- •1. Кинематическое описание движения (формулы для описания поступательного и вращательного движения).
- •Поступательным называется такое движение твердого тела, при котором любая прямая, проведенная в этом теле, перемещается, оставаясь параллельной своему начальному направлению.
- •Движение тела по окружности с постоянной по модулю скоростью - это движение, при котором тело за любые равные промежутки времени описывает одинаковые дуги.
- •Ускорение при движении тела по окружности с постоянной по модулю скоростью (центростремительное ускорение)
- •2. Законы Ньютона для поступательного и вращательного движения.
- •Поэтому форма записи второго закона Ньютона для прямолинейной формы движения с учетом сказанного должна выглядеть иначе, а именно:
- •При неравномерном вращении тела запись второго закона Ньютона должна выглядеть так:
- •3. Постулаты специальной теории относительности и геометрия пространства времени.
- •4. Фундаментальные взаимодействия. Участники взаимодействия, переносчики взаимодействия, радиус взаимодействия, время взаимодействия.
- •5. Силы тяготения и электрические силы. Какие силовые поля называются потенциальными?
- •6. Силы упругости. Деформации, их виды.
- •7. Закон Гука и модуль Юнга.
- •8. Силы трения. Виды трения. Трение покоя. (График зависимости силы трения от величины внешней силы). Внутреннее трение, формула Стокса.
- •9. Закон сохранения импульса как фундаментальный закон природы.
- •10. Центр масс системы. Вычисление скорости центра масс.
- •12. Работа и кинетическая энергия. Мощность.
- •13. Закон сохранения полной механической энергии.
- •14. Момент инерции твердого тела. Момент импульса. Теорема Штейнера.
- •15. Уравнение движения и условия равновесия твердого тела.
- •16. Закон сохранения момента импульса. Кинетическая энергия вращения.
- •17.Формула ньютона для сил внутреннего трения. Коэффициент вязкости.
- •18. Колебания
- •Дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение.
- •Получим
- •22. Амплитуда и фаза при вынужденных колебаниях. Резонансные кривые.
- •24. Поляризация волн. Три вектора, определяющих электромагнитную волну. Световой вектор. Виды поляризации.
- •25. Закон Брюстера.
- •30 Эффект Максвелла для поляризованного света.
- •31 Точечный источник волн. Плоская и сферическая волна.
- •32 Фазовая скорость волны. Длина волны, волновое число. Групповая скорость.
- •33 Когерентность, время когерентности, длина когерентности.
- •34 Интерференция плоских волн условия возникновения и наблюдения интерференционного максимума и минимума.
- •35. Интерференция в тонких пленках. Просветление оптики.
- •36. Полосы равного наклона.
- •37. Полосы равной толщины.
- •38. Изменение фазы волны при отражении от границы раздела двух сред.
- •39. Принцип Гюйгенса-Френеля.
- •40. Дифракция на круглом отверстии.
- •40. Дифракция на круглом отверстии.(это объяснение из учебника)
- •41. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка.
- •42. Условия возникновения дифракционного максимума и минимума.
- •43. Дифракция Фраунгофера и спектральное разложение. Разрешающая способность и дисперсия дифракционной решетки.
- •44.Дифракционные и дисперсионные спектры, их отличия.
- •45. Внешний фотоэффект. Законы Столетова.
- •46. Вольт-амперная характеристика фотоэлемента, ток насыщения и запирающее напряжение (от каких параметров они зависят).
- •47. Работа выхода при внешнем фотоэффекте, красная граница фотоэффекта.
- •48. Модели атома Томсона и Резерфорда.
- •49. Модель атома Бора, противоречия данной теории, все достоинства и недостатки.
- •50. Гипотеза де Бройля, свойства волн де Бройля.
- •51. Волновые свойства материи. Соотношения неопределенности Гейзенберга.
- •52. Гипотеза Борна, волновая функция. Весь ответ неправильный
- •53. Принцип неразличимости микрочастиц. Бозоны и фермионы.
- •56. Энергетическая диаграмма водородоподобного атома. Формула Ридберга.
- •57. Состав атомного ядра. Нуклоны.
- •58. Изотопы, изобары, изомеры
- •59. Дефект массы атомного ядра. Основы ядерной энергетики.
- •60. Закон радиоактивного распада в интегральной и дифференциальной форме.
- •Е м61. Закон Бугера
- •62. Характеристики излучения
- •63.Траектории движения α, β, γ излучения в электрическом, магнитном и гравитационном полях.
- •64. Способы регистрации радиоактивного излучения. Счетчик Гейгера и Камера Вильсона.
50. Гипотеза де Бройля, свойства волн де Бройля.
В 1924 г. Луи де Бройль (французский физик) пришел к выводу, что двойственность света должна быть распространена и на частицы вещества - электроны. Гипотеза де Бройля заключалась в том, что электрон, корпускулярные свойства которого (энергия E и импульс p) изучаются давно, имеет еще и волновые свойства (частота v и длина волны λ), т.е. при определенных условиях ведет себя как волна.
