Жаратылыстану зертханалық кешенінде физикадан фронтальды лабораториялық жұмыстарды өткізу жөніндегі ұсыныстар

Жаратылыстану зертханалық кешенінде физикадан фронтальды лабораториялық жұмыстарды өткізу жөніндегі ұсыныстар

Қазақcтан Республикасы Білім және ғылым министрлігі

Ш.Уәлиханов атындағы Көкшетау мемлекеттік университеті

Жаратылыстану ғылымдары факультеті

Физика және математика кафедрасы

Жаратылыстану зертханалық кешенінде

физикадан фронтальды лабораториялық жұмыстарды

өткізу жөніндегі ұсыныстар

Құрастырған: Тойлыбай Жанарбек

Көкшетау – 2017

Мазмұны
Қауіпсіздік ережесі...........................................................................................	2
Жұмыс. №1 Дененің тұрақты күш әсерінен қозғалысын зерттеу................	5
Жұмыс. №2 Ауырлық және серпімділік күштері әсерінен дененің шеңбер бойымен қозғалысын зерттеу............................................................	7
Жұмыс №3. Ауырлық және серпімділік күштерінің әсерінен қозғалған дененің механикалық энергиясының сақталуы.............................................	8
Жұмыс №4. Дененің кинетикалық энергиясының өзгерісін күш жұмысымен салыстыру....................................................................................	10
Жұмыс №5. Шық нүктесі бойынша ауаның салыстырмалы ылғалдылығын анықтау...................................................................................	12
Жұмыс №6. Мұздың меншікті балқу жылуын өлшеу...................................	13
Жұмыс №7. Сұйықтың беттік керілуін өлшеу...............................................	15
Жұмыс № 8. Капиллярлық құбылысты зерттеу.............................................	16
Жұмыс №9. Капиллярдың көмегімен сұйықтың беттік керілу коэффициентін анықтау...................................................................................	19
Жұмыс №10. Қысым тұрақты болған кезде газ көлемінің температураға тәуелділігін анықтау.........................................................................................	20
Жұмыс №11. Кристаллдардың өсуін бақылау...............................................	22
Қолданылған әдебиеттер..................................................................................	24

1. Зертханалық кешенде сақталатын қауіпсіздік ережелері

І.Электрлік жарақтардың себептері мен қасиеттері.

Физика кабинетіндегі электр желісі.

Электр тогы адам организмінен өткенде қыздыру, электр және биологиялық түрде әсер етеді.

Қыздыру әсері адам денесінің әр жерінде күйік түрінде, қан тамырларын және қанның өзін қыздыру сияқты әсер қалдырады. Бұлшық еттердің еріксіз тартылуы арқылы байқалатын тканьдердің тітіркенуі мен қозуы электр тоғының биологиялық әсеріне жатады.

Бұл айтылған әсерлер жарақаттануға апарып соғуы мүмкін. Жарақаттану түрінде электрлік күйік, электрлік белгі, терінің металдануы, электроофтальмия және механикалық зақымдану сияқты зардаптар жатады. Күйіктің тоқтан және доғадан пайда болған түрлерін ажыратады.

Тоқ күйігі адам денесі ток жүгіріп тұрған бөлшекке тікелей жанасқанда, ол арқылы ток өткенде пайда болады.

Доға күйігі – тканьнің күюін, көмірге айналуын және дененің көп жерін күйдіретін электр доғасының әсерінен туады.

Электрлік белгі дегеніміз электр әсерінен болатын тері бетіндегі сұр немесе сарғыш түсті айқын байқалатын таңба.

Металдану – электр доғасымен бақыған металдың өте ұсақ бөлшектерінің адам терісіне енуі.

Электроофтальмия – көздің қасаң қабағының электр доғасынан бөлінетін ультракүлгін сәуле әсерінен ісінуі. Ондай сәулелер әр түрлі кернеудегі екі өткізгіштердің бір-біріне қысқа тұйықталу кезеңдерінде де пайда болады.

Механикалық зақымдануы – токтың әсерінен бұлшық еттердің еріксіз тартылуы. Бұл кезде адам құлап та қалуы немесе қолын, басын жақын тұрған заттарға соғып алып жарақаттануы мүмкін.

Электрлік соққылар токтың организмге әсеріне қарай төрт түрге бөлінеді:

1. Адам есінен танбастан оның бұлшық еттері тартылып, тырысуы

2. Адамның есінен танып оның бұлшық еттері тартылып, тырысуы, бірақ дем алысы тоқтамай, жүрегі соға береді.

3. Естен танып, жүрек соғуы мен дем алысы өзгереді.

4. Клиникалық өлім, яғни дем алуы мен қан айналысы тоқтайды.

Электрлік жарақаттанудың себептері – электрлік қондырғыларды пайдалану кезінде күтімсіздік салдарынан кейбір жерлерінде иллюзия кедергісі төмендеп , ток жүрмеуге тиісті жерлерде кернеу пайда болуы, жұмыс орнын нашар даярлау салдары, қондырғы конструкциясындағы, оны монтаждаудағы жіберілген қателіктер, сапасыз нұсқау, бағыттау материалдары.

Электр тогымен жарақаттану электрлік жарық жүйесінен де, күш жүйесінен де болуы мүмкін. Физика кабинетінде осы екі күш жүйесінен де болуы мүмкін. Физика кабинетінде осы екі жүйенің екеуінің де кіретін орындары бар. Әдетте жарық жүйесі – бір фразадан, ал күш жүйесі – үш фазадан тұрады.

Сымдарды тарту, бекіту, жөндеу және қабылдағыш құралдарға қосу оларды ток көзінен ажыратқаннан кейін ғана жасалынады. Тартырған сым изоляциялы болуға тиіс те, оларды механикалық әсерден бүлінетін жерлерін сақтауға қосымша шаралар қолданылды. Оның үстіне операцияны жүргізгенде электрді токтан ажырату керек.

ІІ. Электр тогының организмге әсері.

Адамның денесі электр тогын жақсы өткізеді де, тері көбірек кедергі көрсетеді. 15-20 В кернеу үшін зақымдалған терісі құрғақ адам денесінің кедергісі 3-тен, 100-ге дейінгі кОм шамасында болады. Егер тері зақымдалған болса, кедергі 300-500 Ом-ға дейін төмендейді.

