რესურსი ფიზიკის დისტანციური სწავლებისთვის

ონლაინგაკვეთილი გაცილებით ეფექტური უნდა იყოს, რომ მოსწავლე მიიზიდოს, დააინტერესოს და ყველა გაკვეთილზე დასწრება მოანდომოს.

ჩემი დღის რეჟიმი შეიცვალა. ოთახი გადაიქცა საკლასო სივრცედ, სადაც ძალიან ხშირად ჩემს გაკვეთილებს ესწრებოდნენ ჩემი შვილებიც, რომლებიც ჯერ კიდევ დაწყებით კლასებში სწავლობენ. ყველაზე მეტად ფიზიკის გაკვეთილები მოსწონდათ. ელექტრონული რესურსების ძიებაში აქტიურად ჩაერთო მეოთხეკლასელი ნიკაც. ერთხელ უზომოდ საინტერესო რესურსი ვიპოვეთ მეათეკლასელებისთვის ბრტყელი კონდენსატორის შესწავლის გასაადვილებლად. ჩავეძიე და აღმოვაჩინე, რომ ამ სიმულაციის მეშვეობით ძალიან ადვილი იყო ბრტყელი კონდენსატორის ტევადობის გამოსათვლელი ფორმულის გამოყვანა, მიმდევრობით და პარალელურად შეერთებული კონდენსატორების საერთო ელექტროტევადობის დადგენა.

გამოცდილების გასაზიარებლად გთავაზობთ ორი გაკვეთილის გეგმას თემებზე „ბრტყელი კონდენსატორი“ და „კონდენსატორის მიმდევრობითი და პარალელური შეერთება“, ასევე – სიმულაციის დეტალურ განხილვას.

პირველი გაკვეთილის მიზანი: მოსწავლემ შეძლოს კონდენსატორის ტევადობაზე შემონაფენების ფართობის, მათ შორის – მანძილის და დიელექტრიკის დიელექტრიკული შეღწევადობის დამოკიდებულების დადგენა.

 

სიმულაციაში მუშაობის ინსტრუქცია:

მის ასამუშავებლად კომპიუტერში უნდა გქონდეთ პროგრამა java.

მომდევნო ეტაპია ანიმაციის (სიმულაციის) გადმოწერა კომპიუტერში, რომ შემდეგში ინტერნეტის გარეშეც შეძლოთ მუშაობა.

 

სიმულაციის პირველი გვერდი ასე გამოიყურება.

ისრებთან კურსორის დაწკაპებით და მოძრაობით იცვლება ფირფიტის (შემონაფენის ) ფართობი და მათ შორის მანძილი.

 

მარჯვენა ზედა კუთხეში ღილაკებია, რომლებიც შეიძლება სურვილისამებრ გამოიყენოს მასწავლებელმა. ისრებით ნაჩვენებ ადგილებზე დაწკაპებით გამოჩნდება სამი სვეტი, რომლებზეც მითითებულია კონდენსატორის ტევადობა, ფირფიტებზე არსებული მუხტი და დაგროვილი ენერგია. ელემენტზე არსებულ მოძრავ ღილაკთან კურსორის მიტანით და ზევით – ქვევით მოძრაობით გამოჩნდება დაგროვილი ენერგია (ყვითელი სვეტი) და ფირფიტის მაქსიმალური მუხტი (წითელი სვეტი), ასევე – ფირფიტებს შორის ელექტრული ველის ძალწირების მიმართულება (ისრები ფირფიტებს შორის).

 

 

 

 გაკვეთილის მსვლელობა: გაკვეთილი სასურველია ჩაატაროთ Teams-ის კლასში. შეგიძლიათ, მოსწავლეებს მიანიჭოთ ნომრები და დააჯგუფოთ (მასწავლებელს შეუძლია, თავად შექმნას მცირე ჯგუფები, სადაც ჯგუფის წევრები ერთმანეთს გაესაუბრებიან და გაუზიარებენ ინფორმაციას).

დასვით საკვლევი შეკითხვა: რა დამოკიდებულებაა ფირფიტებს შორის მანძილსა და კონდენსატორის ტევადობას შორის?

