(download/скачать/жүктеу) Google Drive

(download/скачать/жүктеу) Yandex disk

Үзінді: 

 

КИНЕМАТИКА ҰҒЫМДАРЬІН ОҚЫП-ҮЙРЕНУ

ЖӘНЕ ТАЛДАУ

Мақсаты: Механика бөлімінің мазмұны мен құрылымын, қозғалыс түрлсрі және қозғалыс теңдеуі, қозғалысты сипаттайтын жылдамдық, үдеу, жол, траектория және т.б. ұғымдарын қалыптастыру әдістемесін беру.

Жоспары:

1. Механика бөлімінің мазмұны және құрылымы.

2. Қозғалыс түрлері және қозғалыс теңдеуі.

3. Қозғалыстың негізгі сипаттамаларын енгізу әдістемесі.

Әдебиеттер:

1. Теория и методика обучения физике в школе. Частные вопросы / Под ред.С.Е.Каменецкого, М.: Академия, 2000. Ч. I. С.32-45.

2. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы / Под ред. В.П.Орехова и А.В.Усовой. М.: Просвещение, 1980. Гл.14-16. С.143-189.

3. Научные основы школьного курса физики / Под ред. С.Я.Шамаша и др. М.: Педагогика, 1985. Гл.І. С.12-28.

4. Турышыв И.К., Лукьянов Ю.И. Преподавание физики в 8 классе. М.: Просвещение, 1977. Гл.І-1Ү. С.5-65.

 

1. Механика болімінің мазмұны және құрылымы.

Жалпы білім беретін орта мектепте механика төрт бөлімнен тұрады: кинематика негіздері; динамика негіздері; сақталу заңдары; механикалық тербелістер мен толқындар.

Кинематикада бірқалыпты және бірқалыпты үдемелі қозғалыс, қисық сызықты қозғалысты және оның сипаттамаларын оқып үйренеді. Негізгі ұғымдар: материялық нүкте, траектория, механикалық қозғалыс, орын ауыстыру және жол, санақ жүйесі, координата, жылдамдық, үдеу, период, жиілік, амплитуда, бұрыштық жылдамдық, бұрыштық үдеу, циклдік жиілік енгізіледі. Орын ауыстыру, жылдамдық, үдеу ұғымдарын қалыптастырған кезде басты назар, олардың векторлық шамалар екеніне көңіл аударылады. Дененің түзу сызықты қозғалысында жылдамдық және үдеу бір түзудіц бойымен бағытталып, олар алгебралық түрде алып немесе қосылады. Ал, дене қисық сызықты қозғалғанда бұл шамалардың векторлық сипаттамасы толық ашылып қалыптастарылады.

Жалпы білім беретін орта мектепте қозғалысты сипаттайттын жылдамдық және үдеу негізгі ұғым ретінде енгізіледі. Санақ жүйесін таңдап алып, егерде жылдамдық және үдеу нольге тең болса, онда дене тыныштықта; жылдамдық тұрақты, ал үдеу иольге тең болса, онда дене бірқалыпты түзу сызықты қозғалыста; үдеу түрақты, ал жылдамдық уақыт бірлігінде бірдей шамаға артып отырса, онда дене бір қалыпты үдемелі қозғалыста; үдеу тұрақты, жылдамдық уақыт бірлігінде бірдей шамаға кемісе, онда дене бірқалыпты баяу қозғалыста және т.с.с. қозғалыста болады. Сонымен бірге қозғалыстың формулалары және графиктері беріледі,

Динамика бөлімінде денелердің өзара әсері қарастырылып, алдымен Ньютонның бірінші заңын қарастырып, қозғалысты сипаттайтын негізгі динамикалық санақ жүйелерінің сипаттамалар масса, күш, инерциялық санақ жүйелері қалыптастырылады. Ньютонның екінші заңы масса, үдеу, күштің арасындағы тәуелділік беріледі. Егерде денеге бірнеше күш әсер етсе, дене сол қорытқы күштің әсерінен қозғалады. Ньютоннъщ үшінші заңы – әсер және қарсы әсер заңы оқытылады. Механикада жалпыланған, практикада және экспериментте дәлелденген Ньюотон зандары негізгі зандар болып табылады. Сондықтанда оларды алдымен тұжырымдап, содан кейін экспериментте жасап көрсетіледі.