Адам денесінің кедергісі одан өтетін токтың мөлшеріне, өтетін мерзімінің ұзақтығына, жиілігіне байланысты. Осы параметрлер шамасы артұан сайын кедергі кеми түседі.

Қауіпсіз ток адам денесі арқылы ұзақ уақыт өткенімен адамға сезілмейді.

Сезілетін ток-өндірістік жиіліктегі 0,6 – 1,5 мА және тұрақты ток 5-7мА. Адам денесінен бұдан жоғары мөлшердегі токтардың бәрі сезілетін болғандықтан, осы шамалар токтың сезілу табалдырығы деп аталады.

Жібермеу табалдырығы тогының шамасы әр адам үшін әртүрлі.

Өндіріс жиілігі айнымалы ток тұрақты токтан 4-5 есе қауіптірек. Оны сезу және жібермеу табалдырықтарындағы ток мөлшерінен көруге болады.

Электр құралдарының ток жүретін бөліктерінің изоляциясыз болуы щиттер мен жүйелерде ток жүріп тұрған кезде жөндеу немесе профилактика жұмыстарын жүргізу, қорғаныс құрал-саймандардың дұрыс жұмыс жасамауы осылардың бәрі екі фазалық жанасуға апарып соғады.

Адам өмірі үшін қауіптірегі екі фазалық жанасу.

ІІІ. Зертханалық және демонстрациялық тәжірибелер жасаудағы жеке – дара қауіпсіздік шаралары.

Экспериментальдық электр қондырғыларды құрастыруға пайдаланатын өткізгіштердің бөлік изоляциясының көзге түсетіндей ақауы болмау керек. Изоляциясы жоқ өткізгіштерді пайдалануға мүлдем болмайды.

Өткізгіштер ұшталып сақтандырғыш қаппен жабылуы тиіс, ал қысқыштарында пластмассаға престелген жиырылмайтын бүркеншегі болуы қажет. Өлшеу кезінде приборларға, конденсаторларға, трансформаторларға, резисторларға және өткізгіштерге тиісуге тиыс салынады.

Қондырғыны электр тізбегіне қосуда штепсельдік қосылыстар көп жағдайда бір фазалық және екі фазалық түйісуге мүмкіндік бермейді.

1. Электр тізбегін құрастырған кезде өткізгіштердің қиылысуынан аулақ болыңдар, изоляциясы тозған өткізгіштерді және ашық типтес рубильниктерді пайдаланыңыздар.

2. Электр тізбегіне ток көзіне ең соңынан қосыңдар. Тізбектегі кернеуді тек приборлармен немесе кернеу көрсеткішінен тексеруге болады.

3. Изоляциясы жоқ, кернеуі бар тізбек элементіне тиіспеңдер.

4. Жұмыс кезінде электр машиналарының айналып тұрған бөлшектеріне абайсызда қол тигізіп алмаңдар.

5. Изоляциялаушы сабы бар аспаптарды пайдаланыңдар.

6. Жұмыс соңында электр көзін ағытыңдар, сонан соң электр тізбегін ажыратындар.

7. Кернеуі бар электр қондырғыларында ақау байқалса, дереу электр тогының көзінен ағытып, бұл туралы мұғалімге хабарлаңдар.

ІҮ. Проекциялық аппараттармен жұмыс істеудегі техникалық қауіпсіздік шаралары.

Әртүрлі типтегіпроекциялық аппараттарды қолдану кезіндегі көру гигиенасына тоқталайын. Белгілі, экрандағы кескіннің сапасы кез-келген аппараттың негізгі тетігі, жарықтану проекциялық системасына байланысты болады. Оған жататындар: жарық көзі, конденсатор және проекциялық объектив.

1. Аппаратты желіге қосудан бұрын оның жұмыстық кернеуі желідегі кернеуге сәйкес келетіндігіне көз жеткізіп алу керек.

2. Аппараттың металл бөліктеріне ылғал тиюіне, линзаның жылтыр бетін қолмен ұстауға және оларды қағазбен сүртуге болмайды.

3. Аппараттың оптикасын эфир мен спирт қоспасына батырылған таза мақта тампонымен тазалау керек. Эфир болмаған жағдайда, таза спиртпен тазалауға болады.

Кескіннің сапасы оптикалық системаны центрлеуге байланысты. Аппараттағы жарық көзі дұрыс орналаспаса, экранда формалары түрліше түсті таңбалар пайда болады. Егер түсі көк болса, онда жарық көзі клонденсаторға өте жақын орналасқаны, егер қызғылт болса – жарық көзі конденсатордан алшақ орналасқаны.

Жұмыс №1 Дененің тұрақты күш әсерінен қозғалысын зерттеу

Жұмыс мақсаты: көлденең лақтырылған дененің ұшу алыстығының биіктікке тәуелділігін анықтау

Құрал-жабдықтар: қисық сызықты астауша, түзу астауша, пластмасса шар, муфта мен қысқышы бар тұрғы өзегі, ақ қағаз, көшіру қағазы.

Қисық сызықты астау көмегімен көлденең бағытта ұшуға зерттелетін дене ретінде кішкене шар алынады.

Шардың S ұшу қашықтығының бастапқы Н биіктікке тәуелдігінің аналитикалық түрін көлденең және тік бағыттағы қозғалысқа арналған теңдеуден табуға болады. Көлденең υ₀ жылдамдықпен лақтырылған дененің бірқалыпты қозғалысы мына заң бойынша анықталатыны белгілі

x = t (1)

және тік сызықпен де бірқалыпты үдемелі қозғалады. Сонымен қатар биіктіктің уақыт бойынша өзгеруі:

y = (2)

Екі заңда санақ басы астауша шетімен басталатын координата жүйесінде жазылған, Х осі бастапқы жылдамдық бағыты бойынша, ал У осі – төмен бағытталған. (2)-ден уақытты анықтап, алынған теңдікті (1)-ге қойып ізделініп отырған тәуелдікті табылады:

x = (3)

Өйткені түсу нүктесінде х = S, ал y = H, сонда

S = (4)

Егер шарды әртүрлі биіктіктен көлденең тастаса, онда пайда болған тәуелдікті мынадай түрде көрсетуге болады:

S = C (5),

мұнда С = = const. Осыдан

= const (6)

(6) формуладағы тәуелділік тәжірибе арқылы тексеруді қажет етеді.

