МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ВОПРОСОВ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ

Борисова М.В.

МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ВОПРОСОВ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ

Региональный открытый социальный институт (г. Курск)

This work is about the author's method of the statistical concepts formation in the study of the quantum physics questions. Such methodology means the formation of the statistical concepts for the three levels (non-core classes, physics and mathematics type classes, and classes with intensive study of physics).

Keywords: Statistical representation, physics, methodology.

Эта работа о разработанной автором методике формирования статистических представлений при изучении вопросов квантовой физики. Данная методика предполагает формирование статистических представлений для трех уровней (непрофильных классов, классов физико-математических профиля, и классов с углубленным изучением физики).

Ключевые слова: статистические представления, физика, методика.

В современной методике принято три уровня изучения отдельных вопросов физики, в частности, существуют три уровня формирования статистических представлений при изучении вопросов квантовой физики: на базовом уровне; в профильных классах; в классах с углубленным изучением физики.

Таким образом, на основе модели методики формирования статистических представлений при изучении вопросов квантовой физики [1], можно выделить три варианта содержания материала методики формирования статистических представлений при изучении вопросов квантовой физики (табл. 1).

Таблица 1

«Содержание методики формирования статистических представлений при изучении вопросов квантовой физики для трех уровней обучения»

Тема	Изучаемые вопросы	Базовый уровень	Профильный уровень	Углубленное изучение
Распад нейтрона	1. Рассмотреть схемы альфа- и бета-распадов. 2. Сделать акцент на спонтанности деления ядер при радиоактивности. 3. Сделать акцент на случайность распада нейтрона. 4.Дать представление о времени жизни нейтрона. 5. Сделать акцент на том, что нейтроны «не стареют». 6.Указать на невозможность говорить о том, сколько проживет нейтрон. 7. Указать на то, что нейтрон способен распадаться только в свободном состоянии, в связанном состоянии он почти всегда теряет такую способность. Если способность остается, то наблюдается бета-распад.	+	+	+
		+	+	+
		+	+	+
		+	+	+
		+	+	+
		+	+	+
				+
Нестабильность элементарных частиц	1. Указать на то, что нейтрон – не единственная частица, способная к самопроизвольному распаду. 2. Привести пример распада сигма-плюс-гиперона. 3. Указать на невозможность предсказать не только как долго проживет сигма-плюс-гиперон, но и по какой схеме он распадется.	+	+	+
				+
				+
Вынужденные и спонтанные переходы в атомах	1. Дать представление о квантовых переходах в атомах. 2. Дать представление о вынужденных и спонтанных переходах в атомах. 3. Рассмотреть схемы квантовых переходов.	+	+	+
		+	+	+
			+	+
Возникновение генерации излучения в лазере	1. Указать на большую роль спонтанных (случайных) переходов активных центров для образования первичных фотонов. 2. Сделать акцент на том, что лазерное излучение возникает из спонтанного излучения благодаря избирательности усиления. 3. Рассмотреть более подробно схемы работы рубинового и аммиачного лазеров.	+	+	+
			+	+
				+
Соотношение неопределенностей	1. Предложить вывод соотношений неопределенностей из умственного эксперимента. 2. Дать представление о принципе дополнительности.			+
Соотношение неопределенностей				+
Состояние электрона в атоме	1. Сделать акцент на том, что у микрообъектов нет понятия траектории. 2. Дать представление об электронных облаках. 3. Рассмотреть представление об электронных облаках с точки зрения плотности вероятности нахождения электрона в некоторой точке пространства	+
		+
			+	+
Понятие волновой функции	1. Указать на то, что все состояния систем частиц в микромире могут быть охарактеризованы волновой функцией, квадрат модуля которой пропорционален вероятности нахождения частицы в данной точке пространства. 2. Предложить рассмотреть мысленный опыт с прохождением частицы через интерферометр (только через 1 щель, только через 2 щель, и через щели 1 и 2 одновременно. Рассмотреть получившееся в результате опыта распределение.	+	+	+
Понятие волновой функции				+
Прохождение α-частицы через потенциальный барьер	1. Качественно рассмотреть туннельный эффект, указывая на то, что явление туннелирования имеет вероятностный характер. 2. Рассмотреть прохождение частицы через потенциальный барьер и потенциальную яму 3. Определить энергию частицы для прохождения ямы. 4. Сделать вывод о соответствии результатов принципу неопределенности Гейзенберга.	+	+
				+
				+
				+
Уравнение Шредингера	1. Указать, что уравнение описывающее движение квантовых частиц называется уравнением Шредингера. 2. Представить математическую запись уравнения Шредингера. 3. Акцентировать внимание на том, что с помощью квантовой механики можно найти лишь вероятность обнаружения объекта в данной области пространства, а квантовая механика дает статистическое описание состояния микросистем. 4. Рассмотреть решение уравнения Шрёдингера для одномерного движения в потенциале U(х), в потенциальной яме и прохождения частицы через потенциальный барьер.		+	+
				+
				+
				+

Вопрос о нестабильности атомных ядер представлен во всех учебниках, рекомендованных для изучения физики в средней школе [2], но необходимо сделать акцент на статистическом характере этого явления.

Распад нуклона также рассматривается в большинстве учебных пособий, но необходимо рассмотреть его с точки зрения статистических представлений.

Нестабильность элементарных частиц, если и бывает представлена в учебниках, то о статистическом характере этого явления речи не ведется нигде, хотя этот вопрос является интересным, и очень ярко представляет статистический характер явлений микромира.

Вопрос о вынужденных и спонтанных переходах в атомах является практически значимым и имеет непосредственное применение в лазерах, поэтому может быть интересен учащимся.

Корпускулярно-волновой дуализм рассматривается в большинстве учебников, но при формировании статистических представлений вопросы, включенные в этот раздел необходимо рассмотреть с акцентом на статистический характер.

Квантово-механическое описание микрообъектов частично рассматривается в учебниках, но этот материал имеет довольно большое значение и необходим в качестве более углубленного рассмотрения вопросов квантовой физики, при изучении которых возможно формирование статистических представлений.

Некоторые приложения квантовой механики могут быть интересны в качестве практического подтверждения статистического характера явлений микромира и невозможности их объяснений классическими законами механики.

Вопрос о вероятности и причинности, границах применимости квантовой механики может быть заключительным и включать в себя выводы по рассмотренному материалу.

Литература:

1. Борисова М.В. Модель методики формирования статистических представлений при изучении вопросов квантовой физики. X Международная научно-методическая конференция «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», посвященная 110-летию факультета физики и информационных технологий: [сборник материалов, X Международной научно-методической конференции «Физическое образование: проблемы и перспективы развития», посвященной 110-летию факультета физики и информационных технологий МПГУ/ Мос. пед. гос. ун-т, журн. «Наука и шк.», журн. «Шк. будущего». – М.: МПГУ, Издатель Карпов Е.В., 2011.

2. Федеральные перечни учебников, рекомендованных (допущенных) к использованию в образовательном процессе в общеобразовательных учреждениях, на 2011/2012 учебный год. http://netedu.ru/doc/2010/prikaz-2080.html (27.09.2011)