Комментарии к традиционным экзаменационным вопросам

Раздел V. Атомное ядро

46. Ядро. Состав ядра. Характеристики нуклонов.

Физику атомного ядра, логичнее изучать после физики элементарных частиц. Кроме того, данный вопрос странно обсуждать без следующего (вопроса 47). Говорить о том, что ядро состоит из нуклонов и не говорить что их там удерживает? Говорить о характеристиках нуклонов и не говорить о кварках?

47. Ядерные силы, их свойства. Энергия связи. Способы выделения энергии ядра.

Термин "ядерные силы" несколько устарел. Описывать сильное взаимодействие нуклонов как действие некоторых (ядерных) сил сложно и не совсем правильно. С 1970 г. квантовая хромодинамика утвердилась как общепризнанная теория сильных взаимодействий. Именно она и должна лежать в основе описания сильных взаимодействий. Кроме того, приводить в точной науке, какой является физика, описание свойств ядерных сил, как в ботанике описывают цветочки, несколько странно. Таким описанием можно обходиться только в курсе естествознания для гуманитариев. Не следует говорить, что ядерные силы являются короткодействующими силами и, при этом, не говорить, как именно они зависят от расстояния. Часто указывают, что ядерные силы зависят от спинов, и не говорят, как именно они зависят от этих спинов. Тем более ошибочно говорить об обменном характере, считая переносчиками сильного взаимодействия пи-мезоны. Переносчиками сильных взаимодействий являются глюоны.

Энергию связи следует обсуждать прежде всего в релятивистской механике. Если и оставлять "энергия связи", то желательно добавить "дефект массы". А вот вопрос "Способы выделения энергии ядра" не является фундаментальным, и его можно убрать.

48. Естественная, искусственная радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Понятия: постоянная радиоактивного распада, период полураспада, среднее время жизни радиоактивного препарата.

Во-первых, кажется излишним в вопросе перечислять все возможные понятия, от этого формулировка вопроса становится громоздкой.

Во-вторых, данный вопрос об радиоактивности и вопросы (49-51) о ядерных alpha, beta, gamma распадах можно объединить в один.

В-третьих, более желательными (более фундаментальными) представляются вопросы о различных распадах элементарных частиц.

49. Альфа, бета, гамма - излучения, их свойства и природа.

Что это за такая "природа"? Такого понятия в физике нет. Правильнее говорить о свойствах излучения. Данный вопрос изучается в школе (Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика. Учеб. для 11 кл. сред. шк. 2-ое изд.М.: Просвещение, 1993. параграфы 78-80. (стр.191-197.)) и незачем его дублировать. Это же не уравнения Ньютона. В любом случае нет необходимости свойства альфа, бета, гамма излучений выделять в отдельный вопрос. Можно его упомянуть в общем вопросе об альфа, бета, гамма распадах ядер.

50. Альфа-распад, природа и закономерности альфа-распада.

Нужно заменить слово "природа" на "свойства" и объединить с вопросами 49-51.

51. Бета-распад, природа и закономерности бета-распада. Нейтрино, антинейтрино.

Следует заменить слово "природа" на "свойства" и объединить с вопросами 49-51. Зачем "Нейтрино" вынесли в формулировку вопроса. Следует написать "Электронное нейтрино", так как есть разные частицы "нейтрино" и они имеют двойные названия. Если указали нейтрино, то почему нигде не говориться о позитроне. Отметим, что нейтрино имеет массу. Японские экспериментаторы это уже доказали.

52. Ядерные реакции, их закономерности. Энергетический выход реакций. Реакции деления. Реакции синтеза.

Закономерностей у ядерных реакций нет. Точнее говорить о законах. Но законы здесь обыкновенные - законы сохранения. При этом здесь "энергетический выход" не является основным понятием. Здесь видимо имеется ввиду дефект массы, который следует обсуждать вместе с энергией связи (вопрос 47). Данный вопрос можно объединить с вопросами о распадах ядер.

53. Современные представления о строении материи. Фундаментальные виды взаимодействий в природе.

Во-первых, современные представления о строении материи описываются во всем курсе общей физики, а не в одном экзаменационном вопросе. Во-вторых, слова "материя" и "природа" здесь неуместны. Лучше говорить о веществе, а не о материи. В-третьих, фундаментальные взаимодействия не делятся на "виды" и подвиды. Их обычно делят на типы. Более того, лучше говорить не "Фундаментальные виды взаимодействий", а просто "Фундаментальные взаимодействия". Это связано с тем, что электромагнитные и слабые взаимодействия являются проявлением одного и того же взаимодействия (доказано в экспериментах), аналогично электрическому и магнитному, объединенным в электромагнитное.

Фундаментальные элементарные частицы разбиваются на два типа - на частицы вещества, и на частицы - переносчики взаимодействий. Фундаментальными элементарными частицами вещества являются лептоны и кварки, которые являются фермионами. Фундаментальными частицами, которые переносят взаимодействия, являются калибровочные бозоны (фотон, W^\pm- и Z-бозоны, глюоны, гравитоны).

Общие замечания к разделу V.

Подборка вопросов раздела V, посвященного ядерной физике, такая же как и пятьдесят лет назад. При этом возраст самой ядерной физики равен приблизительно шестидесяти годам. В результате такой подбор материала для экзаменационных вопросов порождает неправильные представления у студентов.

Удивляет отсутствие даже упоминания о релятивистской квантовой механике. Ни словечка из почти пятисот слов в приведенных экзаменационных вопросах. А простейшее уравнение (уравнения Клейна-Гордона) не сложнее волнового уравнения, изучаемого в разделе электричество и магнетизм.

Физика элементарных частиц одна из самых фундаментальных физических наук - наука о фундаментальных частицах и фундаментальных взаимодействиях. Почему так мало вопросов по физике элементарных частиц? Всего один вопрос! В тоже время, пять вопросов по полупроводникам (37-41). Еще пяток вопросов из III-го раздела слегка переформулировать и получится полноценный спецкурс по физике полупроводников. Зачем столько полупроводников в курсе общей физики, предназначенном для студентов всех специальностей? По три вопроса о тепловых свойствах твердых тел (43-45), и о тепловом излучении (1-3).

По два вопроса о волнам де Бройля (8-9), о рентгеновском излучении (27-28), о корпускулярно-волновом дуализме (6-7). Явно не хватает полноценного раздела по физике элементарных частиц и фундаментальным взаимодействиям.

Полезен так же раздел по квантовым полям. Это связано с тем, что одной из основных целей курса общей физики является формирование целостной физической картины мира. Современная физическая картина мира является квантово-полевой и синергетической.

Для проведение лабораторных работ по физике элементарных частиц можно использовать компьютерный пакет аналитических и численных вычислений CompHEP , созданный ведущими специалистами НИИ ядерной физики МГУ.