Тәжірибені өткізу үшін қондырғыны икемге келтіру келесі ретпен өткізіледі (1- сурет).

Қисық сызықты астаушаны тұрғы муфтасына бекітеді.

Астаушаның майысқан төменгі шеті үстелге тимегенше муфтаны тұрғы өзегімен төмен қарай жылжытады. Астаушаның майысқан бөлігі үстел бетінде орналасқанша астаушаның бекіткішін босатып, түзетеді.Осы қалпында астаушаны қайтадан муфтаға бекітеді. Содан кейін муфтамен астаушаны тұрғы өзегі бойымен 10 – 12 см жоғары қарай жылжытады.

Шардың бастапқы ұшу жылдамдығын тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін, астаушаны орнынан жылжытады. Шардың ұшу орнын астаушада белгілеп қояды.

Шардың үстелге түсетін орнына таза ақ қағаз қойып, скотчпен жапсырады және көшірме қағаздың бетіне қояды. Шар құлағаннан кейін қағазда белгі қалады.

Түзу астаушаның шкаласын қолдана отырып, астаушаның төменгі жиегінің биіктігін Н және шардың ұщу қашықтығын S өлшейді.

1-сурет. Көлденең лақтырылған дененің ұшу алыстығының биіктікке тәуелділігін анықтауға арналған қондырғы

Шарды жіберудің кері әсерін болдырмау үшін сол биіктіктен 5 – 7 рет үстелге түсіріп, қашықтықтың орташа мәнін табады .

Өлшемнің мәліметтерін таблицаға енгізеді:

Тәжірибе №	S, мм	, мм	Н, мм	, мм	/ ,

Доға тәрізді астаудың биіктігін 5 см-ге асыра отырып, түсуін 2 – 3 рет қайталайды.

Әрбір түсу бойынша мен / есептеледі. Егер (5) формула дұрыс болса, әрбір түсу бойынша алынған қатынас мәні / бірдей болып шығу керек.

Жұмыс №2 Ауырлық және серпімділік күштері әсерінен дененің шеңбер бойымен қозғалысын зерттеу

Жұмыс мақсаты: дененің алған үдеуінің барлық тең әсерлі күштер арасындағы байланысын тәжірибе жүзінде анықтау.

Құрал-жабдықтар: секундомер, динамометр, 102 г жүк, муфта және табаны бар тұрғы өзегі, өлшеу лентасы, сызғыш.

Қосымша құрал: циркуль

Бұл жұмыстың Ньютон заңдары мен айналмалы қозғалыс кинематикасын оқытудағы оқушылардың білімдерін жинақтауда маңызы зор.

Тәжірибелік қондырғыны орнатудың жалпы түрі 2 - суретте көрсетілген.

Тұрғы табанының ұшы өзектің әрірек болатындай орнатылады. Жіптің ұшына ілгек байлап, жүкті асады. Жүк үстел бетінен 1 см биіктікте болатындай етіп жіптің ұшын қысқышына бекітеді. Алдын ала циркульмен 7 – 10 см айналым сызылған қағазды жүк астына қояды.

2-сурет. Ауырлық және серпімділік күштері әсерінен дененің шеңбер бойымен қозғалысын зерттеу қондырғысы

Жүкті айналым сызығына дейін апарып, жай соққы арқылы қозғалтады.

Өлшемдер жүргізу алдында тәжірибені бірнеше рет қайталап, жүктің шеңбер бойымен айналатындай етіп соққының күші мен бағытын анықтау қажет.

Өлшеу мен есептеу келесі ретпен жүргізіледі. Жүктің 10 – 15 толық айналым жасаған уақытын өлшенеді. Айналу периоды T = өлшенеді. Айналым радиусын өлшейді. Бір айналымның уақыты мен айналым санын білгеннен кейін, айналымның сызықтық жылдамдығын υ= , содан кейін центрге тартқыш үдеуді = есептейді.

Тең әсерлі күш жүктің айналымының әсерінен динамометрмен анықталады. Динамометрді қолда көлденең ұстай отырып, ілгегін жіптің ілмегіне іледі. Содан кейін жүк айналымы сызығының үстіне келгенше динамометрді бір жаққа итереді. Осы қалпында тұрған көрсеткіш бойынша күштің F мәнін табады.

Тәжірибеде жүктің салмағы 0,1 кг тең екенін оқушыларға ескерту қажет. Содан кейін теңәсерлі күш пен центрге тартқыш үдеуіне қатынасының мәнін табады. Ньютонның екінші заңы (F = ma) негізінде ол жүктің m = F/a массасына тең болуы тиіс.

Жұмыс №3. Ауырлық және серпімділік күштерінің әсерінен қозғалған дененің механикалық энергиясының сақталуы

Жұмыс мақсаты: Серіппенің потенциалды энергиясының өзгерісі мен серіппені сыққан дененің потенциалды энергиясының өзгерулерін салыстыру.

Құрал-жабдықтар: динамометр, 102 г жүк (екеу), серіппе, астауша, муфта және табаны бар тұрғы өзегі.

Жұмыстың нәтижелерін талдай отырып, оқушылар физиканың негізгі заңдарының бірі – энергия сақталу заңының эксперименталды дәлелін табады. Осыдан жұмыс барысында өлшеу сапасының нақтылығын төмендететін факторлардың әсерін минимумға жақындатуға көңіл аудару қажет.

Тұрғы қысқышына серіппені қатайтады (3 - сурет). Ол бос ұшымен тігінен орналасу тиіс. Астаушаны сыртқы шкаласы бақылаушыға қарайтындай тігінен орналастыру қажет. Серіппе мен астаушаның арасындағы қашықтық 1 – 2 см-ден кем болмауы тиіс.

Алдымен серіппенің қаттылығын анықтайды. Ол үшін серіппенің бос ұшының қалпын астауша шкаласына тұруын бақылайды. Серіппеге екі жүкті іледі, шайқалып аяқталғаннан кейін тағы серіппенің ұшының қалпын бақылайды. Оның ұзаруын есептейді.

3-сурет. Ауырлық және серпімділік күштерінің әсерінен қозғалған дененің механикалық энергиясының сақталуына арналған қондырғы

Серіппеге байланған жүктің ауырлық салмағын білгеннен кейін, жүкке әсер ететін жүк күшін есептейді. Серіппені ұзартатын күштің мәнінің ұзаруға қатынасын тапқаннан кейін, серіппенің қаттылығы анықталады.

