- •2. Сопр-ие. Удельное сопр-ие. Зависимость сопр-ия от температуры. Единицы измерения сопр-ия.
- •3. Закон Ома для замкнутой цепи.
- •11. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Правило Ленца.
- •12. Явление самоиндукции. Эдс самоиндукции. Индуктивность. Единицы измерения индуктивности.
- •Энергия магнитного поля. Плотность энергии магнитного поля, вывод формулы на примере соленоида.
- •14. Ток смещения. Циркуляция вектора магнитной индукции переменного п оля.
- •Колебательный контур lc.
- •Переменный ток. Активное и реактивные сопротивления. Резонанс в цепи переменного тока, rlc-цепочка.
- •Шкала электромагнитных волн. Источники электромагнитного излучения.
- •21. Закон отражения света.
- •22. Закон преломления.
- •23. Явление полного внутреннего отражения
- •24. Принцип Гюйгенса-Фринеля.
- •25. Сферические зеркала.
- •26.Линзы.
- •27. Формула тонкой линзы.
- •28. Глаз как оптическая система.
- •29. Лупа.
- •30. Микроскоп
- •31. Телескоп
- •33. Интерференция от двух источников
- •34. Кольца Нютона.
- •35. Дифракция. Закон Гуйгенса-Френеля. Зоны Френеля.
- •39. Дисперсия. Спектр. Спектральные приборы. Разрешающая способность.
- •62. Радиоактивность. Виды радиоактивности. Естественная и искусственная радиоактивность
- •63. Закон радиоактивного распада. Среднее время жизни и период полураспада
- •65. Реакция деления ядер.
- •66. Активность радиоактивного вещества. Единицы активности
- •67. Цепная реакция деления. Критический размер. Критическая масса
- •69. Ядерн. Синтез легких ядер. Эн-гия Солнца и звезд.
- •70. Космическое излучение.
- •71. Фундаментальные взаимодействия. Фундаментальные частицы
34. Кольца Нютона.
Свет проходит линзу, почти не преломляясь из-за большого радиуса кривизны и отражается от пластины, меняя фазу на π. Отражённые лучи интерферируют с падающими на нижней плоскости линзы.
Чёрное пятно образуется из-за малой толщины воздушной плёнки в центре, отражённые волны гасят приходящие из-за разности фаз равной π.
R2=(R-b)2+r2≈R2-2Rb+r2
Ввиду малости b пренебрегаем b2 по сравнению с 2Rb, b= r2/2R, т.к. фаза меняется на π, нужно прибавить λ/2, получим:
Δ=r2/R+λ/2
Δ=mλ
Чётным значениям m будут соответствовать max, нечётным min.
35. Дифракция. Закон Гуйгенса-Френеля. Зоны Френеля.
Под дифракцией света, как и других волновых процессов, понимают любое отклонение от прямолинейного распространения колебаний в среде с резкими неоднородностями, что связано с отклонениями от законов геометрической оптики. Это приводит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению света в область геометрической тени.
Наблюдение дифракции света проводят обычно по такой схеме. На пути световой волны помещают непрозрачную преграду, закрывающую часть световой волны. За преградой располагают экран, на котором при определенных условиях возникает дифракционная картина в виде той или иной системы полос и пятен — максимумов и минимумов освещенности.
39. Дисперсия. Спектр. Спектральные приборы. Разрешающая способность.
ДИСПЕРСИЯ ВОЛН – завис-ть фазовой скорости гарм-х волн в среде от частоты их кол-й. Дис-я волн наблю-ся для волн любой природы. Наличие дисперсии волн приводит к искажению формы сигнала (напр,звук-го импульса) при распр-ии в среде. Дис-я света набл-ся в виде разлож-я света в спектр, напр.при прох-и его сквозь стекл-ю призму. Дис-я света при прело-ии обусл-на завис-ю показ-я прел-я n среды от частоты w света; в прозр-м вещ-ве набл-ся увел-е n с ростом w (нормал-я дис-я), возможно и умен-е n с увел-м w (анома-я дисперсия).
Осн-и характ-ми спектр-го прибора явл-ся его дисп-я и разрешающая .сила. Дис-я опр-ет угл-е или лин-е рас-е м/у двумя спектр-ми линиями, отличающ-ся по длине волны на ед-у (напр,на 1 А). Разреш-я сила опр-ет мин-ю разность длин волн δλ, при кот-й две линии воспри-ся в спектре раздельно. Угловой дисперсией наз-ся величина: D=δφ/δλ, где δφ – угл-е рас-е м/у спектра-ми линиями, отличаю-ся по дл волны на δλ. В переделах небольших углов: D≈m/d => угл-я дисп-я обратно проп-а периоду реш-ки d. Линейной дисп-й наз-т вел-у: Dлин=δl/δλ, где δl– лин-й рас-е на экране (фотопластинке) м/у спект-ми линиями, отличаю-ся по дл волны на δλ. Разрешающая сила дифр-й реш-ки проп-а пор-ку спектра m и числу щелей N: R=mN.
40.
Поляр-м наз-ся свет, в кот. направл-я колеб-й светового вектора упорядочены к.-л. образом. Рассм-м 2 взаимно ┴ эл. колеб-я, соверш-ся вдоль осей x и y и отличных по фазе на δ: Ex=A1cosωt, Ey=A2cos(ωt+ δ). Рез-щая напряж-сть Е явл. вектор. суммой Ex и Ey. А угол φ м/у Е и Ех: tgφ=Ey/Ex= (A2cos(ωt+ δ))/( A1cosωt) (1). Естеств-й свет можно представить как наложение 2 неког-х э/м волн, поляр-х во взаимно ┴ плоск-х и имеющих одинак-ю интенсивность. Допустим, чо свет. волны Ex и Ey ког-ны, причём δ=0 или π. Тогда согласно (1): tgφ=±А2/А1=const => рез-щее колеб-е сов-ся в фиксир-м напр-нии – волна оказ-ся плоскопаралл-й. В случае А1=А2 и δ=±π/2: tgφ=±tgωt. Отсюда => пл-сть колеб-й поворач-ся вокруг напр-я луча с угл. ск-стью, равной частоте колеб-я ω. Свет будет поляр-н по кругу. Плоскоп-й свет можно получить с помощью приборов, наз-х поляризаторами. Эти приборы свободно пропускают кол-я ║ пл-сти, кот. наз-т пл-стью поляризации. Выр-е P=(Imax-Imin)/(Imax+Imin) наз-ся степенью поляр-ции. Для плоскопол-го света Imin=0, P=1; для естеств-го Imax=Imin, P=0. Кол-е амплитуды А, сов-ся в пл-сти, обр-щей с пл-стью поляризатора угол φ, можно разложить на 2 кол-я с ампл-ми A║=Acosφ и A┴=Asinφ (луч ┴ к пл-сти рисунка).
1-е кол-е пройдёт через прибор, 2-е будет задержано. Интенсивность прошедшей волны пропорц-на A║2=A2cos2φ, т.е. =Icos2φ, где I – интенсивность кол-я с ампл-й А => кол-е несёт с собой долю инт-сти =cos2φ. В ест-ном свете все знач-я φ равновер-ны. Поэтому доля света, Прош-го через пол-р, = ср. знач. cos2φ, т.е. ½. П. на пол-р падает плоскоп-й свет ампл-ды А0 и интенсивности I0. Сквозь прибор пройдёт сост-я кол-я с ампл-й А=А0cosφ, φ – угол м/у пл-стью кол-й падающего света и пл-стью пол-ра. => Интенс-ть прошедшего света I=I0cos2φ –з-н Малюса.
41.
Если угол падения света на границу раздела двух диэлектриков (напр-р, на пов-ть стеклянной пластинки) отличен от 0, отраж-й и преломл-й лучи оказ-ся частично поляр-ми. В отраж-м луче преобл-т колеб-я, ┴ к пл-сти падения (на рис. точки), в прел-м луче – кол-я, ║ пл-сти падения (двустор.стрелки). Степень пол-ции зависит от угла падения.
Обозначим через θБр угол, удов-й усл-ю tgθБр=n12 (з-н Брюстера) (n12 - пок-ль прел-я 2 среды отн-но 1). При угле падения φ, равном θБр, отраж-й луч полностью поляр-н (содержит только кол-я ┴ пл-сти падения). Степень пол-ции прелом-го луча при угле пад-я = θБр, достигает наиб-го знач-я.
42.
Нек-е в-ва, наз-мые оптически активными, облад-т способ-тью вызывать вращение пл-сти поляр-ции, проход-го через них плоскопол-го света. К числу таких в-в принадлежат крист. тела (кварц, киноварь), чистые жидкости (скипидар, никотин), р-ры опт. активных в-в в неакт. р-рителях (водный р-р сахара). Крист. в-ва сильнее всего вращают пл-ть пол-ции в случае, когда свет распр-ся вдоль опт-й оси кристалла. Угол поворота φ ~ пути l, пройд. лучом в кр-ле: φ=αl. α – пост-я вращения. В р-рах угол поворота пл-ти поляр-ции ~ пути света в р-ре l и конц-ции активного в-ва c: φ=[α]cl. [α] – удельная пост. вращения. Оптически неакт-е в-ва приобр-т спос-ть вращать пл-ть пол-ции под действием м/п. Это наз-ся эффектом Фарадея. Угол поворота пл-сти пол-ции φ ~ пути l, проходимому светом в в-ве, и намагнич-сти в-ва. Намагниченность в свою очередь ~ напр-сти м/п Н. Поэтому: φ=VlH. V – пост. Верде или удельное м/вращение.
43.
Излучение телами э/м волн (свечение) может осущ-ся за счёт разл-х видов энергии. Самым распр-м явл-ся тепловое излучение, т.е. испускание э/м волн за счёт внут. энергии тел. Все остальные виды свечения, возбуждаемые за счёт любого вида энергии, кроме внутр., наз-ся «люменисценцией». Тепл. изл-е имеет место при любой t, однако при невысоких t излуч-ся практически лишь длинные (инфракрасные) э/м волны. Тепл-е изл-е явл-ся равновесным, поэтому применимы з-ны термодинамики. Интенсивность тепл. изл-я хар-т как поток энергии. Поток энергии, испуск-й единицей пов-сти излуч-го тела по всем напр-м (от 0 до 2π), наз-т энергетической светимостью тела R, кот. явл. ф-цией темп-ры. Изл-е состоит из волн разл-х частот ω (или длин λ). Обозначим поток энергии, испускаемый ед-цей пов-сти тела в инт-ле частот dω, через dRω. При малом dω: dRω=rωdω. rω наз-ся испускательной сособностью тела (ф-я частоты и темп-ры). R и rω связаны: RT=∫dRωT=∫(0до∞) rωТdω. П. на элем-ю площадь пов-ти тела падает поток лучистой энергии dФω, часть этого потока будет поглощена телом dФω’. aωТ=dФω’/dФω наз-ся поглощат-й способ-стью тела (ф-я частоты и темп-ры).
З-н Киргхофа: отношение испускат-й и поглощат-й способ-й не зависит от природы тела, оно явл. для всех тел одной и той же ф-ей частоты и темп-ры: rωТ/aωТ=f(ω,T).
44.
П. на элем-ю площадь пов-ти тела падает поток лучистой энергии dФω, часть этого потока будет поглощена телом dФω’. aωТ=dФω’/dФω наз-ся поглощат-й способ-стью тела. По опред-ю aωТ не м. б. >1. Для тела поглощающего упавшее на него излуч-е всех частот, aωТ≡1, т.е. абсолютно чёрное тело. Стефан (1879), анализ-я экспер-е данные, пришёл к выводу, что энерг. светимомть R любого тела проп-на 4 степени абс. темп-ры. Больцман (1884), исходя из термод. сообр-й, получил теоретически для энерг. светимости абс. чёрного тела: R=∫(0до∞)f(ω,Т)dω=σТ4 – з-н Стефана-Больцмана (σ=5,7*10-8 Вт/м2*К4).
45.
