2.2. Содержание специальных компетенций студентов педагогических вузов при изучении квантовой физики

Как и любая дисциплина, «Квантовая физика» направлена на достижение студентами поставленных целей и выполнение определённых требований к усвоению дисциплины. Согласно требованиям федерального государственного образовательного стандарта [76] и содержания дисциплины в результате освоения квантовой физики студент должен знать определённые физические явления и законы; границы их применимости, основные физические величины и физические константы, их определение, смысл, способы и единицы их измерения; фундаментальные физические опыты; назначение и принципы действия важнейших физических приборов, уметь: объяснить наблюдаемые явления и эффекты с позиций квантовой физики; указать, какие законы описывают данное явление или эффект; истолковывать смысл физических величин и понятий; записывать уравнения для физических величин в международной системе единиц измерения (СИ); работать с приборами и оборудованием современной физической лаборатории; использовать различные методики физических измерений и обработки экспериментальных данных; использовать методы адекватного физического и математического моделирования, а также применять методы физико-математического анализа к решению конкретных естественнонаучных и технических проблем, владеть: физической терминологией; основными понятиями и законами квантовой физики; методами научного исследования. Рассмотрим подробнее, как формулируются специальные компетенции в рамках дисциплины «Квантовая физика» в терминах «знать», «понимать», «уметь», «владеть» по следующим разделам:

- тепловое излучение,

- квантовая природа света,

- атом Резерфорда-Бора,

- волновые свойства частиц вещества,

- атом водорода в квантовой физике,

Тепловое излучение

Студенты при изучении раздела «Тепловое излучение» дисциплины «Квантовая физика» должны:

- знать физические величины и единицы их измерения: спектральная плотность (излучательная способность) энергетической светимости, интегральная энергетическая светимость, спектральная поглощательная способность, испускательная способность, энергетическая светимость черного тела, объемная плотность энергии излучения, радиационная температура, цветовая температура, яркостная температура, спектральный коэффициент отражения, спектральный коэффициент пропускания, спектральный коэффициент поглощения;

- знать понятия: сплошной спектр, равновесное излучение, абсолютно черное тело, серое тело, обычное тело, квант, оптическая пирометрия, стационарное состояние, ультрафиолетовая катастрофа;

- знать виды излучения: тепловое (температурное) и люминесценция;

- знать виды люминесценции: хемилюминесценция, электролюминесценция, катодолюминесценция, фотолюминесценция, рентгенолюминесценция, радиолюминесценция, триболюминесценция, кандолюминесценция;

- знать закон Кирхгофа, закон Стефана-Больцмана, закон смещения Вина, формулу Рэлея-Джинса, формулу Планка, условие равновесия между излучением и черным телом;

- знать постоянную Стефана-Больцмана, постоянную Вина, постоянную Планка;

- знать устройство и принцип действия пирометров;

- знать, что спектральная поглощательная способность черного тела равна 1; знать, что черных тел в природе не существует;

- знать, что энергия излучается порциями;

- знать, что сумма спектральных коэффициентов (отражения, пропускания, поглощения) равна 1;

- уметь объяснять модель абсолютно черного тела;

- уметь приводить примеры использования свечения раскаленных тел, люминесценции;

- уметь вычислять плотность энергетической светимости, интегральную энергетическую светимость, спектральную поглощательную способность;

- уметь вычислять длину волны по скорости её распространения частоте;

- уметь читать графики зависимости спектральной плотности энергетической светимости от длины волны (частоты);

- уметь выводить формулу Планка;

- уметь выводить из интерполяционной формулы Планка закон Рэлея-Джинаса и закон Вина;

- уметь пользоваться оптическим пирометром ОПИАР-017, вольтметром, амперметром, выпрямителем;

- уметь определять цену деления шкал измерительных приборов: амперметра, вольтметра, пирометра;

- уметь экспериментально оценивать постоянную Стефана-Больцмана;

- уметь измерять пирометром яркостную температуру.