- •Механика
- •1. Система отсчета. Радиус-вектор материальной точки. Закон движения материальной точки (мт).
- •2. Вектор перемещения (мт). Путь. Скорость. Ускорение.
- •3. Угловая скорость. Угловое ускорение.
- •4. Нормальное и тангенциальное ускорения.
- •5. Пространство и время в движущихся системах отсчета. Закон инерции Галилея. Инерциальные системы отсчета (исо). Преобразования Галилея и следствия из них.
- •Пример преобразования Галилея:
- •15. Уравнение Ньютона-Эйнштейна. 2-й закон Ньютона.
- •16. Момент силы. Момент импульса частицы. Момент инерции.
- •Электромагнетизм и электромагнитные волны
- •Фундаментальные свойства зарядов
- •2. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции.
- •3. Потенциал электрического поля. Эквипотенциали. Связь потенциала и напряженности электрического поля.
- •Где символ частной производной подчеркивает, что дифференцирование производится только по х. Повторив аналогичные рассуждения для осей у и z, можем найти вектор ё:
- •4. Проводник в электрическом поле. Электростатическая индукция.
- •5. Атомы и молекулы в электрическом поле.
- •6. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Диэлектрическая проницаемость вещества. Электрическое смещение.
- •7. Сегнетоэлектрики. Пьезоэлектрический эффект. Обратный пьезоэлектрический эффект.
- •8. Электрическое поле заряженного проводника. Электроемкость проводника.
- •9. Конденсаторы. Поле внутри плоского конденсатора.
- •10. Энергия системы зарядов. Энергия электрического поля.
- •11. Классическая теория электропроводности. Закон Ома в дифференциальной (локальной) форме. Закон Ома для однородного проводника.
- •12. Закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме. Закон Джоуля-Ленца для однородного проводника.
- •18. Контур с током в магнитном поле.
- •19. Атомы и молекулы в магнитном поле. Парамагнетики.
- •20. Диамагнетики. Природа диамагнетизма.
- •21. Вектор намагниченности. Магнитная проницаемость вещества. Напряженность магнитного поля.
- •22. Ферромагнетики. Домены. Петля гистерезиса.
- •26. Явление самоиндукции. Индуктивность.
- •27. Энергия магнитного поля. Объемная плотность энергии.
- •28. Гипотеза Максвелла: магнитоэлектрическая индукция.
- •30. Свободные затухающие колебания. Период колебаний.
- •31. Вынужденные электрические колебания. Резонанс.
- •32. Возникновение электромагнитной волны. Волновое уравнение для электромагнитного поля. Плоская электромагнитная волна.
- •38. Методы получения когерентных источников (методы наблюдения интерференции).
- •Квантовая механика
- •1. Фотоэффект. Квантовый характер электромагнитного излучения. Формула Эйнштейна для фотоэффекта.
- •2. Фотоны. Энергия, масса и импульс фотона. Корпускулярно-волновой дуализм света.
- •3. Гипотеза де Бройля. Волна де Бройля. Экспериментальное подтверждение волновых свойств частиц.
- •А)Опыт к. Дэвиссона и л. Джермера (1927 г.)
- •B) Опыт Томсона и Тартаковского.
- •4. Особенности описания движения микрочастиц. Соотношения неопределенностей.
- •5. Уравнение Шрёдингера. Волновая функция.
- •6. Частица в одномерной бесконечно глубокой потенциальной яме.
- •7. Квантовый гармонический осциллятор. Энергия нулевых колебаний.
- •10. Уравнение Шредингера для атома водорода. Квантовые числа.
- •Основные квантовые числа
- •13. Строение многоэлектронного атома. Периодическая система элементов Менделеева.
- •Термодинамика и статистическая физика
- •1. Макросистема и методы ее описания. Контакты систем. Температура.
- •2. Тепловое равновесие. Уравнение состояния. Модель идеального газа.
- •3. Равновесные процессы. Изопроцессы.
- •6. Теплота. 1-е начало термодинамики.
- •7. Теплоемкость идеального газа. Соотношение Майера.
- •8. Зависимость теплоемкости многоатомного газа от температуры.
- •38. Лазеры. Процесс генерации.
- •39. Лазеры. Создание инверсной населенности.
- •40. Фермионы. Распределение Ферми-Дирака. Заполнение электронами разрешенных уровней в кристалле.
- •41. Энергетические уровни в атоме и энергетические зоны в кристалле.
- •42. Распределение электронов по квантовым состояниям в кристалле. Проводники и диэлектрики.
- •51. Деление ядер. Цепная реакция деления. Ядерные реакторы.
- •54. Квантовые числа элементарных частиц. Частицы и античастицы.
51. Деление ядер. Цепная реакция деления. Ядерные реакторы.
