【ฉบับพิมพ์โดยคนจีน】ฟิสิกส์มัธยมปลาย ภาคบังคับเลือก ภาคเรียนที่สาม

📚 สรุปเนื้อหา

หนังสือเรียนเล่มนี้เป็นส่วนที่สามของชุดวิชาฟิสิกส์เพื่อมัธยมศึกษาตอนปลาย ซึ่งครอบคลุมหัวข้อหลัก เช่น ทฤษฎีโมเลกุลเคลื่อนที่ สถานะของสสารและการเปลี่ยนแปลง กฎของเทอร์โมไดนามิกส์ โครงสร้างอะตอม ความเป็นคลื่นและอนุภาค และฟิสิกส์นิวเคลียร์ เพื่อพัฒนาทักษะทางวิชาการด้านฟิสิกส์ของนักเรียน

ค้นพบความลับของปรากฏการณ์เทอร์โมไดนามิกส์ในระดับใหญ่และควอนตัมในระดับเล็ก ทำความเข้าใจกฎพื้นฐานของโลกฟิสิกส์

ผู้แต่ง: เพิง เฉินเฉิง, หวาง ชูป๋อ

ขอบคุณ: คณะกรรมการตรวจสอบหนังสือเรียนแห่งชาติ ผ่านการตรวจสอบโดยคณะกรรมการผู้เชี่ยวชาญ (2019)

🎯 เป้าหมายการเรียนรู้

1. เข้าใจองค์ประกอบในระดับไมโคร: อธิบายเนื้อหาหลักของทฤษฎีโมเลกุลเคลื่อนที่ จัดการการคำนวณเกี่ยวกับค่าคงที่อาโวการ์โดโร และเข้าใจหลักการวัดขนาดโมเลกุลโดยวิธีการฟิล์มน้ำมัน
2. วิเคราะห์การเคลื่อนที่และความแรง: แยกแยะระหว่างการเคลื่อนที่บรอนน์กับการเคลื่อนที่ความร้อน รวมถึงอธิบายพฤติกรรมของแรงดึงดูดและแรงผลักดันระหว่างโมเลกุลตามระยะห่าง
3. จัดการแนวโน้มทางสถิติ: ใช้มุมมองทางสถิติอธิบายกลไกที่ทำให้เกิดแรงดันของก๊าซในระดับไมโคร และวิเคราะห์ผลกระทบของอุณหภูมิต่อภาพการกระจายความเร็วโมเลกุล
4. เข้าใจและสามารถประยุกต์ใช้กฎของบอยล์ กฎของชาลส์ และกฎของเก-ลูแซกก์ เพื่อแก้ปัญหาสถานะของก๊าซจริง
5. ใช้สมการสถานะของก๊าซอุดมคติ \frac{pV}{T}=C ได้อย่างคล่องแคล่ว และอธิบายสาเหตุของแรงดันก๊าซจากมุมมองไมโคร
6. แยกแยะความแตกต่างทางฟิสิกส์ระหว่างผลึกกับไม่ผลึก พร้อมเข้าใจความสมมาตรและความไม่สมมาตรของโครงสร้างไมโครในผลึก
7. เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างงาน ความร้อน และการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน จัดการสูตรของกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์ \Delta U = Q + W และสามารถคำนวณเชิงปริมาณได้
8. อธิบายได้ว่าทำไมแม้แต่เครื่องจักรหมุนเวียนประเภทที่หนึ่งและประเภทที่สองก็ไม่สามารถสร้างขึ้นได้ จากมุมมองของการเปลี่ยนรูปพลังงานและทิศทาง
9. เข้าใจการแสดงออกของกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ในรูปแบบของคราวซิอุสและเคิลวิน พร้อมตระหนักถึงทิศทางของกระบวนการในระดับมาโครและหลักการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี
10. เข้าใจแนวคิดควอนตัมสำคัญ เช่น ควอนตัมพลังงาน โฟตอน และระดับพลังงาน รวมถึงนำสูตรพลังงานของพลังค์และสมการอิเล็กโทรนิกของไอน์สไตน์ไปใช้แก้ปัญหาฟิสิกส์ได้

