Удк 530

А.А. Жаксылыкова, В.А. Паюк

Ф И З И К А II

Конспект лекций

для дистанционного обучения студентов специальностей

050702-050704, 050706, 050707, 050709, 050711-050713,

050716-050718, 050724, 050725, 050729-050732, 050901

Усть-Каменогорск

УДК 530

Жаксылыкова А.А., Паюк В.А. Физика II: конспект лекций для дистанционного обучения студентов специальностей 050702-050704, 050706, 050707, 050709, 050711-050713, 050716-050718, 050724, 050725, 050729-050732, 050901 / ВКГТУ. – Усть-Каменогорск, 2008. – с.174.

Пособие содержит 15 лекций базового курса дисциплины Физика II: колебания и волны, волновая и квантовая оптика, атомная физика, квантовая механика, элементы квантовой статистики, физика ядра. Пособие предназначено для дистанционного обучения студентов специальностей, учебными планами которых предусмотрено изучение базового курса физики в объёме четырёх – шести кредитов. Курс лекций составлен в соответствии со стандартами образования, введёнными в действие с 1.09. 2006 для технических вузов.

Утверждено методическим советом

факультета «Машиностроение и транспорт»

Протокол № ___ от ________ 2008г.

ã Восточно - Казахстанский

государственный технический

университет имени Д.Серикбаева

содержание

1 ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………………….6

2 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА…………………………………………………………………………………7

