Файл: Стручков В.В. Вопросы современной физики пособие для учителей.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 128
Скачиваний: 1
Мет о д и ч еск а я библиот ека
шк о л ы "
В.В. Стручков, Б. М. Яворский
я
Вопросы
современной
физики
Пособие для учителей
МОСКВА «ПРОСВЕЩЕНИЕ» 1973
53(07) |
Гее.публична« |
|
С87 |
к^учно - Твкии ,в к л я |
|
|
библно**: .;■» * ' |
• |
|
ЭКЗЕМПЛЯР |
, |
ччтД пьНОГО ЗАЛА^
W - Ю О Ч 3
/ J / a ß ä !
Рекомендовано к изданию Главным управлением школ Министерства просвещения СССР
Стручков В. В. и Яворский Б. М.
С87 Вопросы современной физики. Пособие для учителей. М., «Просвещение», 1973.
496 с. с ил. (Метод, б-ка школы).
В книге освещены в доступной для учителей форме те вопросы современ ной физики, которые в той или иной мере нашли отражение в новых учебных программах основного курса физики средней школы или в про граммах факультативных занятий.
0065-394 |
53(07) |
С М 103(03)-73 Подп- |
изд- |
Издательство «Просвещение», 1973 г.
О Г Л А В Л Е Н И Е
П р е д и с л о в и е ............................................................ |
|
|
|
|
6 |
|||
Р а з д е л |
I. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ |
ОТНОСИТЕЛЬНО |
||||||
|
|
|
СТИ |
|
|
|
|
|
Глава |
1. |
Постулаты |
Эйнштейна |
|
|
|
||
§ 1. В в е д е н и е ............................................................. |
|
физических |
за |
7 |
||||
§ |
2. |
О принципах инвариантности |
8 |
|||||
§ |
|
3. |
конов .................................................................... |
|
|
|
|
|
|
Инвариантность второго закона Ньютона от |
И |
||||||
§ |
|
4. |
носительно преобразований Галилея . . |
. |
||||
|
Постулаты |
Э й н ш т ей н а ........................................... |
|
|
18 |
|||
§ |
|
5. |
Опыт М айкельсона-М орли.................................... |
|
|
26 |
||
Глава |
2. |
Кинематика |
СТО |
|
|
|
|
|
§ 1. В в е д е н и е ..................................................................... |
Л о р е н ц а |
|
|
37 |
||||
§ |
|
2. |
Преобразования |
сокращение |
40 |
|||
§ |
|
3. |
Релятивистское |
(лоренцево) |
44 |
|||
§ |
|
4. |
длины. Относительность длины в СТО . |
. |
||||
|
Релятивистское замедление времени. Относи |
48 |
||||||
§ |
|
5. |
тельность промежутков времени в СТО . |
. |
||||
|
Парадокс |
близнецов................................................. |
|
. |
53 |
|||
§ |
|
6. |
Относительность |
одновременности . . |
54 |
§7. Релятивистский закон преобразования ско
ростей |
.....................................................................56 |
Глава 3. Динамика |
СТО |
§ |
1. В в е д е н и е ..................................................................... |
61 |
§ |
2. Релятивистская |
форма второго закона Нью |
|
тона ........................................................................... |
68 |
§3. Единый закон сохранения массы, импульса,
§ |
4. |
энергии |
в С Т О ....................................................... |
величин . . |
82 |
|
Преобразования |
динамических |
87 |
||||
Р а з д е л |
II. НЕКОТОРЫЕ |
ВОПРОСЫ |
МЕХАНИКИ |
|
||
|
|
ТОЧКИ И ТВЕРДОГО ТЕЛА |
|
|||
Глава 4. Динамика |
системы точек к твердого тела |
90 |
||||
§ |
1. В в е д е н и е ..................................................................... |
|
|
|||
§ |
2. |
Центр масс. Законы движения центра масс |
— |
|||
§ |
3. |
Динамика вращательного движения . . . |
101 |
|||
§ |
4. |
Закон сохранения момента импульса . . |
113 |
|||
Глава 5. Движение в поле тяготения |
|
|
||||
§ |
I. В в е д е н и е .................................................................... |
тяготения . . . . . |
117 |
|||
§ |
2. |
Понятие |
о поле |
— |
||
§ |
3. |
Напряженность |
поля тяготения . . . . |
124 |
||
§ |
4. |
Потенциальная э н е р г и я ......................................... |
|
126 |
3
§ |
5. Потенциальная энергия системы двух |
тяго |
|||||
§ |
теющих |
