Учебник для 11 классов естественно-математического направления общеобразовательных школ (под авторством С.Т. Туякбаева, Ш.Б. Насоховой, Б.А. Кронгарта и др.) предполагает изучение следующих глав в разделе «Квантовая физика»:
1) Световые кванты;
2) Атомная физика;
3) Физика атомного ядра;
4) Элементарные частицы .
Рассмотрим кратко основные вопросы, которые рассматриваются в вышеперечисленных главах.
В главе «Световые кванты» закладывается основа изучения квантовой физики. Учащиеся узнают о кризисе классической физики, возникшем в конце XIX – начале XX века при попытке истолковать в рамках электродинамики Максвелла такие физические явления как тепловое излучение, фотоэффект, эффект Комптона («ультрафиолетовая катастрофа»). Для разрешения этой проблемы вводится квантовая гипотеза, согласно которой электромагнитное излучение испускается не непрерывно, а в виде отдельных порций – квантов.
Изучение квантовой теории, таким образом, начинается в 11 классе с изучения закономерностей теплового излучения. В главе рассматриваются законы Кирхгофа, Стефана – Больцмана, Вина. Вводится формула Планка, связывающая энергию кванта с его частотой. Учащиеся знакомятся с множеством новых физических констант: постоянная Стефана – Больцмана, постоянная Вина, постоянная Планка.
Далее в главе рассматриваются явления люминесценции и фотоэффекта. Учащихся знакомят с первыми экспериментальными исследованиями фотоэффекта (опыты Столетова). Вводится понятие красной границы фотоэффекта и, наконец, уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Отдельный параграф посвящён применению фотоэффекта в различных областях науки и техники.
Затем вводятся представления о квантовой природе света, развитые Эйнштейном. Рассматривается вопрос о массе покоя фотона, где используются знания из уже пройденного раздела «Элементы теории относительности». Учащиеся впервые узнают о явлении давления света и знакомятся с опытами, подтверждающими квантовую природу света (опыты Боте и Вавилова).
Данный материал противоречит уже изученному в рамках волновой физики утверждению, что свет представляет собой электромагнитную волну. Перед учащимися ставится вопрос: что же такое свет – волна или частица? Ответ на этот вопрос заключается в том, что свет одновременно обладает свойствами непрерывной электромагнитной волны и свойствами дискретных фотонов. Таким образом, вводится одно из главных положений квантовой механики – единство корпускулярно-волновой природы света.
В главе «Атомная физика» рассматриваются вопросы, связанные со строением атома. Глава начинается с изучения линейчатых спектров, для описания которых вводится формула Бальмера. Учащихся ставят перед фактом, что закономерности испускания линейчатых спектров связаны с внутренней структурой атомов. Поэтому в следующем параграфе школьников знакомят с первой в истории моделью атома, предложенной Дж. Дж. Томсоном («пудинг с изюмом»). Довольно подробно описан опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц, который опроверг модель Томсона и позволил выдвинуть другую – планетарную модель атома (модель Резерфорда).
Здесь учащиеся снова сталкиваются с тем, что законы классической физики противоречат наблюдаемым явлениям, а именно стабильности атомов. Для разрешения этого противоречия вводятся постулаты Бора, после чего кратко излагается теория Бора для водородоподобного атома. Отмечается, что боровская теория впоследствии послужила переходным этапом на пути к созданию квантовой механики и сейчас носит лишь историко-методологическое значение.
В следующих параграфах рассматриваются такие понятия как волны де Бройля, соотношение неопределённостей, волновая функция. Учащиеся знакомятся с вероятностным подходом к описанию микрочастиц, который является важной отличительной особенностью квантовой физики.
В конце главы в качестве одного из практических достижений атомной физики рассматривается такой прибор, как лазер: история создания, принцип работы, сферы применения.
Следующая глава – «Физика атомного ядра» – посвящена ядерной физике. Она начинается со следующих фундаментальных вопросов: из чего состоит атомное ядро; какие силы удерживают вместе составные части ядра; какие превращения ядер возможны. Таким образом, излагается нуклонная модель ядра; впервые учащиеся знакомятся с ядерными силами и их свойствами. Вводятся такие понятия как дефект массы и энергия связи ядра.
Затем рассматривается явление естественной радиоактивности, а именно альфа-, бета- и гамма-распад. Для количественного описания процесса естественной радиоактивности вводятся закон радиоактивного распада и связанные с ним физические величины: период полураспада и активность радиоактивного источника. Учащиеся знакомятся и с новыми единицами измерения: беккерель и кюри.
Отдельный параграф посвящён рассмотрению методов регистрации ионизирующих излучений. Ученики узнают о таких приборах как газоразрядный счётчик Гейгера, камера Вильсона, пузырьковая камера и др.
В следующих параграфах рассматриваются искусственная радиоактивность и ядерные реакции: деление тяжёлых и синтез лёгких ядер, а также цепные ядерные реакции. Учащиеся довольно подробно знакомятся с устройством ядерного реактора и особенностями ядерной энергетики. Последний параграф главы посвящён вопросам биологического действия ионизирующих излучений и защиты от радиации.
Заключительная глава раздела – «Элементарные частицы» – кратко знакомит школьников с основными положениями физики элементарных частиц. Перед учениками раскрывается всё многообразие элементарных частиц: от кварков и нейтрино до мезонов и гиперонов. Рассматриваются все четыре типа фундаментальных взаимодействий, а также роль элементарных частиц в их осуществлении.
Также данная глава включает лабораторную работу «Изучение треков заряженных частиц», в ходе выполнения которой учащиеся идентифицируют неизвестную частицу, исследуя её трек в камере Вильсона.
Завершается глава построению современной физической картины мира и проблемам элементарных частиц.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему