Физика атомного ядра (занятие №14)

1. Перечислите известные модели ядра.

2. Каков состав ядра? Дайте характеристику нуклонам.

3. Запишите закон радиоактивного распада. Определите понятия: постоянная радиоактивного распада, период полураспада, среднее время жизни радиоактивного препарата. Нарисуйте график зависимости количества не распавшегося вещества от времени.

4. Перечислите виды радиоактивных распадов. Каковы их закономерности?

5. Чем различаются изотопы и изобары одного и того же элемента?

6. Дайте определение ядерным реакциям. Какие законы сохранения выполняются в ходе ядерных превращений?

7. Определите энергетический выход ядерных реакций.

8. Рассмотрите реакции деления ядер: деление изотопов урана нейтронами; цепная реакция деления. Ядерные взрывы. Ядерные реакторы.

9. Рассмотрите реакции синтеза лёгких ядер. С чем связаны трудности на пути осуществления управляемой реакции термоядерного синтеза?

Элементарные частицы (занятие №15)

1. Какой смысл вкладывается в понятие «элементарная частица» в современной физике?

2. Перечислите фундаментальные взаимодействия. Укажите роль каждого из видов фундаментальных взаимодействий в различных физических явлениях. Назовите переносчиков взаимодействий.

3. Каковы современные физические представления о механизме взаимодействия в мире элементарных частиц?

4. Почему протоны и нейтроны не являются в истинном смысле элементарными частицами?

5. Перечислите классы элементарных частиц. Каковы особенности частиц, составляющих класс?

6. Перечислите законы сохранения и принципы запрета в микромире. Какими симметриями они определяются?

7. Какое квантовое число может не сохраняться при слабых взаимодействиях?

8. Что Вы знаете о единых теориях материи и симметрии? Почему единая теория электрослабого взаимодействия актуальна только при высоких энергиях? При каких именно?

9. Что Вы знаете о моделях эволюции Вселенной?

Программа дисциплины

Оптика (16 часов)

Лекция 1.

Электромагнитные волны. Свойства электромагнитных волн. Шкала электромагнитных волн. Энергия электромагнитных волн. Волновая поверхность фронт волны. Уравнение бегущей (плоской и сферической) волны. Фазовая скорость, длина волны, волновое число. Световой вектор. Интенсивность света. Комплексное представление гармонических волн. Метод спектрального описания волновых полей. Преобразование Фурье.

Лекция 2

Интерференция. Когерентность и монохроматичность световых волн. Способы получения когерентных волн. Метод деления фронта и амплитуды волны. Оптическая длина пути и оптическая разность хода лучей. Интерференция световых волн. Понятие о временной когерентности. Связь времени когерентности с шириной спектра. Максимальное число наблюдаемых полос. Максимально допустимая разность хода в интерференционных опытах. Интерферометры. Интерференционные методы исследований неоднородности кристаллов.

Лекция 3

Дифракция световых волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Волновой параметр. Условие наблюдения дифракции Френеля и Фраунгофера. Область геометрической оптики.

Метод зон Френеля. Свойства зон Френеля. Спираль Френеля. Дифракция Френеля на простейших преградах. Пятно Пуассона.

Лекция 4

Дифракция Фраунгофера на щели. Разрешающая способность оптических приборов. Критерий Релея. Дифракционная решетка Дифракционная решетка как спектральный прибор. Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах. Условие Брэгга-Вульфа. Рентгеновская дефектоскопия. Голография.

Самостоятельная работа (реферат)

Дифракционные методы структурного анализа различных веществ.

Лекция 5

Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Законы Малюса и Брюстера. Оптические свойства одноосных кристаллов. Плеохроизм Метод построения Гюйгенса. Двойное лучепреломление.

Лекция 6

Фазовые пластинки. Вращение плоскости поляризации: оптически активные вещества. Электрооптические и магнитооптические эффекты. Поляризационные приборы.

Лекция 7

Дисперсия поглощение рассеяние света. Дисперсия света . Классическая теория дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсия. Поглощение света. Рассеяние света.

Квантовая природа света.

Лекция 8

Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Законы Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина. Формула Планка. Спектр излучения абсолютно черного тела. Квантовый характер излучения. Фотоэлектрический эффект. Основные законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Фотоэлементы и фотоэлектронные умножители.

Лекция 9

Корпускулярные свойства излучения. Фотоны. Энергия, импульс, масса фотона. Эффект Комптона. Особенности электромагнитного излучения разных диапазонов. Корпускулярно-волновой дуализм света.

Элементы квантовой физики (18 часов)

Самостоятельная работа (реферат)

Строение атома. Теория Бора. Опыты Резерфорда по рассеянию α -частиц. Ядерная модель атома. Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца. Эмпирические закономерности в атомных спектрах. Теория водородоподобного атома Бора. Принцип соответствия Бора

Лекция 10

Квантовые переходы. Лазеры – устройство и принцип работы. Принципиальная схема лазера. Условия стационарной генерации. Продольные и поперечные моды. Спектральный состав излучения лазера. Свойства лазерного излучения. Основные типы лазеров. Нелинейные процессы в оптике.

Лекция 11

Соотношение неопределенности Гейзенберга. Примеры. Волновые свойства частиц вещества. Формула де Бройля. Волны де Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера. Эксперимент с двумя щелями. Корпускулярно-волновой дуализм вещества.

Лекция 12

Волновая функция, ее статистический смысл и условия, которым она должна удовлетворять. Уравнение Шредингера и особенности его решения. Стационарное уравнение Шредингера.

Лекция 12

Квантовая частица в одномерной прямоугольной потенциальной "яме" бесконечной глубины: волновые функции, энергетический спектр, плотности вероятности. Принцип причинности в квантовой механике.

Лекция 13

Квантовые числа. Принцип Паули. Магнитный момент атома. Спин электрона. Опыт Штерна и Герлаха. Распределение электронов в атоме по энергетическим уровням. Принцип Паули. Правила заполнения электронных оболочек: энергии. Принцип неразличимости микрочастиц. Фермионы и бозоны.

Атомное ядро.

Лекция 14

Строение атомных ядер. Характеристики ядра. Свойства ядерных сил. Энергия связи нуклонов в ядре. Зависимость удельной энергии связи от массового числа. Радиоактивность. Радиоактивные превращения атомных ядер. Закон радиоактивного распада. Понятие о методах ядерной геохронологии.

Ядерные реакции. Типы ядерных реакций. Реакция ядерного деления. Цепная реакция деления. Ядерный реактор.

Лекция 15

Синтез атомных ядер. Управляемый термоядерный синтез. Взаимодействие гамма квантов и нейтронов с веществом горных пород. Об использовании ядерной энергии.

Лекция 16

Фундаментальные взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. Классификация элементарных частиц: кварки адроны, лептоны,. Взаимопревращение частиц.

Лекция 17

Современная физическая картина мира. Теория Большого Взрыва. О единых теориях материи и симметрии. Законы сохранения. От Вселенной до микромира.