CC BY
16Oriental Renaissance: Innovative, p VOLUME 2 | ISSUE 3
educational, natural and social sciences ISSN 2181-1784
Scientific Journal Impact Factor Q SJIF 2022: 5.947
Advanced Sciences Index Factor ASI Factor = 1.7
МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ ТЕМ "КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ
ДУАЛИЗМ", "СООТНОШЕНИЯ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ ГЕЙЗЕНБЕРГА" В ГРУППАХ УГЛУБЛЕННОГО ПРЕПОДАВАНИЯ "ФИЗИКИ" В АКАДЕМИЧЕСКИХ ЛИЦЕЯХ
Саматов Г.Б.
доцент кафедры "Физики", к.ф-м.н., gsamatov [email protected] Саттаркулов К.Р. преподаватель кафедры "Физики", sattarkulovkomil99@gmail. com
Абдуллаева О. Ф. магистрант 2- курса кафедры "Физики" Гулистанского государственного Университета [email protected]
АННОТАЦИЯ
В статье приведены методические рекомендации по преподаванию раздела квантовой физики, по современным требованиям, в группах с углубленном изучением физики в академических лицеях. В России и в других развитых странах в системах общего и средне- специального образования курс физики и в том числе квантовая физика изучается согласно современным требованиям. В учебниках и учебных пособиях по физике, а также, в программам раздела квантовой физики, введены темы по элементарной квантовой теории света (фотоэффект и эффект Комптона) , корпускулярно-волнавой дуализм, волны Де -Бройля, а также соотнощения неопределенности Гейзенберга. У нас в Узбекистане, в новых учебниках и в учебных пособиях, рекомендованных группам с углубленном изучением физики, в академических лицеях в выще указанные темы освещены очен коротка и неудовлетворящем уровне современных требований. В статье также указано методические рекомендации по освещению содержания внов вводимых тем, т.е. "Корпускулярно - волновой дуализм" и "Соотнощения неопределенности Гейзенберга.
Ключевые слова: Микрочастица, идеи Де-Бройля ,волна Де-Бройля, корпускулярный - волновой дуализм, соотнощения неопределенности, частота, длина волны, волнавая числа, волнавая функция, фотоэффект, эффект Комптона, микромир.
Oriental Renaissance: Innovative, p VOLUME 2 | ISSUE 3
educational, natural and social sciences ISSN 2181-1784
Scientific Journal Impact Factor Q SJIF 2022: 5.947
Advanced Sciences Index Factor ASI Factor = 1.7
АКАДЕМИК ЛИЦЕЙЛАРНИНГ " ФИЗИКА" ЧУЦУРЛАШТИРИБ УРГАНИЛАДИГАН ГУРУХДАРИДА " КОРПУСКУЛЯР - ТУЛЦИН ДУАЛИЗМИ", "ГЕЙЗЕНБЕРГНИНГ НОАНЩЛИК МУНОСАБАТЛАРИ" МАВЗУЛАРИНИ УРГАНИШ МЕТОДИКАСИ
Саматов Г.Б.
физика кафедраси доценти, ф.м.ф.н., gsamatov [email protected] Саттаркулов К.Р. Физика кафедраси укитувчиси, sattarkulovkomil99@gmail. com Абдуллаева О. Ф.
Гулистон давлат университети "Физик" кафедраси 2-курс магистранти
abdullayeva [email protected]
АННОТАЦИЯ
Мацолада академик лицейларда физикани чуцур урганадиган гурууларда квант физикаси булимини замонавий талаблар асосида уцитиш буйича услубий курсатмалар берилган. Россияда ва бошца ривожланган мамлакатларда умумий ва о 'рта махсус та 'лим тизимларида физика курси, жумладан, квант физикаси уам замон талаблари асосида о'рганилмоцда. Физика дарслари ва дарсликлари, шунингдек, квант физикаси дастурлари ёругликнинг елементар квант назарияси (фотоелектр еффекти ва Комптон еффекти), тулцин-заррача иккиликлиги, Де-Бройл тулцинлари ва Гейзенбергнинг ноаницлик муносабатларига оид мавзулар билан таништиради. Узбекистонда физика фанини чуцур урганувчи гуруулар, академик лицейлар учун тавсия етилган янги дарслик ва уцув-услубий цулланмаларда юцоридаги мавзулар жуда цисца ва уозирги замон талаблари асосида ёритилмаган. Мацолада янги киритилган мавзуларнинг мазмунини ёритиш буйича, "Корпускуляр-тулцинли дуализм " ва "Гейзенбергнинг ноаницлик муносабатлари каби услубий тавсиялар келтирилган.
Калит сузлар: Микрозаррача, Де Бройл гоялари, Де Бройл тулцини, корпускуляр - тулцин дуализми, ноаницлик муносабатлари, частота, тулцин узунлиги, тулцин сони, тулцин функсияси, фотоелектр еффекти, Комптон еффекти, микродунё.