3 РАБОЧАЯ Программа …………………………………………………………………………………7

ЛЕКЦИЯ 1……………………………………………………………………………………………………..9

4.1 Гармонические колебания. 9

4.1.1 основные понятия. 9

4.1.2 Параметры гармонических колебаний.. 10

4.1.3 Кинематика гармонических колебаний.. 10

4.1.4 Дифференциальное уравнение гармонических колебаний.. 11

4.1.5 Динамика гармонических колебаний.. 11

4.1.5.1 Пружинный маятник.. 11

4.1.5.2 Математический маятник.. 13

4.1.5.3 Физический маятник.. 14

4.1.6 Электромеханическая аналогия. 17

4.1.7 Энергия гармонических колебаний.. 18

4.1.8 Сложение гармонических колебаний.. 19

4.1.8.1 Колебания одного направления и одинаковой частоты. Биения. 19

4.1.8.2 Сложение взаимно перпендикулярных колебаний.. 21

ЛЕКЦИЯ 2…………………………………………………………………………………………………….23

4.2 Затухающие колебания.. 23

4.2.1 Дифференциальное уравнение затухающих колебаний.. 23

4.2.2 Параметры затухающих колебаний.. 26

4.2.3 Режимы затухающих колебаний.. 27

4.3 Вынужденные колебания. 28

4.3.1 Условия возникновения вынужденных колебаний.. 28

4.3.2 Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний. 29

4.3.3 Резонанс. 30

4.4 Автоколебания. 33

4.5 Переменный ток.. 33

4.5.1 Вынужденные электромагнитные колебания. Закон Ома для переменного тока. 33

4.5.2 Мощность, выделяемая в цепи переменного тока. 36

ЛЕКЦИЯ 3…………………………………………………………………………………………………… 38

5.1 Волновые процессы. 38

5.1.1 Основные понятия. 38

5.1.2 Уравнение бегущей волны. 40

5.1.3 Дифференциальное уравнение волны (волновое уравнение) 41

5.2 Энергия волны.. 42

5.3 Интерференция волн.. 43

5.3.1 Стоячие волны.. 45

5.4 Некоторые свойства электромагнитной волны.. 47

5.5 Излучение электромагнитных волн.. 49

ЛЕКЦИЯ 4…………………………………………………………………………………………………….51

6 Оптика.. 51

6.1 Развитие представлений о свете.. 51

6.1.1 Оптическое излучение. 51

6.1.2 Природа света. 52

6.2 Геометрическая оптика. 52

6.3 Основные фотометрические величины и их единицы.. 55

6.3.1 Энергетические величины.. 55

6.3.2 Световые величины.. 56

ЛЕКЦИЯ 5…………………………………………………………………………………………………….57

6.4 Интерференция света. 57

6.4.1 Методы наблюдения интерференции света. 61

6.4.2 Интерференция света в тонких пленках. 62

6.4.2.1 Полосы равного наклона. 62

6.4.2.2 Кольца Ньютона. 63

6.4.3 Применение интерференции света. 64

ЛЕКЦИЯ 6

6.5 Дифракция света.. 66

6.5.1 Принцип Гюйгенса – Френеля. 66

6.5.2 Метод зон Френеля. 68

6.5.2.1 Дифракция на круглом отверстии.. 68

6.5.2.2 Дифракция на круглом непрозрачном диске. 71

6.5.2.3 Дифракция сферической волны на круглом отверстии. 70

6.5.3 Графический метод сложения амплитуд. 71

6.5.4 Дифракция от одной щели.. 72

6.5.5 Дифракция от многих щелей. Дифракционная решетка. 73

6.5.5 Дифракция на пространственной решётке. Формула Вульфа-Брэггов. 74

6.6 Понятие о голографии.. 76

ЛЕКЦИЯ 7…………………………………………………………………………………………………… 78

6.7 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН С ВЕЩЕСТВОМ... 78

6.7.1 Поглощение света. 78

6.7.2 Рассеяние света. 79

6.7.3 Дисперсия света. 80

ЛЕКЦИЯ 8. 83

6.8 Поляризация света. 83

6.8.1 Естественный и поляризованный свет. 83

6.8.2 Закон Малюса. 85

6.8.3 Поляризация при преломлении и отражении света. 87

6.8.4 двойное лучепреломление. 87

6.8.5 Вращение плоскости поляризации.. 89

ЛЕКЦИЯ 9…………………………………………………………………………………………………….90

7 КВАНТОВАЯ ОПТИКА.. 90

7.1 Тепловое излучение тел.. 90

7.1.1 Основные свойства и характеристики.. 90

7.1.2. Закон Кирхгофа. 93

7.1.3 Законы Стефана — Больцмана и Вина. 94

7.1.4 Гипотеза и формула Планка. 96

ЛЕКЦИЯ 10…………………………………………………………………………………………………..97

7.2 Фотоэффект.. 97

7.3 Фотоны.. 101

7.4 Эффект Комптона. 101

ЛЕКЦИЯ 11………………………………………………………………………………………………….105

8 АТОМНАЯ ФИЗИКА.. 105

8.1 Строение атома. Опыты Резерфорда. 105

8.2 Линейчатый спектр атома водорода. 106

8.3 Постулаты Бора. Модель атома по Бору. 107

ЛЕКЦИЯ 12………………………………………………………………………………………………….111

9 Волновые свойства микрочастиц.. 111

9.1 Волны де Бройля. 111

9.2 Экспериментальное обоснование гипотезы де Бройля. 111

9.4 Волновая функция. 118

9.5 Уравнение Шредингера. 120

9.5.1 Уравнение Шредингера для стационарного состояния. 121

9.5.2 Атом водорода в квантовой механике. 123

9.6 Принцип Паули. Многоэлектронные атомы.. 127

9.7 Рентгеновские спектры.. 128

9.8Лазеры. Спонтанное и индуцированное излечения. 130

ЛЕКЦИЯ 13………………………………………………………………………………………………….134

10 Элементы квантовой статистики.. 134

10.1 Принцип неразличимости тождественных частиц. Фермионы и бозоны. 134

10.2 Распределение Ферми—Дирака. 136

11 ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА.. 137

11.1 Понятие о зонной теории твердых тел.. 137

11.2 Собственная проводимость полупроводников. 139

11.3 Примесная проводимость полупроводников. 141

ЛЕКЦИЯ 14………………………………………………………………………………………………….143

12 Физика Атомного ядра.. 143

12.1 Характеристики и модели атомного ядра. 143

12.1.1 Состав атомного ядра. Массовое и зарядовое числа, размер ядра. 143

12.1.2 Дефект массы и энергия связи ядра. 145

12.1.3 Спин и магнитный момент ядра. 147

12.2 Ядерные силы.. 148

12.3 Модели ядра. 150

ЛЕКЦИЯ 15………………………………………………………………………………………………….151

12.4 Ядерные превращения. 151

12.4.1 Радиоактивный распад и радиоактивные излучения. 151

12.4.2 Закон радиоактивного распада. 152

12.4.3 Правила смещения. 154

12.4.4 a-распад. 154

12.4.5 b-распад. 155

12.4.6 γ - лучи.. 157

12.5 Ядерные реакции.. 159

12.5.1 Ядерные реакции под действием нейтронов. 160

12.5.2 Ядерная энергетика. 161

12.5.3 Реакции синтеза. 164

12.6 Элементарные частицы и их свойства. 167

12.6.1 Общие свойства элементарных частиц.. 167

12.6.2 Античастицы, аннигиляция. 169

12.7 Классы взаимодействий.. 171

12.8 Кварковая модель адронов. 172

Физика II