Вопросы к экзамену по физике для потока авти (третий семестр)

1. Электромагнитные волны. Уравнения Максвелла. Волновое уравнение.

2. Свойства электромагнитных волн.

3. Энергия и интенсивность электромагнитной волны. Вектор Умова-Пойнтинга.

4. Импульс электромагнитной волны. Световое давление с точки зрения теории Максвелла. Опыты П.Н.Лебедева.

5. Излучение электрического диполя. Полярная диаграмма направленности. Время высвечивания. Волновой цуг.

6. Шкала электромагнитных волн.

7. Интерференция когерентного света. Видимость интерференционной картины.

8. Интерференция двух плоских монохроматических волн.

9. Способы создания когерентных источников.

10. Интерференция в тонких пленках.

11. Интерференция. Кольца Ньютона.

12. Интерференция частично когерентного света. Степень когерентности.

13. Временная когерентность. Когерентность и монохроматичность. Время когерентности. Длина когерентности. Полоса частот.

14. Пространственная когерентность. Площадь когерентности.

15. Интерференция многих волн.

16. Принцип Гюйгенса. Вывод законов отражения и преломления.

17. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Распространение света в однородной среде.

18. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии и на непрозрачном диске.

19. Дифракция Фраунгофера на щели и на круглом отверстии.

20. Дифракционная решетка.

21. Дифракция на пространственной решетке. Условие Вульфа-Брегга.

22. Понятие о голографии.

23. Разрешающая способность оптических приборов.

24. Дисперсия света. Фазовая и групповая скорости света.

25. Классическая электронная теория дисперсии.

26. Естественный и поляризованный свет. Линейная, круговая и эллиптическая поляризация плоской монохроматической световой волны.

27. Поляризация света при отражении. Закон Брюстера. Поляризаторы. Закон Малюса.

28. Оптически анизотропные среды. Двойное лучепреломление. Метод лучевых поверхностей.

29. Фазовые пластинки и поляризационные призмы.

30. Интерференция поляризованного света.

31. Искусственная оптическая анизотропия.

32. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа.

33. Тепловое излучение. Закон Стефана-Больцмана. Закон Вина. Формула Рэлея-Джинса.

34. Тепловое излучение. Формула Планка.

35. Фотоэлектрический эффект.

36. Масса и импульс фотона. Давление света с точки зрения квантовой теории.

37. Эффект Комптона.

38.Корпускулярно-волновая двойственность света.

39. Корпускулярно-волновая двойственность частиц вещества. Волны де Бройля и их свойства.

40. Дифракция электронов и других частиц. Электронография. Нейтронография.

41. Вероятностный смысл волн де Бройля. Волновая функция. Соотношения неопределенностей Гейзенберга.

42. Временное и стационарное уравнения Шредингера.

43. Решения уравнения Шредингера для свободного электрона и электрона в потенциальном "ящике".

44. Прохождение частиц сквозь потенциальный барьер (туннельный эффект).

45. Линейный гармонический осциллятор. Классическое и квантовое рассмотрение.

46. Атом водорода. Модель Резерфорда-Бора. Линейчатый спектр атома водорода.

47. Решение уравнения Шредингера для атома водорода в основном состоянии. Квантово- механическая трактовка боровских орбит.

48. Квантование энергии и момента импульса электрона в атоме. Главное, орбитальное и магнитное квантовые числа. Пространственное квантование.

49. Опыт Штерна и Герлаха. Спин электрона. Спиновое квантовое число.

50. Принцип Паули. Распределение электронов в атомах по состояниям.

51. Поглощение излучения. Спонтанное и вынужденное излучение. Коэффициенты Эйнштейна. Детальное равновесие излучения с веществом. Формула Планка.

52. Активная среда. Лазеры.

53. Квантовые статистики. Система тождественных частиц в 6-мерном фазовом пространстве. Фермионы и бозоны. Статистики Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна.

54. Вырождение системы частиц, описываемых квантовыми статистиками. Критерии вырождения. Температура вырождения.

55. Электронный газ в металлах. Энергия Ферми.

56. Фотонный газ в замкнутой полости. Вывод формулы Планка из распределения Бозе-Эйнштейна.

58. Энергетические зоны в кристаллах. Валентная зона и зона проводимости. Проводники, диэлектрики и полупроводники.

59. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Фотопроводимость.

БИЛЕТ 1. Электромагнитные волны. Уравнения Максвелла. Волновое уравнение.

Теория Максвелла

- вектор диэлектрического смещения.

- вектор магнитной индукции

- напряженность магнитного поля

- объёмная плотность заряда

- плотность тока

- плотность тока смещения

1). Теорема Остроградского-Гаусса

2).

3). Закон электромагнитной индукции (переменное магнитное поле порождает электрическое поле)

4). Закон полного тока

5).

6).

Пусть ,

Можем записать иначе

1.

2.

3.

4.

- оператор Набла

- орты (правая тройка)

Вывод волновых уравнений для ииз уравнений Максвелла.

, где - произвольное возмущение.

,

Вакуум: м/c

БИЛЕТ 2. Свойства электромагнитных волн.

Плоская э/м волна- одно из решений волновых уравнений.

, где , где- радиус-вектор,

- уравнения волнового фронта

Уравнение плоскости

- нормаль плоскости волнового фронта

- совпадает по направлению с

Задача: найти соотношение.

Введём:

Аналогично: ,

1). Электромагнитная волна- поперечная (направление колебаний направлению распространения)

2). и взаимно ортогональны,

3). - правая тройка ортогональных векторов.

4). Синфазность колебаний и

5). Не нужна среда распространения.

Для синусоидальной монохроматической волны:

БИЛЕТ 3. Энергия и интенсивность электромагнитной волны. Вектор Умова-Пойнтинга.

Плотность потока энергии

(- вектор Пойнтинга )

Интенсивность

БИЛЕТ 4. Импульс электромагнитной волны. Световое давление с точки зрения теории Максвелла. Опыты П.Н.Лебедева.

Импульс электромагнитной волны.

Плотность импульса:

По закону сохранения импульса:

- объёмная плотность (среднее значение)

(- коэффициент отражения )

В расчёте на

(формула для давления)

Давление- это изменение импульса отраженной волны в расчёте на единичную площадку в единицу времени

Давление солнечных лучей у поверхности Земли:

(П.Н.Лебедев) 1895г.