Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Квантовые свойства излучения



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей и теоретической физики

 

 

Утверждено

на заседании кафедры

 

« »2008 г.

Зав. кафедрой, профессор

С.Н. Бабина

 

 

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

(учебная и рабочая модульная программы и методические материалы к ним)

 

специальность 050203 – Физика

с дополнительной специальностью

 

 

Составители:

Беспаль И.И., ст. преподаватель

Песин Л.А., д.ф.-м.н., профессор

 

 

Челябинск

Содержание

I. Выписка из государственного образовательного стандарта. 3

II. Учебная программа. 4

2.1. Пояснительная записка. 4

2.2 Содержание раздела. 7

2.3. Основная литература......................................................................................................... 8

2.4. Дополнительная литература для самостоятельной работы.................................... 8

III. Рабочая (модульная) программа. 9

3.1.Тематический план..9

3.2. Соотношение текущего и итогового контроля по модулям программы.. 9

3.3. Содержание модульной программы.. 10

IV. Методические материалы... 18

4.1. Терминологический минимум....................................................................................... 18

4.2. Критерии оценивания учебной деятельности студента. 19

4.3. Вопросы к экзамену……………………………………………………………………...20

V. Дополнительные материалы... 21

5.1. Критерии оценивания индивидуальных заданий и выполнения лабораторных работ 21

5.2. Виды выполняемых работ инвариантной части с возможным максимальным количеством баллов. 22

5.3. Примерные задания итогового теоретического контроля по модулям.. 23

5.4. Примерные задания самостоятельных работ по модулям.. 27

5.5. Примерные задания письменных проверочных (контрольных) работ по модулям.. 29

5.6. Примерные индивидуальные задания по модулям................................................ 30

5.7. Примерные темы курсовых работ…………………………………………………….32

5.8. Указания к выполнению лабораторных работ……………………………………...32

 

 


I. Выписка из государственного образовательного стандарта

ТРЕБОВАНИЯ К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ ОСНОВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ ПОДГОТОВКИ

учителя физики (в соответствии с дополнительной специальностью)

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 032200.00 Физика с дополнительной специальностью

 

Индекс Наименование дисциплин и их основные разделы Всего часов
ДПП Дисциплины предметной подготовки
ДПП.Ф. 00 Федеральный компонент
ДПП.Ф. 01   Общая и экспериментальная физика Механика. Кинематика материальной точки. Динамика материальной точки. Динамика системы материальных точек. Законы сохранения. Механика твёрдого тела. Механика упругих тел. Движение в неинерциальных системах отсчёта. Элементы специальной теории относительности. Колебания и волны. Всемирное тяготение.   Электродинамика. Электростатическое поле в вакууме. Электростатическое поле при наличии проводников. Электростатическое поле при наличии диэлектриков. Энергия взаимодействия зарядов и энергия электростатического поля. Постоянный электрический ток. Электропроводность твёрдых тел. Электрический ток в электролитах. Электрический ток в газах и в вакууме. Постоянное магнитное поле в вакууме. Магнитное поле в магнетиках. Электромагнитная индукция. Электромагнитное поле. Квазистационарные электрические цепи. Электромагнитные волны.   Оптика. Свет как электромагнитная волна. Геометрическая оптика. Оптические инструменты. Интерференция света. Дифракция света. Поляризация света. Дисперсия и поглощение света. Релятивистские эффекты в оптике.   Квантовая физика. Квантовые свойства излучения. Волновые свойства микрочастиц. Физика атомов и молекул. Физика атомного ядра. Физика элементарных частиц. Фундаментальные взаимодействия.   Молекулярная физика. Термодинамика. Молекулярно - кинетическая теория (МКТ) вещества. Идеальный газ. Основы термодинамики. Реальные газы и жидкости. Явления переноса. Элементы газодинамики. Понятие о плазме. Твёрдые тела. Самоорганизующиеся системы.  

