ФОРМУВАННЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНИХ ФІЗИЧНИХ ПОНЯТЬ У СТУДЕНТІВ ТЕХНІЧНИХ ВУЗІВ У ПРОЦЕСІ ВИВЧЕННЯ РОЗДІЛУ «ТЕПЛОВЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ»

Анотація

У роботі розглядається формування фундаментальних фізичних понять у студентів технічних спеціальностей вишів у процесі вивчення розділу «Теплове випромінювання». На основі системи фундаментальних фізичних понять розроблена методика вивчення законів Кірхгофа, Стефана-Больцмана, Віна та, виходячи із точки зору класичної фізики, доведена формула Релея-Джінса. Проаналізовано істотні закономірності, не сумісні з уявленнями класичної фізики, які привели до гіпотези Планка про те, що електромагнітна енергія випромінюється у вигляді окремих порцій (квантів), величина яких пропорційна частоті випромінювання. На основі фундаментальних фізичних понять проаналізовано розподіл коливань за значенням енергії, який описується законом Больцмана, та обчислено середнє значення енергії випромінювання у стані рівноваги, отримано вираз для густини енергії, що припадає на інтервал частот та вираз для відношення випромінювальної та поглинальної здатності у разі теплового випромінювання. Останні два вирази і є формулами, отриманими М. Планком, та дають вичерпне пояснення рівноважного теплового випромінювання. Такий підхід цілком виправданий, бо дозволяє під час вивчення розділу «Теплове випромінювання» у студентів технічних спеціальностей вишів сформувати уявлення про дискретний характер електромагнітного випромінювання та його квантову природу. Пропонована методика вивчення розділу «Теплове випромінювання» поглиблює розуміння суті фізичних процесів з точки зору сучасних фізичних теорій та методології фізичної науки, дозволяє розробити методику формування у студентів технічних спеціальностей вишів квантових уявлень про природу електромагнітного випромінювання на основі фундаментальних фізичних понять «симетрія», «ймовірність», «електромагнітна взаємодія», «фотон» з точки зору сучасних фізичних теорій. У роботі проаналізовано квантову природу електромагнітного випромінювання, розкрито зміст фундаментальних понять «електромагнітне поле», «електромагнітна взаємодія», «фотон». Розроблено методику формування у студентів квантових уявлень про природу електромагнітного випромінювання на основі системи фундаментальних фізичних понять «симетрія», «відносність», «ймовірність», «електромагнітна взаємодія», «фотон» з точки зору сучасних фізичних теорій. Пропонований підхід вивчення розділу «Теплове випромінювання» дозволяє якісно засвоїти студентам поняття «фотон» та «електромагнітне поле»; пояснити дискретний характер електромагнітного випромінювання; розробити методику вивчення квантової фізики для студентів технічних спеціальностей вишів на основі фундаментальних фізичних понять та принципів без логічного конфлікту зі знаннями, набутими раніше.