Экзаменационные вопросы по темам "Тепловое излучение", "Дуализм свойств электромагнитного излучения", "Фотоэффект", "Эффект Комптона", "Энергетические спектры атомов и модель атома Бора"

Тема 1 «Тепловое излучение»

1.1 Тепловое излучение. Характеристики теплового излучения: поток излучения, характеристическая светимость, излучательная и поглощательная способности. Закон Кирхгофа и его следствия.

1.2 Абсолютно черное тело (АЧТ). Серое тело. Распределение энергии в спектре АЧТ. Нарисуйте кривую распределения, поясните, что собой представляет площадь под кривой на графике. Ультрафиолетовая катастрофа.

1.3 Опытные законы теплового излучения: закон Стефана - Больцмана и закон смещения Вина. Напишите выражение, поясните все величины, дайте формулировки.

1.4 Гипотеза Планка. Формула Планка для теплового излучения: . Поясните все величины, входящие в формулу. Какой вид примет формула при условиях: 1) hn>> kT (формула Вина), 2) hn<< kT  (формула Релея - Джинса).

1.5 Расскажите, как можно получить законы излучения абсолютно черного тела на основе формулы Планка.

Тема 2  «Дуализм свойств электромагнитного излучения»

1.1 Двойственная природа электромагнитного излучения. Какие явления связанны с поглощением и излучением электромагнитных волн невозможно объяснить на основе электромагнитной теории? Гипотезы о квантовой природе излучения и поглощения света. Фотоны. Энергия и импульс фотона; выразите эти величины через длину волн , частоту , циклическую частоту .

Тема 3 «Фотоэффект»

3.1 Фотоэффект. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Красная граница фотоэффекта.

3.2  Вакуумный фотоэлемент, его вольтамперная и световая характеристики. Инерционный ток и ток насыщения. Запирающий потенциал . Нарисуйте график  от частоты падающего света . Что можно найти по графику.

Тема 4 «Эффект Комптона»

4.1 Эффект Комптона. На основе каких представлений можно объяснить эффект Комптона? Напишите закон сохранения энергии; поясните, почему надо использовать релятивистские формулы. Напишите закон сохранения импульса в векторном и скалярном виде; сделайте чертеж.

4.2 Опишите эффект Комптона. Напишите формулу для изменения длины волны падающего ищлучения. При каких углах рассеяния изменение  максимально и минимально? Что такое комптоновская длина волны электрона? Почему эффект Комптона не наблюдается для видимого света?

Тема 5 «Энергетические спектры атомов и модель атома Бора»

5.1 Ядерная модель атома. Постулаты Бора. Что принципиально нового внес Бор в теорию атома? Затруднения теории.

5.2 Получите выражения для скоростей и радиусов орбит электрона в атоме водорода на основе теории Бора. Водородоподобные атомы.

5.3 Получите выражение для полной, кинетической и потенциальной энергий электрона в атоме водорода на основе теории Бора. Почему полная энергия Е имеет отрицательный знак? Принимая, что , вычислите энергии электрона на второй и третьей орбитах.

5.4 Что называют энергией связи электрона в атоме? Чему она равна (в эВ) для атома водорода, водородоподобного атома? Что такое первый потенциал возбуждения атома, энергия ионизации?

5.5 Спектральная формула и ее вывод на основе теории Бора. Серии Лаймана, Бельмера, Пашена. Нарисуйте схему энергетических уровней и укажите соответствующие переходы электронов.

Тема 6 «Принципы квантовой механики. Уравнения Шрединга»

6.1 Корпускулярно-волновой дуализм материи. Гипотеза и формула де-Бройля; напишите формулу для нерялитивистской и релятивистской частицы. Какие опыты подтвердили гипотезу де-Бройля о волновой природе частиц материи?

6.2 Сформулируйте принцип неопределенности. Напишите соотношения неопределенностей Гейзенберга.

6.3 Невозможность описания поведения частиц с помощью классического понятия о траектории. Уравнение Шредингера. Напишите уравнение, поясните все величины. Что называют собственными функциями, собственными значениями вырождением энергетических уровней?

6.4  Волновая функция или пси-функция у. Какой вероятностный смысл имеют величины: ? Что называется плотностью вероятности? Каким условием должна удовлетворять пси-функция и ее производные?

 Тема7 «Примерные уравнения Шредингера»

7.1 Уравнение Шредингера для гармонического осциллятора. Энергия

осциллятора, напишите выражение и нарисуйте схему энергетических уровней. Нулевая энергия. Как можно качественно объяснить нулевую энергию на основе соотношения неопределенностей.

7.2 Напишите уравнение Шредингера и его решение для частицы в одномерном потенциальном ящике с бесконечно высокими стенками. Найдите выражение для энергии частицы.

7.3 Напишите уравнение Шредингера и его решение для электрона в атоме водорода в основном состоянии. Что такое радиальном состоянии. Что такое радиальная плотность вероятности p? Нарисуйте график p(r), где r – радиальная координата; дайте пояснение.

Тема 8 «Квантовые числа»    

 8.1 Квантовые числа n, l, m, m_s и их связь с физическими характеристиками состояния электрона.

8.2 Получите выражение, связывающее механический и магнитный моменты орбитального движения электрона в атоме. Напишите условия квантуемости этих моментов. Магнетон Бора. Гиромагнитное отношение.

8.3 Проекции орбитальных и собственных моментов электрона на направление внешнего поля. Квантуемость этих величин. Спин электрона. Опыты Штерна и Герлаха. Как следует понимать выражения «частица с целым или полуцелым спином»? 

8.4 Принцип Паули. Периодическая система элементов Д.И.Менделеева. Последовательность заполнения электронами энергетических оболочек атомов. Формула электронной конфигурации атомов. Как объясняются нарушения последовательности заполнения оболочек.

Тема 9 «Классическая и квантовые статистики»

9.1 Статистическое описание ансамблей множества частиц. Различимость и неразличимость тождественных частиц. Больцмановское распределение молекул газа по энергиям.

9.2 Бозоны и фермионы. Распределение Бозе-Эйнштейна. Свехпровмость и сверхтекучесть. Практическое применение сверхпроводимости.

9.3 Распределение Ферми - Дирака электронов по энергиям в металлах. Напишите выражение, поясните все величины, приведите графики для температур Т=0 К т Т>0 К. Энергия Ферми. Средняя энергия электронов при температуре, близкой к абсолютному нулю.

Тема 10 «Элементы зонной теории твердых тел»

10.1 Образование энергетических зон в кристаллах. Разрешенные и запрещенные зоны. Ширина зоны проводимости и число уровней в ней. Деление твердых тел на металлы, диэлектрики и полупроводники в зонной теории.

10.2 Собственные и примесные полупроводники. Донорные и акцепторные примеси. Нарисуйте схемы энергетических зон. Укажите зону проводимости, валентную зону и расположение примесных уровней.

10.3 Зависимость удельного сопротивления металлов р от температуры. Нарисуйте характерный график p(T). Как качественно можно объяснить эту зависимость на основе квантовой механики? Почему при очень низких температурах p перестает зависеть от температуры? 

10.4 Температурная зависимость проводимости  для собственных и примесных полупроводников. Напишите формулы и нарисуйте графики  и . Поясните, как по графику можно оценить ширину запрещенной зоны.

10.5 Контакт двух полупроводников с различным типом проводимости, р-n- переход и его вольтамперия характеристика. Полупроводниковые приборы.

Тема 11 «Элементы квантовой электроники»

11. 1 Спонтанное и вынужденное излучения. Вероятность перехода. Метастабильные состояния. Инверсная заселенность уровней. Принцип действия лазерного излучения. Применение лазеров.

Тема 12 «Свойства атомных ядер. Ядерные силы»

12.1 Состав атомного ядра. Нуклоны. Зарядовое массовые числа. Характеристики протона и нейтрона. Масса, заряд и радиус атомного ядра. Спин и магнитный момент ядра. Изотопы, изобары.

12.2 Ядерные силы, их особенности: короткодействие, зарядовая независимость, свойство насыщения.

12.3 Энергия связи атомных ядер. Напишите выражение, дайте определение. Удельная энергия связи. Четно-четные ядра. Магические числа.

12.4 Капельная и оболочечная модели атомного ядра.

12.5 Устойчивость атомных ядер. Как можно объяснить то, что с увеличением порядкового номера элемента число нейтронов в ядре также увеличивается? Нарисуйте примерный график числа нейтронов в зависимости от числа протонов в ядрах.

Тема 13 «Распад ядер и ядерные реакции»

13.1 Радиоактивность. Получите закон радиоактивного распада. Нарисуйте графики для числа нераспавшихся и распавшихся ядер в зависимости от времени. Постоянная радиоактивного распада, период полураспада, среднее время жизни ядра. Статистический характер радиоактивного распада.

13.2 Альфа-распад. Напишите реакцию распада, поясните, что такое a–частица. Нарисуйте примерный график зависимости потенциальной энергии a–частицы от расстояния до ядра.

13.3 Типы бета– распадов:  - распады. Напишите реакции превращений элементов и частиц внутри ядра. Нейтрино и антинейтрино.

13.4 К-захват или электронный захват как разновидность бета-распада. Напишите реакции превращений элементов и частиц внутри ядра. Нейтрино.

13.5 Гамма-излучение и его взаимодействие с веществом.

13.6 Реакция деления тяжелых ядер. Принципы действия ядерных реакторов. Что такое «ядерная энергия»?