К.А.Кабылбеков, Х.А.Аширбаев, А.Д.Дасибеков
М.Әуезов атындағы Оңтүстік
Қазақстан мемлекеттік университеті, Шымкент,
ЭЛЕКТРОНДАР
ДИФРАКЦИЯСЫН ЗЕРТТЕУГЕ АРНАЛҒАН
КОМПЬЮТЕРЛІК
ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫСТЫ ҰЙЫМДАСТЫРУДЫҢ БЛАНКІ ҮЛГІСІ
Қазақстан Республикасының Президенті-Елбасы
Н.А.Назарбаев ««Казахстан-2050 –стратегиясы» -қалыптасқан мемлекеттің
жаңа саяси бағыты» атты Қазақстан
халқына Жолдауында: Қазақстан 2050 жылы 30 дамыған
мемлекетер қатарына енуі керек деп атап көрсетті. Дамып келе
жатқан елдер арасында мұндай қатарда болуы үшін бәсекелестік
қатаң болады. Ұлт
глобалдық экономикалық бәсекелестікке дайын болғанда
ғана мұндай қатарда бола алады. Біз, аса маңызды
мақсаттарымызды естен шығармай, мақсатты және шабытты
еңбек етуіміз керек: қазіргі заманға сай нәтижелі білім
мен денcаулық сақтау жүйесін құру. Бәсекеге
қабілетті дамыған мемлекет болу үшін біз сауаттылығы
жоғары елге айналуымыз керек. Бізге оқыту әдістемелерін жаңғырту
және өңірлік мектеп орталықтарын құра
отырып, білім берудің онлайн-жүйелерін белсене дамыту керек болады.
Біз қалайтындардың барлығы үшін қашықтан
оқытуды және онлайн режімінде оқытуды қоса,
отандық білім беру жүйесіне инновациялық әдістерді,
шешімдерді және құралдарды қарқынды енгізуге
тиіспіз [1].
Президент жолдауында келтірілген
тапсырмаларды орындау үшін М.Әуезов атындағы мемлекеттік
университететінің «Физиканы
оқытудың теориясы мен әдістемесі» кафедрасы биылғы
оқу жылында оқу үрдісіне "Білімдегі
ақпараттық технологиялар",
"Физиканы оқытудағы ақпараттық
технологиялар" және "Электронды оқулықтарды
оқу үрдісінде қолдану" курстарын енгізді. Курстың мақсаты:
студент-болашақ физика мұғалімдерін оқу
үрдісінде, өздерінің
кәсіпшілік қызметінде және біліктілігін жоғарылатуында,
оқу үрдісі мен сыныптан тыс жұмыстарды және компьютерлік
зертханалық жұмыстарды ұйымдастыруда болашағы зор білім
беру технологияларын творчесволық және тиімді пайдалануға
дағдыландыру.
Оқу
материалдары базасын жасауда студенттер мен магистранттар белсенді
қатыстырылады. Авторлар құрастырған бірқатар
демонстрациялық тәжірибелердің компьютерлік моделдерін
оқу үрдісінде пайдалану және компьютерлік зертханалық
жұмыстарды ұйымдастыруға арналған бланкі үлгілері
туралы біз бұрын жазғанбыз [2-14].
Мақалада
студенттерге, магистранттарға, мектеп мұғалімдеріне
көмекші құрал ретінде-оқушылардың [15] ресурсын пайдаланып «Электрондар дифракциясы. Ой тәжірибесін компьютерлік
моделде бақылап, электрондар шоғының дифракциялық
тордан өткен жағдайындағы дифракциялық
көріністерді зерттеу» компьютерлік зертханалық жұмысты
ұйымдастыруда қандай тапсырмалар беруге болатынын және
оқушыларға алдын ала берілетін компьютерлік зертханалық
жұмыстың бланкі
үлгісін ұсынамыз.
Жұмыс
тақырыбы: Электрондар дифракциясы.
Жұмыс
мақсаты: Ой тәжірибесін
компьютерлік моделде бақылап, электрондар шоғының
дифракциялық тордан өткен жағдайындағы
дифракциялық көріністерді зерттеу
1-сурет
Сынып.............. Оқушы
фамилиясы........................ Есімі................................
