Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Физические модели атомов. ⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2
Модели атома Томсона и Резерфорда. Линейчатый спектр атома водорода. Эмпирические закономерности в атомных спектрах. Формула Бальмера. Теория атома водорода по Бору. Постулаты Бора. Теория водородоподобного атома. Квантовая природа вещества. Элементы квантовой механики. Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества. Гипотеза де Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера. Дифракция микрочастиц. Принцип неопределенности Гейзенберга. Волновая функция, ее статистический смысл и условия, которым она должна удовлетворять. Уравнение Шредингера. Квантовая частица в одномерной потенциальной яме. Одномерный потенциальный порог и барьер. Линейный гармонический осциллятор в квантовой механике. Физика атомов и молекул. Элементы современной физики атомов и молекул. Стационарное уравнение Шредингера для атома водорода. Волновые функции и квантовые числа. Правила отбора для квантовых переходов. Опыт Штерна и Герлаха. Эффект Зеемана. Принцип Паули. Молекулярные спектры. Оптические квантовые генераторы Спонтанное и индуцированное излучение. Инверсное заселение уровней активной среды. Основные компоненты лазера. Условие усиления и генерации света. Особенности лазерного излучения. Основные типы лазеров и их применение. Физика атомного ядра и элементарных частиц. Строение и свойства атомных ядер. Состав ядра. Изотопы. Масса и энергия связи в ядре. Радиоактивность. Ядерные реакции. Явление радиоактивности. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Понятие о ядерных реакциях. Законы сохранения в ядерных реакциях. Современная физическая картина мира. Иерархия строения материи. Эволюция Вселенной. Физическая картина мира как философская категория.
ПРИМЕРЫ ОФОРМЛЕНИЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
ВАРИАНТ 1 Задача №1 В подвешенный на нити длиной м деревянный шар массой кг попадает горизонтально летящая пуля массой г. С какой скоростью летела пуля, если нить с шаром и застрявшей в ней пулей отклонилась от вертикали на угол ? Размером шара пренебречь. Удар пули считать прямым центральным.
столкновения как движение материальной точки с массой .
Решение: Запишем закон сохранения импульса для системы тел и : , где – общая скорость шара и пули после неупругого удара. В проекции на ось x имеем: . (1) Уравнение (1) позволяет выразить искомую величину через , которая в свою очередь может быть найдена на основании закона сохранения энергии в применении к системе после ее формирования, т.е. после неупругого столкновения. Итак, из уравнения (1) имеем: (2) Запишем закон сохранения энергии для системы тел после неупругого соударения (полная механическая энергия остается величиной постоянной): . Величина может быть найдена из геометрических соображений: . (3) Подставляя (3) в (2), получаем . Проверка размерности: м/с. Выполняем расчет: (м/с). Ответ: м/с. Задача №2
Смесь водорода и азота общей массой г при температуре T = 600 К и давлении p = 2, 46 МПа занимает объем V = 30 л. Определить массу m 1 водорода и массу m 2 азота.
Решение: Для определения парциального давления запишем уравнение Менделеева – Клапейрона для каждого компонента: , (2) , (3) где индексом “1” отмечены характеристики, относящиеся к водороду, а индексом “2” – к азоту. Выразим и из уравнений (2) и (3) и подставим в закон Дальтона (1): ; (4) при этом . (5) Из (4) и (5) следует . (6) Из (6) получаем . (7) И далее находим массу азота: . Проверка размерности: . Расчет: (кг) (кг) Ответ: = 0, 01 кг, = 0, 28 кг.
Задача №3
Две –частицы, находясь первоначально достаточно далеко друг от друга, движутся по одной прямой навстречу одна другой со скоростями и 2 соответственно. На какое наименьшее расстояние они могут сблизиться?
противоположны по направлению и равны по модулю . В подобной ситуации (точнее, в этой системе отсчета) частицы в момент наибольшего сближения останавливаются и при этом их кинетическая энергия полностью переходит в потенциальную энергию электростатического взаимодействия.
Решение: На основании закона сохранения энергии . Отсюда , где – электрическая постоянная. Проверка размерности: . Ответ: .
Задача №4
Тонкий провод в виде кольца массой г свободно подвешен на неупругой нити в однородном магнитном поле. По кольцу течет ток силой i =6 А. Период Т малых крутильных колебаний относительно вертикальной оси равен 2, 2 с. Найти индукцию В магнитного поля.
Если же вектор магнитного момента не совпадает с вектором , то на контур действует возвращающий механический момент под действием которого контур будет совершать колебательные движения. (Здесь S – площадь, ограниченная контуром). Решение: Запишем уравнение движения кругового контура для случая малых колебаний: , (1) где – момент инерции кольца относительности оси, лежащей в плоскости кольца и проходящей через его центр; – угловое ускорение, N - возвращающий механический момент, равный (при малых углах ); . Тогда уравнение (1) примет вид: ; ; Таким образом, мы получаем уравнение гармонических колебаний кольца для которых циклическая частота . Учитывая связь периода колебаний и частоты, имеем: . Отсюда , следовательно, . Проверка размерности: . Расчет: (Tл) Ответ: .
Задача №5
На дифракционную решетку нормально к ее поверхности падает монохроматический свет. Постоянная дифракционной решетки в n = 4, 6 раза больше длины световой волны. Найти общее число m дифракционных максимумов, которое теоретически возможно наблюдать в данном случае.
Решение: Для решения задачи воспользуемся условием максимума дифракционной решетки. Разность хода лучей от соседних щелей должна быть равна целому числу длин волн. , (1) где k – порядок максимума. Модуль не может превысить единицу. Поэтому из формулы (1) вытекает, что наибольший порядок наблюдаемого максимума k max должен быть меньше отношения периода решетки d к длине волны λ kmax < ; следовательно, kmax < . Общее количество максимумов будет равно сумме центрального максимума и числа максимумов справа и слева от центрального: . Ответ: 9 максимумов.
Задача №6
Параллельный пучок электронов, ускоренный напряжением 30 В, падает нормально на экран, в котором имеется щель шириной . За экраном, на расстоянии 0, 1 м от него параллельно щели перемещается детектор очень малых размеров. Какова примерно ширина области, в которой детектор зарегистрирует электроны?
Решение: Электрическое поле, совершая работу, равную , сообщает электрону кинетическую энергию , т.е. или , где p – импульс электрона. Отсюда: Движущийся электрон, как и любая другая микрочастица, обладает волновыми свойствами. Длина волны де Бройля , где h – постоянная Планка. Пучок электронов испытывает дифракцию на щели. Наиболее вероятная область локализации электрона может быть отнесена к центральному максимуму дифракционной картины, граница которого определится условием минимума первого порядка . Из рисунка находим, полагая ввиду малости углов , Проверка размерности: . Расчет: (м) = 0, 7 (см). Обсуждение результата. Приведенное решение соответствует классической ситуации, когда электрическое поле создает движение со скоростью (скорости света). При напряжениях порядка В необходимо перейти к соотношениям релятивистской динамики: , и проводить анализ решения на основе этого соотношения. Ответ: = 0, 7 см.
Используемая литература: 1. Савельев, И.В. Курс общей физики: В 3 т. [Текст]: Учебное пособие / И. В. Савельев.– Изд.5-е, стереотип. – СПб.: Изд-во “Лань”, 2006, Т.1- 496 с. – (Механика, колебания и волны, молекулярная физика). 2. Савельев, И.В. Курс общей физики: В 3 т. [Текст]: Учебное пособие / И. В. Савельев.– Изд.5-е, стереотип. – СПб.: Изд-во “Лань”, 2006, Т.2. - 496 с.- (Электричество и магнетизм. Волны. Оптика). 3. Савельев, И.В. Курс общей физики: В 3 [Текст]: Учебное пособие / И. В. Савельев. – Изд.5-е, стереотип. – СПб.: Изд-во “Лань”, 2006, т. - 2-е изд., испр. - М.: Наука, 1982. Т.3 - 304 с. (Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц) 4. Пиралишвили, Ш.А. Механика. Электромагнетизм. - [Текст]/ Ш.А.Пиралишвили, Н.А.Мочалова, З.В.Суворова, Е.В.Шалагина, В.В.Шувалов. –М.: Машиностроение, 2006. -336с. 5. Пиралишвили, Ш.А. Колебания. Волны. Геометрическая и волновая оптика. Квантовая и ядерная физика..- [Текст]/ Ш.А.Пиралишвили, Н.А.Мочалова, З.В.Суворова, Е.В.Шалагина, В.В.Шувалов. –М.: Машиностроение-1, 2007. -341с. 6. Пиралишвили, Ш.А.Термодинамика и молекулярная физика. Элементы статистической физики. Элементы физики конденсированного состояния. - [Текст]/ Ш.А.Пиралишвили, Н.А.Каляева, З.В.Суворова, Е.В.Шалагина, В.В.Шувалов. –М.: Машиностроение-1, 2008. -348с.
|