Дипломдық жұмыс: Факультатив сабақтарында «лазерлер» тақырыбымен тереңірек танысу

МАЗМҰНЫ

Кіріспе………………………………………………………………………………………………………..

Негізгі бөлім

1. Физикадан факультативтік сабақтарды өткізу әдістемесі

1.1. Физикадан факультативтік сабақтарды ұйымдастырудың мақсаты және негізгі  принциптері…………………………………………………………………

1.2. Факультативтік сабақтарды оқыту әдісі және факультативтік сабақтағы физикалық эксперименттің маңызы………………………………..

1.3. Факультативтік сабақтарда  есеп шығару негіздері және физикалық олимпиадалар…………………………………………………………………………………

1.4.Физиканы тереңдетіп оқытудағы өзекті мәселелер………………………..

1. Лазерлер тақырыбын оқыту әдістемесі

2.1.Лазерлер тақырын мектеп бағдарламасына сай оқыту әдістемесі…..

2.2. «Лазер сәулесінің қолданылуы» тақырыбын  тереңірек оқыту

 әдісі………………………………………………………………………………………………….

2.3. Лазерлік көрсеткіш  оқу физикалық экспериментінде…………………..

III. Факультатив сабақтарында «лазерлер» тақырыбымен тереңірек танысу

3.1. Индукциялық сәуле шығару……………………………………………………..

3.2. Лазердің жұмыс істеу принципі………………………………………………..

3.3. Лазер сәулесінің негізгі қасиеттері……………………………………………

3.3.1 Лазер сәулесінің монохроматтылығы. Оның қуаты………….

3.3.2 Алып импульс………………………………………………………………..

3.1.4 Лазерлердің кейбір түрлерінің сипаттамасы…………………….

1. Оптикалық кванттың генераторлардың практикалық қолданылуы

4.1. Лазер сәулелерінің өндірісте және техникада қолданылуы………….

4.2. Лазерлерді медицинада қолдану…………………………………………………

4.3. Лазерлік технология – ақпараттарды өңдеу және жазу құралы…….

4.4. Голография туралы түсінік…………………………………………………………

Қорытынды………………………………………………………………………………………………

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі………………………………………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

Факультатив сабақты оқытудың әдіс-тәсілдерін таңдағанда, факультатив курс мазмұнын, оқушылардың дайындық деңгейлерінің дамуын, олардың бұрынғы және бағдарлама бөліміне қызығушылығын ескеру қажет. Оқушылардың ойлау белсенділігіне қойылатын бірден-бір талап әдісі әртүрлі түрде оның (оянуына) өз бетімен жұмыс істеуін дамытып, байқаудан тұрады.

Физикалық сынып  факультатив жұмыстарына сабақты өткізудің әртүрлі әдіс-түрлерін лекция, тәжірибелік жұмыс, қосымша әдебиеттердегі тапсырманы талдау, оқушы баяндамасы, реферат жазу, экскурсияны қолдануға болады. Солардың кейбіреуін қарастырайық.

Материалдың жартысы лекция түрінде баяндалуы мүмкін, әсіресе оның жалпылау мен жинақтауда. Мұғалім мақсаты ұқсас материал ұйымдастыруда кейбір дәлелдерді тастап кетуге болатынын, берілгеннен тек ең бастысын келтірсе, бірақ мынадай түрде шешу жолы анық байқалатындай есептерді шешудің нақты әдістерін көрсету. Мұндай лекцияларды материал бойынша дағдыларын машықтандыру үлкен көңіл бөле өткізу пайдалы.

Лекцияның басқа түрі дағдыны жүйеге келтіру мақсатқа қызмет етпесе, онда оқушылардың жалпы дамуына, мысалы физиканың қолданбалы қызметін түсінуге қатысты қолданылады.

Мұнда есептердің жеке түрлерін шешу әдісі емес идеясы олар үшін негізгі қызметші немесе әдістің өзі, бірақ жинақтау түрі екенін бөлу маңызды. Осындай лекцияларды өмір мен өндіріс мысалы ретінде тарих үлкен орынға ие. Мысалы «Лазерлер және олардың өмірде қолданылуы» тақырыбын келтіруге болады. Лекция өткізер алдында оқушылармен әңгіме барысындағы туатын сұрақтарды талдап, есептердің қойылымы және басқалар жөнінде әңгімелесуге болады. Оқушыларды реферат жазуға  дайындау ең тиімді жұмыс. Мұндай тапсырмаларды орындау алдымен өз бетімен жұмыс істеу дағдыларын дамытуды, оқушылардың жеке дара қызығушылығын қанағаттандыруда бір уақыттағы жеке тапсырма құнды болуы керек. Дайындалған баяндаманы тыңдап, талдау жасауға ұмтылу керек. Бірнеше баланы баяндама дайындағанда олардың алдына оқыған материалдарын жұмылдыру керек. Олар баяндамашы ассистенті немесе оның оппоненті қызметін атқаруы керек.  Реферат үшін дерекнамалар жеңіл-оңай болатындай тақырып таңдау қажет. Материалдарды ойдағыдай игеру үшін есептерді таңдауда өте үлкен мән бар. Факультатив сабақта кіріспе есептер оқушылардың өз бетінше ізденіс жұмыстарын енгізу мақсатына жалғасады, осы уақытта мұғалім әдейі оқушыларды тығырыққа тіреп, қабілетін байқау үшін есеп беруі мүмкін.

Сондай-ақ проблемалық есептерді өз беттерінше шешу үшін, дағдыларын қалыптастыру мен бекіту үшін, зерттеу есептерін керекті жерде баяндауда бақылап қарастыру қажет. Қиындатылған есептерді бағдарлама бойынша жыл бойына бөлуге болады.

Оқытудың техникалық және көрнекі құралдарына тоқталсақ, ол оқытушылардың танымдылық қызметінің белсенділігін арттыруда, оқу материалдарын көрнекті көрсетуде, тағы басқа көптеген жағдайларға жағдай жасайды. Факультатив сабақ әуесқой оқушылар үшін қызықты болу қажет.  

          Я.И.Перельман: «…Таласым жоқ, ғылым шексіз қызық, -кімдер үшін? Оның есігінде тұрғандар үшін емес, кім оның тереңіне үңіліп оның әдістерін меңгерсе сол үшін. Дәріптеуші де өзінің пәнге деген қызығушылығы мен оқырмандардың көңілін көтеріп, көмектесуден өзін босату үміті болуы емес», — деп жазады. Жалпы қорытынды жасасақ, бүгінгі күнгі заман талабына сай ең тиімді ізгі іс деп бағалар едім. Себебі қалыпты оқудан гөрі ерікті оқыту оқушы дарынын ашуға көп жол ашады.

          Ал, бұл жалпылама қорытынды болса, негізгі пән, яғни физика сабақтарында факультатив сабақ өткізу аса қажетті.

 Факультатив сабақ —  оқушы мен оқытушы арасындағы байланысты тереңдетіп, ғылыми және практикалық жұмыстарды іске асыруға себін тигізеді. Физика сабақтарында шектеулі жоспарланған шекарадан шығып, халықтық педагогика негізінде тартымды да, тамаша дәріс беруде факультатив сабақтың маңызы зор.

Мәселен, халқымыздың ата мұрасы, салт-дәстүрлерінен бастау алған «Ғажайып қоржын», «Алтын сандық» ойындары таза физика пәнінің факультатив  сабағының төл табалдырығы іспеттес.

Факультатив сабақ оқушылардың ой өрісін, ойлау қабілетін дамытумен қатар сол пәнге деген қызығушылығын арттырып, өзі қалаған мамандығы бойынша білімін тереңдетуге мол мүмкіндік туғызады.

Физика пәні бойынша факультатив сабақтар ғылым мен техниканың соңғы заңдылықтарымен танысуға, физикалық теориялық, тәжірибелік және компьютерлік әдістерін терең игеруге арналады. Факультатив сабақтар оқушының физика ғылымына қызығушылығын, творчестволық қабілетін арттырады.

Факультатив сабақтардың мазмұны мектептің негізгі оқулықтарының мазмұнына сәйке келеді, түбірі бір мәселелер кеңінен, соңғы жаңалықтар тұрғысынан қарастырылады. Мысалы, электродинамика бөлімімен қатар шалаөткізгіштер, плазма түсініктері, ал оптика курсымен қатар лазер, голография түсініктері баяндалады.

Жалпы факультативпен қатар арнаулы (кәсіптік бағдарлау қажеттілігіне, педагогикалық коллективтің мамандану мүмкіндігіне байланысты) факультатив ұйымдастырылуы мүмкін. Көп жағдайда арнаулы факультатив олимпиадалық есептер шығаруға, информатика, электроника негіздерін үйретуге арналады.

Ерте замандардан-ақ адамзат баласы жарық сәулесінен өзіне сенімді, әрі қуатты көмекшіні көре білді. Өйткені, жарық сәулесі кез-келген қараңғылыққа еркін бұзып ене алады. Жарық сәулесінің қуаттылығына көптеген фантаст-жазушылар да неше түрлі романдарын арнады. Г.Уэллстің «Война миров» және А.Толстойдың «Гиперболоид инженера Гарина» атты романдары бүкіл әлемге әйгілі. Бірақ бұл романдарда жарық сәулесі әлемді құртуды, тыныштықты бұзуды мақсат еткен қайрымсыз пенделердің қолында болады. Ал қарапайым халық  болса еңбекқор –сәуле, көмекші –сәуле, жаратушы – сәуле туралы армандады. Олардың осы армандары орындалған сияқты. Ол арманның орындалуы – лазердің пайда болуы.

Лазерлер клиникаларда, заводтарда, құрылыс алаңдарында, ғылыми-зерттек лабораторияларында пайдалануда.

Лазерлердің пайда болуы ХХ ғасырдағы ғылым мен техниканың ең үлкен жетістіктерінің бірі болды. Алғашқы лазер 1960 жылы пайда болды, содан бері лазерлік техника өте жылдам даму үстінде. Аз уақыт ішінде ғылыми және техникалық мақсаттарға арналған лазерлік құрылғылар мен лазердің түрлері пайда болды. Лазерлік техниканың пайда болғанына 30 жылдан асты, бірақ лазерлер Халық шаруашылығының көптеген салаларында қолданылып жатыр, лазердің қолданылу аймағы үздіксіз ұлғаюда. Лазерлік сәуле құрастырушылардың, археологтардың, криминалистердің, картографтардың сенімді көмекшісіне айналып келеді.

Бұл жұмыста мектеп бағдарламасына сай оқытылатын лазерлер тақырыбын оқыту әдістемесі және оған бөлінген уақыттың аздығынан лазердің пайда болу тарихын, жұмыс істеу принципін, лазерлік сәуленің қасиеттерін, сонда-ақ лазердің техникада қолданылуын факультатив сабақтарда тереңірек оқыту әдістері қарастырылған.      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Физикадан факультативтік сабақтарды өткізу әдістемесі

1.1. Физикадан факультативтік сабақтарды ұйымдастырудың мақсаты және негізгі принциптері

 

          Адамзат баласының білім алудағы теңдігі,  халыққа білім беру жүйесінің бірлігі және  оқу орындарының барлық типтерінің сабақтастығы әрбір адамның оқудың төменгі сатысынан жоғарғы сатыға көшуіне толық мүмкіндік жасайды. Оқушылардың мүдделерімен қабілет-дарынын және мамандық бағдар-білімін дамыту мақсаты үшін, сонымен қатар жалпы білім беретін орта мектеп жұмысын жүзеге асыру мақсатында физика, математика, жаратылыстану және гуманитарлық ғылымдар жөніндегі білімді тереңдете түсу үшін мектептерде VII сыныптардан бастап, оқушылардың қалауы бойынша, факультативтік сабақтар енгізіледі. Факультативтік  сабақтар оқушылардың қалауы бойынша ұйымдастырылады.

          Оқушылардың  қалауымен өтетін факультативтік сабақтарды ұйымдастыру біріңғай мектеп принциптеріне тіпті де қайшы келмейді, қайта оның қазіргі дамуы кезінде мектеп алдында тұрған бірқатар маңызды міндеттерді ойдағыдай шешуіне жағдай жасайды. Бұл міндеттер арасында негізгі принциптің бірі  — оқуды жекелеп жүргізу принципінің табыспен жүзеге асырылып келе жатқанын атап өтуге болады. Жалпыға міндетті біріңғай талап негізінде факультативтер әрбір оқушыға, оның қабілетіне лайық ақыл-ой жұмысын беріп, оның мақсат-мүддесін толығырақ қанағаттандыра алады. Оқудың икемді формасы болып табылатын факультативтер мектеп бөлімінде ғылым мен техниканың қазіргі жетістіктерін толығырақ қамтуға, оқыту ісінде оқушылардың творчестволық тапсырманы орындауына көбірек көңіл бөлуіне, өздігінен білім қуалап дағдылануына мүмкіндік береді. Физика жөніндегі факультативтер орта мектепті бітірушілердің жоғары оқу орындарының физика және инженер мамандықтарына түсетін топтарын даярлаудың сапасын арттыруға себін тигізеді.  

Факультативтер болашақтағы мектептерде физикадан білім берудің мазмұнын эксперимент жүзінде тексеруге және ізденістерге жол ашады. 

Физика жөніндегі факультативте, физиканың негізгі сабақтары программасымен тығыз байланысты, программа бойынша жүйелі түрде сабақтар ұйымдастырылып отырады. Факультативтік курстарды оқып үйрену топтарына оқушылар өз қалауымен алынады. Физика жөніндегі факультативтік курстарды оқып үйренетін топтар бір сыныптың немесе бірнеше параллель сыныптардың оқушыларынан құралады. Алайда бір топтағы оқушылар саны 10-нан кем болмауға тиіс

Факультативтік оқу сабақ басталғанға дейін немесе ол біткеннен кейін арнаулы кесте бойынша өткізіледі. Егер қажет бола қалса, оқушылардың демалуы үшін, негізгі сабақтар мен факультатив арасында үзідіс жасауды күн ілгері ескерген жоқ.

Факультативтік сабақтарды ұйымдастыру ісі мен методикасы принциптерінің міндетті сабақты өткізу принциптерінен айырмашылығы оқушыларды еңбекке тәрбиелеу мен кәсіпке бейімдеу міндеттерін ойдағыдай орындау жолында бірсыпыра жаңа мүмкіндіктер ашады. Физика жөніндегі факультативтік сабақтарда эксперимент жасауға бейім оқушыларға демонстрацияны әзірлеу, дабораториялық жұмыстарды реттеу, қарапайым приборлар мен модельдерді жинау сияқты істерді тапсыруға болады. Ал теориялық сабақтарға құмар оқушыларға баяндама даярлау, семинарларда сөйлеу істерін жиі-жиі тапсырған жөн. Оқушыларды дәл осылай «экспериментаторлар» мен «теоретиктерге» ат үсті бөле салмай, факультативтік топтар сабағы басталғаннан укейін арады 3-4 апта өткен шамада мұғалім факультативке қатысушы әрбір оқушының ерекшелігін, ынта-ықыласы мен бейімділігін дәл анықтап, солардың әрқайсысының факультативтен не үміт күтіп жүргенін білуге тиіс. Оқушылардың ынта-ықыласы мен талап-тілегін анықтап алғаннан кейін мұғалім факультатив программасының  шеңберінен шықпай, бірнеше апта немесе бірнеше ай бойы үйде, кітапханады, физика кабинетінде немесе мектеп шеберханасында алаңсыз жұмыс істеуі үшін солардың әрқайсысына лайықтап жеке-жеке тапсырма жасап бере алады.

