Формування квантових уявлень при вивчені фізики в загальноосвітній школі - Дипломная работа

Становище у фізиці того часу яскраво характеризують слова одного відомого фізика, який зауважив, що у фізиці залишилося три основні нерозвязані задачі: вивести формулу для рівноважного теплового випромінювання, зясувати природу кулястої блискавки і пояснити чому гуде електричний дріт. Практичне значення роботи полягає в розробці системи педагогічних програмних засобів для вивчення фізики з метою реалізації модельних дослідів та дослідницьких лабораторних робіт при вивченні фізики, які можуть бути використані вчителями шкіл, професійно-технічних училищ, викладачами фізики технікумів, учнями для самостійного вивчення питань з фізики. При вивченні теми "Атом і атомне ядро" учні ознайомлюються з радіоактивними перетвореннями атомів, взаємними перетвореннями елементарних частинок, експериментальними методами дослідження атомних ядер та елементарних частинок, що сприяє формуванню сучасної фізичної картини світу. Проте із-за недостатньо чіткого висвітлення матеріалу в навчальному посібнику, присвяченому питанню про будову атомного ядра і властивостей ядерних сил, із-за недостатнього вивчення цього питання у фізиці для вчителя і учнів виникає ряд труднощів. Мотивується це відсутністю навчального матеріалу в підручнику з фізики, а також відсутністю експериментальної бази для вивчення його в середній школі.14 грудня 1900 року на засіданні Німецького фізичного товариства професор теоретичної фізики Берлінського університету Макс Планк представив результати своєї роботи з доведення на основі мікроскопічного підходу формули для спектральної густини енергії випромінювання абсолютно чорного тіла, яку він два місяці тому ”вгадав”, виходячи з деяких теоретичних міркувань та інтерполюючи експериментальні дані, що були на той час.Зручним обєктом теоретичних досліджень рівноважного випромінювання є поняття абсолютно чорного тіла, яке вперше запропонував німецький фізик Густав Кірхгоф. Абсолютно чорне тіло можна уявити собі як порожнину, котра має електромагнітне поле й оточена стінками, нагрітими до певної температури. Коли така система приходить у стан термодинамічної рівноваги, то в ній установлюється певна спектральна щільність рівноважного випромінювання, яка може залежати лише від температури. Це повязане з тим, що електромагнітне поле має безліч ступенів вільності й, отже, вся енергія системи, згідно із законами рівномірного розподілу енергії по всіх ступенях вільності, повинна перейти у випромінювання. Англійський вчений Д.Джінс писав: ”Не може бути рівноваги між матерією та променевою теплотою доти, доки матерія не втратить усю свою енергію через випромінювання ”.А.Ейнштейн чітко вказав на те, що квантування енергії світла відбувається не тільки в актах поглинання та випромінювання світла чорним тілом, а й що квантові властивості притаманні світлу як такому. Отже, фактично було введено поняття фотона як кванта електромагнітного поля, хоча сама назва “фотон” виникла значно пізніше (її ввів у 1929 році американський фізико-хімік Г.Н.Льюїс).Формула Ейнштейна У 1907 році Ейнштейн застосував гіпотезу квантів для опису коливань атомів твердого тіла і пояснення низькотемпературної поведінки теплоємності. У ці роки Ейнштейн створив спеціальну теорію відносності, виконав дослідження по статистичній фізиці, броунівському руху, теорії випромінювання і ін. Ейнштейн був запрошений викладати в Берлінський університет.У 1911 році фізик Ернест Резерфорд (1871-1936) опромінював найтонші шари металу ядрами Гелію (?-частинками). А великий простір навколо ядра зайнятий електронами, кількість яких, як правильно вважав Резерфорд, дорівнює порядковому номеру цього елемента в таблиці Менделєєва. Не маючи ще майже ніякої інформації про властивості мікрочастинок і спираючись на уявлення фізики того часу, Резерфорд справедливо припустив, що електрони обертаються навколо свого ядра так само, як і планети обертаються навколо світила з тією лише різницею, що відстані між небесними тілами відносно малі в порівнянні з відстанями, які відокремлюють електрони від ядра. Відповідно до неї виходило так, що якби можна було побачити атом, то перед спостерігачем постала б немов мініатюрна Сонячна система, де траєкторію руху і положення кожної складової можна визначити в який завгодно момент часу, так само, як це задовго до Резерфорда було зроблено для багатьох небесних тіл. Електронові не дає відірватися від ядра сила кулонівського притягання і, оскільки ця сила діє постійно, «супутник»-електрон, який не володіє достатньою кількістю енергії, щоб покинути орбіту, повинен швидко впасти на ядро.Вихід був знайдений у 1913 році датським фізиком Нільсом Бором (1885-1962), який не намагався примирити супротивників, а змінив планетарну модель так, щоб вона узгоджувалася з дослідом. Тут же виконав свою першу наукову роботу - експериментальне і теоретичне дослідження поверхневого натягу води (1907-1910), за котру був удостоєний золотої медалі Датського наукового товариства. Бор став професором Копенгагенського університету, а з 1920 р. і до кінця життя керув

Зміст

Вступ

Розділ 1. Квантова механіка як галузь фізичної науки

1.1 Випромінювання абсолютно чорного тіла

1.2 Альберт Ейнштейн і його внесок у квантову механіку

1.3 Досліди Резерфорда. Планетарна модель

1.4 Постулати Бора. Квантова теорія атома

1.5 Ефект Комптона

1.6 Співвідношення невизначеностей

1.7 Квантово-механічні ефекти

1.8 Взаємодія з іншими теоріями

Розділ 2. Використання ілюстративного матеріалу при вивченні розділу «Квантова фізика»

Розділ 3. Деякі особливості вивчення квантової оптики в школі

Висновки

Література

Додаток