170

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Восточно-Казахстанский государственный технический университет ИМ. Д.М. СЕРИКБАЕВА

А.А. Жаксылыкова, в.А. Паюк

Ф И З И К А II

Конспект лекций

для дистанционного обучения студентов специальностей

050702-050704, 050706, 050707, 050709, 050711-050713,

050716-050718, 050724, 050725, 050729-050732, 050901

Усть-Каменогорск

2008

УДК 530

Жаксылыкова А.А., Паюк В.А. Физика II: конспект лекций для дистанционного обучения студентов специальностей 050702-050704, 050706, 050707, 050709, 050711-050713, 050716-050718, 050724, 050725, 050729-050732, 050901 / ВКГТУ. – Усть-Каменогорск, 2008. – с.174.

Пособие содержит 15 лекций базового курса дисциплины Физика II: колебания и волны, волновая и квантовая оптика, атомная физика, квантовая механика, элементы квантовой статистики, физика ядра. Пособие предназначено для дистанционного обучения студентов специальностей, учебными планами которых предусмотрено изучение базового курса физики в объёме четырёх – шести кредитов. Курс лекций составлен в соответствии со стандартами образования, введёнными в действие с 1.09. 2006 для технических вузов.

Утверждено методическим советом

факультета «Машиностроение и транспорт»

Протокол № ___ от ________ 2008г.

 Восточно - Казахстанский

государственный технический

университет имени Д.Серикбаева

2008

содержание

1 ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………………….6

2 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА…………………………………………………………………………………7

