Рабочая тетрадь. Квантовая физика

Министерство образования Кировской области

Кировское областное государственное профессиональное

Образовательное бюджетное учреждение «Вятско-Полянский механический техникум»

 (КОГПОБУ ВПМТ)

Рабочая тетрадь

по учебной дисциплине «Физика»,  раздел  «Квантовая физика»

                                          Вятские Поляны, 2026г

Составитель: преподаватель КОГПОБУ ВПМТ , Пупкова.А.В.

Программа рассмотрена и одобрена на заседании цикловой комиссии естественно-научных

дисциплин  протокол №_5__ от  «_12__»  _01__2026  г.

Рабочая тетрадь предназначена для самостоятельной работы обучающегося с нарушением слуха в межсессионный период, для подготовки к промежуточному и итоговому контролю по дисциплине «Физика» Раздел 5 «Квантовая физика». Рабочая тетрадь составлена в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 07.05.2014 № 452, адаптированной программы дисциплины учебной «Физика». В тетради даны теоретические вопросы, практические задания. Указан список рекомендуемой литературы.

СОДЕРЖАНИЕ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА…………………………………………………… 3

Инструкция по работе с тетрадью………………………………………………4

1 Квантовая  оптика……………………………………………………………    5

1.1  Фотоэффект. Законы фотоэффекта………………………………………    5

1.2  Давление света. Импульс и масса фотона…………………………………7

2   Строение атома. Планетарная модель и модель Бора…………………… ..9

2.1 Поглощение и испускание излучения  атомами. Квантование энергии. Понятие о лазерах………………………………………………………………..9

2.2  Образование планетарной системы. Возможные сценарии развития Вселенной………………………………………………………………………..12

Литература……………………………………………………………………….14

Пояснительная записка

Рабочая тетрадь является элементом учебно-методического комплекса по дисциплине «Физика», который входит в образовательные программы подготовки специалистов по специальностям: 13.02.13 «Эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудованя», 23.02.07 «Техническое обслуживание и ремонт автотранспортных средств», 09.02.07 «Информационные системы и программирование».

Рабочая тетрадь предназначена для организации самостоятельной работы обучающихся при изучении дисциплины «Физика» Раздел 5 «Квантовая физика».

Необходимость использования обучающимися рабочей тетради состоит в закреплении теоретических знаний, полученных в процессе лекций; получении практических навыков в решении задач; самостоятельном овладении дополнительным материалом  курса.

Материал рабочей тетради расположен по темам в соответствии с программой курса. Раздел 5 «Квантовая физика» состоит из следующих тем:

- Тема 5.1  Квантовая оптика;

- Тема 5.2 Физика атома и атомного ядра;

Раздел 5 «Квантовая физика» включает основные теоретические положения темы, проблемные вопросы, тесты, список источников, а также обязательной и дополнительной литературы.

Инструкция по работе с тетрадью

Перед началом работы следует изучить учебную литературу, разобраться в терминологии, уяснить теоретический материал темы, для закрепления учебного материала ответить на вопросы.

Оценка работы будет складываться из совокупности баллов, полученных за выполнение различных видов работ.

В конце рабочей тетради необходимо ответить на итоговый тест, по результатам которого выставляется оценка.

После выполнения заданий по дисциплине «Физика» Раздел 5 «Квантовая физика» рабочая тетрадь сдается в цикловую комиссию естественнонаучных дисциплин для проверки преподавателем. 

Тетрадь реализуется как в бумажном варианте, так и в виде электронного пособия.

5.1               Квантовая оптика

5.1.1 Фотоэффект. Законы фотоэффекта.

При изучении этой темы Вы освоите следующие умения:

- решать задачи  по данной теме.

Получите следующие знания:

- фотоэффект: внешний и внутренний;

- законы фотоэффекта;

- применение фотоэффекта: внешнего и внутреннего.

Фотоэлементы и фотосопротивления широко используются в автоматических системах.

Задание 1 Изучите явление внешнего фотоэффекта, его законы, уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта [2].

