Электродинамиканы оқытудың кейбір педагогикалық принциптері:

Оқытылатын материалдың құрамын ойдағыдай игеру сабақ беру кезінде оқушының танымдық әрекеттерін көтеретін дидактикалық әдістерді кеңінен пайдаланылғанына байланысты. Бұған ерекшеліктері ұқсас түсініктерді, құбылыстарды, заңдылықтарды салыстыру әдістері, анологтар мен модельдерді, демонстрциялық тәжірибелерді қолдану және т.б. жатады. Ұқсастық және айырмашылық белгілерін салыстыру, іздестіру білімді игеру процесінің маңызды бөлігі болып есептеледі. Сұрақтарды игеру үшін ерекше маңызы бар салыстыру әдістері электродинамика бөлімінде көптеп кездеседі. Мысалы, Кулон заңын және бүкіл әлемдік тартылыс заңын, магнит және электр өрістерін, әр түрлі ортада электр токтарын салыстыру.

Жоғарыда айтылғандай, электродинамиканы оқыту әдістемесінде анологтар мен модельдерді қолдану үлкен орын алады. Ғылым саласында аналогтарды көп ғалымдар қолданады. Аналогияны қолдана отырып Максвелл электромагниттік өріс жөніндегі ілімнің негізгі болатын тамаша теңдеуін алған. Ол өзінің атымен аталған ток күшімен кернеуліктің арасындағы байланыстығын анықтайтын заңды алу үшін электр тогымен су ағысының аналогиясын қолданған.

Күрделі құбылыс пен заңдылықтарды түсіндіру үшін оқыту барысында аналогтар қолданылады. Бақылау арқылы түсіне алмайтын құбылыстарды зерттеуде аналогты қолдану ерекше пайдалы. Электр тогын көлбеу винттік науа арқылы, қозғалған шариктің аналогы арқылы ток көзінің ролі, ЭҚК түсінігін енгізу және ток тізбегін қарастырғанда кездеседі. Магнит өрісін оқу барысында көп түсініктер аналогиясы арқылы жеткізіледі. Аналогия термоэлектрондық эмиссияны (сұйықтың булануы), өздік индукция құбылысын (инерция), ЭҚК пайда болуын, тізбекті ажыратқандағы өздік индукцияны (гидравликалық соғу) оқыту барысында қолданылады.

Электродинамиканы оқытуда модельдерді қолданудың ерекше маңызы бар. Бұл атомдардағы, электрондардағы, иондардағы анық бақыланбайтын бөлшектер туралы ұғымдарды көрсететін модельдер. Мысалы, металдағы токтарды қарастырғанда электрондық газ көрінісінің моделі қолданылады, ол жерде электрондарды электр заряды бар материалдық нүкте ретінде қарастырады. Сонымен бірге бұл модельде металдағы электрондардың қасиеттерін түсіндіруге ескерілмейтін жағдайларды оқушыларға түсіндіру қажет.

Тікелей бақылауға жатпайтын құбылыстарды аналог пен модельдерден басқа оқу кинофильмдері қолдану арқылы түсіндіріледі.

Адамның ойлау процесі белгілі бір проблемалық жағдайлар кезінде дәлел түсетіні белгілі. Бұл маңызды жағдайды оқыту процесі кезінде естен шығармау қажет. Электродинамиканы оқыту барысында проблемалық жағдай жасаудың тиімді әдісіне кейбір тәжірибелер мен эксперименттік есептер жатады. Мұндай тәжірибелерде көрсетілген құбылыстар бір қарағанда оқушылардың бұрын алған ілімдеріне қарама-қайшы болып көрінуі мүмкін не болмаса алған білімдерінің негізінде түсініктеме қажет етеді. Мысалы, қыздыру лампасы үшін тәжірибе арқылы алынған вольт-амперлік сипаттамасы қисық сызық болады, металл өткізгіштегідей түзу болмайды. Қарама-қайшы болып көрінген құбылысты анықтау үшін оқушылардың алдында өткізгіштер кедергісінің температураға тәуелділігін оқу керектігін кою керек.

