ЧАСТЬ III. Оптика. Атомная и ядерная физика

Кафедра Физики   Учебно-методический комплекс по дисциплине Физика   Часть III Оптика. Атомная и ядерная физика     Москва 2007г.

ЧАСТЬ III. Оптика. Атомная и ядерная физика

Цель обучения

Научить фундаментальным концепциям и законам классической и современной квантовой оптики, атомной и ядерной физики. Обучить грамотному и обоснованному применению накопленных в процессе развития фундаментальной физики экспериментальных и теоретических методик при решении прикладных практических и системных проблем, связанных с профессиональной деятельностью . Выработать элементы концептуального ,проблемного и творческого подхода к решению задач инженерного и исследовательского характера.

 

Содержание лекционного курса «Оптика. Атомная и ядерная физика»

(34 часа)

 

Раздел 1. Интерференция /4а , 4 б /

(4 часа)

 

Интерференция сферических волн.

Оптический диапазон шкалы электромагнитных волн. Явление интерференции. Классическая теория когерентности. Принцип суперпозиции для волн. Интерференция плоских и сферических волн. Видность интерференционной картины. Закон сохранения энергии в явлениях интерференции. Способы получения когерентных волн. Бипризма и бизеркало Френеля. Одномерная решетка из когерентных источников сферических или цилиндрических волн.

 

Интерференция волновых цугов. Интерференция на плоскопараллельных пластинках.

Интерференция квазимонохроматических волн. Влияние источника на интерференцию волн. Пространственная и временная когерентности. Интерференция на плоскопараллельных пластинках. Цвета тонких пленок. Кольца Ньютона. Полосы равной толщины и равного наклона. Эталон Фабри - Перо. Интерферометры как спектральные измерительные приборы.

 

Раздел 2. Дифракция/ 4 а , 4 б /

(6 часов)

 

Дифракция Френеля.

2.2. Дифракция Фраунгофера. Дифракция Фраунгофера. Дифракция Фраунгофера на одной и двух узких щелях. Дифракционная картина вблизи фокуса линзы. Дифракционная решетка. Спектральное разложение. Характеристики решетки как…

Классическая теория дисперсии. Рассеяние света.

Модель среды с дисперсией. Классическая теория. Комплексный показатель преломления. Нормальная и аномальная дисперсии. Волновой пакет. Групповая скорость. Поглощение волн. Закон Бугера. Рассеяние света. Прохождение света через оптически неоднородную среду. Рэлеевское рассеяние. Рассеяние Ми. Рассеяние Мандельштама - Бриллюэна.

3.2. Электромагнитные волны на границе раздела сред. Виды поляризации света.

Поведение волн на границе раздела двух сред. Граничные условия. Закон Снеллиуса. Полное внутреннее отражение. Формулы Френеля. Угол Брюстера.

Естественный и поляризованный свет. Линейная, эллиптическая и круговая виды поляризации. Частично поляризованный свет. Поляризаторы. Закон Малюса.

3.3. Оптические свойства анизотропных сред. Двойное лучепреломление.

Оптические свойства анизотропной среды. Тензор диэлектрической проницаемости. Структура плоской монохроматической волны в анизотропной среде.

Зависимость фазовой скорости от направлений распространения волны и колебаний вектора поляризации. Уравнение Френеля. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Двойное лучепреломление. Построение Гюйгенса. Поляризационные приспособления. Обнаружение и анализ эллиптически и циркулярно - поляризованного света.

3.4. Интерференция поляризованных волн. Искусственная анизотропия.

Интерференция поляризованных волн. Искусственная анизотропия, возникающая при деформациях. Явление Керра. Явление Коттон - Мутона. Вращение плоскости поляризации в оптически активных средах. Явление Фарадея. Эффект Зеемана. Элементарная теория нормального эффекта Зеемана. Обратный эффект Зеемана и его связь с явлением Фарадея. Эффект Штарка.

Раздел 4..Квантовые свойства света/ 5 а , 4 б, 5 б /

(2часа)

 

Корпускулярно-волновая двойственность свойств света.

Спонтанное и индуцированное излучение. Корпускулярно-волновая двойственность свойств света. Энергия и импульс световых квантов. Давление света.…

Раздел 5. Элементы квантовой механики и

физики атомов, молекул, твердых тел /5 а, 5 б/

(10 часов)

 

5.1. Атом Резерфорда – Бора и гипотеза де Бройля.

Опыты Резерфорда и ядерная модель атома. Постулаты Бора. Экспериментальное подтверждение постулатов Бора. Теория Бора для водородоподобных систем и её принципиальные недостатки. Гипотеза де Бройля и её экспериментальные подтверждения.

Элементы квантовой механики.

Корпускулярно-волновая двойственность свойств частиц вещества. Соотношение неопределённостей. Уравнение Шредингера. Волновая функция и её статистический смысл. Квантование энергии и момента импульса. Принцип суперпозиции. Прохождение частицы через потенциальный барьер. Гармонический осциллятор.

Элементы квантовой физики атомов и молекул.

Водородоподобные системы. Мультиплетность спектров и спин электрона. Результирующий механический и магнитный моменты многоэлектронного атома. Принцип Паули. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Рентгеновские и молекулярные спектры.

Элементы квантовой статистики и зонной теории твердого тела.

Понятие о квантовых статистиках Ферми–Дирака и Бозе-Эйнштейна. Вырождение системы частиц. Энергетические зоны в кристаллах. Металлы, диэлектрики и полупроводники. Вырожденный электронный газ в металлах. Уровень Ферми. Фононы. Понятие о квантовой теории теплоемкости.

Электроны в кристаллах.

Электропроводность металлов и полупроводников. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Контакт электронного и дырочного полупроводников. Сверхпроводимость. Эффект Джозефсона. Высокотемпературные сверхпроводники и их применение в науке и технике.

 

Раздел 6. Физика атомного ядра и элементарных частиц /4 а, 6 б/

(4 часа)

 

Атомное ядро.

Основные свойства и строение ядра. Масса и энергия связи ядер. Ядерные силы. Радиоактивность. Ядерные реакции. Деление ядер. Проблема источников энергии и ядерная энергетика. Термоядерный синтез. Проблема управляемых термоядерных реакций.

Элементарные частицы и современная физическая картина мира.

    Раздел 1. Интерференция /4а , 4 б /

Видимый диапазон и примыкающие к нему диапазоны инфракрасного и ультрафиолетового излучений составляют предмет изучения оптики.

излучения (фотонов) видимого диапазона. · Интерференция плоских и сферических волн

Основная задача двухлучевой интерференции.

Образовавшиеся после разделения волны в стандартных двухлучевых интерференционных установках можно рассматривать как исходящие из двух точечных… Схема основной задачи двухлучевой интерференции изображена на рис. 1.5. …

Опыт Юнга

. Первым интерференционным опытом, получившим объяснение на основе волновой… Юнг был первым, кто понял, что нельзя наблюдать интерференцию при сложении волн от двух независимых источников.…