 


II. Учебная программа

2.1. Пояснительная записка

 

Раздел «Квантовая физика» изучается на 3 курсе в 6 семестре и завершает изучение дисциплины «Общая и экспериментальная физика». Он отличается от других разделов невозможностью в большинстве случаев предметных, основанных на чувственном опыте макро- и микроскопических представлений об изучаемых физических объектах и процессах. Это определяет сложность изучения раздела. Но изучать его необходимо, он очень важен в мировоззренческом аспекте. Древнегреческий философ-натуралист Фалес Милетский, живший с 624 по 547 гг. до н.э., задался вопросом: «Из чего состоит мир, и каким путем он образовался? ». Этот вопрос не решен и до настоящего времени и нет оснований надеяться на то, что он будет иметь окончательное решение. Но ближе всего к решению этого вопроса стоит самая молодая из фундаментальных наук – квантовая физика. Ее возраст отсчитывается от 14 декабря 1900 года, когда немецкий физик Макс Планк на заседании Немецкого физического общества сообщил о попытке преодолеть одно из затруднений теории теплового излучения, введя понятие кванта излучения. Это определило развитие физики на многие годы вперед.

Фотоэффект и эффект Комптона явились следующим шагом, подтверждающим, что свет обладает двойственной природой (дуализмом). Эти открытия не соединили механически две взаимоисключающие более ранние гипотезы о природе света: волновую (Гюйгенса-Френеля) и корпускулярную (Ньютона). Они привели к пониманию того, что свет является объектом существенно более сложным, чем волна или частица. В дальнейшем было установлено, что частицы в атомах также обладают волновыми свойствами. Оказалось, что корпускулярно-волновой дуализм является фундаментальным объективно существующим свойством материи.

Еще в Древней Греции Демокрит догадался о существовании мельчайших частиц вещества, которые он назвал атомами. В настоящее время известно, что все вещество Вселенной состоит из атомов: их центральной частью является плотное положительно заряженное образование очень малых размеров – ядро, а в остальной части атомного объема движутся электроны. Эти сведения образуют фундамент атомной и квантовой физики.

А первым шагом к выяснению строения атома были эксперименты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц, начатые менее века назад. Именно им была «сконструирована» планетарная модель атома. Развитием модели Резерфорда была теория Бора, которая основывалась на постулатах, несовместимых с представлениями классической физики: на наличии в атоме водорода стационарных состояний и на дискретности излучения и поглощения энергии атомами при переходах из одного стационарного состояния в другое. Этим была решена загадка линейчатых спектров атомов. Большую роль в объяснении спектров сыграла гипотеза Планка о фотонном, дискретном излучении тепловой и световой энергии.

Дальнейшим шагом в развитии теории о строении атомов является квантово-механическая теория Шредингера. Толчком к созданию этой теории явилась гипотеза Луи де Бройля о возможности существования необычных волн материи – волн вероятности. Теория Шредингера дает представление о строении атомов и молекул и позволяет разобраться в физических основах распределения электронов по энергиям в атомах, молекулах и конденсированном веществе.

Следующим шагом квантовой физики является изучение ядер атомов. Началом к исследованию ядер послужило открытие явления радиоактивного распада ядра урана Анри Беккерелем и экспериментальное обнаружение ядра атомов Резерфордом. С открытием протонов и нейтронов связано появление модели ядра. Дальнейшим шагом послужило исследование радиоактивного распада тяжелых ядер, которое лежит в основе современной атомной энергетики.

В настоящее время с открытием синтеза легких ядер человечество стоит перед сложной и очень важной задачей – получение энергии путем управляемого термоядерного синтеза легких ядер. Намечено несколько путей решения этой задачи, к числу которых относятся: высокотемпературный термоядерный синтез, холодный ядерный синтез и ядерный синтез, управляемый лазером.

При исследовании структуры и взаимодействий элементарных частиц квантовая физика вникает в самые основы фундаментальных взаимодействий и стоит на пути создания единой теории мироздания.

Вся учебная работа по разделу «Квантовая физика» направлена на то, чтобы студенты получили прочные знания и приобрели соответствующие умения по пяти основным темам этого раздела. С этой целью в соответствии с квалификационной характеристикой составлены программы лекций, семинаров, лабораторных работ, задач и заданий для самостоятельной работы с разбивкой на пять модульных единиц: 1. Тепловое излучение. 2. Квантовые свойства света. 3. Волновые свойства микрочастиц. 4. Физика атомов и молекул. 5. Физика атомного ядра и элементарных частиц. Фундаментальные взаимодействия.

