Доклад на тему: Қараңғыланатын жасанды оптикалық скамья және онымен тәжірибелер көрсету

Қараңғыланатын жасанды оптикалық скамья

Алғы сөз

Оқушылардың білімге деген ынтасын арттырып, терең білім алуларына мүмкіндіктер туғызу педагогика ғылыми мен ұстаздар алдында тұрған өзекті мәселелердің бірі болып саналады. Өйткені мектептің көпшілігінде материальдық-техникалық базасы жағынан жабдықталуы өз деңгейінде емес. Әсіресе бүгінгі талаптарды қанағаттандырарлық құралдар мен жабдықтарды айтпағанның өзінде, «Физика» пәнінің лабораториялық демонстрациялық жабдықтарының барлық мектептердегі қамтамасыздандырылу деңгейі бірдей емес. Қазіргі уақытта мектепте физиканы оқытуда мүмкін болғанша экспериментті кең түрде қолдану керек екендігінде ешбір күмән да, ешбір дауда болмауы керек. Оқушылар қабылдаған, бірақ бақылаудың және тәжірибенің жоқ болу салдарынан, олар үшін факты да болып табылмаған бір сыпыра мәселелер, оқушылардың ойына тек ауыр жүк болады, олар түсінік бермейді, ешкімнің көмегінсіз өзбетімен ойлауға дағдыландырмайды. Эксперимент туралы мұғалімнің көркем тілмен суреттеп айтқан сөзі нәрсені, құбылысты көзбен көргендей бола алмайды.

Сол үшін оқушыларға физикалық құралдар жасау және конструкциялау үйірмесі өте қажет. Осыларды ескере отырып бізде оқушылар үшін оптика бөліміне арналған демонстрациялық және лабораториялық тәжірибелерді көрсетуге мүмкіндігі бар «қаранғыланатын жасанды оптикалық скамья» құралын қолдан жасадық.

Қараңғыланатын жасанды оптикалық скамья және онымен тәжірибелер көрсету.

Әрбір педагогикалық технология жеке түлғаның өзін-өзі дамытуға, оның өзіндік шығармашылық қабілетін арттыруға, қажетті іскерліктері мен дағдыларын қалыптастыруға және өзін - өзі дамытуына қолайлы жағдай жасауға қажетті объективті әдістемелік мүмкіндіктерді қамтиды.

Академик П.Л. Капица айтқандай; «Оқушы физикалық тәжірибені өзі жасағанда жақсы түсінеді. Тіпті жақсы түсініп ізденгені, оның құралды өзі қүрастырып жасағаны мұндайда әрдайым жемісті болады».

Жаңа технологиялар мен инновациялық тәсілдерді, виртуальды электрондық бағдарламаларды енгізе отырып, физиканың күре тамыры саналатын демонстрациялық және лабораториялық тәжірибелерді жаңарту, жетілдіру жолдарын қарастыру мәселесі күн тәртібінен алынған жоқ.

Физика-эксперименттік ғылым, ал тәжірибе - физикалық зерттеудің негізгі түрі. Мақсатына қарай тәжірибелер: жаңа құбылыстарды, физикалық шамалардың байланыстарын тағайындауға, немесе тағайындалған физикалық заңның қолдану аймағын кеңейтуге арналған болады.

Кезінде, оқу процессінде ЛГ -209, ЛГИ - 201, ЛГ -79 -1 сынды лазерлер физика кабинетінің құрамдас жабдығы ретінде демонстрациялық және лабораториялық тәжірибелер жасауға қолданылып, сабақтың сапасын, әсерлігін арттыру мүмкіндігін туғызатын. Қазіргі кезде құнының қымбаттылығынан олар мектептерде қолданудан қалды. Дегенмен, сонғы кездері, лазерлік диодтар негізінде жасалынған лазерлік көрсеткіштер «Кеу сһаіn Lазег»-і сауда дүнгіршектерінде көптеп сатылуда. Мұндай лазерлік көрсеткіштер көлемі шағын, бағасы арзан, арнайы ток көзін қажет етпейді.

