Раздел 6: Квантовая физика

Тема 27. Квантовая теория излучения и поглощения света

Характеристики теплового излучения. Законы теплового излучения: Кирхгофа, Стефана-Больцмана и смещения Вина. Формулы Рэлея-Джинса и Планка. Оптическая пирометрия. Опыты Франка и Герца, Штерна и Герлаха. Линейчатые спектры атомов. Правило частот Бора. Постулаты Бора. Внешний фотоэлектрический эффект. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Применение фотоэффекта. Эффект Комптона. Опыт Боте. Единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения.

Практическое занятие:

Расчет характеристик теплового излучения тел. Определение материала катода фотоэлемента по расчету работы выхода электрона с помощью уравнения Эйнштейна.

Лабораторное занятие 1:

Экспериментальное определение температуры спирали лампы накаливания с помощью оптического пирометра и вычисление постоянной в формуле закона Стефана-Больцмана.

Лабораторное занятие 2:

Экспериментальное исследование вольтамперной и световой характеристик вакуумного фотоэлемента.

Тема 28. Элементы квантовой механики

Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества. Гипотеза де-Бройля и её экспериментальные подтверждения. Принцип неопределенности. Задание квантовых состояний микрочастиц, статистический смысл волновой функции. Суперпозиции состояний. Квантовые уравнения движения, операторы физических величин. Временное и стационарное уравнения Шредингера. Частица в одномерной потенциальной яме. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер, туннельный эффект.

Практическое занятие:

Расчет длины волны де-Бройля для движущейся частицы в классическом и релятивистском случаях. Вычисление возможности нахождения электрона в атоме и ядре атома с помощью принципа неопределенности. Вычисление энергетического спектра частицы в одномерной потенциальной яме с бесконечно глубокими стенками.

Раздел 7: Атомная и ядерная физика

Тема 29. Атомы и молекулы

Атом водорода в квантовой механике, квантовые числа. Энергетический спектр атомов. Принцип неразличимости тождественных частиц, классическая статистика и квантовые статистики, фермионы и бозоны. Принцип Паули, распределение электронов в атоме по состояниям. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Рентгеновские спектры. Молекулы и типы связей атомов в молекулах. Энергетический спектр молекул. Колебательная и вращательная структура молекулярных спектров. Спонтанное и вынужденное излучения. Квантовые генераторы.

Практическое занятие:

Расчет энергетического спектра атома водорода и спектральных линий различных серий для атома водорода.

Лабораторное занятие:

Экспериментальное определение газа по наблюдению спектра излучения газа с помощью спектроскопа вычислению длин волн спектральных линий.

Тема 30. Ядро атома

Размер, состав и заряд ядра. Дефект массы и энергия связи ядра. Ядерные силы и модели ядра. Радиоактивное излучение, закон радиоактивного распада, правила смещения. Реакции деления, цепная ядерная реакция. Реакции термоядерного синтеза. Ядерная энергетика: достижения и проблемы.

Практическое занятие:

Расчет дефекта массы и энергии связи ядра атома. Вычисление числа радиоактивных ядер при радиоактивном распаде. Вычисление энергетического эффекта ядерных реакций.

Лабораторное занятие:

Защита лабораторных работ второго этапа третьего цикла.