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences Scientific Journal Impact Factor Advanced Sciences Index Factor
O
R
VOLUME 2 | ISSUE 3 ISSN 2181-1784 SJIF 2022: 5.947 ASI Factor = 1.7
METHODOLOGY FOR STUDYING THE TOPICS "CORPUSCULAR-WAVE DUALISM", "HEISENBERG UNCERTAINTY RELATIONS" IN THE GROUPS OF IN-DEPTH TEACHING "PHYSICS" IN ACADEMIC
LICEUMS
Sattarkulov K.R.
Lecturer of the Department of Physics, sattarkulovkomil99@gmail .com
Abdullaeva O. F graduate student of the 2nd course of the department"Physicists" of the Gulistan State university abdullayeva [email protected]
The article provides guidelines for teaching the section of quantum physics, according to modern requirements, in groups with in-depth study of physics in academic lyceums. In Russia and in other developed countries, in the systems of general and secondary specialized education, the course of physics, including quantum physics, is studied in accordance with modern requirements. Physics textbooks and teaching aids, as well as quantum physics programs, introduce topics on elementary quantum theory of light (photoelectric effect and Compton effect), wave-particle duality, De Broglie waves, and Heisenberg uncertainty relations. In Uzbekistan, in new textbooks and teaching aids recommended for groups with in-depth study of physics, in academic lyceums, the above topics are covered very briefly and at an unsatisfactory level of modern requirements. The article also indicates methodological recommendations for covering the content of newly introduced topics, i.e. "Corpuscular-wave dualism" and "Heisenberg uncertainty relations.
Keywords: Microparticle, De Broglie ideas, De Broglie wave, corpuscular -wave dualism, uncertainty relations, frequency, wavelength, wave number, wave function, photoelectric effect, Compton effect, microworld.
Samatov G.B.
Associate Professor of the Department of Physics, Ph.D., [email protected]
ABSTRACT
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences Scientific Journal Impact Factor Advanced Sciences Index Factor
О
R
VOLUME 2 | ISSUE 3 ISSN 2181-1784 SJIF 2022: 5.947 ASI Factor = 1.7
ВВЕДЕНИЕ
Современный технический прогресс в основном базируется на текущих достижениях современной физики. Современная физика стремительно развивается на основе результатов исследований, изучаемых в физики высоких энергий, квантовой физики и физики элементарных частиц. В учебных программ изучаемых в общеобразовательных средних школах и академических лицеев еще не введены все достижения современной физики.[1]
ОБСУЖДЕНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ
Одним из широко развиваемых разделов теоретических и экспериментальных направлений современной физики является квантовая физика. При изучении в курсе физики академических лицеях физических явлений, которые экспериментально и теоретически исследованных в квантовой физики 1920-26 гг., где ограничивается предоставлением кратких сведений о фотоэффекте, волновых свойствах вещества, гипотезе Де-Бройля и соотношении неопределенностей Гейзенберга.[2]
В странах СНГ - например, в школах и академических лицеях России и Белоруссии - эти темы квантовой физики уже давно изучаются более углубленных вариантах.[3,4,14]
Мы считаем, в учебных группах академических лицеев, где физика изучается по углубленным программам, в раздел квантовой физики следуют ввести следующие темы:- взаимодействия электромагнитных волн с веществом, фотоэффект, эффект Комптона, волновые свойства материи, волны Луи-Де Бройля, соотношение неопределенности Гейзенберга, волновая функция и далее разработать методики преподавания этих тем. Коротко остановимся о том, каких материалов будем изучать в разделе квантовой физики в углубленного курса физики в академических лицеях.[5,6,12.13]
Первым физическим понятием, которое изучается в квантовой физике, является понятие "микрочастица" или "микрообъект". Учащимся необходимо всестороннее подробное объяснение того, как можно описать и представить себе микрочастицу или микрообъект. Естественно, такие характеристики микрочастицы или микрообъекта, ее электрический заряд, масса в состоянии покоя, позволяют предположить, что ее следует считать "корпускулой". Тот факт, что движение квантовой микрочастицы или микрообъекта не представляется траекторией, как движение классической корпускулы.
Oriental Renaissance: Innovative, p VOLUME 2 | ISSUE 3
educational, natural and social sciences П. ISSN 2181-1784
Scientific Journal Impact Factor Q SJIF 2022: 5.947
Advanced Sciences Index Factor ASI Factor = 1.7
Самопроизвольный распад микрочастицы или микрообъекта, показывают, что понятие микрочастицы" резко отличается от классических "корпускул"[5,]
Классическая частица или "корпускула", нами представляется, как физический объект, имеющий массу и объем, а также подчиняющиеся законам динамики и движущиеся по определенным траекториям движения.
Волна же есть распространение колебаний в упругой среде, т. е. где есть среда, там и волна. Короче говоря, в классической физике распространение волн и корпускулярное движение — явления, радикально отличающиеся друг от друга. Следовательно, в классической физике волновое и корпускулярное движение существуют как, два типа независимого движения.
Однако в микроскопических частицах эти два свойства диалектически проявляются в одном объекте.
Согласно статистическому толкованию, интенсивность волн Де-Бройля в каком-либо месте пространства пропорционально вероятности обнаружить частицу в этом месте.
В классических волнах абсолютное значение амплитуды волны определяет только физическое состояние. Интенсивность волн Де-Бройля определяют вероятности местонахождения частицы, поэтому важно лишь отношение интенсивностей в различных точках пространства, а не сама их абсолютная величина. Вероятность найти микрочастицы в момент времени t в элементе объема dV вокруг точки с координатами
Из этого выражения запишем выражение для плотности вероятности
Видно, что эти понятия квантовой физики являются сложными понятиями, для учеников, но правильное формирование этих понятий в сознании учащихся углубляет их физическое мировоззрение.
М. Борн объясняя физическую природу волновой функции, связывает квадрат модуля волновой функции с плотностью вероятности нахождения частицы в элементе объема вокруг некоторой точки с координатами x,y,z,t. Согласно, М. Борну интенсивность волн Де-Бройля в точке с координатами пропорционально вероятности обнаружить частицу в этом месте.
Таким образом, состояние микрочастицы полностью определяется на основе вероятностных законов. Соотношения неопределенностей Гейзенберга особенно важно, при изучении квантовой физики в академических лицеях, так
991
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences Scientific Journal Impact Factor Advanced Sciences Index Factor
о
R
VOLUME 2 | ISSUE 3 ISSN 2181-1784 SJIF 2022: 5.947 ASI Factor = 1.7
как с этими соотношениями неопределенностей ученики получают важных информации о квантовой природы микромира. Математический вид соотношения неопределенностей Гейзенберга выражается в следующем виде:
квадратичное отклонение координат.
Статистическая интерпретация волн Де-Бройля позволяет связать теоретические результаты с экспериментальными данными, но изучение вопроса о природе микрообъектов на основе этой интерпретации затруднительно. Одни и те же микрообъекты, например электроны, в одних экспериментах рассматриваются как частицы, движущиеся по определенным траекториям, а в других как волны, подчиняющиеся принципу суперпозиции.[5-10,17]
Для описания одних и тех же микрообъектов приходится использовать как волновую, так и корпускулярную интерпретации, трудно сказать, что эти микрообъекты в одном и том же месте будут обладать корпускулярными свойствами и волновыми свойствами.
В классической механике рассматриваются траектории частиц и их движение по траекториям. Движение частицы по траектории тесно связано с тем, что в каждый момент времени она имеет точную координату и точное значение соответствующей проекции импульса (скорости). Движения частиц по траекториям определяет ее положение, а ее координата и наличие соответствующей проекции импульса представляют собой изменение этой величины за бесконечно малый интервал времени. Координата и импульс, описывающие состояние микрочастицы, не могут быть определены одновременно. В этом отношении квантовая механика принципиально отличается от классической механики, в основе которой лежит представление о том, что "частица в любой момент времени имеет точную координату и определенный импульс". Следовательно, квантовая теория основана на соотношении неопределенностей Гейзенберга, которое в принципе отрицает существование такой возможности. Следует подчеркнуть студентам, что в основе соотношения неопределенностей Гейзенберга лежит корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц. Соотношение неопределенностей Гейзенберга ограничивает применение аппарата классической физики к объектам микромира. Из-за соотношения неопределенностей представления о траектории
Здесь - (ЛРх)2 - среднее квадратичное отклонение импульса, (Лх)2 - среднее
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences Scientific Journal Impact Factor Advanced Sciences Index Factor
о
R
VOLUME 2 | ISSUE 3 ISSN 2181-1784 SJIF 2022: 5.947 ASI Factor = 1.7
движения частиц в микромире не имеет смысла. Поэтому речь идет только о вероятности того, что частица находится в какой-то точке пространства.
Следует отметить, что невозможность одновременного точного определения координаты и проекции импульса микрочастицы не связана с техническими трудностями, а связывается с законами природы, Справа от соотношения неопределенностей Гейзенберга стоит постоянная Планка-(постоянная величина с размерностью момента импульса), поэтому это соотношение также имеет граничный характер.[7-9,16]
Стоит отметить что, изучения основных положений квантовой физики, отражающей физическую природу микроскопических явлений, к которым классические представления могут быть применены лишь в ограниченной степени. Используя соотношение неопределенностей Гейзенберга, можно определить наименьший элемент объема в фазовом пространстве.
