Samarqand davlat universiteti fizika fakulteti umumiy fizika va magnetizm kafedrasi

Optika bo’limini o’qitish uslubiyati
Geometrik optika. To’lqin optikasi. Kvant optikasi. Yorug’likning moddalar bilan o’zaro ta’siri. Dispersiya. Yorug’likning sochilish.

Optika bo’limi umumta’lim maktablarida ikki bosqichda o’qitiladi. Birinchi bosqich (VI sinf )yorug’lik hodisalari induktiv usulda o’rganiladi. Ikkinchi bosqich (IX sinf) optika bo’limi qayta kengaytirilgan holda o’tiladi. Akademik liseylarda optika bir marta o’tiladi va quyidagi mavzular o’rganiladi. Fotometriya, geometrik optika, to’lqin optikasi, nisbiylik nazariyasi elementlari, kvant fizikasi o’rganiladi.

Nazorat savollari.
1. Jismlarning zaryadlanish jarayonini o’qitish usuli?
2. Elementar zaryad va zaryad miqdorining saqlanish qonunini o’qitish usullari?
3. Elektrostatik maydon kuchlanganligi va potensiali. Ular orasidagi bog’lanishni o’qitish uslubiyati?
4. Eyektromagnit tebranishlar va uning mexanik analogiyasi?
5. O’zgaruvchan tok zanjiri uchun Om qonunini o’qitish uslubiyati?

2. 
   O’zgaruvchan tok zanjirida tok kuchi bilan kuchlanish orasidagi fazo siljishiga sabab nima?
   
3. 
   Maksvell tenglamalarining fizik ma’nosi?
   

19-Ma’ruza. Atom, yadro va elementar zarrachalar fizikasini o’qitish uslubiyati.
Reja: Atom tuzilishining Rezerfod-Bor modeli va uning kamchiliklari. Atomning nur chiqarishi va yutishi. Majburiy va spontan nurlanish. Lazerlarning tuzilishi va qo’llanilishi. Yadro tarkibi va strukturasi. Tabiiy va sun’niy radioaktivlik. Massa deffekti. Yadroning bog’lanish energiyasi. Termoyadro reaksiyasi va uni boshqarish muammolari. Elementar zarrachalar fizikasi.
Tayanch iboralar: Majburiy va spontan nurlanish, lazer, radioaktivlik, , ,  nurlanish, massa deffekti, termoyadro reaksiya.
Bizni o’rab olgan olam va undagi moddalar qanday tuzilgan? u qanday tarkibiy qismlardan iborat? degan savol bilan olimlar juda qadimdan qiziqib kelishgan. Ioniylar davrida miloddan avval (7-3 asrlar) olamni tashkil etuvchi narsalar asosida to’rt narsa: tuproq, suv, havo va alov yotadi deb aytishgan. Keyinchalik (miloddan avval 4-asrlar) Demokrit moddalar tuzilishining atom nazariyasini yaratdi. Bu nazariya to XIX asrgacha olimlar tomonidan takomillashtirilib kelindi. Tabiatda atomdan kichik (elementar) zarrachalar yo’q deb kelindi. 1896 yilda A.Bekkerel tomonidan tabiiy radioaktivlikni, 1891 yilda elektronning ochilishi atomning elementarligi to’g’risidagi fikrlarning barbod bo’lishiga olib keladi. Ushbu tajriba natijalari asosida Tomson atom madelini yaratdi. Uning fikricha atom musbat zaryadli “Flyuid-efir” ya’ni uzluksiz muhitdan iborat bo’lib, manfiy zaryadli elektronlar ushbu muhitda ma’lum tartibda joylashgan deb taxmin qildi. Atomning Tomson modeli klassik fizika qonunlariga asoslanib atomda kechadigan bir qator jarayonlarni izohlab bera olsada, ba’zi hodisalarni tushuntirishga ojizlik qilar edi.
Tabiiy radioaktivlikning ochilishi atom tarkibida musbat zaryadli zarrachalar ham borligidan dalolat berar edi. 1906 yillarda ingliz fizigi Rezerford va uning shogirdlari o’tkazgan tajribalarga asoslanib atomning “Planetar” modeli yaratishdi. Ushbu modelga asosan atom musbat zaryadli yadrodan (r~10¹³sm), va uning atrofida berk orbitalar bo’yicha (r~10^-8sm) joylashgan manfiy zaryadli elektronlardan tashkil topgan ekan. Atomning Rezerford modeli klassik elektrodinamika qonuniga ko’ra turg’un holatda bo’la olmaydi. Rezerford modelining kamchiligini N. Bor tuzatdi va u o’zining uchta postulotini taklif etadi.
1. postulati: Elektronlar atom yadrosi atrofida faqat mumkin bo’lgan aniq energiyali stasionar orbitalar bo’ylab harakatlanadi.
2. postulati: Elektron stasionar orbitada harakatlanayotganda uning impulsi momenti faqat karrali qiymatlarni ola oladi.
n-orbitaning tartib raqami, m₀-elektron massasi, uning tezligi r_n-orbita radiusi, h-Plank doimiysi.


