МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ

І. ЭЛЕКТРОСТАТИКА БӨЛІМІН ОҚЫТУДЫҢ ӘДІСТЕМЕЛІК ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ

1.1. Электродинамика бөлімінің мазмұны

1.2. Электродинамиканы оқытудың кейбір педагогикалық принциптері

1.3. Электростатика бөліміндегі негізгі ұғымдар электр өрісінің кернеулігі мен потенциалды оқыту әдістемесі

1.4. Стационарлық электр өрісі. Потенциалдар айырмасы.

Электр қозғаушы күші

ІІ ТҰРАҚТЫ ТОК ЗАҢДАРЫН ОҚЫТУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ

2.1 Тұйық тізбек үшін Ом заңын оқыту әдістемесі

2.2. Кернеуді және электр қозғаушы күшін өлшеу

2.3. «Тұрақты электр тогы» тарауын қайталау

ІІІ МАГНИТ ӨРІСІН ОҚЫТУДЫҢ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ

3.1. Электр және магнит өрістерін салыстыру арқылы оқыту

3.2. Вакуумдағы магнит өрісін оқыту әдістемесі

3.3. Токтардың өзара әсері. Магнит өрісі

3.4. Лоренц күші. қозғалыстағы зарядтардың өзара әсері

3.5 «Магниттік индукция» түсінігін енгізудің екі тәсілін талдау

3.6. Магнит өрісі тақырыбын оқытуда сатылай кешенді талдау технологиясын қолдану

ҚОРЫТЫНДЫ

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

Кіріспе

Оқытудың негізгі мақсаты өз бетінше дами алатын жеке адамды қалыптастыру болғандықтан оқушылар өз бетінше танымдық әрекет етудің әдістері мен дағдыларын меңгеруі тиіс.

Физика пәні мұғалімнің негізгі міндеттерінің бірі – оқушылардың ғылыми, диалектика – материалистік көзқарасын қалыптастыру болып табылады.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

І. ЭЛЕКТРОСТАТИКА БӨЛІМІН ОҚЫТУДЫҢ ӘДІСТЕМЕЛІК ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ

1.1. Электродинамика бөлімінің мазмұны

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

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

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

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

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

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

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

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

Теңдеудің құрамын сапалы сипаттау үшін осы теңдеулерді қарастырайық:

Бірінші теңдеу қозғалыстардағы зарядтар мен айнымалы электр өрісі магнит өрісінің көзі екендігін көрсетеді.

Екінші теңдеу электромагниттік индукция заңын өрнектейді. Ол құйын тәріздес электр өрісінің көзі магнит өрісінің уақытқа байланысты өзгеруі екенін көрсетеді.

Соңғы екі теңдеу магнит және электр өрістері үшін Гаусс теоремасын көрсетеді. Бұл теңдеулерден электр өрісінің кернеулік сызықтары зарядпен басталып зарядпен аяқталады, ал магнит өрісінің индукция сызықтары барлық уақытта тұйық екендігі шығады.

Электр және магнит өрістері зарядталған бөлшектерге әсер етумен байқалады. Электр өрісінің кернеулігін және магнит өрісінің индукциясын біле отырып осы өрістердегі q заряды бар жылдамдығымен қозғалыстағы бөлшекке әсер ететін күшті Лоренц формуласымен анықтауға болады:

Әсер ететін күшті бастапқы жағдайын және бөлшектің массасын біле отырып оның қозғалысының сипатын білуге болады. Сондықтан Лоренц күшінің формуласы да электродинамиканың негізгі теңдеулеріне жатады. Қарастырылған заңдылықтарды оқушыларға түсінікті түрде жеткізуге болады, сонымен бірге оның кейбіреулерін сандық қатынастар ретінде көрсетуге болады. Бұған электромагниттік индукция заңы, Ом заңы, Ампер және Лоренц күштерінің формулалары жатады.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.2. Электродинамиканы оқытудың кейбір педагогикалық принциптері

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

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

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

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

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

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

Электродинамика оқытудағы тәжірибелер.

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

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

Электродинамика бөлімін оқыту барысында мынадай іргелі тәжірибелік жұмыстар қарастырылу қажет:

-зарядтардың өзара әсерлесу жөніндегі Кулон тәжірибесі;

-электр тогының магнит стрелкасына әсері туралы Эрстед тәжірибесі;

-тогы бар өткізгіштердің өзара әсері жөніндегі Ампер тәжірибесі;

-Ом тәжірибесі негізінде анықталған ток күшінің кернеуге байланыстылығы.

-электромагниттік индукция және электролиз туралы Фарадей тәжірибесі;

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

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

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

-алдын-ала проблемалық сұрақтар қойылса;

-осы тәжірибе арқылы тексерілетін гипотеза дәлелденсе;

-тәжірибелердің нәтижелері интерпретация жасалса;

-тәжірибелердің нәтижелері талдап қорытылса;

ол қойылған мақсатына жетті деуге болады.

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

1.3. Электростатика бөліміндегі негізгі ұғымдар электр өрісінің кернеулігі мен потенциалды оқыту әдістемесі

Электр өрісі тақырыбын оқытудың басты мақсаты мен маңызы — оқушылар тақырыпты оқу нәтижесінде алғаш рет материяның бір түрі болып табылатын «өріс» ұғымымен танысады. Тақырыпты оқу арқылы олардың диалектика материалистік көзқарасы кеңейте түседі.

Электродинамикалық өріс ұғымымен оқушылардың танысуы-электромагниттік өріс ұғымын енгізудің бірінші сатысы.

Электр өрісі-бұл өрістердің ішіндегі ең қарапайымы, оның көмегімен өрістің сипаттамаларын жеңіл түсіндіре аламыз. Осы тақырыпта өріс жөніндегі білімнің негізі қаланып, әрі қарай ол дамытылады. Электродинамиканың қалған мәселелерін оқыту осы тақырыпта өтілетін ұғымдар мен заңдылықтарға сүйенеді.

Электр заряды массадан кейінгі элементар бөлшектердің екінші маңызды сипаттамасы, ол электродинамикадағы ең іргелі ұғымдардың бірі. Зарядтың анықтамасын оқушыларға бұрыннан белгілі ұғымдар көмегімен беру мүмкін емес. Заряд ұғымы электродинамика курсын оқу барысында электромагниттік өріс ұғымымен қалыптасады, оның мәні электродинамиканың барлық заңдарын оқу нәтижесінде ашылады. Олай болса, заряд ұғымын оқушылар біртіндеп түсінеді.

Денелерде зарядтың бар екендігі ерекше өзара әсер арқылы білінеді, оны электромагниттік өзара әсерлесу деп атайды. Қозғалмайтын зарядталған денелердің өзара әсерлесу сипаты Кулондық болады да, ал қозғалыстағы зарядтардың өзара әсерлесуі олардың салыстырмалы жылдамдықтарының модулі мен бағытына тікелей байланысты. Осыған орай электромагниттік өзара әсерлесу электрлік және магниттік өзара әсерлесуден тұрады.

Зарядталған екі дененің өзара әсерлесуі жалпы жағдайда электромагниттік болып табылады. Олай болса, заряд денелердің электромагниттік өзара әсерлесуінің сандық және сапалық сипаттамасы.

Зарядты өлшеудің әр түрлі тәсілдері бар, ол үшін электромагниттік өзара әсерлесудің түрлі жағдайы қолданылады.

Физика курсын оқу барысында оқушылар олардың біразымен танысады: электростатикалық әдіс (Милликен-Иоффе тәжірибесі), электромагниттік әдіс (Лоренц күші негізінде электронның меншікті зарядын анықтау), ток күші мен уақытты өлшеуге байланысты әдіс, электролиз құбылысына байланысты әдіс және т.б. Осы кезге дейін жасалған тәжірибелердің бәрі электр зарядының табиғаты дискретті, корпускулалық, атомдық екендігін толық дәлелдеп берді. Табиғаттағы ең аз зарядтың мөлшерін элементар зарядпен атайды. Элементар оң заряд протон зарядына, ал элементар теріс заряд электрон зарядына (-е) тең. Кез-келген дененің заряды элементар зарядқа бүтін еселі болады ().

Зарядтың дискреттілігін оқыту зат қасиеттерінің дискреттілігі жөніндегі оқушылардың көзқарасын қалыптастыруды жалғастырып, микродүниенің маңызды ерекшелігінің бірін түсінуге негіз болады, оқушыларды атомдық және ядролық физикадағы кванттау идеясын терең түсінуге дайындайды.

Заряд жөніндегі іргелі екі заң оқылуы тиіс: біріншісі — электр зарядтарының өзара әсерлесу жөніндегі Кулон заңы, екіншісі — зарядтың сақталу заңы. Кулон заңының орындалатындығы көптеген тәжірибелер көмегімен дәлелденген болса, зарядтың сақталу заңын осы кезге дейін бақыланып жүрген барлық құбылыстар дәлелдеп беріп отыр: денені үйкеу арқылы электрлегенде денелерде бір мезгілде модульдері жағынан өзара тең, таңбалары қарама-қарсы зарядтардың пайда болуы.

Мұнда оқушыларға зарядтың тағы бір қасиетін түсіндіру керек. Ол зарядтың абсалюттігі, яғни зарядтың санақ жүйесіне байланыссыздығы. Зарядтың бұл қасиетін зарядтың инварианттығы деп атайды. Оны мынадай құбылыстар дәлелдейді: иондалған атомдар мен молекулалардың бейтараптығы, қызған металдардың зарядталмайтындығы және т.б.

Заряд туралы айтқан кезде, үнемі зарядтардың өзара өріс арқылы әсерлесетіндігін ескертіп отыру қажет.

Электр заряды мен олардың арасындағы өзара әсер туралы сұрақты қарастырғанда денелердің электрленуін тәжірибе арқылы көрсетуден бастайды. Әдетте үйкеліс арқылы электрлену жөнінде айтады. Егер құрғақ шашты тарақпен тараса, онда ең қозғалғыш заряталған бөлшектер — электрондардың біразы шаштан тараққа ауысады да, оны теріс зарядтайды, ал шаш оң зарядталады. Үйкеліспен электрленген кезде екі дене таңба жағынан қарама-қарсы, бірақ модульдері жағынан бірдей зарядтар алатынын тәжірибе арқылы дәлелдеуге болады.

Денелерді үйкегеннен кейін ұсақ бөлшектерді өзіне тарту қасиеті байқалып, электрленетіндігіне оқушылардың назарын аудару қажет. Электрленген денелердің тек жеңіл денелерді ғана емес, ауыр денелерді де өзіне тартатындығын көрсету үшін мынадай тәжірибені жасауға болады: ұзын металл түтікше алып, дәл ортасынан жіңішке жіпке байлап іліп қояды, егер электрленген таяқшаны түтікшенің бір ұшына жақындатсақ, онда оның таяқшаға тартылатындығын анық байқауға болады, металл түтікшенің орнына ағаш таяқшаны да қолданады.

Денелердің электрленуін түсіндіргеннен кейін электрленген денелердің өзара әсерлесуі бірдей болмайтынын көрсеткен дұрыс. Электрлену дәрежесінің әр түрлі болатынын көрсету үшін электроскоп туралы айту керек.

Соңында денелерді екі түрлі әдіспен үйкеу және ықпал арқылы электрлеуге болатынын қорытындылау қажет.

Тұйық жүйедегі зарядтардың алгебралық қосындысы өзгермейді деген электр зарядының сақталу заңының орындалуының дәлелі ретінде денелерді тиістіру арқылы электрлегенде денелердің қарама-қарсы таңбалы зарядтармен электрленетіндігін келтіруге болады. Олай болса электрлеу дегеніміз денедегі зарядтарды модулі жағынан тең, таңбалары қарама-қарсы зарядтарға бөлу процесі екендігін түсіндіру қажет.

