2. ДӘріс тезистері

Энергия жайында түсінік

а) Энергия ұғымын қалыптастыру үшін алдымен бірнеше тәжірибе көрсеткен дұрыс:

1.Белгілі бір биіктікке көтерілген гир (дене). Гир қозғалмай тұрғанда жұмыс жасалынбайтындығын, құлап келе жатқанда жұмыс жасалатындығын түсіндіру керек.Олай болса белгілі биіктікке көтерілген грдің жұмыс жасай алатын мүмкіндігі (қабілеті,қасиеті) бар.

2.Сығылған серіппе. Жазылғанда ол шарикті итереді,арбашаны қозғайды, жүкті көтереді-қысқасы сығылған серіппенің жұмыс жасай алатын қабілеті бар.

3.Стол үстінде домалатылған болат шарик. Ол жолына қойылған арбашаны итереді, цилиндрді домалатады және т.б. жұмыс істей алады.

Бұл қарастырылатын денелерге ортақ қасиет –олардың жұмыс жасай алатын мүмкіндігінің болуы. Егер денелердің жұмыс жасай алатын қабілеті болса,онда олардың энергиясы бар деп атаймыз. Олай болса, энергия дегеніміз дененің жұмыс істей алу мүмкіндігін сипаттайтын ерекше физикалық шама. Дене неғұрлым көп жұмыс жасай алатын болса, соғұрлым оның энергиясы да көп.Сондықтан,энергияны жасалуы мүмкін болатын жұмыстың «қоры» ретінд қарастыруға болады. «Энергия» деген грекшеден аударғанда «іс-әрекет» деген сөз екендігі түсіндіріледі.

Потенциалдық және кинетикалық энергия

ә.Кинетикалық энергия. Жоғарыда көрсетілген 3-тәжірибені қайталауға болады. Қозғалыстағы денелердің жұмыс жасау қабілетінің бар екендігіне-энергиясының болатындығына өмірден бірнеше мысалдар келтіруге болады (двигателін өшірген автомобиль,ұшып бара жатқан доп,снаряд және т.б).Сонан соң кинетикалық энергияның анықтамасы беріледі:дененің қозғалысымен анықталатын энергияны кинетикалық энергия дейді («кинема»-«қозғалыс»).

Көлбеу науамен әр түрлі биіктіктен шарды домалатамыз. Шар жіберілген биіктік қаншалықты болса, соншалықты шардың цилиндрге келіп соғатын жылдамдығы көп болатындығына, олай болса қозғалыстағы дененің энергиясының жылдамдыққа байланыстылығы жөнінде қорытынды жасалады.

Кинетикалық энергияның массаға және жылдамдыққа байланысты формуласы кейін 9-сыныпта беріледі. Тек жел күші қондырғыларында желдің, көмір өндіруде және тонельдер салуда үлкен жылдамдықты су ағының кинетикалық энергиясының қолданылатындығын айту керек.

6.Потенциалдық энергия. Бұл ұғымды ендіру үшін жоғарыда (а-пункітінде) көрсетілген 1- және 2-тәжірибелерге қайта оралу қажет. Жер бетінен жоғары көтерілген және серпімді деформацияланған денелердің энергиясы болатындығына тағы да оқушылардың назарын аудару қажет. Сол сияқты энергия сығылған газда да болатындығы түсіндіріледі. Бұл энергияның денелердің (Жер мен дене) немесе оның бөліктерінің (серіппе орамдары, газ молекулалары) өзара орналасуына байланысты екендігін,бұл энергияны потенциалдық энергия деп аталатындығы айтылады.

Потенциалдық энергия жөніндегі әңгіме кезінде «кездейсоқ» будильник шырылдайды немесе қандай да бір механикалық ойыншық қосылады. Оқушылар таң қалады, не болғанын талдаймыз.

Бұдан кейін Жерден жоғары көтерілген жүктің энергиясының шамасынн есептеп табады. Мынадай есеп шығаруға болады:массасы 10 кг дене 10 м биіктікте орналасқан болса, оның потенциалдық энергиясы қандай? Денені белгілі бір биіктікке көтеру үшін біз ауырлық күшіне қарама қарсы жұмыс істейміз, сондықтан ондай дененің потенциалдық энергиясы ауырлық күші мен биіктіктің көбейтіндісіне тең, немесе:

Ұғымды енгізгеннен кейін потенциалдық энергияның қолданылуы жөнінде әңгімелеу қажет. Әсіресе, жоғарыдан құлап аққан судың потенциалдық энергиясын пайдалануды ерекше атап өту маңызды. Сағаттарда серіппе деформациясы немесе ілінген жүктің потенциалдық энергиясы қолданылатындығын,қада қаққанда тоқпақтың потенциалдық энергиясын пайдаланатындығымызды айтып түсіндіру керек.

