Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес
оригинального документа
: http://www.mccme.ru/ium/s12/burenkov-s12.html
Дата изменения: Wed Feb 1 13:15:14 2012
Дата индексирования: Tue Oct 2 11:55:52 2012
Кодировка: koi8-r
Поисковые слова: star
«Атомная физика» является составной частью курса общей физики, по
программе, разработанной акад. Велиховым Е.П., и дополненной профессорами кафедры
Земцовым Ю.К. и Поповым А.М., а также доцентом Красильниковым С.С.. Читаемый курс
содержит не только основополагающие сведения по истории развития квантовых
представлений и основах математического аппарата квантовой механики, но и
знакомит с последними достижениями физики микромира атомно-молекулярных
масштабов.
Содержание курса
Микромир.
Масштабы. Константы. Невозможность описания явлений в микромире в рамках
классической теории.
Волны и кванты.
Равновесное электромагнитное излучение в полости. Законы Релея - Джинса и
Вина. Гипотеза Планка. Кванты излучения. Формула Планка. Закон
Стефана-Больцмана и закон смещения Вина. Фотоэффект. Опыты Герца и Столетова.
Закон Эйнштейна. Рассеяние электромагнитного излучения на свободных зарядах.
Эффект Комптона. Тормозное рентгеновское излучение. Квантовый предел.
Дифракция волн. Опыт Тэйлора.
Частицы и волны.
Гипотеза де-Бройля. Волновые свойства частиц. Опыты Девиссона-Джермера и
Томсона. Волны де-Бройля. Волновой пакет. Фазовая и групповая скорость волн
де-Бройля. Соотношения неопределенности.
Атом водорода по Бору.
Модель атома Томсона. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома и проблема
устойчивости атомов. Сериальные закономерности в спектре атома водорода.
Комбинационный принцип. Квантование момента импульса. Постулаты Бора. Принцип
соответствия. Экспериментальное доказательство дискретной структуры атомных
уровней. Опыты Франка и Герца. Изотопический сдвиг атомных уровней, m -
атомы, позитроний. Водородоподобные ионы. Релятивистское обобщение модели
Бора. Постоянная тонкой структуры. Критический заряд Z = 137.
Основы квантовой механики.
Квантовая система, ее состояние, измеряемые параметры. Волновая функция, ее
свойства. Уравнение Шредингера. Стационарные и нестационарные состояния.
Плотность вероятности и плотность потока вероятности. Операторы физических
величин. Собственные значения и собственные функции операторов. Среднее
значение и дисперсия физической величины. Гамильтониан. Определение
энергетического спектра системы как задача на собственные значения оператора
Гамильтона. Дискретный спектр и континуум. Одномерные задачи: свободное
движение частицы; прямоугольная потенциальная яма; гармонический осциллятор.
Туннельный эффект: a - распад атомных ядер, автоэлектронная эмиссия.
Туннельный микроскоп. Квазистационарное состояние. Ширина уровня и время
распада. Электрон в периодическом потенциале. Понятие об энергетических
зонах. Предельный переход к классической механике и оптике. Основы
квантовомеханической теории возмущений. Тождественность микрочастиц. Бозоны и
фермионы. Принцип Паули. Системы ферми- и бозе-частиц.
Одноэлектронный атом.
Уравнение Шредингера с центрально-симметричным потенциалом. Разделение
переменных. Операторы L2, Lz, их собственные значения и функции. Радиальное
уравнение. Уровни энергии. Квантовые числа. Атом водорода. Уровни энергии и
волновые функции стационарных состояний. Их свойства. Вырождение уровней по
орбитальному моменту. Орбитальный механический и магнитный моменты электрона.
Магнетон Бора. Экспериментальное определение магнитных моментов. Опыт Штерна
и Герлаха. Гипотеза Уленбека и Гаудсмита. Спин электрона. Собственный
магнитный момент электрона. Спиновое гиромагнитное отношение. Понятие о
правилах сложения невзаимодействующих моментов количества движения.
Спин-орбитальное взаимодействие. Тонкая структура спектра атома водорода.
Формула тонкой структуры (Дирака).
Многоэлектронные атомы.
Общие принципы описания многоэлектронного атома. Представление о
распределении объемного заряда и электростатического потенциала в атоме.
Одноэлектронное состояние. Заполнение атомных состояний электронами. Атомные
оболочки и подоболочки. Электронная конфигурация. Иерархия взаимодействий в
многоэлектронном атоме. Приближение LS и jj-связей. Терм. Тонкая структура
терма. Правило интервалов Ланде. Спин и магнитный момент нуклонов и ядра.
Сверхтонкая структура атомных спектров. Изотопические эффекты в атомах. Атомы
щелочных металлов. Атом гелия. Симметрия волновой функции относительно
перестановки электронов. Синглетные и триплетные состояния. Обменное
взаимодействие. Основное состояние атома гелия. Понятие об автоионизации.
Периодическая система элементов. Правило Хунда. Основные термы атомов.
Взаимодействие квантовой системы с излучением.
Квантовая система в поле электромагнитной волны. Дипольное приближение.
Вероятность перехода. Матричный элемент оператора дипольного момента. Понятие
о правилах отбора. Разрешенные и запрещенные переходы. Спектральные серии
(атомы водорода, гелия, щелочных металлов). Общие представления об
электромагнитных переходах в многоэлектронном атоме. Правило Лапорта.
Представление о квантовом электромагнитном поле. Электромагнитный вакуум.
Фотоны. Спонтанные переходы. Естественная ширина спектральной линии.
Лэмбовский сдвиг. Опыт Лэмба и Ризерфорда.
Рентгеновские спектры.
Переходы внутренних электронов в атомах. Характеристическое рентгеновское
излучение. Закон Мозли. Эффект Оже.
Атом в поле внешних сил.
Атом в магнитном поле. Слабое и сильное поле. Фактор Ланде. Эффекты Зеемана и
Пашена - Бака. Опыт Штерна и Герлаха. Электронный парамагнитный резонанс
(ЭПР).
Молекула.
Адиабатическое приближение. Молекулярный ион водорода. Молекула водорода.
Теория Гайтлера-Лондона. Спаривание электронов. Термы двухатомной молекулы.
Химическая связь. Ковалентная и ионная связи. Валентность. Насыщение
химических связей. Молекулярная орбиталь. Гибридизация орбиталей. Элементы
стереохимии. Общие представления о колебательном и вращательном движении ядер
в молекулах. Спектры двухатомных молекул. Электронно - колебательный -
вращательный переход. Правила отбора для электромагнитных переходов в
двухатомных молекулах. Принцип Франка - Кондона. Некоторые сведения о
систематике состояний двухатомной молекулы.
Основная литература
Попов А.М., Тихонова О.В. Лекции по атомной физике, М.: Физ.фак. МГУ, 2007
Шпольский Э.В. Атомная физика, т.1,2. М.: Наука, 1974
Матвеев А.Н. Атомная физика, М.: Высшая школа, 1989
Гольдин Л.Л., Новикова Г.И. Введение в квантовую физику, М.: Наука, 1988
Вихман Э., Квантовая физика, М.: Наука, 1974
Сивухин Д.В. Курс общей физики, т.5, ч.1, М.: Наука, 1988
Дополнительная литература
Борн М. Атомная физика, М.: Мир, 1965
Фейнман Р. Фейнмановские лекции по физике, т.3,8,9 М.: Мир, 1967
Фано У., Фано Л. Физика атомов и молекул, М.: Наука, 1980
Флюгге З. Задачи по квантовой механике, т.1,2. М.: Мир, 1974
Милантьев В.П., Атомная физика, М.: Из-во Университета дружбы народов, 1999