Содан кейін жұмыстың негізгі бөліміне кіріседі. Қолмен ұстай отырып жүкті серіппенің қайта созылмай тұрған күйге келгенше көтереді. Содан кейін жүкті түсіріп, серіппенің максималды ұзарған шамасын бақылайды. Тәжірибені бірнеше қайталай отырып максималды ұзарудың орташа мәнін анықтайды. Оны келесі есепте пайдаланады:

• k /2 формуласы бойынша серіппенің өзгерген энергиясын есептейді.

• mgx формуласы бойынша жүктердің потенциалды энергиясының өзгеруін есептейді.

Анықталған мәндерді салыстырып, жүйедегі механикалық энергиясын сақтау туралы қорытынды жасайды: жүк, серіппе, Жер.

Қосымша тапсырма ретінде оқушыларға нәтижелердің сәйкестенбеген көрсеткіштерінің себебін ұсынуға болады.

Жұмыс № 4. Дененің кинетикалық энергиясының өзгерісін күш жұмысымен салыстыру

Жұмыстың мақсаты: Денелер жүйесінің механикалық энергиясы мен осы энергия есебінен денелер жүйесінің жасаған механикалық жұмысы мәндері арасындағы қатынасты анықтау.

Құрал-жабдықтар: Тік науа, металл білеуше, динамометр, трибометр рейкасы, жіп.

Бұл жұмыста болат білеуше және жіпке байланған динамометрмен, яғни екі дененің механикалық энергияларының айналулары зерттеледі. Екі дене де трибометр рейкасына орналастырылған. Егер динамометрді бір қолмен ұстасақ, ал білеушені біраз қашықтықта ұстап тұратын болсақ, ондасеріппе-білеуше жүйесіндегі толық механикалық энергия динамометр серіппесінің созылуы кезіндегі потенциалдық энергия арқылы анықталатын болады:

(1)

бұл жерде – серіппенің қатаңдығы, х – серіппенің ұзару немесе сығылу шамасы.

Жіберілген білеуше серіппенің серпімділік күшінің әсерінен динамометр жағына қарай жылжиды. Серіппенің созылуы 0-ге тең болған кезде механикалық энергия жүйесінің толық қоры білеушенің кинетикалық энергиясына тең болады.

4-сурет. Дененің кинетикалық энергиясының өзгерісін күш жұмысымен салыстыру

Е = К₁+А₁ (2),

мұндағы А₁ = F_үйкS₁ – білеушенің рейка бетімен іске қосылатын орыннан серіппенің созылуы нөлге тең болатын жерге дейінгі орын ауыстыруы кезіндегі үйкеліс күшінің жұмысы. Одан кейін білеуше инерция заңы бойынша, кинетикалық энергиясының үйкеліс күштерінің жұмысына қарсы толық жұмсалғанынша жылжи береді. Ол тоқтаған кезде:

К₁=А₂= F_үйкS₂ (3),

мұндағы S₂ – орын ауыстыру, ол білеушенің тұрған орнынан серіппенің созылуына нөлге тең болатын жерге дейінгі қашықтық. (2)- ші формулаға К₁ – кинетикалық энергияның мәнін қойып, А₂ жұмысы арқылы өрнектеп, денелер жүйесінің механикалық энергиясы мен осы энергия есебінен денелер жүйесінің жасаған механикалық жұмысының мәндері арасындағы қатынасты алады:

= А₁+А₂= F_үйкS₂₊ F_үйкS₁=F_үйк(S₂₊ S₁)= FS (4)

мұндағы, S – білеушенің жіберілген орнынан тоқтағанға дейінгі орын ауыстыруы.

= F_үйк S (5).

Бұл теңдік тәжірибе барысында тексеруді қажет етеді. Тәжірибе мынадай ретпен жүргізіледі: трибометр рейкасының резеңке жолағын үстел үстіне жоғары қаратып салады. (Сурет 4.4.)

Динамометр серіппелерінің қаттылығы мен білеушенің резеңке бетімен үйкеліс күшін анықтау үшін қосымша тәжірибелер өткізіледі.

Осы жұмыстардан соң негізгі тәжірибеге көшеміз. Резеңке жолағы бойымен сыртқы шкаласы бар науаны бақылаушыға қаратып салады. Резеңкеге динамометр және білеушені орналастырады. Білеуше мен динамометрді ілмектерімен шамамен 15 см жіптің көмегімен қосады. Динамометр көрсеткішінің орнын салыстырмалы Х₁ шкаласы арқылы байқайды. Бір қолмен динамометрді қатты ұстап тұрып, екінші қолмен білеушені тартады, динамометр серіппесі 10 см-ге ұзарады. Х₂ көрсеткішінің жаңа орны мен білеушеннің Х_б0 жіберілу орнының координатасын тіркейді. Осыдан кейін білеушені жіберіп, тоқтаған жерінің координатасын анықтайды. Х серіппесінің ұзаруын осы өлшеу деректері бойынша есептейді, осы білеушені жіберу алдында болған (Х=Х₁-Х₂) және кесектің ауысуы S ( S = X₆ – X₆₀). Тәжірибені 5-7 рет қайталайды, динамометр көрсеткіші және білеушені жіберу орнының координатасы өзгермеуі тиіс және Х – ұзаруы S – орын ауыстырудың орташа мәндерін есептеп шығарады. Осы мәліметтер кестеге жазылады.

№	Х1, 10-3м	Х2, 10-3м	Х, 10-3м	Хорт, 10-3м	Хб0, 10-3м	Хб, 10-3м	S, 10-3 м	Sорт, 10-3 м	, Дж	FүйкSорт, Дж

Қорытынды бойынша созылған серіппенің энергиясы мен білеушенің үйкеліс күшін жеңуге арналған жұмысы F_үйк S_орт есептеліп, (5) - теңдіктің дұрыстығы тексеріледі.

Жұмыс № 5. Шық нүктесі бойынша ауаның салыстырмалы ылғалдылығын анықтау

Жұмыстың мақсаты: Әр түрлі температурадағы қаныққан бу қысымының көрсеткіш кестесін пайдаланып, ауаның салыстырмалы ылғалдылығын өлшеу біліктілігін қалыптастыру.

Құрал – жабдықтар: Термометр, лабораториялық шыны стакан, муфтасы мен қысқышы бар тұрғы.

