- •1. Тепловое излучение. Основные характеристики теплового излучения. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа
- •2. Законы излучения абсолютно черного тела (Стефана – Больцмана и Вина). Гипотеза и формула Планка для абсолютно черного тела
- •3. Фотоны. Энергия, масса и импульс фотона
- •4. Внешний фотоэффект. Вольтамперная характеристика фотоэффекта. Законы Столетова. Уравнение Эйнштейна
- •5. Давление света
- •6. Комптон – эффект и его объяснение
- •7. Корпускулярно-волновой дуализм материи. Гипотеза де Бройля, ее экспериментальное подтверждение.
- •8. Волны де Бройля. Статистический смысл волн де Бройля, свойства волн.
- •9. Соотношения неопределенностей Гейзенберга, их физическое содержание
- •10. Статистический смысл и свойства волновой функции. Уравнение Шредингера в стационарной форме, смысл входящих величин
- •11. Частица в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме. Квантование энергии частицы. Собственные значения волновой функции
- •14. Туннельный эффект. Коэффициент прозрачности барьера
- •15. Квантово-механический осциллятор
- •16. Модель атома Бора. Постулаты Бора. Спектр излучения атома водорода. Недостатки теории Бора. Опыт Франка – Герца
- •17. Квантовомеханическая теория атома водорода. Уравнение Шредингера для атома водорода, анализ его решения. Собственные значения энергии электрона в атоме. Потенциал ионизации
- •18. Квантование энергии, момента импульса и проекции момента импульса электрона в атоме водорода
- •19. Кратность вырождения уровней энергий. Символика обозначения квантовых состояний
- •20. Магнитные свойства атома. Спин электрона. Орбитальные и спиновые характеристики электрона в атоме. Опыт Штерна – Герлаха
- •21. Полный набор квантовых чисел электронов в атоме, их физический смысл
- •22. Спектр излучения атома водорода. Правила отбора квантовых чисел. Серии излучения атома водорода
- •23. Символика обозначений квантовых состояний. Понятие о вырождении. Принцип Паули. Периодическая система Менделеева
4. Внешний фотоэффект. Вольтамперная характеристика фотоэффекта. Законы Столетова. Уравнение Эйнштейна
Внешним фотоэффектом называется явление испускания электронов веществом под действием света.
Зависимость тока от напряжения в цепи называется вольтамперной характеристикой фотоэлемента.
1) Количество фотоэлектронов N’e, вырываемых из катода за единицу времени, пропорционально интенсивности света, падающего на катод (закон Столетова). Или иначе: ток насыщения пропорционален мощности падающего на катод излучения: Ńф = P/εф .
2) Максимальная скорость Vmax, которую имеет электрон на выходе из катода, зависит только от частоты света ν и не зависит от его интенсивности.
3) Для каждого вещества существует граничная частота света ν0, ниже которой фотоэффект не наблюдается: v0 = Aвых/h. Уравнение Эйнштейна: ε = Aвых + mv2max/2, где ε = hv – энергия поглощенного фотона, Aвых – работа выхода электрона из вещества, mv2max/2 – максимальная кинетическая энергия вылетевшего электрона.
Уравнение Эйнштейна, по сути, представляет собой одну из форм записи закона сохранения энергии. Ток в фотоэлементе прекратится, если все вылетающие фотоэлектроны затормозятся, не долетев до анода. Для этого к фотоэлементу необходимо приложить обратное (задерживающее) напряжение u, величина которого также находится из закона сохранения энергии: |e|uз = mv2max/2.
5. Давление света
Давление света — давление, которое оказывает свет, падающий на поверхность тела.
Если рассматривать свет как поток фотонов, то, согласно принципам классической механики, частицы при ударе о тело должны передавать импульс, другими словами — оказывать давление. Такое давление иногда называют радиационным давлением. Для вычисления давления света можно воспользоваться следующей формулой:
p = W/c (1+p), где W - количество лучистой энергии, падающей нормально на 1 м2 поверхности за 1 с; c— скорость света, p - коэффициент отражения.
Если свет падает под углом к нормали, то давление можно выразить формулой:
6. Комптон – эффект и его объяснение
Эффект Комптона (Комптон-эффект) — явление изменения длины волны электромагнитного излучения вследствие рассеивания его электронами.
Для рассеяния на покоящемся электроне частота рассеянного фотона:
где — угол рассеяния (угол между направлениями распространения фотона до и после рассеяния).
Комптоновская длина волны - параметр размерности длины, характерный для релятивистских квантовых процессов.
λС = h/m0ec = 2,4∙10-12м – комптоновская длина волны электрона.
Объяснение эффекта Комптона невозможно в рамках классической электродинамики. С точки зрения классической физики электромагнитная волна является непрерывным объектом и в результате рассеяния на свободных электронах изменять свою длину волны не должна. Эффект Комптона является прямым доказательством квантования электромагнитной волны, другими словами подтверждает существование фотона. Эффект Комптона является ещё одним доказательством справедливости корпускулярно-волнового дуализма микрочастиц.
7. Корпускулярно-волновой дуализм материи. Гипотеза де Бройля, ее экспериментальное подтверждение.
Корпускулярно-волновой дуализм — это теория о том, что свет представляется на микроуровне одновременно и как мельчайшие частицы (корпускулы), и как волны. В частности, свет — это и корпускулы (фотоны), и электромагнитные волны.
В 1923 году французский ученый Луи де Бройль выдвинул гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Он утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также волновыми свойствами.
Согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики — энергия E и импульс p, а с другой стороны — волновые характеристики — частота и длина волны.
В 1948 году это удалось экспериментально подтвердить советскому физику В. А. Фабриканту. Он показал, что даже в случае столь слабого электронного пучка, когда каждый электрон проходит через прибор независимо от других, возникающая при длительной экспозиции дифракционная картина не отличается от дифракционных картин, получаемых при короткой экспозиции для потоков электронов в десятки миллионов раз более интенсивных.