Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Сборник задач по физике (часть 2).docx
Скачиваний:
121
Добавлен:
28.03.2016
Размер:
637.35 Кб
Скачать

Контрольная работа №4

Квантовая оптика. Атомная и ядерная физика

Основные формулы

Квантовая оптика

1.Закон Стефана – Больцмана

, (1Ф)

где R*энергетическая светимость абсолютно черного тела, т. е. энергия, излучаемая с единичной поверхности тела за единицу времени во всем интервале длин волн; σпостоянная СтефанаБольцмана;Tтермодинамическая температура.

2.Закон смещения Вина

,(2Ф)

где λmдлина волны, на которую приходится максимум энергетической светимости абсолютно черного тела;bпостоянная Вина.

3.Энергия фотона

,(3Ф)

где h постоянная Планка; νчастота света;сскорость света в вакууме; λдлина волны фотона.

4.Импульс фотона

p=h/λ. (4Ф)

5.Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта

,(5Ф)

где hν=εэнергия поглощенного фотона;Aработа выхода электрона из вещества;mмасса электрона;vmaxмаксимальная скорость вылетающего электрона.

6.Красная граница фотоэффекта

или ,(6Ф)

где ν0,0соответственно минимальная частота и максимальная длина волны света, при которых еще возможен фотоэффект.

7.Формула Комптона

(7Ф)

где ∆= λкомптоновское смещение;длина волны фотона, сталкивающегося со свободным электроном;длина волны фотона, рассеянного на угол α после его столкновения с электроном;mмасса электрона;сскорость фотона, равная скорости света.

Атомная физика

8. Электрон в атоме водорода двигается по круговым стационарным орбитам, при этом атом не излучает энергию. Для стационарных орбит выполняется условие или правило квантования (1-й постулат Бора)

mvrn =nh/2π, илиmvrn =nħ,n =1, 2, 3,…, (8Ф)

где m,v масса и скорость электрона; rnрадиусnй орбиты;

nглавное квантовое число;h, как иħ, постоянная Планка. Числовые значенияh и ħ находятся из таблицы.

9.При переходе атома из стационарного состояния с энергиейEnв стационарное состояние с меньшей энергиейEm происходит излучение кванта света (фотона) с энергией

hν = En Em, или ħω = En Em, (9Ф)

где νчастота света; ω=2πνкруговая (циклическая) частота. Такое же соотношение выполняется, когда атом поглощает фотон и переходит из стационарного состояния с энергиейEm в стационарное состояние с большей энергиейEn, при этом фотон перестает существовать (2-й постулат Бора).

10.Полная энергия электрона в водородоподобном атоме

(10Ф)

где Zпорядковый номер элемента в таблице Менделеева, для водо-родаZ=1;е – элементарный заряд, равный модулю заряда электрона;ε0 электрическая постоянная. Численные значенияе иε0 находятся из таблицы.

11.Длина волны светаλ, изучаемого атомом водорода при переходе электрона с одной орбиты на другую, определяется из формулы Бальмера

(11Ф)

где Rпостоянная Ридберга (находится из таблицы);m,nквантовые числа. Числоmопределяет номер спектральной серии, числоnпринимает все целочисленные значения, начиная сm+1. Приm =1 наблюдается ультрафиолетовая серия (серия Лаймана), приm = 2видимая серия (серия Бальмера), приm=3, 4,… наблюдаются серии в инфракрасной области спектра.

12.Длина волны де Бройля

λ=h, (12Ф)

где p = mv импульс частицы, когда скоростьvмного меньше скорости светаcв вакууме (v<<c);релятивистский импульс частицы приv~c.

13.Выражения длины волны де Бройля через кинетическую энергию частицыEк:

нерелятивистский случай (v <<c)

(13Ф)

релятивистский случай (v ~c)

(14Ф)

где E0 = mc2 энергия покоя частицы.

14.Соотношение неопределенностей для координаты х и проекции импульса частицы рх

x.px ћ, (15Ф)

где ∆xнеопределенность координаты частицы; ∆px неопределенность проекции импульса на осьx;ћ= h/2πпостоянная Планка.

15.Соотношение неопределенностей для энергии и времени

E.t ћ, (16Ф)

где ∆Eнеопределенность энергии за промежуток времени ∆t.

16. Одномерное уравнение Шредингера для стационарных состояний

(17Ф)

где (x)волновая функция, описывающая состояние частицы;mмасса частицы;Eполная энергия;Uпотенциальная энергия.

17. Вероятность нахождения частицы в интервале отx1 доx2

(18Ф)

где |(x)|2плотность вероятности нахождения частицы в точке с координатойх.

18. Решение уравнения Шредингера для одномерной, прямоугольной потенциальной ямы с бесконечно высокими стенками:

собственные волновые функции

(19Ф)

собственные значения энергии частицы

n=1, 2, 3,…, (20Ф)

где nглавное квантовое число;lширина потенциальной ямы;m масса частицы.