Вин, восп-сь, кроме термод-ки, э/м теорией, показал, что ф-я спектрального распред-я: f(ω,T)=ω3*F(ω/T), F- ф-я отн-я частоты к темп-ре. Согласно φ(λ,T)=(2πc/λ2)*f(2πc/λ,T) для φ(λ,T) получается φ(λ,T)= 2πc/λ2*(2πc/λ)3*F(2πc/λT)=(1/λ5)*ψ(λT), где ψ(λT) – нек-я ф-я произв-я λT. Это соотношение позволяет устан-ть завис-ть м/у λm, на кот. прих-ся max ф-и φ(λ,T) и темп-й. Продиф-м по λ: dφ/dλ=(1/λ5)*Tψ’(λT)-(5/λ6)*ψ(λT)= (1/λ6)*[λTψ’(λT)-5ψ(λT)]. Выр-е […] – нек-я ф-я ψ(λT).При λm соотв-й max ф-и φ(λ,T) выр-е должно =0: (dφ/dλ)λ=λm=(1/λm6)*ψ(λmT)=0. Из опыта известно λm≠∞, поэтому ψ(λmT)=0. Решение последнего ур-я отн-но неизв-го λmT даёт для этого неизв-го нек-е число, кот. обозначим b. Т.о.: Tλm=b – з-н смещения Вина, b=2,9*10-3 м*К.
46.
Из ф-лы Кирхгофа ρωΤ/αωΤ=ƒ(ω;Τ), где ƒ(ω;Τ)-универсальная ф-я К. Чтобы её определить Планк выдвинул предположение, что энергия излучения испускается отдельными порциями – квантами, величина которых ~ частоте излучения: e=ħω, ħ=1.054*103Дж*с – постоянная Планка. В рез-те было получено выражение, наз-ся ф-лой Планка: ƒ(ω,Τ)=ħω3/(2π2с2eħω/kΤ–1). Размерность ħ равна (энергия)*(время). Величина такой разм-ти наз-ся действием =>ħ–это квант действия.
47.
Фотоэф-т – это испускание в-вом е под действием света.
При освещении катода К монохр-м светом через кварцевое окошко. Из К вырыв-ся фотое и в цепи возн-т фототок, регистрируемый гальвонометром Г.
График завис-сти фототока I от приложенного внешнего напр-я U м/у К и А. Этот график наз-ся хар-кой фотоэл-та, т.е. того прибора, в кот. набл. фототок. Для этой завис-ти хар-ноналичие участка Iнас, когда все е вырванные с пов-ти К, попадают на А, и другого участка, на кот. фототок ↓ до 0 при нек-м внеш. зад-м напр-ии Uз.(=0). Законы: 1)фототок нас. пропор-н падающему свет. потоку, т.е. число е вырв-х светом ежесекундно, проп-но мощности пад-го света Iнас~Ф. 2)Для каждого Ме сущ-т max h (или ωк), при кот. ещё происх-т выд-е е, если h>hк, т.е. крайней гр-цы фотоэф-та, то испуск-х е нет. 3)max кинет. энергия К фотоэл-в линейно зависит от ω(частоты) облучающего света и не зависит от инт-сти.
Ф-ла Энштейна: полученная е энергия hω част-но затр-ся на освобож-е из Ме. А остальная часть переходит в кинет. энергию вылетевшего из Ме фотое. Min энергию, необх. для освобожд-я е из Ме , т.е. для преодоления потенц-го барьера наз-ся работой выхода А => для фотое с Кmax=mvmax2/2 з-н сохр-я энергии в элемент-м акте поглощения фотона: hω=A+Kmax.
48.
Комптон открыл явл., в кот. можно было набл-ть, что фотону присущи энергия и импульс. Исследовал рассеяние жёсткого рентг-го изл-я на образцах сост. из лёгких атомов (графит). Обнаружил, что в расс-м изл-ии наряду с исходной дл. волны λ, присут-т смещённая λ’>λ. Это и есть эф-т Комптона: П. на покоившийся е с энерг. покоя mc2 падает фотон с энерг. ε и импульсом ε/с (ε=hω, p=εc). После столк-я эн-я фотона станет ε’, а у е Е’ и импульс отдачи р. До и после столкн-я: ε+mc2=e’+E’.