Қосымша құрал – жабдықтар: Бөлме температурасындағы суы бар ыдыс, мұз кесектері салынған ыдыс, қысым кезіндегі қаныққан будың әр түрлі температурасының мәндер кестесі.

Ауаның салыстырмалы ылғалдылығын анықтаудың ең қарапайым өлшеу тәсілі сулы бу санының қатынасы осы үй-жайда сол температурада қаныққан буының санына және бу қысымының қатынасына тең. Осыған байланысты ауаның салыстырмалы ылғалдылығы түтік ішіндегі ара-қатынаспен анықталады.

(1)

Р – су будың қысымы;

Р_қ – қаныққан су буының қысымы.

Су буының әр түрлі температурадағы қаныққан қысым көлемі кестеден алынады.

Су буының қысымын анықтау үшін, ауаны бумен белгілі бір температураға дейін салқындатып, бу қаныққанша, яғни салқындату конденсация тудыруы тиіс. Осы температурадағы қаныққан будың қысымы Р = Р_ш.н.қ..

5-сурет. Шық нүктесі бойынша ауаның салыстырмалы ылғалдылығын анықтау

Ауаның салыстырмалы ылғалдылығын үш кезең бойынша анықтайды:

1. Бөлмедегі ауаның температурасының сылыстырмалы ылғалдылығын және кестеде көрсетілген Р- қаныққан бу қысымын анықтайды.

2. Шық нүктесі және осы температурада кестеде көрсетілген Р_ш.н.қ-қаныққан будың қысымына сәйкес келеді. Бұл қысымның мәні ылғалдылық өлшенетін бөлмедегі қысымға тең.

Соңында, (1) - формула бойынша салыстырмалы ауа ылғалдылығы өлшенеді. Практика жүзінде бұл жұмыстар конденсациялық гигрометр моделінің көмегімен атқарылады. Оны құрастыру үшін іші таза лабораториялық стакан алынады, бөлме температурасымен бірдей су, мұз кесектері және термометр керек. Стаканды қабырғасындағы жарық көзі сәулесі көрінетіндей етіп орналастыру керек. (5. сурет)

Термометрді суға саламыз, тұрғының қысқышына қысамыз, өйткені спирті бар резервуар оның орталық бөлігінде болуы тиіс. Одан кейін суға мұз салынады және термометр көрсеткішімен стакан қабырғасындағы жарық көзінің сәулесіне қарап тұруымыз керек. Стакандағы мұз салынған су салқындайды, оның температурасы шық нүктесіне барған кезде, стакан қабырғасында мұз конденсаты пайда болады. Конденсат пайда болған кезде стакан қабырғасы көмескіленеді. Конденсат пайда болған кезде термометр көрсеткішін анықтауға болады. Тәжірибе жүргізу барысында бөлмеде жел болмауы тиіс. Оның үстіне стакан жаққа дем шығармау керек. Мұз кесектерін алдын-ала үй тоңазытқышында дайындап алу керек, сабаққа термосқа салынып әкеледі. Тәжірибе нәтижесі кестеге жазылады.

№	t[°С]	pn	tm.р. [°С]	р	φ[%]	φср[%]

Бұл тәжірибені ауаның салыстырмалы ылғалдылығының орташа мағынасын анықтау үшін бірнеше мәрте қайталайды.

Бөлмеде психрометр болған жағдайда, тәжірибе нәтижесінің көрсеткіштерін салыстыру тиімді.

Жұмыс № 6. Мұздың меншікті балқу жылуын өлшеу

Жұмыстың мақсаты: жылу балансы теңдеуін пайдалануға негізделген мұздың меншікті балқу жылуын анықтау әдісін меңгеру.

Құрал – жабдықтар: Термометр, 100 мл-ға арналған өлшеуіш цилиндр, калориметр, тұрғы.

Қосымша құрал – жабдықтар: Жылы суы бар ыдыс (55-60°С), еріген мұзы бар ыдыс.

Жұмысқа кірісер алдында оқушыларға жылу балансы теңдеуіне негізделген, заттардың меншікті балқу жылуын анықтауды, теориялық жағынан жүйелі түрде түсіндіру қажет. Кристалл заттарды балқыту үшін олардың атомдары мен молекулалары арасында байланысты ажыратуға жұмсалатын энергияның керектігін оқушыларға айту қажет.

Меншікті балқу жылуы деп массасы m затты, балқу температурасында сұйыққа айналдыру үшін қажетті Q жылу мөлшерін атайды:

λ=Q/m (1)

Заттардың меншікті балқу жылуын өлшеу үшін оны қызған денемен байланысқа келтіреді және сұйықтыққа айналу барысындағы жұтылған жылу мөлшерін анықтайды, сонымен қатар ерітілген заттардың массасын өлшейді.

Тәжірибе кезіндегі зерттелетін зат ретінде балқу температурасындағы мұз алынады. Қыздырғыш ретінде жылы су пайдаланылады. Тәжірибені жылу шығынын азайту мақсатында калориметрде жүргізіледі. Егер массасы және температурасы белгілі жылы суға мұз кесектерін салсақ, олар біраз уақыттан соң еріп кетеді. Ерітілген судың температурасын өлшеп, жылы судың мұзды ерітуге қанша жылу бергенін анықтауға болады:

Q_су=cm_су(Т_су-Т_ем) (2),

бұл жерде с – судың меншікті жылу сыйымдылығы;

m_су – жылы судың салмағы;

Т_су – оның бастапқы температурасы;

Т_ем –мұз ерігеннен кейінгі температура.

Тәжірибені калориметрде (жылуды жоғалтпайтын) жүргізгендіктен жылу балансының теңдеуі бойынша жылы суға берілген жылуды мұз жұтып алады, яғни

Q_су= Q_м (3),

бұл жерде Q_м – балқу кезіндегі мұздың алған жылуы.

Балқытылғаннан кейін калориметрдегі судың температурасы мен көлемі өлшенеді. Жылы судың көлемін тәжірибеге дейін біліп алып, шыққан қоспаның көлемін алып, судың көлемін шығарады (мұздың ерітіндісінен шыққан), массасын тауып m_м, соңынан формула бойынша балқытылған мұздың меншікті жылуын шығарады.

(1) ,(2)- формулаларға кіретін шамалардың физикалық мағынасын, олардың өлшем бірліктерін, меншікті жылу сыйымдылығының маңызын және судың тығыздығын, көлем бірліктерінің арасындағы қатынасты мл, см³, м³ оқушыларға түсіндіру қажет және де тәжірибе барысында жылу мөлшерін жоғалтуды азайту мәселелерін талқылау қажет.

Келесі іс-әрекеттердің реттілігін сақтай отырып, тәжірибені жүргіземіз (6- сурет):

1. 150 мл жылы суды өлшеуіш цилиндрмен өлшейді және калориметрге құяды. V_су су көлемінің мәнін жазады.

2. Термометр тұрғыін лапкамен қысып, оны калориметрдегі суға батырады және Т_су температурасын өлшейді.

3. Калориметрге мұз кесектерін салады және оның еруін бақылайды.

4. Мұз ерігеннен кейін су температурасын Т_ем өлшейді.

6-сурет. Мұздың меншікті балқу жылуын өлшемі

5. V_ем өлшеуіш цилиндрімен жалпы су көлемін өлшейді.

6. V_м= V_ем - V_су ерітілген мұздан жиналған судың көлемін өлшейді.

7. Мұздан алынған судың массасын есептейді.

8. Q жылу санының формуласын мұзды ерітуге берілген жылы судың формуласымен есептеп шығарады.

9. Балқытылған мұздың меншікті жылуын теңдікті ескере отырып, (1) формула бойынша есептейді.

Жұмыс соңында бақылау сұрақтары қойылады:

• Затты балқыту үшін неге оған жылу керек?

• Меншікті балқу жылуын немен өлшейміз?

• Тәжірибе жасау үшін неліктен мұзды балқыту температурасында алу керек?

Жұмыс № 7. Сұйықтың беттік керілуін өлшеу

Жұмыс мақсаты: Тамшуыр арқылы судың беттік керілу коэффициентін анықтау.

Құрал – жабдықтар: науа, суы бар флакон, қақпағы жабылатын тамшуыр, стакан, таразы.

Судың беттік керілу коэффициентін

,

- тамшының массасы;

- еркін түсу үдеуі;

тамшуырдың саңылауларының диаметрі.

Тәжірибе жүргізудің жалпы түрі 7- суретте көрсетілген.

Тәжірибеге қақпағы бар флакон, саңылауларының диаметрі 1,2 мм болатын тамшуыр қолданылады. Бір тамшының массасы былай анықталады. Таразының көмегімен стаканның массасы анықталады. Содан кейін стаканға тамшуырдың көмегімен 60-70 тамшы тамызылып, тамшыны есептеледі. Суы бар стаканның массасы есептеліп, массалардың айырмасынан стаканның ішіндегі судың массасы анықталады.

Оны тамшының санына бөліп, бір тамшының массасын табылады. Әрі қарай жоғарыда көрсетілген формула бойынша беттік керілу коэффициентін анықталады. Есептеулер мен өлшемдер кестеге енгізіледі.

Тәжірибе №	М, 10-3 кг	N	m,10-3 кг	σ,Н/м

7-сурет. Сұйықтың беттік керілуін өлшеу

М - тамшының жалпы массасы; N - стакандағы тамшының саны, m - бір тамшының массасы, σ - беттік керілу коэффициенті.

Кездейсоқ қателіктерді табу үшін тәжірибе бірнеше рет қайталанады және судың орташа беттік керілу коэффициентін анықтайды. Есептелген коэффициент мәнін кестедегі мәнмен салыстырады.

Қосымша тапсырма ретінде оқушыларға судың беттік керілу коэффициентін температураға байланысты анықтау тапсырылады. Судың температурасы 60˚С деп алынып, тәжірибе бірнеше рет қайталанады.

Жұмыс № 8. Капиллярлық құбылысты зерттеу

Жұмыстың мақсаты: Капиллярлық түтіктің радиусын тәжірибе түрінде зерттеу.

Құрал-жабдықтар: Капиллярлық түтікше, өлшеуіш цилиндр, муфтасы бар тұрғы, миллиметрлік шкаласы бар сызғыш.

Қосалқы құрал-жабдықтар: Бөлме температурасындағы суы бар ыдыс.

Оқушылар капиллярлық құбылысты зерттеп болғаннан кейін жұмыс жүргізіледі.

Жұмыс барысында капиллярдың радиусын екі тәуелсіз тәсілмен анықтайды. Капиллярлық түтікшедегі су деңгейінің жоғарылығымен және дененің тығыздығы туралы түсінгі ретінде анықталады. Осы тапсырманы орындау барысында оқушылар дененің тығыздығын, көлемін, салмағын есептей алады. Бірінші тәсіл бойынша капиллярдың радиусы мен оның нәтижесін анықтағаннан кейін капиллярлық зерттеудің теориялық қорытындысының дұрыстығына қорытынды жасай алады.

8-сурет. Капиллярлық құбылысты зерттеу

Капиллярдағы сұйықтықтың биіктігін анықтау үшін капиллярлық түтікшедегі сұйықтың көтерілу құбылысын зерттеуде мына формула шығады:

(1)

- жоғары кернеу коэффициенті;

– сұйықтың тығыздығы;

- капиллярдың радиусы;

- еркін түсу үдеуі;

Капиллярдың радиусын анықтау үшін мына формуланы алуға болады:

(2)

Осы (2) формулаға сүйене отырып, капиллярдың радиусын мына мәндер σ,ρ,h арқылы анықтауға болады.

Капиллярдың радиусын тығыздық арқылы да анықтауға болады. Егер түтікшеде сұйықтық болып, оның тығыздығы белгілі болса, онда оның көлемі

(3),

бұл жерде .

Дөңгелек қимасы бар капиллярды қолдану кезінде

V=πR²l (4)

l- бағандағы сұйықтықтың ұзындығы;

(4) формуланы (3) формулаға ауыстырғанда төмендегі формула шығады:

πR²l= немесе (5)

Жоғарыда айтылғандардан кейін тәжірибе екі кезеңмен жүргізіледі. Сұйықтық ретінде бөлме температурасында тұрған суды қолданады.