Продолжите предложения, вписывая правильный ответ:

Внешний фотоэффект это  ___________________________________________      ________________________________________________________________________________

а. 1 закон фотоэффекта: фотоэффект насыщения________________________________

_________________________________________________________________________

б. 2 закон фотоэффекта: красная граница фотоэффекта __________________________

_________________________________________________________________________

в.  3 закон  фотоэффекта: красная граница фотоэффекта _________________________

_________________________________________________________________________

г. Красная граница фотоэффекта – это максимальная длина волны_________________

__________________________________________________________________________

Задание 2 Изучите устройство и принцип работы фотоэлементов для внешнего фотоэффекта [2].

Продолжите предложения, вписывая правильный ответ:

а. В фотоэлементах используется превращение энергии излучения в________________

__________________________________________________________________________

б. Фотоэлемент состоит из___________________________________________________

__________________________________________________________________________

и применяется в ____________________________________________________________

Задание 3 Изучите явление внутреннего фотоэффекта [2]. Выберите правильный ответ, установив соответствие между колонками I и II. Данные занести в таблицу 1

Таблица 1 Фотоэффект

Задание 4 Изучите устройство, принцип действия, применение фотосопротивлений (фоторезисторов) и фотоэлементов  для внешнего фотоэффекта [2].

Продолжите предложения, вписывая правильный ответ:

а. Принцип работы фоторезисторов основан на _________________________________

__________________________________________________________________________

б. Фотоэлементы (солнечные батареи) широко применяются______________________

__________________________________________________________________________

Решите задачи:

а. Определить массу фотона красного излучения, длина волны которого 720 Нм.

При решении данной задачи необходимо использовать формулу, по которой определяется длина волны: λ = h/ m c, где:

λ – длина волны, м;

с – cкорость света, равная 3*10⁸ м/с;

m – масса фотона, кг;

h – постоянная Планка, равная 6,62*10^-34 Дж с

б. Длина волны, соответствующая красной границе фотоэффекта для натрия, составляет 530 нм. Определить работу выхода электронов из натрия.

При решении данной задачи необходимо использовать формулу Эйнштейна для красной границы фотоэффекта: h ΰ = A_вых, где:

A_вых – работа выхода  электронов;

h- постоянная Планка, равная 6,62*10^-34 Дж с;

ΰ – частота, Гц;

и формулу для определения длины волны: λ = с / ΰ, где:

λ – длина волны, м;

с – cкорость  света, равная 3*10⁸ м/с;

ΰ – частота, Гц.

5.1.2                      Давление света. Импульс и масса фотона.

При изучении этой темы Вы освоите следующие умения:

- научитесь определять силу света, падающего на тела.

Получите следующие знания:

- давление света;

- импульс фотона;

- связь массы фотона с энергией излучения.

Явлением  давления света на тела объясняется образование кометных хвостов.

Задание 1 Изучите явление давления света на тела [5]. Продолжите предложение, вписывая правильный ответ:

а. Свет, падающий на тело, оказывает  на него __________________________________

б. Давление света на газы меньше, чем на _____________________________ ________

в. Давление света объясняется множеством ударов потока ________________________

г.   Давление света измерил__________________________________________________

Задание 2 Изучите импульс и массу фотона [5]. Выберите правильный ответ, установив соответствие между колонками I и II таблицы 2.        

Таблица 2 – Импульс и масса фотона

Выполните задания:

а. Почему не наблюдается увеличение массы Земли за счет полного поглощения солнечного излучения?

б. Какую роль играет в природе явление фотосинтеза?

в. Каким видом излучения целесообразно воспользоваться, чтобы произвести химическое действие?

Проверка степени усвоения учебного материала.

Ответьте на контрольные вопросы по теме:  «Фотоэффект. Законы фотоэффекта», выбрав один правильный ответ по каждому вопросу.