Ұзақ уақытқа арналған ағымдағы істер мен жеке тапсырмаларды орындау — өздігінен оқу, білім алу дағдысын дамытады, сөйтіп әрбір оқушыға, өзінің ынтасына сәйкес сабақты таңдап алып, оны өз көңілінің қалауына, мүмкіндігіне қарай орындап шығуына жағдай туғызады. Алайда факультативті тек қана оқушылардың қабілетін дамытуға басшылық ететін топқа айналдырып жіберуге болмайды. әрбір жеке тапсырма тек соны орындайтын оқушыға ғана пайдалы болып қалмай, факультативтің басқа қатысушыларына да пайдалы болуы тиіс. әзірленген әрбір баяндама мен реферат тыңдалып, талқылануы керек, факультативтің әрбір қатысушысы жасаған модельдер, приборлар мен лабораториялық қондырғылар міндетті түрде оның жолдастарына да қажетті және пайдалы болғаны дұрысы.  Факультативтік сабақтарда әдетте жасалатын баяндамаға немесе хабарламаға факультативке қатысушылардың көбіне шала таныс тақырып таңдап алынады. Бұл оқушылардың хабарламаға деген ынтасын арттырады. Ал осындай жұмыстың нәтижелі болуына көпшілік ықыласының аууы факультативке қатысушылардың белсенділігін арттыра түседі.

Әрбір оқушының ықыласы мен қабілетіне қарай, тапсырмаларды іріктеп беру олардың жемісті орындалуын қамтамасыз етеді. Соның нәтижесінде факультативтің әрбір қатысушысының өз күшіне деген сенімі артады, олардың әрқайсысы коллектив ішінде  бір немесе бірнеше мәселе жөнінен таңдаулы «маман» болып есептелінеді. Мәселен, практикумның лабораториялық жұмысын жасаған оқушы сол жұмыстың теориясы мен эксперимен өткізу ерекшеліктерін қалған оқушылардың бәрінен жақсы біледі. Практикум өткізерде мұғалім қалған оқушылардың бәрін одан консультация алуға жіберуіне де болады. Жолдастарына бір немесе бірнеше мәселе жөнінде консультант болу оқушы көңілін орнықтырып, оның сабаққа деген ынтасын күшейте түседі.

Физикадан факультативтік сабақтарын өткізген кезде көптеген мұғалімдер оқушыларды тек ғалым-физик мамандығын таңдап алуға бейімдейді. Бір мақсатты көздеген осындай нұсқаудан кейін әдетте теориялық сабақтарға, әсіресе аса қиын есептерді көбірек шығаруға баса назар аударылуы да, факультативтердің лабораториялық-практикалық жағына менсінбей қараушылық пайда болады.

Факультативтің нақты көмегі нәтижесінде мектеп оқушылардың ынтасы мен қабілетін дамытып, олардың кәсіпті таңдап  алуына ықпал жасай алатын болса, физика мұғалімінің алдында оқушылардың күні бұрын қалыптасқан ынта-ықыласын зерттеп, қанағаттандыру міндетінен маңыздырақ та қиынырақ тағы бір міндет – оқушылардың ынтасын қоғамдық өндіріс қажетіне сәйкес қалыптастыру міндеті тұрады.

Физикадан факультативтік сабақтардың мазмұнын бір мағыналы анықтай салудың мүмкін емес екені белгілі, өйткені физика курсында оқушылылрға қызғылықты болып көрінетін және теориялық, практикалық жағынан тереңдей оқып үйренуге тұратын мәселелер өте көп.

Арнаулы факультативтік курстар оқушыны ғылымның қазіргі даму деңгейіне жақындатуға мүмкіндік береді, бұл оқушылардың едәуір бөлігінің ғылымға деген құмарлығын күшейте түседі. Алайда факультативтерді өркендетудің бұл жолының өзіне тән кемшіліктері бар. Факультатив тақырыбын біраз сұраулар төңірегінде тарылтқан жағдайда, физиканың негізгі курсы мен факультативтік байланысы нашарлап қалады.

Факультатив мазмұнының негізгі курстан алшақтау кетуі, факультативке физикалық білімін тереңдетуге келген оқушылардың сол сабақтарға қатысуға деген ынтасын жоюға апарып соғуы да ғажап емес. Сол себепті де физикадан факультативтік курстардың мазмұнын анықтар кездегі басты принцинтерің бірі – физиканың негізгі курсы мен факультативтің тығыз байланыста болу принципі.

Факультативтік курстар мазмұнындағы физикалық принциптер мен заңдар. Факультативтік курс мазмұнын анықтаған кездегі міндет — әрі түсінікті, әрі  қазіргі заман оқу материалын іріктеп алу. Физиканың негізгі курсының қазіргі заманға сай болуы сияқты, факультативтің қазіргі заманға сай болуы да – ең әуелі физиканың іргелі принциптері мен заңдарына сүйенуден, мектеп курсының дәстүрлі мәселелерін осы заманға лайық түсіндіруден құралуға тиіс. Оқушының ой-санасындағы қазіргі заман физикасы түсінігін қалыптастыратын, дамыту ісіне физика курсына жаңа бөлімдерді енгізу емес физиканың еңбір жалпы идеялары мен принциптерін өрістете түсіндіру ісі ғана дәйекті жәрдем бере алады.

Физикадағы сақталу заңдарының ролін анықтап, олардың қолданудың шарты мен шегін дәл белгідеп беру оқушылардың диалектикалық-материалистік көзқарасын қалыптастыру ісінде маңызды роль атқарады. Симметрия принципі оқушылардың қатты денелердің құрылысы мен қасиеттері туралы, физикалық өрістер мен элементарлық бөлшектер туралы                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    білімін тереңдете түседі. Сәйкестік принципі физикалық заңдар мен ұғымдырдың қолданылу шегін белгілеп қана қоймайды, сонымен бірге сол шектердің көмескіленіп, ескі және жаңа теорияның заңдары мен ұғымдарының өзара тереңдей кірігіп кетуіне де жағдай жасайды.

 Физика факультативтік курсының мазмұнын іріктеп алудағы аса маңызды шарттардың бірі – оның политехникалық оқу міндеттерін шешуге қосатын үлесі. Физика факультативінде политехникаландыру принципін жүзеге асыру дегеніміз адамның іс-әрекетінің барлық саласында қолдануға кең мүмкіндік жасайтын ұғымдар мен заңдарды іріктеп алу, осынау ұғымдар мен заңдарды қоғамдық өндіріске қолдану жолдарымен, түрлерімен таныстыру, оқушыларды практика жүзінде негізгі физикалық приборлармен таныстырып, оларды сол приборлардың тетігін тауып, жұмыс істеуге машықтандыру. Политехникаландыру принципін факультативтік сабақтарды өткізу методтары мен ұйымдастыру ісіне биік талап қояды, ол оқушылардың білімге деген құштарлығын мейдінше арттырып, физикалық заңдардың практика жүзіндегі қимыл-әрекетін оқушының өздігінен ашуына жағдай жасау қажет. 

1.2. Факультативтік сабақтарды оқыту әдісі және факультативтік сабақтағы  эксперименттің маңызы

          Физиканы жоғары деңгейде оқыту факультативтік сабақтарда, физиканы теориялық және практикалық жағынан тереңдей оқитын кластарда жүзеге асырылады. Физиканы тереңдей оқытудың осынау екі формасының мақсаты біріңғай болғандықтан, оларды оқыту методикасының да ортақ жәйттері көп-ақ.

          Факультативтік сабақтар – мектепте білім берудің біріңғай жүйесінің күллі артықшылықтарын сақтап, оқушылардың жеке басының ынтасы мен қабілетін дамытуға жағдай жасайтын, дифференциалдық оқытудың бір формасы. Өзінің ұйымдастыру принципі бойынша ол міндетті және кластан тыс сабақтардың арасындағы аралық күй болып табылады. Факультативті кластан тыс жұмыстың әр түрлі формаларымен тоғыстыратын бір белгісі – осынау факультативтік курсты таңдап алу міндетті емес. Ал оның міндетті курсты оқыту сабақтарымен ұқсас бір белгісі – факультативтердің тақырыптары анықталатын бірыңғай ортақ программаның бар болуы.

 Факультативтік сабақтарды оқытудың әдіс тәсілдерін таңдағанда, факультативтік курс мазмұнын, оқушылардың дайындық деңгейлерінің дамуын, олардың бұрынғы және бағдарлама бөліміне қызығушылығын ескеру қажет. Оқушылардың ойлау белсенділігіне қойылатын бірден-бір негізгі  талап әдісі әртүрлі түрде оның өз бетімен жұмыс істеуін дамытып, байқаудан тұрады.

          Оқушыларды  реферат жазуға дайындау ең тиімді жұмыс. Мұндай тапсырмалапды орындау алдымен өз бетімен жұмыс істеу дағдыларын дамытуда, оқушылардың жеке дара қызығушылығын, қанағаттандыруда бір уақыттағы жеке тапсырмалары құнды болуы керек. Дайындалған баяндаманы таңдап, талдау жасауға ұмтылу керек. Факультативтік сабақтарды өткізу методикасы жөніндегі ұсыныстар көбінесе теріс формада айтылады: факультативтік сабақтар әдеттегі сабаққа ұқсамауға тиіс, үйірме сабақтарының белгілі формаларын көшірмеуге артта қалғандарға қосымша сабақ түріне айналмауға тиіс, жоғары оқу орындарына түсетіндерді даярлайтын репетиторлық сабақ ретінде пайдаланылмауға немесе жоғары мектеп типіндегі лекция курсына айналмауға тиіс.

          Бұл қағидалардың бәрі де даусыз, өйткені мектептегі оқу-тәрбие жұмысын ұйымдастырудың принципті жаңа формасы ретінде факультативтік сабақтар оқушылармен шұғылданудың бұрыннан белгілі, дағдылы формаларын қайталамауы керек.

Сонымен бірге факультативтік сабақтар құр бос орыннан, жоқтан туа салған нәрсе емес. Білімді тереңдету міндеттері, оқушылардың  ынтасы мен қабілетін дамыту, оларды бір кәсіпке бейімдеу міндеттері бұрын да, мектеп жұмысы практикасында факультативтік сабақты енгізгенге дейін де болған. Оларды шешу үшін осы уақытқа дейін    сабақ үстінде және оқушылармен кластан тыс жеке жұмыс істеудің әр алуан түрлерімен әдістері қолданылып келген және қолданылып та жатыр. Осынау міндеттерді шешу барысында мектептің қол жеткен тәжірибелерден факультативтік сабақтарды өткізу практикасында толығырақ пайдалануға болады.

          Факультативтің кейбір белгілері пәндік үйірмеге де ұқсап кетуі мүмкін. Үйірмедегі сияқты, факультативте де сабақтар оқушылардың ынта-ықыласы негізінде ұйымдастырылады. Осыған қарап, тіпті үйірме мен факультатив арасын ажыратудың керегі жоқ деген пікір айтылады. Бірақ көзделген мақсат қанша ортақ болғанымен (оқушылардың ынтасы мен қабілетін дамыту) факультативтің үйірмеден бір айырмашылығы – оқу онда белгілі бір программамен жүйелі түрде жүргізіледі, жұмыс формалары әр алуан болады. Факультатив мүмкін болғанша физика ғылымы туралы физиканы зерттеу методтары туралы, қазіргі заман техникасында физикалық білімді пайдаланудың мүмкін жолдары туралы толық түсінік беруге тиіс.

          Жоғары сыныптарда жаңа материалды факультативте баяндайды формасы жағынан мұғалім жоғары оқу орны лекциясына жақындата түсуіне болады, ал оқушылардан сабақ сұраудың орнына семинарлық сабақтар жүйесін пайдаланғаны жөн.

          Мысалы, сабақ  мұғалімнің  жарты сағаттық  немесе бір сағаттық лекциясымен басталып, сонан соң семинар немесе есеп шығарудан практикум формасында жалғастырып, жаппай лабораториялық жұмысты немесе эксперименттік тапсырманы орындауымен аяқталса да болады.  

Физикалық эксперимент.

Факультативтік курстар ғылыми фактілерді баяндап қана қоймайды, сонымен бірге сол фактілерді алудың методтарымен таныстырады. Олардың ішінен физикада эксперимент айрықша орын алады.

          Физика – эксперименттік ғылым. Бақылаулар мен тәжірибелер физикалық құбылыстардың табиғаты туралы білім көзі болып табылады.  Кез келген физикалық теорияны бағалайтын критерий – күрделі тәжірибе. Оқушылардың практикалық сабақтарда жасайтын бақылаулары, өлшеулері мен алынған нәтижелерді талдауы шын мәнінде физика ғылымының негізгі методтарын қайта жасау болып шығады.

          Факультативтік сабақтарда физикалық эксперимент ролін арттырудың тағы бір дәйекті дәлелі  — оқушылардың ынта-ықыласын анықтау үшін осынау факультатив көлемінде олардан алынатын анкеталар нәтижесі.

          Оқушылардың факультативтік сабақтағы белсенділігін арттыру мүддесі міндетті сабақтар өткізу ісінде демонстрациялық және лабораториялық эксперименттің практикада  әбден қалыптасқан ара қатынасын қайта қарауды талап етеді.

Топтағы оқушылар саны аз болып, факультативтік сабақтардағы физикалық экмпериментті өткізуге арналан уақытты көбейту  оқушылардың өздігінен жүргізетін физикалық эксперимент үлесін едәуір молайтуға жағдай жасайды. Приборлар мен құрал-жабдықтар жеткілікті болмағандықтан немесе қауіпсіздік техникасының талабына сәйкес оқушылар өздігінен орындай алмайтын тәжірибелерді демонстрациялық вариантта өткізу ұсынылады.

Факультативтегі демонстрациялық тәжірибелер, кейінірек теориялық тұрғыдан қаралатын проблемалар мақсатына немесе теорияның негізгі қорытындыларын тексеріп көретін бақылау эксперименті ролін атқаратын проблемалар мақсатына қызмететуге тиіс. Әуелі демонстрациялық үстелде жасалған тәжірибелердің көпшілігін кейін оқушылар, бұдан да дәлірек өлшеу приборларын қолдана отырып, өздігінен жүргізетін лабораториялық эксперименттерде қайталап орындайды.

Лабораториялық жұмыс формасындағы физикалық эксперимент факультативтік сабақтарда көптеген жағдайда демонстрациялық экспериментпен салыстырғанда пайдалырақ деп есептеледі. Экспериментті орындаған кезде оқушылардың жоғары белсенділігі мен тәуелсіздігі физикалық приборлармен жұмыс іскерлігінің және бақылаулар мен өлшеулер нәтижелерін өңдеу дағдыларының қалыптасыу, оқушылар өздерінің шапшаңдықтарына байланысты жеке жоспар бойынша бақылаулар жүргізу мүмкіндіктерінің болуы – оның даусыз артықшылығы.

Мұғалімге де, оқушыларға да әбден үйреншікті болып кеткен лабораториялық сабақтар өткізудің екі формасы бар, — жаппай лабораториялық жұмысты орындау және физикалық практикумды жүргізу.

Факультативтік сабақтарда лабораториялық жұмыстарды физикалық практикум түрінде өткізудің пайдасына бірқатар дәйекті дәлел келтіруге болады. Біріншіден, физикалық практикумның лабораториялық жұмыстарын орындау оқушылардың әрқайсысының ықыласы мен бейімін ескеріп, олардың творчестволық қабілетін дамытуға зор мүмкіндік туғызады. Практикумда күрделілігі мен сипатының деңгейі әр алуан жұмыстарды жасатуға болады. Олардың кейбіреуіне толық түсініктеме, енді біреулеріне қысқаша нұсқаулар беріп, ал үшіншілерін –орындау үшін қажетті құрал-жабдықтарды оқушы өздігінен таңдап алып, және экспериментті орындау схемасын жасауды талап ететін есеп түрінде тұжырымдауға, төртіншілерін конструкторлық тапсырмалар ретінде ұсынуға болады. Оқушылардың лабораториялық экспериментті өздігінен қойып және орындап дағдылануы үшін, олардың әрқайсысының жеке басының ерекшеліктерін ескере отырып, творчестволық қабілетін дамыту үшін физикалық практикумның кең жол ашатын, жаппай лабораториялық жұмыстарға қарағанда, факультативтік сабақтарда лабораториялық эксперимент өткізудің осы формасының аса маңызды бір артықшылығы болып табылады.

Физикалық практикумның екінші артықшылығы факультативтік топ оқушыларын жұмыс орнымен түгел қамтамасыз етуге мүмкіндік барлығы, сонда жаппай жұмыстарға қарағанда, бұған приборлар мен құрал-жабдықтар әлдеқайда аз пайдаланылады.

