Fen Bilimleri Öğretmenleri ve Öğretmen Adayları İçin. Modern Fiziğe Giriş. Yaşam Temell Problem Çözümlü

Transkript

1 Fen Bilimleri Öğretmenleri ve Öğretmen Adayları İçin Modern Fiziğe Giriş Yaşam Temell Problem Çözümlü Doç. Dr. Mehmet Altan KURNAZ Yrd. Doç. Dr. Aslı KURNAZ

2 Doç. Dr. Mehmet Altan KURNAZ Yrd. Doç. Dr. Aslı KURNAZ Fen Bilimleri Öğretmenleri ve Öğretmen Adayları İçin MODERN FİZİĞE GİRİŞ Yaşam Temelli Problem Çözümlü ISBN: DOİ / Kitap içeriğinin tüm sorumluluğu yazarlarına aittir. 2017, PEGEM AKADEMİ Bu kitabın basım, yayım ve satış hakları Pegem Akademi Yay. Eğt. Dan. Hizm. Tic. Ltd. Şti.ye aittir. Anılan kuruluşun izni alınmadan kitabın tümü ya da bölümleri, kapak tasarımı; mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik, kayıt ya da başka yöntemlerle çoğaltılamaz, basılamaz, dağıtılamaz. Bu kitap T.C. Kültür Bakanlığı bandrolü ile satılmaktadır. Okuyucularımızın bandrolü olmayan kitaplar hakkında yayınevimize bilgi vermesini ve bandrolsüz yayınları satın almamasını diliyoruz. Pegem Akademi Yayıncılık, 1998 yılından bugüne uluslararası düzeyde düzenli faaliyet yürüten uluslararası akademik bir yayınevidir. Yayımladığı kitaplar; Yükseköğretim Kurulunca tanınan yükseköğretim kurumlarının kataloglarında yer almaktadır. Dünyadaki en büyük çevrimiçi kamu erişim kataloğu olan WorldCat ve ayrıca Türkiye de kurulan Turcademy.com ve Pegemindeks.net tarafından yayınları taranmaktadır, indekslenmektedir. Aynı alanda farklı yazarlara ait 1000 in üzerinde yayını bulunmaktadır. Pegem Akademi Yayınları ile ilgili detaylı bilgilere adresinden ulaşılabilmektedir. 1. Baskı: Aralık 2016, Ankara Yayın-Proje: Özlem Sağlam Dizgi-Grafik Tasarım: Didem Kestek Kapak Tasarımı: Pegem Akademi Baskı: Vadi Grup Ciltevi A.Ş. İvedik Organize Sanayi 28. Cadde 2284 Sokak No:105 Yenimahalle/ANKARA ( ) Yayıncı Sertifika No: Matbaa Sertifika No: İletişim Karanfil 2 Sokak No: 45 Kızılay / ANKARA Yayınevi: Yayınevi Belgeç: Dağıtım: Dağıtım Belgeç: Hazırlık Kursları: İnternet: E-ileti: pegem@pegem.net

