Вопросы к экзамену «общая физика» V семестр
В билет входит 2 теоретических вопроса и 2 практических задания.
Кроме того, необходимо уметь воспроизводить без подготовки основные определения и законы. На экзамене допускается иметь половину листа А4, на котором выписаны формулы (без поясняющих слов).
1. Тепловое излучение, основные понятия и законы: спектральная плотность излучения, энергетическая светимость, поглощательная способность, модель абсолютно черного тела, законы Кирхгофа, Вина, Стефана-Больцмана.
2. Закон Рэлея-Джинса, «Ультрафиолетовая катастрофа». Формула Планка. Вывод из формулы Планка основных законов теплового излучения.
3. Двойственность природы света. Фотон, его энергия и импульс. Гипотезы Планка и Эйнштейна.
4. Фотоэффект. Законы Столетова. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта, объяснение с его помощью законов фотоэффекта.
5. Квантовые явления: Эффект Комптона, тормозное рентгеновское излучение, давление света.
6. Гипотеза де Бройля. Волновые свойства микрочастиц. Опыты по дифракции электронов.
7. Соотношение неопределенностей Гейзенберга (два выражения). Канонически сопряжённые величины. Объяснение дифракции микрочастиц с помощью соотношения неопределенностей.
8. Волновая функция, её смысл. Уравнение Шрёдингера (общее и стационарное).
9. Электрон в одномерной потенциальной яме. Уровни энергии.
10. Прохождение частиц через потенциальный барьер конечной ширины. Туннельный эффект. Прозрачность барьера.
11. Гармоничный квантовый осциллятор. Уровни энергии.
12. Спектры атома водорода. Формула Бальмера, постоянная Ридберга.
13. Боровская модель атома водорода. Энергетические уровни атома водорода.
14. Опыт Штерн и Герлаха. Спин. Принцип Паули. Тождественные частицы.
15. Спектры неводородных атомов. Многоэлектронные атомы. Квантовые числа электрона в атоме, их смысл.
16. Характеристические рентгеновские спектры. Закон Мозли.
17. Распределение электронов по оболочкам в элементах (таблица Менделеева).
18. Колебательная и вращательная энергия молекулы. Уровни энергии. Спектры молекул.
19. Люминесценция.
20. Спонтанное и вынужденное излучение. Инверсная заселённость. Лазеры.
21. Квантовые статистики. Числа заполнения. Бозоны и фермионы. Электронный газ в металле. Распределение Ферми-Дирака. Температура вырождения.
22. Нормальные колебания кристаллической решётки. Оптические и акустические колебания. Понятие фонона.
23. Дебаевская теория теплоёмкости кристалла. Температура Дебая. Зависимость теплоёмкости от температуры, предельные случаи. Электронная теплоёмкость металлов.
24. Образование энергетических зон в кристалле. Металлы, диэлектрики и полупроводники с точки зрения зонной теории.
25. Собственные полупроводники. Эффективная масса электрона. Энергия Ферми в полупроводниках. Концентрация носителей в собственных полупроводниках. Электропроводность собственных полупроводников.
26. Примесные полупроводники. Доноры и акцепторы. Основные и неосновные носители. Истощение примесей. Зависимость уровня Ферми от температуры. Проводимость примесных полупроводников.
27. Образование р-n-перехода. Запирающий слой. Односторонняя проводимость p-n-перехода. Пробой p-n-перехода. Вольт-амперная характеристика диода.
28.Теплопроводность диэлектриков и металлов. Закон Видемана-Франца.
29. Сверхпроводимость. Понятие о БКШ-теории. Энергетическая щель. Куперовские пары.
Определения, понятия, законы
Квантовая, атомная и ядерная физика для Физиков
Понятия и определения
(необходимо знать словесную формулировку или определение)
| Равновесное излучение. Поглощательная способность. Абсолютно черное тело. Энергетическая светимость. Спектральная плотность излучения. Квант излучения (фотон). Работа выхода электрона из металла. Красная граница фотоэффекта. Корпускулярно-волновой дуализм | Волновая функция, ее вероятностный смысл. Электронная оболочка. Бозоны Фермионы. Энергия Ферми Фонон |
Явления
(Необходимо знать краткое словесное описание явления)
| Люминесценция Тепловое излучение. Тормозное рентгеновское излучение. Внешний фотоэффект. Эффект Комптона. | Туннельный эффект. Внутренний фотоэффект. Вынужденное излучение. Сверхпроводимость |
Законы и зависимости между величинами
(Необходимо знать формулы, выражающие соотношения между величинами)
| Закон Кирхгофа (тепловое излучение). Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина. Формула Рэлея-Джинса. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Обобщенная формула Бальмера для спектральных линий. Длина волны де Бройля. Принцип неопределенности Гейзенберга (два выражения). | Уравнение Шредингера (общий вид) Стационарное уравнение Шрёдингера. Принцип Паули. Составные части энергии молекулы. Распределение Ферми-Дирака Распределение Бозе-Эйнштейна |
Примеры практических заданий
1. Построить зависимость фототока насыщения от интенсивности светового потока для двух (постоянных) значений длины волны падающего света на катод фотоэлемента 
и 
.
2. Какие значения может принимать орбитальный момент импульса электрона в атоме водорода в состоянии 4f?
3. Выписать квантовые числа всех состояний М-оболочки атома.
4. Чему равна энергия излученного фотона при переходе электрона в атоме водорода из состояния 4d в состояние 2p.
5. Чему равна энергия электрона в основном состоянии в потенциальной яме шириной 10-12м? Как изменяется разность двух соседних энергетических уровней с увеличением квантового числа?
6. В атоме электрон находится в возбуждённом состоянии в течении 10-8 c. Пользуясь соотношением неопределённости оценить естественную ширину спектральной линии.
7. Найти максимальное значение испускательной способности абсолютно черного тела, если оно соответствует длине волны λm = 2,00 мкм
8. Какую минимальную кинетическую энергию должен иметь электрон, чтобы при ударе перевести неподвижный атом водорода в первое возбужденное состояние?
9. На рисунке изображены графики зависимости логарифма электропроводности от обратной температуры в полупроводниках. Укажите, какой из них соответствует большей ширине запрещенной зоны. Дайте объяснение. |
|
10.Чему равна длина волны излученного фотона при переходе электрона в атоме водорода из состояния 4p в состояние 3s.
