Главная
11 класс
Сивухин квантовая физика. Общий курс физики.Том V

Сивухин квантовая физика. Общий курс физики.Том V

Теперь мы должны описать законы, или правила, регулирующие возможные сочетания векторов. Прежде всего это сложение векторов. Пусть а это вектор в некоторой системе координат с компонентами другой вектор с компонентами. Теперь составим три новых числа. Образуют ли они вектор? Атомная и ядерная физика. Сивухин Д.В. Мы могли бы сказать: «Разумеется, ведь здесь имеются три числа, а три числа образуют вектор». Нет, не любые три числа образуют вектор! Чтобы получить вектор, нужно связать три числа с некоторой системой координат таким образом, чтобы при повороте системы координат эти три числа «поворачивались» одно относительно другого, «смешивались» согласно правилам, которые мы уже описали. Поэтому вопрос заключается в следующем: если мы поворачиваем систему координат, и при этом переходит в переходит в, во что перейдетПерейдет ли оно в или нет? Атомная и ядерная физика. Сивухин Д.В. Ответ, конечно, да, потому что исходное преобразование, описанное уравнениями, представляет собой то, что мы называем линейным преобразованием. Если мы применим это преобразование чтобы получить мы обнаружим, что преобразованное действительно то же самое. «Складывая» векторы а и b по только что описанному правилу, мы получаем новый вектор. Можно записать это как Вектор с обладает интересным свойством. которое можно получить из его компонентов. Верно также, что Мы можем складывать векторы в любом порядке.Атомная и ядерная физика. Сивухин Д.В. Каков геометрический смысл суммы? Предположим, что изображены в виде прямых линий на листе бумаги. Как при этом будет выглядеть с? Ответ показан на Мы видим, что сложить компоненты а с компонентами проще всего, если расположить прямоугольники, представляющие эти компоненты, так, как показано на рисунке. Поскольку b точно «вписывается» в свой прямоугольник, также как в свой, это будет то же самое, что совместить «хвост» с «головой» , тогда стрелка из «хвоста» а к «голове» будет вектором с. Можно поступить иначе: совместить «хвост» а с «головой. Согласно геометрическим свойствам параллелограмма мы получим тот же результат для с. Заметим, что векторы можно складывать подобным образом без помощи координатных осей. Предположим, что мы умножили некоторый вектор а на некоторое число а, что это означает? Договоримся понимать под этим новый вектор с компонентами. Доказательство того, что это действительно вектор, мы оставляем студентам в качестве задачи.Атомная и ядерная физика. Сивухин Д.В. Теперь рассмотрим вычитание векторов. Мы можем определить вычитание таким же образом, как и сложение, только компоненты не складываются, а вычитаются. Или же мы можем определить вычитание, введя понятие отрицательного вектора, а потом уже сложить компоненты. Оба способа дадут один и тот же результат, показанный на. Из рисунка видно, что заметим также, что, зная, разность легко легко найти из эквивалентного соотношения. Так разность даже легче найти, чем сумму: чтобы получить, мы просто проводим вектор! Теперь обсудим скорость. Почему скорость является вектором? Если положение задается тремя координатами то скорость задается производными. Это вектор или нет? Дифференцируя выражения в, мы можем определить закон преобразования. Мы видим, что компоненты действительно преобразуются по тому же закону. Следовательно, производная вектора является вектором. Значит, скорость есть вектор. Мы можем записать скорость в таком интересном виде: Что такое скорость, и почему она является вектором, можно понять на более ярком примере. Далеко ли передвинется некая частица за короткий промежуток времени? Ответ: на, поскольку, если частица находится «здесь» в один момент времени и «там» - в другой, то разность положений равна вектору и направлена вдоль направления движения, как показано на. Разделив эту разность на промежуток времени получим вектор «средней скорости».Атомная и ядерная физика. Сивухин Д.В. Другими словами, под вектором скорости мы понимаем предел разности радиус-векторов в моменты, деленной на, стремящемся к нулю. Таким образом, скорость - это вектор, потому что она равна разности двух векторов. Это верно также и потому, что компонентами скорости являются. Подумав над этим, мы придем к выводу, что если мы дифференцируем по времени любой вектор, то получаем новый вектор. Атомная и ядерная физика. Сивухин Д.В. Итак, мы имеем несколько способов получения новых векторов: умножением на константу, дифференцированием по времени, сложением или вычитанием двух векторов.

Пятый том курса физики, широко известного у нас в стране и за рубежом. Книга написана на основе лекций, которые в течение ряда лет читались автором студентам Московского физико-технического института. Основное внимание уделено выяснению физического смысла и содержания основных законов и понятий атомной и ядерной физики, установлению границ применимости этих законов, развитию у студентов навыков физического мышления и умения ставить и решать конкретные задачи.

Первое издание пятого тома вышло в двух частях (в 1986 г. - первая часть, в 1989 г. - вторая).

Для студентов физических и математических факультетов университетов, физико-технических и инженерно-физических институтов, а также вузов, где физика является основной дисциплиной.

3-e издание, стереотипное.

М.: ФИЗМАТЛИТ; Изд-во МФТИ, 2006.

ISBN 5-9221-0645-7, 5-9221-0230-3, 5-89155-088-1, 5-9221-0229-X, 5-89155-077-6

Количество страниц: 784.

Содержание книги «Общий курс физики.Том V. Атомная и ядерная физика»:

  • 3 Оглавление
  • 7 Предисловие
  • 9 Глава I. Кванты света
    • 9 § 1. Энергия и импульс светового кванта
    • 14 § 2. Фотоэлектрический эффект
    • 26 § 3. Эффект Комптона
    • 34 § 4. Эффект Доплера при движении источника света в вакууме с фотонной точки зрения
    • 37 § 5. Отражение и преломление света в фотонной теории. Фотоны в среде
    • 40 § 6. Излучение Вавилова-Черенкова. Эффект Доплера при движении источника света в среде
    • 44 § 7. Фотоны в гравитационном поле
    • 46 § 8. Некоторые опыты по обнаружению корпускулярных свойств света
  • 50 Глава II. Строение, энергетические уровни и спектры атома
    • 50 § 9. Ядерная модель атома и опыты Резерфорда
    • 58 § 10. Определение заряда ядра из рассеяния рентгеновских лучей
    • 61 § 11. Спектральные закономерности
    • 64 § 12. Постулаты Бора
    • 67 § 13. Спектр водорода
    • 79 § 14. Экспериментальное подтверждение постулатов Бора
    • 86 § 15. Резонансное свечение и люминесценция
    • 89 § 16. Принципиальные недостатки теории Бора
  • 92 Глава III. Волновые свойства частиц вещества
  • 128 Глава IV. Уравнение Шредингера. Квантование
    • 128 § 21. Уравнение Шредингера
    • 133 § 22. Уравнение Шредингера и квантование
    • 138 § 23. Гармонический осциллятор
    • 142 § 24. Одномерные прямоугольные потенциальные ямы
    • 147 § 25. Квантование в случае сферически симметричного силового поля
    • 149 § 26. Система двух взаимодействующих частиц
    • 153 § 27. Квантование водородоподобного атома в сферически симметричном случае
    • 157 § 28. Потенциальные барьеры
    • 167 § 29. К объяснению контактной разности потенциалов. Холодная эмиссия электронов из металлов
  • 172 Глава V. Дальнейшее построение квантовой механики и спектры
  • 270 Глава VI. Атомные системы со многими электронами
  • 322 Глава VII. Некоторые макроскопические квантовые явления
    • 322 § 53. Возможные состояния частицы в ограниченном объеме
    • 324 § 54. Теория Дебая теплоемкости твердых тел
    • 331 § 55. Типы связей атомов в твердых телах
    • 333 § 56. Колебания атомов в одномерной прямолинейной цепочке
