Физикалық практикумдар 9-11-сыныптар

Физика пәнін оқытудағы физикалық практикумдардың маңызы

Физика ғылым ретінде адамзат мәдениетінде маңызды орын алады. Физиканың жалпы мәдени мәнділігін және оның негізінде ғылыми дүниетанымды және көзқарасты қалыптастыру қазіргі кездегі оқу пәнінің басым мақсаттарына жатады.

«Физика және астрономия» пәнінің бағдарламасы табиғаттың түрлі құбылыстары ( механикалық, жылулық, электрлік, электр-магниттік, оптика, атом және ядролық), негізгі физикалық ұғымдар, физикалық заңдарды практикада қолдану мысалдары туралы мәліметтерді құрайды.

Практикалық әдістерді қолдану оқыту мақсаттарының түрлеріне сай келуі тиіс. Сабақта олар көбіне «аралас» түрінде қолданылады. Мысалы, мұғалімнің сабақты ауызша баяндап түсіндіруі көбіне көрнекі құралдарды пайдаланып, физикалық экспериментті демонстарциялаумен, яғни көрнекілік әдіспен қос қабат жүреді. Сондай-ақ материалдарды сөзбен түсіндіру көбіне практикалық әдіспен (зертханалық жұмыста) бірігіп пайдаланылып отырады.

Арнаулы құралдардың жәрдемімен физикалық процестерді демонстрациялап көрсету және оқушылардың өздерінің істеп, зерттеп, бақылауы физикалық оқу эксперименті деп аталады. Физикалық оқу эксперименті физиканы оқытудағы ең негізгі көрнекі құрал болып табылады. Өйткені оны пайдаланудың нәтижесінде физикалық ұғымдар (жылдамдық, үдеу, өріс, жарық дисперсиясы және т.б.) қалыптастырылады, құбылыстар арасындағы өзара байланыстар (күш пен масса, ток күші мен кедергі, жылудың механикалық эквиваленті) тағайындалады, физикалық заңдар (Ньютон, Ом заңдары және т.б.) тексеріледі.

Ұйымдастыру формасына қарай физикадағы оқу экспериментінің жүйесі мынадай түрлерден құралады (1-сурет):

Физикалық оқу эксперименті

демонстрациялық эксперимент

лабораториялық эксперимент

физикалық практикум

кластан және мектептен тыс жүргізілетін эксперимент

эксперименттік есептер шығару

қолан физикалық приборлар мен көрнекі құралдар жасау

1-сурет. Физикадағы оқу экспериментінің жүйесі.

Демонстрациялық эксперимент немесе тәжірибелер сабақ үстінде көрсетіледі. Демонстрациялық экспериментті көрсеткенде оқушылар пассивті түрде бақылаушы ролін атқарады. Лабораториялық экспериментте оқушылар өздері белсене қатынасады, физикалық құбылыстарды өздері қолымен істеп көріп, өлшеулер жүргізеді, физикалық шамалар мен тұрақтыларды тағайындайды. Мектепте жүргізілетін лабораториялық эксперимент белгілі ерекшеліктеріне қарай 5 топқа классификацияланады І. I. Лабораториялық экспериментке оқушылардың қатыстырылуы бойынша:

1) олардың барлығы түгел міндетті түрде орындайтын сыныптық лабораториялық жұмыстар;

2) сыныптан тыс уақытта (физика кабинетінде, үйде), физикаға қызығушы оқушылардың ғана істейтін лабораториялық жұмыстары болып бөлінеді.

ІІ. Өткізілетін орны мен уақыты бойынша лабораториялық жұмыстар 4 түрге бөлінеді: 1) толық бір сабақ бойы; 2) сабақта қысқа уақыт (5-10 мин.) мерзімде; 3) физикалық праткикум деп аталатын ұзақ уақыт бойы (2 сабақ) бойы; 4) сыныптан тыс уақытта (кабинетте, үйде -10,30 мин.) өткізілетін эксперимент.

Физикалық оқу экспериментінің құндылығын арттыру мынадай мақсаттарды жүзеге асыруға бағытталған:

1) мектеп физика курсының ғылыми деңгейін көтеру;

2) физикалық білімнің мазмұнын қазіргі физика ғылымының даму дәрежесіне сәйкестендіру.

Мектепте физикалық эксперименті тиісті дәрежеде өткізудің ең басты шарты - физика кабинетін жабдықтау және оның жұмысын жоспарлы түрде дұрыс жолға қоя білу. Бұл физика мұғалімінің ынта-жігеріне және іскерлік қабылетіне бірден-бір байланысты жұмыс.

Физиканы оқытуда оқушылар мен оқыту обьектісі болып табылатын табиғат арасындағы байланысты жүзеге асыруда физикалық эксперименттің, лабораториялық жұмыстар мен физикалық практикумның атқарар ролі үлкен. Осыған орай оқушының ой-өрісін дамытуға, экспериментті қоюы және орындау кезіндегі қабілеті тексеріледі. Оқушылар үшін лабораториялық жұмыстардың ережесі былай құрылған:

• жұмыстың аталуы;

• керекті құралдардың тізімі;

• фрындалатын операциялар туралы толық мағлұмат беретін жұмыстың орындалу реті;

• физикалық шамаларды есептеуге арналған формулалар;

• өлшеуді және есептеу нәтижелерін енгізетін кесте;

• абсолют және салыстырмалы қателіктерді бағалау;

• нәтижені қорытындылау;

Лабораториялық жұмыстарды жүргізу процесінде оқушылар физикалық заңдардың объективтілігіне көз жеткізеді және физикадағы ғылыми зерттеулерде қолданылатын әдістер жөнінде мағлұмат алады. Сонымен қатар физикалық заңдарды неғұрлым тереңірек меңгеруіне ықпалын тигізеді, өлшеу приборларымен жұмыс істегенде шеберліктер мен дағдыларды сіңіруіне , білімдерін өмірде саналы қолдануға үйретеді. Дұрыс ұйымдастырылған лабораториялық сабақтар оқушылардың ой белсенділігін арттырып, оларды қойылған сұраққа эксперименттік жолмен өз бетінше жауап іздеуге бейімдейді.

Мектептегі лабораториялық сабақтардың негізгі екі формасы орын алған:

• фронталь лабораториялық жұмыстар;

• физикалық практикум;

Физикалық (лабораториялық) практикум оқу жылының аяғында 9-10-11-сыныптарда өткізіледі (мысалы дененің еркін түсу үдеуін өлшеу, шала өткізгіштіктердің вольт-амперлік сипаттамаларын алу, электрорезонансты зерттеу). Мұндай лабораториялық практикумдарда физикалық құбылыстар терең зерттеледі, оқушылардың өз бетінше ізденушілікпен істеуін талап етеді, оларды ғылыми-зерттеу және өлшеу әдістерімен таныстырады.

Міндеттері:

• Оқушылардың танымдық іс-әрекетін белсендіру;

• Электрондық оқу құралдармен жұмыс істеу дағдыларын қалыптастыру;

• Зертханалық жұмыстар мен практикумдар жүргізу кезінде өлшеулерді дұрыс жүргізіп, алынған нәтижелерді бағалау;

• Физикалық ұғымдардың, заңдардың табиғатын компьютерлік бағдарламалар арқылы бақылау, олардың ерекшелектерін, өзгерісін сол мезетте саралап отыру;

Күтілетін нәтиже:

-физикалық ұғымдар мен шамалардың мағынасын, заңдардың практикалық қолданыстарын түсініп, игере біледі;

-есеп шығарған кезде сызбада берілген шамаларды олардың арасындағы тәуелділікті дұрыс тауып, анықтай біледі;

-зерттеу әдістерін (эксперимент жүргізу, әдебиетке шолу жасау, мәліметтерді талдау) жоспарлап, эксперименттік фактілер және сәйкес кестелер мен статистикалық мәліметтер негізінде қорытындылар жасай алады, іздену және зерттеу жұмыстарының нәтижелерін дайындап үйренеді;

-Сабақ барысында жеке және топтық жұмыстарды жүргізе отырып, сыни ойлауды, өзін және өзгелерді бағалауды үйреніп, ынтымақтастықта жұмыс істей алады;

-Әр түрлі қабілетті оқушылармен деңгейлі тапсырмаларды жүргізіле отырып, оқушылар өз қызметтерін жоспарлап, ол жоспарды жүзеге асырып және жұмыстарының нәтижесін қорытындылай алуды үйренеді (рефлексия).