Количественные соотношения, связывающие корпускулярные и волновые свойства частиц, такие же, как для фотонов.
Идея де Бройля состояла в том, что это соотношение имеет универсальный характер, справедливый для любых волновых процессов. Любой частице, обладающей импульсом р, соответствует волна, длина которой вычисляется по формуле де Бройля.
- волна де Бройля
p =mv- импульс частицы, h - постоянная Планка.
Волны де Бройля, которые иногда называют электронными волнами, не являются электромагнитными.
В 1927 году Дэвиссон и Джермер ( амер. физик ) подтвердили гипотезу де Бройля обнаружив дифракцию электронов на кристалле никеля. Дифракционные максимумы соответствовали формуле Вульфа - Брэггов 2dsinj = nl, а брэгговская длина волны оказалась в точности равной .
Дальнейшее подтверждение гипотезы де Бройля в опытах Л.С. Тартаковского и Г. Томсона, наблюдавших дифракционную картину при прохождении пучка быстрых электронов (Е ≈ 50 кэВ) через фольгу из различных металлов. Затем была обнаружена дифракция нейтронов, протонов, атомных пучков и молекулярных пучков. Появились новые методы исследования вещества - нейтронография и электронография и возникла электронная оптика.
Макротела также должны обладать всеми свойствами (m = 1 кг, следовательно, l = 6.62·10-31 м - невозможно обнаружить современными методами - поэтому макротела рассматриваются только как корпускулы).
Пусть частица массы m движется со скоростью v. Тогда фазовая скорость волн де Бройля
.
Т.к. c > v, то фазовая скорость волн де Бройля больше скорости света в вакууме (vф может быть больше и может быть меньше с, в отличие от групповой ).
Групповая скорость
следовательно, групповая скорость волн де Бройля равна скорости движения частицы.
Для фотона
т.е. групповая скорость равная скорости света.
Волны де Бройля испытывают дисперсию. Подставив в получим, чтоvф= f(λ). Из-за наличия дисперсии волны де Бройля нельзя представить в виде волнового пакета, т.к. он мгновенно “расплывается” (исчезает) за время 10-26с.
51. Волновые свойства материи. Соотношения неопределенности Гейзенберга.
Микрочастицы в одних случаях проявляют себя как волны, в других как корпускулы. К ним неприменимы законы классической физики частиц и волн. В квантовой физике доказывается, что к микрочастице нельзя применять понятие траектории, но можно сказать, что частица находится в данном объеме пространства с некоторой вероятностью Р. Уменьшая объем, мы будем уменьшать вероятность обнаружить частицу в нем. Вероятностное описание траектории (или положения) частицы приводит к тому, что импульс и, следовательно, скорость частицы может быть определена с какой-то определенной точностью.
Далее, нельзя говорить о длине волны в данной точке пространства и отсюда следует, что если мы точно задаем координату Х, то мы ничего не сможем сказать о импульсе частицы, т.к. . Только рассматривая протяженный участок ΔХ мы сможем определить импульс частицы. Чем больше ΔХ, тем точнее Δр и наоборот, чем меньше ΔХ, тем больше неопределенность в нахождении Δр.
Соотношение неопределенностей Гейзенберга устанавливает границу в одновременном определении точности канонически сопряженных величин, к которым относятся координата и импульс, энергия и время.
Соотношение неопределенностей Гейзенберга: произведение неопределенностей значений двух сопряженных величин не может быть по порядку величины меньше постоянной Планка h
( иногда записывают )
Таким образом. для микрочастицы не существует состояний, в которых её координата и импульс имели бы одновременно точные значения. Чем меньше неопределенность одной величины, тем больше неопределенность другой.
Соотношение неопределенностей является квантовым ограничением применимости классической механики к микрообъектам.
следовательно, чем больше m, тем меньше неопределенности в определении координаты и скорости. При m = 10-12 кг, ? = 10-6 и Δx = 1% ?, Δv = 6,62·10-14 м/с, т.е. не будет сказываться при всех скоростях, с которыми пылинки могут двигаться, т.е. для макротел их волновые свойства не играют никакой роли.
Пусть электрон движется в атоме водорода. Допустим Δx »10-10 м (порядка размеров атома, т.е. электрон принадлежит данному атому). Тогда
Δv = 7,27·106 м/с. По классической механике при движении по радиусу r » 0,5·10-10 м v = 2,3·10-6 м/с. Т.е. неопределенность скорости на порядок больше величины скорости, следовательно, нельзя применять законы классической механики к микромиру.
Из соотношения следует, что система имеющая время жизни Dt, не может быть охарактеризована определенным значением энергии. Разброс энергии возрастает с уменьшением среднего времени жизни. Следовательно, частота излученного фотона также должна иметь неопределенность Dn = DE/h, т.е. спектральные линии будут иметь некоторую ширину n±DE/h, будут размыты. Измерив ширину спектральной линии можно оценить порядок времени существования атома в возбужденном состоянии.