т е л .................................................. |
яме . . |
. |
130 |
||
6. Понятие |
о |
потенциальной |
. 132 |
||||
§ |
7. |
Движение |
в поле тяготения...................... |
|
134 |
||
§ |
8. |
Запуск |
искусственных спутников Земли |
и |
|||
§ |
их д в и ж е н и е .................................................. |
|
|
149 |
|||
9. |
Вес и невесомость.......................................... |
отсчета. |
|
159 |
|||
§ |
10. |
Неинерциальные системы |
Силы |
||||
|
и н е р ц и и |
......................................................... |
|
|
166 |
Р а з д е л III. ЭЛЕМЕНТЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
Глава 6. Электромагнитное поле и теория относительности
§ |
1. В в е д е н и е ....................................................... |
176 |
§ |
2. Относительность |
электромагнитных величин |
|
и понятий ............................................................. |
— |
§3. Сторонние силы. Общая форма закона Ома
для участка цепи н замкнутой цепи . . . |
193 |
Р а з д е л IV. ФИЗИКА АТОМОВ, МОЛЕКУЛ И ТВЕРДОГО ТЕЛА
Глава 7. Статистическая физика
§ |
1. |
Введение ................................................................... |
понятия и |
результаты |
теории |
213 |
|
§ |
2. |
Некоторые |
214 |
||||
§ |
3. |
вероятностей |
|
...................................................... |
вероятностей |
. . |
|
Функции распределения |
-221 |
||||||
§ |
4. |
Распределение |
М а к с в е л л а ................................. |
|
226 |
||
§ |
5. |
Распределение |
Б о л ь ц м а н а ................................. |
|
235 |
||
§ |
6. |
Основные представления о квантовых ста |
244 |
||||
§ |
7, |
тистиках ................................................................... |
|
|
|
|
|
Применение квантовой статистики к излу |
250 |
||||||
§ |
8. |
чению абсолютно черного тела . . |
. . |
||||
Применение |
квантовой |
статистики к |
элект |
252 |
|||
|
|
ронному газу в металлах........................................ |
|
Глава 8. Квантовая механика и атомная физика
§ |
I. |
В в е д е н и е |
................................................................... |
|
|
|
|
|
255 |
|
§ |
2. |
Квантование физических величин в микро |
265 |
|||||||
§ |
3. |
мире |
.......................................................................... |
Ш р ёд и н гер а |
|
|
||||
Уравнение ........................................ |
|
|
277 |
|||||||
§ |
4. |
Соотношения |
неопределенностей Гейзенберга |
283 |
||||||
§ |
5. |
Ядерная |
модель атома' Резерфорда . . . |
287 |
||||||
§ |
6. |
Постулаты |
Бора. |
Атом |
Резерфорда-Бора |
296 |
||||
§ |
7. |
Теория |
Бора |
с |
точки |
зрения |
квантовой |
304 |
||
§ |
8. |
м е х а н и ...................................................................к и |
|
|
|
систЬмы |
элементов |
|||
Теория |
периодической |
314 |
||||||||
§ |
9. |
Д. И. М .....................................................енделеева |
генераторы |
(лазеры) |
||||||
Оптические |
квантовые |
322 |
Глава 9. Силы взаимодействия в кристаллах
§ |
1. |
В в е д е н и е ................................................................... |
|
. |
334 |
|
§ |
2. |
Общие свойства сил взаимодействия |
335 |
|||
§ |
3. |
Реальные газы. Природа сил Ван-дер- |
338 |
|||
§ |
4. |
Ваальса |
химической................................................................... |
с в я з и |
|
|
Природа |
|
343 |
||||
§ |
5. |
Классификация кристаллов по силам связи |
345 |
|||
§ |
6. |
Тепловое |
движение в |
кристаллах . . . |
346 |
|
§ |
7. |
Тепловое |
расширение |
кристаллов . . . |
349 |
|
§ |
8. |
Теплоемкость твердых |
т е л ................................. |
|
352 |
Глава |
10. |
Магнитные свойства |
веществ |
|
|
|
|
§ |
1. В в е д е н и е ........................................................... |
теориянамагничивания |
357 |
360 |
|||
§ |
2.Макроскопическая |
. |
|||||
§ |
3.Молекулярная теория |
диа-и парамагнетизма |
365 |
||||
§ |
4. |
Ферромагнетизм |
. . . |
. . . . |
|
373 |
|
Глава |
11. |
Электропроводность |
твердых |
тел |
|
|
|
§ |
1. |
В в е д е н и е ................................. |
|
|
. ’. . . |
388 |
§2. Классическая теория электропроводности ме
|
таллов ........................................................................... |
— |
§ |
3. Устранение «катастрофы» квантовой теорией |
394 |
§4. Понятие о зонной теории проводимости кри
§ |
|
сталлов |
|
...................................................................проводимости полупроводников |
|
397 |
||||||
5.Особенности |
407 |
402 |
||||||||||
§ |
6. |
Эффект |
Х о л л а |
.............................................. |
|
|
|
|
||||
Глава 12. Контактные и термоэлектрические явления |
|
|
||||||||||
§ |
1. В в е д е н и е |
........................................................... |
|
|
|
|
|
410 |
|
|||
§ |
2. |
Работа выхода |
..................................................... |
|
|
|
. . |
— |
416 |
|||
§ |
3. |
Контактная |
разность потенциалов |
. |
||||||||
§ |
4. |
Термоэлектричество....................................... |
|
|
|
421 |
|
|||||
Р а з д е л |
V. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА |
|
|
|
||||||||
Глава 13. Строение атомных ядер |
|
|
|
|
|
|||||||
§ |
1. Введение . |
ядра |
. |
......................430 |
427 |
|||||||
§ |
2. |
Энергия |
связи |
|
||||||||
§ |
3. |
Ядерные |
силы |
. |
|
......................................433 |
|
|||||
§ |
4. |
Размеры |
я |
д е р .............................................. |
|
|
|
|
438 |
|
||
§ |
5. |
Модели |
я д ....................................................р а |
|
|
|
|
|
438 |
|
||
Глава |
14. |
Естественная радиоактивность |
|
|
|
|
||||||
§ |
1.' В в е д е н и .........................................................е |
|
|
распада . . . |
447 |
449 |
||||||
§ |
2. Закон |
радиоактивного |
. |
|||||||||
§ |
3. Статистический |
характер |
радиоактивного |
453 |
||||||||
§ |
|
р а с п а д а .................................................................. |
естественной |
радиоактивности |
||||||||
4. Применение |
456 |
|||||||||||
§ |
|
в |
геологии .................................. |
и |
археологии |
|
|
. |
||||
5. Теория |
радиоактивного |
а-распада . . |
459 |
|||||||||
§ |
6. Гамма-излучение — спутник |
альфа- и бета- |
462 |
|||||||||
§ |
7. |
. р а с п а д а .................................................................. |
|
|
|
|
|
463 |
||||
Эффект |
М ёссб .......................................ау эр а |
|
- |
• |
468 |
|||||||
§ |
8. |
Бета-распад ................................... |
|
|
|
|
• |
|||||
Глава 15. Искусственные превращения атомных ядер |
|
|
||||||||||
§ |
|
1. В в е д е н и ...........................................................е |
|
|
|
|
|
|
473 |
|||
§ |
2. Открытие .............................................. |
н е й т р о н а |
|
|
|
. |
475 |
|||||
§ |
3.. Искусственная |
радиоактивность . . . |
476 |
|||||||||
§ |
4. Деление я ...........................................................д е р |
|
|
|
|
|
477 |
|||||
§ |
5. Термоядерные ....................................... |
р е а к ц и и |
|
|
|
482 |
||||||
§ |
'6. Элементарные .......................................' ч а с т и ц ы |
|
|
|
485 |
|||||||
Л и т е р а т у р а ........................................ ...... |
|
|
|
|
|
• ■ |
• |
491 |
||||
Предметный |
указатель |
. |
................................................493 |
П Р Е Д И С Л О В И Е
Лидирующее положение физики среди естественных наук, богатство и многообразие методов исследования современной физики, глубокое взаимное проникновение физики и техники — все это не могло не отразиться на преподавании физики в средней школе. И действительно, курс физики в советской средней школе претерпевает в последние годы серьезные из менения в сторону повышения его научного уровня.