Оқушылардың пәнге деген ықыласын қуаттап, дамытып үшін физикалық практикумды ұйымдастырумен бірге жаппай лабораториялық жұмыстарды да өткізу қажет.

Жаппай лабораториялық жұмысты енгізу, сабақтарды өткізу формасын таңдап алар кезде мұғалімнің мүмкіндіктерін кәдімгідей молайта түседі. Ол оқушылардың өз бетімен жасайтын практикалық жұмысына бөлінген уақыт үлесін  көбейтуге жағдай жасайды, оқушылардың өздігінен жүргізетін физикалық эксперименттің оқылған теориялық материалмен байланысын қамтамасыз етеді, өйткені жаппай жұмыс та, әдетте оны орындау кезінде пайдаланатын теориялық материалдар оқып үйретілетін сабақ үстінде жасалады. Бірқатар жаппай лабораториялық жұмысты қою арқылы оқушыларға аса маңызды физикалық нәтижелер шығарып  алуға күрделі құрал-жабдықтарды қолдануға міндетті түрде қажет ете бермейтінін анық көрсетуге болады.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     

 

1.3. Факультативтік сабақтарда  есеп шығару негіздері

және физикалық олимпиадалар

          Факультативте есеп шығару сабағын өткізудің өзіндік қиындықтары болады. Қазіргі кезде қиындатылған есептер жинақтары жетіп жатыр, солардың ішінен кез келген тақырыпқа есептер таңдап алу қиын емес. Қиындатылған есептер шартынан әдетте жұмбақ шешу талап ететін кейбір элементтер кездессе де, есеп шығарудың негізгі мақсаты – фихикадан алған теориялық білімді практикада қолдана білуге машықтандыру. Аса көп, әр алуан физикалық есептердің ішінен, сол есептерді шығарған кезде оқушылар физиканың тиісті бөлімі есептерінің негізгі типтері жәйлі неғұрлым толығырақ түсінік алып, оларды оңтайлы тәсілмен шығаруды үйренетін түрлерін таңдап-талғап алу мұғалімнің негізгі міндеті болып табылады.

          Физика есептерін шығару жөніндегі сабақты өткізгенде бір факультативтік топ ішіндегі оқушылардың осы типтегі жұмысқа әзірлігі әр алуан болатынын ескеру қажет. Оқушылардың дара ерекшеліктерін есепке алудың жиі қолданылып жүрген варианты оқушылардың даярлығына байланысты, олардың әрбір тобына әр түрлі есептерді лайықтап алу болып табылады. Есептер шығару жөніндегі сабақты өткізудің көп жағдайда ұтымды саналатын формасында бір топтың оқушылары бірдей есептерді шығарады. Мұнда олардың бәрінің жағдайы бірдей болады, мұғалімнің оқушылар қабілетіне күн ілгері қойған бағасы жұмыс нәтижесіне әсер етпейді. Осы типтегі сабақтар факультативке қатысушылардың бәріне пайдлы болуы үшін, сұрыпталып алынған есептер оқушылардың бәріне бірдей болуы, ал күрделірек дәрежесі жағынан күшті оқушыларға лайықтап алынуы тиіс.оқушылардың ойлануына берілетін бірқатар уақыттан кейін, есепті шығарған немесе оны шығару жолын білетін бір оқушы тақтаға шақырылады.  Есептің мазмұны мен оны шығарудың мүмкін жолдарын коллектив болып талдау факультативтік топқа қатысушылардың физика есептерін өз бетімен шығаруға деген дағдысын жеделірек дамытуға жағдай жасайды.

          Физиканың факультативтік сабақтарында эксперименттік есептер шығаруға айрықша көңіл бөлген жөн.

«Эксперименттік есеп» терминімен түрлі сипаттағы тапсырмаларды белгілейді. Физикалық олимпиадаларды өткізу практикасында, әдетте, өздігінен физикалық эксперимент немесе шағын лабораториялық зерттеу ісін жүргізгенде ғана шешімі табылатын тапсырмаларды осы терминмен атайды. Эксперименттік есептердің бір бағалы жері  — ол оқушылардың алған білімін практикада қолдана білуін тексеруге жол ашады. Қалта фонары лампасының электрлік кедергісін эксперимент жүзінде анықтау сияқты әншейін қарапайым тапсырманы орындау кезінде оқушылардың бірқатар іскерліктері мен дағдылары тексеріледі: электр тізбегін құру, электр тізбегінде токтың күші мен кернеуін өлшеуге арналған приборларды қосу, приборлардың көрсетулерін жазып алу, ток пен кернеуді өлшейтін приборларды тізбекке бір мезгілде қосқандағы олардың өзара әсерін ескеру, өлшеулердің қателіктерін ескеру.

Екінші жағынан алғанда, тіпті оп-оңай эксперименттік тапсырманың өзі зерттеушілік қабілеті бар оқушыларды табуға жағдай жасайды. Мәселен, лампаның  кедергісін анықтаған кезде көптеген оқушылар кернеудің мәні мен ток күшін бір рет өлшеп қана қояды. Кейбір оқушылар ток күші мен кернеудің мәндерін өзгертеді, бірақ лампа кедергісін есептеу нәтижелеріндегі айырмашылықты көргеннен кейін, нәтижелердегі алшақтықты еш дәлелсіз приборлар қатесіне жатқызады да, орташа бір мәндерді тауып, нәтижелерді қолдан «жақсартуға» тырысады. Кейбір оқушылар  ғана ток күшін өзгерткен кезде лампаның электрлік кедергісінің мәндерінің өзгеретінін көргеннен кейін, осы эффектіні арнайы зерттеп, оны түсіндіру үшін өз болжамын айтады. Міне, осындай оқушылар  егер олар теорияны оқып үйрену үстінде тіпті онша көзге түспесе де, факультатив жетекшілерінің назарын айрықша аударуға тиіс.

Факультативтік сабақтармен тығыз байланысты физика жөніндегі сыныптан тыс жұмыстың бір түрі – физикалық олимпиадалар.

Олимпиаданың өзгеше бір белгісі – жарыс рухы жұмыстың осы түрінде ең күштідерді айқындау болып саналады. Мектептің ең таңдаулы физигі атану жолындағы күрес және аудандық, облыстық, республикалық олимпиадалар дәрежесіне көтеріліп, соларға қатысуға мүмкіндік алу көптеген оқушылар үшін мектепте физикамен шұғылдануға  негіз болады.

Дегенмен олимпиаданың басты мақсаты – аса қабілетті және даярлығы күшті екі-үш оқушыны табу емес, мектеп оқушыларының басым көпшілігінің физикаға деген ықыласын арттыру.

Факультативтік сабақтарда олимпиаданың әрбір келесі кезеңдерінде ұсынылатын есептерді шығару әдістерін талдауды практикаға айналдырып отырған да пайдалы.

 

1.4.Физиканы тереңдетіп оқытудағы өзекті мәселелер

Осы тақырып төңірегінде көп әңгіме айтуға болады . Мектепте  жеке пәндерден тереңдетіп оқыту оқушылар білімін жоғарлатуға көп септігін тигізеді.

Осы жекелеген пәндер бойынша жылпы білім беретін сыныптарға қарағанда терең білім беретін сыныптарда білім дәрежесі анағұрлым жоғары екендігі күнделікті сабақта дәлелдеуге болады.

Себебін сабақ беріп жүрген  сыныптарды салыстыра отырып дәлелдеуге болады.

Оларға тапсырма берілсе ой қорыту, тұжырым жасау арқылы жауап дайындау, оны орындау мүмкіншіліктер толық жетеді.

Сонымен қосы оқушыларға жеке пәнді оқыту ауыл мектептерінде өте қажет. Қала мектептерінде оқушылар мұндай тәсілді пайдаланып жеке пәндер бойынша білім алу енгізгелі 15 жылдай бұрын басталды деуге болады немесе лицей, колледждерде ондай тәсілдерге барып оқу жеке санаулы оқушылардың мүмкіншілігі жоқ.  Сондықтан көптеген тәжірибелерден қорытындылатынымыз тереңдетіп оқыту ең қажетті.

А.Байтұрсыновтың  айтқан мына сөздеріне назар аударсақ көп нәрсені ұғуға болады:

«Оқусыз халық қанша бай болса да біраз жылдардан кейін оның байлығы өнерлі, білімді халықтардың қолына көшпекші».  Осы сөзден басшылық басқа ұлттың қолында болады деген сөз.  Біздің келешегіміз болуы үшін қағаз бетіне жазылатын баға арқылы жазылған білім емес санада негізделген білім қажет сияқты. Мұны айтудағы себебім қалыпты жағдайдағы білім беруге бөлінген физика пәнінің сабақ саны осы пәннен толық мағлұмат бере алмайды.

Білім сапалы болуы үшін оқушының осы пәнді түсініп орындай алуға қабілеті жететін болуы қажет. Ол мектепте берілген жоспарлы сабақ тек сол пәннің атын ғана анықтайды. Әрбір пән мұғалімі өзінде жинақтаған білімді екінші адамның яғни шәкірт санасына жеткізе білу үшін жоспарлы сабақ саны (аз) қанағаттандыра алмайды. Пәнге қызыққан шәкірт өз бетінше оқып табысқа жететіні санаулы ғана болады.

Отанымыздың салауатты сауатты азаматын тәрбиелеу үшін, жеке пәндер бойынша тереңдетіп оқыту физика пәнінен, математика, химия т.б. өте қажет.

Ұлы адамдарымыздың бірі Жүсіп Баласағұни айтқан мына сөзді келтіруге болады.

«Парасат қайда болса, ұлық сонда

Білім қайда болса, биіктік сонда».

Осындай мысалдар келтіре отырып мектепте оқуға қабілеті жететін баланы жетелеу үшін, оның білімге деген құштарлығын арттыру үшін қажет деген тұжырым жасауға болады.

Оқу тәрбие ісі ағартушылық деп бекер айтпаған. Оқудың адам санасына тигізер ықпалы осындай. Сана деген бір шырақ зиялы тәлімге оның отын тұтаса, ізгілік игілікке, әдептілік әдемілікке, білімділікке ұласады.  Мұндай сөздерден айтайын дегенім білімді азамат ұлт тағдырын, ұрпақ тағдырын құрметтейтін азамат болады. Мектеп – мемлекетпен бұқараның арасындағы алтын көпір деп атап жүр. Бұлай аталу себебі мемлекет басқаратын, соны құратын азаматты тәрбиелеп жеткізетіндігін түсіндіреді. Ал ол зиялысы мұғалім. Сол мұғалім мәртебесін биік сақтау арқасында  келешектің сауатты азаматын тәрбиелеу осы мамандықты таңдаған ұстаздар міндеті деп білемін. Пәннің бала сезімін ояту сол пәнге деген қызығушылығын арттырады.

Мүмкіндігінше  бала қабілетін ашуға бағытталған жұмыс іс-әрекет қажет деп ойлаймын.

Үлкендер мида жеті шырақ болады деуші еді.

Кем дегенде үшеуі жанса – ақылдылық,

Бесеуі маздаса – ұлылық,

Жетеуі бірдей сәуле шашса – пайғамбарлық екен.

Шәкірттің миындағы шырақты мұғалім жаға білу керек, бәрін бірдей жағуға мүмкіндік болмаса да үш төртеуін жағу мүмкіндігіне ие болуы керек.

Мұғалім деген дарындылық сияқты ерекше қабілет. Осы қабілетті келешекке сауатты азамат тәрбиелей білуіміз қажет деп ойлаймын.

«Мұғалімділік кемелдене келе ағартушылық, ұстаздық дәрежеге жетеді», — дейді ұлағатты ағаларымыз. Ағартушы, ұстаз болу өзінен озған шәкірті болуы керек деп ойлаймын. Іргелі елдің ізгілі азаматын тәрбиелеу әрбір жеке пән мұғалімдерінің негізгі міндеті дей отырып, жеке пәндер соның ішінде физика пәнін тереңдетіп оқыту ең қажетті деп ойлаймын.  Теорияның терең болуы практикаға, яғни өмірге ең қажеттісі. Ұлы қаламгер Ғабит Мүсірепов « Оқушы жастардың ең сенімді ұстазы, сыр жасырмай ашық айтатын адамы — мұғалім» деген болатын. Оқушы жүрегінің кілтін тауып, миындағы шырақты жаға білсең нұр үстіне нұр жауар еді. Сонымен қоса мына сөздермен аяқтауға болады: «Білім ордасының тірегі мен жүрегі — мұғалім». Тереңдеген сыныптағы оқу сапасы 53-60 процент болуы физика пәнін тереңдетіп оқуы нәтижесі – Зертханалық жұмыстарды осы программа бойынша оқытылатын сынып өте жоғары дәрежеде орындай алады.  Бақылау жұмыстарды, тестік тапсырмаларды ешқандай кедергісіз орындай алады. Шығармашылық жұмыстарды еркін орындай алады. өз беінше оқуға берілетін тапсырманы толық өз дәрежесінде орындау мүмкіншілігі жеткілікті.

Формуланы қолдана білу, физикалық мағынасын ашу, өлшем бірліктерін талдау, физика заңдарының қолданылатын жерлерді анықтау, оның нәтижесін дәлелдеу. Осы дәрежеге физиканы тереңдетіп оқыту нәтижесінде келді. Сонымен осы сынып оқушыларында пәнді жақсы білу керек деген ойдың пайда болуы оларды біраз көтерді деп ойлаймын.  Сабақтан қалмауға, оқымай келуге болмайды деген ұғымның пайда болуы, көп оқушы санасын көтереді деген ой тұжырым жасаймыз. Келешекте ауыл мектептері үшін сағатты көбейту үшін емес білімді жоғарылату үшін ашылса пайдасы жоғары болады.

Жоғары оқу орнына тапсырылатын «Тест» жұмыстарындағы көп сұрақтар программада шектеулі теориядан тысқары сұрақтары кездеседі. Мұндай сұрақтар тек артық сабақтарда орындалады.

Мысалы механикалық тербелістер, беттік керілу күштері, сызықтың ұлғаюы, тепе-теңдік сақталу заңдары, линза, айналық шағылу заңдары т.б.

Программадан алынып тасталған осыны тереңдетілген программада бұлар енгізіледі. Олай болса оқушы «тестен» осы сұрақтарға бере алады деген сөз.

Міне осындай мысалдар арқылы тиімділігін дәлелдеуге болады. Тоқсан ауыз сөздің тобықтай түйіні тереңдетіп оқытудың қажет екендігі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Лазерлер тақырыбын оқыту әдістемесі

2.1.Лазерлер тақырын мектеп бағдарламасына сай оқыту әдістемесі.

 

          Академик Н.Г.Басов лазер деген не деген сұраққа былай жауап берді:

«Лазер – құрылғы, ол, мысалы, жылулық, химиялық, электр энергиясын электромагниттік өрістің энергиясына – лазер сәулесіне айналдырады. Осындай түрлену кезінде энергияның бір бөлігі жоғалатындығы сөзсіз, бірақ маңыздылығы сол – түрлену нәтижесінде алынған лазерлік энергияның сапасы жоғары болады. Лазерлік энергияның сапасы күшті шоғырланы жоғарылығымен және едәуір ара қашықтыққа жеткізу мүмкіндігімен анықталады. Лазер сәулесін диаметрі жарық толқынының ұзындығы шамасында болатын өте кішкентай саңылауға фокустап, тығыздығы осы күнгі ядролық жарылыс энергиясының тығыздығынан асып түсетін  энергия алуға болады. Лазерлік сәуле шығару көмегімен температураның, қысымның, магнит индукциясының ең жоғарғы мәндерін алу мүмкіндігі туды. Ақырында, лазер сәулесі керемет ауқымды ақпарат тасығыш болғандықтан, ол өзі ақпаратты жеткізу мен өндірудің ең жаңа принциптік құралы болып табылады».

          Лазер деген сөз мынадай ағылшын сөздерінің бірінші әріптерінен құралған «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation»  (индукцияланған сәуле шығарудың жәрдемімен жарықты күшейту).

Индукцияланған сәуле шығару. 1917 жылы Эйнштейн атомдардың индукцияланған (еріксіз) сәуле шығару мүмкіндігін айтқан болатын. Индукцияланған сәуле шығару дегеніміз – түскен сәуленің әсерінен қозған атомдардың сәуле шығаруы. Бұл сәуле шығарудың тамаша ерекшелігі бар: индукцияланған сәуле шығару кезінде пайда болатын жарық толқынының жиілігі, фазасы, поляризациясы атомға түсетін толқындыкімен дәлме-дәл болады.

Кванттық теорияның тілінде еріксіз сәуле шығару дегеніміз – жоғарғы энергетикалық күйдегі атомның төменгі күйге өтуі, бірақ бұл кәдімгі сәуле шығарудағы сияқты, өздігінен емес, сыртқы әсердің ықпалынан болады.

Лазерлер. 1940 жылдың өзінде -ақ    В.А.Фабрикант еріксіз сәуле шығарудың электромагниттік толқындарды күшейту үшін пайдалануға болатынын көрсеткен. 1954 жылы орыс ғалымдары Н.Г.Басов пен А.М.Прохоров және оларға тәуелсіз американ физигі Ч.Таунс толқын ұзындығы  см радиотолқынның генераторын жасау үшін индукцияланған сәуле шығаруды пайдаланды. Радиотолқындарды генерациялаудың және күшейтудің жаңа принциптері саласындағы істеген жұмыстары үшін 1959 жылы Н.Г.Басов пен А.М.Прохоровке Ление сыйлығы берілді. Ал 1963 жылы  Н.Г.Басов,  А.М.Прохоров және Ч.Таунс Нобель сыйлығына ие болды.

1960 жылы америкада алғашқы лазер – спектрдің көрінетін диапазонындағы электромагниттік толқындардың кванттық генераторы жасалды.

Лазерлік сәуле шығарудың қасиеттері. Лазерлік жарық көздерінің басқа жарық көздерімен салыстырғанда кейбір елеулі артықшылықтары бар:

1. Лазерлік ажырау бұрышы өте кішкене (10^-5 радианға жуық) жарық шоғын туғыза алады. Жерден Айға жіберілген осындай шоқ диаметрі 3 км болатын дақ берді.
2. Лазер жарығы аса монохроматты болады. Лазерлердің атомдары бір-біріне тәуелсіз сәуле шығаратын кәдімгі жарық көзінен айырмашылығы – оларда атомдар үйлесімді жарық шығарады. Сондықтан толқын фазасы ретсіз өзгерістерге ұшырамайды.
3. Лазерлер ең қуатты жарық көздері болып табылады. Уақыттың қысқа мерзімі ішінде (10^-13с уақыт аралығында) спектрдің жіңішке аралығындағы сәуле шығарудың қуаты 10¹⁷ Вт/см² –қа жетеді, ал Күннің сәуле шығаруы қуаты тек Вт/см² қана, сонымен бірге бұл барлық спектр бойынша қосынды.  см жіңішке аралыққа (лазердің спектрлік сызықтарының ені). Күннің бар болғаны тек 0,2  Вт/см²  қуаты ғана келеді. Лазер шығаратын электромагниттік толқындағы электр өрісінің кернеулігі атом ішіндегі өріс кернеулігінен артып келеді.

Лазердің әсер ету принципі. Әдеттегі жағдайларда атомдардың көпшілігі ең төменгі энергетикалық күйде болады. Сондықтан төменгі температуралардағы заттар сәуле шығармайды.

Электромагниттік толқын зат арқылы өткенде оның энергиясы жұтылады. Толқын энергиясының жұтылуының әсерінен атомдардың бір бөлігі қозады, яғни жоғарғы энергетикалық күйге өтеді. Бұл жағдайда жарық шоғынан 2 және 1 деңгейлердің арасындағы энергия айырымына тең

энергия шегеріледі. Қозбаған атом мен синусоиданың кескіндісі түрінде электромагниттк толқын 1, а-суретте сүлбемен көрсетілген. Электрон төменгі деңгейде тұр. 1,б-суретте энергияны жұтып, қозған атом кескінделген. Қозған атом соқтығысу кезінде өзінің энергиясының көрші атомдарға беруі немесе кез келген бағытта шығаруы мүмкін.

 

 

 

 

 

                                                1-сурет

 

 

 

 

                                                2- сурет

Енді біз белгілі бір тәсілмен ортаның атомдарының көптеген бөлігін қоздырдық делік. Сонда жиілігі

электромагниттік толқын зат арқылы өткенде, бұл толқын әлсіремейді, керісінше, индукцияланған сәуле шығарудың есебінен күшейтеді. Соның әсерінен атомдар жиілігі мен фазасы түскен толқындардыкіндей толқын шығарып, төменгі энергетикалық күйге үйлесімді түрде өтеді. 2,а –суретте қозған атом мен толқын көрсетілген, ал 2,б – суретте схема түрінде атом негізгі күйге өтіп, толқынның күшейгендігі көрсетілген.

Үш деңгейлік жүйе. Атодар қозған күйде ортаны алудың түрлуше әдістері бар. Рубин лазерінде бүл үшін арнаулы қуатты шам пайдаланылады. Атомдар жарықтың жұтылуы есебінен қозады.

 

 

 

 

 

 

 

 

          Бірақ лазер жұмыс істеу үшін энергияның екі деңгейі жеткіліксіз. Шамның жарығы қаншалық қуатты болғанымен, қозған атомдардың саны қозбаған атомдардың санынан артық болмайды. Жарық бір мезгілде атомдарды қоздыраты және жоғарғы деңгейден төменгі деңгейге индукцияланған өтуді туғызады.

Бұдан құтылу жолы энергетикалық үш деңгейді (деңгейлердің жалпы саны әрқашан да өте көп, әңгіме «жұмыс істеуші» жеңгейлер жөнінде ғана) пайдалану арқылы табылады. 3-суретте энергетикалық үш деңгей кескінделген. Сыртқы әсер жоқ кездегі жүйенің әртүрлі энергетикалық күйлерде (өмір сүрі мерзімі ) мүлдем түрліше болатындығы өте маңызды. 3-деңгейде жүйе өте аз, 10^-8 с шамалас қана, өмір сүреді, одан соң өздігінен жарық шығармайды, жүйе 2 – күйге өтеді. (Энергия бұл жағдайда кристаллдық торға беріледі). 2 – күйдегі өмір сүру мерзімі бұдан 100 000 есе көп, яғни 10^-3 с-қа жуық.  Сыртқы электромагниттік толқынның әсерінен 2 – күйден 1 – күйге өту сәуле шығарумен қарбалас жүреді, ол лазерлерде пайдаланылады. Қуатты шама жарық  еткеннен кейін жүйе 3 – күйге өтеді де, 10^-8 с –қа жуық уақыттан соң 2 – күйде болады, мұнда ол едәуір ұзақ «өмір сүреді». Сөйтіп қозған 2 – деңгейде, қозбаған 1 –деңгеймен салыстырғанда, «асыра қоңыстану» пайда болады.

Қажетті энергетикалық деңгейлер рубин (лағыл) кристалында бар. Рубин – хром атомдарының қоспасы бар (0,05 процентке жуық) алюминий тотығының Al₂O₃  ашық қызыл кристал. Дәл осы кристалдағы хром иондары деңгейінің қажетті қасиеттері бар.

Рубин лазерінің құрылысы. Рубин кристалынан жақтаулары жазық – параллель болып келген стержень дайындалады. Спираль тәрізді (4-сурет) газ разрядтық шама көк жасыл жарық береді. Сыйымдылығы бірнеше мыңдаған микрофарада  конденсаторлар батареясының қысқа мерзімді ток импульсі шаманың аса күшті жарқылын туғызады. Аз уақыттан соң 2 –энергетикалық деңгей «асыра қоныстанған» болып шығады.

 

 

 

 

 

 

 

4- сурет

 өздігінен өту нәтижесінде кез келген бағыттағы толқындар шығарыла бастайды. Кристалл өсімен бұрыш жасай бағытталатындары одан шығып кетеді де, кейінгі процестерде ешқандай роль атқармайды. Бірақ кристалл өсінің бағытымен жүретін толқындар оның жақтауынан бірнеше рет шағылады. Ол хромның қозған иондарының индукцияланған сәуле шығаруын туғызады да, тез күшейеді.

Рубин стерженьнің  бір жақтауын айналы, ал екіншісі жартылай мөлдір етіп жасайды. Ол арқылы қуатты қысқа мерзімді (ұзақтығы жүздеген микросекундқа жуық) қызыл жарықтың импульсі шығады, оның осы праграфтың басында айтылған тамаша қасиеттері бар. Барлық атомдар үйлесімді сәуле шығаратындақтан, толқын когеренттік және индукцияланған сәуле шығару кезінде жиналған барлық энергия өте аз уақытта бөлініп шығатындықтан, аса қуатты болады.

Лазерлердің басқа түрлері.    Біз танысқан рубин лазері импульстік тәртіпке жұмыс істейді. Сондай-ақ үздіксіз әсерлі лазерлер де бар.

Осы типтес газ лазерлерінде жұмыстық зат газ болып табылады.жұмыстық заттың атомдары электр разрядымен қоздырылады.

Үздіксіз әсер ететін жартылай өткізгішті лазерлер де қолданылады. Олар алғаш рет біздің елімізде жасалған. Бұларда сәуле шығару үшін энергия электр тогынан алынады.

Жүздеген киловаттық өте қуатты үздіксіз әсер ететін газодинамикалық лазерлер жасалған. Бұл лазерлерде «асыра қоңыстанушылық» — ұлғаю кезінде және бірнеше мыңдаған кельвинге қыздырылған асыра дыбыстық газ ағындарын адиабаттық салқындату арқылы жоғарғы энергетикалық деңгейлерде пайда болады.

Лазерлердің қолданылуы. Лазер сәулесін байланыс үшін, әсіресе жарықты жұтатын бұлттары жоқ ғарыш кеңістігінде қолданудың болашағы зор.

Лазер сәулесінің зор қуаты вакуумдағы материалдарды кептіру, пісіру, және т.б. үшін пайдаланады. Лазер сәулесінің жәрдемімен хирургиялық операция жасауға, мысалы, көз түбінен ажырап кеткен торды «дәнекерлеуге» лазер сәулелерінің когеренттігін пайдаланып, денелердің көлемдік кескіндерін алуға болады.

Лазерлер жарық  лакаторын жүзеге асыруға мүмкіндік береді, олардың жәрдемімен, нәрселерге дейінгі қашықтықтық бірнеше миллиметрге дейінгі дәлдікпен өлшенеді. Радиолакатор үшін мұндай дәлдік мүмкін емес.

Лазерлік сәулелер мен атомдарды немесе молекулаларды қоздыра отырып, кәдімгі жағдайларда жүзеге аспайтын химиялық реакцияларды жүргізуге болады.

Термоядролық реакцияны басқаруды жүзеге асыру үшін қуатты лазер сәулелерін пайдаланудың болашағы зор.

Қазіргі кезде лазерлердің қолданылатын жерлері әртүрлі және көп, оның бәрін айтып шығу бір сағат көлемінде қиынға түседі.

Лазерлерді жасау – іргелі ғылымның (кванттық теорияның) дамуы техника мен технологияның алуан түрлі салаларында зор прогресс жасайтындығының мысалы.

 

2.2. «Лазер сәулесінің қолданылуы» тақырыбын

 тереңірек оқыту әдісі

          11–сыныпта «Кванттық физика» бөлімінің атомдық физика тарауындағы тақырыптар күрделі және оқушылардың көзбен көріп, тәжірибе жасау мүмкіндігі жоқ болғандықтан бұл тарауды ұғыну оқушыларға көп қиындық келтіреді.  Сондықтан ғылыми теориялар мен ашылған заңдылықтар арқылы тақырыпты түсіндіре отырып, оқушылардың қызығушылығын дамытып, білімдерін тереңдету мақсаты мұғалімнен көп ізденісті талап етеді.

          Осы орайда 11 – сыныпта «кванттық физика» бөлімінің атомдық физика тарауындағы «Лазерлер. Лазер сәулесінің қолданылуы» тақырыбын өткенде «Бордың кванттық постулаттары», «Атомның жарық шығаруы және жұтуы» деген тақырыптарды алдын ала өтіп кеткендіктен жаңа сабақ өтер алдында осы тақырыптар көлемінде қайталау сұрақтары беріліп, еске түсіріліп алған білімдері бекітіледі.

Сабақтың тақырыбы:  Лазер сәулесі. Лазер сәулесінің қолданылуы.

Сабақтың мақсаты: лазердің анықтамасы, лазерлік сәуле шығару кезіндегі атомдардың қозған күйде энергия сапасының жоғарылығын, индукцияланған сәуле шығару туралы және лазер сәулесінің қасиеттерін, лазер сәулесін алудың басты шарттарын, қоланылуын түсіндіру.

Дамытушылық. Микродүние туралы түсініктерін дамыту, кванттық генераторлардың жұмыс принципімен таныса отырып, болашақ ғасырдағы

2030- жылдарда  кванттық физика қандай жетістікке жетеді? (Ой салу).

Тәрбиелік мақсаты: еңбекқорлыққа, батырлыққа, шапшаңдыққа тәрбиелей отырып білімін жинақтап жеткізуге баулу.

Көрнекілік: Плакаттар, диафильм «лазер сәулесі», дидактикалық материалдар, таблица, схемалар. 

Атомдардың бір энергетикалық күйден, екінші энергетикалық күйге өткен кездегі суреті көрсетіліп, оқушылардан: атомдар қандай энергетикалық күйде? Бұл күйлерде атомдарда қандай құбылыс болады? – деген сұрақ қойылады.

Осы «лазерлер» тақырыбын өткенде терең меңгерту мақсатында оқулықпен жұмыс жүргізе отырып, қосымша әдебиеттерді пайдалану, суреттерді дәптерлеріне салу, схема жасау, тақырыпқа сәйкес баяндама, реферат жасауды ұсынамын. Оқушылар оқулықпен жұмыс істей отырып, тақырып бойынша қысқаша конспектті жасап, тақырыптағы негізгі мәселені бөліп алуларына назар аударылады.

Сабақтың құрылымына қарай жаңа тақырыпты өткенде:

1. Лазер сәулесі деген не?
2. Лазер деген сөз қайдан шыққан?
3. Лазер сәулесә қашан ашылды?
4. Лазер сәулесі қандай сәуле шығаруға жатады?
5. Лазер сәулесін алуда қандай ғылымдар еңбек етті?
6. Лазер сәулесінің қандай қасиеттері бар?
7. Лазер сәулесін алу үшін қандай шарттар орындалуы тиіс?
8. Лазер сәулесі қайда қолданылады? – деген проблемалық сұрақтар қоя отырып түсіндіріледі.

Жарықтың энергиясын бір жерге жинақтауды арман ету ерте кезде басталғанын айтып, Архимед жайындағы аңыз айта кетілді. Аңыз: Сиракузи қаласын Римдіктер кемелерімен қоршап алған кезде айналарды пайдаланып күн сәулелерінің көмегімен кемелерді жағып жіберіпті. Осы ұсынысты айтқан Архимед екен. Сонымен бірге орыстың атақты жазушысы А.Толстой «Инженер Гариннің гиперболоиды» деген фантастикалық романында Гариннің тәжірибесінде сәуленің жуындығын іс тоқитын сымның жуандығына жеткізгенде қалың тақтайды тесіп өткендігін, осы сәулені кез келген нәрсеге үйге, завод, фабрикалардың мұнараларына түсіргенде талқандап кесіп, тесіп өте алатындығын сипаттап жазғандығы айтылады. Кейіннен ғылымда осы сәуле Лазер сәулесімен бірдей болғандығы дәлелденді. Лазер деген сөз өзі ағылшын тілінен алынған қысқартылған сөзден шыққан  қазақшаға аударғандағы мағынасы «индукцияланған сәуле шығарудың көмегімен жарықты күшейту» деп түсіндіріледі.

          Лазерлік сәуле шығарудың басты қасиеттеріне тоқтап, Лазер сәулесінің өте пайдалы қасиеттері монохроматтылығы, толық полярланғандық, когеренттілік және жоғары интенсивтілік осы аталған қасиеттері лазердің пайдалану ауқымын кеңейтетіндігі айтылады.