Электродинамиканы оқытудағы тәжірибелер.

Физиканы оқу барысында оқушылар негізгі құбылыстарды, заңдарды, теорияларды және оны қолдануды игеріп қана қоймай, сонымен бірге ғылымның тәжірибелік және теориялық әдістерімен танысуы қажет. Осы әдістер оқу процесінде сәтті үйлестірілсе ең жақсы педагогикалық нәтижелер береді.

Физика курсының барлық бөлімдерінің ішінде тәжірибелер кеңінен қолданылатын бөлім – электродинамика. Бұл оқытушыға электродинамика сабағын жүргізу кезінде түрлі құбылыстарды, жаңа ұғымдарды, заңдарды көрсеткен кезде тәжірибелерге сүйене өткізуге болады. Ғылымның дамуында іргелі тәжірибелер орны ерекше. Мұндай тәжірибелерді оқытуға ерекше көңіл аударылу қажет.

Электродинамика бөлімін оқыту барысында мынадай іргелі тәжірибелік жұмыстар қарастырылу қажет:

-зарядтардың өзара әсерлесу жөніндегі Кулон тәжірибесі;

-электр тогының магнит стрелкасына әсері туралы Эрстед тәжірибесі;

-тогы бар өткізгіштердің өзара әсері жөніндегі Ампер тәжірибесі;

-Ом тәжірибесі негізінде анықталған ток күшінің кернеуге байланыстылығы.

-электромагниттік индукция және электролиз туралы Фарадей тәжірибесі;

-электронның зарядын Милликен тәжірибесі арқылы өлшеу және электрдің атомдық құрылысын көрсететін Иоффе тәжірибесі;

-металдардың өткізгіштігінің электрондық табиғатын дәлелдейтін Толмен-Стюарт және де Мандельштам мен Папелекси тәжірибелері;

Бұл тәжірибелердің көпшілігін мектептегі зертхана қондырғыларында көрсетуге болады. Мектеп зертханаларында көрсетуге мүмкіндігі болмайтын Милликен, Толмен-Стюарт тәжірибелерін оқу кинофильмдері, плакаттар және тағы басқа көрнекті құралдар арқылы түсіндірілуі қажет. Сабақта көрсетілген тәжірибелер:

-алдын-ала проблемалық сұрақтар қойылса;

-осы тәжірибе арқылы тексерілетін гипотеза дәлелденсе;

-тәжірибелердің нәтижелері интерпретация жасалса;

-тәжірибелердің нәтижелері талдап қорытылса;

ол қойылған мақсатына жетті деуге болады.

Тәжірибелерді көрсетумен бірге кеңінен кинофильмдер, диафильмдер, диапозитивтер, кестелер қолданылуы қажет. Бұлар әсіресе тікелей бақылауға болмайтын құбылыстарды түсіндіру кезінде қолданылады. Электродинамика бөлімінде мұндай сұрақтарға ортадағы электр тоғы мен заттардың магниттік қасиеттері туралы тақырыптар жатады

Лекция 2

Тақырыбы: Электростатика тарауындағы негізгі ұғымдарды ғылыми-әдістемелік талдау.

Электр заряды. Электр заряды – массадан кейінгі элементар бөлшектердің екінші маңызды сипаттамасы, ол – электродинамикадағы ең іргелі ұғымдардың бірі. Зарядтың анықтамасын оқушыларға бұрыннан белгілі ұғымдар көмегімен беру мүмкін емес. Заряд ұғымы электродинамика курсын оқу барысында электромагниттік өріс ұғымымен бірге қалыптасады, оның мәні электродинамиканың барлық заңдарын оқу нәтижесінде ашылады. Олай болса, заряд ұғымын оқушылар біртіндеп түсінеді.

Денелерде (бөлшектерде) зарядтың бар екендігі ерекше өзара әсер арқылы білінеді, оны электромагнитік өзара әсерлесу деп атаймыз. Қозғалмайтын зарядталған денелердің өзара әсерлесу сипаты кулондық болады да, ал қозғалыстағы зарядтардың өзара әсерлесуі олардың савлыстырмалы жылдамдықтарының модулі мен бағытына тікелей байланысты. Осыған орай электромагниттік өзара әсерлесу электрлік және магниттік өзара әсерлесуден тұрады. Жеке жағдайларда электромагниттік өзара әсерлесу тек электрлік немес тек магниттік болып көрінеді. Жылдамдық таңдап алынған санақ жүйесіне байланысты болғандықтан электромагниттік өзара әсерлесудің де сипаты бар. Сондықтан зарядталған екі дененің өзара әсерлесуі жалпы жағдайда электромагниттік болып табылады. Олай болса, заряд - денелердің электромагниттік өзара әсерлесуінің сандық және сапалық сипаттамасы.

Зарядты өлшеудің әр түрлі тәсілдері бар, ол үшін электромагниттік өзара әсерлесудің түрлі жағдайы қолданылады. Физика курсын оқу барысында оқушылар олардың біразымен танысады: электростатикалық әдіс (Милликен-Иоффе тәжірибесі); электромагниттік әдіс (Лоренц күші негізінде электронның меншікті зарядын анықтау) ; ток күші мен уақытты өлшеуге байланысты әдіс, электролиз құбылысына байланысты әдіс және т.б. Осы кезге дейін жасалынған тәжірибелердің бәрі электр зарядының табиғаты дискретті , корпускулалық , атомдық екендігін толық дәлелдеп берді. Табиғаттағы ең аз зарядтың мөлшерін элементар заряд деп атайды. Элементар оң заряд протон зарядына (+е) , ал элементар теріс заряд электрон зарядына (-e) тең. Кез-келген дененің заряды элементар зарядтың бүтін санына тең (q= ne).

Зарядтың дискреттілігін оқыту зат қасиеттерінің дискреттілігі жөніндегі оқушылардың көзқарасын қалыптастыруды жалғастырып , микродүниенің маңызды ерекшелігінің бірін түсінуге негіз болады , оқушыларды атомдық және ядролық физикадағы кванттау идеясын терең түсінуге дайындайды.

Заряд жөніндегі табиғи іргелі екі заң оқылуы тиіс: біріншісі – электр зарядтарының өзара әсерлесуі жөніндегі Кулон заңы, екіншісі – зарядтың сақталу заңы. Кулон заңының орындалатындығы көптеген тәжірибелер көмегімен дәлелденген болса, зарядтың сақталу заңын осы кезге дейін бақыланып жүрген барлық құбылыстар дәлелдеп беріп отыр: денені үйкеу арқылы электрлегенде денелерде бір мезгілде модульдері жағынан өзара тең, таңбалары қарама-қарсы зарядтардың пайда болуы; кез-келген электрлеу процесінде (әсер арқылы, химиялық, фотоионизация және т.б.) зарядтардың шама жағынан тең, таңбалары қарама-қарсы болып бөлінуі; электр тізбегі тармақтарындағы токтардың ара-қатынасы; ядро өрісінде фотоннан электрон-позитрон жұбының пайда болуы және керісінше - электрон-позитрон жұбының фотонға айналуы.

Оқушылар зарядтың тағы бір қасиетін білгені орынды, ол- зарядтың абсолюттігі немесе заряд шамасының заряд тасушы бөлшектің жылдамдығына тәуелді болмауы, басқаша айтқанда, санақ жүйесіне байланыссыздығы. Зарядтың бұл қасиетін зарядтың инварианттығы деп атайды , оны көптеген құбылыстар дәлелдейді: иондалмаған атомдар мен молекулалардың бейтараптығы; қызған металдардың зарядталмайтындығы; үдеткіштер көмегімен зарядты бөлшектердің жылдамдығын үлкен мәндерге дейін өсіргенде оның зарядының шамасының өзгермейтіндігі және т.б.

Заряд жөніндегі әңгімелер кезінде, тұрақты түрде, зарядтардың өзара өріс арқылы әсерлесетіндігін ескертіп отыру қажет.

Электр өрісі. Заряд ұғымымен бірге электродинамикадағы негізгі ұғымдардың бірі – электромагнитік өріс ұғымы. Қазіргі кездегі көзқарас бойынша электромагнитік өріс - материяның бір түрі, екіншісі – зат.

Өріс және зат бір-бірімен тығыз байланыста. Олар тек бір-біріне өтіп қана қоймайды , сонымен бірге бірінің қасиетіне екіншісі себепші болады. Бұл көзқарастың қалыптасуына физикадағы екі концепция – алыстан әсер және жақыннан әсер ету – арасындағы күрес айтарлықтай әсерін тигізді. Концепциялар ньютондық және картезиандық (XVII-XVIII ғ. философия мен жаратылыстанудағы ағым) көзқарастар негізінде пайда болды.

Алыстан әсер ету теориясында негізгі және алғашқы ұғым ретінде заряд ұғымы алынады да, барлық электромагниттік құбылыстар зарядтардың алыстан лездік өзара әсері арқылы түсіндіріледі. Бұл теория XIX ғ. орта шенінде өзінің даму шегіне жетті, бұл кезде статикалық электр мен магнетизмнің толық теориясаы жасалды, бірақ алыстан әсер ету теорияларының барлығында да өріс жөніндегі ұғым болмады.

Сол дәуірдегі жаңадан ашылған құбылыстарды ескі теорияның түсіндіріп бере алмауы жаңа және жетілген теория жасауды қажет етті. Ондай теорияның негізін салушылар М.Фарадей (1791-1867ж) және Дж. Максвелл (1831-1879ж) болды. Фарадей Максвелдің классикалық жақыннан әсер ету теориясында негізгі және алғашқы ұғым өріс болып табылады, ал зарядқа екінші, қосалқы роль берілген. Жақыннан әсер ету теориясының түсіндірілуі бойынша барлық электромагниттік құбылыстар эфирде болатын өріс өзгерістерімен байланысты және ол өзгерістер кеңістікте шекті жылдамдықпен тарайды.

Тек статикалық өрісті зерттеу алыстан әсер ету және жақыннан әсер ету концепцияларының арасындағы таласты шешіп беру мүмкін емес еді, өйткені екі теория да тәжірибелермен сәйкес келетін қорытындылар береді. Тек өте жылдам өзгеретін электромагниттік өріске өткенде ғана алыстан әсер ету теориясының негізгі екендігі бірден белгілі болды.

Дегенмен Максвелл теориясы, басқа физикалық теориялар тәріздес , шектеулі еді, ең бастысы- ол зат құрылымын ескермейді. Өткен ғасырдың соңғы жылдарында Г.Лоренц (1853-1928ж) бір жағынан Максвелл теориясына сүйеніп, екінші жағынан заттардағы бөлшектермен байланысқан элементар зарядтардың (электронның) болатындығы жөніндегі көзқарасқа сүйеніп, электролмагниттік және оптикалық құбылыстардың жалпы теориясын жасады. Кейіннен, электронның бар екендігі тәжірибеден анықталған соң, бұл теория “Заттардың электрондық теориясы” деп аталып кетті. Бірақ Максвелл теориясындағы сияқты Лоренц теориясы да эфир ұғымынан құтыла алмады. А.Майкелсонның (1852-1931ж) және т.б. ғалымдардың жүргізген тьәжірибедері эфирдің жоқ екендігін дәлелдеп берді. А.Эйнштейннің (1879-1955ж) салыстырмалық теориясы шыққаннан кейін (1905ж) эфир ұғымы ғылымнан толық аластатылды.

XXғ. физиканың дамуы электромагниттік өрістің материяның бір түрі болғандығын көрсетіп беріп отыр. Электромагниттік өрістің қатысуымен жүретін барлық процесстер мына негізгі табиғи заңдарға бағынады: массаның сақталу заңына, импульстің сақталу заңына, импульс моментінің сақталу заңына, электр зарядының сақталу заңына , энергияның айналу және сақталу заңына, масса мен энергияның өзара байланысы заңына. Өріс үшін сақталу заңдарының орындалуы материяның зат түрі мен өріс түрі арасында терең ішкі бірлік бар екендігін көрсетеді.