3 РАБОЧАЯ Программа …………………………………………………………………………………7

ЛЕКЦИЯ 1……………………………………………………………………………………………………..9

4.1 Гармонические колебания 8

4.1.1 основные понятия 8

4.1.2 Параметры гармонических колебаний 9

4.1.3 Кинематика гармонических колебаний 10

4.1.4 Дифференциальное уравнение гармонических колебаний 10

4.1.5 Динамика гармонических колебаний 11

4.1.5.1 Пружинный маятник 11

4.1.5.2 Математический маятник 12

4.1.5.3 Физический маятник 14

4.1.6 Электромеханическая аналогия 17

4.1.7 Энергия гармонических колебаний 17

4.1.8 Сложение гармонических колебаний 18

4.1.8.1 Колебания одного направления и одинаковой частоты. Биения 18

4.1.8.2 Сложение взаимно перпендикулярных колебаний 20

4.2 Затухающие колебания 23

4.2.1 Дифференциальное уравнение затухающих колебаний 23

4.2.2 Параметры затухающих колебаний 25

4.2.3 Режимы затухающих колебаний 27

4.3 Вынужденные колебания 27

4.3.1 Условия возникновения вынужденных колебаний 27

4.3.2 Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний. 28

4.3.3 Резонанс 30

4.4 Автоколебания 32

4.5 Переменный ток 32

4.5.1 Вынужденные электромагнитные колебания. Закон Ома для переменного тока. 32

4.5.2 Мощность, выделяемая в цепи переменного тока 35

5.1 Волновые процессы. 37

5.1.1 Основные понятия. 37

5.1.2 Уравнение бегущей волны. 39

5.1.3 Дифференциальное уравнение волны (волновое уравнение) 40

5.2 Энергия волны 41

5.3 Интерференция волн 42

5.3.1 Стоячие волны 44

5.4 Некоторые свойства электромагнитной волны 46

5.5 Излучение электромагнитных волн 48

6 Оптика 50

6.1 Развитие представлений о свете 50

6.1.1 Оптическое излучение. 50

6.1.2 Природа света. 51

6.2 Геометрическая оптика 51

6.3 Основные фотометрические величины и их единицы 54

6.3.1 Энергетические величины 54

6.3.2 Световые величины 55

6.4 Интерференция света 56

6.4.1 Методы наблюдения интерференции света 60

6.4.2 Интерференция света в тонких пленках 61

6.4.2.1 Полосы равного наклона 61

6.4.2.2 Кольца Ньютона 62

6.4.3 Применение интерференции света 63

6.5 Дифракция света 65

6.5.1 Принцип Гюйгенса – Френеля. 65

6.5.2 Метод зон Френеля 67

падающей волны и геометрии задачи. 67

6.5.2.2 Дифракция на круглом непрозрачном диске. 69

6.5.2.3 Дифракция сферической волны на круглом отверстии. 69

6.5.3 Графический метод сложения амплитуд. 70

6.5.4 Дифракция от одной щели 71

6.5.5 Дифракция от многих щелей. Дифракционная решетка. 72

6.5.5 Дифракция на пространственной решётке. Формула Вульфа-Брэггов 73

6.6 Понятие о голографии 75

6.7 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН С ВЕЩЕСТВОМ 77

6.7.1 Поглощение света 77

6.7.2 Рассеяние света 78

6.7.3 Дисперсия света 79

ЛЕКЦИЯ 8 82

6.8 Поляризация света 82

6.8.1 Естественный и поляризованный свет 82

6.8.2 Закон Малюса 84

6.8.3 Поляризация при преломлении и отражении света 85

6.8.4 двойное лучепреломление 86

6.8.5 Вращение плоскости поляризации 88

7 КВАНТОВАЯ ОПТИКА 89

7.1 Тепловое излучение тел 89

7.1.1 Основные свойства и характеристики 89

7.1.2. Закон Кирхгофа 92

7.1.3 Законы Стефана — Больцмана и Вина 93

7.1.4 Гипотеза и формула Планка 95

7.2 Фотоэффект 96

7.3 Фотоны 99

7.4 Эффект Комптона 100

8 АТОМНАЯ ФИЗИКА 103

8.1 Строение атома. Опыты Резерфорда 103

8.2 Линейчатый спектр атома водорода 104

8.3 Постулаты Бора. Модель атома по Бору 105

9 Волновые свойства микрочастиц 109

9.1 Волны де Бройля 109

9.2 Экспериментальное обоснование гипотезы де Бройля 109

9.4 Волновая функция 116

9.5 Уравнение Шредингера 118

9.5.1 Уравнение Шредингера для стационарного состояния 119

1 Атом водорода в квантовой механике 121

9.6 Принцип Паули. Многоэлектронные атомы 125

9.7 Рентгеновские спектры 126

9.8Лазеры. Спонтанное и индуцированное излечения 127

10 Элементы квантовой статистики 132

10.1 Принцип неразличимости тождественных частиц. Фермионы и бозоны. 132

10.2 Распределение Ферми—Дирака 133

11 ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА 134

11.1 Понятие о зонной теории твердых тел 134

11.2 Собственная проводимость полупроводников 137

11.3 Примесная проводимость полупроводников 139

12 Физика Атомного ядра 140

12.1 Характеристики и модели атомного ядра 140

12.1.1 Состав атомного ядра. Массовое и зарядовое числа, размер ядра 140

12.1.2 Дефект массы и энергия связи ядра 143

12.1.3 Спин и магнитный момент ядра 145

12.2 Ядерные силы 145

12.3 Модели ядра 147

12.4 Ядерные превращения 148

12.4.1 Радиоактивный распад и радиоактивные излучения 148

12.4.2 Закон радиоактивного распада. 149

12.4.3 Правила смещения 151

12.4.4 -распад 151

12.4.5 -распад 152

12.4.6 γ - лучи 154

12.5 Ядерные реакции 155

12.5.1 Ядерные реакции под действием нейтронов 157

12.5.2 Ядерная энергетика 158

12.5.3 Реакции синтеза 161

12.6 Элементарные частицы и их свойства 163

12.6.1 Общие свойства элементарных частиц 163

12.6.2 Античастицы, аннигиляция 166

12.7 Классы взаимодействий 167

12.8 Кварковая модель адронов 169

Физика II