:
(p’)2=(ε’/2)2+(ε/c)2-2(εε’/c2)*cosθ. Т.к. E’2-p’2c2=m2c4.(1) (E’)2=(ε-ε’+mc2)2=ε2+ε’2+m2c4-2εε’+2εmc2-2ε’mc2, (p’c)2=ε2+ε’2-2εε’cosθ => (2) E’2=ε2+ε’2-2εε’cosθ+m2c4 => (1)-(2) => ε-ε’=(εε’/mc2)*(1-cosθ). Т.к. ε=hω, ε’=hω’, ω=2πc/λ => λ’-λ=λc(1-cosθ), где λc – комптоновская длина волны для е (=2,43*10-10 см).
49.
Свет ведёт себя как поток частиц (фотонов), но интерференция и дифракция могут быть объяснены только на основе волновых представлений. Т.о.,свет обнаруживает корпускулярно-волновой дуализм: в одних явл. проявл. его волновая природа, и он ведёт себя как Э/М волна, в др. явл. проявл. корпус-ая прир. Рассмотр. с обеих т.зр. освещённость какой-нибудь поверхности. По волн. представлениям освещённость в некот. точке пов-ти. ~ квадрату амплитуды световой волны. С корпуск. т.зр. освещённость ~ плотности потока фотонов. => меж. квадр. амплитуды св.волны и плотн.потока фотонов имеется прямая ~. Носителем энергии и импульса явл. фотон. Энергия выделяется в той точке, в кот. попадает фотон. Кв. амплитуды волны определяет вер-сть того, что фотон попадает в данную точку пов-ти. Точнее, вер-ть того, что фотон будет обнаружен в пределах объёма dV, заключающего в себе рассматриваемую точку пространства, опред. выражением dP=χA2dV, где χ-коэф. пропорц-ти, A- ампл. свет. волны.
Своеобр-е св-в микроч-ц в том, что не для всех переменных получ-ся при изм-х опред-е знач-я. Так е не может иметь точной корд. x и импульса px. Неопр-сть x и px: ΔxΔ px≥ħ/2. Соотн-е имеет место и для y и py, и для z и pz. Обозначив канонически сопр-е вел-ны как А и В: ΔАΔВ≥ħ/2, получим соотнош-е неопр-сти(его открыл Гейзенберг). Принцип непр-сти Гейзенберга: произв-е неопр-стей знач-й 2-х сопряж-х переменных не может быть по порядку величины меньше пост. Планка ħ.
50.
В 1924 г. Луи де-Бройль выдвинул гипотезу, что дуализм не явл. особ-тью одних только оптич-х явл-й, но имеет универс. значение. Фотон обладает энергией E=ħω и импульсом p=2πħ/λ. По идее Бройля, движ-е е или к.-л. др. ч-цы связано с волн. процессом, дл. волны кот. λ=2πħ/р=2πħ/mv, а частота ω=Е/ħ. Эта г-за была потв-на экспер-но. Томсон и независимо от него Тартаковский получили дифр-ю картину при прох-ии е-го пучка через Ме фольгу.
Пучок е, ускор-х разностью потенц-в порядка неск-х 10-ков кВольт, проходил через тонк. Ме фольгу и попадал на фотопластинку. е при ударе о фот-ку оказывает на неё такое же действие как и фотон. Полученная дифр-я картина соотв. дл. волны λ=2πħ/р=2πħ/mv. Но в опыте инт-сть е-х пучков была столь велика, что можно предпол-ть, что диф-я картина обусловлена одновр. участием большого числа е, а отдельный е диф-ии не обнар-т. Но в 1949 г. советские физики (Биберман, Сушкин, Фабрикант) проделали опыт, в кот. инт-ть е пучка настолько слаба, что е прох-ли через прибор заведомо поодиночке. Была получена диф-я картина не отлич-ся от той, что набл-ся при обычной инт-ти. Т.о. было док-но, что волн. св-ва присущи и отд-му е.
51.