🔹 บทเรียนที่ 1: ทฤษฎีโมเลกุลเคลื่อนที่และธรรมชาติในระดับไมโคร

บทนำ: บทเรียนนี้มุ่งเน้นการเปิดเผยธรรมชาติของปรากฏการณ์เทอร์โมไดนามิกส์ในระดับมาโครผ่านมุมมองไมโคร ครอบคลุมตั้งแต่แนวคิดพื้นฐานของโมเลกุล การเคลื่อนที่ความร้อน การเคลื่อนที่บรอนน์ ไปจนถึงลักษณะเชิงกลของแรงระหว่างโมเลกุล พร้อมทั้งใช้การทดลองฟิล์มน้ำมันเพื่อประมาณขนาดโมเลกุลอย่างเชิงปริมาณ และใช้หลักการทางสถิติอธิบายการกระจายความเร็วโมเลกุลและกลไกการเกิดแรงดันของก๊าซ

ผลการเรียนรู้:

• เข้าใจองค์ประกอบในระดับไมโคร: อธิบายเนื้อหาหลักของทฤษฎีโมเลกุลเคลื่อนที่ จัดการการคำนวณเกี่ยวกับค่าคงที่อาโวการ์โดโร และเข้าใจหลักการวัดขนาดโมเลกุลโดยวิธีการฟิล์มน้ำมัน
• วิเคราะห์การเคลื่อนที่และความแรง: แยกแยะระหว่างการเคลื่อนที่บรอนน์กับการเคลื่อนที่ความร้อน รวมถึงอธิบายพฤติกรรมของแรงดึงดูดและแรงผลักดันระหว่างโมเลกุลตามระยะห่าง
• จัดการแนวโน้มทางสถิติ: ใช้มุมมองทางสถิติอธิบายกลไกที่ทำให้เกิดแรงดันของก๊าซในระดับไมโคร และวิเคราะห์ผลกระทบของอุณหภูมิต่อภาพการกระจายความเร็วโมเลกุล

🔹 บทเรียนที่ 2: การเปลี่ยนแปลงสถานะของสสารและกฎของก๊าซอุดมคติ

บทนำ: หน่วยนี้ครอบคลุมการพัฒนาตั้งแต่กฎการทดลองของก๊าซ ไปสู่สมการสถานะของก๊าซอุดมคติ โดยสำรวจโครงสร้างไมโครและคุณสมบัติมาโครของของแข็งและของเหลวอย่างลึกซึ้ง ผ่านแนวทาง "แบบจำลองอุดมคติ" ของวิทยาศาสตร์ รวมถึงเชื่อมโยงปรากฏการณ์เทอร์โมไดนามิกส์มาโครกับทฤษฎีโมเลกุลเคลื่อนที่ในระดับไมโคร พร้อมขยายไปสู่การประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยีสมัยใหม่ เช่น จอแสดงผลเหลวผลึก

ผลการเรียนรู้:

• เข้าใจและสามารถประยุกต์ใช้กฎของบอยล์ กฎของชาลส์ และกฎของเก-ลูแซกก์ เพื่อแก้ปัญหาสถานะของก๊าซจริง
• จัดการสมการสถานะของก๊าซอุดมคติ \frac{pV}{T}=C ได้อย่างคล่องแคล่ว และอธิบายสาเหตุของแรงดันก๊าซจากมุมมองไมโคร
• แยกแยะความแตกต่างทางฟิสิกส์ระหว่างผลึกกับไม่ผลึก พร้อมเข้าใจความสมมาตรและความไม่สมมาตรของโครงสร้างไมโครในผลึก

🔹 บทเรียนที่ 3: กฎของเทอร์โมไดนามิกส์และกฎการอนุรักษ์พลังงาน

บทนำ: หน่วยนี้ครอบคลุมกฎหลักที่ศึกษาปรากฏการณ์ความร้อนจากมุมมองการเปลี่ยนรูปพลังงาน ผ่านการทดลองของจูล ซึ่งยืนยันความเท่าเทียมกันระหว่างงาน ความร้อน และการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน นำไปสู่การสร้างกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์ ในขณะเดียวกัน ยังศึกษาทิศทางของกระบวนการตามกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ ซึ่งเปิดเผยเหตุผลที่พลังงานมีคุณภาพลดลง และเครื่องจักรหมุนเวียนไม่สามารถสร้างขึ้นได้

ผลการเรียนรู้:

