- •Основные законы геометрической оптики. Полное внутреннее отражение. Принцип Ферма.
- •Зеркала, тонкие линзы, основные оптические приборы.
- •Фотометрические величины. Интенсивность, световой поток, поверхностная яркость, освещенность.
- •Принцип Гюйгенса. Когерентные волны. Интерференция волн. Оптическая разность хода.
- •П олосы равного наклона и равной толщины. Кольца Ньютона. Интерферометры Майкельсона и Фабри-Перо.
- •Дифракция Фраунгофера и дифракция Френеля. Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля.
- •Дифракция от круглого отверстия, круглого диска, щели.
- •Дифракционная решетка. Угловая дисперсия. Разрешающая сила.
- •Голография.
- •Поляризованный свет. Поляризатор. Степень поляризации. Закон Малюса. Поляризация при отражении и преломления. Закон Брюстера.
- •Поляризация при двойном лучепреломлении. Призма Николя. Вращение плоскости поляризации. Эффект Фарадея.
- •Дисперсия света. Групповая скорость электромагнитных волн. Элементарная электронная теория дисперсии.
- •Поглощение света. Закон Бугера-Ламберта. Спектры излучения и поглощения.
- •Рассеяние света. Закон Рэлея. Эффект Вавилова-Черенкова.
- •Тепловое излучение. Энергетическая светимость. Испускательная и поглощательная способности. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана.
- •Закон Вина. Формула Рэлея-Джинса. Формула Планка.
- •Закон фотоэффекта. Ток насыщения. Формула Эйнштейна. Красная граница фотоэффекта. Фотоны. Опыт Боте. Эффект Комптона.
- •Закономерности атомных спектров. Модели атома Томсона и Резерфорда. Постулаты Бора. Атом водорода по Бору.
- •Гипотеза де-Бройля. Опыты по дифракции корпускулярных пучков. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
- •Волновая функция. Уравнение Шредингера. Стационарные состояния.
- •Частица в одномерной прямоугольной потенциальной яме. Прохождение частицы через потенциальный барьер.
- •Атом водорода. Потенциалы возбуждения и ионизации. Квантовые числа. Вырожденные состояния.
- •Ширина спектральных линий. Мультиплетность спектров. Спин электрона. Магнетон Бора.
- •Спин орбитальное взаимодействие. Эффект Зеемана. Принцип Паули. Расположение элементов в системе Менделеева.
- •Ионная и ковалентная связи атомов в молекуле. Энергия диссоциации. Полная энергия молекулы. Вращательные, колебательно-вращательные полосы.
- •В ынужденное излучение. Мазеры. Лазеры. Накачка метастабильных уровней. Свойства лазерного излучения.
- •Фазовое пространство. Функция распределения. Понятие о квантовой статистике Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.
- •Колебания кристаллической решетки. Теория Дебая теплоемкости кристаллов. Энергия нулевых колебаний.
- •Квантовая теория свободных электронов в металле. Уровень Ферми. Запрещенные зоны. Валентная зона. Зона проводимости.
- •Электропроводность металлов. Сверхпроводимость. Температурные зависимости проводимости.
- •Дырочная проводимость. Примесная проводимость. Запрещенные зоны. Валентная зона. Зона проводимости.
- •Работа выхода. Термоэлектронная эмиссия. Контактная разность потенциалов.
- •Контактные явления в полупроводниках.
- •Термоэлектрические явления.
- •Основные свойства атомного ядра.
- •Масса и энергия связи. Дефект массы. Деление тяжелых и синтез легких ядер.
- •Ядерные силы. Модели ядра. Мезоны.
- •Радиоактивность. Постоянная распада. Альфа, бета и гамма-излучения.
- •Альфа-распад. Бета-распад. Правила смещения.
- •Реакция деления ядра. Цепная реакция деления.
- •Космическое излучение. Типы взаимодействия элементарных частиц. Частицы и античастицы.
- •Классификация элементарных частиц. Кварки.
Ионная и ковалентная связи атомов в молекуле. Энергия диссоциации. Полная энергия молекулы. Вращательные, колебательно-вращательные полосы.
Ионная связь (например, в молекулах NaCl, KBr) осуществляется электростатическим взаимодействием атомов при переходе электрона одного атома к другому, т. е. при образовании положительного и отрицательного ионов. Ковалентная связь (например, в молекулах H2, С2, СО) осуществляется при обобществлении валентных электронов двумя соседними атомами (спины валентных электронов должны быть антипараллельны).
Важной количественной характеристикой молекулы является прочность химической связи, которая определяется энергией диссоциации (разрыва) молекулы на составляющие элементы (ионы, атомы, радикалы).
Энергия изолированной молекулы где Еэл — энергия движения электронов относительно ядер, Екол — энергия колебаний ядер (в результате которых периодически изменяется относительное положение ядер), Евращ — энергия вращения ядер (в результате которых периодически изменяется ориентация молекулы в пространстве).
Строение молекул и свойства их энергетических уровней проявляются в молекулярных спектрах — спектрах излучения (поглощения), возникающих при квантовых переходах между уровнями энергии молекул.
Частоты спектральных линий, испускаемых молекулами, могут соответствовать переходам с одного электронного уровня на другой (электронные спектры) или с одного колебательного (вращательного) уровня на другой (колебательные (вращательные) спектры). Кроме того, возможны и переходы с одними значениями Eкол и Eвращ на уровни, имеющие другие значения всех трех компонентов, в результате чего возникают электронно-колебательные и колебательно-вращательные спектры.
Типичные молекулярные спектры — полосатые, представляющие собой совокупность более или менее узких полос в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях.
Колебательными и вращательными спектрами обладают только многоатомные молекулы, а двухатомные их не имеют.
В ынужденное излучение. Мазеры. Лазеры. Накачка метастабильных уровней. Свойства лазерного излучения.
Если на атом, находящийся в возбужденном состоянии 2, действует внешнее излучение с частотой, удовлетворяющей условию hv=E2–E1, то возникает вынужденный (индуцированный) переход в основное состояние 1 с излучением фотона той же энергии hv=E2–E1. Возникающее в результате таких переходов излучение называется вынужденным (индуцированным) излучением.
Практически инверсное состояние среды осуществлено в принципиально новых источниках излучения — оптических квантовых генераторах, или лазерах. Лазеры генерируют в видимой, инфракрасной и ближней ультрафиолетовой областях (в оптическом диапазоне). Идея качественно нового принципа усиления и генерации электромагнитных волн, примененная в мазерах (генераторы и усилители, работающие в сантиметровом диапазоне радиоволн) и лазерах, принадлежит российским ученым Н. Г. Басову (р. 1922) и А. М. Прохорову (р. 1916) и американскому физику Ч. Таунсу (р. 1915), удостоенным Нобелевской премии 1964 г.
Д ля оптической накачки используется импульсная газоразрядная лампа. При интенсивном облучении рубина светом мощной импульсной лампы атомы хрома переходят с нижнего уровня 1 на уровни широкой полосы 3 (рис.2). Так как время жизни атомов хрома в возбужденных состояниях мало (меньше 10–7 с), то осуществляются либо спонтанные переходы 31 (они незначительны), либо наиболее вероятные безызлучательные переходы на уровень 2 (он называется метастабильным) с передачей избытка энергии решетке кристалла рубина.
Лазерное излучение обладает следующими свойствами:
1. Временная и пространственная когерентность. Время когерентности составляет 10–3 с, что соответствует длине когерентности порядка 105 м (lког = ског), т. е. на семь порядков выше, чем для обычных источников света.
2. Строгая монохроматичность (<10–11 м).
3. Большая плотность потока энергии. Если, например, рубиновый стержень при накачке получил энергию W=20 Дж и высветился за 10–3 с, то поток излучения Фе=20/10–3 Дж/с=2104 Вт. Фокусируя это излучение на площади 1 мм2, получим плотность потока энергии Фе/S = 2104/10–6 Вт/м2 = 21010 Вт/м2.
4. Очень малое угловое расхождение в пучке. Например, при использовании специальной фокусировки луч лазера, направленный с Земли, дал бы на поверхности Луны световое пятно диаметром примерно 3 км (луч прожектора осветил бы поверхность диаметром примерно 40 000 км).