Лекции содержат последовательное изложение учебного материала раздела. Их оригинальной особенностью является привлечение научных результатов, полученных учеными нашей кафедры, в качестве иллюстраций некоторых изучаемых физических явлений, процессов и закономерностей. Лекционный материал создает информационный и аналитический задел не только для параллельного освоения литературных источников при самостоятельной работе, вдумчивого решения задач и осознанного выполнения лабораторного практикума, но и для изучения соответствующих разделов теоретической физики, как и ряда курсов по выбору, читаемых преподавателями кафедры на 4 и 5 курсах. Часть вопросов раздела «Квантовая физика» включена и в программу Государственных экзаменов. Семинарские и лабораторные занятия предназначены для углубления знаний теоретического характера, выработки практических навыков в решении задач и исследовании физических явлений, в умении получать и анализировать полученные расчетные и экспериментальные результаты, что позволяет обеспечить достаточную всесторонность и глубину освоения учебного материала. Расширению физического кругозора и углублению знаний способствуют и задания для самостоятельного изучения.

Разработана система контроля в виде письменных самостоятельных (в течение 7-10 минут на каждом семинарском занятии) и трех контрольных работ. Хотя контроль по каждому модулю производится независимо, материал каждого последующего модуля опирается на материал предыдущего. В частности, важным итоговым моментом первых двух модулей является контрольная работа, содержащая вопросы и задачи. Для контроля усвоения логической связи учебного материала различных модулей предусматривается включение в контрольную работу ряда комплексных задач и вопросов, для решения которых необходимо знание и понимание всего предыдущего учебного материала раздела, и даже материалов других ранее изученных разделов дисциплины. Поэтому необходимо в течение всего семестра заниматься систематически, не допуская пробелов в знаниях.

В настоящем УМК представлены курс лекций, тематика и содержание семинарских занятий и расчетных (решение задач) и экспериментальных лабораторных работ, контрольные работы. Ряд вопросов вынесен для самостоятельного изучения, указана основная и дополнительная литература, объем и сроки выполнения заданий. Всего на изучение раздела отведено 98 аудиторных часов (из них лекций – 38, семинарских занятий – 34, лабораторных работ – 26) и 66 часов самостоятельной работы.

В рамках внеаудиторной работы студенты выполняют письменные индивидуальные задания, готовятся к допуску к лабораторной работе, обрабатывают полученные в процессе ее выполнения результаты и готовятся к ее защите, осуществляют подготовку к семинарским занятиям. К каждому семинарскому занятию по теоретическому материалу студент готовит конспект по вопросам, вынесенным на этот семинар. К семинарским занятиям, посвященным решению задач, студент повторяет основные теоретические сведения, готовясь тем самым к самостоятельным работам, которые проводятся в начале этих занятий.

В процессе изучения материала раздела «Квантовая физика» студенты должны:

1) иметь представления и уметь приводить примеры, свидетельствующие о корпускулярно-волновом дуализме материи и вероятностном характере закономерностей микромира, знать законы теплового излучения и их современную квантовую интерпретацию, знать состав и структуру атомов, атомных ядер, систематизацию элементарных частиц, закономерности явлений и процессов, протекающих в микромире;

2) знать основные теоретические принципы и аппаратурный арсенал методов научного исследования физических явлений и процессов, изучаемых в данном разделе;

3) уметь решать расчетные и качественные задачи, проводить измерения, необходимые для выполнения лабораторного практикума, анализировать полученные результаты и формулировать вытекающие из них выводы;

4) уметь обосновать значимость для науки и знать последовательность открытия физических явлений, относящихся к разделу.

 

Целью данного раздела является знакомство будущих преподавателей физики с современными представлениями об окружающем мире, окончание формирования понятий о фундаментальных взаимодействиях.

 

Задачи преподавания раздела «Квантовая физика»:

1)познакомить студентов с основными принципами и закономерностями квантовой физики, научить решать задачи по разделу «Квантовая физика»;

2) дать представления об особенностях физических явлений и законов в мире атомов и их ядер, о последовательности развития квантовой физики по мере изучения структуры атомов, молекул и ядер;

3) сообщить знания о природе элементарных частиц и закономерностях их взаимодействий и взаимопревращений, которые лежат в основе окружающего мира;

4) показать, как квантовая физика решает вопрос: «Из чего состоит окружающий нас мир? ».

Изучение раздела «Квантовая физика» завершается зачетом и экзаменом. Кроме того, студенты 3 курса физического факультета выполняют в 6 семестре курсовую работу по общей и теоретической физике, поэтому некоторые вопросы изучаемого раздела также могут быть рассмотрены в рамках выполнения курсовой работы.

 


2.2. Содержание раздела

Введение

Предмет квантовой физики. Исторический обзор развития квантовых представлений.

Волновые свойства вещества

Волновые свойства вещества. Гипотеза де Бройля. Экспериментальное открытие волновых свойств вещества. Основные представления квантовой механики. Волновая функция и физический смысл квадрата ее модуля. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Уравнение Шредингера. Простейшие задачи квантовой механики: электрон в потенциальной яме, линейный гармонический осциллятор. Туннельный эффект.

Строение атома и молекул

Спектральные серии атома водорода. Формула Бальмера. Первоначальные сведения о строении атома. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа- частиц и планетарная модель атома. Постулаты Бора и их экспериментальное обоснование. Модель атома водорода по Бору. Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение. Закон Мозли.

Квантово-механическая модель атома водорода. Квантование энергии, момента импульса и проекции момента импульса. Спин электрона. Опыт Штерна-Герлаха. Квантовые числа. Распределение электронов по энергетическим состояниям в атоме. Принцип Паули. Электронные оболочки. Периодическая система Д.И. Менделеева. Понятие о химической связи и валентности. Молекулярные спектры. Комбинационное рассеяние света. Явление люминесценции. Спонтанное и вынужденное излучения. Лазеры: принцип действия, типы и применение.

IV. Методические материалы

4.1. Терминологический минимум

Тепловое излучение

Тепловое излучение, энергетическая светимость, испускательная способность тела, поглощательная способность тела, абсолютно черное тело (АЧТ), серое тело, закон Кирхгофа, равновесная плотность энергии излучения, закон Стефана-Больцмана, по­стоянная Стефана-Больцмана, закон смещения Вина, постоянная Вина, формула Ре­лея-Джинса, ультрафиолетовая катастрофа, квант, формула Планка, постоянная Планка, длина волны, частота света, энергия кванта.

Квантовые свойства света

Тормозное рентгеновское излучение, коротковолновая граница тормозного рентге­новского излучения, характеристическое излучение, фотоэффект, законы Столетова, задерживающее напряжение, формула Эйнштейна, красная граница фотоэффекта, внешний фотоэффект, внутренний фотоэффект, фотон, корпускулярно-волновой дуализм, эффект Комптона, давление света, энергия фотона.

Физика атомов и молекул

Спектр, спектральные серии, линейчатый спектр, постоянная Ридберга, формула Бальмера, серии Лаймана, Бальмера, Пашена, Брэкета, Пфунда, граница серии, го­ловная линия, терм,.модель атома Томсона, альфа-частица, планетарная модель атома, постулаты Бора, главное квантовое число, боровский радиус, водородоподоб­ный атом, энергетический уровень, вырожденные состояния, кратность вырождения, спин электрона, спин-орбитальное взаимодействие, гиромагнитное отношение, прин­цип Паули, периодическая система элементов, электронная конфигурация, лазер, по­тенциал ионизации, потенциал возбуждения, закон Мозли, тормозное излучение, характеристическое излучение.

V. Дополнительные материалы

Текущий контроль осуществляется на основе проверки и оценивания выполнения студентами различных видов аудиторной и внеаудиторной самостоятельной работы, состоящей из основной и вариативной частей. Основная часть включает все виды самостоятельной работы, предусмотренной государственным образовательным стандартом по данной дисциплине, а также разработанные преподавателем индивидуальные задания (ИЗ), обязательные для выполнения. Вариативная часть позволяет студентам повысить рейтинг, содержит задания для организации дополнительной внеаудиторной самостоятельной работы по учебной дисциплине.

