- •Мпс россии
- •1. Введение
- •2. Физические основы механики
- •Основные механические модели
- •1. Материальная точка.
- •2. Абсолютно твердое тело.
- •2.1. Кинематика материальной точки
- •Основные кинематические уравнения равнопеременного движения:
- •Движение материальной точки по окружности. Угловая скорость и угловое ускорение и их связь с линейными характеристиками движения
- •Для характеристики изменения вектора скорости на величину δv введем ускорение :
- •Угловая скорость и угловое ускорение
- •2.2. Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела
- •Взаимодействие тел. Второй закон Ньютона. Сила. Масса. Импульс. Центр масс
- •2.3. Законы сохранения в механике
- •Момент силы. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса
- •Энергия. Работа. Мощность
- •Консервативные и неконсервативные силы
- •Закон сохранения энергии
- •2.4. Принцип относительности в механике
- •2.5. Элементы релятивистской динамики (специальной теории относительности)
- •2.6. Элементы механики твердого тела
- •2.7. Элементы механики сплошных сред
- •Упругое тело. Деформация. Закон Гука
- •3. Электричество и магнетизм
- •3.1. Электростатика
- •Закон Кулона
- •Электрическое поле
- •Принцип суперпозиции электрических полей
- •Поток вектора напряженности электрического поля
- •Теорема Остроградского – Гаусса и ее применение к расчету полей
- •Поле равномерного заряженной бесконечной прямолинейной нити
- •Поле равномерно заряженной плоскости
- •Работа сил электростатического поля при перемещении заряда. Потенциал
- •Связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля
- •Идеальный проводник в электростатическом поле
- •Электроемкость уединенного проводника конденсатора
- •Энергия заряженного проводника
- •Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии
- •3.2. Постоянный электрический ток
- •Закон Ома
- •Дифференциальная форма закона Ома
- •Закон Джоуля-Ленца
- •Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.
- •Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.
- •3.3. Магнитное поле
- •Момент сил, действующих на виток с током в магнитном поле
- •Принцип суперпозиции магнитных полей
- •Закон Био-Савара-Лапласа и его применение к расчету магнитных полей
- •Взаимодействие параллельных токов
- •Контур с током в магнитном поле. Магнитный поток
- •Работа перемещения проводника и контура с током в магнитном поле
- •Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея
- •Явление самоиндукции
- •Токи замыкания и размыкания в цепи
- •Явление взаимоиндукции
- •Энергия магнитного поля
- •3.4. Статические поля в веществе Диэлектрики в электрическом поле
- •Магнитные свойства вещества
- •3.5. Уравнения Максвелла
- •Электромагнитные волны
- •3.6. Принцип относительности в электродинамике
- •3.7. Квазистационарное магнитное поле
- •4. Физика колебаний и волн
- •4.1. Кинематика гармонических колебаний
- •Сложение гармонических колебаний
- •4.2. Гармонический осциллятор
- •Свободные затихающие колебания
- •Логарифмический декремент затухания
- •4.3. Ангармонические колебания
- •4.4. Волновые процессы
- •4.5. Интерференция волн
- •Интерференция от двух когерентных источников
- •Стоячие волны
- •Интерференция в тонких пленках
- •4.6. Дифракция волн
- •Принцип Гюйгенса-Френеля
- •Дифракция Фраунгофера от одной щели
- •Дифракция от многих щелей. Дифракционная решетка.
- •4.7. Поляризация света
- •Поляризация при отражении света от диэлектрика
- •Двойное лучепреломление в анизотропных кристаллах
- •Закон Малюса
- •Степень поляризации
- •Вращение плоскости поляризации
- •4.8. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом
- •5. Квантовая физика
- •5.1. Экспериментальное обоснование основных идей квантовой механики. Взаимодействие фотонов с электронами
- •Внешний фотоэффект
- •Эффект Комптона
- •Давление света
- •5.2. Корпускулярно – волновой дуализм
- •Соотношение неопределенностей
- •5.3. Квантовые состояния и уравнение Шредингера
- •5.4. Атом
- •Теория Бора для водородоподобных атомов.
