Основы формирования содержания курса физики в общеобразовательных учреждениях, страница 4

К следствиям относятся частные случаи полей:

1.  Покоящиеся заряды – электростатическое поле.

2.  Равномерно движущиеся заряды одного знака – постоянное магнитное поле (постоянный ток)

3.  Переменное магнитное поле, охватываемое контуром проводника, явление электромагнитной индукции.

4.  Переменное (ускоренное) движение зарядов – цепочка из переменных магнитного и электрического поля, электромагнитные волны.

Интерпретация сводится к применению законов в технике, расчетам электрических цепей, объяснению принципов действия электрических машин, передачи радиосигналов и т.п.

 

Рис. 3. Блок-схема построения школьного раздела Электродинамика

Перейдем к вопросу построения школьного раздела Квантовая физика.

Экспериментальный базис квантовой механики составляют опыты, выявляющие дискретный характер энергии атомов, данные о линейчатых спектрах, опыты по дифракции электронов и др. Моделью материальных объектов здесь служат микрочастица и система микрочастиц, отличающихся от материальных точек классической механики неопределенностью положения в пространстве, обусловленной квантовым характером взаимодействия ().

    Движение по траектории для рассматриваемых случаев не имеет места, а значит, не имеют смысла кинематические понятия перемещения, скорости, ускорения и т.д. На смену этим утраченным понятиям классической механики приходит комплексная функция состояния (, квадрат которой определяет плотность вероятности положения частицы в пространстве ().

Ядро теории – дифференциальное уравнение Шредингера, позволяющее по заданному силовому полю (взаимодействию между микрочастицами) определить функцию состояния:

Константа теории – постоянная Планка:

Релятивисткой формой уравнения Шредингера является уравнение Дирака – основное уравнение квантовой электродинамики.

Следствия теории составляют – нахождение функций состояний и параметров состояний частицы по заданному взаимодействию; определение пространственного распределения микрочастиц; нахождение стационарных состояний частиц; перехода от одного стационарного состояния к другому с выделением и поглощением энергии.

Интерпретацией является объяснение строения атома, процессов излучения и спектров, рентгеновских явлений, давления света, источников света.

В школьном курсе Квантовая физика, в настоящее время, обобщений не имеет. Это объясняется в первую очередь отсутствием математической базы для элементарного изложения уравнения Шредингера, даже для частных случаев. Недостаточно разработан методически и вопрос об изучении квантово-механического состояния. Обобщения представлены на уровне понятий и отдельных законов. Таковы формулы Планка-Эйнштейна для квантов света, положение о дискретных уровнях энергии атома, о стационарных состояниях и квантовых переходах.

Между тем теоретическое обобщение материала всего раздела возможно. Для этого в основание следует положить: опыты Столетова по фотоэффекту и опыты по дифракции электронов.

В качестве ядра  квантовые постулаты Бора,  уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта, а так же постоянную Планка.

В следствиях получить заключение о дискретных уровнях энергии связанных состояний, дискретных энергетических спектрах. Для случая одномерной ямы, являющейся простейшей моделью связанных систем:

 где n=1,2,3…...

,откуда

Интерпретацию составят: применение дискретных уровней к объяснению поведения электронов в атоме, иллюстрирую опыты Франка и Герца. Объяснение на качественном уровне ряда явлений и закономерностей: строение атома, излучения и спектры, рентгеновские лучи, действие света, источники света.

 

Рис. 4. Блок-схема построения школьного раздела Квантовая физика

В заключение разберем вопрос о формировании в школьном курсе физики представлений о Физической картине мира (ФКМ).