Модуль 6. Елементи атомної фізики та квантової механіки

Тема 6.1. Хвильові властивості речовини Лекція

Гіпотеза та формула де Бройля щодо хвильових властивостей мікрочастинок.

Експериментальне підтвердження гіпотези де Бройля. Співвідношення невизначеності Гейзенберга. Хвильова функція.

Практичне заняття

Розв’язування задач з теми «Хвильові властивості речовини» № 4.63; 4.65; 4.66; 4.86; 4.87; 4.114 [15].

Мета: навчитись застосовувати набуті теоретичні знання для розв’язку задач.

Завдання

1. Опрацювати теоретичний матеріал з питання представлення фізичних величин у вигляді операторів.

2. Розглянути фізичний зміст поняття «Траєкторія» в мікро- та макросвіті, враховуючи хвильові властивості речовини.

3. Розв′язати задачі № 4.62; 4.64; 4.68 [15].

Завдання для самостійної роботи

Запитання для самоперевірки

1. В чому полягає гіпотеза де Бройля?

2. Які досліди можуть підтвердити існування хвильових властивостей у мікрочастинок?

3. Як розуміти наявність у мікрочастинок хвильових властивостей?

4. Записати співвідношення невизначеностей та пояснити їх.

5. Від чого залежить довжина хвиля мікрочастинки? Чи можна її змінювати?

Література: 3, 10, 13.

Тема 6.2. Квантова теорія атомів і молекул

Лекція 1

Спектри атомів і молекул. Моделі атомів. Модель атома водню за Бором. Постулати Н.Бора. Протиріччя квантових переходів. Хвильова функція та її статистичний зміст. Рівняння Шредингера.

Лекція 2

Частинка в нескінченно глибокій потенціальній ямі. Квантування енергії. Квантова теорія атому. Квантовий характер моменту імпульсу. Головне, орбітальне та магнітне квантові числа. Квантовий стан атома. 5.2.8. Оптичні квантові генератори (лазери).

Практичне заняття

Розв’язування задач з теми «Квантова теорія атомів і молекул.» №4.183; 4.191; 4.197; 4.199; 4.203; 4.224 [15].

Мета: навчити студентів застосовувати набуті теоретичні знання для розв′язку задач.

Завдання

Завдання для самостійної роботи

1. Пояснити спектри випромінювання атомів, виходячи з квантової теорії атома.

2. Записати формули серій Лаймана, Пашена, Брекета, Пфунда, Хемфрі, а також узагальнену формулу Бальмера для всіх серій у спектрі водню.

3. Розв′язати задачі № 4.239; 4.241; 4.242 [15].

Запитання для самоперевірки

1. Який вигляд мають спектри атомів і молекул?

2. Які моделі атома були запропоновані Томсоном і Резерфордом?

3. Які проводились досліди Резерфордом для визначення будови атома?

4. Яке правило квантування електронних орбіт в атомі водню за теорією Бора?

5. В чому протиріччя в теорії Бора?

6. Що таке хвильова функція?

7. Що таке квантові числа?

8. Який принцип роботи оптичних квантових генераторів?

9. Що таке інверсна заселеність рівнів енергії?

10. Яку форму мають орбіти руху електронів в атомі? Яким квантовим числам відповідають ці орбіти?

11. Що таке спін?

Література: 3, 10, 13.

Тема 6.3. Зонна теорія твердих тіл

Лекція

Ферміони і бозони. Розподіл Фермі. Енергетичні зони в кристалах. Метали, діелектрики, напівпровідники. 5.3.4. Електропровідність напівпровідників. p-n перехід. Напівпровідниковий діод та транзистор та їх застосування.

Завдання для самостійної роботи

Опрацювати матеріал про застосування діодів та транзисторів.

Запитання для самоперевірки

1. Що таке розподіл мікрочастинок?

2. Чим відрізняються ферміони від бозонів?

3. В чому полягає принцип Паулі?

4. Яку структуру енергетичних зон мають метали, напівпровідники та діелектрики?

5. Що таке власна та домішкова провідність напівпровідників?

6. Як залежить від температури електричний опір напівпровідників та електричний опір металів?

Література: 3, 10, 14.