Балаға терең де сапалы білім берумен ғана шектелмей, оның қоршаған ортадағы заңдылықтармен құбылыстарды меңгеруіне физиканың лабораториялық жұмыстарын, физикалық практикумдарды уақытылы жүргізіп, баланың оқып білгенін практикада көрсете білудің танымдық маңызы зор.

9-сынып.

Практикум №1 «Дененің еркін түсу үдеуін өлшеу»

Мақсаты: Тәжірибе негізінде еркін түсу үдеуін анықтауды үйрену.

Құрал-жабдықтар: NOVA 5000 портативті компьютер, арақашықтық датчигі, датчиктерді қосуға арналған жалғағыш сымдар, зертханалық тұрғы, өлшеуіш таспа, диаметрі 5-6 см резеңке доп.

Теориялық түсінік:

Еркін түскен кезде дене Жерге қарай тұрақты үдеумен қозғалады. Вакуумдегі үдеудің шамасы дененің пішіні мен массасына байланысты болмайды.

Дененің жағдайын анықтау үшін арақашықтық датчигі қолданылады. Датчик дене бетінен шағылатын ультрадыбысты импульс жібереді.

Датчиктен төмен қарай құлап бара жатқан дененің арақашықтығын есептеу үшін ультрадыбыстың денеден датчикке дейінгі аралықты өту уақыты өлшенеді. Датчиктің көрсеткіші парабола түріндегі графиктен көрінеді.

Экспериментті өткізуге дайындық:

1. Эксперименттік қондырғыны құрастырыңдар.

2. Арақашықтық датчигін тұрғыға бекітіп, тұрғыны үстел шетіне қарай қойыңдар.

3. Арақашықтық датчигін еденнен 140-150 см қашықтықта орналастырыңдар.

4. NOVA-ға датчикті жалғаңдар.

5. NOVA-ны қосып, MultiLab бағдарламасын іске қосыңдар.

6. Өлшеулер параметрлерін тағайындаңдар:

Жиілік

10 өлшеу/с

Өлшеулер

500

Экспериментті өткізу:

1. Датчиктен 40 см қашықтықта допты ұстап тұрыңдар.

2. Мәліметтерді тіркеуді бастаңдар.Ол үшін «Старт» батырмасын басыңдар. Датчиктің көрсеткіші экран бетінде график түрінде көрінеді.

3. Допты қоя беріңдер. MultiLab экранынан графиктің салынуын бақылаңдар.

4. Доп еденге тиген кезде тіркеуді тоқтатып, «Тоқта» батырмасын басыңдар.

5. Жылдамдықтың графигін салыңдар. Жылдамдық графигі түзу сызық болып табылады, бұл үдеудің тұрақтылығын байқатады.

6. Жылдамдық графигінен қозғалыс үдеуін анықтаңдар.

7. Қорытынды жасаңдар.

№1 практикумға арналған эксперименттік қондырғының сұлбасы

Координаттың уақытқа тәуелділік графигі.

Жылдамдықтың уақытқа тәуелділік графигі.

9-сынып.

Практикум №2 «Ньютонның 2- заңын зерделеу»

Мақсаты: Ньютонның 2- заңын тәжірибе жүзінде тексеру.

Құрал-жабдықтар: NOVA 5000 портативті компьютер, арақашықтық датчигі, датчиктерді қосуға арналған жалғағыш сымдар, арбаша, көлбеу жазықтық, массасы әртүрлі жүктер, зертханалық тұрғы, статикаға арналған блоктар жиынтығы, трос.

Теориялық түсінік:

Ньютонның 2-заңы: a= F/m.