Алдымен радиусын бірінші тәсілмен анықтайды. Ол үшін өлшеуіш цилиндрін суға толтырады. Цилиндрді бірінші миллиметрлік шкаласы бар сызғышқа тығыз орналастырып, шкаланың нөлдік бөлінісі цилиндрдегі судың бетіне қарсы қойып, тұрғыке тігінен бекітіледі де, шкала жоғары бағытталады. Ішкі каналдарды ылғадандыру үшін капиллярлық түтікшені бір шетінен ұстап, бірнеше рет суға батырады. Судан кейін түтікшенің бос жағын қайтадан суға батырып, сызғышқа жақындатып, капиллярдағы судың биіктігін өлшейді.

Зерттеу мен есептеу нәтижелері кестеге түсіріледі:

№	σ,Н/м	ρ,кг/м3	h, 10-3м	R, 10-3м

Тәжірибе бірнеше рет жүргізіліп, радиустың орташа мәнін есептеп шығарады.

Әрі қарай радиусты анықтаудың екінші тәсіліне көшеміз. Таразының көмегімен М зертханалық стаканның массасы анықталады. Капиллярлық түтікшені юлаға барынша тереңірек батырады. Капиллярлық түтікшені су толтырғаннан кейін жоғары жағын саусақпен басып тұрып, судан шығарылады. Түтікшені көлденең орналастырып, фильтрді қағазбен сүртеді. Сызғышты түтікшені қойып, бағандағы судың ұзындығын нақты өлшейді l₁. Түтікшедегі суды зертханалық стаканға үрлейді. Салмақты өлшеудің нақтылығын көтеру үшін түтікшені бірнеше рет суға батырып, әр батырған сайын судың ұзындығын өлшеп, стаканға суды үрлеп тұру қажет. Сосын М_cу стаканындағы судың салмағын анықтайды және судың салмағын мына формуламен есептейді: m=M_су-M. Стакандардағы сулардың ұзындықтарының қосындысын анықтайды: l=l₁+l₂+l₃+....

Ақырында (5) формуланы пайдаланып, капиллярдың радиусын анықтайды. Екінші тәжірибеден алған мәліметтер кестеге түсіріледі:

ρ, кг/м3	l1, 10-3 м	l2, 10-3 м	l3, 10-3м	l, 10-3 м	M, 10-3кг	Mсу, 10-3 кг	m, 10-3кг	R, 10-3м

Жұмыс № 9. Капиллярдың көмегімен сұйықтың беттік керілу коэффициентін анықтау

Жұмыстың мақсаты: Капиллярлық түтікшенің биіктігі арқылы сұйықтың беттік керілу коэффициентін анықтау.

Құрал – жабдықтар: капиллярлық түтікше, өлшеуіш цилиндр, табаны мен муфтасы бар тұрғы, миллиметрлік шкаласы бар сызғыш.

Қосымша құрал-жабдықтар: Бөлме температурасындағы суы бар ыдыс.

Мектеп тәжірибесінде сұйықтың беттік керілу коэффициентін әдетте тамшыларды бөлу тәсілімен анықтайды. Тамшының радиусын өлшеуде оқушылар қиындыққа кезігеді. Осыған қажетті өлшеу құралдары әдетте мектептегі физика кабинетінде болмайды. Ал оңайлатылған құралдарды пайдалану маңызды қателіктерге әкеліп соқтырады. Кей кездері қиындықтан шығу үшін оқушыларға радиустың мәнін дайын түрде ұсынады.

Оқушылардың тәжірибелік дағдыларының дамуына ықпал ете алмағандықтан, мұндай әдіс жұмыстың дидактикалық құндылығын төмендетеді. Сұйықтың беттік керілу коэффициенті аталған жұмыста мына формула негізінде капиллялық түтіктің биіктік деңгейімен анықталады.

(1)

осы формуладан

(2) шығады.

Осы (2)- формулада көрініп тұрғандай сұйықтың беттік керілу коэффициентін анықтау үшін капиллярдағы сұйықтың биіктігі мен оның радиусын өлшеу жеткілікті. Сонымен қатар сұйықтың еркін құлау жылдамдығы мен тығыздығының мәнін білу керек.

Тәжірибенің сапалылығына әсер ететін бірден-бір фактор капилляр бетінің тазалығы болып саналады. Сондықтан да жұмысты бастар алдында капилляр каналдарын жуып алу керек. Ол үшін түтікшені бірнеше минутқа қышқылға толығымен батырады да, сонан соң дистилденген суға салады. Бұл жұмысты мұғалім, я болмаса зертханашы жасайды.

Өлшеу реттілігі мен эксперименттік орнату монтажы σ және R «Капиллярлық құбылысты зерттеу» жұмысындағыдай жүргізіледі.

Өлшеуіш цилиндрді сумен толтырады. Миллиметрлік шкаласы бар сызғышқа тығыз орналастырады, шкаланың нөлдік бөлінісі цилиндрдегі судың бетіне қарсы қойып, тұрғыке тігінен бекітіледі де, шкала жоғары бағытталады. Ішкі каналдарды ылғалдандыру үшін бірнеше рет суға батырады. Содан кейін трубаның бос жағын қайтадан суға батырып, сызғышқа жақындатып, капиллярдағы судың биіктігін өлшейді.

Тәжірибе бірнеше рет жүргізіліп, сұйықтың беттік керілу коэффициентінің орташа мәнін табады. Зерттеу мен есептеу нәтижелері кестеге түсіріледі:

№	L1, 10-3 м	L2, 10-3 м	L3, 10-3м	L, 10-3 м	M, 10-3кг	Mb, 10-3 кг	m, 10-3кг	R, 10-3м	h, 10-3м	σ, 10-3Н/м	σорт, 10-3 Н/м

Сұйықтың беттік керілу коэффициентінің орташа мәнін судың кестелік мәнімен салыстырады.

Оқушыларға қосымша тапсырма ретінде сұйықтың беттік керілу коэффициентінің сұйықтың температурасына тәуелділігіне көз жеткізу үшін ұсынылады. Ол үшін өлшеуіш цилиндрге 55-60˚С су құйып, тәжірибе қайталанады. Жылы су мен салқын суды қатар қойып ысытқанда, сұйықтың беттік керілуінің өзгергені байқалады.

Жұмыс № 10. Қысым тұрақты болған кезде газ көлемінің температураға тәуелділігін анықтау

Жұмыстың мақсаты: Эксперименттік тұрғыда белгілі газ массасының көлемі тұрақты қысымда температураға тәуелді екенін анықтау.

Құрал – жабдықтар: Термометр, калориметр, өлшеуіш лента, науа, екі шүмекті резервуар түтігі.

Экспериментті жүргізу алдындағы приборлардың суреті 9 - суретте көрсетілген.

Тәжірибенің зерттеу объектісі іші ауамен толтырылған шеттеріне екі шүмек орнатылған мөлдір икемді түтік болып табылады. Жұмыс барысында оқушылар изобаралық сығылу кезіндегі суыну процесін бақылайды.

Ауаның суынуға дейінгі және кейінгі температурасы мен көлемін өлшеп, осы екі процесс арасында көлемнің темератураға тәуелділігін анықтап, газдың бақылап отырған өзгерістері Гей-Люссак заңына сәйкес екенін көруге болады.

Тәжірибені дайындау кезінде түтікті калориметрдің сыртқы стаканнының бағдарына қарай бұрамыз. Бұрғаннан кейін түтік жоғарыда ашық қалуға тиіс. Содан кейін стаканға 55-60˚С температураға қыздырылған су құяылады. Су суып қалмас үшін оқушылар түтікке калориметрді орналастырғаннан кейін ғана төгу қажет. Судың деңгейі калориметр орналасқан стаканды толтыратындай болуы тиіс. Мектепте қолданылатын калориметрге шамамен 350 мл су кетеді. Тәжірибенің екінші бөлігі үшін салқын суды краннан алады.

Түтіктің кеңейтілген бетінің арқасында ауа барлық көлемде тез қыздырылады. Ол кеңейтілуге мүмкіндік береді және ашық түтіктен көпіршіктер байқала бастайды. Бұл судың температурасы мен ауаның температурасы түтікшеде теңескенше жүре береді. Осы көрсетілген жылы судың температурасы бойынша процесс 1,5-2 минут орын алады.

Бастапқы параметрлер ретінде қыздырылған ауаның температурасы мен көлемін аламыз. Көпіршіктер шығып болғаннан кейін судың температурасын лабораториялық термометрмен өлшеп,осы арқылы ауаның температурасы өлшенеді. Осы кездегі ауаның көлемі оқушылар зеттеу жүргізгенге дейін өлшеген түтіктің ішіндегі көлеміне тең. Түтіктің ұзындығының өзгеруі қыздыру әсерінен 1%-дан аспайды және нәтижелердің дәлдігіне кепілдік берілмейді.

9-сурет. Қысым тұрақты болған кезде газ көлемінің температураға тәуелділігін анықтау

Газ күйінің екінші параметрлерін салқындатудан кейін өлшенеді. Ол үшін жылы суды төгіп, стаканның ішіндегі түтікшені ұстап дәл сондай мөлшерде салқын су құйылады. Суды ауыстыру кезінде жоғарғы түтікшені жауып, содан кейін ашып, оқушылар стакандағы судың деңгейі мен қысымының да өзгермегенін байқауы тиіс. Суды ауыстырғаннан кейін 1,5-2 минут күту керек.Осы уақыт ішінде жылулық тепе-теңдік орнайды. Суыну кезінде ауа көлемі азаяды. Екінші рет температураны өлшегеннен кейін жоғарғы кранды жауып, суық суды төгіп, түтікшені калориметрден шығарылады. Суық ауаның көлемін түтікшенің көлеміне және оның ішіндегі суға байланысты анықтаймыз.

Есептеулер мен өлшеулердің қорытындысы кестеге енгізіледі.

l1, мм	T1, ˚К	∆l, мм	l2, мм	T2, ˚К	l1/T1	l2/T2

l₁ – ауа бағанасының бастапқы ұзындығы; T₁ – ауа бағанасының бастапқы температурасы; ∆l – түтіктің ішіндегі су бағанасының ұзындығы; l₂ – суынудан кейінгі ауа бағанасының ұзындығы; T₂ – суыған ауа температурасы.

Жұмыс № 11. Кристаллдардың өсуін бақылау

Жұмыстың мақсаты: Дененің сұйық күйінен кристалдану процесіне айналуын бақылау.

Құрал – жабдықтар: Науа, Петри кесесі, натрий тұзы бар пакет, пробирка.

Қосымша құрал – жабдықтар: ыстық су қосылған қоспа.

Лабораториялық жұмысты сыныпта бастау үшін ең алдымен ыстық су қосылған қоспаны дайындап алу керек. Жұмыс натрий тұзын (алқызыл түсті зат) пакеттен пробиркаға себуден басталады. Бірнеше кристаллдарды пакетте қалдырамыз. Содан кейін жұмыс үстеліндегі пробиркаларды жинап кристаллдарды еріту үшін ыстық суға салынады. Ерітінді шамамен 70˚С ыстық су температурасында 3-5 минутқа созылады.

10-урет. Кристаллдардың өсуін бақылау

Ерітіндісі бар пробиркаларды оқушыларға көрсетіп, еріген тұз Петри кесесіне құйылады. 2-3 минут өткеннен кейін кесеге 3-4 кристалл салынып, осыдан кейін сұйықтық кристаллдану температурасына дейін салқындағаны байқалады. Бұл жерде балаларға кристаллдардың тек қана пробирканың ішінде ғана пайда болмайтынын түсіндіру қажет. Қоспа кристалданудың центрі болып табылады. Тәжірибенің жүргізілу суреті 10- суретте көрсетілген.

Бақылауды жасап болғаннан соң тұзды ерітіп, пакетке салып, тәжірибе жасау орны тазалап алынады.

Қолданылған әдебиеттер тізімі

1. Жүсіпқалиева Ғ.Қ., Джумашева А.А., Құбаева Б.С. Мектепте физика курсын оқытудың теориясы мен әдістемесі:Оқу құралы. -Орал,-2012. – 195 б.

2. Аймауытов Ж «Сабақтың комплекстік жүйесінің әдістері» Қызылорда, 1929ж - 58 б

3.Нұрбатырова Қ.Т. Физикалық оқу экспериментін жетілдірудің әдістемелік негіздері.-А; 2004.

4.А.Қ.Ершина, Н.А.Сәндібаева Оқу экспериментін ұйымдастыру және зертханалық жұмыстар / Оқу құралы. Алматы, 2010.

5.К.Т. Намазбаев. Мектептің физика кобинетінің негізгі құрал-жабдықтары бойынша лаборотоориялық практикум жұмыстары. Талдықорған 1998 ж.