Конспект лекцій Частина 2

ФІЗИКА

Суми

“Видавництво СумДУ” 2010

Фізика: Конспект лекцій /Укладач О.В. Лисенко. – Суми: Вид-во СумДУ, 2010. – Ч.2. – 242 с. Кафедра загальної та теоретичної фізики

ЗМІСТ

С.

ПЕРЕДМОВА................................................................................................................................... 8

РОЗДІЛ 1 ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ............................................................................................. 9

ТЕМА 1 МАГНІТНЕ ПОЛЕ У ВАКУУМІ................................................................................. 9

§ 1 Магнітне поле. Дослід Ерстеда. Закон Ампера. Напрям і модуль вектора індукції магнітного поля. Принцип суперпозиції [13, 14]...................................................................................... 9

§ 2 Сила Лоренца [5].............................................................................................................. 11

§ 3 Рух зарядженої частинки в однорідному магнітному полі [9]...................................... 12

§ 4 Закон Біо-Савара-Лапласа. Індукція магнітного поля, яке створене відрізком із струмом. Індукція нескінченно довгого прямого провідника зі струмом.

Індукція на осі колового струму [5]...................................................................................... 17

§ 5 Взаємодія двох нескінченно довгих паралельних провідників. Ампер –

одиниця вимірювання сили струму [15].............................................................................. 20

§ 6 Сила, що діє на контур із струмом в однорідному магнітному полі. Момент сил, що діють на контур із струмом у магнітному полі. Вимірювання індукції

магнітного поля за допомогою контуру зі струмом [5]...................................................... 21

§ 7 Робота при переміщенні контуру зі струмом у магнітному полі [9]............................ 24

§ 8 Теорема Гаусса для магнітного поля у вакуумі. Теорема про циркуляцію вектора магнітної індукції [5]............................................................................................................................... 24

§ 9 Магнітне поле тороїда. Магнітне поле нескінченного соленоїда [5].......................... 26

ТЕМА 2 МАГНІТНЕ ПОЛЕ В РЕЧОВИНІ.............................................................................. 28

§ 10 Намагнічування речовини. Гіпотеза Ампера. Намагніченість [5]............................. 28

§ 11 Теорема Гаусса для індукції магнітного поля в речовині. Напруженість магнітного поля. Теорема про циркуляцію напруженості магнітного поля [5]............................................. 28

§ 12 Магнітна проникність, магнітна сприйнятливість [5]................................................ 31

§ 13 Умови для векторів індукції та напруженості магнітного поля на межі двох магнетиків [5] 33

§ 14 Гіромагнітне відношення. Дослід Ейнштейна і де Хааса [5]..................................... 34

§ 15 Типи магнетиків. Якісне пояснення магнітних властивостей речовини [5]........... 36

ТЕМА 3 ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ............................................................................ 38

§ 16 Досліди Фарадея. Закон Фарадея. Правило Ленца [14].............................................. 38

§ 17 Електрорушійна сила індукції (механізм виникнення) у рухомих і нерухомих контурах. Максвеллівське трактування закону електромагнітної

індукції [5, 9]............................................................................................................................ 40

§ 18 Явище самоіндукції. Індуктивність. Індуктивність довгого соленоїда. ЕРС самоіндукції [5] 42

§ 19 Явище взаємної індукції. Взаємна індуктивність. ЕРС взаємної індукції [5]......... 43

§ 20 Енергія магнітного поля. Енергія соленоїда [5].......................................................... 44

§ 21 Струм під час замикання та розмикання електричного кола [5]............................... 45

ТЕМА 4 РІВНЯННЯ МАКСВЕЛЛА......................................................................................... 48

§ 22 Вихрове електричне поле. Інтегральна й диференціальна форма закону електромагнітної індукції [5]............................................................................................................................... 48

§ 23 Струм зміщення Максвелла [5, 9]................................................................................. 49

§ 24 Система фундаментальних рівнянь Максвелла в інтегральній і диференціальній формі. Матеріальні рівняння [9] 52

РОЗДІЛ 2 КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ............................................................................................. 54

ТЕМА 5 КОЛИВАЛЬНІ ПРОЦЕСИ......................................................................................... 54

§ 25 Гармонічні коливання та їх характеристики. Диференціальне рівняння гармонічних коливань. Зміна енергії при гармонічному коливанні [5]................................................... 54

§ 26 Періоди коливань фізичного, математичного та пружинного маятників [5].......... 56

