Физика / 1 / Fizika / 1 / шпоры 2-й курс !!!! / КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОМУ ЭКЗАМЕНУ

2

1. Что такое тепловое излучение и каковы его основные свойства? Перечислите и определите основные характеристики теплового излучения. Как они связаны между собой?

2. Выведите связь между испускательными способностями по частоте и по длине волны. Что такое абсолютно черное и серое тела? Какие у них свойства и характе­ристики? Что может служить их моделями?

3. Что понимается под равновесием между излучением и веществом? Что называ­ется температурой теплового излучения? Приведите пример. Получите закон Кирх­гофа исходя из условия равновесия между излучением и веществом.

4. Как испускателъная способность абсолютно черного тела зависит от длины волны? Сформулируйте закон Стефана-Больцмана. Что такое интегральная степень черноты тела и как ее рассчитать?

5. Расскажите, на основании каких представлений классической физики основан вывод формулы Рэлея-Джинса? Какие недостатки она имеет?

6. В чем состоит гипотеза Планка об излучении света; какова полученная с ее помощью формула для испускательной способности абсолютно черного тела? По­кажите, что из формулы Планка для малых частот следует формула Рэлея-Джинса. Определите условия, когда она применима.

7. С помощью формулы Планка выведите закон Стефана-Больцмана.

8. С помощью формулы Планка выведите закон смещения Вина.

9. Нарисуйте схему установки для изучения внешнего фотоэффекта и объясните назначение ее элементов. Какие особенности имеет вольтамперная характеристика внешнего фотоэффекта, как они объясняются; какие характеристики с их помощью можно получить?

10. Сформулируйте законы внешнего фотоэффекта. Покажите, что их нельзя объ­яснить исходя из волновых представлений о природе света.

11. Какие закономерности получил А. Эйнштейн, рассчитав энтропию излучения, какие выводы сделал и почему? Какую гипотезу выдвинул Эйнштейн для объясне­ния закономерностей фотоэффекта, развитием какого положения она является?

12. В чем состоит физический смысл уравнения Эйнштейна для фотоэффекта? На­рисуйте энергетическую диаграмму и дайте определения соответствующих величин. Покажите, что из уравнения Эйнштейна следуют законы фотоэффекта и рассчитай­те граничные характеристики.

13. Обоснуйте, как с помощью уравнения Эйнштейна определить величину посто­янной Планка.

14. Рассчитайте, как масса и импульс фотона связаны с другими его характеристи­ками. Как объяснить, что скорость света в веществе меньше, чем в вакууме, хотя каждый фотон движется со скоростью света в вакууме?

15. Что такое энергетическая освещенность? Рассчитайте, как давление света свя­зано с этой величиной.

16. Рассчитайте, как давление света на поверхность вещества связано с объемной плотностью энергии излучения.

17. Кто предсказал давление света; кто его впервые зафиксировал? С помощью волновых представлений объясните, почему свет давит на вещество.

18. Что такое эффект Комптона, в чем состоят его основные закономерности? Как записать соответствующие законы сохранения? Почему этот эффект реально на­блюдается только для рентгеновского излучения и только для электронов, которые слабо связаны с атомом (внешних электронов в тяжелых атомах)?

19. В каких явлениях проявляются волновые свойства света, а в каких - корпус­кулярные? Какие соотношения определяют связь между соответствующими харак­теристиками?

20. Для каких длин волн света трудно наблюдать его волновые свойства, а для каких — корпускулярные? Обоснуйте на конкретных примерах. В чем состоит ста­тистический подход в описании света?

21. В чем заключалась модель атома Томсона, в чем состояли ее основные досто­инства и недостатки?

22. Какими экспериментальными и теоретическими работами была обоснована планетарная (ядерная) модель строения атома? В чем состоят ее принципиальные недостатки?

23. Приведите постулаты Бора в общем виде, примените их для атома и объясните их смысл. Какие уравнения постулировал Бор, в чем их физический смысл?

24. Получите соотношение между различными видами энергии электрона для водородоподобного атома.

25. Исходя из уравнения Бора для стационарных орбит, получите выражения для радиуса отбиты и скорости электрона на ней. Что такое первый Боровский радиус?

26. Что такое энергия ионизации, как ее рассчитать по теории Бора и как она зави­сит от номера элемента? Рассчитайте полную энергию электрона в водородоподобном атоме по теории Бора.

27. Рассчитайте спектр водородоподобного атома по теории Бора. Что такое посто­янная Ридберга, сколько их используется на практике и как они связаны между со­бой?

28. Перечислите основные спектральные серии для атома водорода; укажите, ка­кие значения могут принимать номера орбит электрона и какими свойствами обла­дает соответствующее излучение.

29. В чем заключается гипотеза де Бройля и как с ее помощью можно получить уравнение Бора для стационарных орбит? Какие соотношения определяют связь между корпускулярными и волновыми свойствами вещества?

30. Какие опыты доказали наличие волновых свойств у потока электронов, у каж­дого отдельного электрона? Рассчитайте фазовую и групповую скорости волн де Бройля в классическом случае; в релятивистском случае.

31. Покажите, что из схемы измерения положения электрона с помощью диафраг­мы со щелью следует соотношение неопределенностей.

32. Покажите, что из схемы измерения положения электрона с помощью его взаи­модействия с фотоном следует соотношение неопределенностей.

33. Какой смысл вкладывали в соотношения неопределенностей первоначально и какой смысл им придают сейчас?

34. Проанализируйте проявления соотношения неопределенностей для координаты и импульса для макротела, электрона в мониторе и для электрона в атоме. Сделайте выводы.

35. В чем состоит смысл соотношения неопределенностей для энергии и времени? Получите выражение для естественной ширины спектральной линии.

36. Что такое волновая функция и каковы ее свойства? В чем состоит физический смысл квадрата ее модуля? Что такое условие нормировки волновой функции, как оно записывается и в чем его физический смысл?

37. Какой вид имеет общее уравнение Шредингера? Что такое стационарные состояния? Как для них волновая функция разделяется на два сомножителя и как один из них зависит от времени?

38. Покажите, как из общего уравнения Шредингера выводится уравнение Шредингера для стационарных состояний. Проверьте, что для пространственной части волновой функции сохраняется вероятностная интерпретация.

39. Какой вид имеет движение частицы с положительной полной энергией? Что можно сказать про возможные значения энергии стационарных состояний? Сделайте такие же выводы для частицы с отрицательной полной энергией. Как подобные выводы можно обосновать исходя из волновых свойств частиц?

40. Получите решение уравнения Шредингера для случая движения свободной частицы и объясните физический смысл отдельных слагаемых. Покажите, что волновая функция в этом случае соответствует волнам де Бройля.

41. Исходя из вида волновой функции для движения свободной частицы, покажите и обоснуйте, как проявляется соотношение неопределенностей в этом случае.

42. Как записать уравнение Шредингера для частицы в одномерной потенциальной яме с бесконечными стенками, какой вид имеют граничные условия и почему?

43. Примените граничные условия для получения решения уравнения Шредингера для частицы в одномерной потенциальной яме с бесконечными стенками. Сделайте анализ полученных соотношений. Получите выражение для энергии частицы.

44. Получите выражение для энергии частицы, в одномерной потенциальной яме исходя из того, что волновая функция должна соответствовать стоячей волне с узлами на границах. Сделайте анализ полученного соотношения.

45. Оцените минимальную энергию частицы в потенциальной яме с бесконечно высокими стенками исходя из соотношения неопределенностей.

46. Как с помощью соотношения неопределенностей обосновать, что в случае любого ограниченного в пространстве движения энергия частицы не может принимать нулевое значение? Где и как это подтверждается на опыте?

47. Исходя из условия нормировки, получите выражение для решений уравнения Шредингера для частицы в одномерной потенциальной яме. Нарисуйте полученные решения. Почему решения являются вырожденными?