Когда Р. приступал к своим опытам, было известно, что α-частицы имеют + заряд равный удвоенному элементарному заряду, и что при потере этого заряда (присоед. двух е) α-ч. превращ-ся в атом гелия. Опыт: Узкий пучок α-ч., выд-й р/активным в-вом Р, падает на тонкую метал. фольгу Ф.При прохождении через Ф α-ч. отклонялись на разл-е углы V. Рассеянные α-ч. ударялись об экран Э, покрытый сернистым цинком и набл-сь вспышки света через м-скоп М. М и Э можно было вращать по кругу и устан-ть под любым углом V. Весь прибор помещался в откачанный кожух, чтобы α-ч. не рассеивались за счёт столкновения с мол-ми воздуха. Выводы: нек-е α-ч. рассеивались почти на 180º. Р. заключил, что столь сильное откл-е α-ч. возможно, если внутри атома имеется очень сильное э/п, кот. созд-ся зарядом, связанным с большой массой и сконц-ным в очень малом объёме. Р. предл-л ядерную модель атома. Атом предст-т собой систему зарядов, в центре кот. расп-но тяжёлое + ядро с зарядом Ze (размер не > 10-12 см), а вокруг ядра расп-ны Z эл-нов, распр-х по всему объёму зан-му атомом.
Когда α-ч. пролетает вблизи ядра, на неё действует кулоновская сила отталк-я F=2Ze2/r2.
52.
Излучение невзаимод-х друг с другом атомов состоит из отдельных спектр-х линий. В соотв-и с этим спектр испускания атомов наз-ся линейчатым. Изучение атом. спектров послужило ключом к познанию строения атомов расположены не беспорядочно, а объед-ся в группы – серии линий. Отчётливее всего это видно в спектре Н.
Нα, Нβ, Нγ, Нδ – видимые линии, Н∞ указывает границу серии. Расст-е м/у линиями закономерно убывает по мере перехода от более длинных волн к более коротким. Швейц. физик Бальмер длины волн серии линий Н представил ф-лой λ =λ0*(n2/(n2-4)), где λ0=const, n=3,4,5,.. Если перейти от λ к частоте: ω=R(1/22-1/n2), (n=3,4,5..), R=2,07*1016 c-1. Это ф-ла Бальмера, а серия спектр-х линий Н – серией Бальмера.
53.
Постулаты Бора: 1)Из ∞ мн-ва е-ных орбит, возможных с т.зр. механики, осущ-ся в действ-ти только нек-е дискретные орбиты, удовл-е опред-м квантовым усл-м. е, наход-ся на одной из этих орбит, несмотря на то, что он движется с ускорением, не излучает э/м волн (света). 2)Излучение испускается или поглощается в виде светового кванта энергии ħω при переходе е из одного стац-го сост-я в другое. Величина светового кванта = разности энергий стац-х состояний, м/у кот-ми совершается скачок: ħω=En-Em.
Усл-е для стац. орбит Б. получил, исходя из постулата Планка, согласно кот. осущ-ся только такие сост-я гармон. осциллятора, энергия кот-х: En=nħω. Обозначив q – коорд. осц-ра, р – импульс(=ma): En=(p2/2m)+(mω2q2/2)=nħω => (q2/(2nħ/mω))+(p2/2mnħω)=1. Отсюда следует, что фазовая траектория гарм-го осц-ра предст-т эллипс с полуосями: a=√2nħ/mω, b=√2mnħω. Площадь эллипса Sn=πab=2πħn или Sn=∫pdq => ∫pdq=2πħn. Для е, движ-ся вокруг ядра по круговой орбите в кач-ве корд-ты берётся угол φ. Ск-стью будет φ’. Обобщённый импульс: mer2φ’=mevr. Это выр-е опр-т момент импульса М, взятый отн-но ядра. Т.о.: ∫Мdφ=2πħn. Сила, с кот. ядро действует на е, явл. центр-й. Поэтому М=const и ∫Мdφ=2πМ => M=nħ (n=1,2..). mevr=nħ.(1)
Рассм-м е, движ-ся в поле атом. ядра с зарядом Ze.При Z=1 -> атом Н. Ур-е движ-я е: mev2/r=Ze2/r2(2). Исключив v из (1) и (2) получим выраж-е радиусов допустимых орбит: rn=ħ2n2/meZe2.(3)
Внутр. энергия атома = кин. энергия е + энергия взаим-я е с ядром: Е=mev2/2-Ze2/r. Из (2) => mev2/2= Ze2/2r => E=Ze2/2r-Ze2/r=-Ze2/2r. Подставив (3) найдём дозволенные значения внутр. энергии атома (энерг. уровни): En=-(mee4/2ħ2)*(Z2/n2). При переходе Н (Z=1) из сост. n в сост. m излуч-ся фотон: ħω=En-Em==-(mee4/2ħ2)*(1/n2-1/m2). Частота испущенного света: ω=(mee4/2ħ3)*(1/m2-1/n2).
54.
Поиск ур-ия, управляющего изменениями состояния системы, т.е. её ψ- фун-ии во времени, завершил Шреденгер. Это – осн. ур-ие нерелятивистской квантовой физики: iħ∂ψ/∂t = ħ2/2m▼2ψ+Uψ, где i-мнимая единица (√-1), m-масса частицы, ▼2–оператор Л., U–потенц. энергия. Согласно интерпритации ψ- ф-ииф, частица «размазана» в пр–ве. Ф-ии энергии U рассм-ся как формула локализованной точечной частицы в силовом поле. Состояние частицы задаётся ψ(r,t), кот. явл. комплексной величиной и обладает волновыми св-ми.
55.
В теории Бора квант-е ввод-сь искус-но, а в ур-и Шр-ра оно возн-т автоматически. Нужно учесть, что физ. смысл имеют лишь те реш-я ур-я ▼2ψ+2m/ħ*(E-U)*ψ=0 (1), кот. удовл. Усл-м станд-м. Они сост. в том, что ψ(r): конечная, однозн-я, непрер-я и без изломов. Но это возм-но лишь только при нек-х Е, кот. наз-ся собств. знач-ми,а ψ(r) явл. реш-м ур. при этих Е – собст. ф-ции.
В яме: Частица дв-ся вдоль оси х, ширина ямы l, а стены ∞. Потенц. энерг. имеет след. знач-е: Eпот=0 при (0,l) и ∞ при x=0=l исходя из (1). Для одномер-го случая в пред-х ямы (U=0): ∂2ψ/∂x2+(2m/ħ2)*Eψ=0. Общее реш-е: ψ(x)=asin(kx+α) (2), а и α – поизв-е пост-е. Нужно, чтобы ψ(x) ул-ла станд. усл-м: ψ(x) в общ. реш-и однозн-на и конечна. ψ(0)=asinα=0 => α=0; ψ(l)=asinkl=0 => kl=±πn => (3) al=±πn, n=1,2,3..: (4) En=(π2ħ2/2ml2)*n2 => Энергия квант-я и её спектр дискретны.(4) – это собств. зн-я ф-ии Е. Теперь найдём соотв-е им собств. знач-я. Для этого подст. k из (3) в (2), где α=0: ψn(x)=asin(nπx/l). Для опред. а восп-ся усл-м нормировки (∫ψ*ψdV=1): a2∫(0доl)sin2(nπx/l)dx=1. На концах (0,l) подынтегр-я ф-я =0 => инт-л можно предст-ть как произв-е ср. знач-я sin2(nπx/l) (=1/2) на ширину ямы l: a2(1/2)=1 => a=√2/l => собств. ф-ии: ψn(x)=(√2/l)sin(nπx/l), n=1,2,3..
56.
П. частица, движ-ся слева направо, встречает на своём пути потенц. барьер высоты U0 и шириной l. По класс-м предст-м повед-е частицы след-ее: Если энергия частицы > высоты барьера (E>U0), ч-ца проходит над ним. Если же E<U0, тогда ч-ца отраж-ся от барьера и летит в обр-ю сторону. Но согласно квантовой механике: даже при E>U0 имеется ≠0 вер-ть того, что ч-ца отразится от барьера и полетит в обр-ю сторону. При E<U0 имеется вер-ть того, что ч-ца проникнет сквозь барьер и окаж-ся в обл-ти x>l. В случае E<U0 ур-е Ш.: ∂2ψ/∂x2+2m/ħ*E*ψ=0, для I и III. Для II: ∂2ψ/∂x2+2m/ħ*(E-U0)*ψ=0, причём Е-U0<0.
57.
Каждый ℮ в атоме движется в первом приближении в центрально-симметричном некулоновском поле. Состояние ℮ в этом случае определяется тремя квант. числами n, l и m. Т.о. сост-е ℮ в атоме характ-ся 4-мя квант. числами: главными n (n=1,2,3,…), азимутальными l (l=0,1,2,…,n-1), магнитным ml (ml = -l,…,-1,0, +1,…,+l), спиновым mS (mS = +1/2, –1/2). Энергия состояния зависит в основном от чисел n и l. Кроме того имеется слабая зависимость от чисел ml , mS. Энергия состояния сильнее возростает с увеличением числа n. Энергия ℮ зависит лишь от n, => т.к. En=mee2/2ħ2*z2/n2 …. то каждому En (кроме Е1) соотв. неск-ко ψlnm. Сост-я с одинак-й энергией наз-ся вырожденными, а число разл-х ∞-й с к.-л. значением Е наз-ся кратностью вырождения соотв-го энерг. уровня.
58.
По мере увел-я порядк. № Z атома происх-т послед-е, строго опред-е заполн-е эл-х уровней атома. Принцип: в атоме не может быть е с одинак. знач-ми квантовых чисел. Принцип П. даёт объяснение период-й повтор-сти св-в атомов.
В атоме Н имеется 1 s-электрон с произвольной ориент-й спина. Квант. числа: L=0, S=1/2, J=1/2. Соотв-но осн-й терм Н: 2S1/2. Если заряд Н увел-ть на 1 и добавить е, получим атом Не. Оба е могут нах-ся в К-оболочке, но с анти║ ориент-й спинов. е-я конфиг-я: 1s2 (2 s e). Осн-й терм 1S0 (L=0, S=0, J=0). Заполн-е К-оболочки заканчив-ся. 3-й е атома Li может занять лишь ур-нь 2s. е-я конф-я: 1s22s. Осн-й терм 2S1/2 (L=0, S=1/2, J=1/2). 3-й е Li опред-т оптические и хим. св-ва атома. У 4-го эл-та Be зап-ся подоболочка 2s. У послед-х 6 эл-тов (B, C, N, O, F, Ne) зап-ся е подоб-ки 2p, в рез-те Ne имеет запол-ю об-ку К(2 е) и L(8 е), образуя устойч. сист. подобно Не, что обуславливает специф. св-ва инерт. газов. … 11-й эл-т Na, кроме К и L, имеет 1 е в подоб-ке 3s. е-я конф-я: 1s22s22p63s. Осн-й терм 2S1/2. В связи с этим св-ва Na схожи с Li… и т.д.
59.
Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Протон(p): обладает «+» зарядом ℮ и массой. Он имеет спин S=1/2 и собств. магн. момент. Нейтрон: его элем-ый заряд = 0, а масса ≈ mp. Направление спина S=1/2 и магн. момента μn противоположны. В свободном состоянии он нестабилен(радиоактивен) и самопроизвольно распадается, превращаясь в протон и испуская ℮– и антинейтрино υ: n=p+℮+υ. Т1/2=12мин. Атомы с данным числом p+ n0 в ядре – нуклиды; а нуклиды с одинаковым числом p+ (т.е. принадл. одному хим.эл-ту) – изотопы: О2 и О3; Н11 ; Н12 и Н13.
60.
Масса ядра ≠∑ масс образ-х ядро нуклонов, т.к. в ядре они сильно взаимодействуют => для полного разделения ядра на отдельные свободные нуклоны необходимо произвести min работу, т.е. ту, что опред. ЕСВ. Т.к. энергия покоя: Е0=mc2 => она меньше ∑ энергий покоя свободных нуклонов, входящих в состав ядра => Есв=∑mN+mЯ =>Есв=Zmp+NmN-mЯ , но оно не изм-ся, если mp на массу атома водорода(mН) => Есв=ZmН+NmN-mа , где mЯ →mа (масса соотв. нуклида). Ядерные силы: 1) явл. короткодейств-ми с радиусом действия ≈ 10–3 см, а ближе нуклоны отталкив-ся. 2) одинаковые силы взаимод.: n – n; n – p; p – n. 3) не явл. центральными т.к. зависят от ориентации спинов нуклонов и не направлены вдоль прямой. 4) св-во насыщения: каждый нуклон в ядре взаимод. с огромным числом ближайших нуклонов.