§ 27 Електричний коливальний контур. Частота коливань [5]......................................... 59

§ 28 Векторна діаграма. Додавання двох гармонічних коливань одного напрямку й частоти [5] 60

§ 29 Биття [5]......................................................................................................................... 62

§ 30 Додавання взаємно перпендикулярних коливань. Фігури Ліссажу [5].................. 63

§ 31 Диференціальне рівняння загасаючих коливань [5]................................................. 65

§ 32 Розв’язання диференціального рівняння загасаючих коливань. Коефіцієнт загасання, декремент загасання, логарифмічний декремент загасання, добротність [5] 67

§ 33 Диференціальне рівняння вимушених коливань та його розв’язання [5].............. 69

§ 34 Резонанс. Резонансна частота [5]................................................................................ 71

§ 35 Закон Ома для змінних струмів. Імпеданс. Ємнісний та індуктивний

опори [2]................................................................................................................................ 73

ТЕМА 6 ХВИЛЬОВІ ПРОЦЕСИ............................................................................................. 77

§ 36 Хвилі в пружному середовищі. Поперечні та поздовжні хвилі. Довжина

хвилі. Рівняння біжучої хвилі. Фазова швидкість, хвильове число [5]........................... 77

§ 37 Хвильове рівняння. Фазова швидкість поширення хвиль у твердому тілі й

газі [5]..................................................................................................................................... 81

§ 38 Густина енергії пружної хвилі [5]................................................................................ 82

§ 39 Вектор Умова. Інтенсивність [5]................................................................................. 84

§ 40 Звукові хвилі та їх застосування. Висота, тембр та гучність звуку. Рівень гучності. Ефект Допплера для звукових хвиль [5]........................................................................................ 85

§ 41 Стоячі хвилі [5].............................................................................................................. 88

§ 42 Хвильовий пакет. Групова швидкість [5].................................................................. 91

§ 43 Хвильове рівняння для електромагнітної хвилі. Фазова швидкість поширення електромагнітної хвилі [5] 93

§ 44 Напруженість електричних і магнітних полів у лінійно поляризованій електромагнітній хвилі [5].................................................................................................................................. 94

§ 45 Вектор Пойтінга [5]...................................................................................................... 96

§ 46 Випромінювання диполя [5]........................................................................................ 97

§ 47 Ефект Допплера для електромагнітних хвиль [5]..................................................... 99

РОЗДІЛ 3 ХВИЛЬОВА ОПТИКА........................................................................................... 100

ТЕМА 7 ІНТЕРФЕРЕНЦІЯ СВІТЛА.................................................................................... 100

§ 48 Інтерференція монохроматичного світла від двох джерел. Умови, при яких спостерігається інтерференція монохроматичного світла. Умови

інтерференційного мінімуму й максимуму [5]................................................................. 100

§ 49 Когерентність. Механізм випромінювання світла атомами. Час когерентності. Довжина когерентності. Радіус когерентності [5] 103

§ 50 Дослід Юнга. Ширина інтерференційних смуг [10]............................................... 104

§ 51 Дзеркала Френеля. Ширина інтерференційних смуг [5]........................................ 106

§ 52 Інтерференція світла при відбитті від тонких плівок. Різниця ходу променів. Смуги рівного нахилу. Смуги рівної товщини [5]...................................................................... 107

§ 53 Кільця Ньютона. Радіуси темних і світлих кілець [5]............................................. 108

ТЕМА 8 ДИФРАКЦІЯ СВІТЛА............................................................................................ 110

§ 54 Принцип Гюйгенса-Френеля [5]............................................................................... 110

§ 55 Метод зон Френеля. Радіус зони Френеля. Амплітуда коливань світлової

хвилі від точкового ізотропного джерела [5]................................................................... 111

§ 56 Дифракція Френеля на круглому отворі. Амплітуда світлового вектора в центрі дифракційної картини. Характер дифракційної картини [5]......................................... 115

§ 57 Дифракція Френеля на круглому диску. Амплітуда світлового вектора в

центрі дифракційної картини. Характер дифракційної картини [5].............................. 117

§ 58 Дифракція Фраунгофера на щілині. Амплітуда й інтенсивність світла, максимуми й мінімуми [5]......................................................................................................................... 118

§ 59 Дифракція Фраунгофера на дифракційних решітках. Амплітуда й інтенсивність світла, максимуми й мінімуми [5] 121

