Министерство образования и науки Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра общей и теоретической физики

539(07)

Э456

В.К. Герасимов, Т.О. Миронова, Ю.Б. Пейсахов, Т.П. Привалова

Элементы физики атома и атомного ядра Учебное пособие

Челябинск

Издательский центр ЮУрГУ

2014

УДК 539.1(075.8) + 539.18 (075.8) + 535(075.8)

Э456

Одобрено

научно-методическим советом университета

Рецензенты:

Л.А. Песин, В.К. Усачев

Э456 Элементы физики атома и атомного ядра. Руководство к решению задач: учебное пособие для студентов вузов / В.К. Герасимов, Т.О. Миронова, Ю.Б. Пейсахов, Т.П. Привалова. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2014. – 103 с.

Основное назначение учебного пособия – оказать помощь студентам очной и заочной форм обучения при выполнении контрольных работ по   курсу общей физики. Дано краткое изложение теоретического материала и приведены примеры решения типовых задач по следующим разделам: электромагнитные колебания, волновая и квантовая оптика, теория атома водорода по Бору, элементы квантовой механики и ядерной физики.

Учебное издание предназначено для студентов, обучающихся по  укрупненным группам специальностей и направлений подготовки в  области образования «инженерное дело, технологии и технические науки».

УДК 539.1(075.8) + 539.18 (075.8) + 535(075.8)

© Издательский центр ЮУрГУ, 2014

Оглавление

Введение …………………………………………………….……….………..5

Список рекомендуемой литературы …….………………….……………….5

Рекомендации к решению физических задач ………………………………6

Часть 1 электромагнитные колебания и волны

1. Теоретическая часть

1.1. Уравнение и параметры гармонических колебаний ………………...8

1.2. Уравнения колебаний заряда, тока и напряжения в идеальном колебательном контуре ……………………………………………………...8

1.3. Превращения энергии при электромагнитных колебаниях …………..9

1.4. Волновые процессы. Параметры и уравнение бегущей волны ……..10

1.5. Перенос энергии электромагнитной волной. Интенсивность ЭМВ …12

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Часть 2 волновая оптика и квантовая природа излучения

2. Теоретическая часть

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА …………………………………………….....17

2.1. Интерференция света ………………………………………………......17

2.1.1. Условия максимума и минимума интерференции …………….........17

2.1.2. Интерференция света в тонких пленках ………………………........18

2.2. Дифракция света ………………………………………………….........21

2.2.1. Дифракция параллельных лучей на щели ……………………………22

2.2.2. Дифракция плоской волны на дифракционной решетке …………..23

2.2.3. Разрешающая способность дифракционной решетки ……………..25

2.2.4. Дифракция рентгеновских лучей на кристалле ……………………25

2.3. Поляризация света ………………………………………………………26

2.3.1. Естественный и поляризованный свет ………………………………26

2.3.2. Получение и анализ поляризованного света. Закон Малюса ……...28

2.3.3. Поляризация света при отражении от диэлектрика. Закон

Брюстера ……………………………………………………………...29

2.3.4. Двойное лучепреломление в кристаллах. Искусственная оптическая

анизотропия ……………………………………………………………30

2.3.5. Вращение плоскости поляризации оптически активными

веществами ……………………………………………………………31

КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ …………………………31

2.4. Тепловое излучение ………………………………………………......31

2.4.1. Характеристики теплового излучения ……………………………...32

2.4.2. Тепловое равновесие. Закон Кирхгофа ……………………………..33

2.4.3. Экспериментальный спектр теплового излучения. Закон Стефана –

Больцмана. Законы Вина ……………………………………………34 2.4.4. Квантовая природа теплового излучения. Формула Планка …......35

2.5. Фотоэлектрический эффект

2.5.1. Виды фотоэффекта. Законы внешнего фотоэффекта ……………...36

2.5.2. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта ……………...36

2.6. Фотоны. Давление света ………………………………………………38

2.7. Эффект Комптона ………………………………………………………39

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

3.1. План решения задач по теме «Интерференция света» ………………..40

3.2. План решения задач по теме «Дифракция света» ……………………46

3.3. План решения задач по теме «Поляризация света» …………………..52

3.4. План решения задач по теме «Тепловое излучение» ………………..57

3.5. План решения задач по теме «Фотоэффект» ………………………...60

3.6. План решения задач по теме «Фотоны. Давление света. Эффект

Комптона» ……………………………………………………………..64