          Лазер сәулесімен жұмыс істеу үшін негізгі шарт орындалуы қажет. Біріншіден, оптикалық диапазонда сәуле шығаратын атомдар, молекулалар немесе иондар жиынтығы – «активті орта» болуы керек. Активті орта ретінде газдар, сұйықтар, қатты денелер қолданылатындағы айтылды.

          Екіншіден, активті орта инверсиялық қоныстану деп аталатын күйге келтірілуі керек. Лазерде инверсиялық қоныстануды толтыру деп аталатын қоздыру процесі екендігі түсіндіріледі.

          Үшіншіден, системада оптикалық оң, кері байланыс жасалуы керек.  Бұл айналардың жәрдемімен жүзеге асырылады. Бұны ашық резонатор деп атайды. Лазер сәулесін алудың жалпы схемасы сызылып көрсетіледі.

 

 

 

 

 

 

                                                                                                          5- сурет

          Рубин лазерінің құрылысымен таныстыра отырып, басқа да лазерлердің түрлеріне тоқталайық. Алдын ала жазылған плакаттан лазердің түрлері көрсетіледі.

Лазер түрлері	Активті орта	Толтыру тәсілдері
Қатты денелік	Диэлектрик кристалдар және шынылар	Оптикалық
Сұйықтық	Органикалық бояғыш заттар (метанол, толуол, бензол, ацетон)	Оптикалық
Газдық	Газ қоспалары (атом және молекулалардан тұратын)	Электр разряды жәрдемімен
Жартылай өткізгіштік Газодинамикалық	(р-n) әртүрлі екі жартылай өткізгіш. Аса жоғары қыздырылған газ ағыны	Электр тогы арқылы жылулық

 

          Лазердің қолданылуы туралы мынадай кесте жасап көрсетіледі.

Қандай салада?	Қолданылуы
Байланыс құралдары	Ғарыш кеңістігінде байланысты жүзеге асыру, хабар таратуда және беруде
Өндіріс пен технологияда	Аса таза металдарды алуға, металдарды пісіру,  кесу, вакуумдегі металдарды кептіру, күрделі формаларды кесу, өлшемдерін алуда
Химия өнеркәсібі	Лазерлік сәулелермен атомдарды немесе молекулаларды қыздыра отырып, күрделі химиялық реакцияларды жүзеге асыруда
Медицинада	Күрделі хирургиялық операция жасауда (жүрекке), кө түбінен ажырап кеткен торды дәнекерлеуде, тері ауруын емдеуге
Мәдени салада	Әуенді таспаларды жазуда, тирдегі спорттық мылтықтарда
Ғарышта	Ғарыш денелерінің, құралдарының жылдамдығын, траекториясын дәл табу, алыс қашықтықты анықтауда
Сейсмографияда	Атмосфераның мөлдірлігін, ауаның құрамын анықтауда

 

Соңынан «лазердің қолданылуы» туралы диафильм көрсетіп, сабақты бекітуге болады.

          Осы сабақта бекіту кезеңдерінде оқушылардың сабаққа белсенділігін және қызығушылығын арттыру мақсатында сыныпты үш топқа бөліп, үш топтың жетекшілерін белгілеп оларға «Квант», «Атом», «Лазер» деген аттар беріліп, тапсырмалар беріледі.

          Тапсырма:

1 – тапсырма: Теориялық сұрақтарға жауап беру.

2 – тапсырма: Есеп шығару.

3 – тапсырма: Жеке тестік бақылау.

 Үш топтың оқушылары тапсырма бойынша жауап беріп көп жауап берген оқушылардың еңбегі бағаланады. Жаңа тақырып бойынша бір-біріне сұрақтар қою арқылы білімдерін толықтырып бекітеді.     

 

 

2.3. Лазерлік көрсеткіш  оқу физикалық экспериментінде

Соңғы кезде лазерлік диодтар негізінде жасалған жазықтықта әртүрлі геометриялық фигуралар кескін беретін қондырмаларымен пайдаланылатын лазерлік көрсеткіштер (мұнан әрі ЛК-тер) кең тарады. Берілген ЛК-тер шағын, бағасы арзан және көрсеткіш есебінде пайдалануға ыңғайлы. ЛК-терді комплектімен шығарады. Өлшемі 110х70х17 мм³ түссіз жәшіктердегі комплектіде көрсеткіш лазер, 4 қондырма, 3 гальвани элементі орналастырылған. ЛК (6-сурет) цилиндр пішінді (цилиндрдің диаметрі 14 мм, ұзындығы 56 мм). Цилиндрдің артқы жағынан гальвани элементтері батареясын сығымдайтын бұранда тығыны  1 бар, алдыңғы жағынан ауыспалы қондырмалар 2 бұралады.

 

 

 

 

 

                   6 -cурет

ЛК –тің сәулесі монохроматтылығымен, когеренттілігімен және бағытталғандығымен сипатталады. Сәуле шығару қуаты 5 мВт, толқын ұзындығы 633 нм, 650 нм, 670 нм, 680 нм. Осындай қуатты аз аспаптың жазық бетте «нүкте қою» ғажайып қабілеттілігі лазерлік сәуленің өте аз шашырағыштығымен байланысты. Шашырау бұрышы  теориялық бастапқы шоқтың  — диаметрімен және  толқын ұзындығымен анықталады:

қызыл түсті (600-700 нм) ЛК үшін келесі формуланы қолдануға болады.

 (миллирадиан) (миллиметр).

          Бұл формула адам көзінің теориялық бұрыштық айыру қабілеттігін анықтайды. Лазер шоғының диаметрі және көз қарашығының диаметрі бар болғаны бірнеше миллиметрді құрайды және шамамен тең болғандықтан шоқтың шашырау бұрышы жобамен көздің айыру бұрышына тең.

          Лазер сәулесі шағылып, көрінетін затқа дейінгі шектік қашықтық

 ,

мұндағы  — лазердің сәуле шығару қуаты, — көз қарашығының ауданы (түнде көз қарашығының диаметрі мм, ауданы см²), — адам көзі сезетін қуаттың ең төменгі табалдырығы (шамамен 10^-13 Вт). Адам көзінің сезімталдығы жарықтың толқын ұзындығына байланысты. Толқын ұзындығы 670 – 680 нм ЛК сәулесінен толқын ұзындығы 650 нм ЛК сәулесі 5-10 есе жарығырақ, ал толқын ұзындығы 633 нм ЛК сәулесі 2 есе жарығырақ сияқты. Толқын ұзындығы 550 нм жасыл жарыққа адам көзі ең үлкен сезімтал. Толқын ұзындығы 532 нм ЛК сәулесі толқын ұзындығы 650 нм ЛК сәулесінен 8 есе жарығырақ. Адам көзінің сезімталдығының жарықтың толқын ұзындығына тәуелділігін және шағылдырушы беттің қасиеттерін ескерсек шағылған сәуле көрінетін қашықтықты бағалау үшін келесі формуланы пайдалануға болады.

мұндағы  — лазер сәулесі шағылатын зат бетінің ауданы,   — сәуленің ЛК-тен шығу денелік бұрышы:  ,  деп алу керек,  — шағылған шоқтың шоғырлануын сипаттайтын қосымша ендірілген көбейткіш. Арнайы бояу жағылған беттен (әдетте жол белгілері, жолды жөндейтін жұмысшылардың киімдері, өрт сөндіруші машиналар сары түспен боялады) шағылған сәуленің жарқырауы шашыратқыш беттен шағылған сәуленің жарқырауынан   есе көп. Арнайы боялған бет жарық қайдан келсе, жарықты сол бағытта шашыратады, бұл бағыттар арасындағы бұрыш 3⁰— тен аспайды. Бұл жағдайда , жол белгісінің бетінің ауданы 0,2 м². Сонда алатынымыз км.

          ЛК-пен геометриялық және толқындық оптиканың келесі құбылыстары мен заңдары демонстрациялау тиімді: Жарықтың шағылу және сыну заңдары толық ішкі шағылу құбылысы, жарықтың жазық параллель  пластина, призма, жарық құбыры және линзалар арқылы өтуі, Френель бипризмасындағы жарық интерференциясы, параллель саңылаудағы, қыл сымдағы және дифракциялық тордағы жарық дифракциясы, жарықтың шашырауы, жұтылуы, сүзгіштен өтуі, Малюс заңы және т.б.

          Әдеттегі жарықтандырғыштарды пайдаланғанда  байқала бермейтін қайсыбір оптикалық құбылыстарды демонстрациялау әдістемесін берейік.

          Ауа мен мөлдір диэлектрик (шыны) шекарасында шағылған және сынған сәулелердің қарқындылығының 7-суреттегі графиктерге сәйкес түсу бұрышының артуымен өзгеретіндігі теориялық тұрғыда белгілі (4). Түсу бұрышының өсуімен шағылу коэффициенті  сәл артып, сонан соң сәл кеміп,  — толық үйектелу (Брюстер) бұрышынан бастап пәрменді өскендігін графиктен көреміз. Жарықтың өту коэффициенті  жоғарыда айтылғанға керісінше өзгереді. Қарастырылған құбылысты келесі экспериментпен демонстрациялау ыңғайлы. Оптикалық табақшаның центріне мөлдір жарты цилиндрді орналастырады, оның жазық жылтыр қимасын жоғары қаратады және горизонталь диаметрімен, ал цилиндрдің центрін оптикалық табақшаның центрімен сәйкестендіреді. (Бұл үш жарты цилиндрдің күңгірт бетінде жазық қимасына перпендикуляр және цилиндрдің центрі арқылы өтетін сызық бар, оның оптикалық табақшаның вертикаль диаметрімен сәйкестендіреді).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7-сурет.

          Бетке перпендикуляр центрге түскен сәуле жарты цилиндр арқылы өзінің бағытын өзгертпей өтетіндігін көруге болады. Түскен сәулені перпендикулярдан ауытқытқанда сынған сәулемен бір уақытта жарты цилиндрдің жазық бетінен шағылған сәулені байқаймыз. Сынған сәуле цилиндр ішінде радиус бойынша жүреді және бағытын өзгертпей шығады. Үлкен емес түсу бұрыштарында шағылған және сынған сәулелердің қарқындылығы айтарлықтай өзгермейді. Шамамен 57⁰ –тан бастап шағылған сәуленің жарқырауының артуы, сынған сәуленің жарқырауының кемуі анық байқалады.

          Жарықтандырғыштың шамының орнына ЛК-ті оправасына тұрақтысы 1/100-тең дифракциялық торды орналастырып, лазерді қосқаннан соң экранда ортаңғысы енділеу, оның оң және сол жақтарында симметриялы орналасқан жіңішкерірек төрт –төрттен қызыл жолақтарды бірден көруге болады.  Бұл бас максимумдардың орны  шартынан анықталады.  шартымен анықталатын минимумдардан басқа көрші бас максимумдар аралығында әдеттегі жарықтандырғышты пайдаланғанда көрінбейтін орындары

шартынан табылатын қосымша минимумдар болады. Мұндағы  басқа бүтін санды мәндерді қабылдайды. Бұл минумумдар жекелеген саңылаулардан тербелістер бірін-бірі өшіретін бағыттарда пайда болады. Қосымша минимумдар аралығында әлсіз екінші максимумдар орналасады. Көрші бас максимумдар аралығына келетін мұндай максимумдар саны  тең. Екінші максимумдардың қарқындылығы жақын бас максимумның қарындылығының 1/20 – нен аспайды. Мұны экраннан жай көзбен көруге болады. 8-суретте саңылаулар саны  және дифракциялық тор тұрақтысының саңылау еніне қатынасы  үшін дифракцияланған жарық қарқындылығының кеңістік бойынша бөліну графигі көрсетілген. Бас максимумдардың төбелері арқылы өтетін үздікті қисық  көбейтілген бір саңылаудан дифракцияланған жарық қарқындылығын кескіндейді. Алынған  қатынасында 3 –шы, 6-шы және т.б. –шы ретті бас максимумдар бір саңылаудан қарқындылықтың минимумына сәйкес келеді, нәтижесінде бұл максимумдар жоғалады. Жалпы  немесе  теңдігі орындалса -ші ретті бас максимум бір саңылаудан -шы реттік максимумға сәйкес келеді. Бұл  екі бүтін  және  сандарының қатынасына тең

8 –сурет.

 

болғанда мүмкін. Сонда  -ші ретті бас максимум бір саңылаудан 6-ші минимуммен қабаттасады, 2-ретті максимум – 2 -ші минимумге және т.т., нәтижесінде , 2, 3 және т.б. –ші ретті максимумдар болмайды.

          Лабораториялық жұмыстарды қою кезінде лазер сәулесімен жұмыстың қауіпсіздік техникасы талаптарын сақтау қажет. Бұл ережелерді елемеу оқушылар денсаулығына қолайсыз әсер жасауы мүмкін. Лазерге алдынан қарауға болмайды. Айтқанымыз дәлелді болуы үшін келесі есептеу нәтижелерін келтірейік. Адам көзі торына түсетін лазер сәулесінің қарқындылығы дәл шоғырланған жағдайда кВт/мм², шоғырланбаған, шайылған дақ жағдайында Вт/мм².

 

 

 

III. Факультатив сабақтарында «лазерлер» тақырыбымен

тереңірек танысу

• 1. Индукциялық сәуле шығару

Жиырмасыншы ғасырдың екінші жартысындағы физиканың ең үлкен жетістектерінің бірі – оптикалық кванттық генераторлардың немесе лазерлердің тамаша құрылғыларын жасап шығару болды. Бұл жаңалық оптикалық физика саласында үлкен төңкеріс болды.

Лазердің ашылуына индукциялық сәуле шығару құбылысы негіз болады. Бұл құбылысты 1917 жылы Эйнштейн болжаған еді. Оның ойы бойынша қарапайым сәуле шығару мен резонанстық жұтылумен қатар үшінші процесс – еріксіз (индукциялық ) сәуле шығару болу керек. Резонанстық жиілік жарығы, яғни атомдардың жұта алатын жарығы жоғарғы энергетикалық деңгейлерге өткенде, сол денелердегі атомдардың (егер сол ортада болса) жарқырауын тудырады. Бұл сәуле шығарудың сипаттамалық ерекшелігі мынада: шығарылған жарық жұтылған жарықтан аумайды, яғни жиіліктері де, фазалары да, поляризациялануы және таралу бағыттары бірдей. Яғни еріксіз сәулелену жарық шоғырына одан резонанстық жұтылуда қандай жарық квантын жұтса, дәл сондай жарық квантын қосады.

Ортаның атомдары төменгі энергетикалық деңгейлерде жарықты жұта алады, ал жоғарғы энергетикалық деңгейлерде сәуле шығарады. Бұл жерден төменгі деңгейлерде атомдар саны жоғарғы деңгейлерге салыстырғанда көп болса, жарық ортадан өтіп, әлсірейді. Керісінше, егер жоғарғы деңгейлердегі атомдар саны қозбаған атомдар санынан көп болса, осы ортадан өткен жарық күшейеді. Яғни бұл ортада индукциялық сәуле шығару болады.

Жоғарыда айтылған жарық кванттарының генераторлары мен үдеткіштері  9 – суретте келтірілген сызба бойынша жұмыс істейді.    

1 және 2 айналарының ортасындағы кеңістік активті ортамен, яғни жоғарғы энергетикалық деңгейлердегі қозған атомдар саны қозбаған атомдар

 

1                                 a      2       9- сурет.  Индукциялық сәуле шығару   сызбасы

санына көп болатын ортамен толтырылған. Орта өзінен өткен жарықты индукцияланған сәуле шығару әсерінен күшейтеді. Жарықтың күшеюі  бұрышы өте аз болғанда көбірек болады. Осы кезде жарық бірнеше рет шағылып, бір-біріне беттеседі де бірін-бірі күшейтеді. 9-суретте бұл айтылған сызықтардың жуандалуы сәйкес келеді.

 

• 2. Лазердің жұмыс істеу принципі.

Лазерлік сәуле шығару – қалыпты температурада объектілердің жарықталынуы. Бірақ үйреншікті жағдайда көптеген атомдар төменгі энергетикалық күйлерде болады. Сондақтан төменгі температурада денелер жарқырамайды.

Электромагнитті толқын заттан өткенде оның энергиясы жұтылады. Жұтылған толқан энергиясының әсерінен атомдардың бір бөлігі қозады, яғни жоғарғы энергетикалық деңгейге өтеді. Осы кезде жарық шоғырынан белгілі бір энергия бөлінеді:

мұндағы  — бөлінген энергияға сәйкес келетін шама.

 — жоғарғы энергетикалық деңгейдің энергиясы,

 — төменгі энергетикалық  деңгейдің энергиясы.

10 (а) суретте қозбаған атом және жебе түріндегі электромагнитті толқын келтірілген. Атом төменгі энергетикалық деңгейде. 10 (б) суретте энергияны жұтқан қозған атом келтірілген. Қозған атом энергиясының бір бөлігін көрші атомдарға береді немесе кез-келген бағытта фотон шығарады.

 

 

 

а                                                              б                                                       в                                                               10 -сурет. Лазердің жұмыс істеу принципі

 

Енді біз әйтеуір бір тәсілмен орта атомдарының көбірек бөлігін қоздырдық делік. Сонда заттан өткен электромагнитті толқынның жиілігі.

мұндағы  — толқын жиілігі,

 — жоғарғы және төменгі деңгей энергияларының айырымы.

 — Планк тұрақтысы.

Бұл толқын әлсіремейді, керісінше индукциялық сәуле шығару әсерінен күшейеді. Оның әсерінен атомдар фазасы мен жиілігі түскен сәуленің фазасы мен жиілігіне сәйкес келетін толқын шығара отырып, төменгі энергетикалық күйлерге өтеді. Бұл 10 (в) суретте көрсетілген.

 

• 3. Лазер сәулесінің негізгі қасиеттері.

Лазерлер керемет жарық көздері болып табылады. Оның кереметтілігі – олардың қарапайым жарық көздерінде болмайтын қасиеттерінде. Мысалы, электрлік шаммен салыстырғанда оптикалық квантты генератордың бір-бірінен үлкен қашықтыққа орналасқан әртүрлі бөліктерінен шығатын электромагниттік толқындар бір-бірімен когерентті болады. Яғни лазердің әртүрлі бөліктерінде болатын толқын тербелістері сәйкестелген болады.

Когеренттіліктің мәніне терең түсіну үшін интерференция ұғымын еске түсіру қажет. Интерференция – бір-бірімен әсерлесетін, екі толқынның амплитудаларының қосылуы. Егер осы әсерлесу процесін дұрыс ала-алсақ онда интерференциялық бейне алуға болады. Ол қараңғы және жарық бөліктердің кезектесіп орналасуынан тұрады.

Интерференциялық бейнені алу оңайға түспейді, өйткені қарастырып отырған толқындардың жарық көздері сәйкестендірілмеген толқындар шығарады да, толқындар бір-бірін өшіреді. Бұл жағдайда интерференциялық бейне мүлдем көрінбеуі мүмкін. Толқындардың бірін-бірі өшіру процесі 11(а) — суретте көрсетілген. Яғни интерференциялық бейне алу үшін бір-бірімен байланысқан және сәйкестендірілген толқындар шығаратын жарық көздерін пайдалану керек. Сәйкестендірілген жарық көздерінен алынған толқындардың жүріс айырымы толқын ұзындығының бүтін санына тең болуы керек. Осы шарт орындалғанда толқын амплитудалары бір-бірімен беттеседі де, толқындардың интерференциясы болады 11(б) — сурет. Осы жағдайда толқын көздерін когерентті деп атауға болады.

 

а                                                                                                                б   11 — сурет. Толқындардың әсерлесуі а – когерентті емес толқындар (бірін-бірі өшіруі); б – когерентті толқындар (толқын амплитудаларының бір-бірімен беттесуі)

 

Когерентті толқын көздерін және толқындарды математикалық жолмен анықтауға болады.    — бірнеше жарық шоғыры тудырған электр өрісінің кернеулігі делік,  — екінші жарық шоғырының тудырған электр өрісінің кернеулігі. Бұл шоғырлар кеңістіктің А нүктесінде кездессін. Сонда А нүктесіндегі өріс кернеулігінің мәні суперпозиция принципі бойынша

интерференция және дифракция құбылыстарында  шамалардың салыстырмалы мәндерін қолданады, бұдан былай  әрпімен белгіленген жарық интенсивтілігін пайдаланамыз.

.

Анықталған  — нің орнына -дің мәнін пайдаланамыз.

мұндағы — бірінші жарық шоғырының интенсивтілігі,

 — екінші жарық шоғырының интенсивтілігі,

соңғы қосынды  жарық шоғырының әсерлесуін ескереді және интерференциялық  мүше деп аталады. Бұл қосынды

.

Егер бір-біріне байланысты емес жарық көзін алсақ, мысалы екі электр шамын күнделікті тәжірибелер  екенін көрсетуі. Яғни қорытқы жарық интенсивтілігі бір- бірімен беттесіп шоғырлардың интенсивтіліктерінің қосындысына тең, интерференциялық мүше болса нолге тең. Бұл жағдайда шоғырлар бір-біріне когерентті емес, яғни жарық көздері де когерентті емес. Бірақ беттесетін шоғырлар бір-бірімен байланысқан болса, онда интерференциялық мүше нолге тең болмайды,   болады. Бұл жағдайда кеңістіктің бір нүктесінде қорытқы интенсивтілік  көбірек, басқа нүктелерінде  мен — ден аз.

Бұл жағдайда толқындардың интерференциясы байқалады, яғни жарық көздері өзара когерентті болады.

Когеренттілік түсінігімен кеңістікті когеренттілік түсінігі байланысты. өлшемдері мен өзара орналасуы интерференциялық бейне алуға мүмкіндік беретін электромагниттік толқын көздері кеңістікті когерентті деп аталады.

Лазерлердің тағы бір керемет қасиеті олардың шығарған сәулелерінің когеренттілігіне байлансты энергияның концентрациялану қабілеті – уақыт бойынша концентрациясы, спектрдегі, кеңістіктегі, таралу бағытындағы концентрациясы. Біріншісі —  оптикалық  генератордың сәуле шығаруы жүздеген микросекундқа ғана созыла алады деген сөз. Спектрдегі концентрация – лазердің спектрлік сызықтарының өте жіңішке екенін білдіреді. Бұл монохроматтылық  деген сөз.

Лазерлер сондай-ақ жарық шоғырларын өте аз таралу бұрышымен  бере алады. Бұл мән 10^-5 радианға жетеді. Айға Жерден жіберілген мұндай шоғыр диаметрі 3 км болатын дақ болады. Бұл лазерлік сәуленің энергиясының кеңістікте және таралу бағытындағы концентрациясының пайда болуына байланысты болады.

 

 

3.3.1 Лазер сәулесінің монохроматтылығы. Оның қуаты.

          Кейбір кванттық генераторларға олардың шығарған сәулелерінің жоғарғы дәрежедегі монохроматтылығы  тән. Кез-келген элетромагнитті толқындар ағыны жиіліктің топталуына ие болады. Атомдық жүйенің сәуле шығаруы және жұтуы тек қана жиілікпен ғана сипатталмайды, сондай-ақ осы шаманың анықталмаушылығына байланысты болады оның спектральді сызықтар ені немесе жолақтар деп аталады. Абсолют монохромат бір түсті жарық ағынын алу мүмкін емес, бірақ лазер сәулелерінің жиіліктерінің топталуы оның өте монохроматты екенін дәлелдеуге болатынындай жіңішке.

          Лазер сәулелерінің сызықтарының құрылымы күрделі және өте жіңішке  көп сызықтардан құралған. Сәйкес келетін оптикалық резонаторларды қолданып осы құрылымнан жеке сызықтарды бөліп алуға, оны тұрақтандыра отырып бір ғана жиіліктегі лазерді алуға болады.

Лазердің қуаты.

          Лазерлер ең қуатты жарық сәулелерін шығару көздері болып табылады. Өте жіңішке спектр интервалында аз ғана уақытта (шамамен 10^-13с) лазердің кейбір түрлері қуаты 10¹⁷ Вт/см² болатын сәуле шығара алады, ол Күннің барлық спектр бойынша шығаратын сәулелерінің қуаты  Вт/см². Ал  см интервал аралығында (бұл көздердің спектрлік сызықтарының ені). Күн сәулесінің қуаты небәрі 0,2 Вт/см² болады.

          Сәуле қуатын арттыру. Сәуле қуатын арттыру үшін индукциялық сәуле шығару арқылы жарық ағынын күшейтуге қатысатын атомдар санын арттыру қажет және импульс ұзақтығын азайту керек.

Саналықты модульдеу әдісі. Жарық ағынын күшейтуге бір мезгілде қатысатын атомдар санын ұлғайту үшін генерациялаудың басталуын кідірту қажет. Инверсиялық орнықтылықты тудыратын қозған атомдарды жинау үшін лазердің генерациялану табалдырығын көтеру керек және саналықты азайту керек. Генерация деп қозған күйде бола алатын атомдардың шекті саны. Айтқан нәрсені болдыру үшін жарық ағынының жоғалуын көбейту керек. Мысалы, айналарды параллельдігін  бұза отырып жүйенің мықтылығын азайтуға болады.

 

3.3.2 Алып импульс.

          Лазерлік технологияда алып импульс термині пайдаланылады. Мұндай импульс деп өте аз уақыт ішінде өте үлкен энергияға ие болатын импульсті атайды.

Алып импульсті тудыру идеясы қарапайым. Ол үшін сигнал бойынша ашық күйден жабық күйге және керісінше жабық күйден ашық күйге өте алатын оптикалық құлып деп аталатын арнайы құрылғы қолданылады. Ашық күйде құлып өзі арқылы лазер сәулесін өткізеді, ал жабық күйде оны жұтады немесе басқа жаққа бұрады. Алып импульс алу үшін құлыпты жарықталыну болғанша жабық күйге келтіреді. Содан кейін, энергияны жұту барысында активті орталықтардың (генерацияға қатысатын атомдар) бәрі ұзақ мерзімде болатын жоғарғы деңгейге өтеді. Құлып жабық болғандықтан лазерде генерациялау болмайды.

          Қарастырылып отырған деңгейде активті орталықтардың саны өте көп жиналады – деңгейлерде инверсиялы қонысталуы көбейеді. Белгілі бір уақытта құлыпты ашық күйге ауыстырады. Бұл жағдай суды ұстап тұрған биік плотина жоғалып кеткендегідей әсер тудырады.Активті орталықтар өте тез, көптеген сәулелер шығарады, осының нәтижесінде қысқа және қуатты импульс — алып импульс пайда болады. Оның ұзақтығы 10^-8с құрайды, ал максимал қуаты 10⁸ Вт.

 

3.1.3  Лазерлердің кейбір түрлерінің сипаттамасы.

          Лазерлердің аулан түрлілігі қазіргі кезде бір-біріне  активті орталарымен, қуаттылығымен, жұмыс істеу принципімен және басқа сипаттамаларымен ерекшеленетін көптеген лазерлердің түрі бар. Олардың бәрін сипаттап жатудың қажеті жоқ. Сондықтан, бұл жұмыста лазерлердің негізгі түрлерінің сипаттамаларынкелтірсек жеткілікті (жұмыс істеу режимі, тәсілі т.б.).      

          Рубиндік лазер. Бірінші кванттық генератор 1960 жылы жасалды. Бұл рубиннен жасалған лазер еді. Жұмыс заты ретінде өсірілген кезде хром тотығының қоспасы  қосылған алюминий тотығынан  (корунд) тұратын рубин алынады. Оынң қызыл түсін  оң ионмен алады.  кристалдық торындағы  ионын  ионымен алмастырады. Осының әсерінен кристаллда екі жұтылу жолағы пайда болады: бірі – жасыл, бірі – спектрдің көк бөлігінде. Рубиннің қызыл түсінің қоюлығы  иондарының концентрациясына байланысты: Концентрациясы көп болған сайын, қызыл түс қанық болады. Қою қызыл түсті рубинде  иондарының концентрациясы 1 %- ке дейін жетеді.

          Көк және жасыл жұтылу жолақтарымен қатар негізгі деңгейге өткенде толқын ұзындықтары 694,3 және 692,8 нм жарық шығаратын екі жіңішке Е₁ және Е₂ деңгейлер болады. Сызықтардың ені бөлме температураларында шамамен 0,4 нм болады. Толқын ұзындығы 694,3 нм сызықтың  692,8 нм сызыққа қарағанда еріксіз өту ықтималдылығы жоғары болады. Сондықтан 694,3 нм сызықпен жұмыс істеу оңайырақ болады. Бірақ егер шағылу коэффициенттері  нм үшін көп және  нм үшін аздау болатын арнайы айналарды пайдалана отырып  692,8 нм сызығы үшін де генерацияны жүргізуге болады.

          Рубинді ақ жарықпен сәулелендіргенде спектрдің жасыл және көк бөліктері жұтылады, ал қызылы шағылады. Рубиндік лазерді ксенондық шаманың оптикалық қоздырылуы қолданылады. Ол өзінен ток импульсі өткенде өте үлкен жарық береді және газ бірнеше мың кельвин температураға дейін қозады. Үздіксіз қоздыруды болдыру мүмкін емес, өйткені мұндай жоғарғы температурады шам үздіксіз жұмыс істей алмайды. Пайда болған сәулелену сипаттамасы бойынша абсолют қара дененің сәулеленуіне ұқсас болады. Сәуле  иондарымен жұтылады, осының нәтижесінде ол жұтылу жолағы аймағындағы энергетикалық деңгейге өтеді. Бірақ бұл деңгейден иондары сәуле шығармай  деңгейлерге өтеді. Осы кезде энергияның бір бөлігі торға беріледі, яғни тордың тербеліс энергиясына айналады, немесе, басқа сөзбен айтқанда фотон энергиясына айналады.  деңгейлері тұрақты емес.  деңгейінде өмір сүру уақыты 4,3 мс –қа тең.   деңгейлерінде қоздырғышты импульстау процесінде  деңгейімен салыстырғанда қозған атомдар саны көбейеді ( — қозбаған атомдар деңгейі).

          Рубин кристалы дөңгелек цилиндр түрінде өндіріледі. Лазер ретінде әдетте өлшемдері: ұзындығы см, диаметрі см кристалдарды қолданады. Ксенондық шам және рубин кристалы ішкі беті жақсы шағылдыратын, эллипс тәріздес қуыстың ішінде орналастырылады (12 – сурет). Рубинге ксенон щамының сәулелері түгел түсуі үшін рубин кристалы мен дөңгелек цилиндр тәріздес шам да қуыстың эллипстік қимасының фокусына орналастырылады. Осының әсерінен рубинге сәуле көзінен шығатын сәуле тығыздығымен шамалас тығыздықтағы  сәулелер бағытталады. Рубиндік кристалдың бір шеті оған түскен сәулелердің бәрі толық шағылып кейін қайтатындай етіліп кесілген. Мұндай кесу лазер айналарының біреуін алмастыра алады. Рубиндік кристалдың екінші шеті

12 — сурет. Рубиндік лазер

Брюстер бұрышымен кесілген. Ол кристалдан сәуле шағылмай сәйкес сызықтың поляризациямен шығып кетуін қамтамасыз етеді. Резонатордың. екінші айнасы осы сәуленің жолына қойылады. Осылайша, рубиндік лазер сәулесі сызықты поляризацияланған

 

 

Гелий – неондық лазер. Активті орта ретінде бұл жерде газ тәріздес гелий мен неон қоспасы қолданылады. Генерация неонның энергетикалық деңгейлері арасындағы өтулер арқылы болады, ол гелий арқылы энергия неон атомына инверциялық қоныстануды болдыру үшін беріледі.

Неон  лазерлік сәуле шығаруды 130 әртүрлі өтулер нәтижесінде генерациялайды. Бірақ ең интенсивтісі толқын ұзындықтары 632,8 нм, 1,15 және 3,39 мкм болатын сызықтар. 632,8 нм толқын спектрдің көрінетін аймағында, ал 1,15 және 3,39 мкм толқындар инфрақызыл аймақтарда жатады.

