Шпоры по физике - файл n3.doc

приобрести
Шпоры по физике
скачать (1030.3 kb.)
Доступные файлы (5):
fizika-formuli.doc35kb.04.03.2003 17:02скачать
great_fizika_v3.01-patch-final.doc1638kb.04.03.2003 17:03скачать
n3.doc1481kb.21.02.2003 03:09скачать
n4.doc1240kb.03.01.2009 14:00скачать
n5.doc952kb.02.02.2003 13:54скачать

n3.doc

  1   2   3   4   5
Билет №1

1. Интерференция света. Когерентные волны. Выведите выражение интенсивности результирующей волны в случае сложения когерентных и не когерентных волн.

Явление интерференции света состоит в отсутствии простого суммирования интенсивности волн при их наложении т.е. взаимном усилении волн одних т-к прост-ва и ослабления в др-х.

Устойчивую картину интерференции света дают только когерентные волны. Две волны яв-ся когер-ми если:

  1. 1=2 или 1=2

  2. ??=const

  3. Л1= Л2 (Волны поляризованы в одной пл-ти).

Оптической длиной пути наз. Величина =-я произвед-ю геометр-й длины пути на показатель преломления среды в которой распростр-ся луч света. Оптическая разность хода 2-х лучей =l1n1-l2n2. max-м интерф-ии наблюдается если =2m/2, (m=0,1,…) min-м если =(2m+1)/2, (m=0,1,…).

Рассмотрим 2 когер-е волны, к-е налагаются др. на др. возбуждают в нек-й т-ке прост-ва результир-е кол-я.

A2=a12+a22+2cos, =2-1 m=0,1,…

Л1(r,t)=A1cos(t+kr1+1), Л2(r,t)=A2cos(t+kr2+2).

Наиболее отчетливая интерф-я картина наблюлается когда A1= A2.

I=I1+ I2+2cos.

Если налаг. волны не когерен. То 2-е условие не выполняется и угол  будет менятся со временем т.к. всякий фотоприемник обладает инерционностью то он будет усреднять значение интенсивности, среднее значение =0 т.к. 0<=<= то I=I1+ I2= 2I1 т.е. в случае некогерентных волн происходит простое суммирование интенсивности. Если волны когерентны то =const и в зависимости от значения этого угла -1max=4I1, Imin=0 (A1= A2). Обычные источники света дают не когерентное излучение.



2. Проводники, полупроводники и диэлектрики с точки зрения зонной теории твердых тел.

Каждая зона сод-т ограниченное число энерг-х подуровней. В соответствии с принципом Паули на каждом подуровне зоны может нах-ся не более 2х эл-нов с противоположно напр-ми спинами. По хар-ру запол-я энерг-х зон эл-нами все в-ва дел-ся на 2 большие группы:

1) отн-ся в-ва, у к-х на целиком заполненной зоне, нах-ся зоны заполненные лишь частично. Такая част-но запол-я зона возникает лишь в том случае, когда энерг. уровень в атоме из к-го она обр-сь заполнена эл-нами не полностью. К таким в-вам отн-ся, напр-р, щелочные эл-ты. Частично запол-я зона может также образ-ся в рез-те наложения полностью заполненных зон на пустые зоны. Это присуще металлам.

2) отн-ся в-ва, у к-х на целиком заполненной зоне лежит запрещ-я зона. К таким в-вам отн-ся алмаз, германий, кремний. В-ва с таким запол-ем энерг. зон м б как диэл, так и полупр-ми. Эл-ны внеш энерг-х уровней при образовании кристаллов получают возможность беспрепятственно перемещ-ся своб по кристаллу. Однако такие в-ва м б как диэл,так и полупр-ки => наличие своб е яв-ся недостоточным для того, чтобы такое в-во было проводником. В газе своб эл-нов совершается хаот-е броуновское движ-е по всему объему кристалла. Если к кристаллу приложить внешнее электрич поле, то на это хаот-е дв-е эл-нов будет накладываться упор-е дв-е, т о в кр-ле должен возникнуть эл ток (проводник). Однако это означает что эл-н должен перейти на более высокий энерг. уровень. Если такого близколеж-го своб энерг уровня нет, то состояние дв-я эл-в (а => и его энергии) не изм-ся, т е никакого направленного упор-го дв-я заряж частиц не будет. Т е Эл ток возникать не будет и => такое в-во будет диэл-м или полупр-ком.

Необх-мо, чтобы энерг зоны были заполнены эл-нами лишь частично. В этом случае на очень небольшом расст-и (10-23эВ) заполненного подуровня есть своб энерг подуровень и слабое эл поле приложенное к кр-лу может привести этот эл-н на этот уровень и в кр-ле появ-ся эл ток.

Окончательно по ширине запр-й зоны все в-ва дел-ся на диэл (Eд=5-7эВ), пров(Eд=0эВ), и полупр-ки(Eд=1эВ).
3. Природа ?-излучения. Правила смещения для ?-распада. ?-распад с точки зрения квантовой теории.

Радиоактивное превращение с испусканием ? - частицы называют» ? - распады. Его уравнение имеет вид . Заряд ядра при этом уменьшается на две единицы, а массовое число на 4. Из закона сохранения энергии .находим т.к. Ер>0, то ? - распад возможен, если масса материнского ядра больше суммы масс дочернего ядра и (?частицы).

Из экспериментов были найдены две особенности ? -распада.

1. Сопоставление длины пробега (кинетической энергии) ? - частицы с вероятностью распада ? альфа-излучателя (период полураспада) позволило Г.Гейгеру и Дж.Неттолу установить зависимость - закон Гейгера-Неттола: , где E?- энергия ? частиц, А и B – постоянные ( или ln ?=A+BR?, где R? –пробег ? частицы.

2. Энергия ? частиц значительно меньше той, что должна бы она получить после распада. ?-частица, вылетая из ядра с меньшей энергией, преодолевает значительно больший потенциальный барьер. Это экспериментальный факт объясняется лишь квантовой механикой. Перед началом распада ?-частица формируется в ядре и находится там в потенциальной яме (глубина 8,9 МэВ) с энергией Е ?.Обладая волновыми свойствами часть ? частиц отражается от стенок потенциального барьера, а часть проникает сквозь нее и уходит с энергией , что и наблюдается на опыте. Эффект просачивания ? частиц через потенциальный барьер называют туннельным эффектом. Им объясняется закономерности ? - распада. С ростом Е? уменьшается ширина потенциального барьера и увеличивается вероятность распада, что находится в согласии с законон Гейгера-Неттола.
Билет №2

1. Спонтанное и вынужденное излучение фотонов. Вероятности переходов. Принцип работы квантового генератора. Свойства лазерного излучения.

2 вида переходов электронов м/у энергетичискими уровнями:1) вынужденные-снизу вверх; 2) спонтанные –сверху вниз. Вероятность спонтанных переходов(СП) опред-ся лишь внутренними свойствами атомов и => не могут зависеть от интенсивности падающего излучения. Вероятность вынужденных переходов(ВП) зависит как от внутренних свойств атомов, так и от интенсивности падающего излучения. Для объяснения существования равновесия м/у излучением и веществом нужно предположить, что сущес-т ВП сверху вниз, вероятность которых зависит как от внутренних свойств атомов, так и от интенсивности падающего излучения. Рассмотрим 2 энергетических уровня n и m. Число электронов, вынужденно пришедших снизу ввех – Nmn(вын), число электронов, сверху вниз – Nnm. Nmn(вын)= Nnm(вын)+ Nnm(сп). Пусть число электронов на нижнем уровне- Nm, на верхнем -. Nn. Nmn(вын)=NmUw Bmn; Nnm(вын)= NnUw Bnm, где Uw –плотность(спектральная) энергии падающего излучения. Nnm(сп)= Nn nm. Коэф-ты A, Bnm, Bmn определяются только внутренними свойствами атомов-коэф-ты Эйнштейна. Эйнштейн показал, что ВП снизу вверх и сверху вниз происходит с одинаковой вероятностью, т.е. Bmn= Bnm. ВП происходят под действием падающего излучения. ВП сверху вниз приводят к появлению новых фотонов. Это вынужденное или индуцированное излучение.(ВИ). ВИ обладает следующими свойствами: 1)Направление ВИ совпадает с направлением вынуждающего излучения. 2)ВИ строго конкретно с вынуждающим излучением.

1-й случай: Пусть к моменту прихода фотона h? на верхнем уровне не было ничего. Пусть энергия фотона h?: h?=En-Em. В этом случае электрон поглощает фотон и переходит снизу вверх. Фотон поглощается, а электрон переходит в возбуждённое энергетическое состояние.

Рассмотрим 2-й случай: к моменту прихода фотона на верхнем энергетическом уровне находится электрон. Фотон заставит вынужденно перейти электрон сверху вниз. При этом проходящий фотон не поглотится и появится ещё 1 фотон, т.е. свет усилится. усиление света

Видно, что для того чтобы свет усилился проходя ч\з вещество нужно создать такие условия, когда на верхнем энергетическом уровне находится > электронов, чем на нижнем. Обычно в состоянии теплового равновесия заселённость энергетического уровня уменьшается с ростом его энергии (распределение Больцмана), т.е., Nn< Nm => число переходов вверх больше, чем число переходов вниз. Поэтому проходя ч\з вещ-во, находящееся в состоянии термодинамического равновесия свет ослабляется (положительное поглощение). Для получения среды с отрицательным поглощением нужно создать условия, когда Nn> Nm.. Такое состояние будет неравновесным. Его наз-т состоянием с инверсной заселённостью, или состоянием с отрицательной температурой. Процесс перевода среды в состояние с инверсной заселённостью(ИЗ) наз-ся накачкой. При создании ИЗ встречается ряд трудностей: создать ИЗ можно только на метастабильных энергетических уровнях. Метастабильные энергетические уровни(МСЭУ)-уровни, на кот-х время жизни электрона значительно превышает время их жизни на обычном уровне(10 (с. –8)сек.). Существование МСЭУ объясняется тем, что переходы с них в основное состояние запрещены правилами отбора=>их вероятность очень мала. Этим и объясняется, что время жизни электронов на этих уровнях значительно больше, чем на обычных. Однако, эти же правила отбора запрещают переход электронов из основного состояния на метастабильный уровень. Поэтому ИЗ в моменты стабильных уровней создаётся по 3-хуровневой схеме. Её суть: используется 3-ий вышележащий уровень, переходы на кот-й разрешены правилами отбора Затем с 3-го уровня осущ-ся переход на 2-ой уровень(спонтанный). Такой переход тоже разрешён. Переход 21 запрещён. Таким образом удаётся на МСУ создать ИЗ по отношению к основному энергетическому уровню. Далее происходит ВП с МСУ в основное состояние, в резул-те кот-го происходит усиление проходящего ч\з вещ-во света.

Принцип работы квантового генератора.

Лазер или оптический квантовый генератор состоит из 3-х основных частей: 1)Активная среда(среда, в кот-й создаётся ИЗ жидкость, тв. тело, газ). 2) Оптический резонатор(В простейшем случае 2 || зеркала, установленных друг против друга.). 3) Источник накачки (источник, за счёт энергии кот-го осуществляется ИЗ в активной среде) Лазер: I=I0e(c. 2?L); I> I0 (I/ I0 )>=1= e(c. 2?L)R1 R2;0=2?L+ln R1 R2 ?=- ln R1 R2 /2L

Свойства лазерного излучения: 1)высокая монохроматичность ∆?=0,1Е;

2) высокая пространственная и временная когерентность

3) высокая плотность мощности излучения; 4) малая узость пучка.

2. Зонная структура полупроводников p и n типа. Примесные локальные уровни. Электронные и дырочные полупроводники.

Рассм полупров-к, в к-м часть атомов основного полупр-ка заменена атомами в-ва валентность , к-х отлич-ся валентностью основного полупр-ка.

Пусть в 4х валент. Полупр-к внедрены атомы 5валент примеси.

В случае 5валент примеси 4 эл-на этой примеси будут задействованы в образ-и межатомных связей в кристалле.

5й эл-н примеси в создании связи не участвуют, и поэтому оказ-ся слабосвяз-м в атомной примеси.

При увел-и темп-ры полупр-ка отрыв-ся прежде всего этот 5й эл-н, при этом обр-ся своб эл-ны, но дырки при этом не образ-ся.

Такая примесь наз-ся донорной примесью.

В случае донорной примеси проводимость полупроводника яв-ся электронной, а сам полупр-к наз-ся полупр-к n-типа.

В случае донорной примеси энерг уровни нах-ся у потолка запрещ зоны. Эти примесные уровни локализованы около атомов примесей и не распр-ся на весь кристалл полупр-ка. На этих примесных уровнях расположены эл-ны.

Уровень Ферми в полупр-ке n-типа смещен по напр-ю к потолку запрещ зоны.

Ясно что при увел-и темп-ры в зоне проводимости появ-ся своб эл-ны перешедшие с этих донорных уровней. При этом в валентной зоне своб дырки не появ-ся.

Рассм-м 4х валентный полупр-к в к-й внедрена 3х вал-я примесь.

В этом случае одна из связей оказ-ся недоукомплектованной эл-ном. Эту связь может доукомплектовать эл-н из соседней связи основного полупр-ка. При этом своб-е эл-не не появ-ся.

Такая примесь наз-ся акцепторной. А сам полупр-к – полупр-ком p-типа. В полупр-ке p-типа проводимость дырочная.

С т. з. зоной теории атомы акцепторной примеси дают энерг уровни расположены также в запрещ-й зоне. Однако в этом случае они расположены у дна запрещенной зоны. Ясно что при увел-и темп-ры будет осуществляться переходы эл-нов из валентной зоны на уровень акцепторной примеси. При этом своб эл-ны в примеси не появ-ся, но в валентной зоне появ-ся своб дырки.

3. Строение атомных ядер. Взаимодействие нуклонов. Свойства и природа ядерных сил.

Ядром атома назыв центр часть, в к-й сосредоточен весь полож заряд атома и почти вся его масса. Согласно совр представ ядро атома сост из протонов и нейтронов, к-е считаются 2мя заряж состояниями – нуклоны.

AZX , где Z – зарядовое число ядра, совп с номером в табл Менд.

A – массовое число совпад с атомн массой хим эл-та выраж-ся в атомной единице массы. A выраж общее кол-во нуклонов в ядре, т к атом хим эл-та нейтрален, то эл-н (полож) д б в точности равен заряду эл-на в его эл-й оболочке. Поэтому число протонов в ядре (+e): Np =Z. Число нейтронов: Nn=A-Z.

Громадная энергия связи нуклонов в ядре указывает на очень сильное взаимодействие между ними. Нейтроны и протоны в ядре удерживаются мощными ядерными силами притяжения, которые подавляют расталкивающее действие кулоновских сил между протонами

Свойства ядерных сил: 1. Ядерные силы- это короткодействующие силы. Радиус их действия порядка 10-13 см. 3. Не центр-е.

Ядерные взаимодействия между протонами (р-р),нейтронами (п-п), протоном и нейтроном (р-п ) одинаковы, поэтому ядерные силу обладают зарядовой независимостью. Отсюда следует, что природа этих сил отличается от природы электрических и гравитационных сил. Ядерные силы относятся к силам насыщения. Это означает, что каждый нуклон взаимодействует только с ограниченным числом ближайших к нему нуклонов. Такое заключений следует из того факта, что Есв~А Если бы каждый нуклон взаимодействовал с остальными, то Есв ~А(А-1)~А2..

Билет №3

1. Схема опыта Юнга. Расчет интерференционной картины от двух точечных когерентных источников света.
  1   2   3   4   5


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации