АТОМНАЯ ФИЗИКА.
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
БГУ, ГрГУ
2008
Цель физического практикума - дать возможность студенту самостоятельно произвести основные эксперименты по изучаемому предмету, овладеть навыками работы с приборами, методами измерений, а также способами обработки и оценки достоверности полученных результатов. Лабораторный практикум курса «Физика атома и атомных явлений» – раздела дисциплины «Общая физика», решает, кроме того, и некоторые дополнительные задачи. Ввиду необходимости использования сложного экспериментального оборудования данный раздел практически не может быть обеспечен достаточным количеством лекционных демонстраций. Не менее важно и то обстоятельство, что по сравнению с предыдущими разделами возникают трудности, обусловленные спецификой микроявлений и усложнением теории. Практикум по физике атома, содержащий, прежде всего, реальные экспериментальные работы, а также лабораторные работы, основанные на компьютерном моделировании, призван помочь решению этих задач.
Изучение атомной физики невозможно без достаточного объема знаний соответствующих разделов вузовской и школьной программ по физике. Речь идет, прежде всего, об основах ньютоновой динамики, законах сохранения, процессах столкновений частиц, об элементах релятивистской динамики, о распределениях Максвелла и Больцмана, об электрическом и магнитном моментах, о шкале электромагнитных волн, дифракции, спектральных закономерностях, фотоэффекте, модели атома Резерфорда и т. д. Сюда же следует включить представления о порядках величин (масштабах) масс, расстояний и энергий для атомных явлений, о наиболее употребительных единицах измерения и физических постоянных, таких как электронвольт, атомная единица массы, элементарный электрический заряд, постоянная Авогадро и т. д. Эти вопросы – основа, на которой строится обучение физике атомных явлений на лекциях, семинарах и лабораторных занятиях.
В настоящем пособии содержится 13 лабораторных работ, представленных в практикуме по курсу «Физика атома и атомных явлений», читаемом на физическом факультете Белорусского государственного университета, а также на физико-техническом факультете Гродненского госуниверситета.
Текст каждой работы включает в себя сжатое изложение конкретных положений теории, описание экспериментальной установки либо моделирующей компьютерной программы, порядок выполнения работы и обработки полученных данных, задание и контрольные вопросы.
Лабораторные работы распределены по трем главам. В работах Главы 1 используются элементарные квантовые представления и модельная боровская теория атома водорода. Глава 2 посвящена стационарному уравнению Шредингера и его решениям для различных одномерных потенциалов, а самая большая по объему Глава 3 – квантовомеханическим закономерностям поведения атомов и молекул.
В работе 2 по методике, близкой к методике опытов Франка и Герца, изучают процессы столкновений электронов с атомами ртути. Наблюдают свечение, обусловленное процессами радиационной рекомбинации. Экспериментально находят энергию ионизации атома ртути. Рассматриваются вопросы о связи экспериментов по столкновениям микрочастиц с квантовыми представлениями.
В работе 3 экспериментально исследуют спектр испускания атомарного водорода в видимом диапазоне. По полученным данным находят постоянную Ридберга, энергию ионизации и уровни энергии атома водорода. С помощью модели Бора дается оценка скорости электрона и размеров атома. Формируются представления о стационарных состояниях атома, квантовых переходах и их связи со спектрами.
В работе 4 экспериментально изучается изотопический сдвиг уровней энергии и спектральных линий атомарного водорода. По данным опыта определяют отношение масс дейтрона и протона.
В работе 5 с помощью компьютерной модели процесса дифракции электронов на кристаллических структурах изучают статистические закономерности, присущие микроявлениям. Количественно проверяют зависимость длины волны де Бройля от ускоряющего напряжения. Дается представление об электронографии.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.