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 12
§ 4. Угловая скорость и угловое ускорение 15
Задачи 18
Глава 2 19
Динамика материальной точки и поступательного движения 19
твердого тела 19
§ 5. Первый закон Ньютона. Масса. Сила 19
§ 6. Второй закон Ньютона 20
§ 7. Третий закон Ньютона 22
§ 8. Силы трения 22
§ 9. Закон сохранения импульса. Центр масс 25
§ 10. Уравнение движения тела переменной массы 27
Задачи 29
Глава 3 30
Работа и энергия 30
§11. Энергия, работа, мощность 30
§ 12. Кинетическая и потенциальная энергии 32
§ 13. Закон сохранения энергии 36
§ 14. Графическое представление энергии 38
§ 15. Удар абсолютно упругих и неупругих тел 41
Задачи 46
Глава 4 47
Механика твердого тела 47
§ 16. Момент инерции 47
§ 17. Кинетическая энергия вращения 48
§ 18. Момент силы. Уравнение динамики 50
вращательного движения твердого тела 50
§ 19. Момент импульса и закон его сохранения 52
§ 20. Свободныe оси. Гироскоп 55
§ 21. Деформации твердого тела 59
Задачи 62
Глава 5 63
Тяготение. Элементы теории поля 63
§ 22. Законы Кеплера. Закон всемирного 63
тяготения 63
§ 23. Сила тяжести и вес. Невесомость 65
§ 24. Поле тяготения и его напряженность 67
§ 25. Работа в поле тяготения. Потенциал поля 68
тяготения 68
§ 26. Космические скорости 70
§ 27. Неинерциальные системы отсчета. 71
Силы инерции 71
Задачи 77
Глава 6 78
Элементы механики жидкостей 78
§ 28. Давление в жидкости и газе 78
§ 29. Уравнение неразрывности 80
§ 30. Уравнение Бернулли и следствия из него 81
§ 31. Вязкость (внутреннее трение). Ламинарный и 86
турбулентный режимы течения жидкостей 86
§ 32. Методы определения вязкости 88
§ 33. Движение тел в жидкостях и газах 90
Задачи 92
Глава 7 94
Элементы специальной (частной) 94
теории относительности 94
§ 34. Преобразования Галилея. 94
Механический принцип относительности 94
§ 35. Постулаты специальной (частной) 96
теории относительности 96
§ 36. Преобразования Лоренца 98
§ 37. Следствия из преобразований Лоренца 100
§ 38. Интервал между событиями 105
§ 39. Основной закон релятивистской динамики 106
материальной точки 106
§ 40. Закон взаимосвязи массы и энергии 108
Задачи 110
ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ 112
И ТЕРМОДИНАМИКИ 112
Глава 8 112
Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов 112
§ 41. Статистический и термодинамический 112
методы. Опытные законы идеального газа 112
§ 42. Уравнение Клапейрона — Менделеева 117
§ 43. Основное уравнение 119
молекулярно-кинетической теории 119
идеальных газов 119
§ 44. Закон Максвелла о распределении молекул 122
идеального газа по скоростям и энергиям 122
теплового движения 122
§ 45. Барометрическая формула. Распределение 125
Больцмана 125
§ 46. Среднее число столкновений и средняя 127
длина свободного пробега молекул 127
§ 47. Опытное обоснование 128
молекулярно-кинетической теории 128
§ 48. Явления переноса в термодинамически 131
неравновесных системах 131
§ 49. Вакуум и методы его получения. 133
Свойства ультраразреженных газов 133
Задачи 137
Глава 9 138
Основы термодинамики 138
§ 50. Число степеней свободы молекулы. Закон 138
равномерного распределения энергии по 138
степеням свободы молекул 138
§ 51. Первое начало термодинамики 140
§ 52. Работа газа при изменении его объема 141
§ 53. Теплоемкость 143
§ 54. Применение первого начала термодинамики 145
к изопроцессам 145
§ 55. Адиабатический процесс. Политропный 148
процесс 148
§ 56. Круговой процесс (цикл). Обратимые и 151
необратимые процессы 151
§ 57. Энтропия, ее статистическое толкование 152
и связь с термодинамической вероятностью 152