48. Как в классическом случае происходит взаимодействие движущейся частицы и потенциального барьера? Когда частица проходит в область за барьер? Что такое туннельный эффект и в каких явлениях физики он проявляется?

49. Запишите уравнения Шредингера и их решения для характерных областей при туннельном эффекте. Установите физический смысл отдельных слагаемых и примените граничные условия.

50. Что такое коэффициент прозрачности потенциального барьера, как он определяется через соответствующие амплитуды и чему он равен для прямоугольного барьера? Обоснуйте полученную формулу.

51. На характерном примере покажите, что туннельный эффект реально непосредственно наблюдается только на микро уровне и очень сильно меняется при изменении соответствующих параметров.

52. Обоснуйте соотношение, по которому вычисляется коэффициент прозрачности произвольного потенциального барьера; поясните это на рисунке.

53. С помощью различных соотношений неопределенностей объясните «парадокс» об отрицательности кинетической энергии при туннельном эффекте. Какой и почему делается в квантовой механике вывод о делении энергии на виды?

54. Запишите уравнение Шредингера для электрона в атоме водорода и расскажите, какими свойствами обладают его решения. Что такое основное состояние; какими особенностями оно обладает?

55. . Какие значения могут принимать квантовые числа в атоме водорода, как и почему они называются и какие величины они определяют? По каким формулам?

56. Какими необычными особенностями и почему обладают вектора, описывающие вращательное состояние микрочастицы? Поясните на рисунках для орбитального момента импульса электрона.

57. Что такое эффекты Зеемана и Штарка? Объясните механизм возникновения эффекта Зеемана.

58. Что такое спин частицы, чем он определяется, Чему равна его величина и как определяется его проекция на внешнюю ось? Проиллюстрируйте для электрона.

59. Какими способами можно различить между собой два макротела? Покажите, что эти способы не годятся для микрочастиц.

60. Сформулируйте принцип неразличимости тождественных частиц, запишите его математическое выражение и объясните его физический смысл и смысл всех используемых величин.

61. Какие свойства волновых функций следуют из принципа неразличимости тождественных частиц, как они связаны со значением спинового числа и как называются соответствующие частицы?

62. Исходя из принципа неразличимости тождественных частиц, выведите принцип Паули для двух одинаковых ферм ионов. Как этот принцип формулируется и проявляется для многоэлектронного атома?

63. Чем полностью определяется состояние электрона в многоэлектронном атоме? Как и от чего зависит параметры состояния (энергия, орбитальный момент импульса и т.п.)?

64. Сформулируйте основные принципы, на которых основана Периодическая система элементов. Как называются и в соответствии с какими числами классифицируются электронные слои и подслои? Что это такое?

65. Рассчитайте, сколько может находиться электронов на одном слое или подслое в зависимости от значений квантовых чисел (например, в виде таблицы). Проиллюстрируйте заполнение электронами состояний в атоме для первых 13 элементов Периодической системы.

66. С какого элемента начинаются нарушения в заполнении электронами состояний в атоме; почему это происходит? Найдите в Периодической системе элементы, для которых еще проявляются нарушения (остановка заполнения внутреннего слоя).

67. Какие закономерности проявляются при заполнении электронами состояний в многоэлектронном атоме; как это влияет на химические и физические свойства соответствующего вещества?

68. Что такое рентгеновское излучение, с помощью какой установки его можно получить? Приведите ее схему и объясните назначение отдельных элементов. Какую область занимает рентгеновское излучение в спектре электромагнитных волн?

69. Какими свойствами обладает тормозное рентгеновское излучение, в чем состоит его причина и как с его помощью можно определить постоянную Планка? Обоснуйте соответствующую формулу.

70. Какими свойствами обладает характеристическое рентгеновское излучение, в чем состоит его механизм? Запишите закон М озли для характеристического рентгеновского излучения, укажите физический смысл всех его параметров и объясните, почему он имеет такой вид.

71. Объясните и проиллюстрируйте с помощью рисунков, в чем заключается сущность вынужденного излучения. Когда и кем была высказана гипотеза о его существовании и зачем она понадобилась'?