Теориядан қысқаша мәлімет:
Жарықтың
толқындық қасиетімен қатар корпускулдық
қасиеті болатыны белгілі. Жарықтың таралу кезінде
(интерференция, дифракция) толқындық қасиеті байқалады, ал жарық заттармен
әрекеттескенде (фотоэффект, атомдардың жарықты жұтуы
және шығаруы) корпускулдық қасиеті
байқалады. Фотонның
бөлшек (энергиясы Е мен импульсі Р) ретінде толқындық қасиеті (жиілігі ν мен толқын
ұзындығы λ ) арасында келесі
қатынастар бар 
,
,
мұндағы h=6,63·10-34 Дж·c – Планк
тұрақтысы.
Франсуз физигі Луи де
Бройль в 1924 ж. толқындық қасиет пен корпускулдық
қасиет тек жарыққа ғана тән емес, бұл
қасиеттер материалдық денелер үшін де тән деген болжам
айтты. Оның болжамы бойынша v жылдамдықпен
қозғалған массасы m денеге
толқын ұзындығы 
қатынсымен анықталатын
толқындық процесс сәйкес келеді. Толқындық
қасиеттер әсіресе массалары өте аз элементар бөлшектерде айқын байқалады.
Үйткені олардағы толқын ұзындығы атомдардың
кристалдық торының өлшемдеріне сәйкес болады. Бұл
жағдайда бөлшектер шоғының кристалдық тормен
әрекеттесуі кезінде дифракция құбылысы байқалады.
Мысалы, энергиясы 150 эВ
электронға λ≈10-10
м. Толқын ұзындығы сәйкес келеді. Бұл
ұзындық атомаралық қашықтықтай. Сондықтан электрондар шоғы
кристалда толқынға ұқсас шашырайды, яғни
дифракция заңына сәйкес келеді. Электрондардың кристалда
шашырауының моделі ретінде ой тәжірибесіндегі электрондардың
бірөлшемді торда дифракциялануы деп қарастыруға болады.
Толқындық көзқараста бұл ой тәжірибесі
оптикадағы дифракциялық тордағы тәжірибеге толық
эквивалентті. Фотопленкадағы дифракциялық сурет (электронограмма)
кристалдық тордың үшөлшемді болатыны туралы
ақпарат береді. Негізгі
дифракциялық максимумдардың пайда болу орны тор формуласымен
анықталады 
, мұндағы d –
тор периоды, 
- угол дифракция бұрышы, m-
бүтін сан (порядок
дифракциялық максимумның
рет саны), λ-де Бройль толқын ұзындығы.
Диракциялық бұрыш аз жағдайда 
. Егер фотопластинканы тордан белгілі бір L
қашықтықта ораластырсақ,
онда пластинада ені жіңішке
дифракциялық жолақтар
көрінеді. Олардың орны (дифракция бұрышы аз жағдайда) 
формуласымен анықталады.
Кванттық физикада
дифракциялық суреттердің интенсивтілігінің таралуы
электрондардың экран нүктелеріне түсу
ықтималдығының таралуы ретінде қарастырылады. Әр
электрон тормен толқын ретінде әрекетеседі (яғни тор
элементтерінің бәрімен толық әрекеттеседі), бірақ
экранда ықтималдық процесс нәтижесі ретінде
көрініс табады.
Оқушылардың жұмысты
орындауға дайындығын тексеруге арналған бақылау
сұрақтары.
Ø Моделде қандай құбылысты
бақылайсыңдар?
Жауабы:..........................................................................................................
Ø Де Бройль гипотезасын
тұжырымдаңдар.
Жауабы:..........................................................................................................
Ø Кім алғаш электрондардың
толқындық қасиетін бақылады?
Жауабы:..........................................................................................................
Ø Дифракциялық суреттегі
интенсивтіліктің таралуын қалайша түсіндірер едіңіз?
Жауабы:..........................................................................................................
Ø Дифракциялық суреттегі негізгі максимумдардың орны қалай анықталады?
Жауабы:..........................................................................................................
Жұмысты
орындауда: Электрондар жылдамдығын 1,5 107 м/с
пен 2,5 107 м/с аралығында, тор периодын 1 10-7
м мен 1,5 10-7 м аралығында өзгертуге болады. Экран мен
дифракциялық тор жазықтығының ара
қашықтығы L=0.1 м.
Танысу тапсырмалары.
А. (1-сурет). Экран мен дифракциялық тор жазықтығының
ара қашықтығы L=0.1 м.
Дифракциялық тордың периодын 1 10-7
м мен 1,5 10-7 м аралығында өзгертіп, электрондар
жылдамдығы 1,5 107 м/с болған жағдайда негізгі
дифракциялық суреттерді бақылаңдар (максимумдар саны,
олардың орны).
Бақылау
нәтижелері:.....................................................................................................
В. (1-сурет). Экран мен дифракциялық тор
жазықтығының ара қашықтығы L=0.1 м. Дифракциялық тордың периодын 1
10-7 м мен 1,5 10-7 м аралығында өзгертіп, электрондар
жылдамдығы 2,5 107 м/с болған жағдайда негізгі
дифракциялық суреттерді бақылаңдар (максимумдар саны,
олардың орны).
Бақылау
нәтижелері:.....................................................................................................
1. Жауабын компьютерлік тәжірибе
арқылы тексеруге арналған есептер.
Есептерді алдымен
қағазға шығарып соңынан жауабын компьютерлі
моделде тексеру керек. Есептің шығарылуы мен тексеру
нәтижелерін бөлек қағазға жазып зертханалық
жұмыстың бланкісімен бірге тапсырыңдар.
1.1 - есеп. Жылдамдығы 1,50 10-7м/с
электрондардың периоды d=1,00
10-10 м дифракциялық тордан өткендегі
бірінші максимумының (х) орны мен дифракциялық бұрышын
есептеңдер.
Жауабы:..........................................................................................................
1.2 – есеп. Жылдамдығы 1,50 10-7м/с электрондардың
периоды d=1,00 10-10 м
дифракциялық тордан өткендегі екінші максимумының (х)
орны мен дифракциялық бұрышын есептеңдер
Жауабы:..........................................................................................................
1.3 - есеп. Жылдамдығы 2,00 10-7м/с
электрондардың периоды d=1,00
10-10 м дифракциялық тордан өткендегі
бірінші максимумының (х) орны мен дифракциялық бұрышын
есептеңдер.
Жауабы:..........................................................................................................
1.4 - есеп. Жылдамдығы 2,00 10-7м/с
электрондардың периоды d=1,00
10-10 м дифракциялық тордан өткендегі
екінші максимумының (х) орны мен дифракциялық бұрышын
есептеңдер.
Жауабы:..........................................................................................................
1.5 - есеп. Жылдамдығы 2,50 10-7м/с
электрондардың периоды d=1,00
10-10 м дифракциялық тордан өткендегі
бірінші максимумының (х) орны мен дифракциялық бұрышын
есептеңдер.
Жауабы:..........................................................................................................
1.6 - есеп. Жылдамдығы 2,50 10-7м/с
электрондардың периоды d=1,00
10-10 м
дифракциялық тордан өткендегі екінші максимумының (х)
орны мен дифракциялық бұрышын есептеңдер.
Жауабы:..........................................................................................................
2.
Ой
тәжірибесіне арналған есептер.
2.1- есеп. Периоды d=1,35 10-10 м дифракциялық тордағы бірінші дифракциялық максимум
θ1 =0,1 рад
бұрышта байқалады. Электрон жылдамдығының жарық
жылдамдығына қатынасын анықтаңдар (v /с).
Жауабы:..........................................................................................................
2.2- есеп. Жылдамдықтары 1,50 10-7м/с
электрондардың периоды d=1,35 10-10 м дифракциялық торда беретін максимумдары арқылы
анықталған толқын ұзындықтарын де Бройлдық
толқын ұзындығымен салыстырыңдар.
Жауабы:..........................................................................................................
2.3- есеп.
Жылдамдықтары 2,00 10-7м/с
электрондардың периоды d=1,35 10-10 м дифракциялық торда беретін максимумдары арқылы
анықталған толқын ұзындықтарын де Бройлдық
толқын ұзындығымен салыстырыңдар.
Жауабы:..........................................................................................................
2.4- есеп. Жылдамдықтары 2,50 10-7м/с
электрондардың периоды d=1,35 10-10 м дифракциялық торда беретін максимумдары арқылы
анықталған толқын ұзындықтарын де Бройлдық
толқын ұзындығымен салыстырыңдар.
Жауабы:..........................................................................................................
Зерттеу
тапсырмалары.
3.1- тапсырма. Электрондық толқын
ұзындығын анықтауда ой тәжірибесін іске асыру
үшін қандай әрекет жасау керек.
Жауабы:..........................................................................................................
3.2.
–тапсырма. Электрон жылдамдығын өзгертпей тор периодын 1,00 10-10
м/с пен 1,50 10-10 м/с аралығында өзгертіп сәйкес
максимумдардың орнын және олардың интенсивтілігін
салыстырыңдар. Қорытынды жасаңдар.
Жауабы:..........................................................................................................
3.3. –тапсырма. Тор
периодын өзгертпей электрон жылдамдығын 1,50 10-7м/с
пен 2,50 10-7м/с аралығында өзгертіп сәйкес
максимумдардың орнын және олардың интенсивтілігін
салыстырыңдар. Қорытынды жасаңдар.
Жауабы:..........................................................................................................
4.
Творчестволық тапсырмалар. Мұндай тапсырма аясында
оқушыларға өз бетінше бөлшектердің толқындық қасиетіне
арналған ой тәжірибелерінен бір немесе бірнеше есеп
құрастыру және
үйде немесе сыныпта орындауы ұсынылады. Содан кейін алған нәтижесін
компьютерлік моделді пайдаланып тексеруі керек. Алғашқыда бұл
есептер бұрын құрастырылып,
сабақта шешілген есептер типтесі болып, кейіннен модел
мүмкіншілігіне орай жаңа типті
болуы мүмкін. Мысалы 1.1 және 1.6 есептерге
ұқсас.
Зерттеулік және ізденістік тапсырмалар
оқушыларды физикаға қызығушылығын арттыруында
маңызды және қосымша мотивация факторы болып табылады.
Мұндай жағдайларда да компьютерлік моделдерді қолдану
ең қолайлы болатынын айта кету керек. Ұсынылып отырған
бланкі үлгісінде тапсырмалар саны әдейі көп берілген.
|
Орындалған тапсырмалар саны |
Қателер саны |
Сіздің бағалауыңыз |
|
|
|
|
Бір оқушы
олардың барлығын орындауы шарт емес. Мұғалім
ұсынылған тапсырмалар
ішінен іріктеп оқушының шамасына қарай бергені
дұрыс, немесе басқа да тапсырмалар ұсынуына болады.
Ескерту: Тапсырмаларды әр оқушының шамасына қарай берген
дұрыс, немесе олар тапсырмаларды өздері таңдап алса да
болады. Зертханалық жұмыстың нәтижесін және
қорытындысын бланкіге толтырып оқушы оқытушының
электрондық адресіне жібереді, немесе өзі мұғалімге
тапсырады. Оқытушы сабақ
соңында немесе келесі сабақта оқушылардың
бағаларын жариялайды. Жіберілген қателер міндетті түрде
сарапталуы керек.
Әдебиет
1. Назарбаев Н.A. «Стратегия «Казахстан-2050»-новый политический курс состоявшегося
государства». Послание народу
Казахстана. Астана. www.bnews.kz. 14 декабря
2012г.
2. Кабылбеков К.А.,
Байжанова А. Использование мультимедийных возможностей компьютерных систем для расширения
демонстрационных ресурсов некоторых физических явлений. Труды Всероссийской
научно-практ, конф.с междунар. участием. Томск 2011г., С-210-215.
3. Кабылбеков К.А., Аманбаев
С.П., Халметова З.Б.,
Арысбаева А.С. Можель урока: Лабораторная работа: «Исследование последовательного
и параллельного соединения проводников» с использованием
виртуального конструктора. Научные труды ЮКГУ им. М.Ауезова, Шымкент, 2013, №1 (26).