Механикада күштерді (гравитациялық, серпімділік, үикеліс) оқып үйренгенде дене қозғалысындағы олардың өзара әсерін анықтайды.   Бүкіл әлемдік тарталыс заңын оқып үйренгеннен кейін, дененің ауырлық күшінің әсерінен қозғалысын қарастырады. Аспан денелерінің қозғалысы түсіндіріліп, бірінші ғарыштық жылдамдық есептелінеді. Аспан денелерінің массасы анықталады.

Жаратылыстану-математика бағдарлы мектепте физика пәні тереңдетіліп оқытылса, онда механиканың тура және кері есептері қарастырылады. Механиканың тура есебі кез келген уақыт мезетіндегі механикалық куйін (координаталарының уақытқа тәуелділігі) анықтау. Механиканың кері есебі денеге әсер ететін күштерді (яғни берілген дене координаталарының уақытқа тәуелділігіне қарап, оларға әсер ететін күштерді) анықтау.

Серпімділік күші және Гук заңы түсіндіріліп, салмақ ұғымы серпімділік күшінің мысалы ретінде енгізіледі. Күштерді оқып-үйрену үйкеліс күшімен, үйкеліс коэффициенті және үйкеліс күшінің әсерінен дене қозғалысының жылдамдығының өзгеруімен аяқталады.

Механикада күштерді оқып үйренгенде оқушылардың практикалық жұмыстарына көп көңіл бөлу керек. Мұнда мынандай зертханалық және практикум жұмыстары: 1) Горизонтал лақтарылған дененің қозғалысын зерделеу (9 сынып); 2) Серіппенің деформациясын зерделеу (9 сынып);

3) Ауырлық және серпімділік күштерінің әсерінен денелердің шеңбер бойымен қозғалысын зерделеу (10 сынып бағдарлы мектеп) жасалынып талданады.

Энергияның, импульстің және импульс моментінің сақталу зандары табиғаттың ең бір жалпы сипаттағы заңдарының қатарына жатады және бүгінгі танда белгілі болып отырған физикалық құбылыстардың бәрінде де орындалады. Яғни, сақталу заңдары молекулалық физикада, электрдинамикада да және кванттық физикада да орындалады.

Салыстырмалылық идеясы механиканың барлық бөлемдерінде: тыныштықтың және механикалық қозғалыстың салыстарымалылығы, траектория, координата, орын ауыстыру, жылдамдық, дене импульсы т.с.с. қарастырылады.

Механиканың барлық заңы инерциялық санақ жүйесінде орындалады, яғни, бірқалыпты түзу сызықты қозғалатын санақ жүйесі механикалық процестерге ешқавдай әсер етпейді (Галилейдің салыстырмалылық принципі). Оқушыларды механикалық қозғалыстың тағы бір түрі қайталанатын периодты қозғалыстар, механикалық тербелістер мен толқындармен таныстырады. Мұнда жаңа ұғымдар период, жиілік, амплитуда, толқын жылдамдығы, толқын ұзындығы енгізіледі. Толқынның бір түрі ретінде дыбыс толқындары, олардың түрлері қарастырылады.