Материяның бұл екі түрінің ортақ белгілері бар:

1.Зат және өріс – біздің санамыздан тыс және оған байланыссыз өмір сүретін материяның екі түрі.

2.Заттада және өрісте де энергия бар.

3.Екеуінің де толқынның және корпускулалық қасиеттері бар.

4.Өрісте жүретін барлық процестер негізгі сақталу заңдарына бағынады.

5.Зат пен өріс бір-біріне өтіп кете береді.Өріс зат қасиетін өзгертеді (поляризация, магниттелу), зат өріске әсер жасайды (диэлектрлік және магниттік өтімділік).

6. Зат пен өрістің бір-біріне айналуы да мүмкін (фотоннан электрон-позитрон жұбының пайда болуы және керісінше – электрон мен позитронның бірігіп екі гамма-квантқа айналуы). Дегенмен, материяның бұл екі түрінің әрқайсысына тән өз ерекшеліктері де бар.

Электростатикалық өрісті оқыту кезінде біз тек электромагниттік өрістің материалдығы жөніндегі көзқарасты ғана қалыптастыруды бастаймыз. Электродинамиканың кейінгі бөлімдерінде тұрақты ток тізбегінде энергияның түрленуіндегі электр өрісінің рольі және магнит өрісінің энергиясы жөніндегі мәселелер қарастырылады. “Электромагниттік толқындар” тақырыбында электромагниттік өрістің материалдығы туралы шешуші фактор- оның жылдамдығының шектеулі екендігі дәлелденеді. Электромагниттік өрістің материалдығын қалыптастыру онымен бітпейді. Жарықтың қысымын, фотонның энергиясы мен массасын, электрон-позитрон жұбының фотонға және фотонның электрон-позитрон жұбына айналуын оқыту бұл процестің жалғасы болып табылады.

Бұл айтылғандардан “Электр өрісі” тақырыбын оқыту нәтижесінде өрістің материалдығын қалыптастыру мүмкіндігі аз екендігін көріп отырмыз. Сонда да болса кейінгі тақырыптарда ұғымды қалыптастыруды жалғастыру үшін бұл материалдың қолайлылығын барынша пайдалану керек.

Электр өрісінің негізгі сипаттамалары. Электр өрісін сол өрістің кез-келген нүктесіне орналасқан зарядқа әсер жасаушы күш арқылы немесе өріс нүктесіндегі энергия арқылы сипаттауға болады.

Күш тұрғысынан сипаттаушы шаманы электр өрісінің кернеулігі (E) деп атайды, ол өріс нүктесіндегі зарядқа әсер етуші күштің (F) заряд шамасына (q) қатынасымен анықталады:

Кернеулік – векторлық шама , оның бағыты нүктеге орналасқан оң зарядқа әсер ететін күш бағытымен сәйкес келеді.

Егер электр өрісін бірнеше заряд жасайтын болса , онда нүктедегі кернеулік жеке зарядтардың сол нүктедегі кернеуліктерінің векторлық қосындысына тең болатындығын тәжірибелер дәлелдеп беріп отыр . Тәжірибелерден алынған бұл қорытынды суперпозиция принципінің мазмұны болып табылады.

Өрісті энергетикалық тұрғыдан сипаттау үшін өріс потенциалы , өріс потенциалының айырмасы және кернеу ұғымдары ендіріледі. Әдістемелік әдебиеттер мен оқу әдебиеттерінде осы ұғымдардың бәрінің қажеттілігі, қайсысының негізгі ұғым екендігі, қандай реттілікпен оқыту керек екендігі жөнінде әртүрлі пікір айтылады және қолданылады. Мектеп бағдарламасында негізінен “потенциал-өріс потенциалы - кернеу” реттілігі қолданылып жүр.