4. Кабылбеков К.А., Сатаев С., Серкебаев С.К., Арысбаева А.С. Модель
урока: Лабораторная работа: «Исследование
цепей переменного тока» с
использованием виртуального конструктора. Труды
международной научно-практической конференции «Казахстанское
общество всеобщего труда: социально-педагогический, экономический,
инновационный и правовой аспекты», Тараз 2013, 2 том, С- 60-64.
5. Кабылбеков К.А., Турмамбеков Т.А., Иманбеков Д.А.,
Арысбаева А.С. Компьютерлік зертханалық жұмыс блакісінің
үлгісі. А.Ясауи атындағы
ХҚТУ хабаршысы, Туркістан , 2013,
№1 (81), С-23-31.
6. Кабылбеков К.А., Аширбаев Х.А., Белгібаева А.М., Арысбаева
А.С. Оқушылардың өз бетінше атқаратын компьютерлік зертханалық жұмыс
блакісінің үлгісі. Труды международной научно-практической
конференции «Ауезовские чтения -12: «Роль регионального университета в развитии
инновационных направлений науки, образования и культуры», посвященной 70-летию
ЮКГУ им.М.Ауэзова, Шымкент, 2013, т.5, С-149-153.
7. Кабылбеков К.А.,
Дасибеков А.Д., Аширбаев Х.А., Серкебаев С.К. Физика сабақтарында
компьютерлік моделдер мен виртуал
лабораторияларды қолдану әдістемесі. Труды международной научно-практической конференции
«Ауезовские чтения -12: «Роль регионального университета в развитии
инновационных направлений науки, образования и культуры», посвященной 70-летию
ЮКГУ им.М.Ауэзова, Шымкент, 2013, т., 5, С-.157-161.
8. Кабылбеков К.А., Саидахметов П.А., Арысбаева А.С
Оқушылардың өз бетінше атқаратын компьютерлік
зерханалық жұмыс бланкісінің үлгісі. Известия НАН РК, 2013, №6, С- 82-89.
9. Кабылбеков К.А., Саидахметов П.А., Байдуллаева
Л.Е. Абдураимов Фотоэффект, комптонэффекті
заңдылықтарын оқытуда компьютерлік үлгілерді
қолданудың әдістемесі, компьютерлік зертханалық
жұмыс атқаруға арналған бланкі үлгілері. Известия НАН РК, 2013. №6, С- 114-121.
10. Кабылбеков К.А., Саидахметов П.А.,.Турганова, Т.К., Нуруллаев
М.А., Байдуллаева Л.Е. Жинағыш және шашыратқыш
линзаларды үлгілеу тақырыбына сабақ өткізу
үлгісі. Известия НАН РК, серия физ-мат.№2, 2014, стр286—294.
11. Кабылбеков К.А., Аширбаев Х.А., Такибаева Г.А., Сабалахова
А.П. Серкебаев С.К. Аширбаев Х.А., Такибаева Г.А., Сабалахова А.П. Серкебаев
С.К.Физикада компьютерлік зертханалық сабақ өткізуді
ұйымдастыру. Труды международной научно-практической конференции
«Ауезовские чтения -12: «Роль регионального университета в развитии
инновационных направлений науки, образования и культуры», Том 6, Шымкент 2014,
стр. 277-281.
12. Кабылбеков К.А., ТурмамбековТ.А П.А.Саидахметов, Л.Е.Байдуллаева. Сфералық айнаны модельдеу
тақырыбына сабақ өткізу үлгісі. Труды международной
научно-практической конференции, МКТУ, Туркестан,2014.
13.
Кабылбеков К.А., Серкебаев С.К. Салмақ пенсалмақсыздықты
зерттеуді
ұйымдастыруға арналған компьютерлік зертханалық
жұмыстың бланкі үлгісі. Республикалық
ғылыми-практикалық конференция материалдары. Шымкент 2014, 37-40
бет.
14. Кабылбеков К.А. Физикадан
компьютерлік зертханалық жұмыстарды ұйымдастыру. Оқу
құралы. Шымкент қ., 77 бет.
15. CD диск компании ОАО «Физикон». «Открытая физика