Обобщающее повторение: роль квантовых законов в современной физике и технике - АТОМНАЯ ФИЗИКА - КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

Учитель на уроке стремится расширить кругозор учащихся в данной области знаний.

I. Систематизацию ранее изученного материала по квантовой физике осуществляет учитель по следующему плану:

1. Основные законы, понятия и представления квантовой физики.

2. Физический эксперимент и его значение.

3. Структурные схемы изученного материала, обобщающие таблицы (см. табл. 39 и др.).

4. Основные виды задач по изученному материалу и схемы их решения. (При этом имеется в виду и подготовка учащихся к контрольной работе, к зачёту по теме.)

II. Развивающим элементом урока является применение понятия о квантовании энергии при общем анализе строения вещества. Этот материал необходим для формирования мировоззрения школьников. Приведём примерное содержание рассказа учителя.

Квантовая физика имеет огромное значение для современной науки и техники. Ранее мы уже познакомились с важным техническим применением теории — лазерами. Не менее важное значение квантовая физика имеет в ряде разделов науки для понимания строения вещества. Существование стационарных состояний систем микрочастиц, связанных силами притяжения, характерно не только для атомов, но и для меньших по размерам частиц — ядер и таких элементарных частиц, как протоны и нейтроны, входящие в состав ядра, а также для больших, чем атомы и молекулы, систем — макроскопических твёрдых и жидких тел.

Для каждой системы характерна своя энергия связи. Если мы сообщим энергию, большую энергии связи, то система распадётся на составляющие её части. На рисунке 136 изображена диаграмма энергий связи для основных структурных единиц вещества.

Из диаграммы видно, в частности, что для химических реакций, в результате которых происходит соединение и разъединение атомов, входящих в состав молекул, необходима энергия от десятых долей электронвольт до десятков электронвольт. Этой энергии недостаточно для разделения ядер атомов на части, поэтому при химических реакциях химические элементы не изменяются.

Макроскопические тела состоят из огромного числа микрочастиц, связанных между собой молекулярными силами сцепления. Тела как системы частиц также находятся в стационарном состоянии. Температура тела является показателем интенсивности теплового движения микрочастиц в теле. Если температура ниже точки плавления, то кинетическая энергия теплового движения атома или молекулы недостаточна для разрыва связи между атомами и молекулами. Если же температура достигает точки плавления, то кинетическая энергия теплового движения равна энергии связи — связь разрушается, тело плавится. (Это происходит при разных температурах для разных тел.)

Если продолжить нагревание жидкого тела, то жидкость перейдёт в газ — стационарное жидкое состояние разрушится. Газ — это система уже не связанных между собой атомов или молекул.

Нагревание до 10³—10⁴ градусов приводит к разрушению молекул — образуется атомный газ. Если поднимать температуру атомного газа ещё выше, то атомы лишаются электронов, а газ становится смесью ядер и электронов — плазмой. Плазменное состояние существует при температурах 10⁶—10⁷ градусов и выше: в конце концов ядра полностью лишаются электронов.

При огромных температурах, порядка 10⁹ градусов, разрушаются и ядра. Вещество будет состоять из протонов, нейтронов и электронов.

Итак, не только три агрегатных состояния — твёрдое, жидкое, газообразное — обусловлены температурой и определённой энергией связи, но и существование вещества в форме ядер, атомов, молекул, химических соединений определяется температурой и энергией связи.

Органическое вещество белок — основа жизни — характеризуется невысокими энергиями связи молекул между собой и невысокими энергиями связи атомов в молекуле. Поэтому оно может существовать лишь при температурах до нескольких десятков градусов Цельсия. (В то же время температурный диапазон ограничен и снизу температурой замерзания воды, входящей в состав живых организмов.)

Можно рассмотреть примерные оценки температурных границ состояний вещества, произведя простые расчёты.

Например, если энергия связи электронов в атоме порядка 10 эВ, то температуру ионизации найдём из равенства средней кинетической энергии теплового движения атома энергии связи:

III. Заключительная часть урока представляет собой обобщение знаний о применении законов квантовой физики в науке, технике, технологии. Два-три ученика делают доклады, обобщая и систематизируя ранее изученный материал, подбирая к нему новые иллюстрации.

Темы выступлений: 1. Спектральный анализ. 2. Использование фотоэффекта в технике. 3. Развитие лазерной техники. 4. Квантовая электроника.

IV. Домашнее задание: § 75, 77*; упр. на с. 298 (ЕГЭ).

Урок 10*. Контрольная работа

В содержание возможной работы входит материал двух тем: “Световые кванты” и “Атомная физика”.