Урок "Корпускулярно-хвильовий дуалізм"

Тема: Корпускулярно-хвильовий дуалізм в природі Мета:

Розвиваюча: розвивати діалектичне сприйняття світу, вміння  презентувати  свої знання, удосконалювати навички ораторського мистецтва.

Дидактична: узагальнити поняття корпускулярно-хвильового дуалізму для будь-яких об’єктів, повторити основні етапи формування поняття про атом, формувати вміння розв’язувати задачі на хвилі де-Бройля. 

Виховна: виховувати культуру виступу, етичне та естетичне виховання.

Тип уроку: урок вивчення нової теми.

Обладнання:      комп’ютер, мультимедійний проектор,    презентація, мультфільм «Корпускулярно-хвильовий дуалізм» Хід уроку

1. Організаційний момент Повідомлення теми, мети уроку, налаштування на роботу та мотивація навчання.

2.Історичний екскурс: «Коротка історія атомізму» (Учні заздалегідь отримали завдання підготувати виступи з запропонованих питань, виступи супроводжуються комп’ютерною презентацією. Всі виконують короткий конспект в зошитах).

Найперші атомісти. Протягом багатьох тисячоліть мислителі всього світу шукали першооснову всіх матеріальних тіл, що існують в природі. Найперший з них – Мосх Сидонський, який  жив в Фінікії (тепер на цьому місці знаходиться Ліван). Він жив у ХІІ ст до н е. На той же період припадає поява «Книги змін» китайського вченого Вен Ванга. Найдрібніші частинки він назвав «ці». Згідно з уявленням Вен Ванга, існують позитивні частинки (янь-ці)та негативні (інь-ці). Сполучаючись у різних пропорціях утворюють всі речовини. В індійській філософії атомні уявлення розвинув Канада (VІ- Vст до н е). За його уявленнями атомів існує п`ять типів, які він назвав: атом землі, атом води, атом повітря, атом світла та атом ефіру. Він вважав, що атоми вічні, неподільні, невидимі, не мають розміру, а їх комбінації утворюють усі матеріальні тіла. Перші грецькі філософи, які створювали космологічні моделі, в яких існувала певна першооснова, були Фалес(до речі, відомий математик), Анаксимандр та Анаксимен (в   VІ- Vст до н е). А такий філософ, як Геракліт   ( V-ІVст до н е) вважав першоосновою вогонь. Сучасний фізик Гейзенберг зауважив, що якщо слово «вогонь» замінити на «енергія», то його вчення буде досить близьке до сучасного, адже «вогонь являє собою і матерію і рушійну силу».

Введення терміну «атом» Левкіппом та Демокритом. Перехід від філософських міркувань до поняття атома зробили Левкіпп та його учень Демокрит (в   V- ІVст до н е).Саме Левкіпп вважається засновником античної атомістики, яку потім розвив Демокрит. Згідно їх теорії, атоми – найменші матеріальні частинки, які не можна спостерігати за допомогою наших органів чуттів. Вони не зазнають поділу. Звідси і походить назва «атом» - неділимий, неподільний. Після смерті Демокрита, грецький мислитель Аристотель ( ІІІ ст до н е) вважав, що поділ речовини нескінченний. Такий погляд на багато століть став домінуючим, а вчення Демокрита забули більш як на дві тис. років. До того ж праці Демокрита збереглися лише в фрагментах, а людство знає про них із поеми давньогрецького поета Тіта Лукреція Кара «Про природу речей».     Відродження атомізму.  Протягом багатьох століть не було висловлено жодних ідей теорії атомістики. Відродження цієї думки почалося в Х VІІ столітті. Рене Декарт (1596-1650) – французький фізик, математик, фізіолог  та філософ намагався намалювати загальну картину природи, в якій усі фізичні явища пояснюються внаслідок руху частинок, яких існує два типи і які утворені з єдиної матерії. П`єр Гассенді(1592-1655) – французький

фізик та математик , був прибічником Демокрита і вважав, що існує порожній простір і атоми, комбінація яких утворює речовину. Михайло Ломоносов(1711-1765) – теж був прибічником атомістики . Але його праці були забуті і на жаль, суттєво не  вплинули на розвиток світової науки. Про них згадали на початку ХХ ст. Суттєво розвив ідею атомістики хорватський вчений Руджер Бошкович (1711-1787), який не тільки говорив про атоми, а й характеризував їх масою та «внутрішньою силою»,яку ми зараз назвали б енергією. Він зміг пояснити цим багато хімічних та фізичних явищ.

Розширення атомізму. Надалі все більше вчених підтримували ідею атома та дослідним шляхом доводили її. Наприклад, Джон Дальтон (1766-1844) підтвердив атомістику газових сумішей, ввів поняття атомної ваги та склав першу таблицю відносних атомних мас п’яти елементів, встановив, що атоми одного хімічного елементу мають однакові властивості. Шведський хімік Йенс Берцеліус(1779-1848) визначив атомні маси вже 45 елементів, розвинув хімічну атомістику. Амадео Авагадро(1776-1856) основні праці присвятив молекулярній фізиці. Він розробив метод визначення молекулярної та атомної ваги. Важливий крок у розвитку атомістики зробив італійський хімік Станіслао Канніццаро (1826-1910), який розмежував поняття атома та молекули.

Сучасні уявлення про атом. Отже, дослідження багатьох вчених призвели до того, що в другій половині ХІХ ст. було підготовлено грунт для експериментальних досліджень структури атома. В 1897 році англійський фізик Джозеф Томпсон (1856- 1940) відкрив електрон, який був першою елементарною частинкою в фізиці. А також створив нову модель атома: позитивно заряджену краплю діаметром 10^-10 м із вкрапленнями в неї електронів , що мають негативний заряд. Сумарний негативний і сумарний позитивний заряди співпадають, тому в цілому атом нейтральний. Пояснюючи свою модель, Томпсон порівняв атом з кексом або пудингом , в якому електрони були як родзинки. Ця модель була новим етапом в фізиці, тому що з неї випливало, що атом не є неподільною частинкою. Наступним кроком в розвитку теорії будови атома стала планетарна модель атома Резерфорда. Згідно його теорії в центрі атома знаходиться позитивно заряджене ядро, навколо якого обертаються від’ємно заряджені електрони. Така схема дуже схожа на Сонячну систему, тим більше, що маса електронів мізерна в порівнянні з масою ядра, так само, як маса Сонця значно перевищує масу всіх планет, тому теорія і отримала таку назву. Учень Резерфорда, англійський фізик Джеймс Чедвік (1891-1974) відкрив нейтрон у 1932 році. На основі цього Дмитро Іваненко (1904-1994) та незалежно від нього Вейнер Гейзенберг (1901-1976) сформулювали протон-нейтронну модель ядра.  

1.     Актуалізація опорних знань. Французький фізик Луї де Бройль(18921987) висловив ідею про хвильові властивості матерії в 1923 році. Тобто, згідно його теорії, хвильові властивості мають не тільки частинки з нульовою масою, такі як фотон, а й всі інші частинки. Відкриття хвильової природи матеріальних мікрочастинок було геніальною здогадкою, яка дійсно здійснила переворот у розумінні явищ фізики. За це де Бройль в 1929 році отримав Нобелевську премію з фізики. Блискуча здогадка цього вченого підтвердилася експериментально. В 1927 році американці Клінтон Девісон та Лестор Джеймерта незалежно від них англієць Джордж Томпсон (син відомого фізика Томпсона, який відкрив електрон) спостерігали дифракцію електронів на кристалах. Ці фізики також були удостоєні Нобелевської премії в 1937 році. Наявність електронних хвиль дала можливість сконструювати електронний мікроскоп,який був побудований в 1974 році . Після відкриття  дифракції електронів була відкрита дифракція нейтронів, що досить важливо, так як нейтрони значно більші, ніж електрони. Важливість цього відкриття ще в практичній значимості. Нейтрони не мають заряду на відміну від електронів та не розсіюються на атомних електронах, як рентгенівські промені. Тому там, де рентгенівські промені та електрони мало придатливі,  нейтрони їх замінюють. Наприклад, в дослідженнях структури речовини, яка містить легкі атоми, наприклад, водню. Цей метод став називатися нейтронографією.   

2.     Пояснення нової теми. Показ мультфільму «Корпускулярнохвильовий дуалізм». Виведення формули довжини хвилі де Бройля.

3.     Розв’язання задач. Знайти довжину хвилі де Бройля для електрона, який прискорений різницею потенціалів 6 М В.

4.     Осмислення отриманих знань. Про корпускулярно-хвильовий дуалізм світла так влучно сказав фізик Брегг: «Невже ми повинні вважати, що світло складається з корпускул у понеділок, вівторок і середу, коли ми виконуємо досліди з фотоелементом і ефектом Комптона, і вважати собі його хвилями у четвер, п’ятницю та суботу, коли ми працюємо з явищами дифракції та інтерференції? »  Такий вислів підтверджує те, що проблема розуміння корпускулярнохвильового дуалізму хвилювала навіть відомих вчених-фізиків, непросто завойовувала їх розуміння.

«Хамелеон». Цей приклад запропонував італійський фізик Луіджі Аккарді, багато праць якого присвячено саме розтулмаченню та ітерпретуванню проблеми квантової механіки. Нехай є хамелеон, який живе на дереві. Коли він сидить на гілці, він має коричневий колір, а коли на листочках – зелений. Експериментатор ставить собі запитання: «Який справжній колір хамелеона?» Для цього зачиняє його в ящику. Але, щоб побачити колір хамелеона, потрібно його виманити з ящика, так як всередині його не видно. Якщо експериментатор покладе їжу на листя, хамелеон прийме зелений колір, якщо на гілку – коричневий. Ніщо нам не свідчить, що хамелеон має чітке забарвлення. Не можна одночасно спостерігати хамелеона і зеленим, і коричневим. А процедура визначення кольору є взаємовиключенною. 

Учні на основі всього вище сказаного формулюють висновок: Під корпускулярно-хвильовим дуалізмом саме і розуміють потенціальну здатність частинки проявляти різні свої властивості залежно від тих чи інших зовнішніх умов, дуалізм закладено вже в самих характеристиках частинок, таких як маса, імпульс та енергія.      

5.     Підведення підсумків. Рефлексія: учні кажуть, що саме сподобалося, що було важко зрозуміти. Домашнє завдання: вивчити конспект