Оптикадан қойылатын тәжірибелер бөлмені қаранғылауды қажет ететіндігі белгілі. Әдетте, бөлмені қаранғылау мүмкіндігі тек физика кабинетінде болады, ал кабинет физиканың барлық бөлімдеріне қажет екендігін ескерсек, бір мезгілде ол бірнеше сынып оқушыларына керек болуы жиі кездесетін жағдай. Бұл жағдай жоғары оқу орындары мен колледждерде де орын алуы мүмкін.

Осыларды ескере келе оптика тәжірибелерін лазерлік көрсеткішті қолдана отырып жартылай қаранғыланған бөлмелерде тәжірибелер қоюға мүмкіндік беретін оптикалық скамья жасалды. Оның жалпы көрінісі 1-суретте берілген.

1-сурет. Құралдың жалпы сыртқы көрінісі.

Жабдықтардың бәрі ені 30 см, ұзындығы 70 см, тақта бетіне орнатылған. Қондырғының жалпы биіктігі 40 см. Қорап дсп материалынан жасалған, оның ішкі бетіне қара қағаз желімденген. Негіз қызметін атқарушы тақта бетіне ұзындығы 50 см, арасы 4 см, жуандығы 12 мм, цилиндр тәрізді екі стержень өзара параллель етіп бекітілген. Бұл стерженьдер биіктігі 4 см оптикалық скамья қызметін атқарады. Скамьяға жылжымалы рейтерлер орнатылып оларға лазерлік көрсеткіштер бекітіледі. Лазерлерді тәжірибелер қажеттілігіне қарай жоғары - төмен қозғалтуға болады. Әр түрлі линзалар мен айналар арнайы қораптың ішіне ретімен орналасқан. Скамьяның толық көрінісі 2- суретте берілген.

2-сурет. Оптикалық скамьяның толық көрінісі.

Қаранғыланатын жасанды оптикалық скамьямен тәжірибелер қоюда жоғарыда аталған лазерлік көрсеткіштер қолданылады. Олар гальвани элементтері батареясымен қоректенеді. Лазерлік көрсеткіш сәулесінің монохроматтылығымен, когеренттілігімен және бағыттылығымен сипатталады. Сәуле шығару қуаты 5 мВт, толқын ұзындығы 633 нм, 650 нм, 680 нм. Осындай қуаты аз аспаптың жазық бетте «нүкте қою» ғажайып қабілеттігі лазерлік сәуленің өте аз шашырағыштығымен байланысты. Шашырау бұрышы теориялық бастапқы шоқтың D-диаметрімен және толқын ұзындығымен анықталады:

(1)

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 шекті қашықтық

(2)

мұндағы W-лазердің сәуле шығару қуаты, S_көз-көз қарашығының ауданы (түнде көз қарашығының диаметрі d=7 мм, ауданы 0.5 см²), w_min-адам көзі сезетін қуаттың ең төменгі табалдырығы (шамамен 10^-13 Вт). Адам көзінің сезімталдығы жарықтың толқын ұзындығына байланысты. Толқын ұзындығы 670-680 нм лазерлік көрсеткіш сәулесінен толқын ұзындығы 650 нм лазерлік көрсеткіш сәулесі 5-10 есе жарығырақ, ал толқын ұзындығы 633 нм лазерлік көрсеткіш сәулесі екі есе жарығырақ сияқты. Толқын ұзындығы 550 нм жасыл жарыққа адам көзі ең үлкен сезімтал.

Лазерлік көрсеткішті (Кеу сһаіn lазег - ді) пайдаланып жасалынған тәжірібелер, оның интенсивтілігі оқу процесінің талаптарын толық қамтамасыз ететіндігін көрсетті. Экспериментге қажеттілігіне қарай мұндай лазерлік көрсеткіштерді жеке-дара, үшеуін немесе бесеуін бір жүйеге біріктірілген күйінде құрастырып пайдалануды ұсынамыз.