2. Қозғалыс түрлері және қозғалыс теңдеуі

Қозғалыс түрлерін координаталар әдісі негізінде қарастырады. Ол үшін нүктенің координатасы және санақ жүйесі ұғымы енгізіледі. Оқушылар математика пәнінен жазықтықтағы нүктенің координаталарын табуды біледі. Олардың осы білімдеріне сүйеніп, материялық нүктенің жазықтықтағы қозғалысын қарастыруға болады. Бұл жағдайда нүктенің екі координатасын білу жеткілікті. Оқушыларға дененің траектория бойымен қозғалған кездегі орын ауыстыру векторы және жолдың координаталар үғымын енгізіп талдап қарастыруға болады.

Мысалы тақтаға жазық координаталар жүйесін салып, онда кез келген нүктеден бастап қисық сызық жүргізсек (3~сурет). Қисық сызықтың бастапқы коодинаталары – х1у1соңғы – х2, у2 болады. Қисық сызықтағы нүкте траекториясының ұзындығы нүктенің жүріп өткен жолы болады. Ал оның бастапқы және соңы орындарын қосатын бағытталған түзу сызық орын ауыстыру векторы болып табылады. Орын ауыстыру векгорының координат остеріне проекция ұғымы енгізіледі және орын ауыстыру векторы осы проекциялар арқылы анықталады.

Оқушыларға орын ауыстыру векторының проекциясы координаттардың өзгерісімен анықталатынын, яғни бастапқы және соңғы мәндерінің айырмасына тең екені түсіндіріледі. Мысалы ,мұнда болса, – проекция векторы оң, ал болса, онда -проекциясы теріс таңбалы болады. Координаталар жүйесін санақ денесімен байланыстырып санақ жүйесі ұғымы енгізіледі.

Координата, орын ауыстыру векторы, оның проекциясы және санақ жүйесі ұғымдары негізінде механикалық қозғалысты координаталар әдісімен сипаттауға болады. Мысалы бірқалыпты тузу сызықты қозгалыстықарастырғанда орын ауыстыру векторының таңдап алған оське қатысты бағытына байланысты нүкте қозғалғанда координата артуы немесе кемуі мүмкін. Егерде орын ауыстыру векторының бағыты осьтің оң бағытымен сәйкес келсе координата артады, сәйкес келмесе кемиді.

Тузу сызықты бірқалыпты үдемелі қозғалысты қарастырғанда жылдамдығы өсетін немесе кемитін жағдайды қарастыру керек. Бұл жылдамдық және үдеу векторларының бағытына байланысты. Осы векторлардың оське проекцияларының бағыты: бірдей болса, онда жылдамдық артады, ал бағыттары қарама-қарсы болса жылдамдық кемиді. Осыған байланысты түзу сызықты бірқалыпты үдемелі немесе баяу қозғалыс болады (4,5-суреттер).

Материялық нүктенің шеңбер бойымен бірқалыпты қозғалысында жылдамдық векторы траекторияға жанама бойымен бағытталады, яғни шеңбер радиусы бойымен центрге тартқыш үдеудің бағытына перпендикуляр болады. Жылдамдық модулі өзгермейді.

Қозғалыстың түрлері қозғалыс теңдеуімен де анықталады. Оқушылар кинематикада қозғалыс теңдеуі арқылы механиканың негізгі тура есебін шешуге болатынын білуі керек. Демек, бастапқы шарттары және үдеуі белгілі болса, кез келген уақыт мезетінде материялық нүктенің кеңістіктегі орнын анықтауға болады.

Түзу сызықты бірқалыпты қозғалысты қарастырғанда оқушылар қозғалыс теңдеуіне сүйенеді. (және оське проекциясы ).

Түзу сызықты бірқалыпты үдемелі қозғалысты қарастырғанда  орын ауыстыру векторының теңдеуімен   таныстырады және векторлардың оське проекциясы мына түрде жазылады:

Оқушыларға орын ауыстыру және жылдамдық теңдеулері белгілі болса (проекцияның бағыты ескеріледі), онда кез келген кинематикалық есепті шығаруға болатыны түсіңдіріледі. Кей жағдайда қозғалыстың басқа тевдеулерін қолдануға болады. Мысалы, егерде есептің берілген шартында уақыт белгісіз болса, онда   теңдеуін қолданған қолайлы. Бұл теңдеуді негізгі теңдеу , вектор проекциясын оське салу арқылы  оңай алуға болады.

Орын ауыстыру векторының оське проекциясы теңдеуінен, координаталар теңдеуіне оңай өтуге болады: (түзу сызықты бірқалыпты үдемелі қозғалыс үшін).

3. Қозғалыстың негізгі сипаттамаларын енгізу әдістемесі

Үдеу және жылдамдық ұғымдарын енгізудің тәсілдерін материялық нүкте және координата ұғымдарын енгізу анықтайды.

Жылдамдық,Жоғарғы сыныптарда бұл ұғым түзу сызықты және қисық сызықты қозғалыстар үшін векторлық шама ретінде енгізіледі. Орын ауыстыру шамасы векторлық болғаңдықтан, жылдамдық та вектор ретінде сипатталады.

Түзу сызықты бірқалыпты қозғалысты қайталап, оның негізгі белгісін: материялық нүктенің кез келген тең уақыт аралығында бірдей орын ауыстыратынын анықтайды. Әр түрлі денелердің түзу сызықты бірқалыпты қозғалысының бір-бірінен айырмашьшыш бар. Сондықтан да қозғалысты сипаттайтын шама жылдамдық енгізіледі. Ол орын ауыстыру векторының, осы орын ауыстыруға кеткен

уақыттың қатынасымен анықталады .Жылдамдық ұғымын

енгізгенде міндетті түрде демонстрациялық   эксперимент жасап көрсетіледі.

Негізгі мектепте өтілген тузу сызықты бірқалыпты қозғалыстың жылдамдық үғымы, бағдарлы мектепте қайталағаннан кейін бірқалыпты емес қозғалыстың орташа жылдамдығы ұғымы енгізіледі.

Бір қалыпсыз қозғалыста орташа жылдамдықты дененің жүрген жолын, оны жүруге кеткен уақытқа бөлу арқылы табады. Оқушылар көбінесе орташа жылдамдықты анықтағанда қозғалыстың басындағы және соңындағы жылдамдықтың арифметикалық ортасын табады. Бұл анықтау қозғалыстың жылдамдығы уақытқа сызықтық төуелділікте болған кезде ғана дұрыс, яғни бірқалыпты үдемелі қозғалыста. Орташа жылдамдықты вектор рстінде қарастыру орын ауыстыру векторын, сол орын ауыстыруға кеткен уақытқа қатынасымен анықтаған кезде болады. Мұндай жағдай   лездік жылдамдықты анықтағанда қолданылады. Мұңда орташа жылдамдық, орын ауыстыру векторының, сол орын ауыстыруға кеткен уақытқа қатынасымен анықталады. Күнделікті айнала қоршаған өмірде орташа жылдамдық деп жүрілген жолдың, сол жолды жүруге кеткен уақытқа қатынасымен анықталатын шаманы айтады. Орташа жылдамдық ұғымын бекіту үшін мына түрдегі есептерді шығаруға болады. 1) Автокөлік өзінің қозғалыс уақытының бірінші бөлігін 60 км/сағ жылдамдықпен, ал уақыттың екінші бөлігін 80 км/сағ жылдамдықпен жүрді. Автокөлік қозғалысының орташа жылдамдығы қандай? 2) Автокөлік өзінің жүрген жолының бірінші жартысын 60 км/сағ жыддамдықпен, ал екінші жартысын 80 км/сағ жылдамдықпен жүрді. Автокөлік қозғалысының орташа жылдамдығы қандай? 3) Дене жолдың үштен бір бөлігін 30 м/с жыдцамдықпен, ал қалған бөлігін 20 м/с жылдамдықпен жүрді. Дененің орташа жылдамдығы қандай? Оқушылардьщ жылдамдық ұғымын жақсы меңгеруіне айналадағы өмірден, техникадағы, ғарыштағы денелердің жьлдамдығына мысалдар келтіріледі.