3 Oğullarımız Türker ve Türkay İçin

4 ÖN SÖZ İnsanlığın teknolojik gelişiminde temel bilimlerin ve bunlar içinde fiziğin büyük bir yeri olduğu açıktır. Özellikle on yedinci ve yirminci yüzyıllar arası dönemde fizikte görülen gelişmelerle yeni buluşların ortaya koyulduğu ve o dönem buluşlarıyla birlikte insanlığın düşünce tarzının ve sosyal yaşamının yeniden şekillendiği ifade edilebilir. O dönemde yürütülen çalışmalarla başta madde, elektrik ve ışığın doğası olmak üzere pek çok olguya/kavrama açıklık getirilmeye çalışılmış ve o süreçte edinilen bilgilerle ısınma, haberleşme, ulaşım gibi alanlarda halen kullanılabilen teknolojilerin temelleri atılmıştır. Kısa bir dönem olarak kabul edilebilecek on yedinci ve yirminci yüzyıllar arası süreçte fizik biliminde oldukça hızlı gelişmelerin olduğu ve bir bireyin makro dünyasına ilişkin bilinmeyenlerin pek çoğunun anlaşılır kılındığı ortadadır. Fiziğin yirminci yüzyılın başlarında mağrur bir duruş sergilemesinin yanı sıra açıklık getiremediği mikro dünyaya dair gelişmeler karşısındaki yetersizliği merak dolu yeni araştırmalara ve bakış açılarına zemin oluşturmuştur. Çok geçmeden yeni bir bakış açısı ileri sürülmüş ve fizik yirminci yüzyılın başlarından günümüze, mikro dünya da dâhil, bilgilerini daha hızlı ve derinlemesine ilerletmiştir. Elde edilen yeni bilgilerle birlikte fiziğin sosyal yaşamımızdaki etkinliği daha da artmıştır. Hatta yeni fizik bilgileri, düşünce tarzımızı bir kez daha genişletmemizi sağlamıştır. Fizik, günümüzde temel kabulleri, yansımaları ve ilerleme dönemlerini içerecek şekilde klasik fizik ve modern fizik olarak kategorize edilir. Böylelikle fizikte ulaşılan bilgilere anlam yükleme kolaylaşır. Hazırlanan bu ders kitabında, fen bilimleri ile fizik öğretmen ve öğretmen adayları için klasik fizikten modern fiziğe geçiş, aralarındaki ilişki ve modern fiziğin temel bazı konuları sunulmuştur. Kitabın hazırlanmasında yaşam temelli yaklaşım ve çözümlü problemlere yer verme esas alınmıştır. Yaşam temelli yaklaşımla, öğrencilerin bu ders kitabında incelenen konuların, dolayısıyla fiziğin, günlük yaşamımızın içindeki yerini fark etmeleri, Bu konuları niçin öğreniyoruz? Bu bilgiler ne işimize yarayacak? vb. şeklindeki sorulara cevap bulmaları (hatta gerektiğinde ilişkilendirmeler yaparak cevaplayabilmeleri) ve fiziğe karşı olumlu tutum geliştirmeleri hedeflenmiştir. Bu anlamda kitabın bölümleri, öğrenenlerin günlük yaşamlarında ismini duydukları bir bilim insanının veya karşılaşabilecekleri teknolojik bir cihazın betimlenmesini içeren okuma metinleriyle başlamaktadır. Böylelikle öğrenenlerin bölüm konularının içeriğine odaklanmaları ve okuma metninde incelenen kişinin söylemlerine veya incelen

5 cihazın çalışma prensibiyle ilişkili fizik bilgilerini edinmeleri, yani kavramsal öğrenmelerini derinlemesine gerçekleştirmeleri, düşünülmüştür. Ayrıca bölüm içerisinde günlük yaşamdan farklı örneklerle konular bir kez daha yaşam temelli olarak desteklenmiştir. Kitabın yazılmasında planlanan diğer bir yaklaşımsa konuların çok sayıda çözümlü örnek sorularla desteklenmiş olmasıdır. Bu şekilde öğrenenlerin incelenen konuların özellikle işlemsel bilgilerinin pekiştirilmesi düşünülmüştür. Bölüm sonu sorularındaysa tamamlayıcı nitelikte ölçme-değerlendirme sorularına yer verilmiştir. Alan yazına yeni bir heyecan getirmesi dileklerimizle ARALIK-2016 KASTAMONU

6 İÇİNDEKİLER 1. BÖLÜM KLASİK FİZİK - MODERN FİZİK AYRIMI... 1 ISAAC NEWTON... 2 HAZIRLIK SORULARI Giriş Klasik ve Modern Fizik Sınıflandırması... 6 BÖLÜM SONU SORULARI BÖLÜM ÖZEL GÖRELİLİK TEORİSİ...11 KÜRESEL YER BELİRLEME SİSTEMİ...12 HAZIRLIK SORULARI Giriş Galileo nun Görelilik İlkesi Einstein ın Görelilik İlkesi Zaman Genleşmesi Uzunluk Büzülmesi Lorentz Dönüşümleri...38 POZİTRON EMİSYON TOMOGRAFİSİ...44 HAZIRLIK SORULARI Göreli Momentum ve Enerji...47 BÖLÜM SONU SORULARI BÖLÜM MODERN FİZİĞE DOĞRU...63 KIZIL ÖTESİ ATEŞ ÖLÇER...64 HAZIRLIK SORULARI Giriş Madde, Elektrik ve Işık Dalton Atom Modeli Maddenin Temel Bileşenleri ve Elektroliz Deneyi Elektronun Keşfi Thomson Atom Modeli...71

