Формування фундаментальних фізичних понять у студентів у процесі вивчення атома водню у квантовій механіці

Abstract

У роботі розглядається формування фундаментальних фізичних понять у студентів технічних спеціальностей вузів у процесі вивчення теми “Атом водню у квантовій механіці” розділу “Атомна фізика”. Розроблено методику формування у студентів фундаментальних фізичних понять симетрія, відносність, ймовірність, електромагнітна взаємодія, спін електрона з точки зору сучасних фізичних теорій. У роботі проаналізовано фізичну суть хвильової функції водневоподібних атомів, розкрито зміст фундаментальних понять “електромагнітне поле”, “електромагнітна взаємодія”, “спін електрона”. Розв’язок рівняння Шредінгера для водневоподібного атома без додаткових умов дає результат, що водневоподібні атоми знаходяться тільки у дискретних енергетичних станах. Пропонований підхід вивчення теми “Атом водню у квантовій механіці” дозволяє якісно засвоїти студентам поняття спіна електрона; пояснити мультиплетну структуру спектру лужних металів; розробити методику вивчення фізики твердого тіла для студентів технічних спеціальностей вузів на основі фундаментальних фізичних понять та принципів без логічного конфлікту із знаннями, набутими раніше.

В работе рассматривается формирование фундаментальных физических понятий у студентов технических специальностей вузов в процессе изучения темы “Атом водорода в квантовой механике” раздела “Атомная физика”. Разработана методика формирования у студентов понятий “электромагнитное поле”, “электромагнитное взаимодействие”, “спин электрона” на основании фундаментальных физических понятий симметрии, относительности, вероятности из точки зрения современных физических теорий. В работе детально проанализировано физическую сущность волновой функции водородоподобных атомов, раскрыто содержание фундаментальных понятий “электромагнитное поле”, “электромагнитное взаимодействие”, “спин электрона”. Решение уравнения Шредингера для водородоподобного атома без дополнительных условий дает результат, из которого следует, что водородоподобные атомы могут находиться только в дискретных энергетических состояниях и позволяет качественно усвоить студентам понятие спина электрона и на этом основании объяснить мультиплетную структуру спектра лужных металлов. Данный подход способствует разработке методики изучения физики твердого тела для студентов технических специальностей вузов на основе фундаментальных физических понятий и принципов.

The physical nature of the wave function of hydrogen-like atoms has been analyzed. The content of the fundamental notions “electromagnetic field”, “electromagnetic interaction”, “electron spin" has been revealed. Methodology of formation of such fundamental physical notions as symmetry, probability, relativity, electromagnetic interaction, and electron spin on the basis of modern physical theories has been elaborated.