3. postulati: elektron bir stasionar orbitadan boshqasiga o’tganda, atom o’zidan yorug’lik kvantini (foton) chiqaradi.



R-Ridberg doimiysi deyiladi.

Atom uyg’ongan holatda turg’un bo’lmayda, u 10^-8s ichda turg’un holatga o’tganda kvant energiyasini (foton) chiqaradi. Bunga atomning spontan (o’z- o’zidan) nurlanishi deb ataladi.

1905 yilda A. Eynshteyn atom spontan nurlanish bilan birgalikda majburiy nurlanishi ham mumkin degan g’oyani ilgari surdi. Atomning majburiy nurlanishi juda ko’p olimlar tomonidan o’rganildi. Bu ilmiy izlanishlar natijasida 1954 yilda rus fiziklari A. M. Proxorov, N. G. Basov va amerikalik olimlar Ch. Tauns va Shavlovlar tomonidan atomning majburiy nurlanishiga asoslangan lazer asbobi yaratildi. 1963 yilda lazer ixtirochilariga Nobel mukofoti berildi.
Lazer asboblarini elektromagnit to’lqin shkalasining barcha sohalarida yaratish imkoniyati bor. Ammo hozircha radio to’lqinlar, infraqizil, ko’rinish va ultrabinafsha nurlar sohasida yaratilgan. Kelajakda rentgen, va -nurlanish diapazonida nur chiqara oladigan lazerlar yaratish bo’yicha ilmiy izlanishlar olib borilmoqda.
Lazer asboblari hozirgi kunda, radio, televizor, medisina, qishloq xo’jaligi, harbiy maqsadlarda va sanoatning turli tarmoqlarida ishlatilmoqda.


Yadro tarkibi va strukturasi.
Atom tuzilishi oydinlashgach, olimlarni endi yadro tarkibi va tuzilishi qiziqtira boshladi. Klassik nazariyaga asosan musbat zaryadli protonlar juda kichik hajmli (r~10^-13cm) yadroda bo’lishi Kulon qonunigi ko’ra mumumkin emas edi.
Musbat zaryadli protonlarni yadroda tutib turuvchi yana boshqa bir zarracha bo’lishi kerak degan fikr paydo bo’ldi. Kvant mexanikasidagi Geyzenberg noaniqligi elektronning yadro tarkibiga kirishini inkor etar edi.
D. Chedvik tomonidan massasi proton massaga yaqin, ammo zaryadsiz zarracha neytron ochildi. Shundan so’ng yadroning proton-neytron modeli D. Ivakenko va Geyzenberglar tomonidan ilgari surildi.
Bitta proton va neytron birgalikda nuklon deb ataldi. Nuklonlar bir-birlari bilan yadro kuchi orqali bog’langan. Bu kuch tabiatini klassik fizika doirasida izohlash mumkin emas ekan. Bu kuchli o’zaro ta’sir nazariyasi E. Fermi tomonidan ilgari surildi.
Yadroda doimo proton-neytronga va neytron-protonga aylanib turar ekan. Ushbu aylanish vaqtida nuklonlar -mezonlar bilan o’zaro almashinib turadi.
Bunday o’zaro almashinuvni faqat kvant nazariyasi doirasida tushuntirish mumkin va bunday almashinuv nuklonlar o’rtasida kuchli o’zaro ta’sirni ya’ni tortishuvni yuzaga keltirar ekan. Bunga yadro bog’lanish energiyasi deb atalib, yadroning turg’unligini ta’minlaydi. Yadroning bog’lanish energiyasi nisbiylik nazariyasining massa bilan energiya orasidagi bog’lanish formulasi
Ye=mc²
orqali hisoblash mumkin bo’ladi.
m=(Zm_p+(A-Z)m_l)-M_ya ga massa deffekti deyiladi, S- yorug’likninig vakuumdagi tezligi, A-Z=N-neytronlar soni, Z-yadrodagi protonlar soni, A-yadroning massa soni
Doimo: Zm_p+(A-Z)m>M_ya.


Yadroning zanjir reaksiyasi.

Agar og’ir yadrolar ni neytronlar bilan bombardimon qilsak uran yadrosi parchalanib 200MEV yadro energiyasi ajralib chiqadi.

parchalanish jarayonida hosil bo’lgan uchta neytron zarrachasi navbatdagi uran yadrolarini parchalashga ishtirok etadi. Tezda uzluksiz zanjir reaksiyasi yuzaga keladi yoki portlash sodir bo’ladi. Zanjir reaksiyaning borishi (kuchayishi yoki susayishi) neytronlarnig ko’payishi koeffisiyenti K bilan belgilanadi. agar k>1 bo’lsa zanjir reaksiyasi kuchayadi. N_i-ikkilamchi, N_i-1-birlamchi neytronlar soni K1 bo’lsa, ikkilamchi neytronlar soni birlamchi neytronlar sonidan kichik bo’lib, zanjir reaksiya susayadi. K=1 bo’lsa zanjir reaksiyasi bir xil darajada saqlanadi.
Odatda neytronlar soni grafit, kadmiy, bor yoki og’ir suv yordamida sekinlashtiriladi va zanjir reaksiyasi boshqarilib turiladi. Kadmiy, bor, grafit va og’ir suv (D₂0) neytronlarni yaxshi yutadi.


Termoyadro reaksiyasi.

Yengil yadrolarning qo’shilishi natijasida atomning zanjir reaksiyasidagi energiyadan bir necha borobar ko’proq energiya ajralib chiqar ekaan. Bunga termoyadro reaksiyasi deyiladi.

Masalan:

Termoyadro reaksiyasiga asoslanib vodorod bombolari yaratildi. U atom bombosidan bir necha borabor kuchliroq ekan. Ammo termoyadro reaksiyasini xuddi atomning zanjir reaksiyasi kabi boshqarish hanuzgacha hal etilgan emas. Agar termoyadro reaksiyasini boshqara olsak, biz bitmas-tugamas energiya zahirasiga ega bo’lishimiz mumkin. Bu sohada hozirgi payta fizik olimlar tomonidan jiddiy izlanishlar olib borilmoqda.


Elementar zarrachalar.

Ementar zarrachalarni tinch xolatdagi massasi m₀ ga ko’ra 4 sinfga bo’lish mumkin.

1. 
   Fotonlar (m₀=0).
   
2. 
   Leptonlar yoki yengil zarralar (00m_e)
   

3. Mezonlar yoki o’rtacha og’irlikdagi zarralar (m_e0p)
4. Barionlar yoki og’ir zarralar (m_e0d)
Bu yerda m_e, m_p, m_d-elektron, proton, deytron massa
Barcha elementar zarralar antizarra ko’rinishda ham mavjud bo’lar ekan. Zarra va antizarraning massasi, elektr zaryadi bir xil bo’lib, faqat zaryad ishorasi bilan farq qilar ekan.

Zarra va antizarracha bilan to’qnashsa, neytral zarracha -kvanti hosil bo’ladi. Bunga zarrachalar anniglyasiyasi deyiladi.
Masalan: