Основные представления квантовой механики

Теоретические вопросы:

1. Квантовая физика (определение). Предмет изучения и теоретические основы квантовой физики.

2. Модель атома Томсона: сущность, значение и недостатки.

3. Опыты по рассеиванию a-частиц: схема опыта, сущность и особенности эксперимента, значение.

4. Планетарная модель атома Резерфорда: предпосылки создания, сущность, значение, противоречия.

5. Условие возникновения излучения атома, понятие о спектре и спектральной серии.

6. Спектральная серия Бальмера в спектре атома водорода: формула, физический смысл, значение.

7. Состав и закономерности в спектре излучения атомарного водорода: перечислить и записать формулы для основных серий излучения.

8. Обобщённая формула Бальмера: формула, физический смысл.

9. Роль и значение открытия Ридберга, понятие о спектральных термах и их физический смысл.

10. Значение гипотезы Планка в теории Бора.

11. Первый постулат Бора (постулат о стационарных состояниях): формулировка, диаграмма энергетических уровней.

12. Второй постулат Бора (условие частот): формулировка, формула, диаграмма энергетических уровней.

13. Третий постулат Бора (для больших квантовых чисел): формулировка, формула, физический смысл постулата.

14. Доказательство дискретности значений энергии атома: опыт Франка и Герца.

15. Значение и недостатки теории Бора.

16. Предпосылки создания гипотезы Луи де Бройля.

17. Физическая сущность и формулировка гипотезы де Бройля.

18. Записать и пояснить физический смысл волновой функции.

19. Вывести выражение, определяющее длину волны де Бройля – l_д.

20. Как де Бройль обосновал правило квантования момента импульса в третьем постулате Бора?

21. Найдите зависимость длины волны электрона от ускоряющего напряжения электрического поля, в котором он находится.

22. Физические основы явления дифракции электронов в опытах К. Дэвиссона и Л.Джермера (схема установки, выводы).

23. Анализ графика зависимости количества отражающихся от монокристалла электронов от их скорости движения.

24. Сравнительный анализ электронограммы в опытах по дифракции электронов с дифракционной картиной рентгеновских лучей.

25. Запись и анализ формулы для определения длины волны в опытах К. Дэвиссона и Л.Джермера.

26. Применение дифракции частиц в медицине, фармации, технических приборах.

27. Элементы электронной оптики: устройство и принцип действия магнитной линзы.

28. Устройство и принцип действия электронного микроскопа.

29. Благодаря чему разрешающая способность электронного микроскопа выше, чем у оптического?

30. Как проявляются волновые свойства атомов и ионов?

31. Статистическая интерпретация волн де Бройля.

32. Различие между классической и квантовой физикой в определении положения и импульса частицы.

33. Невозможность одновременного точного определения координаты и импульса частиц является следствием ограниченной точности измерительных приборов или является результатом проявления фундаментальных закономерностей?

34. Мысленный опыт по дифракции электронов на экран от одной щели (графическая схема эксперимента, её физико-геометричекий анализ).

35. Принцип неопределённости Гейзенберга (формулировка, запись формулой).

36. Запишите и проанализируйте соотношения неопределённостей для координат и импульсов.

37. Физический смысл соотношений неопределённостей.

38. Какой смысл имеют величины, входящие в формулу DЕ × Dt ³ h?

39. Как соотношение DЕ × Dt ³ h объясняет противоречия планетарной модели Резерфорда?

40. Какое состояние называют стационарным, квазистационарным?

41. Как можно измерить среднее время жизни квазистационарного состояния атома?

42. Получите основное уравнение квантовой механики (уравнение Шрёдингера) для стационарных состояний?

43. Получите основное уравнение квантовой механики (уравнение Шрёдингера) зависящее от времени?

44. Каким условиям должны удовлетворять волновые функции?

45. Нарисуйте график f - функции частицы в прямоугольной потенциальной яме, для случая Е > 0 и для случая Е < 0.

46. Перечислите основные положения, используемые для получения энергетического спектра частицы в прямоугольной потенциальной яме.

47. Объясните, почему энергетический спектр для прямоугольной потенциальной ямы дискретен, я число уровней конечно.

48. Нарисуйте и объясните график ½ f½ ² для частицы в бесконечно глубокой прямоугольной потенциальной яме.

49. Сравните поведение классической и квантово-механической частиц в потенциальной яме.

50. Что такое туннельный эффект?

51. Какое влияние оказывает на классическую частицу и квантово-механическую высокий барьер, низкий барьер, яма?

52. Что такое гармонический осциллятор? Приведите пример.

53. Перечислите основные положения, используемые при вычислении спектра гармонического осциллятора методом Шрёдингера.

Вопросы для самоконтроля:

1. В чём заключается физический смысл соотношения неопределённостей?

2. Покажите, что измерение координаты Х частицы с помощью узкой щели шириной DХ вносит неопределённость в их импульсы DP_X такую, что

DХ× DP_X = h.

3. Оцените с помощью соотношения неопределённостей энергию связи электрона в основном состоянии атома водорода и соответствующее расстояние электрона от ядра.

4. Как на основе соотношения неопределённостей объяснить: устойчивость атома, наличие нулевых колебаний?

5. Почему для проверки соотношения неопределённостей нужно использовать в качестве источника света лазер, а не какой-нибудь другой источник, например, ртутную лампу?

6. Если одна из величин Х и P_X имеет вполне определённое значение, то чему равно значение другой величины?

7. Имеет ли какое-нибудь преимущество анализа величины f по сравнению с анализом зависимости L = f (DX).

Рекомендуемая литература

а). основная литература:

1. Волобуев А.Н. Курс физики и биофизики. Самара: ФГУП “Изд-во “Самарский Дом печати”, 2004.

2. Савельев И.В. Курс обшей физики. М.: Наука, 1998. – т.3.

3. Ремизов А.Н., Потапенко А.Я. Курс физики. М.: Дрофа, 2004.

4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, изд. 3-е, испр. М.: Высшая школа, 1999.

б). дополнительная литература:

1. Блохина М.Е., Эссаулова И.А., Мансурова Г.В. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике: Учеб. пособие. - 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002. – 288 с.