Электр зарядтарының өзара әсерлесуін сан жағынан сипаттайтын іргелі заңдардың бірі 1785 жылы тәжірибе жүзінде Кулон тағайындаған заң болып табылады.

Мұнда алдымен Кулон тәжірибесі айтылып, иірілмелі таразының құрылысы мен онымен жұмыс істеу әдісі түсіндіріледі де заң былайша тұжырымдалады: қозғалмайтын зарядталған екі нүктелік дененің вакуумдағы өзара әсерлесу күші олардың зарядтарының модульдерінің көбейтіндісіне тура пропорционал және ара қашықтықтың квадратына кері пропорционал болады. Кулон заңы айтылғаннан кейін физика кабинетіндегі приборлардың мүмкіндігіне қарай сапа жағынан болса да, электрленген екі дененің арасындағы әсерлесу күшінің зарядтар шамасына және олардың ара қашықтығына тәуелді болатындығын көрсететін тәжірибе ұйымдастырылғаны жөн.

Электростатикалық өзара әсерлесу заңы мен гравитациялық өзара әсерлесу заңының бір-біріне ұқсастығын оқушылар бірден байқайды. Сондықтан гравитациялық күшке қарағанда электрлік күштің басым екендігін түсіндіре кету керек.

Одан кейін айтылатын нәрсе — электр зарядының өлшем бірлігі. Ток күші бір ампер (А) болғанда өткізгіштің көлденең қимасы арқылы бір секундта өтетін заряд мөлшері алынатындығы, оны Кулон (Кл) деп атайтындығы айтылады. Осыған байланысты Кулон заңындағы k коэффициентінің мағынасы ашылып, оның мәні беріледі ().

СИ жүйесінде k коэффициенті деп алынатындығы айтылуы қажет.

Қорытындысында элементар зарядтың сан мәні мен электронның тыныштықтағы массасының сан мәнін берген орынды болар еді.

Кл, кг

Оқушылардың электр заряды жөніндегі алған мағлұматтарын қысқаша қорытындылай келіп, зарядталған денелер бір-бірімен қалай әсерлеседі деген сұрақ қоюға болады.

Бұл құбылысты түсіндіру үшін ғалымдар алыстан әсер ету теориясын жасағанын, бұл теорияның түсіндіруі бойынша әсердің кез-келген қашықтыққа лездік түрде берілетінін, негізінен бұл теорияның тәжірибеде дәлелденбегенін айтуға болады. Содан соң Фарадей мен Максвеллдің жаңа теория ұсынғандығы, жаңа теория бойынша электрленген денелердің айналасында ерекше өріс пайда болатындығы, зарядталған денелердің бір-біріне жасайтын әсері шекті жылдамдықпен берілетіндігі жөнінде айтылуы тиіс. Жаңа теорияны жақыннан әсер ету теориясы деп, ал зарядталған дене айналасындағы өрісті электр өрісі деп атайды.

Электр өрісі де зат сияқты, материяның бір түрі. Ол бір зарядтың екінші зарядқа әсерін қамтамасыз етуші материялдық орта.

Электр өрісінің таралу жылдамдығын тәжірибе жасап көрсету мүмкін емес, сондықтан оның мәнін дәлелсіз-ақ бере салуға болады. ( м/с)

Электродинамиканың кейінгі тарауларында оқылатындығына қарамастан, таныстыру мақсатында, магнит өрісінің тыныштықтағы зарядқа әсер етпейтінін, ал қозғалыстағы зарядқа оның әсері болатындығын көрсеткен жөн. Сөйтіп, қозғалыстағы зарядқа электр өрісі де әсер ететіндігі, ал тыныштықтағы зарядқа тек электр өрісі ғана әсер ететіндігі жөнінде қорытындылап қою керек.

Мұнан кейін оқушыларға электр және магнит өрісінің арасында тығыз байланыс бар екендігін айту керек. Сондықтан да физикада бірыңғай электромагниттік өріс жөнінде айтылады, ал электр және магнит өрістері электромагниттік өрістің дербес жағдайлары болып табылады.

Электромагниттік өрістің материяның бір түрі екенін, оның өзіне тән ерекшелігі ретінде тыныштықтағы зарядқа да, қозғалыстағы зарядқа да әсер ететіндігін айту қажет.

Тыныштықта тұрған заряд өзінің айналасындағы кеңістіктің қасиетін өзгертіп, электростатикалық өріс тудырады.

Электр өрісін зерттеу үшін белгілі бір «сыншы» зарядты пайдалану керек. Өрістің қасиетін өзгертпес үшін «сыншы» заряд нүктелік болуы тиіс. Егер q заряды тудыратын өріске q₀ сыншы зарядын орналастырса, онда осы зарядқа әсер етуші күш өрістің әр түрлі нүктелерінде түрліше болады, бірақ Кулон заңына сәйкес, сыншы зарядтың шамасына пропорционал. Ал зарядқа әсер етуші күштің сол зарядтың q₀ шамасына қатынасы, яғни F/q₀ зарядтың шамасына байланысты болмай, тек өрістің берілген нүктесін сипаттайды. Осы қатынас электростатикалық өрістің кернеулігі деп аталады.

Әсер етуші күш F-вектор, ал заряд q -скаляр болғандықтан электр өрісінің кернеулігі E-вектор болатындығы ескертіледі. Электр өрісі кернеулік векторының бағыты өріс нүктесіне енгізілген зарядтың таңбасы оң болған кездегі оған әсер етуші күштің бағытымен бағыттас болатындығына оқушылардың назарын баса аудару керек.

Оқушыларға мынадай мәселелерді жан-жақты түсіндіру қажет.

1) қатынасы өрістің қарастырылып отырған нүктесіндегі заряд шамасына байланысты болмай отырғандықтан, оны осы заряд орналасқан нүктедегі өріс сипаттамасы ретінде алуға болады.

2)Егер өрістің барлық нүктелеріндегі кернеуліктер бірдей болса, ондай өрісті бір текті өріс деп атайды.

3)Егер өрістің берілген нүктедегі кернеулігі белгілі болса, онда осы нүктеге орналастырылған зарядқа әсер ететін күшті білуге болады.

Егер өріс нүктесінде орналастыратын заряд оң болса, және бағыттары бір-біріне сәйкес болады. Ал егер заряд теріс болса, онда ол векторлар бір-біріне қарама-қарсы болады.

4)Егер өрісті бірнеше заряд q₁, q₂, q₃,… q_n туғызатын болса, онда берілген нүктедегі қорытқы өріс кернеулілігі жеке зарядтардың сол нүктеде тудыратын кернеуліктерінің геометриялық қосындысына тең болады. Бұл қағиданы суперпозиция принципі деп атайды.

Нүктелік заряд өрісінің кернеулігі:

Электр өрісін көрнекі етіп кескіндеу үшін арнайы тәсіл — күш сызықтары көмегімен кескіндеу тәсілі қолданылады. Ол үшін шартты түрде күш сызықтары деп, кез-келген нүктесіне жүргізілген жанама өрістің сол нүктедегі кернеулік бағытына сәйкес болатын сызықтарды айтады. Әрине, ондай сызықтарды көптеп жүргізе беруге болады, бірақ күш сызықтары бағытына перпендикуляр қойылған бір өлшем ауданша арқылы өтетін күш сызықтарының саны сол жердегі өріс кернеулігінің сан мәніне тең болатындай ғана күш сызықтарын жүргізу келісілген.

Қозғалмайтын зарядтардың маңында пайда болатын электростатикалық өріс потенциалды өріс болып табылады. Электростатикалық өрістің потенциалдығын көрсету үшін, біртекті электр өрісіндегі зарядтың бір нүктеден екінші нүктеге орын ауыстырғанда өріс күштері жұмысының траекторияға байланысты болмайтындығы дәлелденеді. Егер өріс күштерінің жұмысы жүрілетін жолдың формасына байланысты болмайтын болса, ондай өрістерді потенциалдық өріс деп атайтындығы айтылады. Сонымен электростатикалық өріс потенциалдық өріс болып табылады.

Нүктелік заряд өрісінің потенциалдығын талдаудың тағы бір маңызды жағы бар. Егер бір текті өрістің потенциалдығын ғана қарастырумен шектелсек, онда оқушыларда біртекті өріс-потенциалдық деген ұғым қалыптасады да, біртекті магнит өрісін өткенде, магнит өрісінің потенциалдық болмайтындығын түсіндіруді қиындатып жібереді.

Электр өрісінің потенциалдығы түсіндірілгеннен кейін, өрістің белгілі нүктесіне орналастырылған зарядтың потенциалдық энергиясы болатындығы жөнінде айтуға болады. Мұны түсіндіру үшін электростатикалық өріске ұқсастығын пайдаланып, біртекті электр өрісінің күш сызығы бойынан екі нүкте алынады. Электр өрісінің әсеріне q заряды бірінші нүктеден екінші нүктеге дейін қозғалады десек, онда әсер етуші күш F=qE болады да, орын ауыстыру l болады.

Бұл кезде жасалған жұмыс:

Егер жұмыс қозғалыс траекториясына байланысты болмаса, онда ол жұмыстың мәні дененің сол нүктелеріндегі потенциалдық энергияларының (W_p) теріс таңбамен алынған айырмасына тең:

Соңғы жазылған екі формуланы салыстыра отырып, өріске орналасқан зарядтың потенциалдық энергиясының өрнегін алуға болады.

W_p=qEl

Бұл жер өрісіндегі дененің потенциалдық (W=mgh) энергиясына ұқсас екендігіне оқушылардың назарын аудару керек. Олай болса, электр өрісінде энергияның белгілі қоры бар деп тұжырымдалады.

Зарядтардың потенциалдық энергиясы туралы айтылған соң, энергияның заряд шамасына қатынасы зарядқа байланысты болмайтындығы айтылады. Өрістің берілген нүктесіндегі нүктелік оң зарядтың потенциалдық энергиясына тең шама потенциал деп аталады.

Егер өрісті бірнеше нүктелік зарядтар туғызатын болса, онда мұндай өрістің нүктесіндегі потенциал жеке зарядтар өрістерінің осы нүктедегі потенциалдарының алгебралық қосындысына тең болатындығы түсіндірілуі қажет.

Өріс кернеулігі вектор, ендеше ол өрістің күштік сипаттамасы болып табылады, өріс кернеулігі өрістің берілген нүктесінде q зарядқа әсер ететін күшті анықтайды. Потенциал скаляр, ол өрістің энергетикалық сипаттамасы болып табылады, ол өрістің берілген нүктесіндегі q зарядтың потенциалдық энергиясын анықтайды.

Электр өрісін зерттегенде көбінесе потенциалдан гөрі потенциалдар айырмасы жиі қолданылады. Потенциалдар айырмасы кернеу деп те аталады, кернеу U әрпімен белгіленеді. Егер өрістің екі нүктесінің потенциалдар айырмасы белгілі болса, онда өріс әсерінен сол екі нүктенің арсында q заряды орын ауыстырғанда жасалатын жұмыс:

Бұдан кейін потенциалдар айырымының өлшем бірлігі берілуі тиіс. Ол СИ жүйесінде, 1 Кулон зарядты электр өрісі бір нүктеден екінші нүктеге қозғағанда жасалынатын жұмыс 1 Дж болса, ондай екі нүктенің потенциалдар айырмасы 1 Вольт (В) деп аталатындығы түсіндіріледі.

Енді кернеулік пен потенциал электростатикалық өрістің сипаттамалары екендігін білген соң, олардың арасындағы байланыс туралы айту керек.

Бұл байланысты табу үшін, біртекті өрісте заряд қозғалған кезде, өрістің жасайтын жұмысының формуласына қайтадан оралу керек:

;

Олай болса:

Бұл формула электростатикалық өріс кернеулігі сан жағынан кернеудің бір өлшем ұзындықтағы өзгерісіне тең екендігін көрсетеді.

Осыдан кейін өрісті көрнекті кескіндеу үшін потенциалдары бірдей беттерді пайдаланатындығын айту керек. Потенциалдары бірдей беттер эквипотенциал беттер деп аталады. Мынадай мәселелерді түсіндіре кеткен жөн:

Егер нүктелік заряд эквипотенциал беттің бойымен орын ауыстырса, онда оның істеген жұмысы нольге тең болады;
Өрістің күш сызықтары әр уақытта эквипотенциал бетке нормаль болады;
Электростатикалық өрістегі электр өткізгіштігінің беті әр уақытта эквипотенциал беттер болып табылады;
Өрістің күш сызықтары, өріс нүктелеріндегі потенциалдың жылдамырақ өзгеру бағытын көрсетеді.

Сонымен корыта келе, дәлелсіз нүктелік зарядтың вакуумдағы электростатикалық өріс потенциалының формуласын:

және екі нүктелік зарядтың өзара әсерлесуінің потенциалдық энергиясының формуласын:

беруге болады, бұдан кейін потенциалдар айырмасын өлшеу әдістері айтылады.

1.4. Стационарлық электр өрісі. Потенциалдар айырмасы.

Электр қозғаушы күші

Он бір жылдық мектеп бағдарламасында стационарлық электр өрісі «Тұрақты ток» тақырыбын өткенде оқытылады. Мұндағы негізгі түсініктердің бірі электр қозғаушы күші.

Өткізгіште ұзақ уақыт ток жүруі үшін, үнемі электр өрісі болуы қажет. Осы өріс өткізгіште зарядталған бөлшектердің үздіксіз қозғалысын тудырады. Оқушылар білетін электростатикалық өріс қасиеттерінен, бұл өрістің өткізгіштігі зарядтардың қозғалысын қамтамасыз ете алмайтынын көрсету керек. Егер өткізгіштің ұштарында потенциалдар айырымын тудырсақ, онда зарядтар қозғалысы потенциалдар теңелгенше болады. Тұрақты ток тізбегінің кез-келген бөлігінде потенциалдар айырымы тұрақты болады. Олай болса, өткізгіштегі электр өрісінің кернеулігі, осы өріс энергиясы да өзгермейді. Ал өткізгіш арқылы ток өткенде жылу бөлінеді. Сонда өткізгіш қандай энергияның әсерінен қызады деген орынды сұрақ туады. Бұл тізбекке электрлік емес энергияны, электромагниттік өріс энергиясына айналдыратын қондырғыны қосу арқылы жүзеге асырылады.

Тогы бар өткізгіштегі электр өрісі стационарлық өріс болып табылады.

Ток көзіне қосылған тізбекте пайда болған стационарлық электр өрісін оқушыларға түсіндіру оңай емес. Электрлік тізбек арқылы тұрақты электр тогы өткенде пайда болатын құбылысты түсіндіру ыңғайлы.

Біріншіден, оқушылар электр өрісі кернеулік векторының өткізгіш бетіне перпендикуляр еместігін, яғни екі құраушыға өткізгіш бетіне нормаль E_n және өткізгіш бойымен бағытталғын E_l-ге жіктелетінін білу керек.

Екіншіден, өткізгіште стационарлық электр өрісі орныққанда тұрақты ток өтетін, яғни зарядтар бірқалыпты қозғалатынын білу керек.

Тұрақты токтың элетромагниттік өрісінің элетрлік және магниттік құраушылары болады. Бұл құраушылар бір-бірімен байланысты емес, сондықтан жекелеп қарастыруға болады. Тұрақты өріс үшін Максвелл теңдеулерінен бұл құраушылардың тәуелсіздігі шығады.

Үшіншіден, оқушыларға стационарлық электр өрісі электростатикалық өріс сияқты потенциалды екендігін хабарлау керек.

Стационарлық электр өрісінің күштік сипаттамасы электр өрісінің кернеулігі :

Е_К — кулон күштер өрісінің кернеулігі, Е_Т — тосын күштер өрісінің кернеулігі.

Стационарлық электр өрісінің энергетикалық сипаттамасы – кернеу болып табылады.

Оқушылар кернеу мынадай формула арқылы анықтайтынын біледі:

Р — пайдаланылатын қуат, І— өткізгіштегі ток күші.

Бөлшектің алымы мен бөлімін t-ға көбейтіп Pt=A екенін ескерсек:

Анықтама бойынша электростатикалық өрістегі потенциалдар айырмасы:

— ток көзінің электр қозғаушы күші деп атайды. Олай болса

Сөйтіп, кернеу дегеніміз бірлік оң заряд тізбек бойымен орын ауыстырғанда электростатикалық күштер мен тосын күштердің жасайтын жұмысы. Кернеу стационарлық электр өрісін сипаттайды.

Потенциалдар айырмасы электростатикалық өрістің энергетикалық сипаттамасы:

Электр қозғаушы күш тосын күштер өрісінің энергетикалық сипаттамасы. Егер =0 болса, онда тізбек бөлігіндегі кернеу оның ұштарындағы потенциалдар айырмасына тең болады.

Тізбектің біртекті бөлігі үшін Ом заңы:

Тұйық тізбек үшін Ом заңы:

Бұдан ток көзінің электр қозғаушы күші сыртқы және ішкі тізбек бөлігіндегі кернеулердің қосындысына тең екендігі шығады. Мұндай жағдайда кернеу Кулондық өрістің сипаттамасы болып табылады.

Кернуді әр түрлі жолмен түсіндіру, тізбекте Э.Қ.К. болған жағдайда маңызды роль атқарады. Егер тізбек бөлігінде Э.Қ.К болмаса кернеу потенциалдар айырмасына тең болады.

Сационарлық электр өрісін оқыту, кезінде оның электростатикалық өрістен өзгешелігі айтылады. Өткізгіш ішіндегі стационарлық өрістің кернеулігі нольден өзгеше, сондықтан да онда еркін зарядтар қозғаларда, кернеулік сызықтары өткізгіш бетіне перпендикуляр емес, өткізгіш бетіндегі зарядтардың бөлініп таралуы зарядтардың электростатикалық тепе-теңдігінен өзгеше. Бұдан кейін электростатикалық және стационарлық өрістердің бірдей қасиеттерін көрсету керек, яғни екі өрістің сипаты да потенциалды, кернеулік сызықтары зарядтарда басталып, зарядтарда аяқталады тұйықталған сызықтар емес. Сондықтан стационарлық электр өрісіне потенциал ұғымын қолдануға болады.

Стационарлық электр өрісінің потенциалдық сипатын мынадай дәлелдер мен көрсетуге болады. Тізбектің барлық қимасындағы тұрақты ток бірдей, зарядтар жоғалмайды және еш жерде жинақталмайды, олай болса өткізгіш арқылы ток өткенде зарядтар үнемі қозғалыста болғанымен зарядтардың бөлініп таралуы уақытқа байланысты өзгермейді. Тұрақты ток құйынды емес сұйықтар қозғалысына ұқсас. Ал зарядтардың кеңістіктегі бөлініп таралуының өзгермейтіндігі өрістің потенциалдық белгісі болып табылады. Сөйтіп зарядтар өрісінің потенциалдық сипаты, өткізгіш арқылы тұрақты ток өткенде де орындалады. Олай болса, стационарлық өріс те потенциалды болып табылады.

ІІ ТҰРАҚТЫ ТОК ЗАҢДАРЫН ОҚЫТУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ

2.1 Тұйық тізбек үшін Ом заңын оқыту әдістемесі

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

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

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

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

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

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

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

Тізбекте ток өткенде онда бөлініп шығатын жылу мөлшері

Q=J²Rt

Ток көзіндегі тосын күштердің жұмысы

A=J²R_тt

Электр қозғаушы күшінің анықтамасы бойынша

Е =A_т /q

Олай болса q Е =J²R_т t. q=J t екенін ескерсек

Е = J R_т, J = Е / R_т

R_т — толық кедергі R_т = R + r

r – тізбектің ішкі кедергісі, R — тізбектің сыртқы кедергісі

J = Е / (R+r)

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

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

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

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

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

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

Е = J R + J r

J R = Е — J r

Мұндағы JR — сыртқы тізбекті кернеудің түсуі, ал Jr — ток көзінің ішкі кедергісіндегі кернеудің түсуі. Егер R>>r болса JR>Jr болады.

Жоғарыда бірінші жағдайда лампаның кедергісі R₁>r, сондықтан лампаның жануы үшін ондағы кернеу жеткілікті.

Екінші жағдайда қалта фонары лампасының кедергісі R₂<<r, сондықтан ондағы кернеу лампаның жануы үшін жеткіліксіз.

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

Ток көзі бірдей болғанда тізбектегі ток шамасы тек тізбектің сыртқы кедергісіне байланысты болады. Егер R®0 ток күші максимум, R®¥ болса ток күші минимум болады.

R®O қысқаша тұйықталуға сәйкес келеді.

J_max = Е / r

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

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

2.2. Кернеуді және электр қозғаушы күшін өлшеу

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

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

Тұйық тізбек үшін Ом заңынан Е = J (R+r)

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

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

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

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

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

Тізбектегі ток күші

Онда U₀=0,02*05=0,01 В

Е =U+U₀=4+0,01=4,01 В

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

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

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

2.3. «Тұрақты электр тогы» тарауын қайталау

Әр сабақтың жоспарлануы сынып оқушыларының ерекшеліктеріне, мектептің ішкі мүмкіндіктеріне сай жасалынады. Жан-жақты ойластырылған сабақта білім тереңділігі, әсерлілігі қамтамасыз етіледі, оқушының ойлануына, шығармашылықпен жұмыс дасауына мүмкіндік береді.

Сондықтан әр сабақта оқушылардың оқуын тиімді ұйымдастыру, сабақты жоспарлауға байланысты.

Сабақтың тақырыбы: «Тұрақты электр тогы» тарауы бойынша қорытынды қайталау.

Сабақтың мақсаты: Тарау бойынша алған білімдерін қорытындылап, қайталау, эксперименттік , сандық, сапалық есептер шығару.

Сабақтың типі: Қорытынды қайталау

Сабақтың әдісі Сайыс, зерттеу, тексеру, бағалау.

Қажетті құралдар: амперметр, вольтметр, өткізгіш, сым, шам, кілт, жалғағыш сымдар, ток көзі

Көрнекілігі: Физик ғалымдарының порттері, рефераттар, кітаптар, кесте.

Пән аралық байланыс: алгебра, әдебиет, биология.

Сабақтың барысы:

Ұйымдастыру кезеңі. Сыныпты екі топқа бөлу керек.
Эксперимент қоюшылар-2
Аналитиктер-2
Теоритиктер-2
Эрудиттер-2
Физика тарихының білгірлері
Дәрігер-1
Экономист-1

Ампер, Вольта, Ом, Ленцтердің өмірбаяны мен ашқан жаңалықтарын оқып келу.

«Тұрақты электр тогы» тарауы бойынша сөзжұмбақтар құрастырып келу.

II Эксперименттік сайыс «Диссертация қорғау»

Лабороториялық құралдарды қолдана отырып,

«Өткізгіштің меншікті кедергісін өлшеу»,
«Өткізгіштерді тізбектей жалғау» зерттеу жұмыстарын жүргізіп, тақтаға талдау.

Эксперимент жасаушылар жұмыс жасап жатқанда, басқа оқушылармен физикалық эстафета жүргізіледі.

ІІІ. Физикалық эстафета

IV.Эрудиттер сайысы

«Бақытты сәт» теледидар ойыны бойынша 2 минутта сұрақтарға жауап беру.

Электр тогы деп ..
Электрлік кедергінің өлшем бірлігі….
Тізбек бөлігі үшін Ом заңын тұжырымда.
Электр тогының негізгі әсері….
Электр тогының қуаты деп…
Токтың жылулық әсері туралы заң…
Өткізгіштерді тізбектей жалғағанда …. Тұрақты болады.
Электрлік кедергінің негізгі себебі қозғалыстағы электорндардың …… соқтығысуы
ЭКҚ –тің өлшем бірлігі …

Электрлік кедергі неге тәуелді?
Электрлік кернеуді немен өлшейді?
Электр тогының жұмысы.
ЭҚК-ның формуласы .
Қысқа тұйықталу қай жағдайда болады?

Амперметр тізбекке қалай жалғанады?

Параллель жалғағанда ток күші……
Джоуль- Ленц заңы …

Ішкі кедергі деп …….
Электр тогының жұмысының формуласы

Электр тогы қуатының формуласы

V. Есепке кім жүйрік?

Аналитиктер тақтаға есеп шығарады.

№ 1. Реостаттың жылжымалы контактісінің қандай бір қалпында амперметр 0,6 А ток күшін , ал Вольтметр 15,1 В кернеуді көрсетті. Контактісін аздап жылжытқанда І₂=1,2 ток күшін , U₂=13.9 кернеуді көрсетті. Тоқ көзінің ішкі кедергісін тап?

№2 Элементті 4,5 Ом кедергімен тұйықтағанда тізбектегі тоқ күші 0,2 А сол элементті 10 Ом кедергімен тұйықтағанда тізбектегі ток күші 0,1 А. Элементтің ЭКҚ-і мен ішкі кедергісін анықта.

VI кім жылдам?

Тест сұрақтарына жауап беру . Тұрақты тоқ заңдары.

I нұсқа

Өткізгіштің көлденең қимасынан уақыт аралығында өтетін зарядтың қатынасы қай физикалық шаманы анықтайды?

А) Ток күшін

Ә) кернеу

Б) Электрлік кедергі

В) Меншікті электрлік кедергі

Г) ЭКҚ-і

Толық тізбек үшін Ом заңының формуласы қайсысы?

А); Ә) ; Б) ; В) ;

Тізбек бөлігіндегі кернеудің ток күшіне қатынасымен қай физикалық шаманы анықтайды?

А) Ток күшін

Ә) Кернеу

Б) Электрлік кедергі

В) Меншікті электрлік кедергі

Г) ЭКҚ-і

20 В кернеу бергенде электрлік кедергісі 10 Ом резисторы бар тізбектегі ток күші қандай?

А) 2 А

Ә) 0,5 А

Б) 200 А

В) 5 А

ЭКҚ-і 18 В ток көзінің кедергісі 60 Ом резисторды осы ток көзіне қосқанда ток күшінің мәні қандай болады?

А) 0,6 А

Ә)0,3 А

Б) 0,2 А

В) 0,9 А

Г) 0,4 А

II нұсқа

Тұйықталған электр тізбегінде зарядты қозғалысқа келтіру үшін атқаратын жұмыстың сол зарядтың шамасына қатынасымен қай физикалық шама анықталады?

А) Ток күшін

Ә) Кернеу

Б) Электрлік кедергі

В) Меншікті электрлік кедергі

Г) ЭКҚ-і

Тізбек бөлігіндегі кернеудің кедергіге қатынасымен қай физикалық шама анықталады?

А) Ток күші

Ә) Кернеу

Б) Электрлік кедергі

В) Меншікті электрлік кедергі

Г) ЭКҚ-і

Төмендегі қай формуламен электр тогының жұмысын есептейді?

А); Ә) ; Б) ; В) ; Д)

ЭКҚ-і 18 В ток көзінің ішкі кедергісі 60 Ом электрлік кедергісі 30 Ом резисторды осы ток көзіне жалғағанда ток күшінің қандай мәнге ие болады?

А) 0,6 А Ә)0,3 А Б) 0,2 А В) 0,9 А Г) 0,4 А

Ұзындығы 100 мм², көлденең қимасының ауданы 0,1 мм² өткізгіштің кедергісін анықта ^-7Ом*м

А) Ом Ә) 50 Ом Б) 5 Ом В) 0,5 Ом Г) 5*10^-4 Ом Д) Ом

VI Сөзжұмбақты шеш

VII Дәрігер ақыл — кеңес береді

Адам өміріне токтың қатері

Дәрігер:

Адам денесінен өтетін ток, Ом заңы арқылы анықталады. Күнделікті тұрмыста барлық электрлік құрылғылар 220 В кернеумен жұмыс жасаған кезде адам терісі құрғақ болғанда кедергі Ом болуы керек, ток күші 2,2мА-3 А аралығында өлім қаупі туады. 3 А тоқта жүрек тоқтайды. ток соққан кезде алдымен адамды электр тогының әсер етуінен құтқару керек.

1) Жасанды дем алдыру, жүрекке массаж жасау керек.

2) Адамды арқасымен жатқызып, аузын ашып жасанды дем алдырады.

VIII Экономист

Электр тогын үнемді пайдалану.

Пәтерлімізді жарықтандыратын 100 Вт—тық бір шам 10 сағат жанып қалатын болса,100Вт/сағат энергия шығындалады. , яғни 1 квт/сағат. Бұл шығынды Джоуль — Ленц заңы бойынша формуласымен анықтаймыз, сонда 1 кВт/сағат энергия бүгінгі күні 5 теңге 8 тиын сонда ауылдағы 250 үйде 1 шам 10 сағаттан жанып қалса 250*5,08=1270 теңге зиян келеді. Сондықтан токты үнемді пайдаланып, өзі аз қаржыларымызды үнемдеуге тырысу керек.

Х. Қорытынды

ХІ. Бағалау

Тізбек бөлігіндегі кернеудің ток күшіне қатынасымен қай физикалық шаманы анықтайды?

А) Ток күшін

Ә) Кернеу

Б) Электрлік кедергі

В) Меншікті электрлік кедергі

Г) ЭКҚ-і

20 В кернеу бергенде электрлік кедергісі 10 Ом резисторы бар тізбектегі ток күші қандай?

А) 2 А

Ә) 0,5 А

Б) 200 А

В) 5 А

ЭКҚ-і 18 В ток көзінің кедергісі 60 Ом резисторды осы ток көзіне қосқанда ток күшінің мәні қандай болады?

А) 0,6 А

Ә) 0,3 А

Б) 0,2 А

В) 0,9 А

Г) 0,4 А

ІІІ МАГНИТ ӨРІСІН ОҚЫТУДЫҢ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ

3.1. Электр және магнит өрістерін салыстыру арқылы оқыту

Физика курсында осы екі өрістің табиғаты мен қасиеттері туралы біршама мағлұматтар беріледі. Бұл материалдардың деңгейі мен тереңділігі және жанжақтылығы әжептәуір болғанымен, физиканы тереңдете оқытатын мектептер үшін мүлдем жеткіліксіз. Бір – бірінен айыруға келмейтін, медальдің екі беті секілді электродинамикада маңызы ерекше бұл ұғымдар туралы түсініктерді оқушының санасында берік қалыптастыру шаралары да оқулықта ескерілмеген.

Алдымен электр және магнит өрістері туралы оқушының түсінігін кеңейту мақсатымен олардың негізгі ерекшеліктері мен айырмашылықтарына жете көңіл аудару қажет. Бұл мәселе 1 – кесте бойынша жүзеге асырылады.

Өрістің екі түріне де ортақ қасиеттер:

Өрістің екі түрін де электр зарядтары туғызылады.
Өрістің екі түрі де зарядқа әсер етуші күш туғызады.
Өрістердің ерекшеліктері күш сызықтарымен бейнеленеді.
Екеуі де бір электромагниттік өрістің бір – біріне ұқсамайтын

құраушылары.

Өрістің екеуі де көзбен көріп, қолмен ұстауға келмейтін материның

айрықша бір түрі.

Екеуінің де әсері зарядқа жарық жылдамдығына тең жылдамдықпен

беріледі.

Екеуі де векторлық шамалар.

Әрине, бұл кестені әле де кеңейтіп, толықтыра беруге болады. Онын есесіне магнит индукциясына байланысты оқушылар көңіл аудара бермейтін кейбір мәселелерге тоқталайық. Кестенің 4- тармағындағы магнит индукциясын анықтауға арналған өрнегін түрінде жазуға болады.

1 – кесте

NN	Электр өрісі	Магнит өрісі
1.	Электр өрісінің күш сызықтары тұйықталмайды. Олар оң зарядтан басталып, теріс зарядпен аяқталады.	Магнит өрісінің күш сызықтары тоғы бар өткізгішті қоршай айналатын тұйық қисық сызықтар.
2.	Электр өрісі тыныштықтағы және қозғалыстағы зарядқа эсер күш туғызады.	Магнит өрісі тек қозғалыстағы зарядқа әсер етуші күш туғызады.
3.	Электр өрісінің күш сызықтарының бағыты өріс кернеулігімен бағыттас.	Магнит өрісінің күш сызықтарының бағыты магнит индукциясының бағытына перпендикуляр.
4.	Электр өрісі өріс кернеулігімен бағаланады.	Магнит өрісі магнит индукциясымен бағаланады:
5.	Өлшеу бірлігі: 1= 1	Өлшеу бірлігі: 1 = 1 Тесла
6.	Электр өрісінің энергиялық қасиеті бар.	Магнит өрісінің энергиялық қасиеті жоқ.
7.	Зарядқа әсер етуші күш жұмыс атқарады.	Зарядқа әсер етуші Лоренц күші жұмыс атқармайды.

Математикалық тұрғыдан қарағанда екінші өрнек – алғашқы өрнектің басқаша жазылуы ғана. Солай бола тұра, тереңірек талдағанда олардың физикалық мағыналарында үлкен айырмашылықтардың бар екенін көру қиын емес. Алғашқы өрнек магнит өрісіндегі токтың өріс тарапынан туындайтын күшке ұшырауын сипаттаса, екіншісі магнит өрісінде орналасқан тоғы бар өткізгішке әсер етуші күшті бағалайды. Бірақ бірінші өрнектен магнит индукциясының шамасы әсер етуші күшке тура пропорционал, ток күші мен өткізгіш ұзындығының көбейтіндісіне кері пропорционал деген ұғым тумайды. Бұл жағдай Ньютонның 2 – заңына сәйкес, теңдігінен дененің массасының оған әсер етуші күшке оны анықтаушы физикалық шамалардың үшеуіне де тәуелді екендігі ешбір күмән туғызбаса керек. Осы түсініктерді электр өрісінің кернеулігі үшін де дамытуға болады. Бұл мәселені орындауды оқырман қауымның өзіне тапсырамыз. Енді бір текті электр өрісі мен біртекті магнит өрісінде орналасқан нүктелік зарядқа байланысты құбылыстар туралы түсініктерді өрбітіп көрейік. Бұл мәселелер 2 – кестеге жинақталған.

2 – кесте

Салыстыру көрсеткіштері	Біртекті электр өрісі.	Бір текті магнит өрісі.
Әсер етуші күштің шамасы:
Бағыты:	Электр өрісінің күш сызықтары бағыттас	Сол қол ережесі бойынша анықталады.
Ерекшелігі:	Күш зарядтың жылдамдығына тәуелсіз және зарядпен әсерлесу барысында жұмыс атқарады.	Лоренц күші зарядтың жылдамдығына тәуелді, бірақ жұмыс атқармайды.
Зарядталған бөлшектің бастапқы жылдамдығы:	Соған қарамастан зарядталған бөлшек үдемелі түрде қозғалады.	Зарядталған бөлшек тыныштық күйін сақтайды.
Бастапқы жылдамдық	Бастапқы жылдамдығы болып, бір қалыпты түзу сызықты үдемелі қозғалысқа қатысады:	Зарядталған бөлшек бастапқы жылдамдықтың бағытымен түзу сызықты қозғалысын сақтайды.
Бастапқы жылдамдық және ол өрістің бағытына перпендикуляр.	Бастапқы жылдамдығы ге тең, горизонталь лақтырылған дененің қозғалысын қайталайды.	Зарядталған бөлшек шеңбер бойымен бір қалыпты қозғалыста болады. Шеңбердің радиусы: Айналу периоды:
Бастапқы жылдамдық және өрістің бағытымен бұрышын құрайды.	Бастапқы жылдамдығы ге тең, көлбеу лақтырылған дененің қозғалысын қайталайды.	Радиусы R болатын спираль тәрізді қозғалысқа қатысады. ; Спираль аралығы:

Енді осы ұғымдарды пайдалануға арналған кейбір мысалдарға талдау жүргізейік.

1 – мысал. Электрондар шоғыры осінің оң бағытымен қозғалуда. Осы жағдайда А және В нүктелерінде орналасқан магнит стрелкасының оң полюсі (S)` қалай бағытталады?

Талдау: Электрондар Х осінің оң бағытымен қозғалса, токтың бағыты осьтің теріс бағытына сәйкес келеді (1-сурет). Ампер ережесі бойынша , А нүктесіндегі магнит өрісінің бағыты У осінің оң бағытын қайталайды. Мұндай жағдайда магнит стрелкасының S полюсі У осінің теріс бағыты бойынша орналасады. Сол секілді, В нүктесіндегі магнит өрісінің бағыты Z осьінің теріс бағытына сәйкес болады да , магнит стрелкасының В нүктесіндегі S – полюсінің бағыты Z осьінің бағытын қайталайды.

1 – сурет 2 – сурет

2 – мысал. Көлбеу бұрышы болатын жазықтықта массасы 0,1г, Кл шар орналасқан (2 – сурет). Көлбеу жазықтықты перпендикуляр тесіп өткен магнит ағынының индукциясы 4Тл. Осы шарды радиусы R=5см – лік шеңбер бойымен бір қалыпты қозғалысқа келтіру үшін қажет, оған әсер етуші электр өрісінің бағытын және шамасын, шардың айналу бағыты мен жылдамдығын анықтау қажет. Еркін түсу үдеуі . Үйкеліс коэффициенті ескерілмейді.

Талдау: Шарды шеңбер бойымен бір қалыпты қозғалысқа келтіру үшін , оның жазықтыққа түсіретін күші мен электр өрісі туғызатын күш тепе – теңдікте болуы шарт:

Бұдан электр өрісінің кернеулігі:

=0.25

Шеңбердің радиусы: , бұдан .

Шардың жылдамдығы:

Сол қол ережесіне сүйене отырып, шардың . яғни дөңгелек токтың бағытының сағат стрелкасының қозғалысына қарсы екендігі анықталады.

Электр және магнит өрістерінің қасиеттерін баяндау барысында оқушыларға электр энергиясын тасымалдауға арналған электр желілеріндегі процестерді түсіндіре кету де артықшылық жасамайды. Мысалы, фазалық желілер арасындағы кернеуі

болатын үш фазалы жүйеге байланысты туындайтын кейбір сұрақтарға назар аударайық. Тоғы бар электр желісініңайналасында электр өрісімен бірге магнит өрісі де пайда болады. Электр өрісі — желілік өткізгіштер арасында, магнит өрісі оны қоршай туындайды. Егер электр желісі кабель түрінде жерге көмілсе, оның электр желісі жойылып, магнит өрісі сақталады. 3 – кестеде жер бетінен жоғарғы биіктікте орналасқан 3 фазалы электр желісінің магнит индукциясының мәндері келтірілген.

3 – кесте

Электр желісінің центрінен санағанда әр түрлі аралықтағы магнит индукциясының орта мәні (Тл)
(кВ)	1(м)	15(м)	30(м)	61(м)	91(м)
110	2,97	0,65	0,17	0,04	0,02
120	5,75	1,95	0,71	0,18	0,08
500	8,67	2,94	1,20	0,32	0,14

Электр және магнит өрісінің денсаулыққа қаншалықты зиянды екенін білу де артықшылық жасамайды. Күшті электр өрісі тері және қан ауруларының бірден бір себепшісі. Өрістің тербеліс жиілігі жоғары болған сайын, оның организмге әсері де арта түседі. Халықаралық талаптарға сәйкес, В0,1мкТл мөлшеріндегі магнит индукциясы қауіпсіз деп есептеледі.

Соңғы кестеде келтірілген шамалардың осы шамадан әлде қайда жоғары екендігін байқау қиын емес. Ұялы телефонның тасымалдау тербеліс жиілігі . Бұл тербелістер адам организміне, әсіресе, ми үшін аса қауіпті толқындарға жатады.

3.2. Вакуумдағы магнит өрісін оқыту әдістемесі

Магнит өрісін оқу барысында оқушылар магнит өрісінің құйынды сипаты жөніндегі түсінік алады, магнит күштерінң магнит индукuиясының

векторының бойымен емес, оған перпендикуляр болатынын біледі.

Магнит өрісі электр зарядтарының белгіленген санақ жүйесіне байланысты козғалысынан туындайды. Бұл такырыпта электромагниттік кұбылыстардағы салыстырмалы жылдамдықтың ролін түсіндіреді және оқушыны Максвелдің электромагниттік өрісі жөніндегі теориясын игеруге

дайындайды.

Бұл жерде жақыннан әсер ету принципі жөніндегі оқушының ұғымын дамытады. Қозғалып бара жаткан зарядтар магнит өрісі аркылы өзара әсерлеседі. Бұл әсер вакуумдағы шекті жылдамдығы бар жарыкқа да қолданылады. Электромагниттік өріс материалдық болып есептеледі, ал

магнит өрісі оның кұрамына кіреді.

Магниттің касиеттері электродинамика заңдарының негіздеріне сүйене отырып түсіндіріледі. Электромагнитизм құбылысын тек магнит өрісінің күштік сипаттамасы — магнит индукuиясын В қолдана отырып түсіндіреді. Сондыктан магнит индукциясын тағы бір контурдың көмегімен өлшейді.

Электромагнитизмді микрофизикалық деңгейде оқу барысында атомдар мен электрондардың кейбір магниттік сипаттамаларының енгізілуі: атомның магниттік моменті, электронның орбиталдық және спиндік магниттік моменттері. Бұл ілімдер заттардың магниттік қасиеттерін және заттардағы магнит өрісін оқу барысында қолданылады.

3.3. Токтардың өзара әсері. Магнит өрісі

Электр және магнит күштерінің табиғаты әр түрлі заңдылықпен сипатталады. «Магнит күштері» деген термин алғашқы рет магниттердің әсерін түсіндіру үшін ендірілген.

Параллель токтардың әсерін зерттейтін тәжірибені қарастырайық. Ол үшін екі металл лентаны аламыз. Лентаның ұзындығы 1-1,5 м, ені 3,0 см. Екі лента параллель орналастырылып, ұштары бекітіледі. Бірінші жолы ленталарға электр тізбегі параллель қосылады (3,а сурет), ал екінші жолы тізбектеліп қосылады (3,б сурет).

3- сурет

Бұл жерде құбылыстың үш жағына көңіл аудару керек:

1) бір бағыттағы токтар бір-біріне тартылады;

2) қарама-қарсы бағыттағы токтар бірін-бірі тебеді;

3) токтардың өзара әсері өткізгіштің материалына және тек көзінің түріне (аккумлятор, тұракты ток машинасы термобатарея және т.б.) байланысты болмайды.

Тогы бар катушкалардың өзара әсерін зерттеуде де сол құбылысты байқаймыз. Токтардың өзара әсер күшін анықтау орта мектепте қарастырылмайды. Дегенмен, оны төртбұрышты рамада ток жүргенде түзу бөлігінің әсері арқылы көрсетуге болады.

Рама оншақты жіңішке изоляцияланған өткізгіштердің орамынан тұрады. Әр раманың тізбегіне амперметр және ток көзі қосылды. Өзара әсер күшінің шамасын иіні тең емес таразы арқылы анықтаймыз.

Тәжірибенің барысы кезеңдерінде төмендегідей қорытындыға келеміз:

— бір рамада ток күші өзгергенде байқалады;

— екінші рамада ток күші өзгергенде байқалады;

— өткізгіштің ұзындығын өзгерткен кезде екені анықталады;

— раманың әсер ететін жақтарының ара қашықтығын бірнеше есе

өзгертсек аламыз.

Осылайша, деген қорытындыға келеміз.

Сонымен, магнит күшін мына формуламен анықтауға болады:

Бұл жерде өткізгіштердің ара қашықтығы өткізгіштің диаметрінен

көптеген есе көп болуы керек, ал өткізгіштің ұзындығы оның арақашықтығынан бірнеше есе көп болуы тиіс.

Тогы бар шексіз ұзын өткізгіштің осындай тоғы бар өткізгіштің

ұзындығы бөлігіне әсер ететін магнит күшін қарастырайық (4 сурет).

Тогы бар әр түрлі өткізгіштерге әсер ететін Ғ және Ғ күштері тең және қарама — қарсы бағытталған. Бірақ бұл тек дербес жағдай.

Ток бөліктерінің өзара әсеріне Ньютонның үшінші заңы қолданылмайды: магнит күштерінің шамасы тең емес және қарама-қарсы бағытталмаған.

Магнит күші үшін формуласы вакуумдағы тоғы бар өткізгіштердің өзара әсеріне дұрыс болады.

4 — сурет

Коэффициент k = 1А, =R= 1 м болғанда

Ғ=2*10Н, ал k= 2*10 Н/А.

Токтардың өзара әсері магнит өрісі арқылы төмендегі схемамен беріледі:

Ток Магнит өрісі Ток J;

Ток Магнит өрісі Ток .

Тогы бар әрбір өткізгіш өзінің магнит өрісін туғызады, ал соңғы келесі тоғы бар өткізгішке әсер етеді.

Магнит әсері лезде берілмейді, а белгілі бір уақыт арасында вакуумдағы жарық жылдамдығына с=З*10 м/с тең жылдамдықпен беріледі.

3.4. Лоренц күші. қозғалыстағы зарядтардың өзара әсері

Еркін электрондар ағынына магнит өрісінің әсерін тәжірибе арқылы қарастырайық. Тәжірибе арқылы магнит өрісінің әсерінен электрондар ағынының ауытқитынын көруге болады.

Қозғалып бара жатқан бір электронға әсер ететін магнит күшін анықтап көрейік. Электрондар ағыны J тогын туғызады. Оған магнит өрісінен әсер ететін күш Ампер заңы бойынша аныкталады:

Онда ток күшінің электрондық теориясына сәйкес

Сондықтан

Бірақ кесіндісіндегі электрон ағымындағы электрондар

саны.

Сондықтан, бір электронға әсер ететін магнит күші

Бұл формула көлденең магнит өpісіндe қозғалатын кез-келген электр заряды (электрондар, протондар, иондар, атом ядролары және т.б.) үшін қолдануға болады.

Осы формуланы жағдайларында қарастырайық.

