Заключение
Итак, изложение курса физики закончено. Начав его детальное изучение с физических основ механики, мы последовательно рассмотрели основы молекулярной физики и термодинамики, учение об электричестве и электромагнетизме, колебания и волны, оптику, элементы квантовой физики и физики твердого тела, физики ядра и элементарных частиц. Приведенный перечень разделов, изложенных в курсе, позволяет проследить логику развития физики и эволюцию ее идей, а также представить основные периоды и этапы ее становления.
Со времени выхода в свет труда И. Ньютона «Математические начала натуральной философии» (1687), в котором он сформулировал три основных закона механики и закон всемирного тяготения, прошло более трехсот лет. За это время физика прoшла путь от макроскопического уровня изучения явлений до исследования материи уровне элементарных частиц.
Однако, несмотря на огромные успехи, которых физика достигла за это время и особенно в XX столетии, современная физика и астрофизика стоят перед целым рядом нерешенных проблем.
Например, проблемы физики плазмы — разработка методов разогрева плазмы примерно 109 К и ее удержание в течение времени, достаточного для протека термоядерной реакции; квантовой электроники — существенное повышение к.п.д. л, ров, расширение диапазона длин волн лазерного излучения с плавной перестройкой частоте и т. д.; физики твердого тела — получение материалов с наперед заданными свойствами и, в частности, с экстремальными параметрами по большому «спектру» характеристик, создание высокотемпературных сверхпроводников и т. д.; физики атомного ядра — осуществление управляемого термоядерного синтеза, поиск долгоживущих элементов с Z = 114 126, предсказанных теорией, построение теории силы взаимодействий и т. д.; физики элементарных частиц — доказательство реально существования кварков и глюонов (частиц, осуществляющих взаимодействие между кварками), построение квантовой теории тяготения и т. д.; астрофизики — природа квазаров (мощных внегалактических источников электромагнитного излучения), причины вспышек сверхновых звезд, состояние материи при огромных плотностях и давлениях внутри нейтронных звезд и т. д. Поставленные проблемы требуют дальнейшего разрешения.
Основные законы и формулы
1. Физические законы механики
Средняя скорость
Мгновенная скорость
Среднее ускорение
Мгновенное ускорение
Тангенциальная составляющая
ускорения
Нормальная составляющая ускорения
Полное ускорение
Кинематические уравнения
равнопеременного
поступательного движения
Угловая скорость
Угловое ускорение
Кинематические уравнения
равнопеременного вращательного
движения
Связь между линейными и
угловыми вели чинами при
вращательном движении
Импульс (количество движения)
Второй закон Ньютона
Сила трения скольжения
Закон сохранения импульса
(для замкнутой системы)
Работа переменной силы на участке траектории 1—2
Мгновенная мощность
Кинетическая энергия
Потенциальная энергия тела, поднятого
над поверхностью Земли,
Потенциальная энергия
упругодеформированного тела
Полная механическая энергия системы
Закон сохранения механической
энергии (для консервативной системы)
Скорость шаров массами m1 и m2 после
абсолютно упругого центрального удара
Скорость шаров после абсолютного
неупругого удара
Момент инерции системы (тела)
Моменты инерции полого и сплошного
цилиндров (или диска) относительно
оси симметрии
Момент инерции шара относительно
оси, проходящей через центр шара,
Момент инерции тонкого стержня
относительно оси, перпендикулярной
стержню и проходящей через его середину,
Момент инерции тонкого стержня
относительно оси, перпендикулярной
стержню и про ходящей через его конец,
Теорема Штейнера
Кинетическая энергия вращающегося
телa относительно неподвижной оси
Момент силы относительно
неподвижной точки
Момент силы относительно
иеподвижной оси
Момент импульса материальной
точки относительно неподвижной точки
Момент импульса твердого тела
относительно неподвижной оси
Уравнение динамики вращательного
движения твердого тела
Закон сохранения момента импульса
