Пояснение к рабочей программе

При изучении темы "Квантовая физика" надо иметь в виду следующее. Начало развития квантовой физики связано с решением немецким ученым Максом Планком проблемы излучения абсолютно черного тела. Необходимо знать гипотезу Планка о квантовании энергии осцилляторов и уяснить, что на основании формулы Планка могут быть получены законы Стефана- Больцмана и Вина (в контрольной работе это задачи 601-610).

Развитие гипотезы Планка привело к созданию представлений о квантовых свойствах света. Кванты света называются фотонами. С позиций квантовой теории света объясняется такое явление как фотоэффект. Здесь следует знать формулу Эйнштейна для фотоэффекта (задачи 611-620 контрольной работы).

Дальнейшее развитие квантовой физики связано с построением теории строения атома. О сложном строении атома говорят исследования спектров излучения разряженных газов (т.е. спектров излучения отдельных атомов). Задачи 621-630 контрольной работы посвящены изучению закономерностей в спектре атома водорода.

У студента должно сформироваться представление, что электромагнитное излучение имеет двойственную природу (корпускулярно- волновой дуализм). Корпускулярно-волновой дуализм присущ также материальным частицам. Согласно гипотезе де Бройля, движение любой частицы всегда связано волновым процессом. Определению длины волны де Бройля посвящены задачи 631-640 контрольной работы.

Изучение теоретического курса в программе завершается рассмотрением вопросов квантовой механики. Здесь важно понять, что существуют границы применимости законов классической механики, которые устанавливаются из соотношения неопределенностей Гейзенберга. Состояние микрочастицы в квантовой механике описывается волновой функцией. Важно понять статистический смысл волновой функции, т.е. понять - как определить вероятность нахождения частицы в различных точках пространства. Вид волновой функции находится из решения уравнения Шредингера. Необходимо рассмотреть применение уравнений Шредингера к стационарному состоянию частицы в прямоугольной бесконечно глубокой потенциальной яме, из которого вытекает квантование энергии (задачи 641-650). Применение уравнения Шредингера к описанию поведения электрона в водородоподобном атоме приводит к квантованию энергии и момента импульса электрона. Следует выяснить физический смысл квантовых чисел, характеризующих состояние электрона в атоме водорода.

При изучении темы "Периодическая система элементов" необходимо обратить внимание на роль принципа запрета Паули, связанного с существованием у электрона спина - фундаментальной характеристики микрочастицы. При изучении взаимосвязи между веществом и излучением важно знать, что помимо поглощения и спонтанного (самопроизвольного) излучения существует вынужденное (индуцированное) излучение. Практическое использование вынужденного излучения привело к созданию оптических квантовых генераторов (лазеров).

При изучении темы "Квантовая статистика. Зонная теория твердых тел" основное внимание должно быть уделено понятию энергетических зон в кристаллах, выяснению различий между металлами, полупроводниками и диэлектриками. Изучению проводимости полупроводников посвящены задачи 651-660 контрольной работы. Важно понять распределение электронов по энергиям (распределение Ферми-Дирака), иметь качественное представление о таких явлениях как термоэлектронная эмиссия, термоэлектрические явления и, наконец, рассмотреть примесную проводимость полупроводников и вольт-амперную характеристику р-n перехода.

Основные формулы

Закон Стефана-Больцмана: где R - энергетическая светимость (излучательность) абсолютно черного тела, т.е. энергия, испускаемая в единицу времени с единицы площади: σ - постоянная Стефана-Больцмана:
Энергетическая светимость (излучательность) серого тела: где α - коэффициент черноты.
Закон смещения Вина: где λ_m - длина волны, на которую приходится максимум энергии излучения; b - постоянная Вина :
Импульс фотона: где λ - длина волны; h - постоянная Планка:
Энергия фотона: где ν - частота; с - скорость света в вакууме:
Формула Эйнштейна для фотоэффекта: где hν - энергия фотона, падающего на поверхность металла; А - работа выхода электрона из металла; - максимальная кинетическая энергия фотоэлектрона.
Красная граница фотоэффекта: где λ_к - максимальная длина волны, при которой возможен фотоэффект; ν_к - минимальная частота, при которой возможен фотоэффект.	или
Сериальные формулы спектра водородоподобного атома где R - постоянная Ридберга R=1,097·10⁷ м^-1, z - порядковый номер элемента; Серия Лаймана m=1, n=2,3,4... Серия Бальмера m=2, n=3,4,5... Серия Пашена m=3, n=4,5,6... Серия Брекета m=4, n=5,6,7... и т.д.
Длина волны де Бройля: где р - импульс частицы. В классическом приближении (при v<<c): p = mv; m - масса частицы; v - скорость частицы; с - скорость света в вакууме. В релятивистском случае (при ):
Связь импульса с кинетической энергией W_к в релятивистском приближении: где E₀ - энергия покоя частицы:
Плотность вероятности нахождения частицы в соответствующем месте пространства
Волновая функция, описывающая состояние частицы в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме где l - ширина ямы, х - координата частицы в яме (0 ≤ x ≤ l), n - квантовое число (n=1,2,3...).
Энергия частицы в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме где m - масса частицы.
Электропроводность собственных полупроводников где е - заряд электрона, n - концентрация носителей заряда, u_р - подвижность электронов, u_n - подвижность дырок.
Постоянная Холла для полупроводников типа алмаза, германия, кремния