General physics
Об уроке
Learning Objectives:

Learning Objectives

  • Understand the basic principles of quantum physics, including wave-particle duality and quantization of energy.
  • Explore key phenomena such as the photoelectric effect and quantum tunneling.
  • Apply quantum principles to solve problems in atomic and molecular physics.
Перевод
  • Кванттық физиканың негізгі принциптерін, соның ішінде толқын-бөлшек дуализмін және энергияның квантизациясын түсіну.
  • Фотоэлектрлік эффект және кванттық туннелдеу сияқты негізгі құбылыстарды зерттеу.
  • Атомдық және молекулалық физикадағы есептерді шешу үшін кванттық принциптерді қолдану.
Language Goals:

Language Goals

  • Learn scientific terms related to quantum physics.
  • Practice explaining quantum phenomena in English.
  • Enhance comprehension of scientific texts about quantum mechanics.
Перевод
  • Кванттық физикаға қатысты ғылыми терминдерді үйрену.
  • Кванттық құбылыстарды ағылшын тілінде түсіндіруді тәжірибелеу.
  • Кванттық механика туралы ғылыми мәтіндерді түсіну дағдыларын жетілдіру.
Terminology:

Terminology

Term (English) Translation (Kazakh)
Quantum Квант
Photon Фотон
Wave-Particle Duality Толқын-бөлшек дуализмі
Superposition Суперпозиция
Quantum Tunneling Кванттық туннелдеу
Glossary:

Glossary

Quantum: The smallest discrete amount of energy that can be transferred or absorbed.

Перевод
Энергияның берілуі немесе сіңірілуі мүмкін ең кіші дискретті мөлшері.

Photon: A quantum of electromagnetic energy that behaves like a particle.

Перевод
Электромагниттік энергияның бөлшек сияқты әрекет ететін кванты.

Wave-Particle Duality: The concept that particles like electrons exhibit both wave and particle properties.

Перевод
Электрондар сияқты бөлшектер толқын және бөлшек қасиеттерін көрсететін ұғым.

Superposition: The principle that a quantum system can exist in multiple states simultaneously.

Перевод
Кванттық жүйе бірнеше күйде бір уақытта бола алатын принцип.

Quantum Tunneling: A phenomenon where particles pass through barriers that they classically should not overcome.

Перевод
Бөлшектердің классикалық түрде еңсере алмайтын кедергілерден өту құбылысы.
Theory:

Theory

Quantum physics is the branch of physics that deals with phenomena on very small scales, such as atoms and subatomic particles. Key principles include:

  • Wave-Particle Duality: Particles such as electrons and photons exhibit both particle and wave properties. For example, electrons can form interference patterns in a double-slit experiment.
  • Quantization: Energy is transferred in discrete units called quanta, as seen in the photoelectric effect.
  • Superposition: A particle can exist in multiple states simultaneously until observed.

The Schrödinger equation describes how quantum systems evolve over time:

iħ(∂ψ/∂t) = Ĥψ

Where ψ is the wavefunction, Ĥ is the Hamiltonian operator, and ħ is the reduced Planck constant.

Перевод

Кванттық физика — атомдар мен субатомдық бөлшектер сияқты өте кіші масштабтағы құбылыстарды зерттейтін физика саласы. Негізгі принциптер:

  • Толқын-бөлшек дуализмі: Электрондар мен фотондар сияқты бөлшектер толқын және бөлшек қасиеттерін көрсетеді. Мысалы, электрондар қос саңылау тәжірибесінде интерференциялық өрнектерді құра алады.
  • Квантизация: Энергия квант деп аталатын дискретті бірліктерде беріледі, бұл фотоэлектрлік эффектте байқалады.
  • Суперпозиция: Бөлшек бақыланғанға дейін бірнеше күйде бір уақытта болуы мүмкін.

Шредингер теңдеуі кванттық жүйелердің уақыт бойынша қалай дамитынын сипаттайды:

iħ(∂ψ/∂t) = Ĥψ

Мұнда ψ — толқындық функция, Ĥ — Гамильтониан операторы, ħ — қысқартылған Планк тұрақтысы.

Exercises on Memorization:

Exercises on Memorization

  1. Define «quantum» in your own words.
  2. Explain the principle of wave-particle duality.
  3. Match the following terms with their definitions:
    • Photon
    • Superposition
    • Quantum Tunneling
Перевод
  1. «Квант» сөзін өз сөзіңізбен анықтаңыз.
  2. Толқын-бөлшек дуализмі принципін түсіндіріңіз.
  3. Келесі терминдерді олардың анықтамаларымен сәйкестендіріңіз:
    • Фотон
    • Суперпозиция
    • Кванттық туннелдеу
Video Tutorial:

Video Tutorial


Examples:

Examples

Example: Calculate the energy of a photon with a frequency of 5 × 10¹⁴ Hz.

Photon energy example

Solution
Using E = hf:
h = 6.63 × 10⁻³⁴ J·s (Planck constant),
E = (6.63 × 10⁻³⁴)(5 × 10¹⁴) = 3.315 × 10⁻¹⁹ J.
[/p]
Investigation Task:

Investigation Task

Use the simulation below to explore the photoelectric effect:


Answer
Increasing the frequency of light increases the energy of emitted electrons. Lowering the light intensity reduces the number of electrons emitted but not their energy.
Collaborative Activity:

Collaborative Activity

In pairs or groups, discuss the real-world applications of quantum physics in technology, such as quantum computing or medical imaging. Share your findings with the class.

Перевод

Жұпта немесе топта кванттық физиканың технологиядағы нақты қолдануларын, мысалы, кванттық есептеу немесе медициналық бейнелеу сияқты талқылаңыз. Табылған деректеріңізбен сыныппен бөлісіңіз.

Additional Resources:

Additional Resources

Visit Save My Exams for more practice questions and resources on quantum physics.

Reflection:

Reflection

Reflect on today’s lesson by answering the following:

  • What is one key concept you learned about quantum physics?
  • What challenges did you face in understanding quantum phenomena?
  • How can quantum principles be applied in modern technology?
Перевод

Бүгінгі сабақ туралы келесі сұрақтарға жауап бере отырып ой жүгіртіңіз:

  • Кванттық физика туралы қандай негізгі ұғымды білдіңіз?
  • Кванттық құбылыстарды түсінуде қандай қиындықтарға тап болдыңыз?
  • Кванттық принциптер қазіргі технологияда қалай қолданылады?