WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 34 |
Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики Ю.Д. Корнюшкин ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ (Квантовая механика, физика атомов и молекул, физика твердого тела, ядерная физика) Учебное пособие Санкт-Петербург 2005 Корнюшкин Ю.Д. Основы современной физики (квантовая механика, физика атомов и молекул, физика твердого тела, ядерная физика) / Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2005.

326 с.

Пособие составлено в соответствии с программой по физике для технических вузов. В нем в доступной форме изложены основы квантовой механики, атомной физики, физики твердого тела, физики атомного ядра. Автор, по возможности, стремился изложить основные достижения физики двадцатого века.

В основе пособия лежат лекции, прочитанные автором в течение ряда лет для студентов СПбГУ ИТМО. Главное внимание в пособии уделено обсуждению физического смысла и содержания основных законов природы в области микромира, а также физике твердотельного состояния.

Учебное пособие предназначено, в первую очередь, для студентов младших курсов. Однако оно может быть полезным и студентам старших курсов, а также аспирантам и преподавателям различных специальностей.

Рецензент – Е.П. Григорьев, профессор Санкт-Петербургского государственного университета © Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 2005 © Корнюшкин Ю.Д., 2005 Юрий Дмитриевич Корнюшкин ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ (квантовая механика, физика атомов и молекул, физика твердого тела, ядерная физика) Учебное пособие Редакторы К.К. Боярский, А.В. Сечкарев, С.К. Стафеев, Н.А. Ярышев Редакционно-издательский отдел Санкт-Петербургского университета информационных технологий, механики и оптики Лицензия № 00408 от 05.11.99.

Зав. РИО Н.Ф. Гусарова Подписано к печати 05.02.2005.

Заказ № 806.

Тираж 100 экз.

3 Содержание ПРЕДИСЛОВИЕ.............................................................................................ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА................................................................................ГЛАВА 1. ЗАКОНЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ...............................1.1. ВОЛНА ДЕ БРОЙЛЯ................................................................................1.2. ОПЫТ ДЭВИССОНА - ДЖЕРМЕРА........................................................1.3. ВОЛНОВАЯ ФУНКЦИЯ.........................................................................1.4. ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИ......................................1.5. СООТНОШЕНИЯ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ..............................................1.6. УРАВНЕНИЕ ШРЕДИНГЕРА.................................................................1.7. ЭЛЕКТРОН В ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЯМЕ...................................................1.7.1. Линейный гармонический осциллятор.....................................а) Классический осциллятор.......................................................................б). Квантовый осциллятор..........................................................................1.7.2. Движение электрона в потенциальной яме с плоским дном.....1.7.3. Движение электрона над потенциальной ямой..........................1.7.4. Движение электрона над потенциальным барьером.................1.7.5 Движение электрона в направлении потенциального барьера конечной толщины....................................................................1.7.6. Автоэлектронная эмиссия............................................................ГЛАВА 2. ФИЗИКА АТОМОВ И МОЛЕКУЛ.....................................2.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ.........................................................................2.2. ОПЕРАТОР МОМЕНТА ИМПУЛЬСА.......................................................2.3. АТОМ ВОДОРОДА................................................................................2.4. СНЯТИЕ ВЫРОЖДЕНИЙ СОСТОЯНИЙ В АТОМЕ ВОДОРОДА..................4.1. Снятие вырождения состояний по магнитному квантовому числу................................................................................4.2 Снятие вырождений по орбитальному квантовому числу.......2.5. СПЕКТРАЛЬНЫЕ СЕРИИ АТОМА ВОДОРОДА.........................................2.6. СПЕКТРАЛЬНЫЕ СЕРИИ АТОМОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ..................2.7. ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИЧИНА ВОЗНИКНОВЕНИЯ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ В СПЕКТРЕ АТОМОВ ЩЕЛОЧНЫХ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ........................................................................................2.8. ЭНЕРГИЯ СПИН-ОРБИТАЛЬНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ..........................2.9. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В АТОМЕ ПО СЛОЯМ И СОСТОЯНИЯМ................................................................................2.10. ДВУХАТОМНАЯ МОЛЕКУЛА............................................................ГЛАВА 3. ОСНОВЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА..........................3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТВЕРДЫХ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛ.....................3.1.1. Ионные кристаллы..................................................................3.1.2. Ковалентные кристаллы........................................................3.1.3. Металлические кристаллы.....................................................3.1.4. Молекулярные кристаллы.......................................................3.2. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КЛАССИЧЕСКОЙ И КВАНТОВОЙ СТАТИСТИКИ.....................................................................................3.3. ФУНКЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ФЕРМИ-ДИРАКА..................................3.4. КВАЗИЧАСТИЦЫ В КРИСТАЛЛИЧЕСКОМ ТВЕРДОМ ТЕЛЕ...................3.4.1 Фононы кристаллической решетки........................................3.4.2 Квазиэлектроны кристаллической решетки.........................3.5.



РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНОВ ПО ЭНЕРГИЯМ.............3.6. ЯВЛЕНИЕ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ.....................................................3.7. СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ В КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ РЕШЕТКЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА................................................................................3.7.1 Адиабатическое приближение................................................3.7.2 Приближение самосогласованного поля................................3.7.3 Приближение почти свободных электронов.........................3.7.4 Приближение сильной связи....................................................3.8. ЗОННАЯ ТЕОРИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.........................................................3.9. ЭФФЕКТИВНАЯ МАССА КВАЗИЭЛЕКТРОНА В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ............3.10. ДЫРОЧНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ...........................................................3.11. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ В СОБСТВЕННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ........................................................................3.12. ПРИМЕСНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ....................................................3.13. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ................................3.13.1 Собственный полупроводник.................................................3.13.2 Примесные полупроводники...................................................3.14. КОНТАКТ ДВУХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.............................................3.15. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КОНТАКНОГО СЛОЯ В p-n ПОЛУПРОВОДНИКЕ..................................................................3.16. КОНТАКТ МЕТАЛЛ - ПОЛУПРОВОДНИК...........................................3.17. СООТНОШЕНИЕ ЭЙНШТЕЙНА.........................................................3.18. ВЫПРЯМЛЯЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ p-n ПЕРЕХОДА..................................3.19. ТРАНЗИСТОРЫ.................................................................................3.20. ВНУТРЕННИЙ ФОТОЭФФЕКТ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ......................3.20.1 Фоторезисторы (фотосопротивления)..............................3.20.2 Фотодиоды, фотоэлементы................................................3.21. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ЛАЗЕРОВ.......................................3.21.1 Время жизни атома в возбужденном состоянии...............3.21.2 Принцип детального равновесия...........................................3.21.3 Основные принципы работы лазеров...................................3.21.4 Гелий -неоновый лазер............................................................3.21.5 Полупроводниковые лазеры...................................................3.22. ЭМИССИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ...............................................................3.22.1 Термоэлектронная эмиссия из металлов.............................3.22.2 Полевая электронная эмиссия...............................................3.22.3 Фотоэлектронная эмиссия...................................................3.22.3.1 Фотоэлектронная эмиссия из металлов.....................................3.22.3.2 Фотоэлектронная эмиссия из полупроводников.......................ГЛАВА 4. ОСНОВЫ ФИЗИКИ АТОМНОГО ЯДРА.......................4.1. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ..............................................................4.1.1Основные свойства элементарных частиц............................4.1.2 Кварковая структура адронов................................................4.2. СТРОЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА.............................................................4.3. ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ ЯДРА.......................................................................4.4. ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ.................................................................................4.5. СТРОЕНИЕ АТОМНЫХ ЯДЕР...............................................................4.5.1 Модель жидкой капли..............................................................4.6. ФОРМУЛА ВЕЙЦЗЕККЕРА..................................................................4.7. МЕЗОННАЯ ТЕОРИЯ ЯДЕРНЫХ СИЛ...................................................4.8. МОДЕЛЬ ЯДЕРНЫХ ОБОЛОЧЕК...........................................................4.9. НАПРАВЛЕННОСТЬ РАДИОАКТИВНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ.....................4.10. РАДИОАКТИВНОСТЬ........................................................................4.10.1 Закон радиоактивного распада.............................................4.10.2 - распад.................................................................................4.10.3 - распад..................................................................................4.11. ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ.........................................................................4.12. ЭФФЕКТИВНОЕ СЕЧЕНИЕ ЯДЕРНОЙ РЕАКЦИИ.................................4.13. ДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ ЯДЕР ПРИ ЗАХВАТЕ НЕЙТРОНА.......................4.14. ПРОДУКТЫ ДЕЛЕНИЯ УРАНА ПОД ДЕЙСТВИЕМ ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ.......................................................................................4.15. ЦЕПНАЯ ЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ...........................................................4.16. РЕАКЦИИ СИНТЕЗА ЛЕГКИХ ЯДЕР...................................................4.16.1 Термоядерные реакции...........................................................4.16.2 Термоядерные источники энергии Солнца...........................Предисловие Автор предлагаемого учебного пособия, кандидат технических наук, доцент Юрий Дмитриевич Корнюшкин более полувека проработал на кафедре физики СПБГУ ИТМО.





Все годы Великой Отечественной войны вплоть до Победы он провел на фронте, выполнял тяжелые военные обязанности рядового, автоматчика, артиллериста, а после войны закончил инженерно-физический факультет и аспирантуру. В течение многих лет он проводил все виды занятий, включая полный лекционный цикл по курсу общей физики, участвовал в составлении ряда учебно-методических пособий.

