КАФЕДРА № 6 ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

Ф И З И К А

Раздел “Атомная физика”

 (для групп  А05-01,02,03,09,10,11,всех гр.Т05 и Ф05)

 

ЛЕКЦИИ

1-я неделя.

Тепловое излучение. Испускательная и поглощательная способности тел. Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Закон Стефана-Больцмана. Закон Вина. Стоячие волны в пространсве трех измерений. Число нормальных состояний в интервале . Формула Релея-Джинса.

2-я неделя. Статистическое среднее энергии гармонического осциллятора (классическое и квантовое выражение). Формула Планка. Постоянная Планка.

Фотоны. Тормозное рентгеновское излучение. Коротковолновая граница тормозного рентгеновского спектра. Фотоэффект. Опыты Столетова. Формула Эйнштейна. Опыты Милликена. Красная граница фотоэффекта. Опыт Боте. Фотоны. Корпускулярно-волновой дуализм. Соотношение между волновой и корпускулярной картинами. Эффект Комптона. Комптоновская длина волны.

3-я неделя. Ядерная модель атома. Атомные спектры. Опыты по рассеянию альфа-частиц. Формула Резерфорда. Ядерная модель атома. Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца. Элементарная боровская теория водородного атома. Спектральные серии водородного атома.

4-я неделя. Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза де-Бройля. Экспериментальные основания квантовой механики. Опыты Дэвиссона и Джермера. Дифракция электронов. Опыты Томпсона и Тарковского. Неприменимость понятия траектории к микрочастицам. Прохождение электронного пучка через щели. Соотношение неопределенностей и принцип неопределенности Гейзенберга. Прохождение частицы через щель. Оценка размеров и минимальной энергии водородного атома.

5-я неделя. Элементы квантовой механики. Уравнение Шредингера. Физический смысл и свойства пси-функции. Квантование энергии. Частица в одномерной бесконечно глубокой прямоугольной потенциальной яме. Результаты квантовой механики для гармонического осциллятора. Нулевая энергия. Правило отбора для колебательного квантового числа для радиационных переходов.

6-я неделя. Квантование момента импульса. Квантование числа орбитального момента импульса. Спин. Спин электрона. Сложение моментов импульса. Результирующий механический момент многоэлектронного атома. Связи LS и  JJ. Символы термов.

7-я неделя. Результаты квантовой механики для атома водорода. Квантовые числа электрона в атоме. Вырождение состояний. Кратность вырождения. Символы состояний. Схема уровней. Правило отбора для радиационных переходов.

Спектральные серии атома водорода.

8-я неделя. Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме. Принцип Паули. Оболочки и подоболочки. Электронная конфигурация атома. Периодическая система элементов Менделеева.

9-я неделя. Спектры щелочных металлов. Основные спектральные серии. Ридберговские поправки. Тонкая структура спектральных линий. Мультиплетность. Спин-орбитальное взаимодействие. Схема уровней и переходов в натрии.

10-я неделя. Характеристическое рентгеновское излучение. Рентгеновские спектры. Закон Мозли.

Двухатомная молекула. Схема энергетических уровней двухатомной молекулы.

11-я неделя. Магнитный момент атома. Орбитальные и спиновые магнитные моменты. Магнетон Бора. Множитель Ланде. Атом в магнитном поле. Эффект Зеемана. Электронный парамагнитный резонанс.

12-я неделя. Лазеры. Спонтанное и вынужденное излучение. Коэффициенты Эйнштейна. Ширина спектральных линий. Инверсная заселенность уровней. Положительная обратная связь. Коэффициент усиления. Лазер на рубине.

13-я неделя. Теплоемкость кристаллов. Спектр колебаний кристаллической решетки. Теория Дебая. Фононы. Распределение Бозе-Эйнштейна.

14-я неделя. Энергетические зоны в кристаллах. Квантовая теория свободных электронов в металле. Плотность энергетических состояний. Распределение Ферми-Дирака.

15-я неделя. Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, полупроводники. Собственные и примесные полупроводники. Электронная и дырочная проводимости. Сверхпроводимость. Работа выхода. Термоэлектронная эмиссия. Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления.

16-я неделя. Элементы физики атомного ядра. Состав атомного ядра. Атомный номер и массовое число. Изотопы. Размеры атомного ядра. Масса и энергия связи. Дефект массы. Оболочечная и капельная модели ядра.

Радиактивность. Виды радиактивных процессов. Закон распада.

Элементы физики элементарных частиц. Виды взаимодействия и классы элементарных частиц. Частицы и античастицы.

 

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

53 с12     Савельев И.В. Курс общей физики. Т.5. М.: Наука, 1998.

539.1 н54 Нерсесов Э.А. Основные законы атомной и ядерной физики. М.:                    Высшая школа, 1988.

 

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

53 с34      Сивухин Д.В. Общий курс физики. Атомная и ядерная физика. Часть 1.  М.: Наука, 1986.

530 ф39    Фетисов Е.П., Хмелинин А.Б. Элементы физики твердого тела и  строение вещества. М.: МИФИ, 1994.

 

УПРАЖНЕНИЯ

 

1-2-я недели. Тепловое излучение.

3-4-я недели. Фотоны. Ядерная модель атома. Атомные спектры.

5-6-я недели. Волновые свойства микрочастиц. Элементы квантовой механики.

7-8-я недели. Квантование момента импульса. Результаты квантовой механики для атома водорода.

9-10-я недели. Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме. Спектры щелочных металлов.

11-12-я недели. Характеристическое рентгеновское излучение. Двухатомная молекула. Магнитный момент атома.

13-14-я недели. Контрольная работа.

15-16-я недели. Теплоемкость кристаллов. Энергетические зоны в кристаллах. Элементы физики атомного ядра.

 

 

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

53 с12 Савельев И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике.  М.: Астрель-АСТ, 2001.

54 и83 Иродов И.Е. Задачи по общей физике.  М.: Наука, 1988.

 

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

53 с23 Сборник качественных вопросов и задач по общей физике.  Бабаджан Е.И., Гервидс В.И., Дубовик В.М.,

 Нерсесов Э.А. М.: Наука, 1990.

53 и83 Иродов И.Е. Задачи по квантовой физики. М.: Высшая школа, 1991.

 

ФИЗИЧЕСКИЙ ПРАКТИКУМ

(в лабораториях  «Спектроскопия» А-403, «Атомная физика» А-409).

 

Каждый студент обязан выполнить в течение семестра по индивидуальному графику  

7 лабораторных работ.

 

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

 

539.1 л12   Лабораторный практикум “Спектры атомов и молекул”. Под редакцией Кивриной Н.К. -М.: Изд. МИФИ, 1995.

539.1 л12   Лабораторный практикум “Атомная физика”. Под редакцией             Кивриной Н.К. -М.:  Изд. МИФИ, 1995.

539.1 з43    Зверев С.А., Киврина Н.К. Лабораторная работа “Изучение  спектра поглощения иода. Квантовый осциллятор (модельный  эксперимент).” - М.: Изд. МИФИ, 1992.

 

* - книга находится в читальном зале.