მოსწავლეებს შესთავაზეთ ნაწილობრივ შევსებული ცხრილი, სადაც მითითებული იქნება ფირფიტების ფართობი და მათ შორის მანძილი. მოსწავლეები ჩაინიშნავენ კონდენსატორის ტევადობას.

დამოკიდებული ცვლადია კონდენსატორის ტევადობა, დამოუკიდებელი ცვლადია – ფირფიტებს შორის მანძილი (რომელსაც ისრის გამოყენებით ცვლიან), საკონტროლო ცვლადია შემონაფენების ფართობი.

სრულად შევსებული ცხრილი ასე გამოიყურება.

ფირფიტის ფართობი (S, მმ 2) ფირფიტებს შორის მანძილი (d, მმ) კონდენსატორის ტევადობა

(C X 10 -12 , ფარადი)

244 5 0,43
244 7,5 0,29
244 10 0,22

 

მონაცემების დამუშავების შემდეგ მოსწავლეები დაადგენენ, რომ მანძილის გაზრდით კონდენსატორის ტევადობა მცირდება და d-ს ფორმულაში ადგილს მიუჩენენ მნიშვნელში.

საკვლევი შეკითხვა: რა დამოკიდებულებაა ფირფიტების ფართობსა და კონდენსატორის ტევადობას შორის?

დამოკიდებული ცვლადია კონდენსატორის ტევადობა, დამოუკიდებელი ცვლადია ფართობი, საკონტროლო ცვლადია ფირფიტებს შორის მანძილი. მოსწავლე ისრის დახმარებით ცვლის ფირფიტის ფართობს და მონაცემებს ცხრილში ჩაიწერს.

ფირფიტის ფართობი (S, მმ 2) ფირფიტებს შორის მანძილი (d, მმ) კონდენსატორის ტევადობა

(C X 10 -12 , ფარადი)

244 10 0,22
300 10 0,27
400 10 0,35

 

ცხრილის შევსების შემდეგ მოსწავლეები დაადგენენ, რომ ფირფიტის ფართობის გაზრდით კონდენსატორის ტევადობა იზრდება და s-ს ფორმულაში ადგილს მიუჩენენ მრიცხველში.

საკვლევი შეკითხვა: რა დამოკიდებულებაა ფირფიტებს შორის მოთავსებული მასალის დიელექტრიკულ შეღწევადობასა და კონდენსატორის ტევადობას შორის?

დამოკიდებული ცვლადია კონდენსატორის ელექტროტევადობა, დამოუკიდებელი ცვლადია დიელექტრიკული შეღწევადობა, საკონტროლო ცვლადებია ფირფიტებს შორის მანძილი და ფირფიტების ფართობი.

 

 

სურათის მარცხენა ზედა კუთხეში ნაჩვენებ ველზე „დიელექტრიკი“ დაწკაპებით ფირფიტებს შორის გამოჩნდება ნივთიერება, რომელიც შეიძლება შეარჩიოთ მარჯვენა მხარეს ისრებით ნაჩვენებ ველებზე დაწკაპებით. მოსწავლეებს შესთავაზეთ ნაწილობრივ შევსებული ცხრილი. მესამე და მეოთხე სვეტების შევსება მათ სთხოვეთ.

ფირფიტის ფართობი (S, მმ 2) ფირფიტებს შორის მანძილი (d, მმ) დიელექტრიკული შეღწევადობა კონდენსატორის ტევადობა

(C X 10 -12 , ფარადი)

100 10 2,1 ( ტეფლონი) 0,19
100 10 3,5 (ქაღალდი) 0,31
100 10 4,7 (მინა) 0,42
100 10 5 (ამორჩევა) 0,443

 

ცხრილის შევსების შემდეგ მოსწავლეები დაადგენენ, რომ დიელექტრიკული შეღწევადობის გაზრდით კონდენსატორის ტევადობა იზრდება.

სიმულაციის საშუალებით მოსწავლეს შეუძლია დაადგინოს, როგორ იცვლება ფირფიტის მაქსიმალური მუხტი და დაგროვილი ენერგია (Stored Energy), რომელიც ფირფიტებს შორის მანძილის გაზრდით იზრდება. შესთავაზეთ ცხრილი, რომელშიც შევსებული იქნება პირველი და მეორე სვეტი. ბავშვები თვითონ ჩაინიშნავენ დაგროვილი ენერგიის რაოდენობას და კონდენსატორის ტევადობას. სიმულაციის საშუალებით შეცვლიან ფირფიტებს შორის მანძილს ფართობის შეუცვლელად. დაადგენენ დამოკიდებულ, დამოუკიდებელ და საკონტროლო ცვლადებს. დააკვირდებიან, როგორ იცვლება ენერგიის რაოდენობა ფირფიტებს შორის მანძილის გაზრდასთან ერთად.

ფირფიტის ფართობი (S, მმ 2) ფირფიტებს შორის მანძილი (d, მმ) დაგროვილი ენერგია

( E X 10 -12 , ჯ)

კონდენსატორის ტევადობა

(C X 10 -12 , ფარადი)

242 5 0.4  
242 7,5 0.27  
242 10 0.22  

 

გაკვეთილის ბოლოს მოსწავლეს ეცოდინება კონდენსატორის ელექტროტევადობის გამოსათვლელი ფორმულა, რომელიც თავად შეადგინა და შეძლებს მისი დახმარებით გამოთვლების განხორციელებას.

დავალება შეიძლება შესთავაზოთ სიმულაციის გამოყენებით ან Forms-ის ქვიზის სახით.

II გაკვეთილის მიზანი: მოსწავლემ შეძლოს მიმდევრობით და პარალელურად შეერთებული კონდენსატორების საერთო ელექტროტევადობის გამოსათვლელი ფორმულების დადგენა და შემოწმება.

შეერთების ფორმას მოსწავლე აირჩევს მარჯვენა ქვედა კუთხეში მოცემული ჩამონათვალიდან.

 

მასწავლებელს შეუძლია, შესთავაზოს პარალელური შეერთების დროს ელექტროტევადობის გამოსათვლელი ფორმულა და მოსწავლეებმა შეამოწმონ მისი სისწორე სიმულაციაზე მოცემული სიდიდეების ფორმულაში ჩასმით. სასურველია, პარალელური შეერთების დროს გამოსაყენებელი ფორმულა თვითონვე დაადგინონ (მისი სიმარტივის გამო).

სურათზე მოცემული ელექტრული ველის დეტექტორის საშუალებით მოსწავლეს შეუძლია შეამოწმოს ელექტრული ველის სიდიდე.

  1. შესთავაზეთ მოსწავლეებს ცხრილი, რომელშიც შეიტანს მონაცემებს, სიმულაციაზე ათვლილ რიცხვებს შეიტანს თქვენ მიერ შეთავაზებულ ფორმულაში: C = C 1X C 2 / C 1 + C 2. გამოთვლის შედეგს შეადარებს სიმულაციაში მითითებულ შედეგს.

 

პირველი კონდენსატორის ელექტრო ტევადობა მეორე კონდენსატორის ელექტრო ტევადობა C = C 1X C 2 / C 1 + C 2

ფორმულის გამოყენებით მიღებული შედეგი

სიმულაციაზე მოცემული შედეგი
       
       
       

 

მონაცემების სანდოობისთვის სასურველია სამი სხვადასხვა შემთხვევის განხილვა.

  1. სთხოვეთ მოსწავლეებს, სიმულაციის გამოყენებით გამოიყვანონ პარალელურად შეერთებული ორი და სამი კონდენსატორის საერთო ელექტროტევადობის გამოსათვლელი ფორმულა. შესთავაზეთ ცხრილი:
პირველი კონდენსატორის ელექტრო ტევადობა მეორე კონდენსატორის ელექტრო ტევადობა სიმულაციაზე მოცემული შედეგი
     
     
     

 

ცხრილის შევსების შემდეგ მოსწავლეები უნდა მივიდნენ დასკვნამდე, რომ კონდენსატორების ელექტროტევადობები იკრიბება.

(მოსწავლეებს შეუძლიათ, ყველა ცხრილის მონაცემები ატვირთონ Teams-ის სასაუბროში. ასევე შესაძლებელია, მონაცემები აიტვირთოს One Note-ში, სადაც ყველა მოსწავლისთვის ხელმისაწვდომი იქნება).

 

გამოყენებული ლიტერატურა:

https://phet.colorado.edu/en/simulation/charges-and-fields

https://www.youtube.com/watch?v=Cb_lt1UfV1o

კომენტარები

comments