§ 58. Второе начало термодинамики 155
§ 59. Тепловые двигатели и холодильные 157
машины. Цикл Карно и его к. п. д . для 157
идеального газа 157
Задачи 161
Глава 10 164
Реальные газы, жидкости 164
и твердые тела 164
§ 60. Силы и потенциальная энергия 164
межмолекулярного взаимодействия 164
§ 61. Уравнение Ван-дер-Ваальса 166
§ 62. Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ 167
§ 63. Внутренняя энергия реального газа 171
§ 64. Эффект Джоуля — Томсона 172
§ 65. Сжижение газов 175
§ 66. Свойства жидкостей. Поверхностноe 176
натяжение 176
§ 67. Смачивание 180
§ 68. Давление под искривленной поверхностью 182
жидкости 182
§ 69. Капиллярныe явления 183
§ 70. Твердыe тела. Моно- и поликристаллы 185
§ 71. Типы кристаллических твердых тел 186
§ 72. Дефекты в кристаллах 193
§ 73. Теплоемкость твердых тел 194
§ 74. Испарение, сублимация, плавление и 196
кристаллизация. Аморфные тела 196
§75. Фазовые переходы I и II рода 199
§ 76. Диаграмма состояния. Тройная точка 200
Задачи 203
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ 203
Глава 11 204
Электростатика 204
§ 77. Закон сохранения электрического заряда 204
§ 78. Закон Кулона 205
§ 79. Электростатическое поле. Напряженность 206
электростатического поля 206
§ 80. Принцип суперпозиции электростатических 209
полей. Поле диполя 209
§ 81. Теорема Гаусса для электростатического 212
поля в вакууме 212
§ 82. Применение теоремы Гаусса к расчету 214
некоторых электростатических полей 214
в вакууме 214
§ 83. Циркуляция вектора напряженности 219
электростатического поля 219
§ 84. Потенциал электрического поля 220
§ 85. Напряженность как градиент потенциала. 223
Эквипотенциальные поверхности 223
§ 86. Вычисление разности потенциалов по 225
напряженности поля 225
§ 87. Типы диэлектриков. Поляризация 227
диэлектриков 227
§ 88. Поляризованность. Напряженность поля в 228
диэлектрике 228
§ 89. Электрическое смещение. Теорема Гаусса 231
для электростатического поля в диэлектрике 231
§ 90. Условия на границе раздела двух 232
диэлектрических сред 232
§ 91. Сетнетоэлектрики 235
§ 92. Проводники в электростатическом поле 237
§ 93. Электрическая емкость уединенного 240
проводника 240
§ 94. Конденсаторы 241
§ 95. Энергия системы зарядов, уединенного 245
проводника и конденсатора. Энергия 245
электростатического поля 245
Задачи 248
Глава 12 250
Постоянный электрический ток 250
§ 96. Электрический ток, сила и плотность тока 250
§ 97. Сторонние силы. Электродвижущая сила 251
и напряжение 251
§ 98. Закон Ома. Сопротивление проводников 253
§ 99. Работа и мощность тока. 256
Закон Джоуля — Ленца 256
§ 100. Закон Ома для неоднородного участка цепи 257
§ 101. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей 258
Задачи 262
Глава 13 264
Электрические токи в металлах, 264
вакууме и газах 264
§ 102. Элементарная классическая теория 264
электропроводности металлов 264
§ 103. Вывод основных законов электрического 266
тока в классической теории 266
электропроводности металлов 266
§ 104. Работа выхода электронов из металла 269
§ 105. Эмиссионные явления и их применение 270
§ 106. Ионизация газов. Несамостоятельный 275
газовый разряд 275
§ 107. Самостоятельный газовый разряд и его 277
типы 277
Задачи 283
Глава 14 284
Магнитное поле 284
§ 109. Магнитное поле и его характеристики 284
§ 110. Закон Био - Савара - Лапласа и его 288
применение к расчету магнитного поля 288
§ 111. Закон Ампера. 291
Взаимодействие параллельных токов 291
§ 112. Магнитная постоянная. 293
Единицы магнитной индукции и 293
напряженности магнитного поля 293
§ 113. Магнитное поле движущегося заряда 294
§ 114. Действие магнитного поля на движущийся 295
заряд 295
§ 115. Движение заряженных частиц в магнитном 297
поле 297
§ 116. Ускорители заряженных частиц 298
§ 117. Эффект Холла 301
§ 118. Циркуляция вектора В магнитного поля 302
в вакууме 302
§ 119. Магнитные поля соленоида и тороида 304
§ 120. Поток вектора магнитной индукции. 306
Теорема Гаусса для поля В 306
§ 121. Работа по перемещению проводника 308
и контура с током в магнитном поле 308
Задачи 310
Глава 15 312
Электромагнитная индукция 312
§122. Явление электромагнитной индукции 312
(опыты Фарадея) 312
§ 123. Закон Фарадея и его вывод из закона 314
сохранения энергии 314
§ 124. Вращение рамки в магнитном поле 316
§ 125. Вихревые токи (токи Фуко) 317
§ 126. Индуктивность контура. Самоиндукция 319
§ 127. Токи при размыкании и замыкании цепи 321
§ 128. Взаимная индукция 323
§ 129. Трансформаторы 325
§ 130. Энергия магнитного поля 327
Задачи 328
Глава 16 330
Магнитные свойства вещества 330
§ 131. Магнитные моменты электронов и атомов 330
§ 132. Диа- и парамагнетизм 333
§ 133. Намагниченность. Магнитное поле в 335
веществе 335
§ 134. Условия на границе раздeла двух 338
магнетиков 338
§ 135. Ферромагнетики и их свойства 340
§ 136. Природа ферромагнетизма 343
Задачи 345
Глава 17 346
Основы теории Максвелла 346
для электромагнитного поля 346
§ 137. Вихревое электрическое поле 346
§ 138. Ток смещения 347
§ 139. Уравнения Максвелла для 351
электромагнитного поля 351
КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ 354
Глава 18 355
Механические и 355
электромагнитные колебания 355
§ 140. Гармонические колебания и их 355
характеристики 355
§ 141. Механические гармонические колебания 358
§ 142. Гармонический осциллятор. 360
Пружинный, физический и математический 360
маятники 360
§ 143. Свободные гармонические колебания в 363
колебательном контуре 363
§ 144. Сложение гармонических колебаний 366
одного направления и одинаковой частоты. 366
Биения 366
§ 145. Сложение взаимно перпендикулярных 369
колебаний 369
§ 146. Дифференциальное уравнение свободных 372
затухающих колебаний (механических и 372
электромагнитных) и его решение. 372
§ 147. Дифференциальное уравнение 377
вынужденных колебаний (механических 377
и электромагнитных) и его решение 377
§ 148. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний 380
(механических и электромагнитных). 380
Резонанс 380
§ 149. Переменный ток 383
389
§ 150. Резонанс напряжений 389
§ 151. Резонанс токов 390
§ 152. Мощность, выделяемая в цепи переменного 392
тока 392
Задачи 393
Глава 19 395
Упругие волны 395
§ 153. Волновые процессы. Продольные и 395
поперечные волны 395
§ 154. Уравнение бегущей волны. Фазовая 397
скорость. Волновое уравнение 397
§ 155. Принцип суперпозиции. 400
Групповая скорость 400
§ 156. Интерференция волн 401
§ 157. Стоячие волны 403
§ 158. Звуковые волны 405
§ 158. Эффект Доплера в акустике 408
§ 160. Ультразвук и его применение 410
Задачи 411
Глава 20 412
Электромагнитные волны 412
§ 161. Экспериментальное получение 412
электромагнитных волн 412
§ 182. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны 415
§ 163. Энергия электромагнитных волн. 417
Импульс электромагнитного поля 417
§ 164. Излучение диполя. 419
Применение электромагнитных волн 419
Задачи 421
ОПТИКА. 422
КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ 422
Глава 21 422
Элементы геометрической 422
и электронной оптики 422
§ 165. Основные законы оптики. 422
Полноe отражение 422
§ 166. Тонкие линзы. Изображение предметов 426
с помощью линз 426
§ 167. Аберрации (погрешности) оптических 431
систем 431
§ 168. Основные фотометрические величины 434
и их единицы 434
§ 169. Элементы электронной оптики 435
Задачи 439
Глава 22 440
Интерференция света 440
§ 170. Развитие представлений о природе света 440
§ 171. Когерентность и монохроматичность 445
световых волн 445
§ 172. Интерференция света 447
§ 173. Методы наблюдения интерференции света 448
§ 174. Интерференции света в тонких пленках 452
§ 175. Применение интерференции света 457
Задачи 461
Глава 23 462
Дифракция света 462
§ 176. Принцип Гюйгенса — Френеля 462
§ 177. Метод зон Френеля. 464
Прямолинейноe распространение света 464
§ 178. Дифракция Френеля на круглом отверстии 467
и диске 467
§ 179. Дифракция Фраунгофера на одной щели 469
§ 180. Дифракция Фраунгофера на дифракционной 472
решетке 472
§ 181. Пространственная решетка. 475
Рассеянии света 475
§ 182. Дифракция на пространственной решетке. 476
Формула Вульфа — Брэггов 476
§ 183. Разрешающая способность оптических 478
приборов 478
§ 184. Понятие о голографии 480
Задачи 483
Глава 24 484
Взаимодействие электромагнитных волн с веществом 484
§ 185. Дисперсия света 484
§ 186. Электронная теория дисперсии света 486
§ 187. Поглощение (абсорбция) света 489
§ 188. Эффект Доплера 491
§ 189. Излучение Вавилова — Черенкова 492
Задачи 493
Глава 25 494
Поляризация света 494
§ 190. Естественный и поляризованный свет 494
§ 191. Поляризация света при отражении и 498
преломлении на границе двух диэлектриков 498
§ 192. Двойное лучепреломление 499
§ 193. Поляризационные призмы и поляроиды 503
§ 194. Анализ поляризованного света 505
§ 195. Искусственная оптическая анизотропия 508
§ 196. Вращение плоскости поляризации 509
Задачи 511
Глава 26 512
Квантовая природа излучения 512
§ 197. Тепловое излучение и «го характеристики 512
§ 198. Закон Кирхгофа 514
§ 199. Законы Стефана — Больцмана и 516
смещения Вина 516
§ 200. Формулы Рэлея — Джинса и Планка 517
§ 201. Оптическая пирометрия. 520
Тепловые источники света 520
§ 202. Виды фотоэлектрического эффекта. 523
Законы внешнего фотоэффекта 523
§ 203. Уравнение Эйнштейна для внешнего 526
фотоэффекта. Экспериментальное 526
подтверждение квантовых свойств света 526
§ 204. Применение фотоэффекта 529
§ 205. Масса и импульс фотона. Давление света 531
§ 206. Эффект Комптона и его элементарная 532
теория 532
§ 207. Единство корпускулярных и волновых 535
свойств электромагнитного излучения 535
ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ АТОМОВ, МОЛЕКУЛ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ 538
Глава 27 538
Теория атома водорода по Бору 538
§ 208. Модели атома Томсона и Резарфорда 538
§ 209. Линейчатый спектр атома водорода 540
§ 210. Постулаты Бора 541
§ 211. Опыты Франка и Герца 542
§ 212. Спектр атома водорода по Бору 544
Задачи 547
Глава 28 549
Элементы квантовой механики 549
§ 213. Корпускулярно-волновой дуализм свойств 549
вещества 549
§ 214. Некоторые свойства волн де Бройля 551
§ 215. Соотношение неопределенностей 552
§ 216. Волновая функция и ее статистический 556
смысл 556
§ 217. Общее уравнение Шредингера. 559
Уравнение Шредингера для стационарных 559
состояний 559
§ 218. Принцип причинности в квантовой 562
механике 562
§ 219. Движение свободной частицы 563
§ 220. Частица в одномерной прямоугольной 564
«потенциальной яме» е бесконечно 564
высокими «стенками» 564
§ 221. Прохождение частицы сквозь 567
потенциальный барьер. 567
Туннельный эффект 567
§ 222. Линейный гармонический осциллятор 571
в квантовой механике 571
Задачи 574
Глава 29 576
Элементы современной физики 576
атомов и молекул 576
§ 223. Атом водорода в квантовой механике 576
§ 224. 1s-Состояние электрона в атоме водорода 582
§ 225. Спин электрона. Спиновое квантовое число 584
§ 226. Принцип неразличимости тождественных 585
частиц. Фермионы и бозоны 585
§ 227. Принцип Паули. Распределение электронов 587
в атоме по состояниям 587
§ 228. Периодическая система элементов 588
Менделеева 588
§ 229. Рентгеновские спектры 592
§ 230. Молекулы: химические связи, понятие 595
об энергетических уровнях 595
§ 231. Молекулярные спектры. 598
Комбинационное рассеяние света 598
§ 232. Поглощение. 599
Спонтанное и вынужденное излучения 599
§ 233. Оптические квантовые генераторы (лазеры) 602
Задачи 606
Глава 30 607
Элементы квантовой статистики 607
§ 234. Квантовая статистика. 607
Фазовое пространство. 607
Функция распределения 607
§ 235. Понятие о квантовой статистике 608
Бозе — Эйнштейна и Ферми — Дирака 608
§ 236. Вырожденный электронный газ в металлах 610
§ 237. Понятие о квантовой теории теплоемкости. 612
Фононы 612
§ 238. Выводы квантовой теории 614
электропроводности металлов 614
§ 239. Сверхпроводимость. 615
Понятие об эффекте Джозефсона 615
Задачи 618
Глава 31 618
Элементы физики твердого тела 618
§ 240. Понятие о зонной теории твердых тел 619
§ 241. Металлы, диэлектрики и полупроводники 621
по зонной теории 621
§ 242. Собственная проводимость 623
полупроводников 623
§ 243. Примесная проводимость полупроводников 627
§ 244. Фотопроводимость полупроводников 632
§ 245. Люминесценция твердых тел 633
637
§ 246. Контакт двух металлов по зонной теории 637
§ 247. Термоэлектрические явления и их 640
применение 640
§ 248. Выпрямление на контакте металл — 643
полупроводник 643
§ 249. Контакт электронного и дырочного 645
полупроводников (р-п-переход) 645
§ 250. Полупроводниковые диоды и триоды 649
(транзисторы) 649
Задачи 652
ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ 654
АТОМНОГО ЯДРА 654
И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ 654
Глава 32 654
Элементы физики атомного ядра 654
§ 251. Размер, состав и заряд атомного ядра. 654
Массовое и зарядовое числа 654
§ 252. Дефект массы и энергия связи ядра 655
§ 253. Спин ядра и его магнитный момент 657
§ 254. Ядерные силы. Модели ядра 659
§ 255. Радиоактивное излучение и его виды 661
§ 256. Закон радиоактивного распада. 662
Правила смещения 662
§ 257. Закономерности -распада 665
§ 258. ˉ -Распад. Нейтрино 666
§ 259. Гамма-излучение и его свойства 669
§ 260. Резонансное поглощение g-излучения 672
(эффект Мбссбауэра*) 672
§ 261. Методы наблюдения и регистрации 674
радиоактивных излучений и частиц 674
§ 262. Ядерные реакции и их основные типы 679
§ 263. Позитрон. +-Распад. Электронный захват 681
§ 264. Открытие нейтрона. Ядерные реакции под 684
действием нейтронов 684
§ 265. Реакция деления ядра 686
§ 266. Цепная реакция деления 688
§ 267. Понятие о ядерной энергетикe 690
§ 268. Реакция синтеза атомных ядер. 693
Проблема управляемых термоядерных 693
реакций 693
Задачи 696
Глава 33 697
Элементы физики 697
элементарных частиц 697
§ 269. Космическое излучение 697
§ 270. Мюоны и их свойства 699
§ 271. Мезоны и их свойства 701
§ 272. Типы взаимодействий элементарных 702
частиц 702
§ 273. Частицы и античастицы 704
§ 274. Гипероны. Странность и четность 707
элементарных частиц 707
§ 275. Классификация элементарных частиц. 709
Кварки 709
Задачи 714
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 716
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ И ФОРМУЛЫ 717
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»