    • 340 § 57. Фононы и квазичастицы
    • 348 § 58. Энергетические зоны в твердых телах
    • 354 § 59. Зонная структура и волны Блоха
    • 365 § 60. Сверхтекучесть. Опытные факты
    • 373 § 61. Понятие о теории сверхтекучести
    • 381 § 62. Понятие о теории сверхпроводимости
  • 390 Глава VIII. Статические свойства атомного ядра
    • 390 § 63. Введение
    • 400 § 64. Энергия связи ядра
    • 410 § 65. Размеры ядра
    • 416 § 66. Спин ядра и сверхтонкая структура спектральных линий
    • 427 § 67. Влияние спина ядра на эффект Зеемана
    • 429 § 68. Измерения спинов и магнитных моментов ядер методом магнитного резонанса. Опытные данные о спинах и магнитных моментах ядер
    • 431 § 69. Четность. Закон сохранения четности
    • 437 § 70. Электрические свойства и форма ядра
  • 442 Глава IX. Радиоактивность
    • 442 § 71. Введение
    • 450 § 72. Законы радиоактивного распада
    • 455 § 73. Альфа-распад
    • 467 § 74. Бета-распад
    • 483 § 75. Гамма-излучение ядер и внутренняя конверсия электронов
    • 487 § 76. Эффект Мёссбауэра
  • 495 Глава X. Краткие сведения о ядерных моделях
  • 510 Глава XI. Прохождение заряженных частиц и гамма-квантов через вещество
    • 510 § 79. Введение
    • 511 § 80. Прохождение тяжелых заряженных частиц через вещество
    • 519 § 81. Прохождение легких заряженных частиц через вещество
    • 524 § 82. Прохождение гамма-квантов через вещество
    • 530 § 83. Другие проявления взаимодействия ядерных частиц с веществом
  • 534 Глава XII. Источники и методы регистрации ядерных частиц
    • 534 § 84. Ускорители
    • 555 § 85. Источники нейтронов и других нейтральных частиц
    • 560 § 86. Детекторы частиц
  • 575 Глава XIII. Ядерные реакции
    • 575 § 87. Терминология и определения
    • 579 § 88. Законы сохранения в ядерных реакциях
    • 587 § 89. Составное ядро
    • 590 § 90. Ядерные реакции, идущие через составное ядро
    • 594 § 91. Дополнительные сведения о ядерных реакциях
  • 602 Глава XIV. Нейтроны и деление атомных ядер
    • 602 § 92. История открытия нейтрона
    • 606 § 93. Деление атомных ядер
    • 617 § 94. Трансурановые элементы
    • 636 § 95. Цепная реакция и ядерные реакторы
    • 649 § 96. Природный ядерный реактор в Осло
    • 651 § 97. Использование антинейтрино для контроля ядерного реактора
    • 654 § 98. Термоядерная проблема
    • 669 § 99. Нейтронная оптика
  • 683 Глава XV. Некоторые вопросы астрофизики
    • 683 § 100. Источники энергии звезд
    • 695 § 101. Некоторые сведения из астрономии
    • 699 § 102. Краткие сведения об эволюции звезд
    • 716 § 103. Космические лучи
  • 733 Глава XVI. Элементарные частицы
    • 733 § 104. Что такое элементарные частицы
    • 736 § 105. Классификация элементарных частиц
    • 739 § 106. Античастицы
    • 742 § 107. Законы сохранения энергии и импульса и их приложения
    • 749 § 108. Законы сохранения электрического, лептонных и барионного зарядов
    • 753 § 109. Другие законы сохранения и квантовые числа
    • 758 § 110. Кварковая модель адронов
  • 766 Таблицы
  • 769 Именной указатель
  • 773 Предметный указатель