Вопрос 1 Вылет электронов из вещества под действием падающего на него излучения называется :

1) внешним фотоэффектом

2) внутренним фотоэффектом

Вопрос 2 Красная граница фотоэффект – это:

1) максимальная длина волны, при которой еще можно наблюдать    фотоэффект

2) минимальная длина волны, при которой еще можно наблюдать фотоэффект

Вопрос 3 Явление внутреннего фотоэффекта наблюдается в

1) фоторезисторах

2) солнечных батареях

3) и то и другое вместе

4) нет ответа

Вопрос 4 Внутренний фотоэффект наблюдается в

1) полупроводниках

2) проводниках

3) газах

Вопрос 5 Работа, совершаемая электрическим полем по перемещению электрона между двумя точками с разностью потенциала в 1 вольт, это

1) 1эВ

2) 1 Дж

3) 1 Вт            

5.2                            Строение атома. Планетарная модель и модель Бора.

5.2.1                      Поглощение и испускание  излучения атомами. Квантование энергии. Понятие о лазерах.

При изучении этой темы Вы освоите следующие умения:

- составлять реакции распада радиоактивных изотопов .

Получите следующие знания:

-строение атома (по Резерфорду и Бору), изотопы;

-состав радиоактивного излучения;

- излучение и поглощение энергии атомами;

- постулаты Бора;

- лазеры: принцип действия, применение.

Модель атома напоминает строение солнечной системы и называется планетарной или ядерной моделью атома. По теории Резерфорда: атом состоит из небольшого по размерам, но массивного положительно заряженного ядра, вокруг которого по орбитам движутся  отрицательно заряженные электроны. Самое маленькое ядро у атома водорода. Оно называется протоном, вокруг этого ядра вращается один электрон. Положительный заряд протона равен по величине отрицательному заряду электрона.

Задание 1 Изучите строение атома [5]. Выберите правильный ответ установив соответствие между колонками I и II. Данные впишите в таблицу 3.

Таблица 3 Строение атома

Задание 2 Изучите излучение и поглощение энергии атомами [5].

Датский ученый Бор ввел идеи квантовой теории в ядерную модель Резерфорда и в 1913 г. разработал теорию атома водорода.

По идее Бора энергия атома не может иметь произвольного значения. Для каждого атома имеется ряд строго определенных (дискретных) значений энергии, которыми он может обладать. Никаких промежуточных значений энергии между этими дозволенными у атома не может быть. Эти «дозволенные» природой значения энергии называются энергетическими уровнями атома. В атоме допустимы только те орбиты электрона, которые соответствуют одному из энергетических уровней атома. Такой отбор дозволенных орбит электрона называется квантованием орбит. В основе теории Бора лежат три постулата:

1                    Электроны могут двигаться вокруг ядра атома только по строго определенным орбитам, соответствующим одному из энергетических уровней атома.

2                    Когда электрон движется по одной из разрешенных орбит, атом находится в устойчивом состоянии, т.е. не излучает и не поглощает энергию.

3                    Когда электрон перескакивает с одной из дозволенных орбит на другую, более близкую к ядру, атом испускает квант энергии (фотон) в виде излучения, частота которого определяется по формуле Планка.

Продолжите предложение:

а. Квантованием орбит называется____________________________________________

__________________________________________________________________________

б. Электрон находится в устойчивом состоянии, если он движется по______________________________________________________________________________

в. Электроны могут двигаться только по_______________________________________

__________________________________________________________________________

г. Когда электрон перескакивает с одной орбиты на другую, то____________________

__________________________________________________________________________

Задание 3  Изучите состав радиоактивного излучения [5].

Выберите правильный ответ, установив соответствие между колонками I и II. Данные впишите в таблицу 4.

Таблица 4 – Состав радиоактивного излучения

Задание 4 [5]. Изучите принцип работы лазера и его использование.

В 1917 г. Эйнштейн предсказал, что возбужденный атом может излучать энергию  под действием падающего на него света.

Индуцированное (вынужденное) излучение – излучение атома, возникающее при его переходе на более низкий энергетический уровень под действием внешнего электромагнитного излучения.

Интенсивность индуцированного излучения пропорциональна концентрации атомов, находящихся в возбужденном состоянии. При этом у световой волны, возникшей при индуцированном излучении, частота, фаза и направление распространения такие же, как и у волны, падающей на атом.

Слово «лазер» образовано начальными буквами анг. слов  light amplification bу stimulated emiasion of  radiation (усиление света с помощью вынужденного излучения).

Лазер – источник излучения, усиливаемого в результате индуцированного излучения

Продолжите предложение:

а. Лазер – это источник излучения___________________________________________

________________________________________________________________________

б. Индуцированное (вынужденное) излучение - _______________________________

________________________________________________________________________

в. Лазер используется______________________________________________________

_________________________________________________________________________

Выполните задания:

а. Чем характеризуется быстрота распада радиоактивного вещества?

б. Какие изотопы имеются у водорода?

в. Какое влияние оказывает радиация на организм человека?

5.2.2                      Образование планетарной системы. Возможные сценарии развития Вселенной.

            Задание 1 Изучите процесс образования и угасания звезд, Солнечную систему, понятие «Вселенная», Галактики [2]. Продолжите предложение, вписывая правильный ответ:

а. Излучение звезды происходит за счет________________________________________

в  ее центральной части

б. Выделение энергии у звезды прекратится, когда ______________________________

больше не останется

в. У красных гигантов термоядерные реакции происходят только на ________________________________________________________________________________

г. Космология изучает строение_______________________________________________

д. Галактика состоит из примерно_____________________________________________

__________________________________________________________________________

Выполните задания:

а. Как называется самая яркая звезда на небесной сфере?

б. Как называется наша Галактика?

в. Что изучает космология?

Проверка степени усвоения учебного материала.

Ответьте на контрольные вопросы по теме:  «Строение атома. Планетарная модель и модель Бора»,  выбрав один  правильный ответ по каждому вопросу.

Вопрос 1  Атом находится в наиболее устойчивом состоянии, если

1) электрон движется по любой из дозволенных орбит

2) электрон движется по орбите, ближайшей к ядру

Вопрос 2 Если электрон перескакивает с одной из дозволенных орбит на другую, более близкую к ядру, то он

1) испускает квант энергии

2) поглощает квант энергии

Вопрос 3 Если электрон движется по одной из добровольных орбит на другую, более близкую к ядру, то он

1) не поглощает квант энергии

2) не испускает квант энергии

3) и то и другое вместе

4) нет ответа

Вопрос 4  Изучение возбужденных атомов под действием падающего на них света называется

1) ионизированным излучением

2) индуцированным излучением

Вопрос 5  Нейтроны

1) имеют заряд

2) не имеют заряды

Вопрос 6  Изотопы имеют

1) одно и тоже зарядное число, но разные массовые числа

2) одно и тоже зарядное число и одинаковые массовые числа

Вопрос 7 Нуклоны – это

1) нейтроны и протоны

2) протоны и электроны

3) нейтроны и электроны   

Вопрос 8 Самопроизвольный распад тяжелых ядер с образованием новых ядер и выделением α, β – частиц и γ-лучей называется

1) искусственной радиоактивностью

2) естественной радиоактивностью

Литература

Основные источники:

1 В.А. Касьянов «Физика 10». Учебник для образовательных учреждений. Москва. DРОФА. 2015

2 В.А. Касьянов «Физика 11». Учебник для образовательных учреждений. Москва. DРОФА. 2015

3 Т.И. Трофимова «Физика». Справочник с примерами решения задач. Москва. 2013

4 Г.Я. Мякишев,Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский «Физика» 10 класс. Базовый и профильный уровни. Москва. «Просвещение».  2013

5 Г.Я. Мякишев,Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин «Физика» 11 класс. Базовый и профильный уровни. Москва. «Просвещение».  2013

6 С.В. Громов Н.Р. Шаронова «Физика 10 класс» профильный уровень Пр 2014

7 В.Ф.Дмитриева «Физика» 2014

8  Т.И. Трофимова А.В.Фирсов «Физика. Решение задач» 2013

Дополнительные источники:

1  С.В. Громов. «Энциклопедия элементарной физики» 2014

2  О.И, Янчевская  «Физика в таблицах и схемах» издательство «Литера» 2014

3  Я.М. Перельман «физические головоломки» издательство «АСТ» 2014

4  Л.А.Горлова «Интегрированные уроки физики 7-11 классы» издательство  « ВАКО» 2013

5                    З.В, Александрова «Уроки физики с применением информационных технологий 7-11 классы»  издательство «Глобус» 2013