Кинематика

 

№14 дәріс

Тақырыбы: Атомдық физика

Жоспар:

1. Комптон  эффектісі

2. Атомның  ядролық құрылысы

3. Бордың постулаттары

4. Франк пен  Герцтің тәжірибелері

5. Сутегі атомының құрылысы

 

Фотоэффект құбылысын  атақты неміс ғалымы А.Эйнштейн 1905ж. Планктың жарықтың үздік-үздік сәулесінің энергия шығаруы жөніндегі идеясын  пайдаланып, бірінші рет жарықтың кванттық теориясының негізінде  түсіндірді. Эйнштейннің пікірінше  белгілі жиіліктегі жарық кеңістікте тарала отырып жеке порциялар түрінде зат бетінде жұтылады және шығарылады. Олай болса жарық тарағанда энергия кванттары ағын түрінде таралады. Яғни жарық энергиясының кванттары фотондар деп аталады. Сонымен жарық ағыны дегеніміз фотондар ағыны болып есептеледі.

Эйнштейннің пікірінше  фотоэффект құбылысыкезінде әрбір  электрон жеке әрбір фотонның  әсерінен бөлініп шығады. Яғни, әрбір фотоэлектрон тек бір фотон энергиясын жұта алады. Сөйтіп жұтылған фотон энергиясы ( ) фотоэлектронды металл бетінен бөліп шығаратын шығу жұмысына ( ) және оның кинетикалық энергиясына айналады. Олай болса, Эйнштейн теңдеуі мына түрде жазылады:

Егер  жарықтың жиілігі  ν белгілі бір минимал  ν мәнінен артық болса, онда кез келген зат үшін  фотоэффект байқалады. Фотоэлектронды металдан, оған кинетикалық энергия берместен бұрын шығарып алу үшін, щығу жұмысы істелуі керек. Олай болса, жарық квантының энергиясы бұл жұмыстан артық болуға тиіс

Сөйтіп шектік  жиілік  -  фотоэффектінің  қызыл шекарасы деп аталады. Оны мына өрнек арқылы жазамыз: . Тежеуіш кернеуі ( ) мен  жиілік арасындағы байланысты мынадай түрде жазуға болады, яғни

Комптон эффектісі

Рентген сәулесі шашыраған  кезде олардың толқындар ұзындығының  өзгеруі Комптон құбылысы немесе Комптон эффектісі деп аталады. Сөйтіп жарықтың корпускулалық  қасиетінің  айқын болуын бірінші рет 1924ж. американ физигі А.Комптон (1892-1962) зерттеді. Тәжірибеден мынау анықталды. Шашыраған рентген сәулелерінің спектрінде толқын ұзындығы -ға тең бастапқы сәулемен қатар, толқын ұзындығы болатын басқа сәуленің бар екендігі байқалды. Бұл толқын ұзындықтарының айырымы шашыратқыш затқа және бастапқы түскен сәуленің толқынының ұзындығына тәуелді болмай, тек сәулелердің шашырау бағытына байланысты болады. Егер шашырау бұрышын десек, онда мен арасындағы байланысты былайша өрнектеуге болады: , мұндағы - шашыраған сәуленің толқын ұзындығы, - Комптон анықтаған толқын ұзындығы, ол мынаған тең   .

Комптон эффектісі фотонның импульсі мен еркін  электрондардың  соғылысу нәтижесі деп қарастыруға  болады.бұл соғылысу серпімді болғандықтан фотон мен электрон соғылысқанда оның энергиясы мен импульс өзгереді, себебі электрон соғылысудың нәтижесінде импульс және кинетикалық энергия алады. Комптон өзінің тәжірибесінде пайдаланған фотондар энергиясы 17,5 кэВ рентген сәулелері болды. Міне осындай энергияның шамасы ғанаи электрондардың атомдармен байланысын бұза алады.   

Атомның ядролық  құрылысы

    Өткен ғасырдың  аяғына дейін атом заттың бөлінбейтін,өзгермейтін  бөлшегі деп саналып келді. Бірақ бұл дұрыс болмай шықты.XIX ғасырдың аяғы мен XX ғасырдың бас кезіндегі ғылыми жаңа табыстар(радиоактивтік құбылыс, рентген сәулелерінің ашылуы,электронның табылуы т.т) атомның күрделі бөлшек екендігін сипаттады. Атомның құрамына электрондар енетіндігі мәлім болды.

      Ағылшын  физигі Э.Резерфорд 1909 жылы альфа бөлшектерінің шашырауын зерттеп өзінің  атомының моделін ұсынды. Резерфордша атомның барлық оң заряды түгелінен өте кішкене көлемге шоғырланған, ол атомның ядросы болып табылады, ал электрондар ядроның сыртында болады,олар ядроны айнала қозғалып жүреді.

      Э.Резерфорд атомның құрылысын а-бөлшектерін пайдалана отырып тәжірибе жасап зерттеген,атап айтқанда,жұқа металл пластинадан (фольгадан) өткен а-бөлшектердің қозғалыс бағыттарының өзгерісін бақылаған.

 Резерфордтың бұл  жөніндегі тәжірибесі суретте  көрсетілген. Мұнда радий препаратынан (RaC-дан ) ұшып шыққан біртекті  α-бөлшектердің Д диафрагмадан өткен параллель шоғы жолындағы F фольгадан өтіп, фосфоресценцияланғыш экранға түседі, бұл экранның α-бөлшек соғылған жерінен жылтылдаған жарық көрінеді, оны М микроскоппен қарап көруге болады. Диафрагма мен экран бір түзудің бойында жатқанда жылтылдың басым көпшілігі экранның центріне жиналады, бірақ сонымен қатар экранның шетіне таман жатқан жылтылдар да байқалады, демек фольгадан өткенде  α-бөлшектердің кейбіреулерінің бағыты өзгереді.Бұл айтылған тәжірибелердің нәтижелерін  Резерфордша былай түсінуге болады. α бөлшектердің фольгадан өткенде шашырауының себебі, оларға атомның құрамындағы электр зарядтары әсер етеді. Сонда электронмен соғылысқанда оның бағыты өзгере қоймайды, өйткені α-бөлшектің массасы электронның массасынан  8000 еседей артық. Ал α-бөлшектер атомның оң зарядталған бөлшегімен соғылысқанда, олардың бағыты  едеуір өзгере алады. Атомның ішінде оң электр қоздырған өте күшті электр өрісі болғанда ғана α-бөлшектерге кері тебетін күш әсер етеді, ол үшін атомның барлық оң заряды шоғырланған болуға тиіс. Бұл атомның ядросы болып табылады. Өйткені атомның ішіне енген α-бөлшектер оң зарядты ядроның еткен әсерінен өзінің бастапқы қозғалыс бағытын өзгертеді (шашырайды), сонда ядродан қашығырақ өткен α-бөлшектер шамалы ғана бұрышқа бұрылады, ал  ядроға тым таяу келген  α-бөлшектер 90º-тан үлкен бұрышқа бұрылады.

 

 

Бордың постулаттары

Резерфордтың теориясын  жоғарыда айтылған қиыншылықтан шығарған даниялық атақты физик Н.Бор болды. Ол Планктың кванттық теориясына сүйене отырып,атомның ядролық моделі н жаңа нысанадан қарап талқылады, атомның құрлысы туралы кванттық жаңа теория ойлап шығарды.Бұл жөнінде Н.Бор 1913жылы мынадай 2 постулат ұсынды:

1.Электрон ядроны айнала қозғалғанда, ол кез келген орбитаның бойымен қозғала алмайды. Электрон стационар орбиталардың біреуінің бойымен үдей қозғалғанмен ешбір жарық шығарылмайды,осындай орбиталарға сай атомның стационарлық күйдегі энергиасының дискрет мәндері (E₁ ,Е_2, Е₃ . . .) болады.

2.Атом бір стационарлық  күйінен екінші стационарлық  күйіне көшкенде ғана жарық  шығарылады немесе жарық жұтылады,сонда  осы күйлердегі атом энергиасының  айырмасы монохромат жарық кванты  түрінде шығарылады немесе жарық  жұтылады.Егер атомның жоғарғы стационарлық күйдегі энергиасы E_n2 төменгі энергиясы E_n1  болса, сонда атом жоғарғы күйінен төменгі күйіне көшкенде бір квант жарық шығады, яғни

        E_n2 – E_n1 = hv₁                                                                      (14.6)

 Мұндағы     - монохромат жарықтың тербеліс жиілігі,h - Планктың тұрақтысы. Бұл өрнек Бордың жиіліктер шарты бойынша жарық толқынының тербелісінің жиілігі:

                                                                   (14.7)

Егер     - орнына спектрлік сызықтың толқындық санын  алсақ, онда бұл өрнекті былай  жазуға да болады:

                                                             (14.8)

Франк пен Герцтің  тәжірибелері

Бордың постулаттарының дұрыс екендігін Франк пен Герцтің 1914 жылы жасаған тәжірибесі айқын көрсетті. Олардың жүргізген тәжірибесінің схемасы 150 – суретте кескінделген. Мұнда  R - ішінде сынап буы бар разрядтық  түтік,     F- сым,   N  - металл тор электрод,  P - коллектор, G - гальманометр. Сымды ток жібріп қыздырғанда одан ұшып шыққан электрондар оң зарядталған сеткаға қарай қозғалады да ток жүреді, бұл токтың күші  F пен N  арасындағы потенциалдар айырмасына, яғни үдетуші потенциалға тәуелді, Франк пен Герц осы тәуелділікті зерттеген.

 

Сутегі атомының құрылысы

Сутегі атомының құрылысы жайындағы Бордың теориясы атомның  ядролық моделіне негізделген. Сондықтан  сутегінің атомдық номері    Z=1            болған себепті, Бордың теориясы бойынша  сутегі атомы бір элементар оң заряды бар ядродан және оны айнала қозғалған бір ғана электроннан құралған. Электронның массасы сутегі атомы ядросының массасынан 1836 еседей кем болғандықтан электронмен салыстырғанда ядро – шексіз ауыр деп санауға болады.  Алғашқыда электрон ядроны айнала шеңбердің бойымен қозғалады, ядро оның центрінде қозғалмай тыныш тұрады деп саналған болатынды,біз де осылай деп жоримыз.

Сутегі атомының құрылысы дегеніміз -заряды оң атом ядросы және орбита бойынша қозғалатын электрон.

№ 15 дәріс

Тақырыбы: Ядролық физика

Жоспар:

1. Ядролық физиканың элементтері

2. Атом ядросының  құрылымы

             Атом реттеулі-күрделі жүйе.Атом  ядродан құралады,ядролар орбита  бойынша қозғалады.Атом ядролық  заряды +Ze болса,атом ядролық заряды  оң болады.

Атом ядросының  құрылымы

               Ядро нуклондардан құралады. Ядрода нуклондардың саны-А, соның ішінде протон саны-Z, нейтрон саны-N.    А=Z+N

              Протон дегеніміз-заряды оң микробөлшек, микрообъект. Протон заряды             , протон бөлшегінің массасы , . Нейтрон бөлшегінің заряды q_n=0, нейтрон массасы:         ,

         Атом ядросының заряды протондардың  толық зарядымен анықталады. Қазіргі  заманда периодтық таблица бойынша 120 элементтер анықталған. Периодтық таблицасының бірінші элементі сутегі атомының ядросы,

-протий (Z=1,N=0,A=1)

Сутегі атом ядросының  тағы да изотобы бар:

-дейтерий (Z=1,N=1,A=2)

-тритий (Z=1,N=2,A=3)

 

ПРАКТИКАЛЫҚ САБАҚТАР

№1 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Материалдық нүктенің кинематикасы

Мақсаты: Материалдық нүктенің кинематикасының негізгі заңдары мен қағидаларын талқылап, есептер шығару.

Жаттығу есептері: 1.2, 1.4, 1.18-1.26, 1.30-1.35, 1.49-1.56 [5], 1.1.4-1.1.8 [6]

№2 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Материалдық нүктенің динамикасы

Мақсаты:  Материалдық нүктенің динамикасының негізгі заңдары мен заңдылықтарын пайдаланып практика жүзінде есептер шығару

Жаттығу есептері: 2.1-2.16 [5], 2.1.2-2.1.8 [6]

№3 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Жұмыс және энергия.

Мақсаты: Жұмыс және энергия тақырыбына есептер шығару

Жаттығу есептері: 2.30, 2.32, 2.34-2.47 [5], 4.1.8-4.1.14 [6]

№4 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Қатты дененің механикасы.

Мақсаты: Қатты дененің механикасының негізгі теңдеулерін қорытып шығару. Есептер шығару.

Жаттығу есептері: 3.1-3.10, 3.12, 3.15-3.19. [5]

№5 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Сұйыктардың механикасы

Мақсаты Сұйыктардың механикасының заңдылықтарымен танысу. Есептер шығару.

Жаттығу есептері: 4.1, 4.4-4.12 [5]

№6 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Молекулалық-кинетикалық теориясының негіздері

Мақсаты: Молекулалық-кинетикалық теориясының негізгі заңдарын қолдану дағдыларын қалыптастыру. Есептер шығару.

Жаттығу есептері: 5.1-5.12, 5.35-5.40. [5], 3.1-3.10, 3.15-3.20 [4]

№7 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Термодинамика негіздері. Қайтымды және қайтымсыз процестер. Жылу машиналары. Карно циклі.

Мақсаты: Термодинамиканың бірінші, екінші бастамаларын және бірінші бастамасын изопроцестерде қолдану дағдыларын қалыптастыру. Есептер шығару.

Жаттығу есептері: 5.1, 5.2-5.8, 5.16, 5.20, 5.22-5.24, [5], 5.159-5.166, 5.190, 5.195, 5.196-5.215 [4]

№8 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Нақты газдар, сұйықтар және қатты денелер

Мақсаты: Нақты газдар, сұйықтар және қатты денелер заңдарын қолдану дағдыларын қалыптастыру. Есептер шығару.

Жаттығу есептері:

6.1-6.25 [5],  6.1-6.26 [5], 5, 7.1-7.10, 8.15-8.35 [5]

№9 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Электрстатика

Мақсаты: Электрстатика заңдары мен заңдылықтарын талқылау. Есептер шығару.

Жаттығу есептері: 9.1, 9.4-9.12 [5]

№10 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Тұрақты электр тоғы

Мақсаты: Тұрақты электр тоғы негізгі заңдарын қолдану дағдыларын қалыптастыру. Есептер шығару.

Жаттығу есептері: 10.2-10.18, 10.50-10.65, 10.100-10.104 [5]

№11 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Магнит өрісі және электрмагниттік құбылыстар

Мақсаты: Магнит өрісі және электрмагниттік құбылыстардың қасиеттері мен заңдарын қолдану дағдыларын қалыптастыру. Есептер шығару.

Жаттығу есептері: 11.1-11.6, 11.13-11.27, 11.40-11.48 [5]

№12 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Тербелістер және толқындар

Мақсаты: Тербелістер және толқындар тақырыптарына есептер шығару.

Жаттығу есептері: 12.1-12.25 [5]

№13 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Жарықтың толқындық қасиеттері

Мақсаты: Жарықтың толқындық қасиеттері тақырыбына есептер шығару.

Жаттығу есептері: 13.1-13.25,  14.1-14.10, 16.1-16.8 [5]

№14 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Кванттық және атомдық физика негізгідері

Мақсаты: Кванттық және атомдық физика негіздері заңдарын қолдану дағдыларын қалыптастыру. Есептер шығару.

Жаттығу есептері: 19.1-19.15 ,  19.25-19.30[5]

№15 Практикалық  сабақ 

Тақырыбы: Атом ядросының және элементарлық бөлшектер физикасының элементтері

Мақсаты: Атом ядросының және элементарлық бөлшектер  физикасының элементтері заңдарын оқып-үйрену, есептер шығару.

Жаттығу есептері: 20.1-20.15, 21.2-21.10, 22.1-22.15 [5]

«Физика» пәнінен

білім алушылардың  өзіндік жұмыстарын ұйымдастыруға  арналған материалдар

СОӨЖ №1

Тақырыбы: Кинематика, динамика

Мақсаты: Кинематика және динамика бөлімдері бойынша негізгі заңдар мен заңдылықтарды қарастыру.

Талқылауға  арналған сұрақтар:

1. Механикалық қозғалыс дегеніміз не?
2. Кинематика нені зерттейді?
3. Санақ жүйесі дегеніміз не?
4. Траектория, орын ауыстыру, жол ұғымдарын түсіндіріңіз.
5. Жылдамдық дегеніміз не? Оның түрлері.
6. Үдеу, бұрыштық үдеу, толық үдеу формулаларын талдап қорытып жазыңыз.
7. Ньютонның үш заңын айтыңыз және мысалдар келтіріңіз.
8. Импульстың сақталу заңын тұжырымдаңыз.