Kvant mexanikası Fəsil I. Kvant fizikası bölməsinin məzmunu və quruluşunun analizi

Kvant mexanikası

Fəsil I. Kvant fizikası bölməsinin məzmunu və quruluşunun analizi.

Giriş. Orta məktəb fizika kursunda kvant hadisələri haqqında elementar məlumatlar IX sinifdə atom və atom nüvəsi fizikasının öyrənilməsindən sonra, XI sinif proqramının sonuncu bölməsində verilir. Belə hal bir sıra səbəblər ilə şərtlənir. Onların arasında birinci şagirdlərin atom və atom nüvəsinin xassələrini öyrənərkən rast gəlinən qanunauyğunluqları anlamaq üçün mexanikanın, elektrodinamikanın və optikanın əsas qanunları ilə tanış olması vacibliyini qeyd etmək olar. Atom və atom nüvəsi fizikasının öyrənilməsini orta məktəbdə tədris ilinin sonuna saxlamaq lazımdır, çünki kvant mexanikasının qanunları klassik fizika qanunları ilə ziddiyyət təşkil etdiyi üçün, onun qavranılması obyektiv olaraq çətindir.

Amma bəzi müəlliflər məktəbdə fizika kursunun öyrənilməsinin mövcud olan qaydanın dəyişməsini təklif edirlər. Buna dair kvant fizikasının yaradıcılarından biri olan Lui de Broylın söylədiyi fikir diqqətə layiqdir: Son zamanlar elektronikanın, atom və nüvə fizikasının möhtəşəm uğurları bəzilərində bu nəticələrin yaranılmasına səbəb oldu: ilk olaraq gənclərə məddənin quruluşu haqqında olan bizim yeni bikilərimizi vermək vacibdir, çünki fizikanın öyrənilməsinin qaydasını cənclərin bilikləri ilə dəyişmək lazımdır. Məntiqi sonsuğu olan bu nəticə klassik fizikanın qanunlarının, yəni maddənin quruluşunun və elektrik bəhsinin təsəvvürlərindən ibarət olan makroskopik fizikanın öyrənilməsinə gətiib çıxara bilərdi.

Əlbətdə ki, hal hazırda fizika tədrisinin başlanğıcında şagirdlərə elektronlar, atomlar və s. haqqında təsvvür vermək faydalı olardı, və, əlbətdə ki, məntiqə uyğun olaraq, bunlara əsasən mikrofızika anlayışlarından makroskopik fizikanın klassik qanunlarını çıxartmaq olar. Amma, hesab olunur ki, bu metodu fizika tədrisiyuxarı pilləsinə daxil etmək lazımdır. Təlimin erkən mərhələlərində anlaşılmaz və hətta təhlükəli ola bilər.

Makroskopik fizikanın klassik qanunlarının öyrənilməsinin (öyrətməsinin) əsaslarına kvant qanunauyğunluqlarının yerləşdirilməsi kimi məktəb fizikasının bu cür məqsədəuyğun olmayan quruluşu haqqında nəticə, tamamilə əsaslandırılmışdır. Bu da, atom və atom nüvəsi fizikası məsələlərinə həsr olunan məktəb kursunun öyrənilməsinin sonuncu bölməsində kvant hadisələri ilə ilkin tanışlıq imkanlarını istisna etmir.

1. 
   Məktəb fizikası kursunda atom və atom nüvəsi fizikası.
   

Məktəbdə atom və atom nüvəsi fizikasının öyrənilmə təcrübəsi.

Orta məktəbdə atom və atom nüvəsi fizikasının öyrənilməsində son on illiklərdə dəyişikliklər baş verib. Kivayət qədər dərslik materialının həcmi artıb, bölmənin quruluşu dəyişib, bu bölmələrin şagirdlərin dialektik-material izm dünyagörüşünün fotmalaşması üçün məsələlərin həllində rolu artıb.

Atom və atom nüvə fizikasının praktiki nailiyyətlərinə xüsusi diqqət ayrılır, bunlara misal olaraq dinc məqsədlər üçün istifadə olunan nüvə enerjisindən istifadəni elmdə, texnikada və tibbdə radioaktiv izotopların tətbiqini göstərə bilərik. Şagirdlərdə fizikanın bilik səviyyəsinin kütləvi
yoxlamaları göstərib ki, məktəb fizikası kursunun atom və atom nüvəsi bölmələrinin məzmununun modernləşdirmə məsələləri artıq uğurla həllini tapıb. Yalnız, şüalanmanın və udulmanın xətti spektrlərinin yaranmasının izahı zamanı şagirdlərdən yarısından azı atomların bir enerji halından o birinə keçidləri təsəvvürlərindən istifadə edirlər, nüvə reaksiyalarının tənliyini yazmaqla kifayətlənirlər və onun enerjisinin çıxışını hesablayırlar. Şagirdlərin bir qismi alfa və beta parçalanmasına aid məsələlərin həllində çətinlik çəkirlər.

Atom və atom nüvəsi fizikasının öyrənilməsinin yüksək olmayan nəticələri fizika kursunun belə vacib məsələlərinin quruluşunun və metodikasının təkmilləşdirməsini vacib hesab edir.

Kvant fizikasının sürət ilə inkişafı və onun praktiki həyatda yüksələn rolu, dövrü olaraq orta məktəbdə müasir elmi təsəvvürlər ilə yanaşı fizikanın təlim prosesində ətraf mühüt haqqında formalaşan təsəvvürlərin mövcudluğu və faydalı olmasına aid məsələlərə qayitmağa məcbur edir.

Bu səbəbdən şagirdlər tərəfindən məzmunu proqram və dərsliklər ilə təyin olunan, atom və atom nüvəsi fizikasının nəinki uğurla mənimsənilməsinə aid məsələlər, həmçinin bu dərs materialının məktəb fizikası kursunun müasir məsələlərə uyğunluğu müzakirə olunur.

Hal hazırda məktəb fizikası kursunda atom və atom nüvəsi fizikasının öyrənilməsinə keçid fizikanın öyrənilməsi üsullarının dəyişməsi ilə müşayiət olunur. Mexanika, molekulyar fizika, elektrodinamikada az sayda fundamental təcrübi faktlardan nəzəriyyənin qurulmasına keçid baş verir və onların nəticələrinin və insanların praktiki həyatında məlum qanunauyğunluqların əlavələrinə baxılır. Qüvvədə olan kursun atom və atom nüvəsi fizikasının öyrənilməsində böyük sayda araşdırılan eksperimental faktlar hesablanır. Bu faktların ayrılıqda necə vacib olduğuna baxmayaraq, onların sadə hesablanması şagirdlərin şüurunda mikrodünyanın əsas qanunauyğunluqlarının dəqiq şəklini yarada bilmir. Hətta orta məktəbdə enerjinin udulma və şüalanmasının kvant xarakterinə təbiətin fundamental qanunu kimi yox, yalnız atomların xassəsi kimi baxılır. Həmdə bu xassə Bor postulatlarından bir nəticə kimi alınır. Ayrı-ayrılıqda öyrənilən faktların çoxluğu onların əhəmiyyətini ayrılıqda kiçildir. Nəticədə şagirdlərin atom və atom nüvəsi fizikasından olan bilikləri qeyri-sistemləşmiş, dağınıq və zəif olur.

Məktəb kursunda kvant fizikasının ideyaları. Orta məktəbdə fizikanın tədrisi metodikasının daha çətin problemlərindən biri şagirdlərin kvant fizikasının əsas ideyaları ilə tanışlıq problemidir. Qüvvədə olan dərsliklərdə şagirdlərin bu ideyalar ilə tanışlığı tarixi planda baş verir, elektromaqnit şüalanmanın kvant xarakterinin hipotezindən fotoeffekt qanunlarının kəşfi və fotonların mövcuduna aid Eynşteynin hipotezi, və sonra Bor postulatları. Çıxarılan postulatların məhsuldarlığı bu postulatlar əsasında hidrogenin spektrinin izahı ilə təsdiq olunur ki, bunlar da atomlarda

elektronların zəif səpillməsinə aid təcrübələr ilə qabaqcadan xəbər verilir. Beləliklə, şagirdlər kvant nəzəriyyəsinin yaranmasına səbəbkar olan ayrı-ayrı təcrübi faktlar ilə tanış olurlar, amma kvant nəzəriyyəsinin əsas, ümumi ideyaları haqqında hansısa bir təsəvvür əldə etmirlər. Belə ki, baxılan
Jundamental təcrübi faktların sayı da tam deyil. Məktəb kursunda fotonun korpuskulyar xassələrinə və elektronun dalğa xassələrinə aid təcrübələrə, həmçinin kvant qanunlarının universallığım - atom nüvəsinin və elementar zərrəciklərin enerji hailının kvantlanmasmı sübut edən eksperimental faktlara baxılmır.

Fizika tədrisinin yeni məzmununa aid keçidin hazırlanma prosesində 1960-1965 - ci illərdə məktəb kursunda kvant mexanikasınm öyrənilməsinin elmi səviyyəsinin yüksəlməsinə aid bir sıra fərziyyələr irəli sürülmüşdür. Radikal variantlardan birində kvant fizikası məsələlərinin öyrənilməsi

məktəb kursunun sonunda yox, elektrodinamikadan əvvəl təklif olunur. Əsasda elektronların varlığını və onlann dalğa funksiyalarının olmasım sübut edən təcrübi faktlardan istifadə etmək fərz olunurdu. Atomun eneıj isinin kvantlanmasına qapalı fəzada de Broylun durğun dalğalarının mövcudluğunun nəticəsi kimi baxılırdı; atomların eneıji hallarının kvantlanmasmın nəticəsi Frank və Hers təcrübələrinin nəticələrinə əsaslanmalıdır. Pauli prinsipindən istifadə edərək, bərk cismin zona nəzəriyyəsinin anlayışlarını vermək olar və onun əsasında metal, dielektrik və yanmkeçiricilərin elektrik xassələrini aydınlaşdırmaq olar. Bu variantda zərrəciklərin dalğa xassələrinin, işıq sürətinin dalğa xassələrinə qədər öyrənilməsini və həmçinin atomların enerji hallarının onlann udulma və şüalanmanın xətti spektrlərinin xassələri ilə bağlı olmadan öyrənilməsini kifayət qədər əsaslandırmaq çətinlik yaradır.

Kvant nəzəriyyəsi ilə bağlı olan məktəb fizika kursunun qurulmasının laövcud olan başqa variantları, xarici ölkələrin(Almaniya, Amerika) fizika kurslarıdır. Onlarda birinci işığın və sonra isə zərrəciklərin dalğa xassələrinə baxılır. Sonra işığın kvant xassələri, qeyri-müəyyənlik münasibəti, Frank və Hers təcrübəsi və spektral seriyalar öyrənilir. Bu bölmə Bor atomu və De

Broyl dalğalarının əlaqəsinin izahı ilə bitir.

ABŞ-ın fizika kurslarında atom fizikasına giriş α- zərrəciklərin səpilməsinə aid təcrübələrə baxılması və Rezerfordun atom modelinin qurulması ilə başlayır. Baxılan təcrübi faktlar və hadisələr təxminən XI sinif Fizika -dərsliyində olanlar ilə üst -üstə düşür, amma göstərilən suallar

nisbətən daha genişdir. Daha ətraflı olaraq zərrəciklrərin dalğa xassələri öyrənilir, de Broyl dalğası haqqında anlayışlar daxil edilir, elektronun dalğa xassələrinə aid təsvvürləri əsasında hidrogen atomunun enerjisinin səviyyələrinin əmələ gəlməsi izah olunur.

Venqriya Xalq Respublikasının məktəb fizika kursunda “Kvant fizikası” bölməsinin qurulması dalğa funksiyaları anlayışlarına giriş və onların istifadəsi ilə cəhd olunmuşdur. Bu yanaşmanın istifadəsi ilə orta məktəbdə fizikanın tədrisi təcrübələrin nəticəsi şübhəsiz ki, maraq kəsb edir. Bununla bərabər bu variantın böyük çətinliklərinin mövcudluğu da ehtimal olunur: şagirdlərin riyazi hazırlıqlarının yüksək səviyyəsinin tələbi və abstrakt təxəyyülünün inkişafı. Əgər şagirdlər bu hazırlığlara malik deyildirlərsə, praktikada fizikanın öyrənilməsinin sistematik prosesi müasir elmin naliyyətlərinə aid elmi-populyar söhbətlər ilə əvəz oluna bilər.

Sosialistik və bəzi kapitalist ölkələrin orta məktəb fizika kursunun müqayisəsi göstərir ki, əcnəbi ölkələrin orta məktəb fizika kursunda baxılan fundamental qanun, fakt və kvant fizikası hadisələrinə nisbətən, sovet məktəblərinin fizika kursunda mütləq olaraq, elektronun dalğa xassələri, de Broyl dalğası, elektronun dalğa xassələrinin atomun enerji halı ilə əlaqəsi,
qeyri-müəyyənlik prinsipi, Kompton effekti öyrənilmirdi. Qeyd olunan bütün suallar, sonuncu istisna olmaqla, XI sinif fizika kursu proqramına daxil edilir.