- •5.5 Многоэлектронные атомы
- •5.6. Молекулы
- •5.7. Электроны в кристаллах
- •5.8. Элементы квантовой электроники
- •5.9. Атомное ядро
- •Радиоактивность. Закон радиоактивного распада
- •Закономерности α и β - распада
- •Ядерные реакции. Законы сохранения в ядерных реакциях
- •Реакция деления ядра. Цепная реакция. Ядерный реактор
- •Реакции синтеза. Термоядерные реакции
- •Элементарные частицы
- •6. Статистическая физика и термодинамика
- •6.1. Элементы молекулярно-кинетической теории
- •Модель идеального газа
- •Число степеней свободы молекул
- •Среднее число столкновений и средняя свободного пробега молекул
- •Явления переноса
- •Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия
- •Электрический ток в газах
- •6.2. Основы термодинамики Внутренняя энергия идеального газа. Работа
- •Внутренняя энергия идеального газа
- •Первый закон термодинамики
- •Изопроцессы
- •Термодинамические процессы, циклы
- •Круговые процессы. Второе начало термодинамики.
- •Цикл Карно
- •Фазовые превращения
- •Реальные газы. Уравнение Ван – дер – Ваальса
- •6.3. Функции распределения. Закон Максвелла для распределения молекул по скоростям
- •Барометрическая формула (распределение Больцмана)
- •Порядок и беспорядок в природе. Синергетика
- •Магнетики в тепловом равновесии. Ферромагнетизм
- •7. Заключение Современная физическая картина мира
5.8. Элементы квантовой электроники
Атомы поглощают и излучают энергию квантами (см. формулу 5.27). Поглощая энергию, атом переходит в возбужденное состояниеи, спустя некоторое время,самопроизвольно (спонтанно)возвращаются на более низкие энергетические уровни, излучая полученную энергию.Спонтанноеизлучение носит случайный характер и представляет собой набор фотонов с разными энергиями и частотами. По отношению к внешнему излучению оно некогерентно и немонохроматично.
В 1916 г. Эйнштейн предсказал существование и другого вида излучения атомов: вынужденного или индуцированного, причем это излучение присуще лишь некоторым веществам. Есть вещества с метастабильными энергетическими уровнями Е12, на которых атом может находиться дольше, чем на возбужденном уровне Е2. При непрерывном подводе энергии извне на метастабильном уровне может «скопиться» много атомов – «населенность» уровня Е12со временем возрастает (рис.5.12). Но она может резко уменьшиться в результате «лавинного» схода атомов с уровня Е12на уровень Е1, что приведет к излучению большого числаNфотонов с энергиейh211 = Е12– Е1. Лавинообразный переход атомов может быть вызван тем, что в веществе окажется фотон с частотой211, соответствующий переходу Е12Е1.
Усиленное таким образом излучение с частотой 211называетсявынужденнымилииндуцированным. Замечательной особенностью индуцированного излучения является то, что оно полностью когерентно с вызвавшим его излучением, т.е. имеет ту же частоту, фазу, поляризацию и распространяется в том же направлении.
Вещества, имеющие метастабильные уровни, называют активными(кристаллы рубина, некоторые полупроводники, газы и др. вещества). Процесс предварительного перевода атомов активного вещества на более высокие энергетические уровни называется накачкой.
Реальные активные вещества имеют более сложную энергетическую структуру, чем показанная на рис.5.12. Для получения направленного излучения и усиления его в лазере используют оптический резонатор. В простейшем случае в качестве его служит два зеркала на общей оптической оси с оптически активным веществом. Одно из зеркал полупрозрачное, выставленное под углом Брюстера к оптической оси. По этой причине фотоны, у которых плоскость колебаний электрического вектора Е лежит в плоскости падения луча на зеркало, проходят без потерь на отражение. Излучение с поперечной поляризацией отражается. Использование зеркал, ориентированных под углом Брюстера к оси трубки, приводит клинейной поляризации излучения лазера.
Фотоны, движущиеся поперек трубки, уходят через ее боковую поверхность и не поддерживают генерацию в этом направлении.
За разработку и создание лазеров российским ученым Басову и Прохорову присуждена Нобелевская премия.
Газовые лазеры могут работать в режиме непрерывного излучения малой мощности. Существуют мощные твердотельные лазеры, которые можно использовать для механической обработки твердых тел (например, алмазов), сварки, воздействия на химические реакции. В хирургии глаза лазерный луч может заменить скальпель.
Высокая когерентность лазерного луча открывает перспективы их применения в целях радиосвязи, особенно космической связи с передачей большого объема информации. Лазеры применяют для записи и считывания информации на дисках, для обнаружения дефектов в деталях, для получения и исследования высокотемпературной плазмы, в спектроскопии, и т.д.