Өрісті энергетикалық тұрғыдан сипаттау үшін нүктедегі өріс потенциалы ұғымы ендіріледі. Өріс потенциалы ( ) ретінде өрістің біз қарастырып отырған нүктесінен зарядты таңдап алынған нүктеге (нольдік нүктеге) дейін алып барғанда өрістің жасайтын жұмысының (W) сол заряд шамасына (q) қатынасы алынады: Нөлдік нүкте ретінде кез-келген нүктені алуға болады, бірақ физикада ондай нүкте ретінде әдетте шексізде орналасқан нүкте алынады да, ал практикалық есептеулерде Жер бетіндегі нүкте алынады.

Өрістің кез-келген екі нүктесі арасындағы потенциалдар айырмасы нольдік нүктені таңдауға байланыссыз, сондықтан оның белгілі физикалық мағынасы бар, ол- өріс зарядты бір нүктеден екінші нүктеге қозғағанда жасалатын жұмыстың (А) сол заряд шамасына қатынасымен анықталады немесе

Өрістің потенциалы немесе потенциалдар айырмасы ұғымдарын ендіру үшін электростатикалық өрістің потенциалдық сипатына айрықша тоқталу қажет болады.

Өрістің энергетикалық сипаттамаларының ішіндегі ең маңыздысы кернеу ұғымы (U) , өйткені 10 және 11 сыныптарда өтілетін тақырыптарда негізінен осы ұғым қолданылады. Дәлірек айтсақ кернеу ұғымы – потенциалдар айрмасы ұғымына қарағанда кеңірек ұғым. Осы қарастырылып отырған екі нүктенің арасындағы бірлік оң зарядқа әсер етуші барлық күштердің жасайтын жұмысымен анықталады. Мысалы, зерттелетін электр өрісі ғана емес бөгде күш те әсер етуі мүмкін.Ондай жағдайда учаскенің ұштарындағы кернеу потенциалдар айрымасы мен сол учаскедегі электр қозғаушы күш ( ) қосындысымен анықталады:

Егер тізбек учаскесінде ондай бөгде күш болмаса , онда кернеу және потенциалдар айырмасы ұғымдары бір нәрсе болып қалады.

Орта мектеп курсында өрістің бұл айтылған екі түрлі сипаттамаларының ара қатынасы да қарастырылады. Ең қарапайым электр өрісі болып табылатын бір текті электрстатикалық өріс үшін

формулалары алынады , мұндағы 1- бір текті өріс жасаушы беттердің бір-бірінен қашықтығы. Осы формуланың көмегімен өріс кернеулігінің бірлігі (B/м) ендіріледі.

Лекция 3

Тақырыбы: Кулон заңын оқыту әдістемесі

Электр заряды мен олардың арасындағы өзара әсер жөніндегі мәселені бастағанда оқушылардан бұрын 8-сыныпта денелердің электрлену құбылысымен танысқанын , зарядтар таңбасының екі түрлі болатындығына тәжірибеде көз жеткізгенін , атомның құрылысы туралы алғашқы ұғым алғандығын және бірқатар құбылыстарды зарядтардың өзара әсері арқылы түсіндіруге болатынын оқығандығын ескеру қажет. Мұғалім оқушылардың сол алған білімдерін жаңғырып , жаңа мағлұматтармен толықтырылып , дамыта және тереңдете түсуі тиіс.

Көзделіп отырған мақсатқа жету үшін тақырыпты түсіндіруді мынадай жоспармен жүргізу қолайлы деп есептейміз.

Денелердің электрленуі. Бірнеше тәжірибелер көрсету арқылы электрленген денелердің жеңіл денелерді өзіне таттатындығы қорытындыланды. Электрленген денелердің тек жеңіл денелерді ғана емес, ауыр денелерді де өзіне тартатындығын көрсету үшін мынадай тәжірибені жасауға болады: ұзын металл труба (түтікше) алып ( 2м) , дәл ортасынан жіңішке жіпке байлап, іліп қояды; егер электрленген таяқшаны трубаның бір ұшына жақындатсақ, онда оның таяқшаға тартылатындығын анықтауға болады; металл трубаның орнына ұзын ағаш таяқшаны да қолданады.

Электрленген денелердің өзара әсерлесуі. Денелердің электрленуін көрсеткеннен кейін электрленген денелердің өзара әсерлесуі бірдей болмайтындығын анықтап алған жөн: кейде- электрленген денелер бірін-бірі тартады, кейде олар бірін-бірі тебеді. Бұл құбылысты демонстрациялау үшін алдын-ала сәйкес тәжірибелерді таңдап алу керек. Осыған байланысты электрлену дәрежесінің әртүрлі болатындығын көрсету керек, ол үшін электроскопты пайдаланамыз. Екі электроскоптың бірін электрлеп, екіншісімен зарядник арқылы жалғастырып ,денелердің электрлену қасиеті бір денеден екінші денеге берілетіндігіне оқушылар заряд ұғымына жақындата түседі.

Электр зарядының екі таңбасы. Электрленген денелерді зарядталған , заряды бар деп айту қалыптасып кеткен. Қарама-қарсы зарядпен электрленген денелер бірін-бірі тебеді. Бұл қорытындыны тәжірибелермен дәлелдеу керек. Мұнан соң қарама-қарсы таңбалы зарядтардың бір-бірін бейтараптап жіберетіндігі айтылып , тәжірибе көрсетіледі.

Денелерді электрлеудің әдістері. Жоғарыда көрсетілген тәжірибелерге сүйеніп және жаңадан тәжірибелер көрсету арқылы денелерді екі түрлі әдіспен электрлеуге болатындығы жөнінде қорытынды жасауға болады: денелерді тиістіру арқылы және ықпал арқылы. Кейбір әдіскерлер, механизмін түсіндірмей-ақ гальвани элементтері батареясы және жарық әсері көмегімен электрлеу әдістерін де көрсетуді қолайлы деп есептейді . әсіресе электроскоптың жарық әсерінен разрядталуы оқушыларда жақсы әсер қалдырады.

Элементар заряд. Оқушылардың алған осы мәліметтері элементар заряд ұғымын ендіруге жеткілікті. Ең бастысы – зарядтың денемен немесе бөлшекпен байланысты екендігін , кейбір элементар бөлшектердің (электр, протон және т.б.) ол ажырамас қасиеті екендігін түсіндіре білу. Табиғатта бейтарап элементар бөлшектер (нейтрон және т.б.) болғанымен материалдық тасушылар заряд болмайтындығы айтылуы тиіс. Электрондық және протондық тұрғыдан жоғарыда көрсетілген тәжірибелерді қайта түсіндіру қажет.

Келесі қозғалатын мәселе – зарядтың дискреттілігі. Оқушыларға осы кездегі физиканың зарядтың атомы – элементар заряд – болатындығын көптеген тәжірибелер арқылы дәлелдеп беріп отырғандығы айтылуы тиіс. Бұл мақсатта әдетте Милликен тәжірибесі айтылады, кейде әдіскерлер электролиз құбылысын пайдаланғанды жөн көреді. Физика курсын оқу барысында оқушылар ондай әртүрлі тәжірибелермен танысады . Онан соң кез-келген дененің зарядының сол элементар зарядтың бүтін санына тең болатындығы түсіндіріледі. Қалыпты жағдайларда денелерді құрайтын бөлшектердің оң және теріс зарядтары тең, сондықтан дене бейтарап күйде болатындығы , ал денелер электрленгенде қандай джа бір зарядты бөлшектердің саны артып кететіндігі айтылуы тиіс.

Электр зарядының сақталу заңы. Бұл заң – іргелі табиғи заңдарының бірі , сондықтан оған айрықша көңіл аудару қажет. 10-сыныпта бұл заң екі тұрғыдан берілуі мүмкін. Оның біріншісінде электр зарядының атомистік құрылымы ескеріледі: тұйық жүйеде барлық бөлшектердің зарядтарының алгебралық қосындысы өзгермейді, зарядтар пайда болғанда қарама-қарсы таңбалы элементар зарядтар жұбымен пайда болады да, ал бейтараптанғанда – жұбымен бейтараптанады. Заңның айтылуының бұл түрімен қатар екінші айтылу түрі бар, ол макроскопиялық немесе зарядты өлшеуге болатындығы тұрғысынан айтылады: тұйық жүйедегі зарядтардың алгебралық қосындысы өзгермейді.

Заңның орындалуының дәлелі ретінде денелерді тиістіру арқылы электрленгенде денелердің қарама-қарсы таңбалы зарядтармен электрленетіндігін келтіруге болады. Олай болса, электрлеу дегеніміз денедегі зарядтарды модулі жағынан тең, таңбалары қарама-қарсы зарядтарға бөлу процесі екендігін түсіндіру қажет.

Осы тұста зарядтың тағы бір қасиетіне тоқтала кеткен жөн, ол – зарядтың инвариантығы. Ескерте кететін бір жайт- оқушылар көп жағдайда “шаманың сақталуы” және “шаманың инвариантығы” ұғымдарын баса ажырата алмайды, сондықтан мұғалім бұл мәселеге көңіл аударғаны дұрыс. Заряд- абсолют шама , ол тасымалдаушы бөлшек жылдамдығына байланыссыз, басқаша айтқанда санақ жүйесіне тәуелді шама емес.

Кулон заңы. Кулон заңы да электродинамикадағы іргелі заңның бірі, ол электр зарядтарының өзара әсерлесуін сан жағынан сипаттайды. Заңды 1785ж тәжірибе жүзінде Ш.Кулон (1736-1806ж) тағайындаған болатын.

Кулон заңы жөніндегі материалды әңгіме ретінде бастаған дұрыс. Алдымен Кулонның тәжірибесі айтылып, иірілмелі таразының құрылысы мен онымен жұмыс істеу әдісі түсіндіріледі. Әңгіме барысында сынып тақтасына мынадай жазулардың түскені дұрыс:

Айтылуы: тыныштықтағы зарядталған екі нүктелік дененің вакуумдағы өзара әсерлесу күші олардың зарядтарының модульдерінің көбейтіндісіне тура пропорционал және ара қашықтықтарының квадратына кері пропорционал болады, ол күш сол денелердің центрлерін қосатын түзу бойымен бағытталған.

Осыдан кейін физика кабинетіндегі приборлардың мүмкіндігіне қарай сапа дағынан болса да, электрленген екі дененің арасындағы әсерлесу күшінің зарядтар шамасына және олардың ара қашықтығына тәуелді болатындығын көрсететін тәжірибе ұйымдастырылғаны жөн. Ондай тәжірибелер әр түрлі, қолайлы тәжірибені әдістемелік әдебиеттерден таңдап алуға болады.

Электростатикалық өзара әсерлесу заңы мен гравитациялық өзара әсерлесу заңының бір-біріне ұқсастығынг оқушылар бірден байқайды. Сондықтан гравитациялық күш пен электрлік күштекрді өзара салыстырып, электрлік күштің өте басым екендігін түсіндіре кету керек.

Келесі тоқталатын нәрсе – электр зарядының бірлігі. Онымен оқушылар 8-сыныптан таныс. СИ жүйесінде алдымен ток күшінің бірлігі ампер енгізілетіндігін, оның бұл жүйеде метр, килограмм және секунд сияқты шаманың бірі болатындығын тағы ескерткен жөн. Сонан соң барып ток күші бір ампер (А) болғанда өткізгіштің көлденең қимасы арқылы бір секундте өтетін заряд мөлшері заряд бірлігі ретінде алынатындығы, оны Кулон (Кл) деп атайтындығы айтылады. Осыған байланысты Кулон заңындағы к коэффициентінің физикалық мағынасы ашылып, оның мәні беріледі:

Бірақ СИ жүйесінде к коэффициенті мына түрде алынатындығы айтылуы қажет:

мұндағы – электр тұрақтысы деп аталады, оның сан мәні мынадай болып шығады:

Қорытындысында элементар зарядтың сан мәні мен электронның тыныштықтағы массасының сан мәнін берген орынды болған болар еді:

Ең соңында зарядталған денелер (бөлшектер) өзара, қасиеттері бізге әлі таныс емес, өріс арқылы әсерлесетіндігін ескерте кету керек.