Використання ілюстративного матеріалу при виченні розділу “Квантова фізика”

Педагогіка і виховання » Формування квантових уявлень при вивчені фізики в загальноосвітній школі » Використання ілюстративного матеріалу при виченні розділу “Квантова фізика”

Сторінка 1

Розділ “Квантова фізика” – порівняно новий у курсі фізики середньої школи. Зміст його в основному стабілізувався, хоч деякі питання методики вивчення цього розділу продовжують розвиватися і ще оптимально не розв’язані. Це насамперед стосується використання наочності під час вивчення нового матеріалу, організації самостійної роботи учнів на уроках, закріплення знань та розвитку вмінь, ознайомлення учнів із застосуванням досягнень атомної та ядерної фізики.

Світлові кванти. Дії світла

Вступною бесідою до теми може бути розповідь про те, що квантова фізика – фізика явищ мікросвіту – зародилася на початку нашого століття, коли у пошуках пояснення суперечностей експериментальних даних законам класичної фізики було встановлено не тільки обмеженість у подільності речовини, а й дискретність динамічних станів і взаємодій. Проблеми вивчення абсолютно чорного тіла, фотоефекту, стабільності і розмірів атомів були вирішені лише після того, як Макс Планк увів фізичну константу, яка має розмірність дії і яку назвали квантом дії. Явища, в яких істотну роль відіграє квант дії, почали називати квантовими. І хоч Планк увів її не в зв’язку з квантовими уявленнями, а виходячи з аналізу формули для випромінювання абсолютно чорного тіла, за своїми значенням та універсальністю вона аналогічна в теорії сталій - швидкості світла: стосується не тільки фізики мікроявищ, а й у всієї фізики в цілому, тобто є “світловою константою”. Як у теорії відносності критерієм розрізнення релятивістських явищ від нерелятивістських є стала швидкості світла, так у квантовій фізиці умова відповідності законам квантової механіки визначаються сталою Планка.

Ця розповідь стане тим “містком”, який пов’язує вивченні теорії відносності з квантовою фізикою.

На мал. 1.1 подано експериментальний графік енергії у спектрі абсолютно чорного тіла. Аналізуючи цей графік, М. Планк намагався підібрати формулу, яка найточніше відповідала експериментальним даним.

Разом з тим розгляд питання про розподіл енергії на основі класичної електромагнітної теорії Релея-Джінса передвіщав іншу форму графіка (крива 2 на мал. 1.1). Її можна інтерпретувати так: абсолютно чорне тіло з часом перестане випромінювати, а якщо якимось чином випромінювання все-таки відбудеться, то воно повинно зростати із збільшенням частоти і наближатись до ультрафіолетової частини спектра. Тіло повинно випромінювати більше ніж поглинати, поки вся його внутрішня енергія не перейде у випромінювання. Зміщення енергії в ультрафіолетову частину спектра, що випливає з теорії Релея-Джінса, у фізиці відоме як “ультрафіолетова катастрофа”. Графік 2, який побудовано з теоретичних міркувань, не збігається з графіком 1, побудованим на основі експерименту.

Однак це суперечить хоч би тому відомому факту, що спіраль електричної плитки весь час випромінює червоне світло замість того, щоб охолонути внаслідок швидкого ультрафіолетового спалаху.

Проблему відповідності теорії й експерименту було розв’язано прийняттям квантової гіпотези Планка: порожнина абсолютно чорного тіла випромінює світло дискретно (порціями), а енергія кожної порції пов’язана з частотою світла співвідношенням . Гіпотеза Планка і його формула, що відповідає кривій 1, були несподівані: ніякого зв’язку між енергією і частотою в класичній фізиці немає, бо енергія хвиль визначається їх амплітудою: хоч і визначається в класичній фізиці дискретність речовини, проте вважається, що енергія завжди змінюється безперервно. Щоб формула Планка збігалася з даними розподілу за кривою 1, значення квантової сталої повинно було дорівнювати .

Страницы: 1 2 3 4 5 6

Це цікаво:

Історія виникнення методу
Альтернативою традиційним методом навчання може бути метод проектів. Цей метод не можна назвати принципово новим, адже істинної інновації в галузі педагогіки - явище надзвичайно рідкісне. Як правило, це розгляд на новому витку педагогічних, соціальних, культурних досягнень, давно забутих педагогічн ...

Педагогічна спадщина Йоганна-Генріха Песталоцці та його заповіді сімейного виховання
Йоганн-Генріх Песталоцці (1746-1827) — швейцарський педагог-демократ. Він зробив величезний внесок у розвиток прогресивної педагогічної думки. Проте навіть у колі високоосвічених людей, які добре знають, хто такі X. Колумб, Ф. Магеллан, M. Коперник, далеко не всі знають Й.-Г. Песталоцці. Доречно зг ...

Сутність та особливості графічної навички
Письмо — це „система умовних лінійних (графічних) знаків для передавання тих чи інших елементів мови”. Сама „мова є знаковою системою відносно дійсності, а письмо — це знакова система відносно звукової мови (отже, письмо — це знаки знаків)”. Мова і письмо з'явилися не водночас. Звукова мова виникла ...

Інтерактивні уроки

Інтерактивні уроки

На початку ХХІ століття соціокультурний розвиток людства визначив закріплення складної та суперечливої тенденції, що дістала назву глобалізації.

КАТЕГОРІЇ

Copyright © 2019 - All Rights Reserved - www.novapedahohika.com