Для совершенствования обучения и воспитания учащихся и подготовки их к производительному труду в различных областях народного хозяйства особо важную роль играет глубокое изучение основ наук. Квалифицированное участие в производительном труде выпускников средних школ немыслимо, в частности, без овладения ими важнейшими знаниями из тех областей физики, которые лежат в основе современной техники и технологии производства. Это в полной мере относится и к участию выпускников школ в сельскохозяйственном производстве.
Уже почти целое столетие физика занимает одно из ведущих мест среди естественных наук. Иногда это связывается с тем, что физика в XX в. очень быстро развивается. Бесспорно, развитие физики в нашем столетии характеризуется величайшими открытиями, и темп ее развития никак нельзя считать медленным. Но эта особенность современной физики отнюдь не является характерной только для XX в. В XIX в. физика развивалась также весьма быстро. Приведем только два примера. За 6 лет, с 1820 по 1826 г., с момента открытия X. Эрстедом во время лекционной демонстрации студентам известного явления возникновения магнитного поля вблизи проводника с током, были открыты все важнейшие законы электромагнетизма. Практически за десятилетие — с 1856 по 1869 г.— молекулярно-кинетическая теория газов получила большое развитие: от вывода Р. Клаузиусом формулы, связывающей давление газа с кинетической энергией его молекул, до установления закона равномерного распределения кинетической энергии молекул по степеням свободы. Однако достижения физики в XIX в. сравнительно медленно входили в технику. Например, между открытием Фара-деем явления электромагнитной индукции (1831 г.) и созданием генераторов электрической энергии, основанных на этом явлении,
прошло около 40 лет. В XX в. ситуация совершенно изменилась. Например, между опытами О. Гана и Ф. Штрассмана, открывших деление ядер урана в 1938 г., и созданием первого ядерного реактора прошло всего около четырех лет. Резкое сокращение времени между физическими открытиями и их практическими применениями является характерной особенностью развития современной физики. Именно это в решающей степени обусловило необходимость, чтобы физическое образование, получаемое учащимися в средней и высшей школе, обеспечивало возможность использования достижений физики в повседневной трудовой деятельности. Не только инженеры и техники, но и современные квалифицированные рабочие должны пользоваться физическими знаниями в процессе труда.
Цель этой книги — помочь учителю физики увязать школьный курс физики с физическими идеями XX в. Самой важной и трудной задачей современного курса физики на всех его уровнях, в том числе и школьного курса, является необходимость органического переплетения классической и современной физики. В настоящее время уже невозможно рассматривать вопросы современной физики как «довесок» к чисто классическому курсу. Необходимо по-новому излагать традиционные, давно сложившиеся разделы курса, и это требует от преподавателя не только владения основами современной физики, но и определенной психологической перестройки, перестановки «акцентов». Разумеется, в одной книге невозможно охватить все содержание школьного курса под таким углом зрения.
Книга не является систематическим учебным пособием по физике или методике ее преподавания, хотя по ходу изложения, естественно, затрагиваются и вопросы методики. При отборе материала автор руководствовался, кроме личного опыта преподавания, мнением своих коллег, рекомендовавших выбрать определенный крут вопросов для обсуждения.
В первых двух главах будут кратко приведены сведения по специальной теории относительности и квантовой теории, необходимые для того, чтобы в последующих главах можно было обсудить ряд вопросов школьного курса физики на уровне современных физических представлений.
При изложении основ специальной теории относительности и основ квантовой теории учтены потребности учителей физики. В частности, обращено внимание на некоторые сведения исторического характера, полезные для преподавателей. По возможности такие сведения приводятся и в остальных главах.
В этой книге в минимальной степени используется математический аппарат. Это не должно создавать иллюзий, будто можно овладеть современной физикой без хорошего знания высшей математики. Просто эта книга имеет вполне определенные задачи, которые автор пытался решить, обращая основное внимание на те идеи современной физики, которые нужны для современного школь-
го курса и могут быть рассказаны без сложного математического
it1 Пира. -
Разумеется, в книге по физике невозможно было совсем из-( Жать использования математического аппарата. Несколько важ->йшпх формул в книге выведены. Ряд формул используется в кни-ИС без выводов. При желании освежить в памяти выводы этих фор-Гут учитель всегда может воспользоваться вузовскими учебниками по' экспериментальной и теоретической физике.
На физическом факультете МГПИ им. В. И. Ленина в течение ряда лет под руководством чл.-корр. АПН СССР, проф. Н. В. Алек-г-аччт)'ова проводится изучение путей совершенствования подготовки' учителя физики в педвузах. Автор рассматривает эту книгу и как' некоторый вклад в решение нашей общей задачи и приносит глубокую благодарность своим коллегам на кафедрах факультета за полезные советы и указания, которые они сделали по материалу
книги.
Я благодарю также своих слушателей факультета повышения квалификации при кафедре методики физики, особенное. Г. ПОЛЯНСКУЮ, М. А. Бобкову, аспирантов Л. В. Королеву и Н. В. Шаронову" и бывших студентов, в особенности В. И. Жога, любезно предложивших мне конспекты моих лекций, которые помогли мне в работе над рукописью книги. Большую помощь в ее оформлении и подготовке к печати мне оказали Д. И. Гахокидзе и А. Р. Яворская, которых я искренне благодарю.
Яворский Б. М.
.'22 Основные вопросы современного школьного курса физики: Пособие для учителей. —М.: Просвещение, 1980. — 320 с., ил. — (Б-ка учителя физики),
В книге рассматриваются наиболее сложные и важные вопросы классической и современной физики, нашедшие в той или иной мере отражение в школьном курсе физики. Большое внимание уделяется методологическим вопросам физики. Читатели найдут в ней также интересные сведения из истории становления современных физических представлении.
Для учителей во многих случаях представят большой интерес и методические подходы, используемые автором при изложении сложных вопросов.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Глава 1. Основы специальной теории относительности
§ 1.1. Механический принцип
относительности ... 6
§ 1.2. Механический принцип
относительности и электродинамика .... 9
§ 1.3. Постулаты специальной
теории относительности. 12
§ 1.4. Длина тела. Синхронизация часов и одновременность событий . . 14
§ 1.5. Преобразования Лоренца ........ 18
§ 1.6. Преобразование длины. 22
§ 1.7. Преобразование промежутков времени t . 25
§ 1.8. Релятивистский закон
сложения скоростей. 28
Глава 2. Основы квантовой теории
§ 2.1. Тепловое излучение абсолютно черного тела. 31
§ 2.2. Возникновение квантовой теории ..... 36
§ 2.3. Дальнейшее развитие квантовой теории — возникновение квантовой оптики ....... 40
§ 2.4. Корпускулярно-волно-
вая двойственность
свойств света .... 42
§ 2.5. Возникновение идей
корпускулярно-волновой двойственности свойств частиц вещества ... 46
§ 2.6. Волновые свойства электронов и других частиц вещества ...... 50
§ 2.7. Физический смысл волн де Бройля. Уравнение Шредингера ..... 55
§ 2.8. Частица в потенциальной «яме» с бесконечно высокими стенками . . 58
§ 2.9. Линейный гармонический осциллятор ... 60
§2.10. Соотношения неопределенностей Гейзенберга. 65
§2.11. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер ....... '"
Глава 3. Некоторые вопросы механики
§ 3.1. Второй закон Ньютона. 77 § 3.2. Основная задача динамики ....... 83
§ 3.3. Релятивистские представления об энергии. 88 § 3.4. Законы сохранения . . 95 § 3.5. Пространство и время в неинерциальных системах отсчета ..... 10Э
ности. Понятие о теории тяготения Эйнштейна. 103
Глава 4. Молекулярная физика и термодинамика
§ 4.1. Термодинамические и статистические методы исследования вещества. 109
§ 4.2. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия. Щ
§ 4.3. Давление и энергия
идеального газа ... 117
§ 4.4. Температура ..... 121
§ 4.5. Уравнения состояния идеального газа. Абсолютная шкала температур и абсолютный нуль. Сверхтекучесть гелия. 125
§ 4.6. Вырождение газов . . 133
§4.7. Понятие об основах классической статистики. Закон распределения молекул по скоростям. 136
§ 4.8. Распределение Максвелла—Больцмана. . . 143
§ 4.9. Закон равномерного распределения кинетической энергии по степеням свободы ...... 145
§ 4.10. Второй и третий законы (начала) термодинамики .......... 148
Глава 5. Элементы электродинамики
§ 5.1. Закон Ома ..... 161
§ 5.2. Классическая теория
электропроводности
металлов ...... 170
Глава 6. Квантовая оптика
§ 6.1. Фотоэлектрический эффект ........ J75
§ 6.2. Явления, подтверждающие квантовые свойства света ..... 181
§ 6.3. Фотон и его характеристики ....... 184
§ 6.4. Давление света. Эффект
Комптона ..... 187
Глава 7. Основы атомной физики. Строение и спектры молекул
§ 7.1. Важнейшие экспериментальные основы квантовой теории атома ... 192
§ 7.2. Постулаты Бора ... 197
§ 7.3. Успехи и недостатки теории Бора ..... 200
§ 7.4. Пространственное квантование. Квантовые числа. Периодическая система элементов Менделеева........ 207
§ 7.5. Строение молекул и их
спектры ....... 217
Глава 8. Элементы физики твердого тела
§ 8.1. Строение кристаллов. Тепловое расширение твердых тел .... 227
§ 8.2. Понятие о квантовых
статистиках ..... 230
§ 8.3. Ферми-газ электронов
в металлах ..... 235
§ 8.4. Основы квантовой теории электропроводности металлов .... 240
§ 8.5. Зонная теория твердых
тел.......... 247
§ 8.6. Теплоемкость твердых
тел ........ 256
Глава 9. Физика атомного ядра и элементарных частиц
§ 9.1. Основные характеристики и строгние атомных
ядер......... 261
§ 9.2. Энергия связи ядра.
Ядерные силы .... 265 § 9.3. Основной закон радиоактивного распада . . 272 § 9.4. Понятие о теории естественной радиоактивности ......... 275
§ 9.5. Искусственные превращения атомных ядер. 283 § 9.6. Элементарные частицы . 295 Физика и научно-технический
прогресс ......... 305
Заключение ........ 311
Приложение ......... 313
Указатель имен........ 315
Цена: 150руб.