7 viii MODERN FİZİĞE GİRİŞ Yağ Damlası Deneyi Çekirdeğin Keşfi Rutherford Atom Modeli Siyah Cisim Işıması Fotoelektrik Olayı...80 BÖLÜM SONU SORULARI BÖLÜM MODERN FİZİĞE GİRİŞ...97 UZAKTAN KUMANDALAR...98 HAZIRLIK SORULARI Giriş Kuant Kavramı Fotoelektrik Olayına İlişkin Einstein ın Açıklaması Bohr Atom Modeli Compton Olayı de Broglie Hipotezi (Parçacığın Dalga Özelliği) Belirsizlik İlkesi Modern Atom Teorisi Baş Kuantum Sayısı (n) Orbital Kuantum Sayısı (l) Manyetik Kuantum Sayısı (m l ) Spin Kuantum Sayısı (m s ) Elektron Dizilişi BÖLÜM SONU SORULARI BÖLÜM MODERN FİZİKTE BAZI TEMEL KONULAR TARAMALI ELEKTRON MİKROSKOBU HAZIRLIK SORULARI Giriş Atomun Uyarılması Uyarılan Atomun Işıması Floresans ve Fosforesans Lazerler...154

8 İçindekiler ix 5.6. Çekirdeğin Özellikleri Radyoaktivite Alfa (a) Bozunumu Beta (b) Bozunumu Gamma (g) Bozunumu Radyoaktif Bozunma Kanunu Çekirdek Reaksiyonları Fisyon (Çekirdek Parçalanması/Bölünmesi) Füzyon (Çekirdek Kaynaşması) BÖLÜM SONU SORULARI KAYNAKLAR EKLER ÖZGEÇMİŞ İLETİŞİM BİLGİLERİ...192

9 KAYNAKLAR Akarsu, B., Çoşkun, H. ve Kariper, A. İ. (2011). An Investigation on College Students Conceptual Understanding of Quantum Physics Topics. Mustafa Kemal Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 8 (15), Arda, L. Ozturk, O. Asikuzun, E. Ataoglu, S. (2013). Structural and mechanical properties of transition metals doped ZnMgO nanoparticles, Powder Techn. 235, Asikuzun, E., Donmez, A., Arda, L., Cakiroglu, O., Akcan, D., Ozturk, O., Tosun, M., Ataoglu, S., Terzioglu, C. (2015) Structural and mechanical properties of (Co/ Mg) co-doped nano ZnO, Ceramic International, 41, Aygün, E. & Zengin, D.M. (2009). Atom ve Molekül Fiziği, 5. Baskı, Bilim Yayıncılık, Ankara. Baybars, M. G. & Küçüközer, H. (2014). Fen Bilgisi Öğretmen Adaylarının Atom Kavramına İlişkin Kavramsal Anlama Düzeyleri. Eğitim ve Öğretim Araştırmaları Dergisi, 3(4), Makale No: 38. Cassidy, D., Holton, G., & Rutherford, J. (2002). Understanding Physics, Springer-Verlag, New York, US. Chown, M. (2011). Atomların Dansı: Evren Hakkında Bilmemiz Gereken Her Şey, Alfa Basım Yayım Dağıtım, İstanbul. Crowell, B. (2006). Discover Physics, Light and Matter, Fullerton, California. Crowell, B. (2006). Conservation Laws, 2. Baskı, Light and Matter, Fullerton, California. Çelik Sezer, İ. (2016). GPS Hassasiyetinde Santimetre Düzeyine Ulaşıldı. Bilim ve Teknik Dergisi, 580, 7. Didiş, N., Özcan, Ö. ve Abak, M. (2008). Öğrencilerin Bakış Açısıyla Kuantum Fiziği: Nitel Çalışma. Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 34, Fishbane, P. M., Gasiorowicz, S. ve Thornton, S. T., Temek Fizik Cilt I, Çev. Ed. Yalçın, C., Arkadaş Yayınevi, Ankara, Ford, K.W. (2011). 101 Soruda Kuantum: Göremediğimiz Dünya Hakkında Bilmemiz Gereken Her Şey, Alfa Basım Yayım Dağıtım, İstanbul. Görecek Baybars, M. & Küçüközer, H. (2014). Fen Bilgisi Öğretmen Adaylarının Kuantum Fiziğine İlişkin Kavramsal Anlamaları. Muğla Eğitim Fakültesi Dergisi, 1(1). Gündüz, E. (1999). Modern Fiziğe Giriş, Ege Üniversitesi Fen Fakültesi Kitaplar Serisi No: 110, İzmir.

10 186 MODERN FİZİĞE GİRİŞ Gürelli, G., Canbulat, S., & Aldayarov, N. (2015). Fecal Ciliate Composition of Domestic Horses (Equus caballus Linnaeus, 1758) Living in Kyrgyzstan. Zootaxa, 4039 (1), Hewitt, P.G., Concoptual Physics, Addison Wesley, San Francisco, CA, 2006 Ireson, G. (1999). The Quantum Understanding of Pre-University Physics Students. Physics Education, 35 (1), Kahraman, S. ve Demir, Y. (2011). Bilgisayar destekli 3D öğretim materyallerinin kavram yanılgıları üzerindeki etkisi: Atomun yapısı ve orbitaller, Erzincan Eğitim Fakültesi Dergisi, 13(1), Kalyoncu, C., Pektaş, E., Değermenci, A., Kurnaz, M.A., Tütüncü, A., Çakmak, Y. Ve Bayraktar, G. (2010). Ortaöğretim Fizik 10 Ders Kitabı, Devlet Kitapları (2. Baskı). Kelebek Matbaacılık, İstanbul. Kandil İngeç, Ş., Küçüközer, H., Özcan Tatar, A., Özsevgeç, T., Ünlü Yavaş, P., Ünsal, Y., Temiz, B.K., Yavuz, A., Kızılcık, H.Ş. (2014). Genel Fizik III, (Ed. Y. Ünsal ve Ş. Kandil İngeç), Pegem Akademi Yayıncılık, Ankara. Karagöz, Ö. & Sağlam Arslan, A. (2012). İlköğretim Öğrencilerinin Atomun Yapısına İlişkin Zihinsel Modellerinin Analizi. Türk Fen Eğitimi Dergisi, 9(1), Karakale, R. (2006). Atomun İçinde: Kuvantumdan Kuarka Doğa, Biz ve Bilgimiz. Güncel Yayıncılık, İstanbul. Kaya, A. (2010). Fen Bilgisi Öğretmen Adaylarının Işık ve Atom Kavramlarını Anlama Seviyelerinin Tespiti, Erzincan Eğitim Fakültesi Dergisi, 12(1). Keller F. J., Gettys, W. E., Skave M., Fizik 2. cilt (Çev. R. Ömür Akyüz vd.), 3. Baskı, İstanbul, Knight, R. D. (2008). Physics for Scientists and Engineers: A Strategic Approach with Modern Physics and Mastering Physics (2nd Edition), Pearson Education. Komisyon (2012). Ortaöğretim Fizik 12 Ders Kitabı, Devlet Kitapları, 2. Baskı, Korza Yayıncılık, Ankara. Komisyon (2011). LYS Fizik Konu Anlatımlı, Güvender Yayınları, İstanbul. Kurnaz, A., (2009). Trabzon İlinin ve Şebinkarahisar İlçesinin Doğal Radyoaktivite Düzeylerinin Belirlenmesi ve Yıllık Etkin Doz Eşdeğerleri, Doktora Tezi, Karadeniz Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon. Kurnaz, M.A., Değermenci, A., Kalyoncu, C., Pektaş, E., Bayraktar, G., Aydın, U. Ve Moradaoğlu, Y. (2010). Ortaöğretim Fizik 11 Ders Kitabı, Devlet Kitapları (1. Baskı). Özkan Matbaacılık Şti., Ankara. MEB (2007). 9., 10., 11. ve 12. Sınıf Fizik Öğretim Programı, adreslerinden 15 Mayıs 2013 tarihinde alınmıştır. Müller, R. & Wiesner, H. (2002). Teaching Quantum Mechanics on An Instroductory Level. American Journal of Physics, 70(3),

11 Kaynaklar 187 Ohanion, H. C., & Market, J. T. (2007). Physics for Scientists and Engineers. Norton Company Inc. Özdoğan, T., Kara, M., Gümüş, S. & Orbay, M. (2014). Fen Bilgisi ve Fizik Öğretmenliği Programları İçin Modern Fiziğe Giriş, 2. Baskı, Pegem Akademi Yayıncılık, Ankara. Özgür, S. & Bostan, A. (2007). Atom Kavramının Epistemolojik Analizi Ve Öğrencilerin Konu İle İlgili Kavram Yanılgılarının Karşılaştırılması. e-journal of New World Sciences Academy Natural and Applied Sciences, 2(3), Serway, R., & Beichner, R. (2005). Fizik 3 Modern Fizik İlaveli, (Çev. Ed. K. Çolakoğlu), Palme Yayıncılık, Ankara. Taffel, A. (1992). Physics: Its methods and Meanings, Prentice Hall, New York. Tosun, M. Ataoglu, S. Arda, L. Ozturk, O. Asikuzun, E. Akcan, D. Cakiroglu, O. (2014). Structural and mechanical properties of ZnMgO nanoparticles, Mater. Sci. Engineer., 590, Ünlü, P., Erduran Avcı, D., Kandil İngeç, Ş., Budak, M.G. (2014). Modern Fizik, 2. Baskı, Anı Yayıncılık, Ankara. Yıldız, A. (2013). İlköğretim Bölümleri için Modern Fizik. Nobel Akademik Yayıncılık, Ankara. Yıldız, A. & Büyükkasap, E. (2011). Öğretmen Adaylarının Belirsizlik İlkesini Anlama Düzeyleri ve Öğrenme Amaçlı Yazmanın Akademik Başarıya Etkisi. Türk Fen Eğitimi Dergisi, 8(4), Yıldız, A. (2014). Belirsizlik İlkesi Ve Öğretimi. International Periodical For The Languages, Literature and History of Turkish or Turkic, 9(11), Yıldız, A. (2014). Öğretmen Adaylarının c=3.108 M/S Sabitiyle İlgili Görüşleri. The Journal of Academic Social Science Studies, 28, Young, H. D. & Freedman, R. A. (2010). Üniversite Fiziği Cilt-2, (Çev. Ed. H. Ünlü), Pearson Education Yayıncılık, İstanbul. Zafiratos, C. D., Taylor, J. R., & Dubson, M. A. (2008). Modern Fizik, (Çev. Ed. B. Karaoğlu), Okutman Yayıncılık, Ankara. Zitzewitz, P. W., (Writers: Bedwin, C., Brgiht, T., Haas, D.C., Herak, P., Kinsler, M., Kinzer, D., Kramer, C., Lyons, S., Minot, J., Moeckel, S. F., Olney, D.J., Smallfield, J.A.O., Wagner, A.) (2005). Physics: Principles and Problems. The McGraw- Hill Companies, US.

12 188 MODERN FİZİĞE GİRİŞ Yararlanılan İnternet Siteleri html html#ixzz3v825rcpx

13 Kaynaklar Uyar%26%23305%3Blmas%26%23305%3B.htm dosyalar/2014_03/ _atommodelleri.pdf d41b33cc1e9467db4e0ee8aedbbd7335.jpg ModernFizikVizeBahar2010.pdf ZczyVC_7pTddM%253A%253B4O3LFcSNLBjCbM%253Bhttps%25253A%2525 2F%25252Ftechcrunch.com%25252F2016%25252F02%25252F05%25252Fnewair-force-satellites-launched-to-improve-gps%25252F&source=iu&pf=m&fir=U ZczyVC_7pTddM%253A%252C4O3LFcSNLBjCbM%252C_&usg= qbnnnd BYvWzjpQxEyfG4UWApIwk%3D&biw=853&bih=413&dpr=2.25&ved=0ahUK EwjSqsKHpKfOAhUDVhoKHXnABDUQyjcIKw&ei=m_SiV5LxOYOsafmAk6 gd#imgrc=uzczyvc_7ptddm%3a