Министерство образования Московской области
Государственный университет «Дубна»
Кафедра общей физики
С.Б. Борзаков, И.М. Граменицкий, А.Г. Литвиненко, М.В. Токарев
Квантовая физика
Дифракция электронов
на кристаллических структурах
Закон излучения Стефана-Больцмана
Лабораторный практикум по общей физике
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Р
екомендовано
учебно-методическим советом
университета
«Дубна» в качестве учебного пособия
для студентов, обучающихся по направлениям
подготовки «Конструирование и технология
электронных средств», «Электроэнергетика
и электротехника», «Авиастроение»,
«Ядерные физика и технологии», «Химия»,
«Физика», «Электрооборудование физических
установок» (бакалавриат), «Технология
геологической разведки» (специальность)
Дубна
2015
УДК 537.5
ББК 22.314я73-5
Б 82-3
Рецензент
главный научный сотрудник Объединённого института ядерных исследований, доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики частиц Научно-исследовательского института ядерной физики Московского государственного университета В.А. Никитин
Борзаков, С.Б.
Б 82-3 Квантовая физика. Дифракция электронов на кристаллических структурах. Закон излучения Стефана-Больцмана : учебное пособие / С.Б. Борзаков, И.М. Граменицкий, А.Г. Литвиненко, М.В. Токарев ; под ред. М.В. Токарева. — Дубна : Гос. ун-т «Дубна», 2015. — 44 с.
ISBN 978-5-89847-427-0
Учебное пособие охватывает материал раздела «Квантовая физика» по темам «Дифракция электронов на кристаллических структурах» и «Закон излучения Стефана-Больцмана», изучаемых в курсе «Общая физика». Содержание пособия включает теоретическую часть, описание экспериментальных установок, порядок измерений и методику обработки полученных данных, контрольные вопросы и ссылки на литературу.
Пособие рекомендовано для студентов, обучающихся по направлениям подготовки «Конструирование и технология электронных средств», «Электроэнергетика и электротехника», «Авиастроение», «Ядерные физика и технологии», «Химия», «Физика», «Электрооборудование физических установок» (бакалавриат), «Технология геологической разведки» (специальность)
УДК 537.5
ББК 22.314я73-5
ISBN 978-5-89847-427-0 © Междунар. ун-т природы,
о-ва и человека «Дубна», 2015
© Борзаков С.Б., Граменицкий И.М.,
Литвиненко А.Г., Токарев М.В., 2015
Учебное издание
Технический редактор Ю.С. Цепилова
Компьютерная верстка Ю.С. Цепилова
Корректор Е.В. Григорьева
Подписано в печать __.__.2015. Формат 6084/16. Усл. печ. л. 2,55.
Тираж 23 экз. Заказ № 46.
Г
БОУ
ВПО МО «Международный университет
природы, общества и человека «Дубна»
141982, Г. Дубна Московской обл., ул. Университетская, 19 п редисловие
Учебное пособие по изучению раздела «Квантовая физика», включающее выполнение лабораторных работ «Дифракция электронов на кристаллических структурах» и «Закон излучения Стефана-Больцмана», предназначено для студентов университета «Дубна», обучающихся по направлениям подготовки ВПО «Конструирование и технология электронных средств», «Электроэнергетика и электротехника», «Ядерные физика и технологии», «Физика и механика материалов», «Авиастроение», «Химия», «Физика» по дисциплине «Общая физика». Пособие охватывает экспериментально и теоретически важную тему курса общей физики и знакомит студентов с одним из важнейших научных открытий в физике — волновой природой квантовых объектов. Так, за теоретическое предсказание волновой природы электронов и экспериментальное открытие дифракции электронов на кристаллах присуждены две нобелевские премии — Луи де-Бройлю (1928) и К.Д. Девиссону и Д.П. Томсону (1937). Идея корпускулярно-волнового дуализма является важнейшим понятием для формирования как современного мировоззрения, так и понимания широкого круга квантовых явлений, протекающих на малых масштабах.
Гипотеза М. Планка о дискретности энергии излучения атома открыла новую эпоху в физике. Теоретическая формула М. Планка для излучения абсолютно черного тела явилась обобщением экспериментально установленных законов излучения Вина, Релея-Джинса и Стефана-Больцмана. Эти законы способствовали рождению и развитию представлений о фундаментальных свойствах квантовых систем. За открытия законов излучения были присуждены две нобелевские премии — В. Вину (1911) и М. Планку (1918).
Включение данного учебного пособия в программу физического практикума курса «Общая физика», несомненно, повысит образовательный уровень самого курса, сделает его современным и нацеленным на подготовку глубокого и неформального восприятия студентами более сложных разделов физики при изучении специальных курсов.
Пособие содержит теоретический раздел и описание лабораторных работ «Дифракция электронов на кристаллических структурах» и «Закон излучения Стефана-Больцмана», изучаемых в курсе «Общая физика».
Структура описания каждой темы включает следующие разделы: теоретическое введение, содержащее необходимый материал для понимания экспериментального исследования; экспериментальная часть, в которой сформулирована цель работы, представлены описание экспериментальных установок, порядок измерений и методика обработки полученных данных, указаны форма представления основных результатов работы и контрольные вопросы. Описания установок содержат их принципиальные схемы. Для наглядности используются фотографии, рисунки всей установки или ее отдельных частей. Список рекомендуемой литературы достаточен для изучения указанных тем с различной степенью глубины. Экспериментальная часть работ содержит задания, требующие от студента предварительной подготовки и знакомства с работой отдельных приборов (амперметра, вольтметра), входящих в состав установки, порядком их включения и выключения. Обработка полученных данных требует знания основных методов вычисления статистических и систематических ошибок измерений. Наглядность полученных результатов достигается представлением их в виде графиков. Для обработки данных и представления результатов предполагается использование стандартных компьютерных пакетов. Основные результаты проведенного исследования кратко формулируются в виде утверждений в заключительной части работы.