Электромагниттік өрісте қозғалатын электр зарядына әсер ететін

электрлік және магниттік күштердің векторлық қосындысы:

Күшін анықтайтын формуланы Голланд физигі Гендрик Антон Лоренц шығарған, сондықтан бұл күш Лоренц күші деп аталады.

Магнит күшінің бағыты сол қол ережесі арқылы анықталады. Магнит күшінің бағытын тағы да оң бұрғы ережесі арқылы анықтауға болады. Ал магнит күші жылдамдыққа перпендикуляр () болады. Егер материалдық нүктенің жылдамдығы әсер ететін күшке перпендикуляр болса, онда бұл нүкте шеңбер бойымен қозғалады. Сондықтан, осындай жағдайдағы электр заряды да шеңбер бойымен қозғалады. болғандықтан орын ауыстыру әсер ететін күшке перпендикуляр болады. Онда

магнит күшінің жұмысы нольге тең болады.

Қорыта келгенде, магнит күштері зарядтың траекториясын өзгертеді, бірақ жұмыс жасамайды.

Егер екі электр заряды бір-біріне параллель қозғалса, онда олардың

арасында электр () және магнит () күштері әсер етеді. Бірақ,

электр күші магнит күшінен есе көп. Бұл жерде с=8*10 м/с вакуумдағы

жарық жылдамдығы, заряд жылдамдығы. Оқушыға үй тапсырмасы ретінде төмендегі ойша тәжірибенің нәтижесін ойлануды және оны түсіндіріп беруді тапсыруға болады.

Бір оқушы үстінде оң зарядталған шар орналасқан столды түзу сызықпен және бірқалыпты қозғалтады. Екінші оқушы ол жерден біраз арақашықтықта стол қозғалысына перпендикуляр тұрады. Әр оқушы қандай өрісті байқайды? Егер столды қарама-қарсы бағытта қозғалтса тәжірибе нәтижелері өзгереді ме? Ал, бірінші тәжірибедегідей столға теріс зарядталған шар орналастырса нәтижелері өзгереді ме? Зарядтардың шамасы бірдей. Қай 2 тәжірибе эквивалент болады?

Тогы бар өткізгіш неге лабораториялық жағдайда өлшеуге болатын магнит өрісін туғызады? Себебі, өткізгіштегі электрондар ағынның төмен жылдамдығында өткізгіштің айналасында электр өрісін туғызады. Мысалы, А нүктесінде кернеулігі. Бірақ, А нүктесіндегі металл решеткасының оң иондары кернеулігі электр өрісін туғызады. Себебі, барлық оң иондар мен барлық электрондар қосындысы тең зарядтар туғызады, сонда . А нүктесіндегі электр күштері өзара теңеледі. Қозғалыстағы зарядтар тек магнит күшін туғызатыны анықталады. Осылар тәжірибе кезінде де байқалады.

Магнитке байланысты санақ жүйесінде зарядқамагнит күші әсер етеді, ал зарядқа байланысты, санақ жүйесінде зарядқа F = qЕ электр күші әсер етеді, не болмаса тыныштықтағы зарядқа тек электр күштері әсер етуі мүмкін. Бұл күштер бір-біріне тең болады.

qE = qvB болса

Е=иВ

Бұдан мынадай қорытынды жасалады: магнит өрісі өзгергенде электр өрісі пайда болады.

3.5 «Магниттік индукция» түсінігін енгізудің екі тәсілін талдау

Біраз оқулықтарда магнит индукциясы ұғымын магнит өрісінде өткізгіштің түзу бөлігіне әсер ететін Ампер күшінің I ток күшімен оның l ұзындығының көбейтіндісінің қатынасы арқылы енгізеді:

Магнит индукциясы векторының бағытын әдетте сол қол ережесімен анықтайды. Магнит өрісінің ұғымын мұндай тәсілмен енгізу кемшіліксіз емес. Біріншіден, өткізгіштің бойындағы магнит өрісі біртекті болуы керек, ал өрістің күйін сипаттамасы анықталғанға дейін өрістің біртектілігі жөнінде айту тиімсіз болады. Екіншіден, физикалық шаманы тиімді анықтау үшін оны өлшеудің әдісі де қосылуы керек. Жоғарыда көрсетілген анықтамадан біртекті өрістегі В магнит индукциясын тәжірибе арқылы өлшеу түсініксіз болып отыр. Шындығында, тұйық электр тізбегінің бөлігіне әсер ететін күшті өлшеу жай мәселе емес екендігі айқын. Үшіншіден, өткізгіштің белгілі бір ұзындығына әсер ететін күштің шамасы арқылы біртекті емес өрістің әр нүктесінде магнит индукциясын анықтау мүмкін емес.

Сондыктан, бұл ұғымды баска белгілі әдіспен кіргізген дұрыс болады. Эрстед және Ампер тәжірибелерінен тогы бар өткізгіштің айналасында магнит өрісінің пайда болуы деп қорытынды жасауға болады, оны магнит стрелкасына не болмаса тогы бар басқа өткізгішке әсерінен байқауға болады. Электростатикалық өріс сияқты магнит өрісін зерттеуді өте кішкентай сыналатын электр зарядын зерттеу арқылы жүзеге асыру ұсынылады. Магнит стрелкасы өте кішкентай болуы мүмкін, бірақ ол магнит өрісінің кеңістікте таралу жөнінде тек сапалы сипаттама алуға мүмкіндік береді. Өткізгіш бөлігінің шамасын өте кішкентай жасауға болады, бірақ электр тогы тек тұйық тізбекте болады.

Сондықтан, магнит өрісінің қасиеттерін зерттеу үшін шағын рамка ретіндегі өткізгішті қарастырамыз (5 сурет), ал рамкаға жалғанған электр сымдары бұралып қойылады.

5-сурет

Бұл электр сымдары арқылы қарама-қарсы бағытта бірдей токтар ағады, сондықтан магнит өрісінің тарапынан әсер ететін күштердің қосындысы нольге тең болады. Магнит өрісі тек тоғы бар рамкаға ғана әсер етеді, оның шамасын өте аз жасасақ, онда магнит өрісінің өзгеруін шағын рамкаға ескермеуге болады.

Бұл әдіспен магнит өрісінің қасиеттерін зерттеу барысында электростатикалық өрістен айырмашылығы бар ерекшеліктерін байқаймыз. Тогы бар шағын рамка магнит өрісінің әсерінен иентрінен өтетін ось арқылы айналады. Демек тогы бар рамкаға магнит өрісінің тарапынан рамканың магнит өрісінде орналасуына байланысты күш моменті әсер етеді: ол тепе-теңдік жағдайында нольге тең, ал тепе-теңдік жағдайынан 90°- қа бұрылғанда ол ең үлкен шамасына жетеді. Күш моменті сонымен бірге рамкадағы ток күшіне және рамканың ауданына байланысты болады. Күш моментінің М максимал мәнінің рамкаға әсер ететін күштің және S ауданына қатынасы тек магнит өрісінің қасиетіне байланысты, ол магнит индукциясының векторының модулі деп аталады:

Магнит индукциясының СИ системасындағы өлшем бірлігі — Тл.

Векторлық шамалар тек модулімен сипатталмайды, тағы ол кеңістіктегі бағытымен сипатталады. Магнит индукциясының векторы тепе-теңдік жағдайда рамка жазықтығына перпендикуляр болады және ток бағытымен оң винт ережесімен байланысты (6 сурет).

Егер винтті ток бағытымен айналдырса, онда оның қозғалысы магнит индукциясының векторының бағытымен дәл келеді.

Магнит индукuиясына осындай әдісті қолдана отырып қарастырылған әдістің кемшілігін жояды және агнит өрісінің қасиеттерінің электростатикалық өрістің қасиеттерінен айырмашылығын көрсетеміз. Ауданы өте аз рамканы қарастырғандықтан рамка шепнде өрістің біртексіздігін ескермеуге болады. Бұл әдісте осы шаманы анықтаудың практикалық жолы көрсетіледі: ол үшін рамкаға әсер ететін айналдырғыш моментті өлшеу қажет, ал күш моменті Кавендиш және Кулон тәжірибелеріне сәйкес анықталады.

Электростатикалық және магнит өрістерінің айырмашылықтарын өрісті зерттеуге арналған электростатикалық маятник арқылы көруге болады.

Электростатикалық маятник горизонталь жазықтықта теңестірілген диэлектрлі иінге ілінген жеңіл

шариктерден тұрады. Диэлектрлік иін вертикаль осі арқылы айналады. Кулон күшінің әсерімен шарик қозғала отырып иінді оратылған жіптің серпімді күші электростатикалық күшке теңескенге дейін айналдырады. Электростатикалық күштің шамасы шкала арқылы анықталады.

3.6. Магнит өрісі тақырыбын оқытуда сатылай кешенді талдау технологиясын қолдану

Сабақтың мақсаты: Магнит өрісінің пайда болуын дәлелдейтін тәжірибелерді электрлік және магниттік құбылыстардың өзара байланысын, магнит өрісінің негізгі заңдары мен оның электростатикалық өрістен айырмашылығын түсіндіру.

Дидактикалық міндеттері:

Білімділік аспектісі: Электростатикалық өрістің қасиеттерін қайталап, магнит өрісі ұғымы мен негізгі заңдарын ұғындыру

Дамыту аспектісі: Есте сақтау қабілетін, теориялық білімі мен физикалық тілін, теорияны практикада қолдана білу мен өз ойын қорыта айта алу біліктілігін дамыту және өз бетінше шығармашылық ізденіс жасауға бағыттау.

Тәрбиелік аспектісі: Білімгерлерді ұлы физиктердің Эрстед, Ампер тәжірибелері мен Био-Савар-Лаплас, Ампер заңдарымен таныстырып, олардың бойында Отанға деген сүйіспеншілікті, патриоттық көзқарасты оята отырып, белсенділікке ашық пікір айтуға тәрбиелеу.

Сабақтың түрі: Жаңа тақырыпты меңгерту сабағы

Сабақтың әдісі: Түсіндірмелі, иллюстративті

Сабақта пайдаланылған технология: Сатылай кешенді талдау

Көрнекіліктер мен техникалық құралдар: Компьютер, интерактивті тақта, электронды оқулық

Пәнаралық байланыс: Математикалық анализ, Аналитикалық геометр, Информатика, Философия, Психология, Педагогика.

Сабақтың кезеңдері және білімнің бағалануы:

1.“Ойлан !” кезеңі

“Жаңа тақырыпты түсіндіру” кезеңі
“Тұжырымда !” кезеңі

Электростатикалық өріс тақырыбын қайталау:

1.Нүктелік зарядтар. Кулон заңы туралы айтыңыз.
2. Электростатикалық өріс дегеніміз не?
3. Электростатикалық өрістің күштік сипаттамасы.

4.Кернеуліктің анықтамасын және формуласын айтыңыз.
5. Нүктелік заряд өрісінің формуласы.
6. Біртекті электр өрісі.
7. Кернеулік сызықтары туралы айтыңыз.

8.Электростатикалық өрістің энергетикалық қасиеттерін сипаттайтын шама
9. Потенциал. Нүктелік заряд өрісінің потенциалы.
10. Электростатикалық өрістің кернеулік векторы мен потенциалы арасындағы байланыс.
11. Эквипотенциал беттер.

Жаңа тақырыпты түсіндіру: Интерактивті тақтада магнит өрісіне қатысты видиороликтерді көрсету арқылы жүзеге асады.

Магниттік өзара әрекеттесу. Магнит өрісі.Магнит индукциясы векторы.

