Тема 5. Становление неклассической парадигмы в квантовой механике

I. Самостоятельная работа студентов (6 часов)

Задание 1 по работе с учебником

Изучить тему «3.2. Микромир: концепции современной физики» по основному учебнику [1]. По материалам темы приготовить доклад.

Задание 2 по работе с учебником и конспектом лекций

В словарь «Терминов и понятий» выписать все термины изучаемой темы и их определения: квант, энергия кванта, фотон, атом, соотношения неопределенностей для координаты и импульса, соотношение неопределенности для энергии и времени, корпускулярно-волновой дуализм, электромагнитная волна, принцип дополнительности.

Задание 3 по работе с учебником и конспектом лекций

Выберите утверждения характеризующие суть принципа дополнительности: порядок и хаос – противоположные сущности и не связаны друг с другом; механика Ньютона и релятивистская механика соотносятся друг с другом по принципу дополнительности; для полного описания объекта требуется набор дополняющих друг друга характеристик; можно с одинаково высокой точностью определить все дополняющие друг друга характеристики; принцип дополнительности сформулирован для описания микромира и используется только в микромире.

Задание 4 по работе с учебником и конспектом лекций

Разделите свойства света на корпускулярные и волновые (излучается порциями (квантами); поглощается порциями (квантами); дискретность; дифракция; интерференция; фотоэффект, поляризация, давление), заполнив схему-конспект:

Тесты (контрольные задания для самопроверки)

1. Тесты с одним вариантом ответа

(Выберите один правильный ответ)

1.1.

Состояние системы в квантовой механике определяется:

1. координатами элементов системы

2. скоростями элементов системы

3. волновой функцией – пси-функцией

4. температурой

5. энергией

1.2.

Квантовые свойства света были открыты:

1. Ландау в середине 20 века.

2. Луи де Бройлем в 20-е годы 29 века.

3. Эйнштейном в начале 20 века.

4. Майкельсоном в конце 19 века.

5. Ньютоном в конце 18 века.

1.3.

Волновые свойства корпускул были экспериментально продемонстрированы в опытах по:

1. дифракции электронов.

2. радиоактивности.

3. рассеянию электронов.

4. фотоэффекту.

1.4.

Корпускулярные свойства электромагнитных волн можно обнаружить в опытах по:

1. дифракции света.

2. интерференции света.

3. поляризации света.

4. фотоэффекту.

5. преломлению света.

1.5.

Эйнштейн в 1922 году получил нобелевскую премию за создание:

1. общей теории относительности.

2. специальной теории относительности.

3. теории фотоэффекта.

4. теории Большого Взрыва.

1.6.

Положение электрона в атоме нельзя точно определить, потому что:

1. электрон – волна, размазанная по всему атому.

2. он двигается слишком быстро.

3. он слишком мал, и его нельзя разглядеть.

4. электрон и ядро атома неразделимы.

1.7.

Положение соответствующее квантовой механике:

1. в квантовой механике при рассмотрении природы микрочастиц используют понятие о корпускулярно-волновом дуализме.

2. все характеристики микрочастиц могут быть предсказаны одновременно строго и однозначно.

3. квантовая механика – динамической теорией.

4. квантовая механика описывает микромир как движение корпускул.

1.8.

Физический смысл соотношения неопределенностей:

1. физическая реальность микромира не зависит от прибора, с помощью которого ведется исследование.

2. две дополняющие друг друга характеристики объекта могут быть определены одновременно с высокой точностью.

3. любые характеристики микрообъекта могут быть определены одновременно с высокой точностью.

4. невозможно одновременно одинаково точно определить две дополняющие друг друга характеристики.

1.9.

Соотношения неопределенностей утверждает:

1. очень точное определение координаты частицы приводит к менее точному измерению ее импульса.

2. точность измерения энергии микрочастицы не зависит от длительности измерения.

3. можно одновременно определить и координату, и импульс с высокой точностью.

4. более точное измерение энергии требует более короткого времени.

1.10

Согласно принципу дополнительности:

1. соотношение между хаосом и порядком в процессе самоорганизации материи является одним из примеров действия принципа дополнительности.

2. порядок и хаос – противоположные сущности не связаны друг с другом.

3. механика Ньютона и релятивистская механика соотносятся друг с другом по принципу дополнительности.

