IV. Электромагнитные колебания и волны. Оптика. Физика атома и атомного ядра

1. Электромагнитные волны

Следует повторить все, что относится к гармоническим колебаниям, затем уяснить понятие синусоидальной волны.

Рассматриваются электромагнитные колебания в закрытом колебательном контуре – цепи, состоящей из катушки и конденсатора, способы получения незатухающих колебаний в генераторе.

Затем переходят к понятию открытого колебательного контура как источника электромагнитных волн в пространстве. Рассматриваются постулаты теории Максвелла, формула для скорости электромагнитной волны. Необходимо уметь графически изобразить структуру электромагнитной волны. Важно составить представление о непрерывности шкалы электромагнитных излучений, рассмотреть их виды (низкочастотные, радиоволны, микроволны, инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские, гамма-излучение), физические свойства, биологическое действие и применение.

2. Геометрическая и волновая оптика

Изучение оптики начинается с рассмотрения вопроса о развитии представлений о природе света. Следует уяснить, что свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами (корпускула – частица). Такая двойственность называется корпускулярно-волновой дуализм.

В геометрической оптике рассматриваются законы отражения и преломления, явление полного внутреннего отражения, физический и геометрический смысл показателя преломления, оптические схемы лупы и микроскопа, представления об устройстве и применении рефрактометра, световодов. В биофизике законы геометрической оптики применяются для рассмотрения механизма зрения – формирования изображения в глазу.

С точки зрения волновой оптики свет – это электромагнитная волна определенного диапазона на шкале всех волн. Волновая природа света подтверждается такими явлениями, как интерференция и дифракция.

Перед рассмотрением волновых явлений необходимо сформировать понятие спектра. Для этого рассмотреть явление дисперсии света в призме, затем разобраться различиях спектров – призматического, интерференционного и дифракционного.

Рассмотреть сущность интерференции как усиления или ослабления когерентных волн при их наложении, способы создания когерентных волн, применение интерференции и проявление в природе.

Дифракция представляет собой явление огибания препятствия или краев отверстия при условии, что размеры препятствия или отверстия соизмеримы с длиной волны. Уметь объяснить устройство и назначение дифракционной решетки.

Еще одно явление, рассматриваемое с позиции волновой оптики – поляризация света. Сущность поляризации в том, что поляризованный пучок света обладает неодинаковыми свойствами в различных плоскостях.

Знать принцип действия поляриметра, его применение.

3. Квантово-оптические явления

В этом разделе рассматриваются оптические явления, которые получили объяснение после возникновения квантовой теории.

Вначале следует разобраться в законах теплового излучения Стефана – Больцмана, Кирхгофа, Вина), введя предварительно понятия испускательной и поглощательной способности, абсолютно черного тела.

Эти экспериментальные законы получили полное теоретическое обоснование после введения Планком понятия кванта энергии и принятия дискретного характера излучения. Исходя из этого, Планк нашел вид функциональной зависимости ε = f(λ,T) и показал, что законы теплового излучения являются частными случаями этой функции.

Необходимо иметь представление о пирометрии – измерении температуры тел на расстоянии, и тепловидении.

В основе теоретического обоснования явления фотоэффекта лежит представление об излучении как о потоке частиц – фотонов, которые обладают при движении импульсом и массой. Следует знать формулу Планка для энергии фотона, его импульса и массы, уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Знать области применения фотоэффекта.

Явление люминесценции рассматривается на основе представлений о теории атома водорода Бора. Вначале знакомятся с упрощенной моделью строения атома – планетарной, рассматривают ее недостатки. Затем знакомятся с постулатами Бора, которые устраняют противоречия. Вводится понятия «возбужденный атом», «стационарная орбита», «разрешенный энергетический уровень», «спонтанное излучение».

Рассматривается квантовая сущность явления люминесценции, ее виды, проявления в природе и практическое применение.

4. Основы атомной и ядерной физики

Явление радиоактивности было открыто благодаря вниманию, которое обращалось учеными на все явления излучения после открытия Рентгеном нового вида электромагнитного излучения. Поэтому для лучшего усвоения свойств радиоактивного излучения необходимо выяснить все, что связано с открытием, природой, свойствами и применением рентгеновских лучей.

Далее рассматривается явление радиоактивности – самопроизвольное испускание излучения, состоящего из трех компонент, обозначенных Резерфордом буквами α, β, γ. Необходимо знать природу этих лучей, виды радиоактивного распада атомов, уметь написать формулу закона радиоактивного распада, примеры реакций распада.

Необходимо знать состав ядра атома, свойства составляющих его частиц и природу сил, связывающих их. Знать формулы дефекта массы и энергии связи ядра. Уметь расшифровывать символическую запись ядра и пользоваться данными таблицы Менделеева для характеристики ядер атомов.

Необходимо уметь объяснить особенности реакции деления тяжелых ядер – основы атомной энергетики, а также реакции синтеза легких ядер (термоядерная реакция). Знать преимущества и проблемы атомной энергетики, проблемы и перспективы термоядерной.

Дата добавления: 2015-04-25