Поэтому усвоение сущности природы неопределенностей Гейзенберга трудно не только для учащихся академических лицеев, но и для студентов высших учебных заведений. При изучении квантовой физики преподаватели и студенты должны переходит от динамического стиля мышления к статистическому мышлению, а этот переход тоже является очень сложной задачей.[5.7,15]
Поэтому при изучении квантовой физики в академических лицеях, первую очередь от преподавателей требуется, разработку методики формирования у учащихся квантово - механического стиля мышления в центре, которого должно лежать соотношение неопределенности Гейзенберга, который тоже связан корпускулярно - волновым дуализмом микрочастиц, и со своеобразной спецификой явлений микромира.[8-10]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мы предлагаем, в курсах физики академических лицеев нужна начинать более подробного изучения физических основ квантовой физики начиная с темы "Законов излучения абсолютно черных тел" (т.е. законы Кирхгофа, Вина, формулы Вина, Релея-Джинса, Планка), темы фотоэффекта, эффекта Комптона, идеи и волны Де-Бройля, соотношения неопределенностей Гейзенберга. Таким образом мы можем ознакомить учеников школ и академических лицеев начальным этапом развития квантовой физики. На основе квантовой физики лежит новые идеи, т.е. вероятностно - статистические представления. Каждый учитель физики должен убедиться в том, что в выше указанных темах
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences Scientific Journal Impact Factor Advanced Sciences Index Factor
о
R
VOLUME 2 | ISSUE 3 ISSN 2181-1784 SJIF 2022: 5.947 ASI Factor = 1.7
начинается изучение новой физики, которая основывается на вероятностно-статистических представлениях. Для перехода новому этапу преподавания курса физики в академических лицеях нам необходимо подготовить учебных литератур по соответствующим разделам курса физики на основе вероятностно-статистических представлений.
REFERENCES
1. Учебный план по физике в академических лицеях . -Т.: 2021.
2. Улмасова М.И. ФИЗИКА (Оптика, атом и ядерная физика) (на узбекском языке), Т.Чулпон, 2010.384 б.
3. Пурыщева Н.С. Физика . Базовый уровень. 11 класс, М.,Дрофа,2016, 139 с.
4. Жилко Л.В. , Маркова Л.П. Физика. (11- класс) Минск, 2014. 262 с.
5. Джораев М. Статистические идеи в обучении физике. Методическое пособие. Т. «Учитель», 1996, 104 с.
6. Джораев М. Вероятностно-статистические идеи в преподавании физики. монография. - Т.: Фан, 1992, 124 с.
7. Де - Бройл. Соотношения неопределенности Гейзенберга и вероятностная интерпретация волновой механики. - М.: Мир, 1986.40-76 с.
8. Мякишев Г.Я. Динамические и статистические законы в физике. - М.: «Наука», 1973, 5-205 с.
9. Тарасов Л.В., Современная физика в средней школе,- М.: Просвещение, 1990,288с.
10. Тарасов Л.В., Мир, построенный на вероятности,- М.: Просвещение,1984,
11. М. Джораев, Г.Б. Саматов, Э. Хужанов. Соверщенствование преподавание физики в системе непрерывного образования на основе статистического метода, учебно- методическое пособие (на узбекском языке), Т.2017,268 б.
12. Джораев М., Саматов Г.Б., Хужанов Э.Б. Вероятностно- статистические основы молекулярной физики в академических лицеях и в профессиональных колледжах, учебно- методическое пособие (на узбекском языке) - Гулистон. "Университет", 2016, 60 б.
13. Джораев М.,Саматов Г.Б., Хужанов Э.Б., Вероятностно- статистичекое основы разделов квантовой и атомной физики в курсе физики академических лицеях,- Гулистон. "Университет", 2016, 100 б.
24-136 с.
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences Scientific Journal Impact Factor Advanced Sciences Index Factor
O
R
VOLUME 2 | ISSUE 3 ISSN 2181-1784 SJIF 2022: 5.947 ASI Factor = 1.7
14. Boymirov Sh.T. Principles of Material Selection in Problem Teaching of
Electrodynamics. Scientific Bulletin of Namangan State University, 2020. 362-368. -p.
15. Boymirov Sh, Ashirov Sh, Urozbokov A. The effect of using interactive methods in teaching physics. ACADEMICIA: An International Multidisciplinary Research Journal, 2021. 962-971. - p.
16. Boymirov Sh, Ashirov Sh. Increase the creativity of students by creating problem situations when teaching the physics mechanics section. Asian Journal of Multidimensional Research (AJMR), 2021. 247-253 - p.
17. Mahmudov Yusup G'anievich. History of Great Discoveries in Physics. The American Journal of Interdisciplinary Innovations Research. 2021. 64-69 - p.