Келесі кезекте қозғалыстың тағы бір сипаттамасы лездік жылдамдықты қалыптастыру.

Материялық нүкте өзінің қозғалысы кезінде, қозғалыс траекториясының барлық нүктелері арқылы жүріп өтеді. Олардың әрқайсысын материялық нүкте белгілі бір уақыт мезетінде басып

өтеді. Олай болса, уақыттың әр мезетінде және траекторияның әр нүктесінде дене қандай да бір жылдамдық алады. Міне осы жылдамдық лездік жылдамдық деп аталады.

Дененің лездік жылдамдығы деп берілген уақыт мезетіндегі немесе траекторияның берілген нүктесіндегі дененің жылдамдығын айтады. Лездік жылдамдықты қалай анықтауға болады? Ол қандай шама? Бұл сұрақтарға эксперименттік тәжірибе жасап көрсетіледі (электрсекундомер немесе стробоскоппен). Мұнда дененің орын ауыстыруы қарастырылып отырған уақыт аралығын азайтып, жылдамдықтың өзгеруі ескерілмейтіндей болғанда, орташа жылдамдық дененің лездік жылдамдығына айналады. Лездік жылдамдық векторлық шама. Лездік жылдамдықтың бағыты берілген нүктедегі қозғалыс бағытымен сәйкес келеді. Сонымен қозғалыс бір қалыпты емес болса, онда біз тек лездік жылдамдықты қарастырамыз. Бір қалыпты емес қозғалыс кезінде ол әр нүктеде және әр түрлі уақыт мезетінде әр түрлі болады.

Берілген нүктедегі лездік жылдамдықты анықтау үшін, сол нүктеге таяу бөлігіндегі мейілінше аз ғана орын ауыстыру векторын, соған кеткен аз ғана уақыт аралығына бөлу керек. Қисық сызықты қозғалыста да лездік жылдамдық ұғымы осылайша енгізіледі.

Мектеп оқушыларының лездік жылдамдықты нақты меңгеруі үшін мына түрдегі сұрақтарды қоюға болады: 1) Жолаушы поезы бағдаршамның қасынан 30 км/сағ жылдамдықпен өтті; 2) Алматыдан Астанаға баратын жүрдек поезд 100 км/сағ жылдамдықпен жүреді; 3) Алматы қаласының ішінде автокөліктерге тиым салынған белгіде 60 км/сағ деп көрсетілген. Осы жағдайларда қандай жылдамдықтар туралы сөз болып отыр.

Үдеу. Лездік жылдамдық үғымын енгізген кездегі әдістемені үдеу ұғымын енгізгенде қолдануға болады. Алдымен аз уақыт аралығындағы орташа үдеу, сонан кейін лездік үдеу ұғымы енгізіледі. Алдын ала жылдамдықтың өзгерісін табу үшін, оқушыларға векторларды қалай азайтуға болатынъш естеріне түсіру керек.

Үдеу үғымын енгізу үшін, бірдей уақыт аралығында жылдамдық бірдей шамаға өзгеретін бірқалыпсыз қозғалыс таңдап алынады. Мұнда түзу сызықты бірқалыпты қозғалыста жылдамдық уақыт бірлігі ішінде орын ауыстырудың өзгеруін сипаттайтыны

сияқты түзу сызықты бірқалыпты үдемелі қозғалыста үдеу уақыт бойынша жылдамдықтың өзгеру шапшаңдығын сипаттайды.

Түзу сызықты бірақлыпты үдемелі қозғалыстың үдеуі ұғымын бекіту үшін мынандай қозғалыстарды қарастыруға болады. Қозғалыстағы дененің үдеуі , 0,3 м/с. Бұл нені білдіреді?

%d такие блоггеры, как: