Избранные главы оптики и квантовой физики

Избранные главы оптики и квантовой физики (Квантовая физика)

Вопросы к экзамену (2010-2011 уч. год)

для специальности ИСТЭ, ИСТЗ, ЭММА

1.  Тепловое излучение. Энергетическая светимость, испускательная и поглощательная способности тел. Формулы, связывающие энергетическую светимость и испускательную способность для произвольного тела. График зависимости испускательной способности абсолютно черного тела и .

Испускательная и поглащательная способности тела. Абсолютно черное тело, серое тело, белое тело. Закон Кирхгофа. Физический смысл универсальной функции Кирхгофа . График зависимости универсальной функции Кирхгофа от частоты излучения . Формулы, связывающие энергетическую светимость и испускательную способность для произвольного тела; для абсолютно черного тела; для серого тела. Равновесное излучение и его свойства. Объемная плотность энергии и спектральная объемная плотность энергии излучения. Связь между спектральной объемной плотностью энергии равновесного теплового излучения и испускательной способностью абсолютно черного тела ; объемной плотностью энергии равновесного теплового излучения и энергетической светимостью абсолютно черного тела Законы Стефана-Больцмана. Формула Вина и закон смещения Вина. Формула Рэлея-Джинса. Гипотеза Планка и формула Планка. Квантовая теория равновесного излучения. Формула Планка. Описание равновесного теплового излучения с использованием формулы Планка. Фотоэлектрический эффект. Внешний и внутренний фотоэффект. Вакуумный фотоэлемент и его вольтамперная характеристика. Экспериментальные законы внешнего фотоэффекта. Фотоэлектрический эффект. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Красная граница фотоэффекта. Многофотонный фотоэффект. Тормозное рентгеновское излучение. Коротковолновая граница сплошного рентгеновского спектра. Опыт Боте. Энергия и импульс фотона. Корпускулярно волновой дуализм свойств света. Эффект Комптона. Особенности комптоновского рассеяния. Законы сохранения энергии и импульса для комптоновского рассеяния. Виды спектров. Закономерности атомных спектров. Комбинационный принцип Ритца. Ядерная модель атома Резерфорда. Опыт Резерфорда по рассеянию -частиц и формула Резерфорда. Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца. Элементарная теория водородоподобного атома по Бору. Энергия водородоподобного атома в стационарном состоянии и схема энергетических уровней водородоподобного атома. Спектральные серии атома водорода и водородоподобных систем в теории Бора. Трудности теории Бора. Учет движения ядра атома в теории Бора. Изотопический сдвиг спектральных линий. Трудности теории Бора. Гипотеза де Бройля. Формулы де Бройля. Длина волны де Бройля. Корпускулярно-волновой дуализм свойств частиц вещества. Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля: опыты Дэвиссона и Джермера, опыты Томсона и Тартаковского, опыты Фабриканта, Бибермана, Сушкина. Статистическая (вероятностная) интерпретация волн де Бройля. Парадоксальность поведения микрочастиц. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Соотношение неопределенностей для энергии и времени. Естественная ширина спектральных линий. Состояние частицы в квантовой механике. Волновая функция и ее статистический (вероятностный) смысл. Принцип суперпозиции. Уравнение Шредингера. Стационарные состояния. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Собственные функции и собственные значения линейных эрмитовых операторов. Операторы физических величин в квантовой механике. Измерение физических величин в квантовой механике. Среднее значение физической величины. Понятие о совместных наблюдаемых. Квантование момента импульса. Частица в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме: пример на квантование энергии. Собственные значения и собственные функции для частицы в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме. Квантовый гармонический осциллятор. Нулевая энергия. Правила отбора для квантового гармонического осциллятора. Потенциальный барьер ступенчатой формы. Коэффициенты отражения и прохождения (прозрачности) барьера в случае, если энергия частицы превышает высоту барьера . Потенциальный барьер ступенчатой формы. Коэффициенты отражения и прохождения (прозрачности) барьера в случае, если энергия частицы ниже высоты барьера ; эффективная глубина проникновения частицы в область барьера . Прохождение частицы через потенциальные барьеры прямоугольной и произвольной формы. Туннельный эффект и его применение. Движение микрочастицы в центрально-симметричном поле. Квантовая теория атома водорода. Кратность вырождения энергетических уровней. Распределение плотности вероятности в атоме водорода. Радиальная плотность вероятности. Угловая плотность вероятности. Спектр атома водорода. Правила отбора. Понятие о спектрах щелочных металлов. Спин электрона. Полный момент импульса электрона. Понятие о спин-орбитальном взаимодействии. Тонкая структура термов щелочных металлов. Сложение моментов для квантовых систем из многих частиц. Результирующий механический момент многоэлектронного атома. Типы связи. Правила отбора для случая нормальной связи. Принцип запрета Паули. Заполнение электронных оболочек атомов. Периодическая система элементов. Магнитный момент атома. Опыты Штерна и Герлаха. Эффект Зеемана. Простой и сложный эффект Зеемана. Характеристические рентгеновские спектры. Закон Мозли. Двухатомная молекула. Энергия молекулы. Молекулярные спектры. Тождественность частиц. Фермионы и бозоны. Принцип Паули. Квантовые статистики Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна. Распределение электронов по энергетическим уровням (распределение Ферми-Дирака). Уровень Ферми. Идеальный электронный газ. Электрон в периодическом поле кристалла. Энергетические зоны в кристаллах. Металлы полупроводники и диэлектрики. Электропроводность металлов и полупроводников. Электроны проводимости и дырки. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Типы полупроводников. Состав и характеристики атомного ядра. Масса и энергия связи ядра. Удельная энергия связи. ([1]-§§8.1, 8.2; [2]-§§87, 88; [3]-§§64, 77, 78; [7]-§§5.1, 5.2; [4]-§§251, 252) Спины и магнитные моменты ядер. Четность. ([2]-§§87; [7]-§§5.1; [4]-§§253) Ядерные силы. Классификация моделей ядра. Капельная модель ядра. Оболочечная модель ядра. ([1]-§§8.3; [2]-§§89; [3]-§§64, 77, 78; [7]-§§5.3; [4]-§§254) Классификация ядерных реакций. Основные законы сохранения в ядерных реакциях. Понятие сечения реакции. Энергия ядерной реакции. Реакции, идущие через составное ядро. Прямые ядерные реакции. ([1]-§§8.7; [2]-§§91; [3]-§§64, 77, 78; [1]- гл. IV §§1,2,5; [4]-§§262) Сущность явления радиоактивности. Закон радиоактивного распада. Активность. ([1]-§§8.4,8.5; [2]-§§90; [3]-§§71-75; [7]-§§5.4; [4]-§§255-259) Закон радиоактивного распада. Радиоактивные ряды и трансурановые элементы. Цепочки радиоактивных превращений нуклидов. Переходное равновесие. Вековое равновесие. ([4]-§§255-259) Открытие нейтрона. Основные реакции, в которых образуются нейтроны. Реакции с участием нейтронов. Реакции деления, спонтанное деление. ([2]-§§92; [3]-§§гл. XIV; [7]-§§5.4; [4]-§§264, 265) Синтез легких ядер. Критерий Лоусона. Термоядерные реакторы. ([2]-§§93; [3]-§§98; [4]-§§268)

Список литературы