық
заңдары мен әдiстерi негiзiнде математикалық есептеулер мен эксперименттiң
көмегiмен шығарылады. Өйткенмен, мұндай сабақты, әдiстемелiк тұрғыдан
алғанда дұрыс құру және өткiзу бiршама күрделi.
Оқыту барысында ЭЕМ физика мұғалiмiне физикалық есептеу экспериментiне
жиiрек сүйенуге, қандай да бiр физикалық шамалардың арасындағы байланысты
көрнекi түрде көрсетуге, оқытудың қолданбалы бағытталуын күшейтуге
себептесетiн физика-техникалық мазмұндағы есептердi тереңiрек зерделеуге
мүмкiндiк берілдi. [10,12,б.245-250].
Жалпы алғанда ЭЕМ-дi мүмкiндiгiнше тек қажеттi кезде ғана пайдалану керек.
Физика есептерiн шығаруда 10-20%-не ғана ЭЕМ-дi тиiмдi пайдалануға болады.
Ондай есептерге темендегiлер жатады:
ә) Белгiлi формулалар бойынша көп қайталап есептеу жүргiзудi талап
ететiн есептер.
а) Физикалық процестi модельдегенде трансценденттi немесе жоғары
дәрежелi теңдеулермен өрнектелетiн есептер.
Бұндай есептерде әр түрлi сандық әдiстердi пайдалануға тура келедi.
әдетте, сандық әдiстердiң көбi бiрнеше рет қайталап есептеудi талап етедi.
б) Физикалық процестердi модельдегенде, кейбiр құбылыстарды сөзбен
түсiндiру, көзбен көруге болатын есептер.
Компьютердi пайдаланып есеп шығару процесiн шартты түрде бiрнеше
кезендерге бөлуге болады:
-есептiң қойылуы;
-математикалық модель көру;
-алгоритм құру;
-компьютерде бағдарламалау;
-алынған нәтижелердi талдау.
Әр түрлi есептердiң қиындықтарына қарай бұл кезеңдер әр түрлi
қолданылуы мүмкiн.
Молекулалық физика бөлiмiне компьютердiң көмегiмен бiрнеше есептер
шығарылды, есептердің формасы мен бағдарламасы Д қосымшада [12,б.284].
Қазіргі кезде кеңінен қолданылатын программалау жүйесінің бірі – Turbo
Pascal. Американың Borland корпорациясының бұл өнімі сол корпорацияның
қызметкері Андерсон Хейлсбергтің жетекшілігімен құрастырылған. Turbo Pascal-
дың түп нұсқасы швейцария ғалымы Никлаус Вирт жасаған Паскаль программалау
тілінен тарайды. Turbo Pascal қазіргі заман талабына сай қуатты
программалау жүйесіне айналды. Turbo Pascal – жоғарғы деңгейлі программалау
жүйесі. Оның логикалық құрылымы әр түрлі есептерді дәл шешуге көмегін
тигізеді. Сондықтан, оқушыларға программалаудың негізін Turbo Pascal тілін
оқытып-үйретуден бастап, программалаудың қыр-сырын меңгертудің маңызы зор.
[5,10,б.244-249].
3.2 Оқушылардың білімдерін тексеру үшін тест және бақылау сұрақтары
Оқушылардың білімін тестілеуде, бақылау алуда компьютерді пайдаланудың
түрлі тәсілін ұйымдастыруға болады.Олардың қолайлыларының бірі- берілген
сұрақтар мен сәйкес жауаптарды берілгендер файлдары түрінде жазып тестілеу
программасын пайдалану. Төмендегі программа барлық VBasic бағдарламасы үшін
орындалатындай етіп ұсынылып отыр. Тестің формасы мен бағдарламасы Е
қосымшада.
ЭЕМ кабинетінде компьютерлердің көмегімен физика пәнінен 10—15
минуттық бақылауды оқушылардың білімін тексеруде, немесе жаңа материалды
бекітуде жүргізу қолайлы да, тиімді. Сондай бақылауға арналған
бағдарламаның мысалын келтіремін. Бұл бағдарламаны құрғанда әмбебап болуын
қарастырдым. Ол үшін, төмендегідей жағдайлар ескерілді:
1) бағдарламаның ықшамды бояуы;
2) бағдарламаның әр түрлі тілдерге қолдануға болатындығы;
3) бағдарламада берілетін тапсырмалардың кең көлемде болуы;
4) тапсырмалардың әр оқушы үшін әртурлі нұсқалы болуы;
5) бір оқушыға тапсырмалар санының шектеулі болуы;
6) тапсырмаларды орындау уақытының шектеулі болуы;
7) оқушылар жұмысына баға берілуі.
Төмендегі бағдарламаны қарастырайық
1) Бағдарлама ықшам 80-300 жолдары есептелгенде, баржоғы 25 жолдан
тұрады. Көшіруге, өзгертуге қолайлы.
2) 40-жолдағы пәннің атын және 80-300 жолдардағы тапсырмаларды
өзгерту арқылы бұл бағдарламаны басқа пәндерге де қолдануға болады.
3) Тапсырмаларды жазуды бір тарау басталғанда (немесе, тоқсан
басында) бастап, біртіндеп толықтыра отырып, бақылауды жиі өткізіп отыруға
болады. Тарау біткенде (немесе, тоқсан аяғында) қорытынды бақылау
өткізіледі 300 жолмен 310 жолдың аралығына тапсырмаларды қосып, жалғастыра
беруге болады.
4) 70-жолда компьютердің нөмірлеріне сәйкес тапсырмалар белгілі бір
интервалмен алынады да, әр компьютерде әртүрлі тапсырмалар беріледі.
Сөйтіп, оқушылардың тапсырма жауаптарын бір-бірінен пайдалану мүмкіңдіктері
болмайды. Бақылауды қайталап жүргізгенде бұл интервалдарды өзгертіп, оқушы
жаңа тапсырма алатындай ету керек.
5) Оқушы қатар тұрған 5 тапсырманы (тапсырма санын өзгертуге болады)
орындайды. Оны 410-жолдағы тапсырма санағыш шектегіш болады.
6) Әр тапсырманың жауабын оқушы 2 минут мөлшері уақыт ішінде енгізіп
үлгеру керек. Уақыт есептеуіш С 330 жолға орналаскан. Оқушы жауап беріп
үлгермесе 380-ші жолда дыбыс сигналы беріліп, 390-жолда уақытың бітті
деген ескерту жасалады. Сөйтіп, оқушы 5 тапсырманы 10 минут уақыт ішінде
орыңдауға тиіс болады.
7) Оқушының жауабы 5-ке толса немесе уақыт 10 минут болса компьютер
жұмысы 440-жолға беріліп оқушының біліміне баға қойылады. [12,б.255].
ҚОРЫТЫНДЫ
Оқытудың жаңа әдіс тәсілдерін пайдалану, үйлесімді тәжірибе ғана
мұғалімді табысқа жетелеп, теориялық білімін шыңдай түседі. Сабақтың
алдында мынандай міндеттер тұрады:
- оқушыларға терең білім беру, іскерліктер мен дағдыларын жетілдіріп,
қалыптастыру;
- өз бетінше оқуға үйрету, шығармашылық қабілетін дамыту, алған
білімін практика жүзінде қолдана білу.
Физика сабағын оқушылардың қызығушылығын арттырып, түрлендіре
жүргізсе, жақсы нәтижеге қол жеткізуге болады. Ең басты мақсат- оқушының
сабақта үндемей отырмауын қадағалап отыру керек. Оқуға деген
сүйіспеншілікке тәрбиелеудің бірінші шарты –оқушылардың оқудың мақсатын
түсінуі. Мұғалім шеберлігінің негізгі көрсеткіштерінің бірі-әдістеме
саласындағы ғылыми жаңалықтар мен озық алдыңғы қатарлы тәжірибені жетік
игеру. Демек, сапалы, тиімді, нәтижелі жүргізілген сабақ –мұғалімнің
тынымсыз еңбегінің айғағы. Қорыта айтқанда, бүгінгі сабақ кешегі сабақтан
өзгеше, ал ертеңгі сабақ бүгінгі берген сабақтан жақсы болуы тиіс.
Сонымен, физика пәнін оқытудағы компьютердің тигізетін көмегін тағы
бір тізіп шықсақ.
Біріншіден, оқушы тапсырманы орындау барысында арнайы әзірленген
бағдарлама бойынша жұмыс істейді.
Екіншіден, оқушының білімін компьютерлік жүйе бағалайды. Бұл бір
жағынан, білімнің әділ бағалануына кепілдік береді.
Үшіншіден, компьютердің көмегімен иллюстрациялық әдіс көп қолданады.
Төртіншіден, сабақ барысында компьютерді пайдалану- оқушының логикалық
ойлау жүйесінің дамуына түрткі болады.
Бесіншіден, оқушылардың берілген тапсырмаларды ерекше қызығушылықпен
орындайтыны байқалады. Осы айтылғандардың барлығы- физика пәнін оқытуда
компьютерді қолданудың тиімділігінің аса жоғары екендігінің нақты дәлелі
бола алады.
Әдебиеттер
1.Бугаев А.И.Методика преподавания физики в средней школе:уче.пособие для
пед.инс-тов.А.ИБугаев.-М:Просвещен ие, 1981-288с.
2. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики: учеб.пособие для
вузов изд, перераб.В.С.Волькенштейн.-М:Наука ,1990. -382 с.
3. Зорина Л.Я. Дидактические основы формирования системной знаний
старшеклассников:учеб.пособие для вузовЛ.Я. Зорина.-М.:Просвещение,1978.-
45с.
4. Кедров Б.М. Мировая наука и Менделеев: К истории сотрудничество физиков.
России (СССР), Великобритания и США. Б.М. Кедров. – М: Наука, 1983. –
253с.
5. Беликов Б.С. Решение задач по физике. Общие методы: учеб. пособие для
вузов Б.С.Беликов. – М.: Высш. школа, 1986. - 256 с.
6. Голин Г.М. Хрестоматия по истории физики Г.М. Голин. – Минск: Высш.
шк., 1979. – 272 с.
7. Трофимова Т.И. Физика 400 основных законов и формул: Справочник для
вузов Т.И Трофимова. – М.: Высш. шк., 1993. – 46 с.
8. Қарамурзин Н.Т. Физиканы мектепте оқытудың ... 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