Делением атомных ядер называется процесс раскалывания ядра на две примерно равные части. Обычно такой процесс происходит, когда в тяжелое ядро попадает какая-нибудь частица – нейтрон, протон, альфа-частица и др. В таких случаях деление называется вынужденным. Но иногда деление происходит и самопроизвольно, такое деление называется спонтанным.
Механизм вынужденного деления. Когда в ядро попадает какая-то частица (например, нейтрон), то внутри ядра выделяется её энергия связи Есв. К ней добавляется значительная часть кинетической энергии частицы Е, в результате чего ядро приходит в возбужденное состояние, причем его полная энергия возбуждения оказывается равной Е*= Есв + Е·А/(А+1). Это возбуждение проявляется в форме ускоренного движения всех нуклонов ядра, ядро «кипит», по его поверхности бегут волны и т.п. Дальше происходит одно из двух. Либо избыточная энергия уйдет из ядра с испусканием одного или нескольких гамма-квантов (т.е. произойдет радиационный захват влетевшей частицы). Либо в результате колебаний ядерной «жидкости» в ядре образуется перетяжка, ядро примет форму гантели, и под влиянием кулоновского отталкивания зарядов двух половинок этой «гантели», перетяжка лопнет, и две части бывшего ядра разлетятся в противоположные стороны с большой энергией, полученной от тех же сил кулоновского отталкивания одноименных электрических зарядов. Образовавшиеся половинки первоначального ядра называются осколками деления. Под влиянием сил поверхностного натяжения они приобретут сферическую форму и станут ядрами новых атомов с массами, равными примерно половине массы ядра урана, т.е. атомами элементов, лежащих в середине таблицы Менделеева.
Минимальная энергия возбуждения, при котором деление становится возможным, называется потенциальным барьером деления.
Ядерный реактор — устройство, предназначенное для организации, управляемой самоподдерживающейся цепной реакции деления, которая всегда сопровождается выделением энергии.
Принцип работы ядерного реактора и атомной электростанции таков, что коло 85% энергии расщепления высвобождается в течение очень короткого промежутка времени после начала реакции. Остальная часть вырабатывается в результате радиоактивного распада продуктов деления, после того как они излучили нейтроны. Радиоактивный распад является процессом, при котором атом достигает более стабильного состояния. Он продолжается и после завершения деления.
52. Реакция синтеза ядер.
Колоссальным источником энергии может служить реакция синтеза атомных ядер – образование из легких ядер более тяжелых
Удельная энергия связи ядер (см. рис. 39) резко увеличивается при переходе от ядер тяжелого водорода (дейтерия H и трития H) к литию Li и особенно к гелию He:
H + H → H + p (Q = 4,0 МэВ),
H + H → He + n (Q = 3,3 МэВ),
H + H → He + n (Q = 17,6 МэВ), (268.1)
Li + H → He + He (Q = 22,4 МэВ),
где Q – энерговыделение.
53. Элементарные частицы. Классификация ЭЧ.
Элементарная частица — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части. Следует иметь в виду, что некоторые элементарные частицы (электрон, нейтрино, кварки и т. д.) на данный момент считаются бесструктурными и рассматриваются как первичные фундаментальные частицы.
Всего вместе с античастицами открыто более 350 элементарных частиц. Из них стабильны фотон, электронное и мюонное нейтрино, электрон, протон и их античастицы. Остальные элементарные частицы самопроизвольно распадаются за время от приблизительно 1000 секунд (для свободного нейтрона) до ничтожно малой доли секунды (от 10−24 до 10−22, для резонансов).
В зависимости от массы покоя частицы (масса ее покоя, которая определяется по отношению к массе покоя электрона, считающегося самой легкой из всех частиц, имеющих массу) выделяют:
♦ фотоны (греч. photos – частицы, которые не имеют массы покоя и движутся со скоростью света);
♦ лептоны (греч. leptos – легкий) – легкие частицы (электрон и нейтрино);
♦ мезоны (греч. mesos – средний) – средние частицы с массой от одной до тысячи масс электрона (пи‑мезон, ка‑мезон и др.);
♦ барионы (греч. barys – тяжелый) – тяжелые частицы с массой более тысячи масс электрона (протоны, нейтроны и др.).
В зависимости от электрического заряда выделяют:
♦ частицы с отрицательным зарядом (например, электроны);
♦ частицы с положительным зарядом (например, протон, позитроны);
♦ частицы с нулевым зарядом (например, нейтрино).
Существуют частицы с дробным зарядом – кварки. С учетом типа фундаментального взаимодействия, в котором участвуют частицы, среди них выделяют:
♦ адроны (греч. adros – крупный, сильный), участвующие в электромагнитном, сильном и слабом взаимодействии;
♦ лептоны, участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействии;
♦ частицы – переносчики взаимодействий (фотоны – переносчики электромагнитного взаимодействия; гравитоны – переносчики гравитационного взаимодействия; глюоны – переносчики сильного взаимодействия; промежуточные векторные бозоны – переносчики слабого взаимодействия).