Газдың гелий-неондіқ қоспасы арқылы ток жүргізгенде гелий атомдары электрондық атқылай нәтижесінде 2³ S  және 2² S  күйге дейін қозадыү. Бұл күйлер метастабильді, өйткені осы күйлерден негізгі күйге өту кванттық- механикалық таңдау ережесі бойынша мүмкін емес. Ток өткен кезде атомдар осы деңгейлерде жинақталады. Қозған гелий атомы қозбаған неон атомымен соқтығысқанда, қозу энергиясы неонның қозбаған атомына беріледі. Бұл өту аталған деңгейлер бір-бірімен жақсы үйлесімді болғандықтан өте жақсы жүреді. Осының әсерінен 3 S және 2 S неон деңгейлерінде инверсиялық қонысталу пайда болады. Ал 2 Р және 3Р деңгейлерінде инверсиялық қоныстану нәтижесінде лазерлік сәуле шығарудың генерациялануы мүмкін болады. Лазер үздіксіз режимде шыға алады. Гелий – неон лазерінің сәулесі сызықты поляризацияланған әдетте камерадағы гелийдің қысымы 332 Па, ал неондікі – 66 Па. Түтіктегі кернеу шамамен 4 кВ. Айналардың бірінің шағылу коэффициенті 0,999, ал лазер сәулесі шығатын екінші айнаның шағылу коэффициенті  — 0,990. Айналар   ретінде көп қабатты диэлектрик қолданылады, өйткені бұдан төмен шағылу коэффициенті генерация табалдырығына жеткізе алмайды.

Жабық көлемді СО₂ – лазері. Көмірқышқыл газының молекулалары да басқа молекулалар сияқты тербелмелі және айнымалы энергетикалық лазерінде өтуді спектрдің инфрақызыл ауданында жататын толқын ұзындығы 10,6 мкм  сәуле жасайды. Тербелмелі деңгейлерді пайдалана отырып, сәуле жиілігін өзгерте отырып сәуленің толқын ұзындығын 9,2 – ден 10,8 мкм –ге дейін өзгертуге болады.  СО₂ молекулаларына энергия қоспадан ток өткенде электрондардың атқылауынан қозатын  азот молекулаларынан беріледі.

азот молекулаларының қозған күйі уақытша орнықты болады және негізгі деңгейден 2318 см^-1 қашықтыққа қалып отырады. Бұл  СО₂ молекулаларының (001) энергетикалық деңгейіне өте жақын (13-сурет).

N2                                      CO2                                                                                     (001)                                                                               10,6 мкм                                           9,6 мкм                                                                                     (100)                                                                               (020)                                                                             (010)         13-сурет.  CO2-лазеріндегі энергетикалық деңгейлер

күйі уақытша тұрақты болғандықтан, ток өткен кезде қозған атомдар саны жиналады.  мен СО₂ соқтығысқанда резонанстық қозу энергиясы ден  СО₂ –ге беріледі. Осының әсерінен (001), (100), (020) деңгейлерінің арасында   СО₂ молекулаларының инверсиялық қоныстануы болады. Әдетте (100) деңгейінің өмір сүру уақыты ұзақ болғандықтан осы деңгейге өту генерацияны қиындатады, сондықтан осы деңгейдегі қоныстануды азайту үшін гелий қосылады. Кәдімгі жағдайларда лазердегі газ қоспасы гелийден (1330 Па), азоттан (133 Па) және көмірқышқыл газынан (133 Па) құралады.

СО₂  — лазері жұмыс істегенде СО₂ молекуласы СО және О-ға ыдырайды, осының әерінен активті орта әлсірейді. Ары қарай СО молекуласы С және О-ға ыдырайды, ол көміртегі электродқа және түтік қабырғаларына қонады. Осының бәрі СО₂ – лазерінің жұмысын нашарлатады. Осы зиянды факторларды болдырмау үшін жабық жүйеге су буын қосады, осының әсерінен мынадай реакция жүреді

Осы реакцияның катализаторы бола алатын платинадан жасалған электрдтар қолданылады. Активті ортаны толықтырып отыру үшін  резонатор қосымша СО₂,   , Не бар ыдыстармен жалғанады. Олар лазер оптимал жағдайда жұмыс істеу үшін қажетті мөлшерде резонатор көлеміне қосылып отырылады. Мұндай жабық СО₂ – лазер бірнеше мыңдаған сағаттар бойы жұмыс істей алады.

Безызлучательные                                                    переходы                                                                                2                                                        Лазер 1,06 мкм                                                                          1      14 — сурет. Неодимдік лазер

Неодимдік лазер. 14-суретте неодимдік лазердің сызбасы келтірілген. Лазерлік дене ретінде неодим металының өзі емес, неодим қоспасы бар

кәдімгі шыны қолданылады. Неодим атомдарының ионы кремний және оттегі атомдары арасында ретсіз таралған. Қоздырылу найзағай – шамдар арқылы жүргізіледі. Шамдар толқын ұзындықтары 0,5 тен 0,9 мкм-ге дейінгі сәулелер береді. Қозған күйлердің жалпақ жолақтары пайда болады. Суретте олар тек шартты түрде 5 сызықпен келтірілген. Атомдар сәуле шығармай жоғарғы лазерлі деңгейге өтеді. Әрбір өту барлық атомдар «торларының» тербеліс энергияларына айналатын әртүрлі энергияларды береді.

Лазерлік сәуле шығару, яғни 1- мен белгіленген төменгі бос деңгейге өту кезінде шыққан сәуленің толқын ұзындығы 1,06 мкм болады.  Пунктирмен көрсетілген 1-ші деңгейден негізгі деңгейге өту «жұмыс істейді». Энергия когерентті емес сәулелер түрінде шығарылады.

Т – лазер. Көп жағдайларда негізгі рольді СО₂ -лазері атқарады. Онда жұмыстың қоспа атмосфералық қысым жағдайында болады және көлденең электр өрісімен қоздырылады. /Т – лазер/. Электродтар резонаторы өсіне параллель орналасқандықтан, резонаторда, электр өрісі кернеулігінің үлкен мәндерін алу үшін электродтар арасындағы потенциалдар айырымы аздау болу керек. Бұл резонатордағы СО₂ концентрациясы көп болғанда, атмосфералық қысымда импульстік режимде жұмыс істеу мүмкіндігін береді. Осыдан ұзақтығы 1 мкс аз уақытта болатын бір импульстік сәуле шығаруда зор 10МВт-қа дейінгі қуат алуға болады. Мұндай лазердегі импульстің қайталану жиілігі минутына бірнеше импульс құрайды.

Газодинамикалық лазер.  Жоғарғы температураларға (1000-2000 К) дейін қыздырылған СО₂ және  қоспасы үлкен жылдамдықпен ұлғаятын сопло арқылы өткенде қатты салқындайды. Осы кезде жоғарғы және төменгі энергетикалық деңгейлер әртүрлі жылдамдықпен термопакеттеленеді, осының әсерінен инверсиялық қоныстану пайда болады да, лазерлік сәуле шығару генерацияланады. Осы принциппен жұмыс істейтін лазерлер гозодинамикалық деп аталады. Олар үздіксіз режимде өте қуатты сәулелер шығарады.

Бояулардағы лазерлер. Бояулар — өте күрделі молекулалар, оларда тербелмелі энергия деңгейлері басымырақ. Спектр жолағының энергетикалық деңгейлері үздіксіз орналасады. Молекулалардың ішкі әсерлесулерінен молекула әр жолақтық төменгі энергетикалық деңгейіне сәуле шығармай өте жылдам өтеді (шамамен 10^-11 – 10^-12 с уақыт аралығында). Сондықтан молекулалар қозғалғаннан кейін өте аз уақыттан соң, төменгі Е₁ деңгейіне барлық қозған молекулалар жинақталады. Ары қарай олар төменгі жолақтың кез-келген энергетикалық деңгейіне сәуле шығара отырып өте алады. Осылайша, нолдік жолақтың еніне сәйкес келетін кез-келген жиілікте олар сәуле шығара алады. Бұл дегеніңіз, егер бояу молекулаларын лазер сәулелерін генерациялай алатын активті орта ретінде алсақ, резонаторда үлестіре отырып генерацияланатын лазер сәулелерінің үздіксіз жиілік үйлесімділігін алуға болады. Сондықтан, бояулардан жиілік генерациясын үлестіруге болатын лазерлер жасалынады. Түрлі-түсті лазерлерді газоразрядты шамдар немесе басқа лазер сәулелері арқылы қоздыруға болады.

Генерация жиілігін бөлу үшін генерация табалдырығы жиіліктің өте жіңішке аймағына ғана тудырылады. Мысалы, призмалар мен айналар  айнадан шағылған соң сәулелер дисперцияға байланысты және әртүрлі сыну бұрыштарының әсерінен белгілі толқын ұзындықтағы сәулелер ғана қайта оралады. Тек осындай толқын ұзындықтағы сәулелер ғана лазер генерацияцын жүргізе алады. Призманы айналдыра отырып бояулардағы лазер сәулелерінің жиіліктерін үздіксіз үйлесімдіріп отыруға болады. Лазер генерациясы өте көп бояулар арқылы алынады: олар лазер сәулесін тек барлық оптикалық диапазонда ғана емес инфрақызыл және ультракүлгін аймақтарының біраз бөліктерінде де алуға мүмкіндік тудырады.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. IV. Оптикалық кванттың генераторлардың

практикалық қолданылуы

4.1. Лазер сәулелерінің өндірісте және техникада қолданылуы

          Оптикалық кванттық генераторлар және олардың шығаратын сәулелері өндірістің көптеген салаларында пайдаланылады. Мысалы, индустрия саласында құрал-жабдықтарды және әртүрлі бөлшектерді жасауда, текстиль өндірісінде, машина жасап шығаруда металдарды дәнекерлеу үшін, диэлектрикті материалдарды және металдарды кесу үшін, оларды өңдеу үшін лазерлерді көптен қолданады.  

1964 жылдан бастап кіші-гірім өндірістерде тесіктерді бұрғылауда лаззерлік бұрғылар теңдесі жоқ құрал. Лазерлік бұрғылауды өте дәл түсінуге болмайды. Лазерлі сәуленің өзі тесікті бұрғыламайды: ол әсер ету нүктесінде материалды интенсивті түрде буға айналдырады. Мұндай бұрғылауға мысал ретінде қазіргі кезде үйреншікті болып қалған сағат тастарында тесіктерді жасауды келтіруге болады. Бұл мақсатта қатты денеден жасалған импульсті лазерлер пайдаланылады, мысалы, неодимді шыныдан жасалған лазер. Тастағы тесіктер (жасалып жатқандағы қалыңдығы шамамен 0,1-0,5 мм ) ұзақтығы 10^-4с және энергиясы шамамен 0,1-0,5 Дж болатын бірнеше лазерлік импульстар сериясымен алынады. Құрылғы өндіріс автоматты режимде секундына бір тас, бұл механикалық бұрғылау өндірісінен 1000 есе тез.

Лазер вольфрам, қола, мыс және т.б. металдардан өте жұқа өткізгіш сымдар дайындағанда да қолданылады. Мұндай сымдарды тарту (волочения) технологиясын қолдану арқылы оларды диаметрі өте кішкентай тесіктерден тартып шығарады. Бұл тесіктерді (тарту каналдарын) өте қатты мысалы, аса қатты қоспалардың материалдарын бұрғылау арқылы алады. Ең қатты заттың алмаз екені белгілі. Сондықтан, жұқа сымды алмаздағы тесіктер  арқылы тартқан дұрыс. Бірақ олардан диаметрі 10 мкм, болатын сымдар ғана алуға болады, әйтсе де, алмазда бір тесікті механикалық жолмен бұрғылау үшін 10 сағат уақыт қажет. Ал бірнеше қуатты лазер импульстарының серияларымен мұндай тесіктер алу тіптен қиын емес. Сағат тастарындағы тесіктерді кескендегідей мұнда да қатты денеден жасалған импульсті лазерлер қажет. Лазерлік бұрғылау өте әлсіз материалдарды тесу үшін де кеңінен қолданылады. Мысалы, микросхемалардың қондырмаларын лай-сазды керамикадан дайындайды. Керамика өте әлсіз болғандықтан оларда тесіктер жасау үшін мезаникалық бұрғылау материал кеппей тұрғанда жасалынады. Керамиканы тесіп болған соң күйдіреді. Осы кезде жасалған бұйым деформацияланады да бұрғыланған тесіктердің өзара орналасуы бүлінеді. Лазерлік бұрғыларды пайдалана отырып керамикадан жасалған қондырғыларды күйдіруден өткізген соң-ақ алуңа болады.

Лазерді әмбебап дәнекерлеуші ретінде пайдалану да қызығушылық тудырады. Айталық электронды-сәулелі түтіктің ішінде бір өткізгіш үзіліп қалды немесе күйіп кетті, контакт жойылды. Түтік істен шықты, электронды, сәулелі түтікті жөндеу мүмкін емес сияқты, өйткені бұл құрылғының барлық құраушылары шыны баллонның ішінде вакуумде орналастырылады және ешқандай дәнекерлеуші оның ішіне кіре алмайды. Бірақ лазер сәулелері мұндай қиындықтарды да шешеді. Лазер сәулесін керекті нүктеге бағыттап, керегінше фокустап, дәнекерлеу жұмыстарын жүргізуге болады.

Жиіліктерін жайлап үйлестіру арқылы лазерлерді, ажырату күші өте жоғары спектральді құралдар алуға болады. Мысалы, белгілі бір заттың жұтылу спектрін зерттеу керек болса, зерттеліп отырған затқа түсетін лазерлік ағынның   және одан шығатын лазерлік ағынның шамасын өлшей отырып, жұтылу коэффициентінің мәнін есептеп алуға болады. Лазер сәулелерінің жиіліктерін үйлестіре отырып жұтылу коэффицентінің толқын ұзындығының функциясы екенін анықтауға болады. Бұл әдістің ажыратушы қабілеті лазер сәулесінің сызықтарының енін өте жіңішке етуге болатынына байланысты секілді, 10^-3см^-1 болатын сызықтар ені жұмыс беті 5м болатын дифракциялық тор беретін ажыратушы қабілетімен бірдей ажыратушы қабілетін береді. Ал ондай өлшемдегі дифракциялық тор алу мүмкін емес.

Лазерлер олардың көмегімен белгілі бір нәрсеге дейінгі қашықтықта бірнеше миллиметрге дейінгі дәлдікпен өлшеуге болатын жарық лакаторларын жасауға мүмкіндік тудырды. Мұндай дәлдікті радиолакаторлар бере алмайды.

Қазіргі кезде әлемде ондаған лазерлер локациялық жүйелер бар. Олардың көбі космостық мәнге ие. Олар Айға және Жердің геодезиялық жасанды серіктеріне локация жібереді. Мысалға П.Н.Лебедев  атындағы физика институтының лазерлі-локациялық жүйені атауға болады. Бұл жүйенің өлшеу кезінде жіберетін қателігі 40 см.

Мұндай өлшеулерді Айға дейінгі ара-қашықтықты әртүрлі уақыт аралығында жыл бойы дәлірек есептеп отыруға болады. Осы ара-қашықтықтың өзгеруін сипаттайтын  графиктерді зерттеу арқылы ғалымдар ғылыми маңызы бар сұрақтарға жауаптар ала алады.

Импульсті лазер лакаторлары космонавтикада ғана емес, авиация саласында да қолданылады. Мысалы, ғылыми биіктіктерді өлшеуде маңызды ролге ие. Лазерлі биіктік — өлшеуіш Ай бетін суретке түсіріп алу үшін «Апаллон» космос кемесінде қолданылды.

Бірақ оптикалық лазерлік жүйелердің де әлсіз жақтары бар. Мысалы, лазер сәулесінің өткір бағытталуымен іздеп отырған объектіні табу оңай емес. Өйткені бақылау аймағының бақылау уақыты өте үлкен. Сондықтан оптикалық локациялық жүйелер радиолокациялық жүйелермен бірге қолданылады. Радиолакатор кеңістікті тез табуға және тез бақылауға мүмкіндік береді. Тауып, бақылап алған соң оптикалық жүйе керекті параметрлерді өлшеп, сол объектінің ары қарай ізіне түседі.

Қазіргі кезде лазер технологиясын телевизорлар жасау саласында қолдану үлкен қызығушылық тудыруда. Ондай телевизорлар, компьютор мониторлары қазір көптеп қолданылуды, лазерлік телевизорлар кескінді өте жоғары дәрежеде көрсетуге мүмкіндік тудырды. Олардың  көлемі де салмағы да  адамдар үшін өте қолайлы.

Сонымен қатар лазерлер сапасы жоғары лазерлік принтерлерде қолданылып келеді. Бұл құрылғыларда лазер сәулесі арнайы жарыққа сезімтал барабанда басу арқылы кескінінің сұлбасы алынады.

 

4.2. Лазерлерді медицинада қолдану

Медицинада лазер құрылғылары лазерлі пышақ (скальпель) түрінде қолданылып келеді. Оның қолданылуы хирургиялық операцияларды жүргізгенде мынадай қасиеттерге ие болады:

1. Оның көмегімен қан шығармай кесуге болады, кесу барысында жараның аузын жіңішке етіп дәнекерлейді.
2. Лазерлі пышақтың кесуші қасиеті тұрақты болады. Қатты нәрсеге (мысалы сүйекке) тигенде пышақ істен шықпайды. Механикалық пышақ мұндай жағдайда қиын мәселе тудырар еді.
3. Лазер сәулесі мөлдір болғандықтан хирург операция жасалып жатқан бөлікті көре алады. Кәдімгі хирург пышағының кездігі электр пышағы сияқты жұмыс жасалатын жерді көлеңкелейді.
4. Лазер сәулесі теріні белгілі бір қашықтықта кеседі, яғни терімен механикалық әсерлеспейді.
5. Лазерлі пышақ обсолют стерилденген болады, өйткені терімен тек сәуле ғана әсерлеседі.
6. Лазер сәулесі тек фокусталған нүктеде ғана теріні кеседі. Жанындағы тері бөліктері механикалық пышақтың қолданғандағыға қарағанда әлдеқайда аз жарақатталады.
7. Клиникалық практика көрсеткендей лаерлі пышақпен жасалған жара ауырмайды және тез жазылады.

Лазерлерді ССРО- да 1966 жылдан бастап А.В.Вишневский атындағы институтта қолдана бастады. Лазерлік пышақ ішкі көкірек қуыстарына және іш қуыстарына операциялар жасалғанда қолданылады. Қазіргі кезде лазер сәулелерімен тері –пластикалық операцияларды, асқорыту жолдарын, асқазан, ішек, бүйрек, бауыр т.б. органдарды операцияларын жүргізеді. Әсіресе лазер сәулелерімен өте көп қан тамырлары бар жүрек және бауырға жасаған өте қолайлы.

Офтальмологиядағы лазер

          Қазіргі кезде медицинада жаңа бағыт – көздің лазерлік микрохирургиясы жылдам дамуда. Осы саладағы зерттеулер Алматыдағы көз аурулар институтында, Москвадағы көз михрохирургия ғылыми зерттеу институтында және достастық елдеріндегі көптеген көз орталықтарында жүргізілуде. 

          Лазерлерді офтальмологияда алғаш қолдану көз торларының жіктелуін (отслаения) емдеумен байланысты болды. Көз қарашығы арқылы көздің ішіне рубиндік лазердің жарық импульстері жіберіледі (импульс энергиясы 0,01-0,1 Дж, ұзақтығы 0,1с). Олар мөлдір шыны тәріздес денеден өтіп торшықтарда жұтылады. Сәулелерді жіктеліне бастаған бөліктерде жинақтап, оны коагуляция арқылы көз түбіне дәнекерлейді. Операция тез және ауырмай өтеді. Көзді зағиптыққа әкелетін бес түрлі ауру бар. Бұл глаукома, катаракт, көз торларының жіктелуі, диабеттік ретинопатия  және қатерлі ісік. Қазір осы аурулардың бәрі лазердің көмегімен емделінеді. Тек ісіктерді емдеу үшін үш әдіс қолданылады:

1. Лазерлік сәулелеу – лазерлік сәулелерді ісікке фокустап, оны сәулелендіреді, сол арқылы рак клеткаларын өлтіреді, олардың көбейіп кетпеуін қамтамасыз етеді.
2. Лазерлі коагуляция — ісікті әлсіз фокусталған сәулелермен құрту.
3. Лазерлік хирургия – ең радикалды әдіс. Ісікті оған жақын жатқан терімен бірге фокусталған сәуле арқылы кесіп тастау.

 

4.3. Лазерлік технология – ақпараттарды өңдеу және жазу құралы

          Қазіргі кезде лазерлік технология кең көлемді ақпараттарды өңдеу және жазу құралы ретінде қолданылады. Бұл жерде ақпарат тасушының жаңа түрі – компакт – дискілерді атап кеткен жөн. Кешегі күнге дейін пайдаланып келген аудио және видеокассеталарда магниттік құбылыстардың қолданғанын білеміз. Компакт  — дискілерде басқа әдіс қолданылады.

          Диск (шетел әдебиеттерінде – СD – ROM) дөңгелек пішіндес, бір бетінде дискінің маркировкасы жазылады. Екінші беті бір қарағанда теп-тегіс болатындай жұмыс беті деп аталады. Бірақ олай емес, егер ол теп-тегіс болса, онда ешқандай ақпарат сақталмас еді. Арнайы құрылғы ішінде жұмыс беті аз қуатты (0,14 мВт болатын, толқын ұзындығы 790 нм) лазер сәулесімен сканерленеді.  Компьютерлік техникаға терең үңілмей –ақ  ойықтардың (немесе пит) бар екенін логикалық бірге сәйкес келеді, ал барлық компьютерлік технологияда екі күй – нөл және бір күйлері қолданылады. Ары қарай арнайы таблица арқылы осы нолдер мен берліктердің тізбегін ашуға болады және керекті ақпараттарды алуға болады.

Осындай дискілерде жазу жа лазерлер арқылы жүргізіледі, бірақ бұл жерде үлкен қуаттағы лазерлер қолданылады.

Питтерді диск бетіне лазерлер көмегімен жағып жазу арқылы өте үлкен тығыздықтағы ақпараттарды жазу мүмкін болады. Өйткені   лазер сәулелерінің яғни питтің диаметрі өте аз.

Ақпараттарды сақтаудың тағы бір бағыты – голография, бұл үлкен дәлелдікпен кез-келген көлемді дененің сыртқы бейнесі туралы ақпаратты сақтай алу әдісі.

 

4.4. Голография туралы түсінік

Голография   (грекше – «толық жазу» деген ұғым) деп интерференциялық көріністерді толық жазып және оны қайта қалпына келтіретін ерекше тәсілді айтады. Бұл тәсіл интерференция және дифракция заңдарының негізінде пайда болды. Осындай жаңа тәсілмен нәрселердің кеңістіктік кескінін алу және қайта қалпына келтіруді алғаш 1947 жылы ағылшын физигі Д.Габор (1900-1979) жасаған. Одан кейін бұл тәсілді эксперимент нәтижесінде ең жоғарғы дәрежелі когерентті жарық көздері – лазерлердің 1960 жылдары ашылуынан кейін совет физигі Ю.К.Денисюк  1962 жылы және американ физигі Э.Лейто мен Ю.Упатнистер 1963 жылы дамытып жетілдірді.

Енді нәрсе туралы информацияны тіркеудің және қалпына келтірудің басты қарапайым принциптерін қарастырайық. Ол үшін нәрседен шағылған толқындардың амплитудасы мен фазасын тіркеп және қалпына келтіруді білу қажет.

Сондықтан тек нәрседен шағылғын толқындардың фазасы мен амплитудалық информациясымен қатар, осыған когерентті жарық көздерінен келетін толқындарды да тіркеу керек (15-сурет).

2                                                2                                                                                  2                                                                                                                                                 4   3                                                                                                                                          3                                                                                                                         1                                                                                                                                               3                                                                                                                                               4                                                                                                         П   1                                                 4                                                     1                                                                                    МИ                                      ДИ                               а                                                                                        б   15- сурет. Жазық толқын әдісімен голограмма алу сызбасы

 

Сонымен голографияның негізі мынада: алдымен нәрседен шағылған толқындар мен оған когерентті фазасы белгілі жарық көздерінен келген толқындардың суперпозициясының нәтижесінде пайда болған интерференциялық көріністерді интерсивтігінің  таралуын суретке түсіреді. Сонан кейін пленкада немесе фотопластинкадағы кескіні бойынша жарық дифракциясының нәтижесінде суретке түсірілген нәрсесіз голограмманы алып бақылауға болады. 15-суретте голограмманы алудың осындай әдісі көрсетілген. Мұндай лазерден шыққан жарық шоқтары екіге бөлінеді. Бір бөлігі айнаға жетіп, одан шағылады да фотопластинкаға бағытталады, ал екінші бөлігі болса белгілі нәтижеден шағылып, ол да фотопластинкаға барады. Сөйтіп, айнадан әрі нәрседен шағылған екі түрлі жарық шоғы фотопластинкада бір-бірімен беттесіп интерференциялық көріністір түзеді. Ең соңында фотопластинканы айқындауыштан өткізгеннен кейін фотопластинкада голограмма көріністері байқалады. Енді фотопластинкадағы голограмма кескінін қайта келтіру үшін фотопластинканы қайтадан бұрынғы орнына қойып, бетіне лазер сәулелерінің шоғымен жарық түсіреміз. Бірақ нәрсеге лазер сәулелерін түсірмей оны диафрагма арқылы көлеңкелейміз. Сонда голограмманың бұрынғы нәрсенің дәл өзіндей жалған кескіні анық көрінетін болады. Яғни, нәрсенің кеңістіктік кескіні лазерден түскен жарық сәулесінің дифракциясының нәтижесінде голограмманың интерференциялық құрылымына нәрсенің көшірмесі қайта қалпына келтіріледжі. Сонымен қатар сол нәрсенің нақты кесінін де көре аламыз.

Қазіргі кезде голография әдісі, әсіресе үш өлшемді ортада түстілік және фанорамдық голографиялы жазу кеңінен дамуда. Сол сияқты голографияны қолданудың да мәні зор, мысалы, информациялық мәселелерді жазып және оны сақтау қазіргі кезде кең орын алып отыр. Өлшемі 32х32 мм фотопластинкаға 1024 голограмма жаза аламыз: яғни бір фотопластинка бетіне 1000 беттік көлемді кітапты сидыруға болады.

Алдағы уақытта электронды есептегіш машиналардың (ЭВМ) дамуына байланысты, голографиялық электронды микроскоп, голографиялық кино мен теледидар және т,б, келешегі зор.

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

 

          Лазерлер өте кең көлемде біздің өмірімізге енуде. Олар барлық өндіріс аймақтарында қолданылуда – металдарды өңдеуде, медицинада, физикалық, химиялық, биологиялық зерттеулерді бақылауда, олардың шамаларын өлшеуде. Қазірдің өзінде лазер сәулесі көптеген пайдалы, әрі қызық профессияларда пайдаланылады. Көптеген жағдайларда лазер сәулелерін қолдану үлкен жетістіктерге қол жеткізеді. Қазір келешекте лазер сәулелері бүгінде елес сияқты көрінетін мүмкіндіктерді сыйлайтынына күмән келтірмесе де болады.

          Біз бүгінде «лазер бәрін де жасай алады» деп түсінеміз. Бұл лазер техникасының мүмкіндіктерін оның даму кезеңінде дәл бағалауға кесір келтіреді. Әйтсе де  лазердің ашылуымен адамзат баласы өте әмбебап, өте эффективті күнделікті тұрмыста, өндірісте және ғылым саласында қолданылатын құрал алды. Жыл өткен сайын бұл құрал дами береді және соған байланысты лазерді қолдану аймағы үздіксіз кеңейе береді.

Көптеген физикалық құбылыстарды мектеп бағдарламасы бойынша терең ұғу мүмкін емес. Әсіресе лазер сәулелерін оқып үйренуге өте аз уақыт бөлінеді. Лазер сәулелерінің тұрмыста өте кең пайдаланатыны жоғарыда айтылып кетті. Сондықтан оқушылар онымен күніге кездесіп, күнделікті өмірде оларды пайдаланатынын айтпасақ та түсінікті.

          Факультатив сабақтарда лазерлік құрылғылардың түрлерін, олардың жұмыс істеу принциптерін, өндіріс салаларында қолданылуын тереңірек оқып білуге құштарлығын арттыратынына сеніміміз мол. Осы мақсатта бұл жұмыста физикадан факультативтік сабақтарды ұйымдастырудың мақсаты мен ролі, принциптері қарастырылды. Мұнда негізгі принциптің бірі  — оқуды жекелеп жүргізу принципінің табыспен жүзеге асырылып келе жатқанын атап өтуге болады. Жалпыға міндетті біріңғай талап негізінде факультативтер әрбір оқушыға, оның қабілетіне лайық ақыл-ой жұмысын беріп, оның мақсат-мүддесін толығырақ қанағаттандыра алады. Сонымен қатар бұл жұмыста факультативтік сабақтарды оқыту әдісі және ондағы физикалық эксперименттің маңызы туралы талқыланды. Факультативтік сабақтарды өткізу методикасы жөніндегі ұсыныстар көбінесе теріс формада айтылады: факультативтік сабақтар әдеттегі сабаққа ұқсамауға тиіс, үйірме сабақтарының белгілі формаларын көшірмеуге артта қалғандарға қосымша сабақ түріне айналмауға тиіс, жоғары оқу орындарына түсетіндерді даярлайтын репетиторлық сабақ ретінде пайдаланылмауға немесе жоғары мектеп типіндегі лекция курсына айналмауға тиіс. Факультативтік сабақтардағы  есеп шығарудың маңызы  және физикалық олимпиадалар туралы қарастырылды.

Факультативтік сабақ оқушының ой-өрісін, ойлау қабілетін дамытумен қатар, сол пәнге деген қызығушылығын арттырып, өзі қалаған мамандық бойынша білімін тереңдетуге мол мүмкіндік туғызады. Сонымен бірге, факультативтік сабақ оқушы мен оқытушы арасындағы байланысты тереңдетіп, ғылыми және практикалық жұмыстарды іске асыруға себін тигізеді. Сондықтан да физикадан факультативтік сабақты оқытудың маңызы зор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

 

1. Перышкин А., Чемакин В., Физиканың факультативтік курсы, А., Мектеп, 1976.
2. Блудов М.И. Физика жайлы әңгімелер, А., Мектеп, 1969.
3. Физикадан факультативтік сабақтар методикасы (мұғалімдерге арналған құрал), А., Мектеп, 1985.
4. Айматов К.,т.б. Электрониканың физикалық негіздері. Факультативтік сабақтар, А., Мектеп, 1969.
5. Фриш С.Э., Тиморева А.В. Жалпы физика курсы. А., «Мектеп», 1971.
6. Абдуллаев Ж.,Физика курсы. Алматы, «Білім», 1994.
7. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика, Алматы, Рауан, 1991.
8. Мякишев Г.Я. Буховцев Б.Б. Физика, Алматы, Мектеп, 2001.
9. Ғылыми әдістемелік журнал. ИФМ. №3, 2003 ж.
10. Айден К. Аппаратные средства PC: перевод с нем. — Санкт-Петербург.: BHV — СПб, 1996.
11. Китайгородский А. И. Физика для всех: Фотоны и ядра. — М.: Наука, 1982.
12. Ландсберг Г. С.  Оптика. — М.: Наука, 1976.
13. Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики. — М.: Наука, — Т.3,
14. Матвеев А. Н. Оптика. — М.: Высшая школа, 1985.
15. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Физика. — М.: Просвещение, 1998.
16. Сивухин В. А. Общий курс физики. Оптика. — М.: Наука, 1980.
17. Тарасов Л. В. Лазеры. Действительность и надежды. — М. Наука, 1985.
18. Мұхтаров С., Садыков А. Голография құпиялары. А., Қазақстан, 1982.