72. Получите формул} Планка, исходя из существования вынужденного излучения, закономерностей теплового равновесия и выводов классической физики.

73. Какими уникальными свойствами обладают вторичные фотоны? Получите формулу для изменения интенсивности света при его прохождении через вещество? Обоснуйте, в каком случае при прохождении света через вещество происходит его усиление? Как называется соответствующее состояние'?

74. Укажите, из каких основных частей состоит любой лазер и в чем их назначение. Что такое оптические квантовые генераторы и на какие виды они делятся? Каким образом осуществляется классификация лазеров? Для примера укажите несколько их видов,

75. На примере рубинового лазера объясните, как с помощью трехуровневой схемы энергетических состояний хрома достигается инверсное состояние. В чем состоит особая роль метастабильного уровня?

76. Нарисуйте и объясните работу лазера на основе четырехуровневой схемы энергетических состояний В чем ее преимущество по сравнению с трехуровневой схемой?

77., Какие основные свойства имеет лазерное излучение? Укажите их связь со свойствами вторичных фотонов при вынужденном излучении света. Укажите основные области применения лазеров. Как при этом используются свойства лазерного излучения?

78. Покажите, какие методы решения физических задач применяются в классической и квантовой физике для небольшого числа частиц. Покажите, что методы решения физических задач, применяющиеся для небольшого числа частиц, неприемлемы при очень большом числе частиц?

79. Как определяется функция распределения частиц по энергиям, в чем состоит условие ее нормировки и как ее можно применить для расчета средних значений? Что такое распределение частиц по состояниям, какой оно имеет физический смысл и как с его помощью выражается функция распределения частиц по энергиям?

80. Какой вид имеют распределения частиц по состояниям для б озонов и для ферм ионов? Как называются соответствующие распределения'? Какой предельный вид имеют распределения частиц по состояниям в классической физике: каким распределениям они соответствуют?

81. Обоснуйте, какой вид имеет распределение Ферми-Дирака для электронов в металле при абсолютном нуле температуры. Нарисуйте соответствующий график.

82. Что такое фазовое пространство, как рассчитать его объем в одномерном случае, почему на одно состояние приходится конечный объем фазового пространства и как его определить?

83. Рассчитайте объем фазового пространства для электронов проводимости в металле, объем фазового пространства, приходящийся на одно состояние, и число состояний электронов.

84. Рассчитайте энергию Ферми для металла при абсолютном нуле температуры. Сделайте оценку ее величины для типичного металла и обоснуйте, какой вид имеет распределение Ферми-Дирака для электронов при положительной температуре.

85, Что такое энергия Ферми (приведите определения для всех случаев и рисунками). Рассчитайте функцию распределения для электронов в металле и нарисуйте соответствующие графики для случаев нулевой и ненулевой температуры.

86. Чему должна быть равна теплоемкость электронною газа| в металле по классической теории и почему это не выполняется? Сделайте оценку вклада электронов.

87. Почему теплоемкость газа не соответствует величине, рассчитанное по степеням свободы? Какие процессы: происходят при увеличении температуры; как от нее зависит теплоемкость (нарисуйте и обоснуйте график)?

88. Чему должна быть равна теплоемкость кристаллической решетки по классической теории и почему? Как описывается тепловое возбуждение твердого тела по теории Дебая? Почему частота упругой волны в твердом теле ограничена сверху? Что такое температура Дебая?

89. Чему равна энергия фононов? Рассмотрите предельный случай больших температур и докажите, что теплоемкость кристаллическом решетки по Дебая не зависит от температуры

90. Чему равна энергия фононов? Рассмотрите предельный случай малых температур и получите предельный закон Дебая теплоемкости кристаллической решетки,

91. Почему при сближении отдельных атомов из их энергетических уровней образуются энергетические зоны? Какова при этом роль туннельного эффекта? Сделайте оценки. Почему внутренние электроны в атоме практически не образуют зон в нормальных условиях?

92. Что такое разрешенные и запрещенные энергетические зоны; валентная зона и

зона проводимости? Поясните на рисунках. Как могут быть расположены друг

относительно друга соседние зоны? и нарисуйте.

93. Каково должно быть заполнение валентной зоны электронами, чтобы вещество проводило электрический ток? Поясните на рисунках. Нарисуйте типичные схемы

зон для металлов, диэлектриков и полупроводников и объясните, почему у этих

веществ соответствующие свойства,

94 Докажите, что у чистых полупроводников уровень Ферми находится посредине

запрещенной зоны, С помощью оценок покажите, как электрические свойства зависят от ширины запрещенной зоны и от температуры; почему одни вещества являются диэлектриками, а другие — полупроводниками?

95, Как оценить концентрацию электронов в зоне проводимости в зависимости от

96. Какой типичный вид и почему имеет зависимость удельной проводимости чистого полупроводника от температуры? Как с ее помощью определить ширину запрещенной зоны?

97. Что такое дырки, в чем их основные свойства? Что на самом деле происходит

при дырочной проводимости»? Как изготавливаются химически чистые полупроводники? В чем здесь основные трудности?

98. Объясните, почему введение небольшого количества примесей в чистый

полупроводник может резко изменить его электрические свойства? Чем сильное

легирование отличается от слабого? Почему во втором случае примесные уровни не образуют соответствующие зоны?

99. Какие типы примесей Вы знаете? Почему они имеют соответствующие

названия, и к каким следствиям приводит их введение в чистый полупроводник?

100. Объясните механизм функционирования до норной примеси в полупроводнике и обоснуйте, к каким свойствам оно приводит? Как оценить энергию до норного уровня?

101. Объясните механизм функционирования акцепторной примеси в полупроводнике и обоснуйте, к каким свойствам оно приводит?

102. Нарисуйте две типичные зависимости удельной проводимости примесного полупроводника от температуры и обоснуйте, почему они имеют такой вид.

103. Как образуется двойной электрический слой, какой смысл в утверждении о наступлении динамического равновесия в процессах переходов носителей тока?

104. Какими свойствами обладает двойной электрический слой? Обоснуйте их.

105. Нарисуйте, как включается р-п переход в обратном направлении, и обоснуйте, что при этом происходит и как он меняет свои свойства.

106. Нарисуйте, как включается р-п переход в прямом направлении, и обоснуйте, что при этом происходит и как он меняет свои свойства.

107. Из каких частиц состоит атомное ядро; какие они имеют основные свойства (в частности, и необычные)? Как классифицируются атомные ядра, какие при этом используются характерные числа, что они означают и какие свойства определяют?

108. Что такое изотопы? Различаются ли их химические свойства? Приведите характерные примеры. Как радиус атомного ядра зависит от массового числа; какие из этого можно сделать выводы? Какие свойства будет иметь вещество с такой плотностью и где оно встречается в природе?

109. Зачем потребовалось предположение о существовании «особых» ядерных сил? Каковы их основные свойства? Что такое обменный характер взаимодействий? Как оценить расстояние, на котором действуют соответствующие силы?

110. Что такое виртуальные частицы, как их свойства влияют на свойства соответствующих сил? Объясните на примере электромагнитных и ядерных сил. Запишите и объясните основные реакции, которые в атомном ядре обеспечивают взаимодействие между нуклонами. Какой смысл имеет положение, что нуклон часть времени представляет собой протон, а часть - нейтрон?

111. Что такое энергия связи атомного ядра, как ее рассчитать на практике с помощью массы ядра и с помощью массы атома? Почему необходимо использовать очень точные значения масс? Нарисуйте зависимость удельной энергии связи атомного ядра от массового числа и укажите основные характерные особенности.

112. Что такое удельная энергия связи атомного ядра, как она зависит от массового числа, какие процессы и почему исходя из этой зависимости, должны сопровождаться выделением энергии? Как зависимость удельной энергии связи атомного ядра объяснить исходя из свойств ядерных сил?

113. Что называется ядерной реакцией в широком смысле, что такое радиоактивность и ядерные реакции в узком смысле? Исходя из независимости распадов отдельных ядер и вероятностных законов, получите закон радиоактивного распада.

114. Что такое время релаксации и среднее время жизни радиоактивного ядра? Исходя из закона радиоактивного распада получите выражение для последнего. Что такое период полураспада? Исходя из закона радиоактивного распада получите связь между постоянной распада и периодом полураспада.

115.. Что такое активность, в каких она измеряется единицах? Получите закон ее изменения с течением времени. . Как активность зависит от массы и периода полураспада? Сделайте выводы об опасности соответствующих веществ.

116. Что называется а-распадом? Приведите примеры и запишите соответствующие реакции. Почему а-распад. как правило сопровождается излучением у-частиц?

117. Каковы основные свойства а-распада? Как при этом проявляется туннельный эффект? Почему а-частицы могут иметь набор определенных энергий?

118. Что такое р-распад? Приведите примеры и запишите соответствующие реакции для электронного р-распада. Что и почему при этом происходит внутри ядра? Почему потребовалось предположение о вылете еще одной частицы при р-распаде? Как она называется и каковы ее основные свойства?

119. Объясните, что такое радио углерод, почему он так называется и как с его помощью можно определить возраст (и чего именно).

120. Приведите примеры и запишите соответствующие реакции для позитронного р-распада. Что и почему при этом происходит внутри ядра?

121. Приведите пример и запишите соответствующую реакцию для электронного захвата. Что при этом происходит внутри ядра; какие вылетают частицы?

122. Как записывается формула ядерной реакции в развернутой и краткой формах, как и на основании каких законов можно определить неизвестную частицу или ядро? Подробно объясните на примерах.

123. Объясните физический смысл предложений: «... в ядерной реакции выделяется энергия» и «... в ядерной реакции поглощается энергия». Что такое энергетический выход ядерной реакции? Обоснуйте, как его можно рассчитать.

124. Почему, как правило, для осуществления ядерной реакции независимо от того, поглощается или выделяется в ней энергия, необходима начальная кинетическая энергия?

125. Что такое эффективное сечение ядерной реакции? Получите уравнение для уменьшения числа частиц, проходящих через вещество.

126. Какие особенности имеют ядерные реакции, происходящие под действием нейтронов? Как и почему для них эффективное сечение зависит от энергии?

127. В чем заключаются основные закономерности реакции деления тяжелых ядер? Объясните их, исходя из основных законов ядерной физики. Почему при реакции деления тяжелых ядер выделяется относительно большая энергия, в каком виде она реализуется? Сделайте оценку этой энергии

128. Почему осколки от деления ядра урана «перегружены» нейтронами и как они избавляются от этих «лишних» нейтронов? . Почему при делении тяжелых ядер вылетают несколько нейтронов, какими они обладают свойствами и как их количество влияет на перспективы ядерной энергетики?

129. Что такое цепная реакция деления, какие условия должны выполняться для ее осуществления и какие факторы влияют на уменьшение числа нейтронов в делящемся веществе? Что такое критический размер и критическая масса? Каким образом можно их изменить?

130. Как практически сделать атомную бомбу (каким образом в ней уменьшается критическая масса)? Сравните эффективность атомной бомбы на уране и на плутонии. Почему б плутониевой бомбе относительно большая часть делящегося вещества успевает прореагировать? Сделайте оценку эффективности использования массы покоя.

131. Почему термоядерные реакции так называются, какие условия должны выполняться для их осуществления и как они реализуются на практике? Приведите условия для температуры и укажите, за счет каких процессов она может быть существенно меньше.

132. Какие термоядерные реакции являются основными при взрыве водородной бомбы, сколько при этом выделяется энергии (сравните с реакцией деления) и как на практике сделать водородную бомбу?

133. Приведите пример цикла, по которому протекают термоядерные реакции внутри звезд? Запишите для него обобщенное уравнение. Какие при этом испускаются частицы?

134. Каким образом пытаются осуществить управляемую термоядерную реакцию? Какие явления и устройства на их основе для этого используются; какие при этом встречаются трудности?