§ 60 Дисперсія і роздільна здатність дифракційних решіток. Роздільна здатність

об'єктива [5] 124

§ 61 Дифракція на просторових структурах. Закон Вульфа-Брегга. Рентгенівська спектроскопія. Рентгеноструктурний аналіз [5] 126

ТЕМА 9 ПОЛЯРИЗАЦІЯ СВІТЛА....................................................................................... 129

§ 62 Поляризоване й природне світло. Поляризатор. Ступінь поляризації [5] 129

§ 63 Закон Малюса. Проходження природного світла через поляризатор [5] 131

§ 64 Поляризація світла при відбитті та заломленні. Закон Брюстера [5] 132

§ 65 Явище подвійної променезаломлюваності. Призма Ніколя. Чвертьхвильова пластинка. Явище дихроїзму [5, 10].................................................................................................................. 133

ТЕМА 10 ПОШИРЕННЯ СВІТЛА В РЕЧОВИНІ............................................................... 136

§ 66 Дисперсія світла. Аномальна та нормальна дисперсія. Показник заломлення світла з погляду електронної теорії речовини [5] 136

РОЗДІЛ 4 КВАНТОВА ПРИРОДА ВИПРОМІНЮВАННЯ............................................... 139

ТЕМА 11 ТЕПЛОВЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ...................................................................... 139

§ 67 Теплове випромінювання, енергетична світність, поглинальна та випромінювальна здатності тіла. Зв’язок між випромінювальною здатністю як функцією частоти та випромінювальною здатністю як функцією довжини

хвилі [6] 139

§ 68 Закон Кірхгофа. Універсальна функція Кірхгофа. Експериментальне дослідження універсальної функції Кірхгофа [6] 140

§ 69 Закон Стефана-Больцмана, формула Віна, закон зміщення Віна [6] 142

§ 70 Формула Релея-Джинса. Ультрафіолетова катастрофа [6] 143

§ 71 Гіпотеза Планка. Формула Планка [6] 146

ТЕМА 12 ФОТОНИ................................................................................................................. 148

§ 72 Гальмівне рентгенівське випромінювання. Короткохвильова межа рентгенівського випромінювання [6] 148

§ 73 Зовнішній фотоефект. Закони фотоефекту. Формула Ейнштейна для фотоефекту [6] 149

§ 74 Фотони. Дослід Боте. Властивості фотонів. Корпускулярно-хвильовий дуалізм світла [6]............................................................................................................................................... 152

§ 75 Ефект Комптона. Зміна довжини хвилі фотона при його розсіюванні на електроні [6] 153

РОЗДІЛ 5 ЕЛЕМЕНТИ АТОМНОЇ ФІЗИКИ ТА КВАНТОВОЇ МЕХАНІКИ................ 156

ТЕМА 13 БОРІВСЬКА ТЕОРІЯ АТОМА............................................................................. 156

§ 76 Дослід Резерфорда. Ядерна модель атома. Залежність кількості α-частинок в одиниці тілесного кута від кута розсіяння. Проблема стабільності атома з

точки зору ядерної моделі атома [6] 156

§ 77 Постулати Бора. Правило квантування орбіт. Досліди Франка й Герца [6] 159

§ 78 Спектральні закономірності у випромінюванні атома водню. Терми. Комбінаційний принцип Рітца [6]............................................................................................................... 161

§ 79 Борівська теорія воднеподібного атома. Узагальнена формула Бальмера.

Стала Рідберга. Недоліки теорії Бора [3] 162

ТЕМА 14 ХВИЛЬОВІ ВЛАСТИВОСТІ МІКРОЧАСТИНОК............................................ 164

§ 80 Гіпотеза де Бройля. Довжина хвилі де Бройля для електрона, що вільно рухається [6, 11] 164

§ 81 Досліди Девісона й Джермера. Досліди Томсона й Тартаковського [3] 165

§ 82 Статистична інтерпретація хвиль де Бройля [11] 167

§ 83 Співвідношення невизначеностей Гейзенберга [11] 168

ТЕМА 15 КВАНТУВАННЯ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН......................................................... 170

§ 84 Хвильова функція. Фізична сутність y-функції. Стандартні умови для хвильової функції [6].......................................................................................................................................... 170

§ 85 Загальне й стаціонарне рівняння Шредінгера [6].................................................... 171

§ 86 Рівняння Шредінгера та квантування енергії [6]..................................................... 173

§ 87 Частинка в одновимірній потенціальній ямі. Енергія і хвильова функція частинки в потенціальній ямі [6]........................................................................................................... 174

§ 88 Тунельний ефект. Коефіцієнт проходження [3]...................................................... 176

§ 89 Оператори фізичних величин. Власні функції та власні значення. Принцип суперпозиції [6] 179

§ 90 Середні значення фізичних величин з точки зору операторного підходу.

Оператори радіуса-вектора, імпульсу, енергії. Зв'язок між власними й середніми значеннями [11] 181

§ 91 Комутативність операторів. Умови, за яких дві фізичні величини можуть

бути виміряні одночасно [11]............................................................................................ 183

§ 92 Квантування моменту імпульсу. Модуль і одна з проекцій моменту імпульсу. Азимутальне і магнітне квантові числа [6]...................................................................... 184

ТЕМА 16 ФІЗИКА АТОМІВ І МОЛЕКУЛ.......................................................................... 186

§ 93 Атом водню з погляду квантової механіки. Квантові числа: n, l, ml.

Кратність виродження. Правило відбору [6]................................................................... 186

§ 94 Магнетизм атомів. Дослід Штерна й Герлаха. Спін електрона [11]...................... 190

§ 95 Принцип Паулі. Періодична система елементів Д.І. Менделєєва з погляду квантової механіки [3].......................................................................................................................................... 193

§ 96 Спонтанне й вимушене випромінювання. Коефіцієнти Ейнштейна [10]............ 197

§ 97 Інверсна заселеність. Лазери [10].............................................................................. 199

ТЕМА 17 ЗОННА ТЕОРІЯ ТВЕРДИХ ТІЛ.......................................................................... 203

§ 98 Енергетичні зони в кристалах. Зона провідності, заборонена зона, валентна

зона. Метали, напівпровідники, діелектрики з точки зору зонної теорії [3]................ 203

§ 99 Напівпровідники. Власні, домішкові напівпровідники. Рух електронів та дірок. Рівень Фермі. Залежність провідності власних напівпровідників від

температури [3]................................................................................................................... 205

§ 100 Домішкова провідність напівпровідників. Донорні рівні, акцепторні

рівні [3]................................................................................................................................. 208

§ 101 Контакт електронного та діркового напівпровідників. Електричне поле

p-n -переходу. Потенціальний бар’єр p–n -переходу. Вольт-амперна характеристика. Напівпровідниковий діод [3] 210

§ 102 Транзистор. База, емітер, колектор. Транзисторний підсилювач

напруги [3]........................................................................................................................... 212

РОЗДІЛ 6 ЕЛЕМЕНТИ ФІЗИКИ АТОМНОГО ЯДРА Й ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК 214

ТЕМА 18 АТОМНЕ ЯДРО І ЕЛЕМЕНТАРНІ ЧАСТИНКИ.............................................. 214

§ 103 Склад і характеристика атомного ядра. Ізотопи, ізобари, ізотони, ізомери [6] 214

§ 104 Дефект маси й енергія зв'язку ядра. Залежність питомої енергії зв'язку

ядра від масового числа [6]................................................................................................ 216

§ 105 Краплинна й оболонкова моделі ядра [6]............................................................... 217

§ 106 Ядерні сили [6].......................................................................................................... 218

§ 107 Закон радіоактивного розпаду. Середній час життя, період напіврозпаду, активність радіоактивної речовини. Види радіоактивного розпаду [6]........................................... 219

§ 108 Альфа-розпад. Енергія α-частинок. Теорія Гамова-Герні-Кондона [3, 11]......... 220

§ 109 Бета-розпад. Види бета-розпаду. Енергія b-частинок. Теорія Фермі.

Слабка взаємодія [3, 11]..................................................................................................... 222

§ 110 Ядерні реакції. Енергія реакції. Гранична кінетична енергія. Компаунд- ядро. Реакція зриву. Реакція захоплення. Ефективний переріз ядерної

реакції [3]............................................................................................................................... 224

§ 111 Ділення ядер. Ланцюгова ядерна реакція. Ядерна бомба. Ядерний реактор [3]................................................................................................................................................ 228

§ 112 Термоядерні реакції. Дейтерій-тритієвий синтез. Протонно-протонний

цикл. Вуглецевий цикл [3].................................................................................................. 232

§ 113 Види взаємодій і класи елементарних частинок [3]............................................... 233

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ............................................................................................................ 214

ПРЕДМЕТНИЙ ПОКАЖЧИК.................................................................................................. 237

Дата добавления: 2014-01-11