Д.В.Сивухин ОБЩИЙ КУРС ФИЗИКИ. Т.V,Ч.1 АТОМНАЯ ФИЗИКА В основе пособия - лекции, читанные автором для студентов Московского физико-технического института. Главное внимание уделено выяснению физического смысла и содержания основных законов и понятий атомной физики, установлению границ применимости этих законов, развитию у студентов навыков физического мышления и умения ставить и решать конкретные задачи. Вторая часть выйдет в 1987 г. Для студентов физических и физико-математических факультетов университетов, физико-технических и инженерно-физических институтов, а также тех вузов, где физика является основной дисциплиной. ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие 6 ГЛАВА I КВАНТЫ СВЕТА § 1. Энергия и импульс светового кванта 7 § 2. Фотоэлектрический эффект 12 § 3. Эффект Комптона 25 § 4. Эффект Допплера при движении источника света в вакууме с фотонной 34 точки зрения § 5. Отражение и преломление света в фотонной теории. Фотоны в среде 37 § 6. Излучение Вавилова - Черенкова. Эффект Допплера при движении 40 источника света в среде § 7. Фотоны в гравитационном поле 44 § 8. Некоторые опыты по обнаружению корпускулярных свойств света 47 ГЛАВА II СТРОЕНИЕ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УРОВНИ И СПЕКТРЫ АТОМА § 9. Ядерная модель атома и опыты Резерфорда 50 § 10. Определение заряда ядра из рассеяния рентгеновских лучей 58 § 11. Спектральные закономерности 61 § 12. Постулаты Бора 65 § 13. Спектр водорода 68 § 14. Экспериментальное подтверждение постулатов Бора 80 § 15. Резонансное свечение и люминесценция 87 § 16. Принципиальные недостатки теории Бора 91 ГЛАВА III ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА ЧАСТИЦ ВЕЩЕСТВА § 17. Гипотеза де Бройля 94 § 18. Экспериментальные подтверждения гипотезы де Бройля 101 § 19. Статистическая интерпретация волн де Бройля и волновой функции 112 § 20. Соотношение неопределенностей 121 ГЛАВА IV УРАВНЕНИЕ ШРЕДИНГЕРА. КВАНТОВАНИЕ § 21. Уравнение Шредингера § 22. Уравнение Шредингера и квантование § 23. Гармонический осциллятор §24. Одномерные, прямоугольные потенциальные ямы. § 25. Квантование в случае сферически симметричного силового поля § 26. Система двух взаимодействующих частиц § 27. Квантование водородоподобного атома в сферически симметричном случае § 28. Потенциальные барьеры § 29. К объяснению контактной разности потенциалов. Холодная эмиссия электронов из металлов ГЛАВА V ДАЛЬНЕЙШЕЕ ПОСТРОЕНИЕ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ И СПЕКТРЫ § 30. Операторный метод § 31. Момент импульса частицы § 32. Сложение угловых моментов § 33. Квантование водородного атома в общем случае § 34. Энергетические уровни и спектральные серии щелочных металлов § 35. Магнетизм атомов § 36. Опыты Штерна и Герлаха. Спин электрона § 37. Эффект Садовского и спин фотона § 38. Четыре квантовых числа электрона и тонкая структура спектральных термов § 39. Правила отбора при излучении и поглощении света § 40. Тонкая структура спектральных линий водорода и щелочных металлов § 41. Простой и сложный эффект Зеемана § 42. Магнитный резонанс § 43. Эффект Штарка § 44. Лэмбовский сдвиг уровней атомных электронов § 45. Физический вакуум и объяснение лэмбовского сдвига ГЛАВА VI АТОМНЫЕ СИСТЕМЫ СО МНОГИМИ ЭЛЕКТРОНАМИ § 46. Принцип тождественности одинаковых частиц. Принцип Паули § 47. Объяснение периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева § 48. Рентгеновские лучи § 49. Атом гелия § 50. Химическая связь. Молекула водорода § 51. Параводород и ортоводород § 52. Молекулярные силы ГЛАВА VII. НЕКОТОРЫЕ МАКРОСКОПИЧЕСКИЕ КВАНТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ 132 137 144 147 153 155 158 163 174 179 189 198 202 206 215 220 225 235 244 248 252 261 270 274 277 282 288 298 312 322 330 332 § 53. Возможные состояния частицы в ограниченном объеме 338 § 54. Теория Дебая теплоемкости твердых тел 340 § 55. Типы связей атомов в твердых телах 347 § 56. Колебания атомов в одномерной прямолинейной цепочке 349 § 57. Фононы и квазичастицы 357 § 58 Энергетические зоны в твердых телах 366 § 59. Зонная структура и волны Блоха 372 § 60. Сверхтекучесть. Опытные факты 383 § 61. Понятие о теории сверхтекучести 393 § 62. Понятие о теории сверхпроводимости 401 Именной указатель 411 Предметный указатель 413 Понимание явлений атомной физики, как и всех явлений микромира, невозможно без квантовых представлений. Поэтому в настоящем томе затрагиваются основные понятия и принципы квантовой механики. Делается это на основе экспериментальных фактов, которые одни только с полной убедительностью и вынуждают нас принять квантовые представления. Разумеется, в общей физике количественному рассмотрению доступны только простейшие задачи. Большинство вопросов рассматривается качественно на основе общих принципов. В первой части настоящего тома рассматриваются не только явления, происходящие в электронных оболочках атомов и молекул. Следуя историческому ходу развития, вначале вводится представление о фотонах и рассматриваются оптические явления, связанные с таким представлением. Затем идет основной материал, относящийся уже к атомной физике в узком смысле- физике электронных оболочек атомов. Наконец, коротко говорится о макроскопических квантовых явлениях - сверхтекучести, сверхпроводимости и пр. Ядерной физике будет посвящена вторая часть этого тома. ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ Аббе 126 Биберман 113 Абрикосов 403 Блох 269, 372, 377, 381, 403 Авогадро 86 Блэкетт 55 Аллен 389 Боголюбов 394, 395, 402 Ампер 215 Бозе 284, 338, 395, 399, 401 Андроникашвили 387 Больцман 268, 337, 343, 371 Бак 259 Бор 65-70, 72, 73, 75, 77, 80, 85, 91, Балыиер 64-67, 76-78, 91, 250, 251, 92, 97, 136, 137, 146, 158-161, 260. 273, 274 193, 197, 209, 215, 216, 219, 224, Бардин 402 225, 237-239, 254, 262, 268, 270, Баркла 298, 299 288, 297, 300, 304, 406 Барнет 222 Борн 94. 114, 342, 349 Бергман 212 Боте 58 Бет 230 Бриллюэн 342, 351, 356, 359-361, Бете 104, 105, 277 365 Бройль де 94-106, 110, 112-117, 119, 120, 122, 123, 125, 126, 131, 132, 168, 169, 174, 183, 187, 225, 342, 343, 357, 372, 377 Брэгг Генри 92 Брэгг Лоуренс 29, 102, 103, 105, 109 Брэккет 65 Вавилов 40, 42, 44, 49, 359, 361, 398, 399 Валравен 401 Ван-дер-Ваальс 333-336, 348, 399 Ван-Лёвен 216 Видеман 89 Вильсон 30, 51, 55 Вольта 175 Вуд 87, 90 Вульф 29, 103, 105, 109 Гайтлер 322, 327 Гамильтон 186, 285 Гаудсмит 222, 223 Гаусс 51 Гейгер 48, 50 Гейзенберг 94. 123, 126, 127, 129, 131, 143 167, 184, 188, 198 Герлах 220-225, 253, 268, 400 Герц Генрих 12, 137, 229, 239, 234 Герц Густав 80, 83-86 Гинзбург 42, 43 Горьков 402 Гук 271 Даламбер 392 Дебай 28. 105. }

Разделы