Арбаша-жүк жүйесі үшін Ньютонның 2- заңы: m₂g-F_үйк=( m₁+m₂)

Мұндағы a- арбашаның қозғалыс үдеуі; F_үйк- арбашаға әсер ететін үйкеліс күші.

Үйкеліс күшін ескермейтін болсақ, онда

a= m₂g / m₁+m₂

Берілген экспериментте біз күш пен үдеу арасындағы байланысты тағайындаймыз. Үдеу арақашықтық датчигі көмегімен өлшенеді.

Экспериментті өткізуге дайындық:

1. Эксперименттік қондырғыны құрастырыңдар.

2. Арақашықтық датчигін көлбеу жазықтық ың басталу жолынан 40 см қашықтықта орналастырыңдар.

3. Көлбеу жазықтықтың төменгі жағына блокты бекітіңдер.

4. Тростың бір ұшын арбашаға байлаңдар.

5. Тростың бос екінші ұшына массасы 10 г жүк іліңдер.

6. Тросты блок арқылы тастаңдар.

7. Қалған жүктерді арбашаға салыңдар.

8. NOVA-ға датчикті жалғаңдар.

9. NOVA-ны қосып,MultiLab бағдарламасын іске қосыңдар.

10. Өлшеулер параметрлерін тағайындаңдар:

Жиілік

10 өлшеу/с

Өлшеулер

500

Экспериментті өткізу:

1. Арбаша мен жүктердің массаларын өлшеңдер.

2. Көлбеу жазықтықтың басына арбашаны ұстап тұрыңдар.

3. Мәліметтерді тіркеуді бастаңдар. Ол үшін «Старт» батырмасын басыңдар. Датчиктің көрсеткіші экран бетінде график түрінде көрінеді.

4. Арбашаны көлбеу жазықтық бойымен қоя беріңдер. Тросқа ілінген жүк еденге тиген кезде тіркеуді тоқтатып, «Тоқта» батырмасын басыңдар.

5. 1-4 кезеңдерді тросқа массасы 30,40,50 г жүктерді іле отырып, қайталаңдар.

Координатаның уақытқа тәуелділік графигі

№ 2 практикумға арналған эксперименттік қондырғының сұлбасы

9-сынып.

Практикум №3 «Серпімді деформацияны зерделеу»

Мақсаты: Тәжірибе жүзінде серпімді деформацияны зерделеп үйрену.

Құрал-жабдықтар: NOVA 5000 портативті компьютер, арақашықтық датчигі, күш датчигі, датчиктерді қосуға арналған жалғағыш сымдар, серіппеге бекітілген массасы белгілі жүк, массасы әртүрлі жүктер, зертханалық тұрғы.

Теориялық түсінік:

Гук заңы: F= -kx

Серпімді жүктің тербеліс периоды: T= 2πm/k, ал тербеліс жиілігі V=1/T

Берілген экспериментте вертикаль бағытта тербелген серіппедегі жүктің қозғалысы зерттеледі. Экспериментте серіппеге әсер ететін күшті өлшеу мен жүктің жағдайын анықтау арақашықтық және күш датчиктерімен бір мезгілде жүргізіледі.

Экспериментті өткізуге дайындық:

1. Эксперименттік қондырғыны құрастырыңдар.

2. Тұрғыға күш датчигін орнатыңдар.

3. Күш датчигінің ілмегіне серіппедегі жүкті іліңдер.

4. Жүктің төменгі жағына арақашықтық датчигін орналастырыңдар. Жүк пен датчик арасы 40 см-ден аспау керек..

5. NOVA-ға датчикті жалғаңдар.

6. NOVA-ны қосып, MultiLab бағдарламасын іске қосыңдар.

7. Өлшеулер параметрлерін тағайындаңдар:

Жиілік

10 өлшеу/с

Өлшеулер

500

Экспериментті өткізу:

1. Жүк массасын жазып алыңдар.

2. Мәліметтерді тіркеуді бастаңдар.Ол үшін «Старт» батырмасын басыңдар. Датчиктің көрсеткіші экран бетінде график түрінде көрінеді.

3. Жүкті шамамен 5 см-ге төмен ығыстырып, тербеліске келтіріңдер.

4. «Тоқта» батырмасын басыңдар.

5. Тербеліс периодын анықтаңдар.

6. Күштің арақашықтыққа тәуелділік графигін салыңдар.

7. T= 2πm/k формуласы орындалады ма, тексеріңдер.

Координатаның және күштің уақытқа тәуелділік графигі.

Күштің арақашықтыққа тәуелділік графигі

№3 практикумға арналған эксперименттік қондырғының сұлбасы

9-сынып.

Практикум №4

«Механикалық энергияның сақталу заңын зерделеу»

Мақсаты:Механикалық энрегияның сақталу заңын тәжірибе жүзінде тексеру.

Құрал-жабдықтар: Динамометр, өлшеуіш сызғыш, массасы 100 г жүктер, зертханалық тұрғы.

Теориялық түсінік:

Серіппенің ұзаруы мен оған ілінген жүктердің орын ауыстыруы бірдей болады: x=h.

Серіппенің созылуы кезіндегі потенциалдық энергия мынадай формуламен анықталады:

E_p= kx²/2 = Fx/2

Серіппеге ілінген жүктердің орын ауыстыруы кезіндегі потенциалдық энергияның өзгерісі:

Ep= mgh

Жұмыс барысы:

1. Тұрғыға динамометрді вертикаль орнатыңдар.

2. Динамометрге массасы 100 г екі жүкті іліңдер.

3. Серіппе созылғандағы серпімділік күшінің ең үлкен мәнін және серіппенің сәйкес созылуын өлшеңдер.

4. Есептеулер жүргізіңдер.

№4 практикумды орындауға қажетті құрал-жабдықтар

9-сынып

Практикум №5

«Электр қыздырғышы бар қондырғының ПӘК-ін анықтау»

Мақсаты: Электр қыздырғышы бар қондырғының ПӘК-ін анықтауды үйрену.

Құрал-жабдықтар: термометр, сағат, калориметр, ток көзі, кілт, қыздырғыш үшін қуаты белгілі спираль сым, жалғағыш сымдар, су, таразы, амперметр.

Теориялық түсінік

Қыздырғышы бар қондырғының пайдалы әсер коэффициенті деп қыздырылған судың ішкі энергиясының өсуінің электр қыздырғыш элементі бөлген электр энергиясына қатынасына тең шаманы айтамыз. Суды қыздыру барысында энергияның пайдалы шығыны жүзеге асады, сонымен қатар ыдысты және қоршаған ортаны жылытуға жұмсалады.

ПӘК=А_{пайдалы}/ А_толық

Суды қыздыруға жұмсалған жылу мөлшерін есептеу формуласы:

A_{пайдалы} = Q = cm(t₂-t₁)

Электр тогының энергиясын есептеу формуласы:

A_толық= A_эл= Pt

Жұмыс барысы:

1. Ток көзі, кілт, амперметр, қыздырғыш спиральдан тұратын тізбекті жинаңдар.

2. Қыздырғыш қуатын анықтаңдар.

3. Калориметрдің бос ішкі ыдысын таразыға өлшеңдер.

4. Калориметрге ортадан жоғары су құйып, оны сумен бірге таразыға тартып, массасын өлшеңдер. Су массасын анықтаңдар.

5. Суы бар калориметрге қыздырғыш спиральді салыңдар.

6. Судың бастапқы температурасын термометрмен өлшеңдер.

7. Тізбекті тұйықтаңдар.

8. Ток көзіне қосылған сәттен бастап, уақытты сағатпен бақылаңдар.

9. 5-6 минут өткеннен соң, қыздырылған судың температурасын өлшеңдер.

10. Өлшеу нәтижелерін жазып алыңдар.

11. Есептеу нәтижелерін кестеге түсіріңдер.

12. Тәжірибе нәтижелерін қорытындылаңдар.

№5 практикумды орындауға қажетті құрал-жабдықтар

9-сынып.

Практикум №6 «Импульс түріндегі Ньютонның 2-заңын зерделеу»

Мақсаты: Импульс түріндегі Ньютонның 2- заңын тәжірибе жүзінде тексеру.

Құрал-жабдықтар: NOVA 5000 портативті компьютер, арақашықтық датчигі, датчиктерді қосуға арналған жалғағыш сымдар, арбаша, көлбеу жазықтық, зертханалық тұрғы, күш датчигі.

Теориялық түсінік:

Ньютонның 2-заңы: a= F/m.

Ньютонның екінші заңы бойынша дене импульсінің өзгерісі денеге әсер ететін күш импульсіне тең болады:

mV₂ -mV₁= Ft

I=Ft- күш импульсі.

Егер күш айнымалы болатын болса және оның уақытқа тәуелділік графигі берілсе, күш импульсі графиктегі ауданмен анықталады. V₁ жылдамдықпен қозғалған дене кедергіге соқтығысқаннан кейін V₁ векторына қарама-қарсы бағытталған V₂ жылдамдықпен кері қарай қозғалады. Осы жағдайда дене импульсінің өзгерісі mV₁ +mV₂ қосындысына тең болады.

Соқтығысу кезіндегі дене импульсінің өзгерісін анықтап, графиктен табылған күш импульсімен салыстырамыз.

Экспериментті өткізуге дайындық:

1. Эксперименттік қондырғыны құрастырыңдар.

2. Арақашықтық датчигін көлбеу жазықтықтың басталу жолынан 40 см қашықтықта орналастырыңдар.

3. NOVA-ға датчикті жалғаңдар.

4. NOVA-ны қосып, MultiLab бағдарламасын іске қосыңдар.

5. Өлшеулер параметрлерін тағайындаңдар:

Жиілік

10 өлшеу/с

Өлшеулер

500

Экспериментті өткізу:

1. Көлбеу жазықтықтың басына арбашаны ұстап тұрыңдар.

2. Мәліметтерді тіркеуді бастаңдар. Ол үшін «Старт» батырмасын басыңдар. Датчиктің көрсеткіші экран бетінде график түрінде көрінеді.

3. Арбашаны көлбеу жазықтық бойымен қоя беріңдер. Экраннан арбаша координаталарының уақытқа тәуелді өзгерісін және соқтығысқан кездегі күштің уақытқа тәуелділігін бақылаңдар.

4. Арбаша күш датчигіне соқтығысқан кезде тіркеуді тоқтатып, «Тоқта» батырмасын басыңдар.

5. MultiLab бағдарламасындағы эксперимент нәтижелерін қорытындылаңдар.

№6 практикумға арналған эксперименттік қондырғының сұлбасы

9-сынып

№7 практикум «Еркін және еріксіз тербелістерді зерделеу»

Мақсаты: Тәжірибе барысында еркін және еріксіз тербелістерді зерделеп үйрену. Серіппеге және жіпке ілінген денелердің ауырлық, серпімділік күштері әсерінен жасайтын тербелістерінің кинематикасы мен динамикасын талдау.

Құрал-жабдықтар: динамометр, массасы 100 г жүктер, ұзындығы 30 мм болатын жіпке ілінген диаметрі 25 мм шар, зертханалық тұрғы.

1. Серіппеге ілінген жүктің еркін және еріксіз тербелістерін зерттеу.

Жұмыс барысы:

1. 1-суреттегідей қондырғыны құрастырыңдар.

2. Тұрғыға вертикаль бекітілген динамометрге массасы 100 г екі жүкті іліңдер.

3. Жүктердің тепе-теңдік жағдайын бақылап, оларды тепе-теңдік жағдайынан 4-5 см төмен қарай вертикаль тартып, қоя беріңдер.

4. Бастапқыда жүк сыртқы күштің (қолдың) әсерінен еріксіз тербеліс жасайтынына көңіл аударыңдар.

5. Ауырлық және серпімділік күштерінің әсерінен жүктердің жасайтын еркін тербелістерін бақылаңдар.

6. Жүктердің орын ауыстыруының периодты өзгерісіне, жылдамдығына, үдеуіне ерекше назар аударыңдар.

7. Жүктердің кинематикасы мен динамикасын қарастырғаннан кейін дәптерлеріңе тең әрекетті күштерді салыңдар.