4. согласно принципу дополнительности классическая механика является приближением общей теории относительности в слабых полях гравитации и при низких скоростях движения.

2. Тесты множественного выбора

(Выберите несколько правильных ответов)

2.1.

Квант электромагнитного поля это:

1. фотон.

2. гравитон.

3. глюон.

4. электрон.

5. квант света.

2.2.

Проявления волновых свойств материи можно обнаружить в явлениях:

1. дифракции.

2. интерференции.

3. поляризации.

4. дискретности.

5. инерциальности.

2.3.

Корпускулярные свойства материи проявляются через:

1. дискретность.

2. квантованность.

3. интерференцию.

4. непрерывность.

2.4.

Сущность корпускулярно-волнового дуализма:

1. в одних явлениях материя проявляет волновые качества в других корпускулярные.

2. волновые и корпускулярные свойства материи являются взаимодополняющими.

3. вещество и поле не имеют ничего общего.

4. вещество и поле неразличимы.

2.5.

Корпускулярные свойства света проявляются в том, что:

1. свет излучается порциями ( квантами света).

2. свет излучается квантовано, но поглощается непрерывно.

3. свет может излучаться как непрерывно, так и квантовано.

4. свет поглощается порциями (квантами света).

5. свет может поглощаться как непрерывно, так и квантовано.

2.6.

Волновые свойства электромагнитных волн можно обнаружить в опытах по:

1. интерференции света.

2. фотоэффекту.

3. преломлению света.

4. дифракции света.

2.7.

Положения соответствующие квантовой механике:

1. квантовая механика является статистической теорией.

2. все характеристики микрочастиц могут быть измерены одновременно строго и однозначно.

3. квантовая механика – динамической теорией.

4. квантовая механика описывает микромир на основе теории вероятности.

2.8.

Утверждения, которые следует из соотношения неопределенностей:

1. очень точное определение координаты частицы приводит к менее точному измерению ее импульса.

2. точность измерения энергии микрочастицы не зависит от длительности измерения.

3. можно одновременно определить и координату, и импульс с высокой точностью.

4. более точное измерение энергии требует более длительного времени.

2.9.

Верное высказывание, характеризующее физический смысл соотношения неопределенностей:

1. невозможно одновременно одинаково точно определить две дополняющие друг друга характеристики.

2. физическая реальность микромира не зависит от прибора, с помощью которого ведется исследование.

3. две дополняющие друг друга характеристики объекта могут быть определены одновременно с высокой точностью.

4. любые характеристики микрообъекта могут быть определены одновременно с высокой точностью.

2.10

Утверждения, демонстрирующее универсальность принципа дополнительности и соответствующее его сути:

1. механика Ньютона и релятивистская механика соотносятся друг с другом по принципу дополнительности.

2. соотношение между хаосом и порядком в процессе самоорганизации материи является одним из примеров действия принципа дополнительности.

3. порядок и хаос – две взаимодополняющие сущности связаны друг с другом.

4. классическая механика является приближением общей теории относительности в слабых полях гравитации и при низких скоростях движения.

4. Бинарные тесты

(Оцените правомерность предлагаемых утверждений словами «верно/неверно»)

4.1.

Квантовая механика исследует микромир.

4.2.

Квант – это неделимая порция энергии.

4.3.

Элементарные частицы обладают только корпускулярными свойствами.

4.4.

Элементарные частицы обладают корпускулярными и волновыми свойствами.

4.5.

Модель атома Н. Бора противоречила классической физики.

6. Тесты дополнения

(Впишите на месте прочерка пропущенные слова)

6.1.

Волновая функция описывает состояние системы в ___механике.

6.2.

Масса квантов света равна ___.

6.3.

Микрочастицам присущи как корпускулярные, так и ___ свойства.

6.4.

Фотоны - это кванты ___ поля.

6.5.

В квантовой механике при описании микрочастиц используют понятие о ___ дуализме.

II. Практическое занятие (2 часа)

1.

Заслушивание докладов.

2.

Разбор определений основных понятий.

3.

Опрос студентов по заданиям практикума.

Темы докладов

1.

Фундаментальные открытия в области физики конца XIX – начала ХХ вв.

2.

Рождение и развитие представления о квантах.

3.

Теория атома Н. Бора.

4.

Корпускулярно-волновой дуализм в современной физике.

5.

Вероятностное понимание микромира.