Авторлар жасап көрген эксперименттік зерттеулер мұндай үш және бір сәулелік жарық көзі көмегімен жоғары және орта мектеп физикасы бойынша төмендегідей демонстрациялар мен лабораториялық жұмыстарды орындауға болатынын көрсетті. Бір сәулелік лазер арқылы жасалатын демонстрациялық тәжірибелер: жарықтың призмада сынуы, жарықтың параллель пластинадан өтуі, жарықтың түзу сызықты таралуы, жарықтың біртекті емес ортада таралуы, Тиндаль эффект, жарықтың жұтылуы, жарықтың мөлдір ортада ( суда, шыныда) толық шағылуы, жарықтың жазық айнадан шағылуы, жарық дифракциясы, дифракциялық тор, тар саңылаудағы дифракция, қыл сымнан дифракция, жарық поляризациясы, жарық интерференциясы, Ньютон сақиналары; жұқа қабықшадағы интерференция. Үш сәулелік лазер жүйесін қолданып жасауға болатын демонстрациялық тәжірибелер: жарықтың ойыс, дөңес және жазық айналардан шағылуы; жинағыш және шашыратқыш линзалардан жарықтың өтуі; үш бүрышты призмадағы толық шағылу; оптикалық құралдардағы жарық шоқтарының жолы; жарықтың призмада сынуы; жарықтың жазық параллель пластинадан өтуі; жарықтың түзу сызықты таралуы. Лазерлік көрсеткішті қолданып, орта және жоғары оқу орындары үшін жасауға болатын лабораториялық жұмыстар: жинағыш және шашыратқыш линзалардың фокустық қашықтықтарын анықтау (үш сәулелік лазер); ойыс және дөңес айналардың фокустық қашықтықтары мен қисықтық радиустарын анықтау (үш сәулелік лазер); жарықтың шыныдағы таралу жылдамдығын дифракциялық тор көмегімен анықтау (бір сәулелік лазер); жарықтың судағы таралу жылдымдығын дифракциялық тор көмегімен анықтау (бір сәулелік лазер); жарықтың судағы таралу жылдамдығын толық шағылу бұрышы арқылы анықтау (бір сәулелік лазер); жарықтың судағы таралу жылдамдығын сыну заңы арқылы анықтау (бір сәулелік лазер); Айтылған тәжірибелердің кейбіріне мысалдар келтірейік :

Мектеп оқулығында мөлдір біртекті ортада жарықтың түзу сызық бойымен таралуын түсіндіруде, тәжірибе ретінде көлеңкенің пайда болуын көрсету ұсынылады. Ондай тәжірибенің тиімділігі төмен екендігі белгілі. Авторлар ол үшін бір сәулелік лазердің жіңішке шоғын цилиндрлік линза көмегімен горизонталь бағытта созып, оны сәуле бағытында орналасқан ақ экран бетіне жанай таралған шоқ түрінде көрсетуді немесе аквариум ішіне шамалы түтін жіберіп, жартылай қаранғыланған бөлмеде оған сыртынан горизонталь бағытта лазер сәулесін түсіру арқылы керсетуді ұсынады (3,4 суреттер).

3-сурет

4-сурет

5-сурет. Жарықтың түзу сызық бойымен таралуы.

Сфералық айна .

Сфералық айна тақырыбындағы материалдар көбінде ауызша, суретіне қарап ғана түсіндіріледі. Гартль шайбасына түсірілетін лампа жарығының әсері жеткіліксіз. Сондықтан сфералық айнадағы сәулелердің жолын, фокус аралығын анықтап көрсету үшін мына (6-сурет) құрылғыларды ұсынамыз:

1. «Key chain laser» -лері, 2) Цилиндр линза, 3) Экран, оның құрамына кіретін айналар жиыны, 4) Ойыс айна.

4

1

3

2

Р

6-сурет

Суретте көрсетілгендей лазер сәулесі, линза, экран және қажетті айна бір жазықтықта орналасатындай болуы керек. Егер экран орнына айқындағыш араластырылған суы бар, немесе түтін толтырылған аквариум пайдаланса, цилиндр линзаның қажеті жоқ. Аквариум ішіне арнайы жасалған экран немесе Гартль шайбасын орналастырып, оған айна орнатылса тәжірибенің әсерлілігі одан да гөрі арта түседі.

7-сурет

Үшбұрышты призмадағы сәуле жолы.

Сәуленің призмадағы жолын айрықша қарастыру керек. Ол үшін түтін толтырылған аквариумдағы лазер сәулесінің жолына, немесе экранды жанай түскен цилиндр линза арқылы созылған сәуле жолына призманы әртүрлі қалыпта қоя отырып қол жеткізуге болады. Оған қажетті жабдықтар:

1. Лазер

2. Цилиндр линза

3. Гартль шайбасы немесе экран

4. Призма

1

3

4

2

8-сурет

Бұл суреттегі призманың бұлыңғыр бетіне сәуле жолағы түсетін болсын, сонда ғана призмадағы сәуле жолы көрінетін болады, ал призманың түсу бұрышының шамасын әртүрлі сындыру бұрышы бар екі-үш призма алып және оның сындыру көрсеткішіне байланысты екеніне көңіл аударуға болады. Тең бүйірлі тік бұрышты призмадағы толық шағылу құбылысына айрықша көңіл бөліп, оның қолданылатын жерлеріне мүмкін болғаныша мысалдар келтіріп, көрсету қажет.

21

9-сурет

3

4

2

13

10-сурет

Біршама артық жұмысына қарамай тәжірибелерді ішіне түтін жіберілген аквариумда жасаған әсерлірек болады деп бағалаймыз, себебі призмаға түскен сәуле және одан сынып немесе шағылып шыққан сәуле жолдары оқушыға

3көрініп тұрады.

4

1

2

11-сурет

Жарықтың шағылуы», «Жарықтың сынуы» зандары тақырыптарын қарастырғанда оптикалық дискі және қозғалмалы жарықтандырғыш көмегімен тәжірибе көрсету ұсынылған. Ол тәжірибелердің тиімділігі төмендеу екендігі пән мүғалімдеріне белгілі. Бұл тәжірибелерді көрсету үшін аталған жарықтандырғыш орнына бір сәулелік лазерлік көрсеткішке ұзындығы 4-5 см, ал диаметрі 4-5 мм болатын шыны таяқша орнатып, сәулені көлденең бағытта созу арқылы көрсетуді ұсынады. Оқулықта олардан кейінгі «Линзалар» тақырыбына қатысты тәжірибеде жинағыш және шашыратқыш линзаларды оптикалық дискіге орнатып, оған параллель сәулелер шоғын түсіру жолы ұсынылған. Бұл тәжірибелерді жүзеге асыру үшін авторлар лазерлік көрсеткіштің үшеуін өзара параллель бекітіп, үш сәулелік жарық көзін құрастырып алуды ұсынады.Үшеуінен шығатын сәулелер жолына цилиндрлік линза (ұзындығы 11-12 см, диаметрі 4-5 мм шыны таяқша) орнату арқылы сәулелерді горизонталь бағытта созып, оны экранға орнатылған линзаға (шашыратқыш немесе жинағыш) түсіру арқылы тәжірибені тиімді түрде көрсетуге болатындығына көз жеткізді (16-сурет).

12-сурет

13-сурет. Жинағыш линзамен тәжірибе көрсету.

14-сурет. Шашыратқыш линзамен тәжірибе көрсету.

Осы тәжірибені көрсету кезінде, линза центрінен сәулелердің қиылысу нүктесінге дейінгі аралықты экран бетіне жапсырылған миллиметрлік қағаз бетіне дәлірек өлшеп алып, линзаның фокус аралығын және линзаның оптикалық күшін түсіндіруге және анықтауға болады.

11-сынып оқулығында «шынының сыну көрсеткішін жазық параллель пластинаның көмегімен анықтау» зертханалық жұмысын тәжірибе жүзінде анықтау үшін авторлар бір сәулелік лазермен анықтауды тиімді екенін жасап көрді. Мұнда қажет құрал-жабдықтар: бір сәулелік лазер жарық көзі, жазық параллель шыны пластина, миллиметрлік қағаз, өлшеуіш сызғыш, транспортир, циркуль.

15-сурет. Шынының сыну көрсеткішін жазық

параллель пластинаның көмегімен анықтау

Мұндай тәжірибелер мен демонстрацияларды компьютерде арнайы бағдарламаларды құрып, виртуальді модельдеуші ортаны қолданып та жасап көрсетуге болады. Бірақ шынайы тәжірибелерді көрсетудің тиімділігі жоғары болатындығы айтпаса да түсінікті.

Қаранғыланатын жасанды оптикалық скамья және

онымен тәжірибелер көрсету.

№

Сабақ

Үйірме жұмысының тақырыбы.

Үйірмені

өткізу

формасы.

Са

ғат са

ны

1

Кіріспе. Геометриялық және толқындық оптика туралы жалпы мағлұмат.

Әңгіме.

2

2

Қаранғыланатын жасанды оптикалық скамья құралын жасауды схемасы мен таныстыру.

Әңгіме.

Практика

лық жұмыс.

2

3

Схема бойынша құралды құрастыру.

Практика

лық жұмыс.

3

4

Құрастырылған жасанды оптикалық скамья құралымен тәжірибелер жасау.жарықтың түзу сызықты таралуын тәжірибе жүзінде көрсету.

Әңгіме. Демонс

трация

лық тәжірибе.

2

5

Жарықтың ойыс, дөңес және

жазық айналардан шағылуы.

Демонст

рациялық

тәжірибе.

2

6

Ойыс және дөңес айналардың фокус қашықтықтары мен қисықтық радиустарын анықтау.

Лаборато

риялық

жұмыс.

3

7

Жинағыш және шашыратқыш линзалардан жарықтың өтуі.

Демонст

рациялық тәжірибе.

2

8

Жинағыш және шашыратқыш линзалардың фокус қашықтықтарын анықтау.

Лаборато

риялық жұмыс.

3

9

Жарықтың призмада сынуы.

Жарықтың жазық параллель пластинкадан

өтуі.

Демонст

рациялық тәжірибе.

2

10

Жарықтың мөлдір ортада

(суда, шыныда)

толық шағылуы.

Демонст

рацилық тәжірибе.

(бір сәулелік лазер).

2

11

Жарықтың дифракциясы.

Демонст

рациялық тәжірибе. (бір сәулелік лазер).

3

12

Жарықтың шыныдағы таралу жылдамдығын дифракциялық тор көмегімен анықтау.

Лаборато

риялық жұмыс. (бір сәулелік лазер).

3

13

Жарықтың судағы таралу жылдамдығын толық шағылу бұрышы арқылы анықтау.

Лаборато

риялық жұмыс. (бір сәулелік лазер).

3

14

Жарықтың судағы таралу жылдамдығын дифракциялық тор көмегімен анықтау.

Лаборато

риялық жұмыс. (бір сәулелік лазер).

3

15

Жарықтың судағы таралу жылдамдығын сыну заңы арқылы анықтау.

Лаборато

риялық жұмыс. (бір сәулелік лазер).

3

16

Өндіріс орындарына экскурция ұйымдастыру.

17

Қорытынды сабақ.

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі .

1. Құдайқұлов М.,Жаңабергенов Қ. Орта мектепте физиканы оқыту әдістемесі. Алматы, «Рауан»,1998 ж.

2. Орехов В.Л.,Усова А.В және т.б. Физиканы оқыту методикасы.

Алма-ата, «Мектеп», 1978 ж.

3. Бердалиева Т.Д.,Қоңырбаева Г.Қ.,Бекмұрзаева Б.Қ. «Физиканы

оқыту әдістемесі» пәнінен лабораториялық жұмыстар жинағы.

Шымкент, 2005ж.

4. Алматов Ж.Қ., Садық Б.Х. Физиканың оптика бөлімінен

тәжірибелер керсетуде лазерді пайдалану. Шымкент 2001 ж.

5. Б.М.Дүйсембаев, Г. З. Байжасарова, А.А. Медетбекова. Физика

және астрономия: Жалпы білім беретін мектептің 8-сыныбына

арналған оқулық.-Алматы: «Мектеп», 2004 ж.

6. Мякишев Г. Я., Буховцев Б.Б. Физика: Орта мектептің 11-

сыныбына арналған оқулық. -Алматы: «Рауан», 1997 ж.

7. П.Полатбеков. Оптика.Алматы, «Мектеп», 1967 ж.

17