Электр зарядтарының өзара әрекеттесуі мен магнит полюстерінің өзара әрекеттесуінің сырттай ұқсастағы электор және магнит құбылыстарының арасындағы тығыз байланысқа сілтейтін секілді. Тоқ өтіп жатқан өткізгіштің маңындағы магнит тілшігінің ауытқуы бақыланған. Эрстед тәжірбиесі де осыны құттай түседі. Екінші жағынан Ампердің тәжірибелері де тоқ пен магнит тілшігінің арасындағы өзара әрекеттесуге ұқсас өзара әрекеттесудің тоқ жүріп жатқан екі өткізгіштіктің арасында да болатындығын көрсетеді: тоғы екі параллель өткізгіш егер ондағы тоқтар бағыттас болса,онда өзара тебіледі.Осы аталған барлық жағдайларда электр нейтрал денелер өзара әрекеттесетін болғандықтан өзара әрекеттесудің тегінің электростатикалықтан өзгеше екендігі анық. Ол магниттік деп аталады.

Эрстед пен Ампердің тәжірибелерінің нәтижелерін біртұтас етіп біріктіруге, яғни электр тоқтарының және тұрақты магниттердің өзара әрекеттесуі жалпы физикалық суреттемесін алуға Ампер гипотезасы мүмкіндік береді, ол бойынша тұрақты магниттің ішінде кеңістікте белгілілі ттәртіппен орналасқан өшпейтін молекулалық тоқтар болады:толық немесе жартылай реттелген.Жобалап тұрақты магниттегі молекулалық тоқтарды атомда орбиталар бойынша қозғалып жүрген теріс зарятталған электрондар тудырады деп айтуға болады.

Сонымен, магниттік өзара әрекеттесулердің барлық көріністері кеңістікте қозғалып жүрген электр зарядтарының өзара әрекеттесуінен туады екен.Электростатикалық өзара әрекеттесудің материалдық тасымалдаушы электростатикалық өріс болып табылатындай-ақ,магниттік өзара әркеттесудің тасымалдаушысы магнит өрісі болып табылады.

Магнит өрісі материалды,яғни ол кеңістікте қозғалыстағы зарядтардың төңіріндегі бақылаушының және өлшеуіш приборлардың бар-жоғына тәуелсіз өмір сүреді.

Кез-келген қозғалыстағы заряд немесе тоғы бар өткізгіш қоршаған ортада магнит өрісін тудырады.Магнит өрісі кеңістікте үздіксіз болады және қозғалыстағы басқа электр зарядтарына сәйкес түрде тұрақты магниттерге әсер ете алады.

Магнит өрісінің көздері және оның бар екендігін тіркейтін элементтер болып не тоғы барөткізгіштер,не тұрақты магниттер болып табылады.Магнит тілшіктерін пайдалану қарапайымырақ және көрнекі де, бірақ нақты есептерде әрқшанда әңгіме тоғы бар өткізгіштер жайлы болады.Сондықтан теориялық материалды қарастырған кезде біз өне бойы тоқтар мен магнит тілшіктері арасындағы ұқсастықты еске алып отырамыз.

Магнит өрісін график түрінде электростатикалық өріс тәрізді магнит өрісі индукция сызықтары деп аталатын сызықтармен өрнектейді.Бұлар тоғы бар өткізгішті қоршап тұрған кеңістіктегі ойша алынған сызықтар. Сызықтардың қоюлығы магнит өрісінің интенсивтігіне пропорционал болады. Магнит өрісі сызықтарының оң бағыты ретінде солтүстік (N) магнит полюсынан оңтүстік магнит полюсына (S) қарай бағыт,яғни өрістің осы нүктесіне қойылған магнит тілшігінің солтүстік ұшы көрсететін бағыт алынған.

Ескертпе: аттас магнит полюстері тебіледі, түрліше полюстер –тартылады.

Эрстед тәжірибелерінің басты қорытындысы: Электр зарядтарының қозғалыс бағытын (өткізгіштегі токтың бағытын) біле отырып, осы өткізгіштің маңында магнит тілшігінің қалай орналасатындығын, яғни магнит өрісінің сызықтарының қалай бағытталатындығын айтып беруге болады: магнит тілшігінің солтүстік ұшының бағытын бұрында ережесімен немесе оң қол ережесімен анықтауға болады.

Бұранда ережесі: Бұрынданы оның ілгерілмелі қозғалысының бағыты өткізгіштегі тоқ бағытымен бірдей түсетіндей етіп айналдырамыз. Сонда бұрынданың сабының айналу бағыты магнит өрісі индукциясының сызықтарының бағытын көрсетеді.

Тоғы бар өткізгіштің магнит өрісі индукциясы күш сызықтарының бағытын анықтау үшін бұранда ережесіне эквивалентті, бірақ көрнекілеу болатын басқа бір ережені де пайдалануға болады.

Оң қол ережесі: Оң қол жұдырығын тоғы бар өткізгіштің сыртынан (Ойша) түйіп жұдырыққа педпендикуляр орналасқан бас бармақ тоқтың бағытын көрсететіндей алсақ, онда магнит өрісі күш сызықтарының бағыты оң қолдың қалған саусақтарының бағытымен бірдей болады.

График түрінде тоғы бар өткізгіш үкіленген садақ оғы түрінде өрнектеледі: егер оқтың ұшын көретін болсақ, онда тоқ бақылаушыға қарай бағытталған: ал біз оның үкіленген жағын көретін болсақ,онда оқ бақылаушыдан әрі қарай бағытталған.

Дөңгелек тоқтың магнит өрісі

Тоқ сақина түрінде откізгішпен өтіп жатсын делік.Бұл өткізгіштің әрбір кішкене кесіндісі өз айналасында дөңгелек магнит өрісін тудырады.Өрістің бағыты оң қол ережесімен анықталады.Дөңгелек тоқтың барлық шексіз аз элементтерінің магнит өрістерін қосындылай отырып, тоғы бар орамның өзінің айналасында магнит өрісін тудыратындығына келеміз.Тұйықталған ток тұоақты магнитке эквивалентті екен, себебі олардың тудыратын өрістерінің кеңістіктік таралуы өзара ұқсас.

Тұйықталған токтың магнит өрісінің сақинаның центрі арқылы өтетін индукция сызықтары сақинаның жазықтығына перпендикуляр және жұдырық болып түйілген барлық саусақтар орамдағы ток бағытымен бағытталған кездегі ашылған бас бармақ бағытында болады. Бұл мысал тоқ пен магнит өрісі бағыттарының өзара алмасулылығымен және оң қол ережесінің жалпыламалығын көрсетеді.

егер бас бармақ тоқ болса, онда жұдырық болып түйілген қалған саусақтар өрістің бағытын көрсетеді.
егер бас бармақ өрістің бағытын көрсетсе, онда қалған саусақтар тоқ бойымен бағытталған.

Дәл осындай тоқтамды бұранда жайында да айтуға болады. Егер рамканы (немесе орамды) магнит өрісінде орналастырса, онда ол магнит тілшігі тәрізді магнит өрісі күш сызықтарына қатысты белгілі түрде орналаса бастайды. Егер тұрақты магнит (тілшік) пен тоғы бар орамның өрістері эквивалентті болса, онда орамның жазықтығы магнит тілшігінің бағытына перпендикуляр болады екен. Сонымен қатар, магнит тілшігі магнит күш сызықтары бағыты бойымен орналасатын болғандықтан, өз бетінше қалдырылған тоғы бар орам магнит өрісінде индукция сызықтарына перпендикуляр орналасатын болады деген тоқтам жасауға болады. Тоғы бар рамка магнит өрісінде орын ауыстырмай, тек қана бұрылатын болғандықтан магнит өрісінің сипаттамасы үшін магнит өрісінде осы тоғы бар рамкаға әсер ететін күшті емес (электростатикадағы тәрізді) айналдырушы күш моментін қарастырған жөн.

Тәжірибе деректеріне сүйенсек тоғы бар рамкаға магнит өрісі тарапынан әсер ететін күш моменті (М) мыналарға тәуелді болады екен:

рамканың S ауданына
рамкадағы І тоқ күшіне
рамканың өрістегі бағдарына (рамканың бір қалпында момент үлкен, басқа қалыптарында –аз)

1-анықтама: Магнит индукциясы дегеніміз сан мәні жағынан кеңістіктің берілген нүктесінде магнит өрісі тарапынан 1А тоқ өтіп жатқан ауданы бірге тең тоғы бар рамкаға әсер ететін максимал күш моментіне тең болатын векторлық физикалық шама:

Кеңістіктің берілген нүктесінде магнит индукциясы векторының бағыты, айтып кеткеніміздей, кеңістіктің осы нүктесінде орналасқан магнит тілшігінің солтүстік ұшының бағытымен анықталады, яғни солтүстік магниттік полюстен оңтүстік магниттік полюске қарай бағытталған. Егер өрісті қайсыбір тоқ тудырған болса, онда осы тоқтың магнит өрісінің индукция векторының бағытын бұранда немесе оң қол ережесі бойынша анықтауға болады.

Магнит өрісі индукциясы сызықтары

2- анықтама: Әрбір нүктесіндегі жанамасы магнит өрісі индукциясының векторының бағытымен бірдей түсетін кеңістіктегі сызық магнит индукциясы сызығы деп аталады.

Магнит индукциясыныңі СИ жүйесіндегі бірлігі (Тесла) 8.1-ден)

1Тесла дегеніміз магнит индукциясының бірлігі.

Магнит индукциясының бірлігі ретінде бірлік тоқ (1А) тоқ өтіп жатқан ауданы бірге тең (1м) контурға өрісі тарапынан бірлік күш моментіне тең (1Нм) болатын максимал күш моментімен әсер ететін магнит өрісінің индукциясы алынады.

Магнит өрістерінің суперпозиция принципі

Егер кеңістіктің қайсыбір нүктесінде түрліше көздер тудыратын магнит өрістері болса және осы өрістердің әрбіреуінің индукция векторлары белгілі болса, онда қорытқы өрістің индукция векторы өрістердің әрбіреуінің барлық векторларының векторлық қосындысына тең болады:

Яғни өрістер бір біріне тәуелсіз түрде әсер ете отырып, бақылану нүктесінде векторлық заңдар бойынша қосылады.

Магнит өрістерінің түрлері

Біртекті өріс: =const

3-анықтама: Егер кеңістіктің қандай да бір обылысында барлық нүктелерде магнит өрісінің индукция векторының мәні модулі бойынша бірдей және бағыты бойынша да бірдей болса, онда кеңістіктің осы облысындағы магнит өрісі біртекті деп аталады.

Практикада біртекті магнит өрісін соленоидтың-орамдары бойынша тоқ өтіп жатқан ұзын катушканың ішінде тудыруға болады. Әрине, шексіз ұзын соленоидтың орамдары бойынша өтіп жатқан тоқтың ғана біртекті тудыратыны анық. Бірақ та, егер соленойдтың ұзындығы оның диаметрінен және сонымен қатар орамдары аралығынан көп үлкен болатын болса, онда соленойдтың ортасындағы өрісті жеткілікті дәлдікпен біртекті деп санауға болады.

Соленоидтың ішіндегі біртекті магнит өрісінің индукциясының шамасы

Формуламен анықталады, мұндағы І-соленоид тізбегіндегі тоқ күші:

— соленоидтың бірлік ұзындығына келетін орамдар саны;

N- соленоидтың өне бойы ұзындығындағы орамдардың толық саны;

L-соленоидтың ұзындығы;

магниттік тұрақты.

Тоғы бар дөңгелек орамның центріндегі магнит өрісі индукциясы мына формуламен анықталады:

Мұндағы R- орамның радиусы; І- тізбектегі ток күші; -магниттік тұрақты ((8.4)-ті қара)

Шексіз ұзын түзу тоқтың тудыратын магнит өрісінің индукциясы

формуламен есептеледі, мұндағы І-өткізгіштегі тоқ күші, г-тоғы бар өткізгіштен өрістің индукциясы өлшенетін бақылау нүктесіне дейінгі қашықтық.

Магнит өрісіндегі зат

Біз Ампердің гипотезасы жайлы айтып кеткенбіз, ол бойынша: заттың магниттік қасиеттері зат ішінде жүріп жатқан өшпейтін молекулалық тоқтармен анықталады(атомдағы электрондардың ядроны айнала қозғалысы). Заттың диэлектрлік өтімділігі үлкенірек болған сайын әлсірей түсетін электростатикалық өріспен салыстырғанда заттың магниттік қасиеттері қайда байырақ болады.Түрліше орталарда магнит өрісі әлсірей де, күшейе де, ал кейбір заттарда магнит өрісінің күшеюі аса жоғары да (мыңдаған есе) болуы мүмкін.

Магнит өрісінің ортадағы өзгерісінің сандық мәні осы ортаның магниттік өтімділігі деп аталатын арнаулы шамамен сипатталады.

4-анықтама: Магнит өрісінің біртекті ортадағы индукциясының моддулы бойынша осы көздердің вакуумде тудыратын магнит өрісінің индукциясынан қаншалықты айырмашылығы бар екендігін көрсететін физикалық шама осы ортаның магниттік өтімділігі деп аталады :

жоғарыдағы формуладан екендігі шығады.

Магниттік өтімділігі бойынша барлық заттарды негізі үш топқа бөледі:

Ферромагнетиктер

Парамагнетиктер

Диамагнетиктер

µ>>1

магнит өрісінің

көп күшеюі

µ ≥ 1

магнит өрісі аздап қана өзгереді

µ ≤ 1

магнит өрісі аздап қана әлсірейді

Диа- және парамагнетиктердің магниттік өтімділіктерінің бірден сәл-пәл ғана айырмашылықтары бар:

=0.999824

Заттың магниттік қасиеттерін микроскопиялық тұрғыдан мектеп физикасы көлемінде түсіндіру өте қиын шаруа.Әсіресе диа және парамагнитизмнің пайда болу суреттемесін сапалық түрде қарастырудың өзі мектеп денгейінде мүмкін емес деуге болады.

Ферромагнитизм ішкі элементар тоқтары ерекше түрдегі өз ара әрекеттесулерінің арқасында толық немесе жартылай реттелген заттарда пайда болады.Осы кезде элементар тоқтардың әсерінен пайда болатын магнит өрістері бағыттас болып шығады да, өз ара қосыла отырып, бір-бірін күшейтеді.Сыртқы магнит өрісі жоқ кезде ферромагнетик макроскопиялық аумақтарға бөлінеді, олардың әр біреуінде жеке дара тоқтардың өрістері бағыттас болады; ал түрліше домендердегі өрістердің бағыттары хаосты түрде өзгеріп отырады, сондықтан макроскопиялық үлгіде домендердің өрістері бір-бірін өтемелейді.Үлгіге түсірілген сыртқы магнит өрісі домендерге әсер етіп, жеке домендердің өрістерін сыртқы бағытында бұрауға тырысады, сөйтіп оны күшейте түседі.Сыртқы өрістің индукциясы жеткілікті үлкен болған кезде барлық домендердің өрістері сыртқы өріс бойымен бағытталады-барлық домендердің өрістері бір бағытта болады да, магниттік қанығу пайда болады. Егер ерді сыртқы өрісті алып тастаса, онда домендердің басым көпшілігі өздерің бағытын сақтап қалады да, үлгі тұтастай алғанда магнит өрісін тудырады-ол тұрақты магнитке айналады.

Қорытынды

Бұл жұмыста электродинамика бөлімінің негізі болып табылатын «Электростатика» тарауының басқа тараудан өзгешеліктері және оны оқытудың ғылыми әдістемелік ерекшеліктері қарастырылады.

Электростатика тарауындағы электр өрісі тақырыбын оқу нәтижесінде оқушылар алғаш рет материяның екннші түрі болып табылатын «өріс» ұғымымен танысатындығы айтылды. Сонымен қатар, мұнда элементар бөлшектердің массадан кейінгі маңызды сипаттамасы электр зарядын, электродинамикадағы іргелі заңдардың бірі Кулон заңын суперпозиция принципін оқытудың ғылыми әдістемелік ерекшеліктері көрсетіледі.

Электростатикалық өзара әсерлесу заңы мен гравитациялық өзара әсерлесу заңының ұқсастықтары мен айырмашылықтары көрсететін анология ұсынылады.

Потенциал, потенциалдар айырмасы, кернеу ұғымдарын түсіндіру әдістемесі қарастылды.

Сонымен қатар бұл жұмыста магнит өрісі және оның сипаттамасы, Био-Савар-Лаплас заңы және оны магнит өрісін есептеуге қолдану, магнит өрісінің қозғалыстағы зарядқа тигізетін әсері, магнит индукциясы векторының циркуляциясы, толық ток заңы, Ампер заңы теориялық тұрғыдан қарастырылды.

Электр тогының магнит өрісі «Электродинамика» бөлімінің маңызды тарауларының бірі, яғни, мұнда жақыннан әсер ету принципі, электростатикалық және стационарлық өрістермен салыстырғанда магнит өрісінің ерекшеліктері: магнит өрісінің құйынды екендігін, индукция сызыктарының тұйықталғандығын, магнит өрісі күштерінің центрлік еместігін, магнит индукциясы түсінігін енгізудің әр түрлі тәсілдерін, параллель токтардың әсерлесу күштерінің табиғатын түсіндірудің ерекшеліктері қарастырылды.

Бұл жұмыста электр тогы, ток күші, электр қозғаушы күш, кернеу, тізбектің біртекті бөлігі, біртекті емес бөлігі, тұйық тізбек үшін Ом заңдары, Джоуль-Ленц, Кирхгоф заңдары, Ом және Джоуль-Ленц заңдарының дифференциалдық түрлері, тұрақты ток жұмысы мен қуаты жан-жақты қарастырылды.

Ток көзіне қосылған тізбекте пайда болған стационарлық электр өрісін оқушыларға түсіндіру үшін, электр өрісі кернеулік векторының өткізгіш бетіне перпендикуляр еместігін, яғни екі құраушыға өткізгіш бетіне нормаль E_n және өткізгіш бойымен бағытталған E_l-ге жіктелетіндігі айтылды. Сонымен қатар, өткізгіште стационарлық электр өрісі орныққанда тұрақты ток өтетіні, яғни зарядтар бірқалыпты қозғалатыны көрсетілді.

Тізбекте Э.Қ.К. болған жағдайда кернеуді әр түрлі жолмен түсіндіруге болатындығы, стационарлық электр өрісінің электростатикалық өрістен өзгешілігі көрсетілді. Оқушыларға Ом заңдарын қорытудың, Э.Қ.К. және кернеуді өлшеу мен түсіндірудің қарапайым түсінікті жолдары көрсетілді.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Под ред. С.Я.Шамаша. Методика преподования физики в средней школе. Москва, Просвещение, 1987.
Под ред. С.Е.Каменецкого, Л.А.Ивановой. Методика преподавания физики в средней школе. Москва, Просвещение 1987.
Орехов В.П., Корж Э.Д. Преподавание физики. Москва, Просвещение 1986.
Под.ред. А.А.Пинского, П.И.Самойленко. Методика преподавания физики в средних специальных учебных заведениях. М., Высшая школа, 1986.
Құдайқұлов М., Жаңабергенов Қ. Орта мектепте физиканы оқыту әдістемесі. Алматы, Рауан, 1998.
Қалығұлов А.Ж. Физиканы оқыту методикасы. Алматы, Рауан, 1992.
Жаңабергенов Қ. Электроника негіздері. Алматы, Мектеп, 1989.
Тобаяқов Ж. Электр және магнетизм. Алматы, Мектеп, 1988.
Буров В.А., Покровский А.А. және т.б. Орта мектептің 6-7 кластарында физикадан жасалатын демонстрациялық тәжірибелер. Алматы, Мектеп, 1979.
Аққошқаров Е. Физикалық ұғымдарды қалыптастыру және терминдерді меңгеру тәсілдері. Алматы, мектеп, 1986.
Жаңабергенов Қ. Электроника негіздері. Алматы, Мектеп, 1989.
12. Бұзаубақова К.Ж. Физика сабақтарында оқытудың инновациялық технологиялары. Алматы, 2005.
13. Қойшыбаев Н. Физикадан ұлттық бірыңғай теске арналған әдістемелік құрал. Алматы: Зият Пресс, 2006 .
14. Қойшыбаев Н. Электр және магнетизм. Алматы: Зият Пресс, 2006 .
15. Бұзаубақова К.Ж. Физика в калейдоскопах. Алматы, Жазушы 2006.
16. Федотов И.П., Кулина И.Д. Изучение электромагнетизма в курсе физики средней школы. М: Просвещение 1978.
17. Шахмаев Н.Н., Каменецкий С.Е. Демонстрационные опыты по электродинамике. М: Просвещение, 1973.

Офис Wildberries в Москве подвергся вооружённому нападению

Россия ударила по Сумам. Город остался без…

Два студента из Индии найдены мертвыми в…

Русский мужчина обратился к Юлии Навальной и…

Путин обращался к шаманам за благословением на…

В Алматы автобус упал с моста

Трамп не пойдет на второй раунд дебатов…

США выделят Украине пакет помощи более чем…

Трамп готов решить украинский кризис до своей…

Эрдоган призвал мусульман объединиться против Израиля

Дипломдық жұмыс: Мектепте электродинамика бөлімін оқыту «электр өрісі» тақырыбына

І. ЭЛЕКТРОСТАТИКА БӨЛІМІН ОҚЫТУДЫҢ ӘДІСТЕМЕЛІК ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ

1.1. Электродинамика бөлімінің мазмұны

1.2. Электродинамиканы оқытудың кейбір педагогикалық принциптері

1.3. Электростатика бөліміндегі негізгі ұғымдар электр өрісінің кернеулігі мен потенциалды оқыту әдістемесі

1.4. Стационарлық электр өрісі. Потенциалдар айырмасы.

Электр қозғаушы күші

ІІ ТҰРАҚТЫ ТОК ЗАҢДАРЫН ОҚЫТУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ

2.1 Тұйық тізбек үшін Ом заңын оқыту әдістемесі

2.2. Кернеуді және электр қозғаушы күшін өлшеу

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

І. ЭЛЕКТРОСТАТИКА БӨЛІМІН ОҚЫТУДЫҢ ӘДІСТЕМЕЛІК ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ

1.1. Электродинамика бөлімінің мазмұны

1.2. Электродинамиканы оқытудың кейбір педагогикалық принциптері

1.3. Электростатика бөліміндегі негізгі ұғымдар электр өрісінің кернеулігі мен потенциалды оқыту әдістемесі

1.4. Стационарлық электр өрісі. Потенциалдар айырмасы.

Электр қозғаушы күші

ІІ ТҰРАҚТЫ ТОК ЗАҢДАРЫН ОҚЫТУ ЕРЕКШЕЛІКТЕРІ

2.1 Тұйық тізбек үшін Ом заңын оқыту әдістемесі

2.2. Кернеуді және электр қозғаушы күшін өлшеу

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Арестованы 11 подозреваемых по делу о секс-рабстве школьницы в Кызылорде

В Актобе 92-летняя мать-героиня из Актобе подала в суд на своих 9 детей

Народный штаб за АЭС встретился с нефтяниками Атырау

В Алматинской области кондуктор выпала из автобуса на полном ходу и погибла

В России готовят новые учебники казахского языка и литературы

О НАС

Мобильное приложение

Наши контакты