Physics-2_semesters-part_2
.pdfКонспект лекций по изике
Курс продолжительностью два семестра
Часть II
Магнетизм, оптика, тепловое излучение иотоэ ект, основы квантовой механики
Иваново, 2012 г.
NonДанный-Commerтекстialраспространяется-Share Alike20063.В20120 UnportedподрсияАлицензией.1В.2.LiЗахаровenseCreative. Commons Attribution-
Оглавление |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1 Магнетизм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1.1 |
Магнитное поле . . . |
. . . |
|
. |
ïîëÿ. . . .íà. |
движущийся. . |
заряд. |
|||||
|
1 |
|
Ñèëà Ëîð íöà |
|
||||||||
|
2 |
|
Действие магнитного |
ïîëÿ íà òîê |
|
|
||||||
|
3 |
|
Магнитное поле равномерно движущегося заряда |
|||||||||
|
4 |
|
Закон Био-Савара-Лапласа |
|
|
|
|
|||||
|
5 |
|
п ямого тока . |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
6 |
|
Ïîëå êðугового тока . . . . . . . . . . . . . |
|
||||||||
|
7 |
|
|
|
äâóõ |
|
араллельных токов . . |
|||||
|
8 |
|
Взаимодействиемагнитного |
|
оля на контур с током |
|||||||
|
9 |
|
абота, |
|
|
|
|
ри перемещении проводника |
||||
|
|
0 |
Дейстоком совершаемаямагнитном |
ïîëå . . . . . . |
|
|
||||||
|
|
Теорема аусса для магнитного поля |
. Закон пол- |
|||||||||
|
1.1.12 |
Циркуляция вектора магнитной |
|
|||||||||
|
Применениесоленоида |
тороидазак на полного. . |
токаиндукциирасчету полей |
|||||||||
1.2 |
|
|
íîãî òîêà. . . . . . . |
|
|
|
|
|
|
|
||
Явление электромагнитной |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
2 |
|
кстратоки при замыканиииндукцииразмыкании цепи |
|||||||||
|
1 |
|
Явление самоиндукции . |
|
|
|
|
|||||
|
3 |
|
Ýнергия магнитного поля |
|
|
|
|
|||||
|
1.2.4 |
|
Взаимная индукция |
3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
||||||||
7
9
0
1
2
3
4
75
8
19
0
3
26
7
|
|
2 5 |
Вихре ые |
îêè (òîêè Ôóêî) |
|
||||
|
3 |
3 |
|
Ферромагнетики |
|
|
|||
|
Магнитные сâойс ва веществ |
|
|||||||
|
1.4 |
Основы теории |
|
|
|
|
|||
|
|
|
2 |
УравненияМаксвелла ла . . . . . . . |
|||||
|
|
|
1 |
Ток смещения . . . . |
|
||||
|
|
|
3 |
аспространение |
электромагнитных волн |
||||
2 |
|
1.4.4 |
Энергия электромагнитного поля . . . . . . . . . . . |
||||||
Волновая оптика |
|
|
|
|
|||||
|
2.1 |
Интер еренция света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|||||||
|
|
|
1 |
Способы получения интер еренционной картины |
|||||
|
|
|
2 |
Интер еренция света при отражении от тонких пла- |
|||||
|
|
1 3 |
стинок (пленок) |
|
|
|
|||
|
2.2 |
Кольца Ньютона |
|
|
|||||
|
Ди ракция света . . |
. . . . . . |
|
||||||
|
|
|
1 |
Çîíû |
|
|
|
||
|
|
|
2 |
|
ФренеляФраунго ера |
|
|||
|
|
2 |
3 |
ракционная решетка |
|
||||
|
|
4 |
Äèсперсия |
разрешающая способность |
|||||
|
2.3 |
|
1 |
Поляризация при |
тражении преломлении |
||||
|
Поляризация света . . . . . . . . . |
. . |
|||||||
|
|
|
2 |
Двойное лучепреломление |
|||||
|
|
|
3 |
Искусственное двойное лучепреломление |
|||||
3 |
|
2.3.4 |
Оптически |
|
|
вещес ва . . . . . . . . . . . . . |
|||
Тепловое |
|
|
активныеотоэ ект |
||||||
|
3.1 |
Тепловоеизлучение . . |
|
|
|||||
|
|
|
1 |
|
Кирхго а |
|
|
||
|
|
|
2 |
Закон Сте ана-Больцмана |
|
||||
|
3.2 |
3.1.3 |
Формула Планка |
. .4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|||||
|
Фотоэ ект . . . . . . |
||||||||
28
9
1
34
35
397
0
1
2
3
4
5
6
48
9
51
53
4
6
57