• เข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างงาน ความร้อน และการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายใน จัดการสูตรของกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์ \Delta U = Q + W และสามารถคำนวณเชิงปริมาณได้
• อธิบายได้ว่าทำไมแม้แต่เครื่องจักรหมุนเวียนประเภทที่หนึ่งและประเภทที่สองก็ไม่สามารถสร้างขึ้นได้ จากมุมมองของการเปลี่ยนรูปพลังงานและทิศทาง
• เข้าใจการแสดงออกของกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ในรูปแบบของคราวซิอุสและเคิลวิน พร้อมตระหนักถึงทิศทางของกระบวนการในระดับมาโครและหลักการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี

🔹 บทเรียนที่ 4: โครงสร้างอะตอมและคลื่น-อนุภาค

บทนำ: หน่วยนี้สำรวจการเปลี่ยนผ่านจากฟิสิกส์คลาสสิกสู่ฟิสิกส์ควอนตัม โดยเน้นประเด็นหลักคือลักษณะ "ควอนตัม" ของโลกไมโคร บทเรียนเริ่มจากแนวคิดพลังงานควอนตัม ผ่านปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกที่พิสูจน์ความเป็นอนุภาคของแสง แล้วดำเนินต่อไปยังโมเดลอะตอมของรูเธอร์ฟอร์ด และทฤษฎีการเปลี่ยนระดับพลังงานของโบห์ร จนกระทั่งสร้างแนวคิดคลื่นของสสารและกรอบของกลศาสตร์ควอนตัม

ผลการเรียนรู้:

• เข้าใจแนวคิดควอนตัมสำคัญ เช่น ควอนตัมพลังงาน โฟตอน และระดับพลังงาน รวมถึงนำสูตรพลังงานของพลังค์และสมการอิเล็กโทรนิกของไอน์สไตน์ไปใช้แก้ปัญหาฟิสิกส์ได้
• จัดการปรากฏการณ์และความสำคัญของการทดลองการกระเจิงอนุภาคอัลฟา ทำความเข้าใจโมเดลโครงสร้างนิวเคลียสของอะตอม และทฤษฎีการเปลี่ยนระดับพลังงานของโบห์ร
• เข้าใจความหมายทางกายภาพของความเป็นคลื่น-อนุภาค รู้จักทฤษฎีคลื่นของสสารของเดอบรอยล์ และการประยุกต์กลศาสตร์ควอนตัมในเทคโนโลยีสมัยใหม่

🔹 บทเรียนที่ 5: ฟิสิกส์นิวเคลียร์และอนุภาคพื้นฐาน

บทนำ: บทเรียนนี้ครอบคลุมการขยายผลของกลศาสตร์ควอนตัมต่อฟิสิกส์ของของแข็ง ไปจนถึงการสำรวจโลกภายในนิวเคลียสอย่างละเอียด รวมถึงปรากฏการณ์การแผ่รังสีธรรมชาติ กฎการสลายตัวของนิวเคลียส ปฏิกิริยานิวเคลียร์ (การแตกตัวและการรวมตัว) และการประยุกต์ใช้ในพลังงานและการแพทย์ รวมถึงขยายไปสู่อนุภาคพื้นฐานที่ลึกที่สุดของสสารและโมเดลควาร์ก

ผลการเรียนรู้:

• เข้าใจการประยุกต์ใช้: รู้จักบทบาทของกลศาสตร์ควอนตัมต่อฟิสิกส์ของของแข็ง (เช่น เซมิคอนดักเตอร์ ชิป) จัดการการใช้ไอโซโทปที่แผ่รังสีในทางการแพทย์และอุตสาหกรรม
• จัดการกฎระเบียบ: เขียนสมการปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้อย่างคล่องแคล่ว จัดการกฎการอนุรักษ์เลขมวลและเลขประจุ รวมถึงเข้าใจความหมายเชิงสถิติของครึ่งชีวิต
• การสำรวจพลังงาน: อธิบายหลักการของปฏิกิริยาโซนิกฟิชชันแบบห่วงโซ่และปฏิกิริยาฟิวชัน รู้จักความก้าวหน้าล่าสุดของปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ควบคุม (การควบคุมด้วยสนามแม่เหล็กและการควบคุมด้วยการเฉื่อย)