в) Механикалық энергияның бір түрден екінші түрге өтуі. Бұл сабақтың негізгі мақсаты – оқушыларға кинетикалық энергияның потенциалдық энергияға,керісінше –потенциалдық энергияның кинетикалық энергияға өте алатындығын түсіндіру. Ол үшін көптеген тәжірибелерді пайдалануға болады:

1. «Өзі жүретін» механикалық ойыншық.

2.Резеңке доп.

3.Төмен түсетін жүктің әсерінен қозғалатын арбаша

4.Серіппеге ілінген шарик тербелісі

5.Жіпке ілінген шарик тербелісі

6.Максвелл маятнигі және т.б.

Механикалық энергиялардың мұндай ауысуын өмірде қадам басқан сайын бақылауға болатындығын оқушылардың назарын аудару керек: стол бетіндегі заттың орнын ауыстырып қойғанда, орындыққа отырып тұрғанда,этажға көтеріліп түскенде, т.б.

Бұл тақырыпты түсіндіргенде де жұмыс ұғымын кеңірекаша түскен дұрыс. Энергия бір түрден екінші түрге айналғанда жұмыс істелетіндігін,дене күйінің өзгеретіндігін пысықтай түсу керек.

Қорытынды сабақ механикалық энергияның халық шаруашылығында пайдалануына арналады. Негізінен сабақта судың және желдің энергияларының қолданылуы қарастырылады. Бұл сабақты өте қызықты етіп өткізуге болады,ол үшін мұғалімнің жан-жақты дайындығы қажет болады. Бұл тақырып бойынша плакаттар, модельдер, диапозитивтер.кинофильмдерден фрагменттер көрсету мүмкіндігі мол. Тіпті көптеген мұғалімдер тақырып бойынша конфернция, экскурсиялар ұйымдастырады.

Температура және жылу мөлшерін өлшеу

Температураны өлшеу

«Жылу мөлшері» ұғымын қалыптастыру кезінде, сондай-ақ балқу, қайнау және булану процестерін меңгертуде демонстарциялық эксперименттің маңызы зор.

Жылу мөлшерінің өлшем бірлігі

Дененің ішкі энергиясын екі жолмен өзгертуге болатындығын тағы да қысқаша қайталаймыз. Жұмыс жасау нәтижесінде ішкі энергияның өзгерісін жасалған жұмыстың шамасысен өлшейміз де, ал жылу берілу жолымен ішкі энергияның өзгерісін жылу мөлшері ұғымы көмегімен өлшейміз. Жұмыстың әсер етуші күштің шамасы мен жүрілген жолға байланысты болатындығы тәріздес, жылу мөлшері де бірнеше физикалық шамаларға байланысты болады. Қандай шамаларға байланысты болатындығын жеке-жеке қарастырайық..

Мұнан кейін тағы да оқушылардың күнделікті өмірден көріп жүрген құбылыстарына сүйене отырып, денеге берілген жылу мөлшерінің дене температурасын өзгертуі дененің массасына тәуелді екендігіне олардың көзін жеткіземіз.

Дене температурасын (ішкі энергиясын) белгілі шамаға өзгерту үшін берілетін жылу мөлшері дене затының тегіне тәуелді болатындығын тәжірибе жасап көрсеткен дұрыс. Ол үшін оқулықта келтірілген тәжірибені немес соған ұқсас массалары бірдей, бірақ әртүрлі заттан дайындалған денелер мен тәжірибені көрсетуге болады.

Сөйтіп жалпы қорытынды жасалады: денені қыздыру үшін қажетті немесе ол суығанда бөлініп шығатын жылу мөлшері дене затының тегіне, оның массасына және температурасының өзгеру шамасына тәуелді екен.

Ішкі энергия да эенргяиның бір түрі болғандықтан, механикалық энергия сияқты, Джоульмен өлшенетіндігін айту керек. Энергияның өзгерісі болғандықтан жұмыс пен жылу мөлшері де Джоульмен өлшенеді. Бірақ тарихи қалыптасып кеткен жылу мөлшерінің тағы бір бірлігі бар екендігі айтылады, оны калория деп атайды. Калория – 1 г суды 1⁰С қыздыру үшін қажетті жылу мөлшері екендігі жөнінде анықтама беріледі, оның болатындығына оқушылардың назары аударылады.

Осыдан кейін төмендегі есепке ұқсас есептер шығаруға болады.

Есеп: Стакан тола суды (200 г) 20⁰С-тан 70⁰С-қа дейін қыздыру үшін қандай жылу мөлшері қажет?

Есепті мына жолмен шығарамыз:

1 г суды 1⁰С-қа қыздыру үшін керек.

200 г суды 1⁰С-қа қыздыру үшін керек.

200 г суды (70⁰ -20⁰)-қа қыздыру үшін керек.

Барлығы 42000 Дж жылу мөлшері керек.

Жылу берілу нәтижесінде дененің ішкі энергиясының өзгеруінің дене затының тегіне байланыстылығы меншікті жылу сыйымдылық деп аталатын шамамен сипатталатындығы айтылады. Мысалдар келтіру арқылы меншікті жылу сыйымдылық ұғымының анықтамасы беріледі, заттардың меншікті жылу сыйымдылығының кестесі талқыланады. Сонан соң Тиндаль приборының көмегімен, денелер қыздырғанда қанша жылу мөлшерін алса, суығанда сонша жылу мөлшерін қайтадан бөліп шығаратындығын, тәжірибе жасап көрсету керек.

Оқушылар меншікті жылу сыйымдылықтың мағынасын және жылу мөлшерінің жылу сыйымдылыққа, дене массасына, температуралар айырымына байланысты екендігін түсініп алғаннан кейін формуласын ендіруге болады. Тақырыпты бекіту үшін жылу мөлшерінің мәнін тура есептеуге арналған есептер шығарылады.

Заттардың агрегаттық күйлері

Бұл тақырып бойынша көптеген тәжірибелер арнайы қондырғыны қажет етпейді және бұрын қолданып жүрген құралдармен жүзеге асырылады. Бұл тәжірибелерде оқушыларға меңгерілетін құбылысты олардың бір емес бірнеше рет бақылағандарын, бірақ көптеген нәрсені көре алмағандарын ескерту керек. Мысалы олар қайнау кезінде ауамен және бумен тлтырылған түйіршіктердің пайда болатынына көңіл аудармаған, қайнау басталғаннан кейін беті ашық ыдыста сұйық температурасының көтерілмейтінін, булану кезінде сұйық температурасының төмендейтінін білмеді.

Әсіресе «қатты денелерде молекулалар ретпен орналасатынына» көңіл аудару керек. Олардың ретті тәртіппен орналасуын бұзу үшін молекулааралық тартылу күшін жою мақсатында жұмыс жасау керек. Мұндай жағдайда дененің ішкі энергиясы өзгереді. Кристалл денелердің балқуы және қатаюуы кезінде температураның тұрақиылығын түсіндірген кезде, сондай-ақ меншікті балқу және булану жылуының физикалық мағынасын түсіндіру кезінде осы қағидаға сүйенуге тура келеді, сондықтан мұны оқушыларға түсіндіру керек. Олар денемен жұмыс жасалған кезде оның энергиясы жоғарылайтынын жақсы білулері керек. Сонымен бірге, агрегаттық күйлердің өзгеруі кезінде молекулалардың жылулық қозғалысының кинетикалық энергиясы өзгермейтінін білулері керек.

Балқу

Оқушылардың заттардың кристаллдық құрылымы жайында бұрын алған мәліметтеріне сүйеніп, оларға «Балқу» тақырыбын меңгерту жеңіл. Күнделікті өмір тәжірибесінен оқушылар денелер қызған кезде балқитынын, ал салқындағанда қататынын біледі. Бірақ, олардың көбі судың агрегаттық күйінің өзгеруін ғана бақылаған, сондықтан сыныпта мысалы нафталиннің балқуы мен қатаюын бақылау оқушыларға артық болмайды. Оқушылар пробиркадағы нафталинді спиртовка жалынында қыздырғанда нафталлиннің су сияқты сұйық әрі мөлдір күйге түсетінін үлкен қызығушылықпен бақылайды. Тағы да суық суға нафталинді құйып, оның қатаюын бақылау оқушылардың одан да ары қызығушылықтарын арттырады. Бұл тәжірибеден кейін балқу және қатаю тақырыбын меңгертуге көшуге болады. Кристалл заттар әрбіреуі үшін белгілі бір температурада балқитынын айтып, физикалық тұрақтылар кестесінде келтірілген балқу температураларына тоқталуға болады.

Тақырыпты меңгертудегі міндетті міндеттер дененің берілген массасы үшін жылу мөлшерін табуға арналған есептерді шығару болып табылады. Оларды балқу процесі жайындағы түсініктерді нақтылау әрі бекіту мақсатында шығарады.