Ю.Д. Корнюшкиным написан и опубликован обширный цикл работ по физической электронике.

До последнего времени он проявлял неизменный интерес к совершенствованию учебно-лабораторного практикума, постановке новых современных лабораторных работ.

Предлагаемая читателю книга – последний труд Ю.Д. Корнюшкина, закончить который помешала его внезапная кончина в канун 80летнего юбилея.

Сотрудники кафедры, ознакомившись с содержанием рукописи (проф. А.В. Сечкарев – гл. 1, 2; проф. С.К. Стафеев и доц. К.К. Боярский – гл. 3; проф. Н.А Ярышев – гл. 4), считают, что данное учебное пособие по своему содержанию значительно превышает тот объем заключительной части лекционного курса физики, который читается в последние годы на инженерных факультетах нашего университета.

Рецензенты кафедры не пытались вносить в содержание и структуру пособия существенные дополнения, о которых сказано в авторском предисловии, а ограничились лишь исправлением замеченных неточностей, сохраняя авторский стиль изложения. Учтено также большинство замечаний, сделанных рецензентом рукописи д.ф.-м.н., профессором Е.Г. Григорьевым.

Считаем, что данное пособие будет полезным дополнением к имеющимся учебникам и позволит студентам младших и старших курсов расширить кругозор в области современной физики.

Зав. кафедрой физики, д.т.н., профессор С.К. Стафеев Предисловие автора Одна из главных задач преподавания физики в вузе состоит в том, чтобы объяснить студенту основные законы природы, развить у него навыки использования полученных знаний, а также выработать основы логики физического мышления, особенностью которого является умение не только оперировать идеальными моделями изучаемого явления, но и соотносить эти модели с реальной действительностью.

Физика - быстро развивающаяся наука. И то, что ранее казалось ее новыми достижениями, через некоторое время на поверку оказывается либо устаревшими, либо общепринятыми представлениями. При этом, однако, старые достижения не становятся неверными: развитие физики лишь определяет границы их применимости.

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по программе 2-го курса технического университета, но, тем не менее, некоторые его разделы могут быть полезными студентам старших курсов, аспирантам и преподавателям.

В главе 1 формулируются основные законы квантовой механики в наиболее доступной для понимания студентами 2-го курса форме. В ней рассмотрено движение электрона в потенциальной яме конечной глубины. В результате полная энергия электрона оказывается зависящей от ширины и глубины потенциальной ямы, плотность уровней полных энергий в пределах потенциальной ямы распределена неравномерно.

Глава 2 посвящена физике атомов и молекул. В ней, в частности, объясняется физическая причина вырождения состояний в атоме водорода по орбитальному и магнитному квантовым числам. При анализе двухатомной молекулы вводится понятие обменного взаимодействия. Обсуждается физическая природа спин-орбитального взаимодействия и влияния его на особенности спектров атомов щелочных металлов.

В главе 3 излагаются основы физики твердого тела. Значительный акцент сделан на физике сверхпроводников 2-го рода как наиболее перспективных в настоящее время сверхпроводников. Подробно обсуждается внутренний фотоэффект в полупроводниках. Объясняются физические принципы работы фотосопротивлений, фотодиодов, фотоэлементов, оптронной пары. Сформулированы физические принципы создания гетеропереходов. Объяснена физика лазерного излучения.

В главе 4 обсуждаются основы физики атомного ядра. В отличие от общепринятого подхода, изложение основ физики атомного ядра начинается с обзора физических свойств элементарных частиц. Теория -распада доводится до количественного расчета энергии вылетевших из ядра -частиц.

Следует заметить, что распределение изложения по отдельным главам довольно неравномерно. Наибольший объем приходится на 3-ю главу, и это не случайно: именно этот раздел физики во второй половине 20 века получил наибольшее развитие, именно в этой области были сделаны наиболее выдающие достижения и открытия.

Основой учебного пособия являлись лекции, прочитанные автором в течение многих лет в Ленинградском институте точной механики и оптики на дневном отделении. Пособие охватывает все основные разделы современной физики, а именно, элементы квантовой механики, физики атомов и молекул, физики твердого тела, физики атомного ядра и элементарных частиц. Автор по возможности пытался на доступном для студентов уровне изложить основные идеи современной физики, объяснить явления и законы в области микромира.

Как правило, изложение ведется с использованием математического аппарата, известного студентам 2-го и старших курсов.

Автор в пособии сознательно широко использовал математику, считая, что только на ее основе можно строго объяснить основные законы природы. Это, в первую очередь, относится к применению теории дифференциальных уравнений, используемых при анализе некоторых конкретных задач с целью выявления количественных физических закономерностей в изучаемых явлениях природы.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 34 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.