Срок сдачи ИЗ – 14 дней со дня их выдачи. ИЗ принимаются преподавателем на консультациях. Итоговый контроль по модулю проводится только 1 раз в форме тестирования или контрольной работы. Студент, не явившийся на контрольное мероприятие по неуважительной причине в указанные преподавателем сроки, получает за итоговый контроль 0 баллов. Студент обязан отработать пропущенное по уважительной причине занятие, а также сделать работу над ошибками при неудовлетворительном выполнении контрольного мероприятия. Отработки принимаются преподавателем на консультациях.

 

 

5.1. Критерии оценивания индивидуальных заданий и выполнения лабораторных работ

 

Лабораторная работа Индивидуальное задание (за задачу)
Операции Кол-во баллов Операции Кол-во баллов
Допуск: · название работы, приборы, материалы · проверяемые в работе закономерности, физические явления, изучаемые в работе · основные этапы проведения работы · теоретическое обоснование ожидаемых результатов · дополнительные вопросы 1-2 Запись условия, грамотный чертеж (если необходимо), СИ Запись основных формул, описывающих физические явления и необходимых для решения данной задачи 0, 5  
Проведение работы · самостоятельность · оформление Вывод конечной формулы (проверка размерности, если необходимо)
Защита работы · интерпретация результатов · объяснение закономерностей · контрольные вопросы 1-2 Правильные математические вычисления 0, 5
ИТОГО (МАХ) ИТОГО (МАХ)

5.2. Виды выполняемых работ инвариантной части с возможным максимальным количеством баллов

№ темы Наименование разделов и тем Распределение баллов
По индивидуальным заданиям (1 задача – от 1 до 3 баллов) По экспериментальным лабораторным работам (1 работа – 5 баллов) По контролю (Разноуровневые задания – от 1 до 5 баллов за каждое задание)
1. Тепловое излучение ИЗ 1 – 10 б.   Л.р.1 – 5 б.   Проверочная работа 1 – 10 б. Конспект – 5 б. Самостоятельная работа 1 – 5 б.
2. Квантовые свойства света ИЗ 2 – 15 б. Л.р.2 – 5 б.   Проверочная работа 2 – 10 б. Конспект – 5 б. Самостоятельная работа 2 – 5 б. Самостоятельная работа 3 – 5 б. Контрольная работа 1 – 25 б.
3. Волновые свойства микрочастиц ИЗ 3 – 10 б. Л.р.3 – 5 б. Проверочная работа 3 – 10 б. Конспект – 5 б. Самостоятельная работа 4 – 5 б.
4. Физика атомов и молекул ИЗ 4 – 15 б. Л.р.4 – 5 б. Л.р.5 – 5 б. Проверочная работа 4 – 10 б. Конспект – 5 б. Самостоятельная работа 5 – 5 б. Проверочная работа 5 – 10 б. Конспект – 5 б. Конспект – 5 б. Контрольная работа 2 – 25 б
5. Физика атомного ядра и элементарных частиц. Фундаментальные взаимодействия ИЗ 5 – 15 б.   Л.р.6 – 5 б. Проверочная работа 6 – 10 б. Конспект – 5 б. Самостоятельная работа 6 – 5 б. Самостоятельная работа 7 – 5 б. Контрольная работа 3– 25 б. Итоговый тест
  ИТОГО 65 баллов 30 баллов 205 баллов
  Максимальное количество баллов 95 баллов 300 баллов

5.3. Примерные задания итогового теоретического контроля по модулям

 

Приведенные ниже работы проводятся в конце семинарских занятий, посвященных рассмотрению теоретических вопросов. Для выполнения студентам предлагаются или тестовое задание (в каждом из которых может быть несколько правильных ответов), или вопросы, которые требуют краткого решения с применением знаний по обсуждаемому на семинаре материалу. Каждое задание теста оценивается при верном выполнении 2 баллами, вопросы, требующие развернутого ответа – от 2 до 4 баллов в зависимости от сложности задания. В случае неполного ответа на вопрос выставляется часть от максимального балла в зависимости от полноты ответа.

Самостоятельная работа № 1 (модуль 1)

1. В каких единицах измеряется спектральная излучательная способность?

2. Какова связь между и ?

3. Какую размерность имеет спектральная плотность теплового излучения ?

4. Изобразите приблизительно, но по возможности соблюдая масштаб, график зависимости спектральной плотности теплового излучения АЧТ от частоты при температурах 2000 и 4000 К.

5. Во сколько раз отличаются площади под спектральными кривыми на Вашем рисунке?

6. Во сколько раз отличаются максимальные значения этих функций?

 

Самостоятельная работа № 2 (модуль 2)

1. В каких единицах можно измерить красную границу фотоэффекта?

2. Какова работа выхода металла катода, если фотоэффект происходит при его облучении ультрафиолетовым излучением, длина волны которого менее 350 нм?

3. Изобразите типичную вольтамперную характеристику (ВАХ) вакуумного фотоэлемента.

4. Как изменится ВАХ вакуумного фотоэлемента при увеличении интенсивности монохроматического излучения в 2 раза?

5. Как изменится ВАХ вакуумного фотоэлемента при уменьшении длины волны в 2 раза? Плотность потока фотонов постоянна.

6. Почему при длительном воздействии света на незаземленный и изолированный от других металлический проводник эмиссия электронов прекращается?

7. Энергия фотона 1 в два раза превосходит энергию фотона 2. Что можно сказать о соотношении их импульсов?

8. Почему эффект Комптона не наблюдается для света в видимом диапазоне?

9. Давление света на черную поверхность в два раза меньше, чем на белую. Почему?

 

Самостоятельная работа № 3 (модуль 2)

1. Вычислите давление, создаваемое параллельным пучком света при нормальном освещении участка плоской зеркальной поверхности площадью 1 см2, если мощность пучка 300 Вт. Свет монохроматичный.

2. Нарисуйте векторы импульсов для случая, когда фотон рассеивается под углом 120° на покоившемся свободном электроне.

3.

Рис. 5
На рисунке 5 показаны направления падающего фотона (γ ) и электрона отдачи (е). Угол рассеяния 90°, направление движения электрона отдачи составляет с направлением падающего фотона угол φ = 30°. Импульс электрона отдачи составляет 3 (МэВ·с)/м. Найдите импульс падающего фотона (в тех же единицах).

 

Самостоятельная работа № 4 (модуль 3)

1. Волновыми свойствами, согласно представлениям де Бройля, должны обладать любые объекты. Почему эти свойства не обнаруживаются в опытах с макроскопическими телами?

2. Какова наивероятная длина волны де Бройля молекулы азота в этой комнате?

3. Оцените минимальную скорость и энергию электрона в одномерном потенциальном ящике с бесконечно высокими стенками, расстояние между которыми 10-10 м. (Ответ выразите в м/с; Дж и эВ).

4. Оцените скорость электрона в атоме водорода, используя соотношение неопределенностей.

 

Самостоятельная работа № 5 (модуль 4)

1. Запишите обобщенную формулу Бальмера для водородоподобного иона. Что такое z?

2. Какой процесс происходит внутри иона гелия, если результатом его является излучение фотона с частотой 2, 47 · 1015 Гц?

3. Почему наряду с обычными возбужденными состояниями в атомах существуют метастабильные?

Самостоятельная работа № 6 (модуль 5)

1. Каков по порядку размер ядер атомов? Как зависит радиус ядра от количества нуклонов в ядре?

2. Почему у большинства химических элементов в таблице Менделеева массовое число дробное?

3. Бывают ли такие ядра, у которых количество протонов одинаковое, а количество нейтронов разное? Если бывают, то как они называются?

4. Бывают ли такие ядра, у которых количество нейтронов одинаковое, а количество протонов разное? Если бывают, то как они называются?

5. Как называются ядра, у которых одинаковы массовые числа?

6. Дополните правую часть реакции . Выделяется или поглощается энергия в результате такой реакции?

 

Самостоятельная работа № 7 (модуль 5)

1. Период полураспада некоторого радиоактивного элемента составляет 20 лет. Через какое время останется 25% ядер первоначально имеющегося элемента?

2. Где в ядре находится электрон, который вылетает в результате β – электронного распада?

3. Каковы масса и заряд a-частицы?

4. На сколько кг и Кл изменится масса и заряд ядра At214 при испускании a-частицы со скоростью 107 м/с?

5.5. Примерные задания письменных проверочных (контрольных) работ по модулям

 

ИЗ № 1 (модуль 1)

Верное выполнение задания 1 оценивается одним баллом, заданий со 2 по 4 – тремя баллами.

1. На рисунке 6 показана кривая зависимости спектральной плотности энергетической зависимости АЧТ от длины волны при 6000 К. Как изменится длина волны, соответствующая максимуму излучения, при уменьшении температуры в 4 раза?

2.

Рис. 6
Найдите температуру печи, если известно, что излучение из отверстия площадью 6, 1 см2 имеет мощность 34, 6 Вт. Излучение считать близким к излучению абсолютно черного тела.

3. Принимая температуру накала нити электрической лампы равной 2000 °С, определите длину волны, на которую приходится максимум энергии в спектре ее излучения. В какой части спектра лежит эта длина волны?

4. Равновесная температура тела равна 1000 К, площадь излучения 1 м2, поглощательная способность – 0, 5. Выделяемая в теле мощность увеличилась на величину 10 кВт. Определить новую равновесную температуру.

 

ИЗ № 2 (модуль 2)

Верное выполнение каждого задания оценивается тремя баллами.

1. Длина волны лазерного излучения равна 410 нм, мощность излучения 2 мВт. Отметьте, какие из следующих четырех утверждений правильные, а какие — неправильные. Поясните свой выбор.

А. Импульс каждого испускаемого фотона больше 2 × 10–27 кг × м/с.

Б. Энергия каждого испускаемого фотона меньше 6 × 10–19 Дж.

В. Каждую секунду лазер излучает больше 5 × 1015 фотонов.

Г. Данный лазер излучает видимый свет.

2. Найти длину волны и частоту излучения, масса фотонов которого равна массе покоя электрона. Какого типа это излучение?

3. В вакууме находятся два покрытых цинком электрода, к которым подключен конденсатор электроемкостью 8000 пФ. При длительном освещении катода светом с частотой 1015 Гц фототок, возникший вначале, прекращается. Работа выхода электронов из цинка 3, 6 · 10-19 Дж. Каким при этом окажется заряд на обкладках конденсатора?

4. Найдите величину нормального давления на плоскую поверхность при зеркальном отражении параллельного светового потока с интенсивностью 0, 5 Вт/см2, если коэффициент отражения данной поверхности 0, 6, а угол между направлением света и нормалью к поверхности 30°.

5. Какова была длина волны рентгеновского излучения, если при комптоновском рассеянии этого излучения графитом под углом 60° длина волны рассеянного излучения оказалась равной 25, 4 пм?

ИЗ № 3 (модуль 3)

Верное выполнение задания 1 оценивается одним баллом, заданий со 2 по 4 – тремя баллами.

1. Длительность возбужденного состояния атома водорода соответствует примерно 10-8 с. Какова будет неопределенность энергии возбужденного состояния атома водорода?

2. Найти длину волны де Бройля для α -частицы и молекулы азота, движущихся со средней квадратичной скоростью при температуре 25 °С.

3. На узкую щель шириной b = 1 мкм направлен параллельный пучок электронов, имеющих скорость v = 3, 65 Мм/с. Учитывая волновые свойства электронов, определить расстояние х между двумя максимумами интенсивности первого порядка в дифракционной картине, полученной на экране, отстоящем на L = 10 см от щели.

4. Электрон с энергией 5 эВ движется в положительном направлении оси х, встречая на своем пути прямоугольный потенциальный барьер высотой 10 эВ и шириной 0, 1 нм. Оцените коэффициент прозрачности потенциального барьера.

ИЗ № 4 (модуль 4)

Верное выполнение каждого задания оценивается тремя баллами.

1. Энергия атома водорода в невозбужденном состоянии E0 = –13, 55 эВ. Отметьте, какие из следующих четырех утверждений правильные, а какие — неправильные. Поясните свой выбор.

А. Атом, находящийся в основном состоянии, может излучить фотон.

Б. Атом, находящийся на третьем энергетическом уровне, может поглотить квант излучения с частотой 1, 4 × 1014 Гц.

В. Поглотив фотон с энергией атом может перейти с первого энергетического уровня на пятый.

Г. Поглотив фотон с энергией атом может перейти с первого энергетического уровня на четвертый.

Д. Поглотив фотон с энергией атом может перейти с первого энергетического уровня на четвертый.

2. Электрон движется по третьей орбите атома водорода. Найти длину волны де Бройля.

3. Определите, какая энергия требуется для полного отрыва электрона от ядра однократно ионизированного атома гелия, если: 1) электрон находится в основном состоянии; 2) электрон находится в состоянии, соответствующем главному квантовому числу n = 3.

4. Определите длины волн, соответствующие третьей спектральной линии в серии Бальмера для атома водорода и для иона гелия Li++.

5. Какая линия характеристического излучения меди интенсивнее, Cu Kα или Cu Kβ , и почему?

 

ИЗ № 5 (модуль 5)

Верное выполнение каждого задания оценивается тремя баллами.

1. На Земле существует в небольшом количестве стабильный изотоп углерода Отметьте, какие из следующих четырех утверждений правильные, а какие — неправильные. Поясните свой выбор.

А. В ядре столько же протонов, сколько в ядре

Б. Масса покоя ядра меньше суммарной массы покоя 6 протонов и 7 нейтронов.

В. Дефект масс ядра больше 0, 15 а.е.м.

Г. Удельная энергия связи ядра меньше 8 МэВ на нуклон.

2. Определите зарядовое и массовое число изотопа, который получится из урана-235 после четырех α - и двух β -превращений.

3. Активность некоторого радиоактивного изотопа в начальный момент времени составляла 100 Бк. Определите активность этого изотопа по истечении промежутка времени, равного половине периода полураспада.

4. Дополните правую часть ядерной реакции . Выделяется или поглощается энергия в результате такой реакции? Найдите эту энергию.

5. Найти электрическую мощность атомной электростанции, расходующей 100 г урана-235 в сутки, если КПД станции 16%?

 

5.7. Примерные темы курсовых работ

Предложенные ниже темы могут быть предложены студентам, выполняющим в 6 семестре курсовую работу по основной специальности. Темы могут быть скорректированы по договоренности с научным руководителем.

1. Зонная теория кристаллов.

2. Методы исследования электронной структуры твердых тел.

3. Фундаментальные взаимодействия.

4. Физика фотосинтеза растений

5. Холодный термоядерный синтез

6. Связь ядерной физики с другими науками

7. Методы регистрации элементарных частиц

8. Молекулярная спектроскопия полимеров

9. Электронная спектроскопия конденсированного вещества

10. Вселенная – гигантский ускоритель.

11. Ускорители заряженных частиц

 

5.8. Указания к выполнению лабораторных работ

 

Инвариантная часть при проведении лабораторных работ включает в себя следующие этапы:

1. Ознакомьтесь с инструкцией к работе.

2. Подготовьтесь к допуску к лабораторной работе. Ответив на теоретические вопросы, получите допуск.

3. Соберите электрическую цепь согласно инструкции.

4. Произведите необходимые измерения.

5. Произведите обработку полученных данных согласно инструкции.

6. Сделайте выводы.

7. Подготовьтесь к защите, ответив на соответствующие вопросы.

 

Ниже предлагаются задания к этапам вариативной части, которые призваны облегчить Вашу работу во время подготовки к лабораторной работе, ее выполнению и защите.

Лабораторная работа №1

Тема: Снятие вольтамперной характеристики фотоэлементов СЦВ и ЦГ. Проверка законов А.Г. Столетова.


Поделиться:



Популярное:

  1. Биологическое действие ионизирующего излучения
  2. Взаимодействие рентгеновского и гамма-излучения с веществом
  3. Вопрос. Электромагнитная природа света. Волновые и квантовые свойства света.
  4. Дозиметрия ионизирующего излучения. Поглощенная доза. Единицы измерения. Экспозиционная доза. Ионизационная камера, принцип работы.
  5. Использование УФ-излучения в гигиенических целях. Контроль за облучательными установками.
  6. Источники и характеристика гамма-излучения.
  7. Нормирование лазерного излучения
  8. Определение длины волны излучения гелий-неонового лазера
  9. Поражающее действие светового излучения ядерного взрыва
  10. Прохождение заряженных частиц и гамма излучения через вещ-во. Элементы дозиметрии.
  11. Сера. Суточная потребность взрослого здорового человека — около 850 мг. Повышает устойчивость к радиоизлучениям, токсинам, способствует восстановлению ДНК.


Последнее изменение этой страницы: 2016-08-24; Просмотров: 844; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.124 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь