Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
1)Свойства ЭМВ. Шкала ЭМВ. Электромагнитные волны — распространяющееся в пространстве возмущение электромагнитного поля. Свойства электромагнитных волн:1.Электромагнитные волны - поперечные, то есть вектора E и H колеблются поперек направлению распространения волны.2.Векторы Е и H взаимно перпендикулярны, так, что вектора v, E, H образуют правую тройку векторов.3.Векторы Е и Н колеблются в одной фазе. Шкала электромагнитных волн:
|
2)Энергия ЭМВ. Вектор Пойнтинга. ЭМВ переносят энергию, эта энергия заключена в распространяющихся в пространстве эл и магнитном полях. Распространение всякой волны связано с переносом энергии. Полная плотность энергии ЭМВ равна: Полную энергию можно выразить только через напряженность эл поля или индукцию магнитного поля: Вектор плотности потока ЭМ энергии можно представить как векторное произведение Е и Н: S=ЕН (вектор S называется вектором Пойнтинга). Этот вектор направлен в сторону распространения ЭМВ, а его модуль равен энергии, переносимой ЭМВ за единицу времени через единичную площадку, перпендик-ую направ распространения волны |
5)Дифракция Фраунгофера. Диф.решетка. Дифракция Фраунгофера — случай дифракции, при котором дифракционная картина наблюдается на значительном расстоянии от отверстия или преграды. Дифракционная решётка — оптический прибор, работающий по принципу дифракции света, представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов, нанесённых на некоторую поверхность. Это оптический прибор, имеющий регулярную структуру из областей, имеющих различные оптические свойства, действие которого основано на явлениях интерференции большого числа световых лучей. |
||||||||||||||||||
|
3) Когерентные свет.волны. Интерференция света от двух источников. Когерентные световые волны - это световые волны, имеющие одинаковые частоты, постоянную разность фаз, а колебания происходят в одной плоскости. Получить устойчивую интерференционную картину для света от двух разделённых в пространстве и независящих друг от друга источников света не так легко. Атомы испускают свет цугами очень малой продолжительности, и когерентность нарушается. Сравнительно просто такую картину можно получить, сделав так, чтобы интерферировали волны одного и того же цуга. Так, интерференция возникает при разделении первоначального луча света на два луча при его прохождении через тонкую плёнку, например плёнку, наносимую на поверхность линз у просветлённых объективов. Луч света, проходя через плёнку толщиной , отразится дважды — от внутренней и наружной её поверхностей. Отражённые лучи будут иметь постоянную разность фаз, равную удвоенной толщине плёнки, отчего лучи становятся когерентными и будут интерферировать. |
Полное гашение лучей произойдет при , где — длина волны. Если нм, то толщина плёнки равняется 550:4=137,5 нм. Лучи соседних участков спектра по обе стороны от нм интерферируют не полностью и только ослабляются, отчего плёнка приобретает окраску. В приближении геометрической оптики, когда есть смысл говорить об оптической разности хода лучей, для двух лучей — условие максимума; — условие минимума, где k=0,1,2... и — оптическая длина пути первого и второго луча. |
18. Тормозное рентгеновское излучение. Рентгеновское излучение – электромагнитное излучение, которое мы можем наблюдать в рентгеновской трубке. Сама трубка представляет собой устройство, в котором присутствует два электрода (положительный – анод, отрицательный – катод). Анод представляет собой тяжелый металл ( W, Cu, Pt и тд). Катод – вольфрамовая нить, при нагревании испускающая е. Ускорение электронов между катодом и анодом осуществляется с помощью высокого напряжения. При не слишком больших энергиях бомбардирующих антикатод электронов наблюдается лишь тормозное излучение, обладающее сплошным спектром и не зависящее от материала анода. |
||||||||||||||||||
|
4)Дифракция света. Принцип Гюйгенса Френеля. Метод зон Френеля. Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики. Дифракция, в частности, приводит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению света в область геометрической тени. Принцип Гюйгенса - Френеля —Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать, как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн. Метод зон Френеля используется для нахождения результата интерференции вторичных волн, методом разбиения волнового фронта на зоны, называемые зонами Френеля. Френель предположил, что действие отдельных зон в точке М зависит от направления распростронения между нормалью к поверхности зоны и направлением на точку М. |
С увеличением действие зон убывает и при углах амплитуда возбуждаемых вторичных волн равна 0. Кроме того, интенсивность излучения в направлении точки М уменьшается с ростом и вследствие увеличения расстояния от зоны до точки М Учитывая оба фактора, можно записать, что |
6) Тепловое излучение. Законы Кирхгофа. Тепловое излучение— передача энергии от одних тел к другим в виде электромагнитных волн за счёт их тепловой энергии. Тепловое излучение в основном приходится на инфракрасный участок спектра. Отличительной особенностью теплового излучения является то, что он может осуществляться между телами, находящимися не только в какой-либо среде, но и вакууме. Закон Кирхгофа-отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела; оно является для всех тел универсальной функией частоты и температуры: |
||||||||||||||||||
|
7) АБСОЛЮТНО ЧЕРНОЕ ТЕЛО, законы его излучения. Распределение планка. АБСОЛЮТНО ЧЕРНОЕ ТЕЛО - идеальное тело, полностью поглощающее всю падающую на него лучистую энергию. Излучение такого тела при любой температуре является максимальным по сравнению со всеми другими нечерными телами, а спектральное распределение излучаемой энергии зависит только от температуры и не зависит от природы тела. В природе нет абсолютно черного тела, абсолютно черное тело создавалось искусственно, но даже оно не может поглощать все излучения на 100%. Интенсивность излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры и частоты определяется законом Планка: где — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в единичном интервале частот в перпендикулярном направлении на единицу телесного угла. |
Эквивалентно, где — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в единичном интервале длин волн в перпендикулярном направлении на единицу телесного угла (размерность в СИ: Дж·с−1·м−2·м−1·ср−1). Полная (т.е. испускаемая во всех направлениях) спектральная мощность излучения с единицы поверхности абсолютно чёрного тела описывается этими же формулами с точностью до коэффициента π: ε(ν, T) = πI(ν, T), ε(λ, T) = πu(λ, T). |
8)Фотоэффект. Уравнение Эйнштейна. Внешний и внутренний фотоэффекты. Фотоэффект — это испускание электронов веществом под действием света. Максимальная энергия электронов после вылета (если нет других потерь) имеет вид: . Это уравнение носит название уравнения Эйнштейна. Внешним фотоэффектом называется испускание электронов веществом под действием электромагнитных излучений. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком. Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием излучений. Он проявляется в изменении концентрации носителей зарядов в среде и приводит к возникновению фотопроводимости или вентильного фотоэффекта. |
|
9) Комптон-эффект. Комптон-эффект — явление изменения длины волны электромагнитного излучения вследствие упругого рассеивания его электронами. Объяснить эффект Комптона в рамках классической электродинамики невозможно. С точки зрения классической физики электромагнитная волна является непрерывным объектом и в результате рассеяния на свободных электронах изменять свою длину волны не должна. Эффект Комптона является прямым доказательством квантования электромагнитной волны, другими словами подтверждает существование фотонов. Эффект Комптона является ещё одним доказательством справедливости корпускулярно-волнового дуализма микрочастиц. |
10)Аннигиляция и рождение електрон-позитронных пар. Аннигиляция— в физике реакция превращения частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных. При низких энергиях сталкивающихся электрона и позитрона, а также при аннигиляции их связанного состояния — позитрония — эта реакция аннигиляции даёт в конечном состоянии два или три фотона, в зависимости от ориентации спинов электрона и позитрона. Рождение пар — в физике элементарных частиц обратный аннигиляции процесс, в котором возникают пары частица-античастица |
|
|
11)Волны де Бройля. Дифракция электронов на экране с двумя отверстиями. Волны де Бройля — волны, связанные с любыми микрочастицами и отражающие их волновую природу. Для наблюдения за электронами на экране с двумя отверстиями за отверстиями помещают мощный источник света: электроны рассеивают свет, и по вспышке за отверстием 1 или 2 можно точно установить, через какое из них пролетел электрон. При такой постановке эксперимента мы получаем совершенно другой результат: интерференционная картина разрушается, и поведение электронов совпадает с поведением пуль в первом рассмотренном нами случае, так что N12 = N1 + N2. И какие бы усовершенствования в постановке экспериментов не были бы предложены, каждый раз оказывается, что невозможно, с одной стороны, сказать, через какое отверстие пролетает наш электрон, то есть точно определить его координату, а с другой стороны — не исказить картины распределения регистрируемых электронов, не нарушить характера интерференции. |
12) Соотношение неопределённостей Соотношение неопределённостей-устанавливает предел точности одновременного определения пары характеризующих квантовую систему физических наблюдаемых), описываемых некоммутирующими операторами. Соотношение неопределенностей задаёт нижний предел для произведения среднеквадратичных отклонений пары квантовых наблюдаемых. Соотношения неопределённостей Гейзенберга являются теоретическим пределом точности одновременных измерений двух не коммутирующих наблюдаемых. Они справедливы как для идеальных измерений, так и для неидеальных измерений. Согласно принципу неопределённостей у частицы не могут быть одновременно точно измерены положение и скорость. |
19. Характеристическое рентгеновское излучение. ХРИ возникает, когда ускоренные е выбивают е с внутренних оболочек атома анода. При выбивании е с к-оболочки возникает к-серия. Существует K, L, M,N серии. Серия состоит из нескольких линий и заполняется электронами с других внешних серий. K серия - самая глубокая. При возникновении характерного излучения, на сплошной тормозной спектр накладываются узкие линии характеристического спектра. По длине этих волн можно определить из какого вещества состоит анод. Поэтому он и называется характеристическим. Определить можно по закону Мозли : =С(Z-δ), где С, δ – константы, Z – порядковый номер элемента. |
|
13)Волновая функция, её вероятностный смысл. Уравнение Шредингера. Волновая функция- это величина, которая в квантовой механике полностью описывает состояние микрообъекта (электрона, протона, атома и т.п.) и вообще любой квантовой системы. Волновая функция-понятие чисто математическое и имеет вероятностный смысл. . Вероятностный смысл волновой функции. Квадрат модуля волновой функции ψ(x,y,z,t) определяет плотность вероятности w того, что в момент времени t≥0 частица может быть обнаружена в точке пространства M=M(x,y,z) с координатами x, y и z.w=dP/dV=|ψ|2=ψ*ψ. Волновую функцию, удовлетворяющую условию нормировки F→∞∫|ψ|2dV=1, называют нормированной волновой функцией. Общее временное уравнение Шредингера, позволяющее определить в любой момент времени волновую функцию ψ для частицы массы m0, движущейся в силовом полеF=-gradU, описываемом скалярной потенциальной функцией U(x,y,z,t), имеет вид. |
Свойства уравнения для свободной частицы, с кинетической энергий E=p2/2m0, движущейся в отсутствие силовых полей (U=0,F=0) в направлении оси x, решением соответствующего уравнения Шредингера является волновая функция ψ(x,t)=Aexp{-(1/ ħ)(Et-px)}, соответствующая плоской волне де Бройля. Этот факт позволяет утверждать, что и в общем случае уравнение Шредингера является волновым уравнением. Линейность этого уравнения обуславливает принцип суперпозиции квантовых состояний. |
29. Бетта распад, гамма излучение b-распад характеризуется несколькими видами распада: а) вылет «e»: б) вылет позитронов: в) к-захват, захват атомным ядром “e” c ближайшей к ядру орбиты атома: ϫ(гамма)излучение – эл. магн. излучение сопровождающее альфа и бетта распады и возникающее в результате перехода нуклона с одного энер.уровня на другой. hVik=Wk-Wi=ΔWki Явление бетта распада объясняется радиоактивным распадом нуклона внутри ядра. Радиоактивность характеризуется скоростью распада атомных ядер – активность А [А]=расп/сек=Бк (беккервиль) |
|
14)Квантование энергии. Решениу ур-я Шредингера для электрона в потенциальной яме. Квантование энергии означает, что энергия может принимать лишь дискретные значения, называемые уровнями энергии. Следовательно энергия может меняться только скачками. Если поместить частицу в потенциальную яму, то непрерывный спектр энергий становится дискретным. Для уравнения (1) с потенциальной энергией , которая равна нулю в интервале и становится бесконечной в точках и . На этом интервале уравнение Шрёдингера совпадает с (4). Граничные условия (2), (3) для волновой функции запишутся в виде |
Ищем решения в виде . С учётом граничных условий получаем для собственных значений энергии и собственных функций с учётом нормировки |
28. Альфа распад a-частица – ядро гелия He. Процесс превращения ядра, описывается уравнением: Альфа частица вылетая из распавшегося ядра, пролетает через вещество, постепенно теряя свою энергию и вскоре останавливается. Для вылета положительно заряженной а-частицы из ядра ей необходимо преодолеть потенциальный барьер. Преодоление потенциального барьера происходит при туннельном эффекте. |
|
15. Опыт Резерфорда. Ядерная модель атома. Томсон (1903).Согласно этой модели, атом представляет собой непрерывно заряженный положительным зарядом шар радиусом 10-10м, внутри которого около своих положений равновесия колеблются электроны, суммарный отр заряд электронов равен полож заряду шара, поэтому атом в целом нейтрален.1911-ядерная модель атома Резерфорда.Резерфорд исследуя прохождение альфа-частиц в вещ-ве (через золотую фольгу толщиной примерно 1 мкм) показал, что основная их часть испытывает незначительные отклонения, но некоторые альфа-частицы резко отклоняются от первоночального направления(из-за взаимодействия альфа частиц с положительным зарядом большой массы).Ядерная (планетарная) модель атома: атом состоит из положит заряженного ядра, вокруг кот вращ отр заряж электроны.Уравнение описывающее движ е в атоме по окруж под действием кулоновской силы: , где Е0-эл постоянная, m v-масса и скорость е. |
Опыты Резерфорда позволили оценить мин размеры атома. Недостатки модели: 1. из выводов электродинамики следует, что е должен непрерывно излучать энергию в виде ЭМВ, спектр кот д.б. сплошным. Однако опыты показывают что спектр излучения и поглащения атомов дискретны. 2. Теряя энергию электрон должен неизбежно упасть на ядро, однако атомы стабильны. |
25. Реакция деления ядер. Для того чтобы разделиться на несколько частей, тяжелое ядро должно пройти через ряд промежуточных состояний, энергия которых превышает энергию основного состояния ядра. Следовательно, для процесса деления ядру требуется дополнительная энергия (энергия активации). В обычных условиях ядру негде взять энергию активации, вследствие чего тяжелые ядра не претерпевают спонтанного деления. Энергия активации может быть сообщена тяжелому ядру захваченным им дополнительным нейтроном. Процесс деления ядер урана или плутония под действием захватываемых ядрами нейтроном лежит в основе действия ядерных реакторов и обычной атомной бомбы. |
|
16. Атом водорода. Бор поставил перед собой цель связать в единое целое эмпирические закономерности линейчатых спектров , ядерную модель атома Резерфорда и квантовый характер излучения и поглащения света. Первый постулат(постулат стационарных состояний): в атоме существуют стационарные состояния, в которых он не излучает энергии; эти состояния характеризуются определенными дискретными значениями энергии. Состояния с наименьшей энергией называются основными, а все другие – возбужденными. Второй постулат (правило частот):при переходе электрона из одного состояния в другое атом излучает или поглащает энергию в виде кванта энергии: h*ню=Em-En, где ню-частота излучения, h-постоянная Планка, E-энергия атома. Правило квантования орбит: моменты импульса е в атоме может принимать только строго определенные значения, кратные пи. Постулаты Бора позволили рассчитать спектр атома водорода и водородоподобных систем – систем, состоящих из ядра с зарядом и одного е, а также теоретически вычислить постоянную Ридберга. |
23. Ядерные силы и их свойства. Огромная энергия связи нуклонов в ядре указывает на то, что между нуклонами имеется очень интенсивное взаимодействие, которое носит характер притяжения. Свойства ядерных сил : 1) ядерные силы короткодействующие (радиус действия 10-15м, если они расположены ближе – происходит отталкивание). 2) между нуклонами действуют ядерные силы одинаковые по величине. Это свойство называется «зарядовая независимость ядерных сил». 3) ядерные реакции зависят от взаимной ориентации спинов нуклонов («спин» - собственный момент импульса элементарной частицы). 4) ядерные силы не являются центральными (нельзя представить направленными вдоль одной прямой, соединяющей центры нуклонов). 5) ядерные силы обладают свойством насыщения (каждый нуклон в ядре взаимодействует с ограниченным числом нуклонов) |
24. Ядерные реакции. Классификация. Каналы реакции. Ядерные реакции – превращения атомных ядер при взаимодействии их с элементарными частицами, квантами или друг и другом. Я. р. записывают в виде: A (a, bcd)B,где А — ядро мишени, а — бомбардирующая частица, в, с, d — испускаемые частицы, В — остаточное ядро (63Cu (р, n) 63Zn) Виды ядерных реакций: 1) прямые ядерные реакции 2) составное ядро. Суть составного ядра заключается в ядерной реакции, идущей в два этапа. В начале исходные частицы образуют промежуточное (составное) ядро за ядерное время, то есть время, необходимое для того, чтобы частица пересекла ядро. Затем, при условии одинаковой энергии возбуждения, это составное ядро может распасться путём, обратным любой из реакций возникновения. Прямые ядерные реакции проявляются при очень больших энергиях бомбардирующих частиц, когда нуклоны ядра можно рассматривать как свободные. |
|
17. Квантовые числа. Принцип Паули. Периодическая система хим.элементов. Главное квантовое число n определяет энергетические уровни е в атоме и может принимать любые целые значения начиная с 1. Из решения ур-я Шредингера вытекает, что момент импульса (мех орбитальный момент) электрона квантуется, т.е. не может быть произвольным, а принимает дискретные значения, опред по формуле: , где l-орбитальное квантовое число, кот при заданном n принимает значения l=0,1,…(n-1), и определяет момент импульса е в атоме. Магнитное квантовое число m определяет проекцию момента импульса е на заданное направление. Заполнение е в оболочке атома происходит в соответствии с принципом Паули: в атоме или др квантовой системе не может находится одновременно два е, обладающих одинаковым набором квантовых чисел. Хотя бы одно из этих чисел должно быть отличным от другого. Если n=1, то l=0, если n=2, то l=0;1. В состоянии с одинаковым главным квантовым числом может находится не более 2*n2 электрона. |
Электроны с одинаковым главным квантовым числом образуют оболочку. е с орбитальным квантовым числом образуют подоболочку. Хим св-ва атомов определяет валентные е (т.е е находящийся в атоме с наибольшим квантовым числом), так как в хим реакциях энергия, приходящаяся на один атом составляет единицы, десятки эВ. Это сопоставимо с энергией ионизации. Энергия связи е, находящихся на внутренних оболочках = десятки кЭВ. Атомы с полностью заполненной внешней оболочкой образуют 8 группу (инертные газы). |
20. Вынужденное излучение. Принцип работы лазера. Лазер с английского – усиление света вынужденным излучением. Пусть атом может находиться в двух энергетических состояниях. Если атом находится в состоянии с энергией E1 и на него полетит фотон с энергией равной ћѠ=E2-E1, то атом может поглотить фотон и перейдет в состояние E2 – поглощение. Если атом изначально находится в состоянии E2, то он со временем переходит в состояние Е1 – вынужденное излучение. Эйнштейн доказал, что вероятность поглощения равна вероятности вынужденного излучения. Вынужденное излучение обладает рядом особенностей : 1) направление ВИ совпадает с направлением падающего излучения. В обычной среде процесс поглощения преобладает над процессом излучения. Распределение атомов по энергетическим уровням подчиняется распределению Больцмана: ni~e-Ei/kT |
|
27. Радиоактивность. Законы радиоактивного распада. Радиоактивность - самопроизвольное превращение атомных ядер в другие, сопровождаемое испусканием элементарных частиц. Наблюдается три вида радиоактивности альфа, бетта и гамма – распады. Уравнение, описывающие количественно это явление называется основным законом радиоактивного распада . Этот закон позволяет определить число нераспавшихся ядер N к моменту времени t. dN=-λNdt, где λ – постоянная распада. Интегрируя это выражение получаем: N=N0 – закон радиоактивного превращения. (число нераспавшихся ядер убывает по экспоненте) Радиоактивный распад характеризуется следующими величинами: 1) период полураспада - промежуток времени по истечении которого происходит распад половины исходных ядер. T1/2=ln2/λ 2) среднее время жизни радиоактивных ядер τ=1/λ= T1/2/ln2 |
26. Реакция синтеза ядер. Для слияния легких ядер в одно ядро они должны подойти друг к другу на очень близкое расстояние. Такому сближению препятствует кулоновское отталкивание между ними. Для того чтобы преодолеть отталкивание , ядра должны двигаться на огромной скорости , соответствующей температурам порядком нескольких сот миллионов кельвин. По этой причине процесс синтеза легких ядер называется термоядерной реакцией. Такие реакции протекают в недрах Солнца . В земных условиях данные неуправляемые реакции были получены при взрывах водородных бомб. |
22. Атомное ядро, его характеристики. – A-массовое число, число протонов и нейтронов, Z – зарядовое число, число протонов в ядре. В зависимости от Z и A, различают : 1. Изотопы (одинаковые Z, разные A) 2. Изобары (A одинаково, Z различно). 3. Изотоны (одинаковое число нейтронов). 4. Изомеры (A,Z одинаковы, различается период полураспада). |