Физикалық эксперименттік есептерді компьютерлік бағдарламалар көмегімен модельдеу

1. Физикалық эксперементтік есептерді компьютерлік
бағдарламалар көмегімен модельдеу
Физикалық есептер шығару әдісіне баланысты: сапалық, есептеу,
эксперименттік, графиктік деп жіктеледі. Соның ішінде эксперименттік
есептерді шығару барысында оқушының пәнге деген қызығушылығын артып,
бақылағыштығы мен құрастырғыштық қабілеттері дамып, құрал
жабдықтармен жұмыс істеу дағдылары мен икемділіктерін жетілдіруге мол
мүмкіндік алады.
Физикалық құбылыстардың негізін ұғыну, түсініктерді, теорияны игеру
процесі әр оқушыда бірдей жүрмейді. Оқыған материалды біреулер тез
игереді, енді біреулеріне ой қорытуына және есіне сақтауына көп уақыт
қажет. Ал оқушылар көзбен көрген құбылыстарды естеріне жақсырақ
сақтайды.
Білімді игерудің нәтижелілігі таным үрдісіне адамның әр түрлі сезім
мүшелерінің іске қосылуы және нақты заттар мен құбылыстарға бетпе-бет
келгенде оны сезіну, көре білу және қабылдау арқылы артады. Бұл жағдайда
физикалық эксперементтің маңызы зор.
Физика сабақтарында оқушылардың эксперементтік жұмыс дағдысын,
шығармашалақ қабілетін арттыруға болады.
Эксперементтік есептерді шешу тәсілдері оларды шешудегі
эксперементтік жұмыстың қойылуына тәуелді. Эксперементтік есептерде
есепті шешу және талдау қажет болады. Егер есепті шешу үшін қажетті
шамалар тәжірибе нәтижесінде алынса, онда эксперементті қою және өлшеу
лер жүргізу маңызды. Эксперементтік есептердің басқа түрлерінде алдымен
есепті шығарып алып соңынан эксперемент қойылып нәтижесімен
салыстырылады.
Алайда, жоғарғы сыныптардағы «Атом физикасы», «Оптика»,
«Электродинамика» бөліміндегі эксперементтік есептерді шешу үшін
құралдар, зертханалық кабинеттің жабдықталуы талапқа сайболмаған
жағдайлар кездесіп жататыны баршамызға аян. Мұндай мәселе туындап
тұрғанда бейнефильмдік эксперименттік тапсырмалар, эксперименттік
компьютерлік модельдік бағдарламалар, инженерлік пакеттерді, электрондық
оқулықтардағы зертханалық жұмыстарды қолданған өте тиімді. Мұндай
бағдарламалық жинақтар экологиялық жағынан таза, экономикалық жағынан
тиімді және техникалық қауіпсіздігі жоғары.
Есеп түріндегі эксперементтік тапсырмаларды шешу және жазу келесі
элементтерден тұрады: есептің қойылуы, шарттарды талдау, өлшеулер
жүргізу, есептеулер, тәжірибеден тексеру.
Мысалдар қарастырайық:
№1. Мысал. Оптика бөліміндегі жинағаш линзадан кескін алу кезінде
мынадай тапсырмалар қойылды делік:
1.Нәрсе жинағыш линза мен бас фокус арасындаорналасқан кездегі кескін.
2.Нәрсе жинағыш линзаның дәл бас фокусындаорналасқан кездегі кескін.
3.Нәрсе жинағыш линың 2 фокусынан тысқары орналасқан кездегі кескін.

2. Есептің қойылуы. Қолданылатын компютерлік модель:
Жинағыш линзадан қандай кескін алынатындығынанықтау керек.
Берілген есептің шартына сәйкес суретін салып, астына сұрағын қою
арқылы жазса да болады. Сосын анализ жасайды, есепті шешу үшін қандай
өлшеулер жүргізі керектігін анықтайды.
Талдау. Линзада кескін алу үшін керекті сәулелер: 1) Бас оптикалық
центр арқылы өтетін сәулелер – линзадан өткенсоң бағытын өзгертпейді. 2)
Бас оптикалық өське параллель сәулелер – жинағыш линзадан өткен соң бас
фокусты қиып өтеді.
Өлшеулер. Нәрсе мен кескіннің ұзындығын сызғышпен өлшейміз. Тура
немесе төңкерілген, шын немесе жалған кескін алынғанына назар аударамыз.
Тәжірибелік тексеру. Компютерлік модельдің жұмыс парағын ашып,
нәрсені берілген тапсырмалардағы шартқа сәйкес орналастырып, алынған
нәтижелермен салыстырамыз.
Сонымен қойылған тапсырмалардың компьютерлік бағдарлама көмегімен
алынған нәтижесі 1 тапсырма (1а-суретте), 2 тапсырма (1 б-суретте), 3
тапсырма(1 в-суретте)
1 а-сурет 1 б-сурет
1в-сурет
№2. Мысал. Тізбектің АВ бөлігіндегі толық кедергіні анықтаңыз.
1
3 4
2
5

