Парадокс «кота Шрёдингера»

Дата: 2025-06-14; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

ИТОГОВЫЙ УРОК В “Квантовая физика”

Не всякому помогает случай.

Судьба одаривает только подготовленные умы.

(Луи Пастер)

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УРОКА:

• обобщить и систематизировать материал по основам квантовой физики;
• научить выявлять положительные и отрицательные стороны научных исследований, открытий и технологических достижений;
• продолжить формирование интереса к научным познаниям;
• воспитывать гражданскую активность и чувство патриотической гордости за весомый вклад отечественных учёных в развитие квантовой физики

I . Актуализация знаний

Допишите формулы:

1. ... = hν
2. Р = m…
3. Е = …c²
4. hc/λ = А + …
5. … = Е_к - Е_p
6. λ_m = hc/…
7. ν_min = А/…

Озаглавьте записанные формулы.

Ответьте на вопросы:

1.Назовите факты, опыты и явления, подтверждающие квантовые свойства света.

2. Что понимают под внешним фотоэффектом?

3. В 1905 году А. Эйнштейн дал простое уравнение, вскрывающее сущность фотоэффекта. Если А₁ –работа, потребная для вырывания электронов из атома и А₂ –работа, необходимая для выведения электронов сквозь поверхностный слой вещества, то кинетическая энергия фотоэлектронов, вырывающихся наружу, будет:

Е_к = hν – ( A₁+A₂)

Исходя из этого уравнения, объясните:

А) Как зависит Е_к от частоты излучения?

Б) Чем будет отличаться механизм фотоэффекта при облучении вещества рентгеновскими лучами УФ излучением?

4. Как объяснить резкое увеличение электропроводности селена под воздействием радиации?

Ответ: если электроны под воздействием радиации вырываются из атомов, но при этом остаются внутри тела, а не вырываются наружу, то электропроводность вещества возрастает. На этом основан принцип селенового фотоэлемента.

II. Обобщение изученного ранее.

Проблемный вопрос.

В чём отличие классического понятия реальности от понимания реальности и измерения в квантовой физике?

В ходе урока попытаемся дать ответ на этот вопрос при подведении итогов.

1. Сообщение ученика: Тепловые детекторы и фотодетекторы.

Тепловые детекторы предшествовали квантовым. Их история началась в 1800 году, когда Уильям Гершель /1738 – 1822/, используя призму и ртутный термометр, открыл инфракрасное излучение. Но первый настоящий детектор появился лишь в 1830 году, когда итальянские физики Леопольдо Нобели и Македонио Меллони сконструировали первые термоэлементы, которые представляют собой совокупность термопар, соединённых вместе. В качестве фотодетектора может служить селеновый фотоэлемент.

Постановка демонстрационного опыта по обнаружению электрического тока с помощью зеркального гальванометра, подсоединённого сначала к термопаре, а затем к селеновому фотоэлементу.

Проблемные вопросы к данному опыту:

А) В чём причина появления тока в обоих случаях?

Б) Каков механизм термотока и фототока?

Ответ: термоЭДС, ответственная за ток в термопаре, прямо пропорциональна разности температур между спаями;

Фотодекторы - это устройства, которые работают на основе фотоэффекта, принадлежат к классу квантовых детекторов, так как в них используется непосредственное квантовое взаимодействие света с веществом.

2. Фотоэффект

Учитель: физические механизмы излучения света достаточно многообразны. Попытки с классической точки зрения объяснить излучение абсолютно чёрного тела потерпели неудачу, приведя к известному закону излучения Планка и квантовой теории.

Макс Планк пытается примерить два начала термодинамики с теорией электромагнетизма. Однако за хорошую упаковку надо платить. Чтобы закон излучения удовлетворял экспериментальным данным по излучению чёрного тела, Планк в 1900 году вынужден ввести новую постоянную величину ( постоянную Планка h = 6,63 ^-34 Дж∙ с).

Какую гипотезу выдвигает Планк об излучении?

Ответ: электромагнитное излучение происходит не непрерывно, а отдельными порциями – квантами.

Учитель: ни Планк, никто другой не понимают в тот момент, что, завершив построение основ термодинамики, они стали родоначальниками новых представлений об энергии и оказались на пороге нового мира - квантовой физики.

Открытие фотоэффекта взбудоражило умы многих учёных, среди которых был А. Г. Столетов (краткое сообщение ученика об открытии фотоэффекта).

Учитель: у вас есть уникальная возможность смоделировать опыты Столетова, используя компьютер, и ответить на вопросы, мучившие учёного многие месяцы.

Парадокс «кота Шрёдингера»

Парадоксы квантовой физики связаны с особенностями квантовых измерений. В начале ХХ века выдающиеся физики Эйнштейн, Шрёдингер, Бор, Гейзенберг, Паули и другие считали необходимым тратить время и силы для разрешения квантовомеханических парадоксов. Широко известен парадокс « кота Шрёдингер».

Учитель зачитывает фрагмент из статьи “Странности квантового мира и тайна познания ” из приложения “Физика” № 20/2006, стр.41

Учитель: Что можно считать в описанном парадоксе измерением?

Ответ: всю описанную процедуру.

Учитель: А что можно считать результатом измерения?

Ответ: То, что видит экспериментатор, открыв ящик.

Заключение: драматичность ситуации с гибелью кота лишь усиливает психологическое воздействие на экспериментатора. На самом деле парадоксальность возникает в любом квантовом измерении.

II. Подведение итогов.

А. Эйнштейн, который так и не принял до конца философию квантовой теории, тем не менее, заложил начало двум фундаментальным положениям: понятию фотона / 1905г. / и стимулированного излучения / 1917г. /. Без этих понятий нельзя, например, описать работу лазера. Нильс Бор – наиболее страстный приверженец квантовой теории, создал первую квантовую модель атома. Многие учёные внесли свой вклад в создание квантовой теории.

Итоговое обобщение.

Изучение фундаментальных опытов – это один из способов научного познания, который позволил нам на уроке вести научный поиск проблемного характера. Возвращаясь к проблеме урока. Можно сделать заключение:

В классической теории то, что мы получаем при измерении, реально существовало и до измерения. В квантовой физике реальность творится при измерении. В частности, устройства квантовой криптографии ( способ тайного письма) позволяет абсолютно защитить информацию от несанкционированного прослушивания, а квантовый компьютер позволяет решать задачи, для решения которых на классических компьютерах не хватит даже времени жизни Вселенной!

Словарь новых терминов.

1. Релаксация – постепенное возвращение в состояние равновесия какой-либо системы после прекращения действия возмущения.

2. Фотон ( гр. свет ) – элементарная частица – квант электромагнитного поля.

3. Лазер – прибор для получения чрезвычайно интенсивных и узконаправленных пучков монохроматического излучения.

4. Инверсия – нарушение нормального порядка двух элементов в перестановке.

Приложение №2.

Основные этапы создания квантовой механики.

· Квантование энергии: Макс Планк, 1900г. (премия 1918) (слайд 17)

· Фотоны: Альберт Эйнштейн,1905г. (премия 1921г.)

· Атомные уровни: Нильс Бор, 1913 г. (премия 1922г.)

· Корпускулярно-волновой дуализм: Луи де Бройль, 1923-1924гг. (премия 1929г.)

· Принцип запрета: Вольфганг Паули, 1924-1925гг. (премия 1945г.)

· Матричная механика и принцип неопределённости: Вернер Гейзенберг, 1925г. и 1927г. (премия 1932г.)

· Волновая функция: Эрвин Шрёдингер, 1926г. и Поль Дирак 1926-27гг. (совместная премия 1933г.)

· Вероятностная интерпретация волновой функции: Макс Борн, 1926г. (премия 1954г.)

· Математически строгая формулировка квантовой механики: Джон фон Нейман, 1927-1932гг.