Серіппеге ілінген жүк тербелісінің кинематикасы мен динамикасы

1-сурет. Серіппеге ілінген жүк тербелісін бақылауға арналған қондырғы

2. Жіпке ілінген дененің еркін және еріксіз тербелістерін зерттеу.

Жұмыс барысы:

1. Тұрғыға жіпке ілінген шарды іліңдер.

2. Шардың тепе-теңдік жағдайын бақылап, оны тепе-теңдік жағдайынан 5-7 см ауытқытып, қоя беріңдер.

3. Бастапқыда шардың сыртқы күштің (қолдың) әсерінен еріксіз тербеліс жасайтынына көңіл аударыңдар.

4. Ауырлық және серпімділік күштерінің әсерінен шардың жасайтын еркін тербелістерін бақылаңдар.

5. Шардың ығысуының периодты өзгерісіне, жылдамдығына, үдеуіне ерекше назар аударыңдар.

6. Шардың кинематикасы мен динамикасын қарастырғаннан кейін дәптерлеріңе тең әрекетті күштерді, үдеуді, шардың сызықтық жылдамдығын салыңдар.

Жіпке ілінген шар тербелісінің кинематикасы мен динамикасы.

9-сынып.

№8 практикум

«ЖЖК пайдаланып, жарық жұлдыздарды, күндізгі, қысқы және жазғы аспандағы негізгі шоқжұлдыздарды табу

11-сынып. Физикалық практикум №4

Термокедергідегі термометр шкаласын градуирлеу.

Мақсаты: термокедергілермен танысу, термокедергідегі термометр шкаласын градуирлеп үйрену.

Құрал - жабдықтар: терморезисторлар.

Терморезистор - электр кедергісі температураға байланысты өзгеретін шалаөткізгіш резистор. Терморезистордың температуралық кедергі коэффициенті (ТКК; металдар ТКК-нен ондаған есе артық) айтарлықтай үлкен, механикалық жүктемелерде, әр түрлі ауа райы жағдайында жұмыс істеуге қабілетті, сипаттамалары уақыт бойынша тұрақты, құрылысы қарапайым. Терморезисторды түтікше, диск, моншақ және жұқа пластина түрінде ұнтақтық металлургия әдістерімен жасайды. Олардың өлшемдері 1-10 мкм- ден 1-2 см-ге дейін жетуі мүмкін. ТКК-і оң және теріс терморезистор деп бөлінеді.

Кедергі термометрі - эсері өткізгіштердің немесе жартылай өткізгіштердің электр кедергісінің температураға тэуелділігіне негізделген термометр. Кедергілікті термометр (орыс. термометр сопротивления ) - температура датчигі. Оның құрылғысы металдардың және жартылай өткізгіштердің температура өзгерісіне байланысты өздерінің электрлік кедергісін өзгертуіне негізделген. Кедергілікті термометрдің артық шылықтары температураны жоғары дәлдікпен тұрақты түрде өлшегі, көрсетулерін автоматты түрде жазып, алысқа беру мүмкіншілігі. Сезгіш элементі платинадан, мыстан, никельден (сирек) жасалынады.

Кедергі термометрін градуирлеу

R0 = 100,00 ом.

T°C

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

ом

78,70

82,96

87,22

91,48

95,74

100,00

104,26

108,52

112,78

117,04

T°C

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

ом

121,30

125,56

129,82

134,08

138,34

142,60

146,86

151,12

155,38

159,64

T°C

150

160

170

180

ом

163,90

168,16

172,42

176,68

11- сынып. Физикалық практикум №5

Жартылай өткізгіштердің электрөткізгіштігінің температураға

тәуелділігін зерттеу.

Мақсаты: оқушыларды жартылай өткізгіштің кедергісінің температураға тәуелділігімен таныстыру, одан кейін оның кедергісін суық және қыздырылған күйінде өлшеу.

Құрал-жабдықтар: жартылай өткізгішті терморезистор, вольтметр, ток көзі, кілт, жалғағыш сымдар, спирт шамы, сіріңке.

Жұмыс барысы:

1. Ток көзі, кілт, жалғағыш сымдарды, вольтметр мен терморезисторларды тізбектей жалғап, электр тізбегін құрастырыңдар.

2. Электр тізбегін тұйықтап, вольтметрдің бастапқы көрсеткішін жазып алыңдар.

3. Терморезисторды ақырындап спирт шамымен қыздырыңдар.

4. Тізбектегі токтың өсуін бақылаңдар.

5. Бірнеше секундтардан кейін терморезисторды қыздыруды тоқтатып, вольтметрдің көрсетуін жазыңдар.

6. Терморезистордың салққындаған кездегі ток күшінің азайғандығын, ал тізбектегі оның кедергісінің өскенін бақылаңдар.

Жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігін зоналық теория негізінде тек кванттық механика жан-жақты түсіндіріп бере алады. Кристалдарда энергетикалық зоналардың пайда болуы металдардың, жартылай өткізгіштердің және диэлектриктерге бөлінуімен түсіндіріледі. Жартылай өткізгіштер мен диэлектриктердің екеуінде де еркін зарядты тасымалдаушылар жоқ, олардың пайда болуы үшін (электрондарды атомдардан жұлып алу үшін) белгілі бір көлемде энергия жұмсау керек. Бірақ бұл энергия диэлектриктер үшін өте үлкен, ал жартылай өткізгіштер үшін ол аз шама болуы қажет.

Егер жартылай өткізгіштің температурасы абсолют нөлге жақындаса, онда кристалдағы байланыстар бұзылмайды, сондықтан жартылай өткізгіш диэлектрикке айналады. Жартылай өткізгіштің температурасы артқанда оның атомдарының сыртқы қабатының жеке электрондары, атомнан бөлінуге жеткілікті энергия қабылдап, одан бөлініп шығып, еркін электрондарға айналады. Жартылай өткізгіштің температурасы жоғарылаған сайын, ондағы еркін электрондардың саны артады және электр өткізгіштігі жоғарылайды.

Бұл жұмыста зертханалық электропеште жартылай өткізгіш үлгісін қыздырып, температурасын өзгерткен кезде үлгінің электрлік кедергісін тікелей өлшеу арқылы электрөткізгіштіктің өзгерісі зерттеледі.

Кедергінің температуралық коэффициенті кедергінің температураға тәуелділігімен сипатталады және Кельвиннің минус бір дәрежесімен өлшенеді . Таза қоспасыз жартылай өткізгіштер үшін кедергінің температуралық коэффициенті теріс шама болып табылады. Себебі, температура жоғарылаған сайын электронның көп бөлігі өткізгіштік зонаға өтеді, сәйкесінше кемтіктердің концентрациясы көбейеді. Яғни көміртек, германий, кремний жартылай өткізгіш элементтері үшін бұл коэффициент теріс шама болып табылады, яғни температура өскен сайын кедергісі кемиді деген корытындыға келеміз.

Жартылай өткізгіш материалы болып табылатын германий тек диод пен триодта ғана кеңінен қолданылмайды, одан үлкен токқа арналған қуатты түзеткіштерді, түрлі датчиктерді, төмен температураларға арналған кедергі термометрлерін жасайды. Ең маңыздысы, бізді қоршаған әлемде көптеген заттар жартылай өткізгіштерден жасалған. Жартылай өткізгіштерді қолданатын аспаптар жетерлік. Ол қарапайым радиоқабылдағыш немесе лазер, тіпті микропроцессордағы кішкентай атомдық батарея болуы мүмкін. Жартылай өткізгішті материалдар керемет католизатор, яғни химиялық үдерістердің үдеткіші бола алатындығы анықталған. Жартылай өткізгіштердің тағы бір ерекшелігі сыртқы магнит өрісінің әсерінен ондағы электр тоғының ығысуы, осының негізінде өте сезімтал, дәл компас жасап шығаруға болады. Германий электроника мен радиотехникада шағын әрі сенімді жұмыс жасайтын қондырғыларды құрастыру үшін қолданылады.

№5 практикумға арналған құрал-жэабдықтар