Современные тенденции в преподавании физики заклю чаются в том, чтобы оснозы классической и современной фи зики изучались не изолированно друг от друга. Учащиеся должны быть ознакомлены с тем, как непрерывный процесс
развития |
физики |
привел к появлению новых физических |
идей. Для |
этого |
преподавание традиционных вопросов кур |
са должно проводиться с современных позиции. Термин «со временная 'физика» предполагает в педагогическом плане построение такого курса физики, в котором нашли бы свое отражение современные тенденции ее преподавания. Настоя щая книга не ставит своей целью сколько-нибудь подробно излагать те курсы теоретической физики, которые изучаются в педагогических институтах студентами-физиками. Ее цель — помочь учителям физики в их работе по новой программе школьного курса. Поэтому в книге рассмотрены лишь некото рые вопросы классической и современной физики, имеющие отношение к школьному курсу. Основное внимание обращается на физический смысл рассматриваемых вопросов. Математи ческий аппарат использован в книге лишь в той мере, в какой он представлялся необходимым для того, чтобы избегнуть бездоказательных утверждений.
Изложение некоторых вопросов (динамика специальной теории относительности, отдельные вопросы статистической физики и др.) рассчитано не для прямого использования в работе с учащимися, а для повышения теоретического уровня учителей;
Авторы надеются, что книга окажет также определенную помощь учителям в проведении факультативных и кружковых занятий.
Авторы приносят глубокую благодарность рецензентам: акад. АН УССР Ахиезеру А. И., проф., д-ру фаз.-мат. наук Кресину В. 3., проф., д-ру техи. наук Яшкину А. Я. и мето дисту Машевскому Н. Д. Их полезные замечания авторы приняли во внимание при доработке рукописи.
В. В. Стручков, Б. М. Яворский.
Р а з д е л |
I |
СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ |
|
|
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ |
Г Л А Б А |
J |
П0СТУЛАТЫ ЭЙНШТЕЙНА |
§ 1. ВВЕДЕНИЕ
Вся современная физика пронизана идеями теории относитель ности Эйнштейна. Новая программа по физике для средней школы предусматривает рассмотрение следующих вопросов специальной теории относительности:
1.Принцип относительности Эйнштейна.
2.Независимость скорости света от движения источника. Ско рость света в вакууму как предельная скорость передачи сигнала.
3.Проблема одновременности.
4.Замедление времени и сокращение масштабов. Релятивист ский закон сложения скоростей.
5. Зависимость массы от скорости. Закон взаимосвязи массы и энергии.
Более широко теория относительности может рассматриваться на факультативных занятиях. В данной книге, кроме общих, прин ципиальных вопросов (о свойствах пространства и времени, ,о кон цепциях дальнодействия и близкодействия и др.), рассматриваются вопросы кинематики, динамики и электродинамики теории относи тельности.
Два замечания о терминологии. Часто, особенно в популярной литературе, под классической физикой понимают дорелятивист скую и доквантовую физику. Однако согласно современным пред ставлениям теория относительности принадлежит к классической физике. Например, классическая механика включает в себя ньюто новскую механику и механику теории относительности. В данной книге нерелятивистская и неквантовая физика иногда называется ньютоновской физикой, поскольку классическая, дорелятивистская механика — это механика Ньютона, а другие разделы классиче ской, дорелятивистской физики несут на себе глубокую печать идей Ньютона (например, концепция дальнодействия, о которой будет сказано ниже).
Следует иметь в виду, что существуют две теории относительно сти Эйнштейна — частная, или специальная, теория относительно сти (сокращенно СТО) и так называемая общая теория относитель ности (ОТО).
7