3. Есептің қойылуы. Қолданылатын компютерлік модель:
Тізбектің АВ бөлігіндегі толық кедергіні анықтау керек. Мұндағы: 𝑅1 = 7Ом,
𝑅2 = 3Ом, 𝑅3 = 28Ом, 𝑅4 = 12Ом, 𝑅5 = 14Ом.
Берілген есептің шартына сәйкес суретін салып, астына сұрағын қою
арқылы жазса да болады. Сосын анализ жасайды, есепті шешу үшін қандай
өлшеулер жүргізі керектігін анықтайды.
Талдау.
Есептеулер. 𝑅1 мен 𝑅2 өзаратізбектей жалғанған:
𝑅1,2 = 𝑅1 + 𝑅2 = 7Ом + 3Ом = 10Ом
𝑅3 мен 𝑅4 өзаратізбектей жалғанған: 𝑅3,4 = 𝑅3 + 𝑅4 = 28Ом + 12Ом = 40Ом
𝑅1,2 мен 𝑅3,4 өзара параллель жалғанған:
𝑅ж =
𝑅1,2∙𝑅3,4
𝑅1,2+𝑅3,4
=
10Ом∙40Ом
10Ом+40Ом
= 8Ом
Тәжірибелік тексеру. Компютерлік модельдің жұмыс парағын ашып,
сұлба бойынша тізбекті құрастырамыз, алынған нәтижелермен
салыстырамыз.
Соныменқойылған тапсырмалардыңкомпьютерлік бағдарлама көмегімен
алынған нәтижесі
№3. Мысал. Бордың атом моделіне сәйкес сутегі атомының бірінші және
екінші энергетикалық дейгейлеріне сәйкес энергиясынанықтаңыз.
Есептің қойылуы. Қолданылатын компютерлік модель: Бордың атом
моделіне сәйкес сутегі атомының бірінші және екінші энергетикалық
дейгейлеріне сәйкес энергиясынанықтаңыз.
Берілген есептің шартына сәйкес суретін салып, астына сұрағын қою
арқылы жазса да болады. Сосын анализ жасайды, есепті шешу үшін қандай
формулалар қолданылатынын анықтайды.
Талдау. Сутегі атомының 𝑘 - ші тұрақты орбита бойымен қозғалған
электрон энергиясы оның кинетикалық және потенциялдық энергияларының
қосындысынатең:
𝐸 𝑘 = −
𝑞 𝑒
2
4𝜋𝜀0 𝑟 𝑘
+
𝑚 𝑒 𝜗 𝑘
2
2
Бор постулатына сәйкес электрон орбитасының радиусымен жылдамдығы
арасындағы байланыс:
𝑚 𝑒 𝜗 𝑘 𝑟 𝑘 = 𝑘
ℎ
2𝜋
Атомдағы электронға кулон күші әсер етіп Ньютонның екінші заңы
былайша өрнектеледі:
𝐹 = 𝑚 𝑒 𝑎
мұндағы:

4. 𝑎 =
𝜗𝑘
2
𝑟 𝑘
𝐹 =
1
4𝜋𝜀0
𝑞 𝑒
2
𝑟 𝑘
2
орындарынақойсақ:
𝑚 𝑒 𝜗 𝑘
2
𝑟 𝑘
=
1
4𝜋𝜀0
𝑞 𝑒
2
𝑟 𝑘
2
Бұл теңдеуден 𝑚 𝑒 𝜗 𝑘
2
-ты тауып біірінші теңдеуге қоямыз, сонда 𝐸 𝑘 = −
𝑞 𝑒
2
8𝜋𝜀0 𝑟 𝑘
Жоғарыдағы теңдеулерден 𝑟 𝑘 табамыз 𝑟 𝑘 =
ℎ2
𝜀0 𝑘2
𝑞 𝑒
2 𝑚 𝑒 𝜋
Сонда: 𝐸 𝑘 = −
𝑚 𝑒 𝑞 𝑒
4
8𝜀0
2
ℎ2
1
𝑘2
Тұрақтылардың орнынамәндерін қойсақ:
𝐸 𝑘 = −
13,6
𝑘2 (эВ)
Есептеулер. бірінші энергетикалық дейгейіне сәйкес энергиясын 𝐸 𝑘 =
−
13,6
12 = −13,6 (эВ)
екінші энергетикалық дейгейіне сәйкес энергиясын 𝐸 𝑘 = −
13,6
22 = −3,40 (эВ)
Тәжірибелік тексеру. Компютерлік модельдің жұмыс парағын ашып
алынған нәтижелермен салыстырамыз.
Соныменқойылған тапсырмалардыңкомпьютерлік бағдарлама көмегімен
алынған нәтижесі
Сурет 1. Компьютерлік нұсқа

5. Сурет 2. Компьютерлік көрініс
Қорытаайтқанда физикалық эксперементтік есептерді компьютерлік
бағдарламалар көмегімен модельдеу арқылы оқушылардың назарынфизика
пәніне аудартып қана қоймай, соныменқатар табиғи құбылыстарды
тереңірек ұғындыруғажолашады.