замкнутой системы)
Закон всемирного тяготения
Сила тяжести
Напряженность поля тяготения
Потенциал поля тяготения
Взаимосвязь между потенциалом поля
тяготения и его напряженностью
Уравнение неразрывности
для несжимаемой жидкости
Уравнение Бернулли
Релятивистское замедление хода часов
Релятивистское (лоренцево)
сокращение длины стержня
Релятивистский закон сложения
скоростей
Масса релятивистской частицы
Закон взаимосвязи массы и энергии
Релятивистский импульс
Связь между полной энергией и
импульсом релятивистской частицы
2.Основы молекулярной
физики и термодинамики
Закон Бойля — Мариотта
Законы Гей-Люссака
Закон Дальтона
Уравнение Клапейрона — Менделеева
для произвольной массы газа
Основное уравнение молекулярно-
кинетической теории идеального газа
Средняя квадратичная скорость молекулы
Средняя арифметическая скорость
молекулы
Наиболее вероятная скорость молекулы
Барометрическая формула
Средняя длина свободного пробега молекул за 1 с
Среднее число столкновений молекулы
Закон теплопроводности Фурье
Теплопроводность (коэффициент)
Закон диффузии Фика
Диффузия (коэффициент)
Закон Ньютона для внутреннего
трения (вязкости)
Динамическая вязкость
Средняя энергия молекулы
Внутренняя энергия произвольной
массы газа
Первое начало термодинамики
Молярная теплоемкость газа при
постоянном объеме
Молярная теплоемкость газа при
постоянном давлении
Работа газа при изменении его объема
Работа газа при изобарном расширении
Работа газа при изотермическом
расширении
Уравнения адиабатического процесса
(уравнение Пуассона)
Работа газа при адиабатическом расширении
Термический коэффициент полезного
действия для кругового процесса
Термический коэффициент полезного
действия цикла Карно
Уравнение Ван-дер-Ваальса для моля
реального газа
3.Электричество и
электромагнетизм
Закон Кулона
Напряженность электростатического поля
Поток вектора напряженности
электростатического поля сквозь
замкнутую поверхность S
Принцип суперпозиции
Электрический момент диполя
Теорема Гаусса для электростатического
поля в вакууме
Объемная, поверхностная и линейная
плотности заряда
Напряженность поля, создаваемого
равномерно заряженной бесконечной
плоскостью,
Напряженность поля, создаваемого
двумя бесконечными параллельными
разноименно за ряженными плоскостями,
Напряженность поля, создаваемого
равномерно заряженной сферической
поверхностью,
Напряженность поля, создаваемого
объемно заряженным шаром,
Напряженность поля, создаваемого
равномерно заряженным бесконечным
цилиндром,
Циркуляция вектора напряженности
электростатического поля вдоль
замкнутого контура L
Потенциал электростатического поля
Связь между потенциалом
электростатического поля и
его напряженностью
Поляризованность
Связь между векторами Р и Е
Связь между диэлектрической
проницаемостью среды в и диэлектрической
восприимчивостью вещества я
Связь между векторами электрического
смещения и напряженностью
электростатического поля
Теорема Гаусса для электростатического
поля в диэлектрике
Энергия уединенного
проводника
Электрическая емкость шара
Электрическая емкость плоского
конденсатора
Электрическая емкость
цилиндрического конденсатора
Электрическая емкость сферического
конденсатора
Электрическая емкость параллельно
соединенных конденсаторов
Электрическая емкость параллельно
соединенных конденсаторов
Энергия заряженного уединенного
проводника
Энергия заряженного конденсатора
Объемная плотность энергии
электростатического поля
Сила тока
Плотность тока
Электродвижущая сила,
действующая в цепи
Закон Ома для однородного участка цепи
Закон Ома в дифференциальной форме
Мощность тока
Закон Джоуля — Ленца
Закон Джоуля — Ленца в
дифференциальной форме
Закон Ома для неоднородного участка
цепи (обобщенный закон Ома)
Правила Кирхгофа
Коэффициент вторичной электронной
эмиссии
Магнитный момент рамки с током
Вращательный момент, действующий
на рамку с током в магнитном поле,
Связь между индукцией и
напряженностью магнитного поля
Закон Био — Савара — Лапласа
для элемента проводника с током
Магнитная индукция поля прямого тока
Магнитная индукция поля в центре
кругового проводника с током
Закон Ампера
Магнитное поле свободно
движущегося заряда
Сила Лоренца
Холловская поперечная
разность потенциалов
Закон полного тока для магнитного
поля в вакууме (теорема о
циркуляции вектора В)
Магнитная индукция поля внутри
соленоида (в вакууме), имеющего
N витков,
Поток вектора магнитной индукции
(магнитный поток) сквозь
произвольную поверхность
Теорема Гаусса для поля с магнитной
индукцией В
Работа по перемещению проводника
с током в магнитном поле
Работа по перемещению замкнутого
контура, с током в магнитном поле
Закон Фарадея
Э. д. с. самоиндукции
Плотность тока смещения
Индуктивность бесконечно длинного
соленоида, имеющего N витков,
Ток при размыкании цени
Ток при замыкании цепи
Энергия магнитного поля,
связанного с контуром,
Объемная плотность энергии
магнитного поля
Намагниченность
Связь между векторами J и Н
Связь между магнитной проницаемостью
среды и магнитной восприимчивостью
вещества
Закон полного тока для магнитного поля
в веществе (теорема о циркуляции вектора В)
Теорема о циркуляции вектора Н
Плотность тока смещения
Полная система уравнений Максвелла:
в интегральной форме
в дифференциальной форме
4. Колебания и волны
Уравнение гармонического колебания
Дифференциальное уравнение
свободных гармонических колебаний
величины s
Период колебаний физического маятника
Период колебаний математического
маятника
Формула Томсона
Дифференциальное уравнение
свободных затухающих колебаний
величины s
Логарифмический декремент затухания
Дифференциальное уравнение
вынужденных колебаний величины s
Реактивное индуктивное сопротивление
Реактивное емкостное сопротивление
Полное сопротивление цепи
Длина волны
Уравнение плоской волны
Уравнение сферической волны
Фазовая скорость
Волновое уравнение
Групповая скорость
Уравнение стоячей волны
Эффект Доплера в акустике
Вектор Умова — Пойнтинга
Скорость распространения
электромагнитных волн в среде
Оптика. Квантовая природа
излучения
Закон отражения света
Закон преломления света
Формула тонкой линзы
Поток излучения
Энергетическая светимость
Энергетическая сила света
Энергетическая яркость
Показатель преломления среды
Оптическая длина пути
Оптическая разность хода
Условие интерференционных максимумов
Условие интерференционных минимумов
Оптическая разность хода в тонких
пленках в отраженном свете
Радиусы зон Френеля
Условие дифракционных максимумов
от одной щели
Условие дифракционных минимумов от
одной щели
Условие главных максимумов
дифракционной решетки
Условие дополнительных минимумов
дифракционной решетки
Формула Вульфа — Брэггов
Разрешающая способность спектрального
прибора
Разрешающая способность
дифракционной решетки
Закон Бугера
Продольный эффект Доплера
Поперечный эффект Доплера
Степень поляризации
Закон Малюса
Закон Брюстера
Оптическая разность хода в
эффекте Керра
Угол вращения плоскости
поляризации в кристаллах
Угол вращения плоскости
поляризации в растворах
Закон Кирхгофа для теплового излучения
Энергетическая светимость черного тела
Закон Стефана — Больцмана
Закон смешения Вина
Формула Рэлея — Джинса
Формула Планка
Уравнение Эйнштейна для внешнего фото эффекта
Энергия фотона
Масса фотона
Импульс фотона
Давление света при его нормальном
падении на поверхность
Изменение длины волны при эффекте
Комптона
б. Элементы квантовой физики
атомов, молекул и твердых тел
Обобщенная формула Бальмера
Первый постулат Бора
Второй постулат Бора (правило частот)
Энергия электрона в водородоподобном
атоме
Длина волны де Бройля
Соотношение неопределенностей
Вероятность нахождения частицы в
элементе объема dV
Условие нормировки вероятностей
Общее уравнение Шредингера
Уравнение Шредингера для
стационарных состояний
Волновая функция, описывающая
состояние частицы в одномерной
прямоугольной «потенциальной яме»
с бесконечно высокими «стенками»,
Собственные значения энергии частицы
в «потенциальной яме» с бесконечно
высокими «стенками»
Коэффициент прозрачности прямоугольного
потенциального барьера
Энергия квантового осциллятора
Уравнение Шредингера для электрона в атоме
Водорода
Нормированная волновая функция,
отвечающая 1s-состоянию электрона в атоме водорода,
Закон Мозли
Распределение Бозе — Эйнштейна
Распределение Ферми — Дирака
Уровень Ферми в собственном
полупроводнике
Удельная проводимость собственных
полупроводников
Правило Стокса для люминесцентного
из лучения
Элементы физики атомного
ядра и элементарных частиц
Радиус ядра
Энергия связи нуклонов в ядре
Дефект массы ядра
Магнетон Бора
Ядерный магнетон
Закон радиоактивного распада
Период полураспада
Среднее время жизни
радиоактивного ядра
Активность нуклида
Правило смещения для -распада
Правило смещения для --распада
Правило смещения для +-распада
Символическая запись ядерной реакции
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
Предмет физики и ее связь с другими науками 4
Единицы физических величин 5
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ 7
Глава 1 7
Элементы кинематики 7
§ 1. Модели в механике. Система отсчета. 7
Траектория, длина пути, вектор перемещения 7
§ 2. Скорость 10
§ 3. Ускорение и его составляющие 11
§ 4. Угловая скорость и угловое ускорение 14
Задачи 17
Глава 2 18
Динамика материальной точки и поступательного движения 18
твердого тела 18
§ 5. Первый закон Ньютона. Масса. Сила 18
§ 6. Второй закон Ньютона 19
§ 7. Третий закон Ньютона 21
§ 8. Силы трения 21
§ 9. Закон сохранения импульса. Центр масс 23
§ 10. Уравнение движения тела переменной массы 26
Задачи 27
Глава 3 29
Работа и энергия 29
§11. Энергия, работа, мощность 29
§ 12. Кинетическая и потенциальная энергии 31
§ 13. Закон сохранения энергии 34
§ 14. Графическое представление энергии 36
§ 15. Удар абсолютно упругих и неупругих тел 39
Задачи 44
Глава 4 45
Механика твердого тела 45
§ 16. Момент инерции 45
§ 17. Кинетическая энергия вращения 46
§ 18. Момент силы. Уравнение динамики 48
вращательного движения твердого тела 48
§ 19. Момент импульса и закон его сохранения 50
§ 20. Свободныe оси. Гироскоп 53
§ 21. Деформации твердого тела 57
Задачи 59
Глава 5 61
Тяготение. Элементы теории поля 61
§ 22. Законы Кеплера. Закон всемирного 61
тяготения 61
§ 23. Сила тяжести и вес. Невесомость 63
§ 24. Поле тяготения и его напряженность 64
§ 25. Работа в поле тяготения. Потенциал поля 65
тяготения 65
§ 26. Космические скорости 67
§ 27. Неинерциальные системы отсчета. 68
Силы инерции 68
Задачи 74
Глава 6 75
Элементы механики жидкостей 75
§ 28. Давление в жидкости и газе 75
§ 29. Уравнение неразрывности 77
§ 30. Уравнение Бернулли и следствия из него 78
§ 31. Вязкость (внутреннее трение). Ламинарный и 83
турбулентный режимы течения жидкостей 83
§ 32. Методы определения вязкости 85
§ 33. Движение тел в жидкостях и газах 87
Задачи 89
Глава 7 91
Элементы специальной (частной) 91
теории относительности 91
§ 34. Преобразования Галилея. 91
Механический принцип относительности 91
§ 35. Постулаты специальной (частной) 93
теории относительности 93
§ 36. Преобразования Лоренца 94
§ 37. Следствия из преобразований Лоренца 96
§ 38. Интервал между событиями 101
§ 39. Основной закон релятивистской динамики 102
материальной точки 102
§ 40. Закон взаимосвязи массы и энергии 104
Задачи 106
ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ 108
И ТЕРМОДИНАМИКИ 108
Глава 8 108
Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов 108
§ 41. Статистический и термодинамический 108
методы. Опытные законы идеального газа 108
§ 42. Уравнение Клапейрона — Менделеева 113
§ 43. Основное уравнение 115
молекулярно-кинетической теории 115
идеальных газов 115
§ 44. Закон Максвелла о распределении молекул 117
идеального газа по скоростям и энергиям 117
теплового движения 117
§ 45. Барометрическая формула. Распределение 120
Больцмана 120
§ 46. Среднее число столкновений и средняя 122
длина свободного пробега молекул 122
§ 47. Опытное обоснование 123
молекулярно-кинетической теории 123
§ 48. Явления переноса в термодинамически 126
неравновесных системах 126
§ 49. Вакуум и методы его получения. 128
Свойства ультраразреженных газов 128
Задачи 132
Глава 9 132
Основы термодинамики 132
§ 50. Число степеней свободы молекулы. Закон 132
равномерного распределения энергии по 132
степеням свободы молекул 132
§ 51. Первое начало термодинамики 134
§ 52. Работа газа при изменении его объема 136
§ 53. Теплоемкость 137
§ 54. Применение первого начала термодинамики 139
к изопроцессам 139
§ 55. Адиабатический процесс. Политропный 142
процесс 142
§ 56. Круговой процесс (цикл). Обратимые и 145
необратимые процессы 145
§ 57. Энтропия, ее статистическое толкование 147
и связь с термодинамической вероятностью 147
§ 58. Второе начало термодинамики 149
§ 59. Тепловые двигатели и холодильные 151
машины. Цикл Карно и его к. п. д . для 151
идеального газа 151
Задачи 155
Глава 10 157
Реальные газы, жидкости 157
и твердые тела 157
§ 60. Силы и потенциальная энергия 157
межмолекулярного взаимодействия 157
§ 61. Уравнение Ван-дер-Ваальса 160
§ 62. Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ 161
§ 63. Внутренняя энергия реального газа 165
§ 64. Эффект Джоуля — Томсона 166
§ 65. Сжижение газов 168
§ 66. Свойства жидкостей. Поверхностноe 170
натяжение 170
§ 67. Смачивание 173
§ 68. Давление под искривленной поверхностью 175
жидкости 175
§ 69. Капиллярныe явления 176
§ 70. Твердыe тела. Моно- и поликристаллы 177
§ 71. Типы кристаллических твердых тел 179
§ 72. Дефекты в кристаллах 186
§ 73. Теплоемкость твердых тел 187
§ 74. Испарение, сублимация, плавление и 189
кристаллизация. Аморфные тела 189
§75. Фазовые переходы I и II рода 191
§ 76. Диаграмма состояния. Тройная точка 192
Задачи 195
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ 196
Глава 11 196
Электростатика 196
§ 77. Закон сохранения электрического заряда 196
§ 78. Закон Кулона 197
§ 79. Электростатическое поле. Напряженность 198
электростатического поля 198
§ 80. Принцип суперпозиции электростатических 201
полей. Поле диполя 201
§ 81. Теорема Гаусса для электростатического 204
поля в вакууме 204
§ 82. Применение теоремы Гаусса к расчету 206
некоторых электростатических полей 206
в вакууме 206
§ 83. Циркуляция вектора напряженности 211
электростатического поля 211
§ 84. Потенциал электрического поля 212
§ 85. Напряженность как градиент потенциала. 215
Эквипотенциальные поверхности 215
§ 86. Вычисление разности потенциалов по 216
напряженности поля 216
§ 87. Типы диэлектриков. Поляризация 218
диэлектриков 218
§ 88. Поляризованность. Напряженность поля в 220
диэлектрике 220
§ 89. Электрическое смещение. Теорема Гаусса 222
для электростатического поля в диэлектрике 222
§ 90. Условия на границе раздела двух 223
диэлектрических сред 223
§ 91. Сетнетоэлектрики 226
§ 92. Проводники в электростатическом поле 228
§ 93. Электрическая емкость уединенного 231
проводника 231
§ 94. Конденсаторы 232
§ 95. Энергия системы зарядов, уединенного 236
проводника и конденсатора. Энергия 236
электростатического поля 236
Задачи 238
Глава 12 240
Постоянный электрический ток 240
§ 96. Электрический ток, сила и плотность тока 240
§ 97. Сторонние силы. Электродвижущая сила 242
и напряжение 242
§ 98. Закон Ома. Сопротивление проводников 244
§ 99. Работа и мощность тока. 246
Закон Джоуля — Ленца 246
§ 100. Закон Ома для неоднородного участка цепи 247
§ 101. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей 249
Задачи 252
Глава 13 254
Электрические токи в металлах, 254
вакууме и газах 254
§ 102. Элементарная классическая теория 254
электропроводности металлов 254
§ 103. Вывод основных законов электрического 256
тока в классической теории 256
электропроводности металлов 256
§ 104. Работа выхода электронов из металла 259
§ 105. Эмиссионные явления и их применение 260
§ 106. Ионизация газов. Несамостоятельный 264
газовый разряд 264
§ 107. Самостоятельный газовый разряд и его 266
типы 266
Задачи 272
Глава 14 273
Магнитное поле 273
§ 109. Магнитное поле и его характеристики 273
§ 110. Закон Био - Савара - Лапласа и его 277
применение к расчету магнитного поля 277
§ 111. Закон Ампера. 280
Взаимодействие параллельных токов 280
§ 112. Магнитная постоянная. 282
Единицы магнитной индукции и 282
напряженности магнитного поля 282
§ 113. Магнитное поле движущегося заряда 282
§ 114. Действие магнитного поля на движущийся 284
заряд 284
§ 115. Движение заряженных частиц в магнитном 285
поле 285
§ 116. Ускорители заряженных частиц 287
§ 117. Эффект Холла 289
§ 118. Циркуляция вектора В магнитного поля 290
в вакууме 290
§ 119. Магнитные поля соленоида и тороида 292
§ 120. Поток вектора магнитной индукции. 294
Теорема Гаусса для поля В 294
§ 121. Работа по перемещению проводника 295
и контура с током в магнитном поле 295
Задачи 297
Глава 15 300
Электромагнитная индукция 300
§122. Явление электромагнитной индукции 300
(опыты Фарадея) 300
§ 123. Закон Фарадея и его вывод из закона 301
сохранения энергии 301
§ 124. Вращение рамки в магнитном поле 303
§ 125. Вихревые токи (токи Фуко) 305
§ 126. Индуктивность контура. Самоиндукция 306
§ 127. Токи при размыкании и замыкании цепи 308
§ 128. Взаимная индукция 310
§ 129. Трансформаторы 312
§ 130. Энергия магнитного поля 314
Задачи 315
Глава 16 317
Магнитные свойства вещества 317
§ 131. Магнитные моменты электронов и атомов 317
§ 132. Диа- и парамагнетизм 319
§ 133. Намагниченность. Магнитное поле в 321
веществе 321
§ 134. Условия на границе раздeла двух 324
магнетиков 324
§ 135. Ферромагнетики и их свойства 326
§ 136. Природа ферромагнетизма 329
Задачи 332
Глава 17 332
Основы теории Максвелла 332
для электромагнитного поля 332
§ 137. Вихревое электрическое поле 332
§ 138. Ток смещения 334
§ 139. Уравнения Максвелла для 337
электромагнитного поля 337
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ 340
Глава 18 340
Механические и 340
электромагнитные колебания 340
§ 140. Гармонические колебания и их 341
характеристики 341
§ 141. Механические гармонические колебания 344
§ 142. Гармонический осциллятор. 346
Пружинный, физический и математический 346
маятники 346
§ 143. Свободные гармонические колебания в 348
колебательном контуре 348
§ 144. Сложение гармонических колебаний 351
одного направления и одинаковой частоты. 351
Биения 351
§ 145. Сложение взаимно перпендикулярных 354
колебаний 354
§ 146. Дифференциальное уравнение свободных 357
затухающих колебаний (механических и 357
электромагнитных) и его решение. 357
§ 147. Дифференциальное уравнение 361
вынужденных колебаний (механических 361
и электромагнитных) и его решение 361
§ 148. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний 365
(механических и электромагнитных). 365
Резонанс 365
§ 149. Переменный ток 368
373
§ 150. Резонанс напряжений 373
§ 151. Резонанс токов 374
§ 152. Мощность, выделяемая в цепи переменного 376
тока 376
Задачи 377
Глава 19 379
Упругие волны 379
§ 153. Волновые процессы. Продольные и 379
поперечные волны 379
§ 154. Уравнение бегущей волны. Фазовая 381
скорость. Волновое уравнение 381
§ 155. Принцип суперпозиции. 383
Групповая скорость 383
§ 156. Интерференция волн 385
§ 157. Стоячие волны 386
§ 158. Звуковые волны 388
§ 158. Эффект Доплера в акустике 391
§ 160. Ультразвук и его применение 393
Задачи 394
Глава 20 394
Электромагнитные волны 394
§ 161. Экспериментальное получение 394
электромагнитных волн 394
§ 182. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны 397
§ 163. Энергия электромагнитных волн. 399
Импульс электромагнитного поля 399
§ 164. Излучение диполя. 401
Применение электромагнитных волн 401
Задачи 403
ОПТИКА. 404
КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ 404
Глава 21 404
Элементы геометрической 404
и электронной оптики 404
§ 165. Основные законы оптики. 404
Полноe отражение 404
§ 166. Тонкие линзы. Изображение предметов 407
с помощью линз 407
§ 167. Аберрации (погрешности) оптических 413
систем 413
§ 168. Основные фотометрические величины 415
и их единицы 415
§ 169. Элементы электронной оптики 416
Задачи 420
Глава 22 421
Интерференция света 421
§ 170. Развитие представлений о природе света 421
§ 171. Когерентность и монохроматичность 425
световых волн 425
§ 172. Интерференция света 427
§ 173. Методы наблюдения интерференции света 428
§ 174. Интерференции света в тонких пленках 432
§ 175. Применение интерференции света 436
Задачи 441
Глава 23 442
Дифракция света 442
§ 176. Принцип Гюйгенса — Френеля 442
§ 177. Метод зон Френеля. 443
Прямолинейноe распространение света 443
§ 178. Дифракция Френеля на круглом отверстии 446
и диске 446
§ 179. Дифракция Фраунгофера на одной щели 449
§ 180. Дифракция Фраунгофера на дифракционной 451
решетке 451
§ 181. Пространственная решетка. 454
Рассеянии света 454
§ 182. Дифракция на пространственной решетке. 455
Формула Вульфа — Брэггов 455
§ 183. Разрешающая способность оптических 457
приборов 457
§ 184. Понятие о голографии 460
Задачи 462
Глава 24 463
Взаимодействие электромагнитных волн с веществом 463
§ 185. Дисперсия света 463
§ 186. Электронная теория дисперсии света 465
§ 187. Поглощение (абсорбция) света 468
§ 188. Эффект Доплера 470
§ 189. Излучение Вавилова — Черенкова 471
Задачи 472
Глава 25 473
Поляризация света 473
§ 190. Естественный и поляризованный свет 473
§ 191. Поляризация света при отражении и 477
преломлении на границе двух диэлектриков 477
§ 192. Двойное лучепреломление 478
§ 193. Поляризационные призмы и поляроиды 482
§ 194. Анализ поляризованного света 484
§ 195. Искусственная оптическая анизотропия 486
§ 196. Вращение плоскости поляризации 487
Задачи 489
Глава 26 490
Квантовая природа излучения 490
§ 197. Тепловое излучение и «го характеристики 490
§ 198. Закон Кирхгофа 492
§ 199. Законы Стефана — Больцмана и 493
смещения Вина 493
§ 200. Формулы Рэлея — Джинса и Планка 494
§ 201. Оптическая пирометрия. 498
Тепловые источники света 498
§ 202. Виды фотоэлектрического эффекта. 500
Законы внешнего фотоэффекта 500
§ 203. Уравнение Эйнштейна для внешнего 503
фотоэффекта. Экспериментальное 503
подтверждение квантовых свойств света 503
§ 204. Применение фотоэффекта 506
§ 205. Масса и импульс фотона. Давление света 508
§ 206. Эффект Комптона и его элементарная 509
теория 509
§ 207. Единство корпускулярных и волновых 511
свойств электромагнитного излучения 511
ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ АТОМОВ, МОЛЕКУЛ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ 514
Глава 27 514
Теория атома водорода по Бору 514
§ 208. Модели атома Томсона и Резарфорда 514
§ 209. Линейчатый спектр атома водорода 516
§ 210. Постулаты Бора 518
§ 211. Опыты Франка и Герца 518
§ 212. Спектр атома водорода по Бору 520
Задачи 523
Глава 28 525
Элементы квантовой механики 525
§ 213. Корпускулярно-волновой дуализм свойств 525
вещества 525
§ 214. Некоторые свойства волн де Бройля 527
§ 215. Соотношение неопределенностей 528
§ 216. Волновая функция и ее статистический 531
смысл 531
§ 217. Общее уравнение Шредингера. 534
Уравнение Шредингера для стационарных 534
состояний 534
§ 218. Принцип причинности в квантовой 537
механике 537
§ 219. Движение свободной частицы 538
§ 220. Частица в одномерной прямоугольной 539
«потенциальной яме» е бесконечно 539
высокими «стенками» 539
§ 221. Прохождение частицы сквозь 542
потенциальный барьер. 542
Туннельный эффект 542
§ 222. Линейный гармонический осциллятор 546
в квантовой механике 546
Задачи 549
Глава 29 550
Элементы современной физики 550
атомов и молекул 550
§ 223. Атом водорода в квантовой механике 550
§ 224. 1s-Состояние электрона в атоме водорода 556
§ 225. Спин электрона. Спиновое квантовое число 558
§ 226. Принцип неразличимости тождественных 559
частиц. Фермионы и бозоны 559
§ 227. Принцип Паули. Распределение электронов 560
в атоме по состояниям 560
§ 228. Периодическая система элементов 562
Менделеева 562
§ 229. Рентгеновские спектры 565
§ 230. Молекулы: химические связи, понятие 568
об энергетических уровнях 568
§ 231. Молекулярные спектры. 570
Комбинационное рассеяние света 570
§ 232. Поглощение. 572
Спонтанное и вынужденное излучения 572
§ 233. Оптические квантовые генераторы (лазеры) 574
Задачи 578
Глава 30 579
Элементы квантовой статистики 579
§ 234. Квантовая статистика. 579
Фазовое пространство. 579
Функция распределения 579
§ 235. Понятие о квантовой статистике 581
Бозе — Эйнштейна и Ферми — Дирака 581
§ 236. Вырожденный электронный газ в металлах 582
§ 237. Понятие о квантовой теории теплоемкости. 584
Фононы 584
§ 238. Выводы квантовой теории 586
электропроводности металлов 586
§ 239. Сверхпроводимость. 587
Понятие об эффекте Джозефсона 587
Задачи 589
Глава 31 590
Элементы физики твердого тела 590
§ 240. Понятие о зонной теории твердых тел 590
§ 241. Металлы, диэлектрики и полупроводники 592
по зонной теории 592
§ 242. Собственная проводимость 594
полупроводников 594
§ 243. Примесная проводимость полупроводников 598
§ 244. Фотопроводимость полупроводников 603
§ 245. Люминесценция твердых тел 604
608
§ 246. Контакт двух металлов по зонной теории 608
§ 247. Термоэлектрические явления и их 610
применение 610
§ 248. Выпрямление на контакте металл — 613
полупроводник 613
§ 249. Контакт электронного и дырочного 615
полупроводников (р-п-переход) 615
§ 250. Полупроводниковые диоды и триоды 619
(транзисторы) 619
Задачи 622
ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ 623
АТОМНОГО ЯДРА 623
И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ 623
Глава 32 623
Элементы физики атомного ядра 623
§ 251. Размер, состав и заряд атомного ядра. 623
Массовое и зарядовое числа 623
§ 252. Дефект массы и энергия связи ядра 625
§ 253. Спин ядра и его магнитный момент 626
§ 254. Ядерные силы. Модели ядра 628
§ 255. Радиоактивное излучение и его виды 630
§ 256. Закон радиоактивного распада. 631
Правила смещения 631
§ 257. Закономерности -распада 633
§ 258. ˉ -Распад. Нейтрино 635
§ 259. Гамма-излучение и его свойства 638
§ 260. Резонансное поглощение g-излучения 640
(эффект Мбссбауэра*) 640
§ 261. Методы наблюдения и регистрации 643
радиоактивных излучений и частиц 643
§ 262. Ядерные реакции и их основные типы 647
§ 263. Позитрон. +-Распад. Электронный захват 649
§ 264. Открытие нейтрона. Ядерные реакции под 652
действием нейтронов 652
§ 265. Реакция деления ядра 654
§ 266. Цепная реакция деления 656
§ 267. Понятие о ядерной энергетикe 657
§ 268. Реакция синтеза атомных ядер. 661
Проблема управляемых термоядерных 661
реакций 661
Задачи 663
Глава 33 664
Элементы физики 664
элементарных частиц 664
§ 269. Космическое излучение 664
§ 270. Мюоны и их свойства 666
§ 271. Мезоны и их свойства 668
§ 272. Типы взаимодействий элементарных 669
частиц 669
§ 273. Частицы и античастицы 671
§ 274. Гипероны. Странность и четность 674
элементарных частиц 674
§ 275. Классификация элементарных частиц. 676
Кварки 676
Задачи 680
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 681
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И ФОРМУЛЫ 682
Трофимова, Т. И.
Т70 Курс физики: Учеб. пособие для вузов/Т. И. Трофимова. — 7-е изд., стер.
— М: Высш. шк., 2003. — 541 с.: ил.
ISBN 5-06-003634-0
рс отвечает программе по физике для студентов инженерно-технических специаль ностей вузов Он состоит из семи частей, в которых излагаются физические основы механики, молекулярной физики и термодинамики, электричества и магнетизма, оптики, квантовой физики атомов, молекул и твердых тел, физики атомного ядра и элементарных частиц Рационально решен вопрос об объединении механических и электромагнитных колебаний Устанавливается логическая преемственность и связь между классической и со временной физикой Приведены контрольные вопросы и задачи для самостоятельного решения
Шестое издание вышло в 2000 г.
Для студентов инженерно-технических специальностей высших
учебных заведений.
УДК 53 ББК 22.3
Учебное издание
Трофимова Таисия Ивановна
КУРС ФИЗИКИ
Редактор Г. Н. Чернышева
Художественный редактор Ю. Э. Иванова
Художник В. А. Маслов
Технический редактор Л.А. Овчинникова
Корректор Г. И. Кострикова
Оператор С.Р. Луковенкова
Лицензия ИД № 06236 от 09.11.2001
Изд. № ФМ-217. Подписано в печать с готовы диапозитивов 21.08.2002.
Формат 70x100 '/,6- Бу Гарнитура «Литературная». Печать офсетная
Объем: 44,20 усл. печ. л., 44,20 усл. кр.-отт., 43,41 уч.-изд. л.
Тираж 20000 экз. Заказ № 2"
ФГУП «Издательство «Высшая школа»