А.Г. Москаленко М.Н. Гаршина И.А. Сафонов Т.Л. Тураева А.В. Бугаков КРАТКИЙ КУРС ФИЗИКИ Часть 2 ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ. ОПТИКА. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА. ФИЗИКА ЯДРА Учебное пособие Воронеж 2011 ФГБОУ ВПО ”Воронежский государственный технический университет ” А.Г. Москаленко М.Н. Гаршина И.А. Сафонов Т.Л. Тураева А.В. Бугаков КРАТКИЙ КУРС ФИЗИКИ Часть 2 ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ. ОПТИКА. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА. ФИЗИКА ЯДРА Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия Воронеж 2011

УДК 3;530.1

Краткий курс физики. Ч.2: Электромагнетизм. Колебания и волны. Оптика. Квантовая физика. Физика ядра: учеб. пособие / А.Г. Москаленко, М.Н. Гаршина, И.А. Сафонов, Т.Л. Тураева, А.В. Бугаков. Воронеж: ФГБОУ ВПО “Воронежский государст- венный технический университет”, 2011, 235. с.

В учебном пособии кратко изложен теоретический материал, соответствующий учебной программе курса физики за 2011 год для заочной сокращённой формы обучения по электромагнитым явлениям, механическим и электрическим колебаниям, волновой и квантовой оптике, основам квантовой механики и физики твёрдого тела, основам физики ядра. Приведены примеры решения типовых задач с подробным описанием методов решения. По каждому из разделов предложен фонд контрольных заданий с таблицами вариантов контрольных работ.

Издание соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования для всех специальностей технического профиля.

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в тестовом редакторе MS Word 2003 и содержится в файле Физика ч.2.doc.

Предназначено для студентов технических специаль- ностей сокращённой заочной формы обучения.

Рецензенты: кафедра общей физики ВГПУ

(зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф.

В.А.Хоник);

д-р физ.-мат. наук, проф. А.А. Щетинин

© Москаленко А.Г., Гаршина М.Н.,

Сафонов И.А., Тураева Т.Л.,

Бугаков А.В. 2011

© Оформление. ФГБОУ ВПО

“Воронежский государственный

технический университет”, 2011

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие, являющееся продолжением первой части [1] краткого курса общей физики включает разделы: электромагнетизм, колебания и волны, волновая и квантовая оптика, квантовая механика, физика атома и ядра.

Теоретический материал излагается в соответствии с типовой программой по курсу общей физики. Главное внима- ние при этом обращается на физическую сущность основных понятий и законов. Наряду с теоретическими основами в пособии рассматриваются практические приёмы решения типовых задач. По каждому из разделов представлен фонд контрольных заданий с таблицами вариантов контрольных работ. В конце пособия в виде приложения даются некоторые сведения из математики, а также основные справочные данные.

Выписка из типовой программы дисциплины

Физика за 2011 год

2. Семестр)

1. Магнетизм

Магнитостатика.

Магнитное взаимодействие постоянных токов. Вектор магнитной индукции. Закон Ампера. Сила Лоренца. Движение зарядов в электрических и магнитных полях. Закон Био-Савара-Лапласа. Теорема о циркуляции (закон полного тока).

Магнитное поле в веществе.

Магнитное поле и магнитный дипольный момент кругового тока. Намагничение магнетиков. Напряженность магнитного поля. Магнитная проницаемость. Классификация магнетиков.

1. Электромагнитная индукция.

Феноменология электромагнитной индукции. Правило Ленца. Уравнение электромагнитной индукции. Самоиндук- ция. Индуктивность соленоида. Работа по перемещению контура с током в магнитном поле. Энергия магнитного поля.

Уравнения Максвелла.

Система уравнений Максвелла в интегральной форме и физический смысл входящих в нее уравнений.

1. Колебания и волны. Оптика.

Гармонические колебания.

Идеальный гармонический осциллятор. Уравнение идеального осциллятора и его решение. Амплитуда, частота и фаза колебания. Энергия колебаний. Примеры колебательных движений различной физической природы. Свободные затухающие колебания осциллятора с потерями. Вынужденные колебания. Сложение колебаний (биения, фигуры Лиссажу). Анализ и синтез колебаний, понятие о спектре колебаний. Связанные колебания.

Волны.

Волновое движение. Плоская гармоническая волны. Длина волны, волновое число, фазовая скорость. Уравнение волны. Одномерное волновое уравнение. Упругие волны в газах, жидкостях и твердых телах. Элементы акустики. Эффект Доплера. Поляризация волн.

Интерференция волн.

Интерференционное поле от двух точечных источников. Опыт Юнга. Интерферометр Майкельсона. Интерференция в тонких пленках. Стоячие волны.

Дифракция волн.

Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля на простейших преградах. Дифракция Фраунгофера. Дифракци- онная решетка как спектральный прибор. Понятие о голографическом методе получения и восстановления изображений.

Поляризация волн.

Форма и степень поляризации монохроматических волн. Получение и анализ линейно-поляризованного света. Линейное двулучепреломление. Прохождение света через линейные фазовые пластинки. Искусственная оптическая анизотропия. Фотоупругость. Электрооптические и магнито- оптические эффекты.

Поглощение и дисперсия волн.

Нелинейные процессы в оптике.

2. Квантовая физика.

Квантовые свойства электромагнитного излучения.

Тепловое излучение и люминесценция. Спектральные характеристики теплового излучения. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана и закон смещения Вина. Абсолютно черное тело. Формула Релея-Джинса и «ультрафиолетовая катастрофа». Гипотеза квантов. Формула Планка. Квантовое объяснение законов теплового излучения. Корпускулярно-волновой дуализм света.

Планетарная модель атома.

Модель атома Томсона. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Эмпирические закономерности в атомных спектрах. Формула Бальмера.

Элементы квантовой механики.

Гипотеза де Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера. Дифракция микрочастиц. Принцип неопределенности Гейзенберга. Волновая функция, ее статистический смысл и условия, которым она должна удовлетворять. Уравнение Шредингера. Квантовая частица в одномерной потенциальной яме. Одномерный потенциальный порог и барьер.

Квантово-механическое описание атомов.

Стационарное уравнение Шредингера для атома водорода. Волновые функции и квантовые числа. Правила отбора для квантовых переходов. Опыт Штерна и Герлаха. Эффект Зеемана.

Оптические квантовые генераторы.

Спонтанное и индуцированное излучение. Инверсное заселение уровней активной среды. Основные компоненты лазера. Условие усиления и генерации света. Особенности лазерного излучения. Основные типы лазеров и их применение.