- •Энергия и импульс фотона. Формула Планка для спектра излучения черного тела.
- •Квантовая теория фотоэффекта. Эффект Комптона.
- •Давление света. Опыты, подтверждающие давление света. Корпускулярно-волновой дуализм излучения.
- •Свойства волн де Бройля и их статистическая интерпретация. Опыты, подтверждающие волновые свойства микрочастиц.
- •Волновой пакет микрочастицы. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
- •Опыты Резерфорда по рассеянию -частиц. Формула Резерфорда. Модель атома Резерфорда-Бора.
- •З акономерности в спектрах атома водорода. Серии Лаймана, Бальмера, Пашена. Комбинационный принцип Ритца.
- •Дискретность квантовых состояний атома. Постулаты Бора. Опыты Франка-Герца.
- •Спонтанные и вынужденные переходы. Коэффициенты Эйнштейна. Спектральная плотность излучения.
- •Волновая функция микрочастицы и ее свойства. Стационарное и нестационарное уравнение Шредингера.
- •Частица в одномерной бесконечно глубокой потенциальной яме: уравнение Шредингера, его решение, уровни энергии частицы.
- •Прохождение микрочастицы через потенциальный барьер. Туннельный эффект.
- •14. Туннельный эффект. Коэффициент прозрачности барьера
- •Гармонический осциллятор. Квантовомеханическое описание атома водорода.
- •Уровни энергии и схема термов щелочных металлов. Дублетная структура спектров щелочных металлов.
- •Магнитный и механический моменты электронов. Спин. Опыты Штерна и Герлаха.
- •Результирующий механический момент многоэлектронного атома. J-j и l-s связь.
- •Нормальный и аномальный эффекты Зеемана. Фактор Ланде.
- •Нормальный эффект Зеемана
- •Аномальный эффект Зеемана
- •Электронные оболочки атома и их заполнение. Принцип Паули. Правила Хунда.
- •Количество электронов в каждой оболочке
- •Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли.
- •Физические особенности в молекулярных спектрах. Энергия и спектр двухатомной молекулы. P-, q- и r-ветви.
- •Одномерный кристалл Кронига-Пенни. Понятие о зонной теории твердых тел. Фермионы и бозоны.
- •Расщепление энергетических уровней и образование зон. Различие между металлами, полупроводниками и диэлектриками в зонной теории.
- •Свойства и характеристика ядер. Нейтрон и протон, их свойства. Энергия связи ядра.
- •Свойства и модель ядерных сил. Капельная модель ядра. Формула Вейцзеккера для энергии связи. Оболочечная модель ядра.
- •Искусственная и естественная радиоактивность. Основной закон радиоактивного распада. Активность. Правила смещения.
- •Основные закономерности -распада. Туннельный эффект. Свойства -излучения.
- •Основные закономерности -распада и его свойства. Нейтрино. Электронный захват. (см 27)
- •Получение трансурановых элементов. Основные закономерности реакций деления ядер.
- •Цепная реакция деления. Управляемая цепная реакция. Ядерный реактор.
- •Термоядерный синтез. Энергия звезд. Управляемый термоядерный синтез.
- •Источники и методы регистрации элементарных частиц. Типы взаимодействий и классы элементарных частиц. Античастицы.
- •Законы сохранения при превращениях элементарных частиц. Понятие о кварках.
- •Физическое, химическое и биологическое воздействие ионизирующего излучения.
- •Физические свойства ионизирующих излучений
- •Биологическое действие ионизирующих излучений
- •Дозы ионизирующих излучений и единицы их измерений. Радиационная безопасность.
- •Основные принципы обеспечения радиационной безопасности
- •Закономерности излучения черного тела. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Формула Рэлея-Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа.
Волновой пакет микрочастицы. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
Принцип неопределённости Гейзенберга - в квантовой механике так называют принцип, дающий нижний (ненулевой) предел для произведения дисперсий величин, характеризующих состояние системы.
Соотношения неопределённости Гейзенберга — это теоретический предел точности любых измерений. Они справедливы для так называемых идеальных измерений, иногда называемых измерениями фон Неймана. Они тем более справедливы для неидеальных измерений или измерений Ландау.
Соответственно, любая частица (в общем смысле, например несущая дискретный электрический заряд) не может быть описана одновременно как «классическая точечная частица» и как волна. (Сам факт того, что какое-либо из этих описаний может быть справедливо, по крайней мере в отдельных случаях, называют корпускулярно-волновым дуализмом). Принцип неопределённости, в виде, первоначально предложенном Гейзенбергом, верен в случае, когда ни одно из этих двух описаний не является полностью и исключительно подходящим, например частица в коробке с определённым значением энергии; то есть для систем, которые не характеризуются ни каким-либо определённым «положением» (какое-либо определённое значение расстояния от потенциальной стенки), ни каким-либо определённым значением импульса (включая его направление).
Соотношение неопределенности Гейзенберга показывает, что “между точностью, с которой одновременно может быть установлено положение частицы, и точностью ее импульса существует определенное соотношение”: q p ≥ h ,
где - среднеквадратичное отклонение.
Опыты Резерфорда по рассеянию -частиц. Формула Резерфорда. Модель атома Резерфорда-Бора.
В отсутствие фольги на экране возникал светлый кружок, состоящий из сцинтилляций, вызванных тонким пучком альфа-частиц. Но когда на пути движения альфа-частиц помещали тонкую золотую фольгу толщиной примерно 0,1 мк (микрон), то наблюдаемая на экране картинка сильно менялась: отдельные вспышки появлялись не только за пределами прежнего кружка, но их можно было даже наблюдать с противоположной стороны золотой фольги.
Подсчитывая число сцинтилляций в единицу времени в разных местах экрана, можно установить распределение в пространстве рассеянных альфа-частиц. Число альфа-частиц быстро убывает с увеличением угла рассеяния.
Наблюдаемая на экране картина позволила заключить, что большинство альфа-частиц проходит сквозь золотую фольгу без заметного изменения направления их движения. Однако некоторые частицы отклонялись на большие углы от первоначального направления альфа-частиц (порядка 135о…150о) и даже отбрасывались назад. Исследования показали, что при прохождении альфа-частиц сквозь фольгу примерно на каждые 10000 падающих частиц только одна отклоняется на угол более 10о от первоначального направления движения. Лишь в виде редкого исключения одна из огромного числа альфа-частиц отклоняется от своего первоначального направления.
Тот факт, что многие альфа-частицы проходили сквозь фольгу, не отклоняясь от своего направления движения, говорит о том, что атом не является сплошным образованием. Так как масса альфа-частицы почти в 8000 раз превосходит массу электрона, то электроны, входящие в состав атомов фольги, не могут заметно изменить траекторию альфа-частиц. Рассеяние альфа-частиц может вызывать положительно заряженная частица атома – атомное ядро.
Атомное ядро – это тело малых размеров, в котором сконцентрированы почти вся масса и почти весь положительный заряд атома.
Чем ближе альфа-частица подходила к ядру, тем больше была сила электрического взаимодействия и тем на больший угол частица отклонялась. На малых расстояниях от ядра положительно-заряженная альфа-частица испытывает значительную силу отталкивания F от ядра, которую определяют по закону Кулона:
|
|
|
|
отталкивания F от ядра, которую определяют по закону Кулона:
|
|
|
|
где r – расстояние от ядра до альфа-частицы; ε0 – электрическая постоянная в единицах измерения СИ; p – число протонов в ядре; е = 1,6*10-19 Кл – абсолютное значение элементарного электрического заряда (заряда электрона); 2e – заряд альфа-частицы
На рисунке 1.2 показаны траектории альфа-частиц, пролетающих на различных расстояниях от ядра.
Резерфорд смог ввести формулу, связывающую количество рассеянных на определённый угол альфа-частиц с энергией альфа-частиц и протонов р в ядре атома. Опытная проверка формулы подтвердила её справедливость и показала, что количество протонов в ядре равно числу внутриатомных электронов Z и определяется атомным номером химического элемента (то есть порядковым номером элемента в периодической системе Д.И.Менделеева): p = Z
Рис. 1.2. Траектории альфа-частиц. Подсчитывая количество альфа-частиц, рассеянных на различные углы, Резерфорд смог оценить линейные размеры ядра. Чтобы положительное ядро могло отбросить альфа-частицу назад, потенциальная энергия электростатического (кулоновского) отталкивания у границ ядра атома должна равняться кинетической энергии альфа-частицы:
Планетарная модель атома Бора-Резерфорда. В 1911 году[3] Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра («модель атома Резерфорда»). Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон при движении с центростремительным ускорением должен излучать электромагнитные волны, а, следовательно, терять энергию. Расчёты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести постулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает энергию («модель атома Бора-Резерфорда»). Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов.