Физикалық демонстрациялық эксперимент, физиканы оқытудағы оның маңызы, оған қойылатын әдістемелік талаптар Арнаулы құралдардың жәрдемімен физикалық процестерді демонстрациялап көрсету және оқушылардың өздерінің істеп, зерттеп, бақылауы физикалық оқу эксперименті деп аталады. Физикалық оқу эксперименті физиканы оқытудағы ең негізгі көрнекі құрал болып табылады. Өйткені оны пайдаланудың нәтижесінде физикалық ұғымдар (жылдамдық, үдеу, өріс, жарық дисперсиясы және т.б.) қалыптастырылады, құбылыстар арасындағы өзара байланыстар (күш пен масса, ток күші мен кедергі, жылудың механикалық эквиваленті) тағайындалады, физикалық заңдар (Ньютон, Ом заңдары және т.б.) тексеріледі.
Ұйымдастыру формасына қарай физикадағы оқу экспериментінің жүйесі мынадай түрлерден құралады:
1)демонстрациялық эксперимент;
2)лабораториялық эксперимент;
3)физикалық практикум;
4)сыныптан және мектептен тыс жүргізілетін эксперимент;
5)эксперименттік есептер шығару;
6)қолдан физикалық приборлар мен көрнекі құралдар жасау.
Демонстрациялық эксперимент немесе тәжірибелер сабақ үстінде көрсетіледі. Демонстрациялық экспериментті көрсеткенде оқушылар пассивті түрде бақылаушы ролін атқарады. Лабораториялық экспериментте оқушылар өздері белсене қатынасады, физикалық құбылыстарды өздері қолымен істеп көріп, өлшеулер жүргізеді, физикалық шамалар мен тұрақтыларды тағайындайды. Мектепте жүргізілетін лабораториялық эксперимент белгілі ерекшеліктеріне қарай 5 топқа классификацияланады:
І. Лабораториялық экспериментке оқушылардың қатыстырылуы бойынша: 1) олардың барлығы түгел міндетті түрде орындайтын сыныптық лабораториялық жұмыстар; 2) сыныптан тыс уақытта (физика кабинетінде, үйде), физикаға қызығушы оқушылардың ғана істейтін лабораториялық жұмыстары болып бөлінеді.
ІІ. Өткізілетін орны мен уақыты бойынша лабораториялық жұмыстар 4 түрге бөлінеді: 1) толық бір сабақ бойы; 2) сабақта қысқа уақыт (5-10 мин.) мерзімде; 3) физикалық практикум деп аталатын ұзақ уақыт бойы (2 сабақ) бойы; 4) сыныптан тыс уақытта (кабинетте, үйде -10,30 мин.) өткізілетін эксперимент.
ІІІ. Лабораториялық эксперимент мазмұны бойынша сандық және сапалық болып бөлінеді.
ІV. Өткізу тәсілдері бойынша лабораториялық эксперимент: 1) фронталь; 2) әртүрлі жұмыстар жүйесі; 3) физикалық практикум болып 3-ке бөлінеді.
Демонстрациялық тәжірибелерге қойылатын жалпы дидактикалық талаптарға мыналар жатады: көрнектілік; айқындық; қарапайымдылық; қауіпсіздік; сенімділік; уақыт бойынша шектеулілік. Осы талаптардың әрқайсысына жеке тоқталайық.
1. Сыныптағы әрбір оқушы приборларды немесе қондырғыны және оларды құрайтын бөліктерді еркін көруі үшін көрнектілікті қамтамасыз етудің мынандай шарттарын орындау қажет:
- демонстрациялық стол оқушы столдарынан едәуір биік болуы керек және оның үстінен оқушылардың назарын аударатын керексіз заттардың барлығын алып тастау қажет;
- мөлшері едәуір үлкен, негізгі бөлшектері ашық боялған, шкалалары анық көрінетін арнайы жасалынған приборлар мен жабдықтарды пайдалану қажет және тәжірибені көрсету кезінде приборлар бірін-бірі қалқаламауы керек;
- қажетті жағдайларда приборларды анық көрсету үшін ақ, қара және ақшыл бояулармен боялған, стол үстіне қоятын шағын экрандарды пайдалану керек;
- приборлардың вертикаль жазықтықта орналасу ретін қамтамасыз ету үшін көтерілмелі шағын столиктер, штативтер, жәшікшелер немесе арнайы жасалынған әртүрлі деңгейі бар қорапшалар қажет;
- горизонталь және вертикаль тұрған құрылғыларды, құбылыстарды экранда проекциялайтын (ФОС, графопроектор) приборларды пайдалану қажет.
2. Демонстрация оқушыларға айқын көрінуі үшін ондағы приборлардың орналасу ретін дұрыс ойластыру керек. Егер тақтаға тәжірибенің схемасы сызылса, приборлардың орналасу реті де сол схемаға сәйкес болуы қажет.
Диэлектриктер шекарасындағы толық ішкі шағылу Толық ішкі шағылысу-бұл жарық толқыны екі диэлектриктің шекарасына түскенде, түсу бұрышы сыну бұрышынан асып кететін және түскен толқынның барлық энергиясы екінші диэлектрикке сынусыз немесе енбестен бірінші диэлектрикке қайта шағылысатын құбылыс.
Толық ішкі шағылысу екі ортаның сыну көрсеткіштеріндегі айырмашылықтарға байланысты пайда болады. Сыну көрсеткіші (немесе салыстырмалы тығыздық) жарықтың ортада қаншалықты тез таралатынын анықтайды. Жарық бір диэлектриктен екіншісіне ауысқанда, ол сыну көрсеткіштерінің айырмашылығына сәйкес жылдамдығын өзгертеді. Егер түсу бұрышы критикалық бұрыштан асып кетсе, онда екінші диэлектриктегі сыну көрсеткіші аз болады және жарық толқыны оған өте алмайды, бірақ толығымен кері шағылысады.
Екі диэлектриктің шекарасындағы критикалық бұрышты (толық ішкі шағылысу бұрышы) есептеу формуласы келесідей:
sin (сыну бұрышы) = n2 / n1,
мұндағы N1 және n2 сәйкесінше бірінші және екінші диэлектриктердің сыну көрсеткіштері болып табылады.
Толық ішкі шағылысу тек сыну көрсеткіші жоғары ортадан сыну көрсеткіші төмен ортаға ауысқанда ғана мүмкін болатынын ескеру маңызды.