8
3 |
3.2.1 |
Внутренний отоэ ект |
|||
Фотоны . . . . |
|
|
|
||
4 |
Д вл ние света |
|
|
|
|
5 |
Э ект Комптона |
|
|||
3.6 |
Лазеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
||||
4 Основы квантовой механики |
|||||
4.1 |
Àòîì åçåð îðäà-Áîðà . . . . |
||||
|
1 |
С ектральные |
|
||
4.2 |
1 2 |
Опыты Фр нказакономерностиерца |
|||
Волновые свойства частиц |
|
||||
|
1 |
ипотеза |
-Бройля . . . . . . . |
||
|
2 4 |
Принцип |
неопределенности ейзенберга |
||
|
2 |
|
|
|
Джермера . |
4.3 |
3 |
Опыты ДэвиссонаТомсона Тартаковского |
|||
Уравнение Шредингера |
|
||||
|
1 |
|
|
. . . . . . . . . . |
|
|
5 |
Êâà тование момента импульса |
|||
|
2 |
Частица |
|
потенциальной яме |
|
|
3 |
|
ый гармонический сциллятор |
||
|
4 |
|
|
в атоме водорîäà |
|
4.4 |
3 6 |
Ñïèí электрона |
|
||
Атомное ядро . . . . . . |
|
||||
|
1 |
Масса энергия связи ядра |
|||
|
2 |
адиоактивность . |
|
||
|
3 |
Основной закон радиоактивного распада |
|||
|
4.4.4 |
Ядерные реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
|||
|
|
|
|
|
5 |
1
63
5
678
0
1
2
3
4
5
6
77
8
6
ëàâà 1 |
|
Магнетизм |
|
1.1 |
Магнитное поле |
О существова ии магнитной силы (на примере действия постоян ых |
|
магнитов) известно с древн сти. В XIX в. были установлены две основ- |
|
ные особенности магнитного поля: |
|
1 |
создается движущимися зарядами (или токами). |
2. Магнитное поле действует на движущиеся заряды (токи). |
|
1.1.1 Действие магнитного поля на движущийся за- |
|
|
ряд. Сила Лоренца |
ассмотрим простейший случай: действие магн тного поля на |
|
движущийся заряд. Опыт показывает, что на движущийся со скоро- |
|
ñòüþ v точечный заряд величиной q действует сила, причем F |
îäèíq |
|
Fиспользоватьv. В качествеиндукциюосновноймагнитногохарактеристикиполя агнитного поля |
будем |
|
|
~ |
|
жущиесяИндукциячастицыхарактеризует. силовое воздействиеB, измеряемуюмагнитного вполяТеслана [Тлдви-. |
||
~ |
~ |
(1.1) |
FL = q~7v × B |
||
сила Лоренца |
|
|
|
|
магнит ая составляющая). |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
~ |
, ~ |
(только~ , .å. ~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
вектора |
|
FL B |
|
|
|
|
FL перпеíдикулярна плоскости, в которой лежат |
||||||||||||||||||
|
FL ~v |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
~v |
è ~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
B, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ãäå |
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|FL| = qvB sin α, |
|
|
|
||||||||||||||
|
α угол между векторами ~v |
è ~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
B. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
- |
~v |
|
|
|
|
|
|
|
B |
- |
~v |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iq |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
Åñëè |
|
|
|
|
|
|
|
?FL |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
?FL |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
, то направление вектора ~ |
|
ýëìåктростатическоеняет я на противоположноемагнитное. |
||||||||||||||||||||
поля,Еслито одновременно |
присутствуют |
||||||||||||||||||||||||
|
q < 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FL |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
силаТассмотримккакЛоренцагнитная(полнаясилаэлектромагнитвсегда~ ~перпеíдикулярнаая~ñèëà). |
(1.2) |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FL = qE + q~v × B |
|
|
|
|||||||||||||
работы1. над зарядомтри случая:. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~v, она не совершает |
|||||||||||||
|
|
|
|
тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
двигаться~ , |
по окружности~ (ò.к. адиус окружности). Заряженная частица будет |
|||||||||||||||||||||||
|
~v B |
|
|
FL = qvB |
sin α = 1 |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
соотношений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R можно найти из |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
|
|
|
|
|
|
|
v2 |
|
|
|
||||
|
Тогда |
|
|
|
|
|
|
FL = man ; an = |
R |
. |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R = |
mv |
|
|
|
|||||||||
|
Период обращения |
|
. |
|
(1.3) |
||||||||||||||||||||
|
qB |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T = |
|
2πR |
|
2πm |
|
|
|
||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
. |
(1.4) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
v |
qB |
||||||||||||||
|
~ , тогда ~ |
= 0 (ò.ê. sin α = 0). |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
3. ~vÓãîëk B междуFL |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
частица движется~поменьшеспирали90.8◦ |
, но больше нуля (0 < α < 90 |
◦) |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
~v |
|
|
B |
|
|
|
|||||||||||||
B
|
v |
v |
v |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
onst скорость движения вдоль |
~ |
; |
|
ñêî- |
||||
рость движения по окружности, тогда |
|
v = v sin α |
|||||||
vk = v cos α = |
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
радиус витков спирали |
an = |
(v sin α)2 |
; |
|
|
|
|
||
R |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
шаг спирали |
|
R = |
mv sin α |
|
; |
|
|
|
|
|
qB |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Лоренца:то1.1наЕсли.2каждыйпроводник,Действиеиз носителейпомагнитногокоторомуh =зарядаv T течет=âvпроводникеcosполяток,α · ïîìT íà. ститьбудеттоквдействоватьмагнитноеполе,сила
k
ãäå |
~ |
~ |
FL = e(~v + ~u) × B , |
||
упорядоченногоУсредним~v скоростьэтудвиженияхаотическогосилу:носителейдвижениязаряданосителей. заряда; ~u скорость
Ò.ê. |
~ |
~ |
hF i = e(h~vi + h~ui) × B . |
||
|
h~vi = 0, òî |
|
|
~ |
~ |
|
hF i = eh9~ui × B . |
|
B |
F |
|
I |
||
|
Сила, действующая на элементdlпроводника
|
|
|
|
dl |
|
|
||
ãäå |
~ |
|
~ |
|
|
|
|
|
dF = hF idV · n , |
|
|
||||||
n объемная концентрация носителей заряда. |
|
|
||||||
|
~ |
~ |
|
|
|
|
|
|
|
dF = hF iSdl · n ; |
|
|
|||||
|
~ |
|
~ |
|
|
|
|
|
|
dF = enh~vi × B · Sdl ; |
|
|
|||||
|
~ плотность тока, т.к. ~ |
dq |
|
|||||
enh~vi = j |
|
|
j = |
Sdt |
; |
|||
j · S = I ñèëà òîêà, |
.ê. I = |
dq |
; |
|
||||
|
|
|
||||||
dt |
|
|||||||
|
~ |
|
~ |
~ |
|
|
|
5) |
|
dF = Idl × B ; |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(1çàçà.6)-- |
1.1В.3результатерядаМагнитноеобобщенияполе|dэкспериментальныхF | =равномерноIBdl · sin α данныхдвижущегосябыл получен |
||||||||
êîí: |
магнитная постояííàÿ, µ0 = 4π · 10 |
|||||||
~v = onst); µ0 |
||||||||
|
B~ = |
µ0 |
q(~v × ~r) |
|
|
|||
|
|
4π |
r3 |
|
|
|
|
|
гделяется~r магнитнаярадиус-вектор,индукция;проведенный от заряда к точке, в которой вычис-
заряда ( |
q точечный заряд; ~v скорость движения |
|
|
10 |
−7 í/ì. |