Квантовая физика.
Квантовые свойства электромагнитного излучения.
Тепловое излучение и люминесценция. Спектральные характеристики теплового излучения. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана и закон смещения Вина. Абсолютно черное тело. Формула Релея-Джинса и «ультрафиолетовая катастрофа». Гипотеза квантов. Формула Планка. Квантовое объяснение законов теплового излучения. Корпускулярно-волновой дуализм света.
Планетарная модель атома.
Модель атома Томсона. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Эмпирические закономерности в атомных спектрах. Формула Бальмера.
Элементы квантовой механики.
Гипотеза де Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера. Дифракция микрочастиц. Принцип неопределенности Гейзенберга. Волновая функция, ее статистический смысл и условия, которым она должна удовлетворять. Уравнение Шредингера. Квантовая частица в одномерной потенциальной яме. Одномерный потенциальный порог и барьер.
Квантово-механическое описание атомов.
Стационарное уравнение Шредингера для атома водорода. Волновые функции и квантовые числа. Правила отбора для квантовых переходов. Опыт Штерна и Герлаха. Эффект Зеемана.
Оптические квантовые генераторы.
Спонтанное и индуцированное излучение. Инверсное заселение уровней активной среды. Основные компоненты лазера. Условие усиления и генерации света. Особенности лазерного излучения. Основные типы лазеров и их применение.
Ядерная физика.
Основы физики атомного ядра.
Состав атомного ядра. Характеристики ядра: заряд, масса, энергия связи нуклонов. Радиоактивность. Виды и законы радиоактивного излучения. Ядерные реакции. Деление ядер. Синтез ядер. Детектирование ядерных излучений. Понятие о дозиметрии и защите.
Элементарные частицы.
Фундаментальные взаимодействия и основные классы элементарных частиц. Частицы и античастицы. Лептоны и адроны. Кварки. Электрослабое взаимодействие.
Физическая картина мира.
Особенности классической и неклассической физики. Методология современных научно-исследовательских программ в области физики. Основные достижения и проблемы субъядерной физики. Попытки объединения фундаментальных взаимодействий и создания «теории всего». Современные космологические представления. Достижения наблюдательной астрономии. Теоретические космологические модели. Антропный принцип. Революционные изменения в технике и технологиях как следствие научных достижений в области физики. Физическая картина мира как философская категория. Парадигма Ньютона и эволюционная парадигма.
1. Электромагнетизм
1.1. Магнитная индукция движущегося заряда.
Взаимодействие движущихся зарядов. Сила Лоренца
Движущийся заряд создает в окружающем
его пространстве помимо электрического
еще и магнитное поле, существование
которого обусловлено релятивистскими
свой-ствами пространства и времени.
Силовой характеристикой магнитного
поля является
вектор магнитной
индукции
.
В результате обобщения экспериментальных
данных был получен закон, определяющий
индукцию
поля точечного заряда, движущегося с
постоянной нерелятивистской скоростью
,
(1.1)
где
- радиус-вектор, проведенный от заряда
к точке наблюдения,
- магнитная постоянная.
Вектор
перпендикулярен
плоскости, в которой расположены векторы
и
,
образуя тройку векторов правой ориентации
(рис.1.1). Величина
обратно пропор–циональна
,
максимальна в направлении перпендикулярном
скорости заряда, и равна нулю в направлении,
совпадающим с направлением движения
заряда. Линии индукции магнитного поля
являются замкнутыми окружностями,
“нанизанными” на ось, определяемую
вектором
(рис.1.2).
Рис.1.1
Рис.1.2
Силу взаимодействия двух движущихся электрических зарядов можно разделить на две составляющие – электри- ческую и магнитную.
Электрическая составляющая не зависит от движения зарядов и описывается законом Кулона
,
(1.2)
где
-
вектор напряженности электрического
поля, создавае- мого вторым зарядом.
Магнитная составляющая, зависящая от
скорости электрического заряда, имеет
следующий вид
, (1.3)
где
-
магнитная индукция, обусловленная
зарядом
.
Следовательно, полная сила взаимодействия между движущимися зарядами определяется выражением
. (1.4)
Обобщая эту формулу,
можно считать, что на электрический
заряд, движущийся в электрическом
и магнитном
полях, действует сила
.
(1.5)
Эту силу называют силой
Лоренца.
Выражение
для магнитной составляющей силы Лоренца
может быть использовано для установления
физического смысла и единицы измерения
магнитной индукции. Из формулы
следует, что индукция B
численно равна силе, которая
действует на единичный положительный
заряд, движущийся перпендикулярно
вектору
со скоростью, равной единице:
,
.
Единица измерения магнитной индукции называется Тесла (Тл).