ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені «Атом және атом ядросы физикасы» «5В011000 – Физика» мамандығы үшін ОҚУ-Әдістемелік материалдары



бет1/3
Дата30.04.2016
өлшемі0.58 Mb.
  1   2   3



ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

ШӘКӘРІМ атындағы СемЕЙ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

3 деңгейлі СМК құжаты

ПОӘК

ПОӘК 042-16-13.1.04

/03-2013


ПОӘК

«Атом және атом ядросы физикасы» пәнінің оқу-әдістемелік материалдары

№ 2 басылым

10.01.2013 ж.



ПӘННІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

«Атом және атом ядросы физикасы»


«5В011000 – Физика» мамандығы үшін
ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАРЫ

Семей


2013


Мазмұны


1

Глоссарий

3

2

Дәрістер

4

3

Практикалық сабақтар

36

4

Лабораториялық сабақтар

39

5 Студенттердің өздік жұмыстары 42

1. ГЛОССАРИЙ

Планк гипотезасы электромагниттік сәуле жиілігіне пропорционал энергияның жеке үлестері (кванттары) түрінде шығады.

«Ультракүлгін күйреуі» деп классикалық физиканың Кирхгоф функциясына арналған қара дененің сәуле шығарғыштығының жиілікке тәуелділігінің тәжірибелік мәліметтерін қанағаттандыратын өрнегін классикалық физика әдісімен іздеудің мүмкін еместігін айтады.



Сыртқы фотоэффект (немесе фотоэлектрондық эмиссия) деп қатты және сұйық денелердің электромагниттік сәуле әсерінен электрондар шығаруын айтады.

де Бройль гипотезасының мәні мынада: бөлшектердің корпускулалық қасиеттерімен бірге толқындық қасиеттері де болады.

де Бройль толқыны – классикалық физикадағы толқындармен ұқсастығы жоқ, ерекше кванттық табиғаты бар толқын.

Гейзенбергтің анықталмағандық принципінің мәні мынада: микробөлшектің координаталары мен оларға сәйкес импульстерінің анықталмағандықтарының көбейтіндісі Планк тұрақтысынан кем болмайды.

Шредингер теңдеуі – микробөлшектер қозғалысының заңдарын сипаттайтын релятивистік емес кванттық механиканың негізгі теңдеуі.

Толқындық функция - микробөлшектің күйін сипаттайтын функция.

Туннельдік эффект деп бөлшектің ені шағын потенциалдық бөгеттен энергиясы осы бөгеттің биіктігінен аз болғанда өтіп кету құбылысын айтады. Кванттық гармоникалық осциллятордың нольдік энергиясы деп оның толық энергиясының ең аз (ноль емес) мәнін айтады.

Резерфорд атомының ядролық моделі атомның іс жүзінде барлық массасы шоғырланған оң зарядталған ядродан және ядроның маңайында айналатын электрондардан тұратын жүйе болып табылады.

Электронның Бор орбиталары электронның байқалу ықтималдығы барынша үлкен болатын нүктелердің геометриялық орны болып табылады.

Спин деп микробөлшектің классикалық физикада ұқсастығы жоқ меншікті механикалық моментін айтады.

Фермион деп жарты спині бар бөлшекті айтады.

Бозон деп нөлдік немесе бүтін санды спині бар бөлшекті айтады.

Ядроның байланыс энергиясы деп ядроны құрайтын нуклондарға кинетикалық энергия бермей ыдырату үшін жасалатын жұмыспен анықталатын шаманы айтады.

Радиоактивтілік деп бір атом ядроларының екіншілеріне элементар бөлшектер шығара отырып түрленуін айтады.

Жартылай ыдырау периоды – ядролардың алғашқы мөлшерінің жартысы ыдырайтын уақыт.

Ядролық реакция деп ядроны ( немесе ядроларды) түрлендіруге келтіретін атом ядросының элементар бөлшекпен өзара әсерлесу процесін айтады.



Элементар бөлшек деп қазіргі кезде белгілі материяның ең ұсақ бөлшегін айтады.

Аннигиляция деп нәтижесінде басқа бөлшектер түзілетін бөлшектер мен антибөлшектердің өзара әсерлесу процесін айтады.

Кварктер – қазіргі кездегі түсінік бойынша адрондарды құрайтын іргелі бөлшектер.

Өзара әсерлесудің біріңғай теориясы ( «ұлы бірігу») - өзара әсерлесудің төрт типін (гравитациялық, электромагниттік, күшті және әлсіз) біріктіретін теория.

2 Дәрістер

1.Атомның құрылысы және оның спектрлері

1.1. Атомдық спектрдегі заңдылықтар

1.2. Сызықтық спектрлер

1.3. Томсон атомының модельдері

1.4. Бор постулаттары

Атомдық спектрлердегі заңдылықтар. Сызықтық спектрлер. Бальмер (1885 г.) – атомдағы спектр сызықтары группалар құрайды- оларды спектрлік сызықтар сериялары деп атайды. Сутегі атомының спектрінің барлық сызықтарының жиіліктерін келесі формуламен өрнектеуге болады:

(1.1)

R – Ридберг тұрақтысы , n –бүтін сан, m саны берілген болса, m + 1 санынан бастап барлық бүтін сандарға иеленеді, m = 1 – Лайман сериясы, m = 2 – Бальмер сериясы және басқалар ( 32- сурет).



Томсон атомының моделі (1903 г.) Атомның мөлшерін бағалау. Резерфорд тәжірибесі. Атомның ядролық моделі (1911 г.) Ядроның мөлшерін бағалау. Бор постулаттары. (1913 г.). Атомның ядролық моделі классикалық механика және электродинамика заңдарымен қосылып не атомның, не атомдық спектрлердің заңдылықтарын түсіндіре алмады. Мұндай қиын жағдайдан шығу жолын Дания физигі Н.Бор көрсете білді, бірақ, бұл жол классикалық физика қағидаларына қайшы келді. Бордың екі постулаты:

1. Электрондар ядро айналасында дискреттік стационарлық орбиталар бойымен қозғалады, осындай орбиталарда қозғалғанда сәуле шығарылмайды.


2. Электрондар бір стационарлық орбитадан екінші стационарлық орбитаға ауысқанда сәулелер -энергия кванты түрінде шығарылады немесе жұтылады
(1.2)
Франк – Герц тәжірибесі (1914 г.). 33 суретте тәжірибе схемасы

33-сурет


көрсетілген. I- сынап парымен толтырылған үшэлектродты лампаның вольтамперлік сыйпаттамасы (34-сур.). Токтың максимумдары сетка потенциалының келесі U мәндерінде пайда

болатыны көрініп тұр. Франк – Герц тәжірибесін атомдардың энергия

деңгейлерінің тек қана дискретті болатыны арқылы түсіндіруге болады.
Шеңберлік орбиталардың квантталу ережесі.

Фазалық жазықтықта квантталу ережесін келесі түрде алуға болатынын көрсетуге болады



(1.3)

p – гармониялық осциллятор импульсы, ал q – оның координаты. Импульс моментінің М квантталу шарты мына түрде жазылады:

М = n (1.4)

Барлық орбиталардың ішінде импульс моменті Планк тұрақтысына бүтін еселі болатын электрон орбиталары ғана болуы мүмкін.



Сутегі атомының элементарлық Бор теориясы. Бор теориясы болатын орбиталар радиустарының өрнегін алуға мүмкіндік берді, яғни, дискретті орбиталар радиустары келесі формуламен анықталады:

, ( n = 1, 2, 3, …). (1.5)

nнегізгі кванттық сан деп аталады. Атомның ішкі энергиясының мүмкін мәндерінің формуласы: ( n = 1, 2, 3, …) (1.6) (1.6) формуласымен анықталатын энргия деңгейлерінің схемасы (8.4) суретте көрсетілген.

Сутегі атомы (Z = 1) n күйден m күйіне ауысқанда фотон шығарылады

. (1.7)

Шығарылған сәуле жиілігі мына өрнекке тең:



. (1.8)

Бұл формула Бальмердің жалпылама формуласына (8.1) сәйкес келеді, Ридберг тұрақтысының R мәні былай анықталатынын айта кету керек



. (1.9)

Бұл өрнекке шамаларының сандық мәнін қойғанда, оның нәтижесі Ридберг тұрақтысының тәжірибелік нәтижесіне өте дәл сәйкес келгенін атап өткен жөн.



Бор теориясының жетістіктері мен кемшіліктері. Бор теориясын – атом теориясын дамытудағы жасалған үлкен қадам деп қарастыру керек. Ол классикалық физиканың атомның ішкі құбылыстарына қолдануға болмайтынын және микрооблыстарда кванттық заңдардың негізгі орын алатынын көрсетті.

Бірақ, Бор теориясын сутегі атомынан кейінгі ең қарапайым атомдардың бірі -гелий атомына қолданған кезде, оның кемшіліктері көрініп-ақ қалды. Өйткені Бор теориясы жартылай классикалық , жартылай кванттық теория еді.



2.Корпускула-толқындық дуализм.


2.1. Де–Бройль гипотезасы

2.2. Дэвиссон – Джермер тәжірибесі

2.3. Электрондардың дифракциясы

2.4. Анықталмағандық қатнастары



Де–Бройль гипотезасы (1924 ж.) – дуализм – тек қана оптикалық құбылыстардың ерекшеліктері емес, оның универсалдық мәні бар. Фотонның энергиясы Е = және импульсі р = бар. Де-Бройльдың идеясы бойынша электронның немесе кез-келген басқа бөлшектің қозғалысымен толқындық процесс байланысқан, ол процестегі толқын ұзындығы былай анықталады:

(2.1)

ал жиілігі-



Дэвиссон – Джермер тәжірибесі (1927 ж.) – электрондардың никель монокристалынан (кубтық система) шағылуына негізделген). Электрондардың шашырауының интенсивтілігі әсіресе белгілі бір шашырау бұрышында үлкен мәнге жеткен, ол бұрыш атомдық жазықтықтардан шағылу бұрышына сәйкес келеді, жазықтықтардың ара қашықтығы d рентгенографиялық зерттеулерден белгілі болатын ( 8.2 сур.).

Максималдық ток үшін (8.1) формуламен есептелген толқын ұзындығы (U) 1,67 А -ге тең. Келесі шартқа

2dSin

сәйкес келетін Брэг толқын ұзындығы 1,65 А. Дэвиссон – Джермер тәжірибесі де-Бройль идеясын толығымен растады.



Электрондардың дифракциясы. 1927 ж. Г.П. Томсон және одан тәуелсіз түрде П.С. Тартаковский электрондық сәуленің металдық фольгадан өткенде дифракциялық картинаның пайда болатынын дәлелдеді.

Дифракциялық құбылыстардың электрондардан басқа атомдық және молекулалық сәулелер үшін де болатыны анықталды.

Л.М. Биберман, Н.Г. Сушков, В.А. Фабрикант (1949 ж.) әлсіз электрондық сәулемен тәжірибе қойды.

Анықталмағандық принципі. Классикалық механикада материалдық нүктенің күйі динамикалық айнымалылар арқылы көрсетіледі ( координата, импульс, энергия және басқалар).

Микробөлшектердің ерекшеліктері – айнымалыларды өлшеу кезінде олардың кейбіреулері ғана анықталған мәнге ие бола алады:



. (2.2)

Кез келген микробөлшек бір уақытта координаттың x дәл мәніне және импульс компонентінің р дәл мәніне ие бола алмайды. Егер айнымалының біреуінің дәл мәні болса, басқа айнымалы бұл кезде тіпті анықталмаған болып шығады.

В. Гейзенберг (1927 г.): Екі түйіндескен айнымалылардың анықталмаған мәндерінің көбейтіндісі шама жағынан Планк тұрақтысынан аз болуы мүмкін емес (Гейзенбергтің анықталмағандық принципі). Энергия Е және уақыт t - олар да каноникалық түйіндескен шамалар, сондықтан

. (2.3)
3. Шредингер теңдеуі

3.1. Шредингердің жалпы теңдеуі

3.2. Шредигер теңдеуінің шешімдері

3.3. Шредингердің стационар күйге арналған теңдеуі.

3.4. Толқындық функция
Э. Шредингер (1926 ж.) – де–Бройльдың заттардың толқындық қасиеттері туралы идеясын ары қарай дамытып, өзінің атымен аталған теңдеуін алды

.

координаттар мен уақытқа байланысты комплекстік функция, ол микробөлшектің күйін сыйпаттайды. Бұл релятивті емес кванттық механиканың негізгі теңдеуі. Стационарлық күйлер үшін ол былай жазылады:

. (2.4)

Кванттық механикада оператор ұғымы кең орын алады. Операторды қолданғанда келесі ереже бойынша бір функцияға басқа функция теңгеріледі:

f =

Мұндағы - оператордың символдық белгісі. Операторды қолдану нәтижесінде -функциясы басқа функцияға f айналады. Кейбір дербес жағдайларда операторды қолдану нәтижесінде бастапқы функция басқа функцияға U көбейтілуі мүмкін. Онда = U ал, сондықтан, . Егер U функциясын (17.1) – теңдеуде оператор ретінде қарастырсақ, оның әрекеті пси-функциясына U –функциясын көбейтумен шектелсе, (17.1)- теңдеуін келесі түрде жазуға болады:



. (2.5)

Бұл теңдеуде символымен энергия операторы – Е белгіленген, оны Гамильтон операторы немесе гамильтониан деп атайды:



. (2.6)

М. Борн (1926 ж.) алғашқы рет пси – функциясының мағынасын келесі түрде ашып берді: функциясының модулінің квадраты бөлшектің dV көлемі шегінде табылу ықтималдығын dP анықтайды

dP = A. (2.7)

А - пропорционалдық коэффициенті, пси-функциясы үшін келесі нормалау шарты орындалады:

. (2.8)

функциясының физикалық мағынысынан кванттық механиканың статистикалық сыйпаттамасы бар екені көрініп тұр. Шредингер теңдеуі бөлшектің берілген күйінің пси – функциясын табуға мүмкіндік береді, яғни, бөлшектің кеңістікте әртүрлі нүктелерде орналасу ықтималдығын анықтауға мүмкіндік береді. (17.2)- теңдеуінен және пси – функциясына қойылған шарттардан тікелей энергияның квантталу ережесі шығады.

Пси – функциясы бір мәнді, үздіксіз және шекті болуы қажет, сонымен қатар ол стандарттық шарттарды – үздіксіз және шекті туындысы болуын – қанағаттандыруы керек.

Шредингер теңдеуіне параметр ретінде бөлшектің толық энергиясы Е кіреді. (.2..5) – теңдеуінің энергияның Е кез келген мәнінде стандарттық шарттарға қанағаттандырарлық шешімдері болмайтыны, энергияның тек таңдаулы мәндері үшін ғана ізделініп отырған шешімдері болатыны дифференциалдық теңдеулер теориясында дәлелденген. Энергияның осындай таңдаулы мәндерін оның меншікті мәндері деп атайды. Энергияның меншікті мәндеріне Е сәйкес келетін теңдеу шешімдері есептің меншікті функциялары болып табылады. Меншікті мәндер жиыны шаманың спектрі деп аталынады. Егер аталған жиын дискретті тізбек құрса, спектр дискретті болады да, егер меншікті мәндер үздіксіз тізбектен тұратын болса, спектр үздіксіз немесе жолақ деп аталады..

Бір өлшемдік тік бұрышты шұңқырдағы бөлшек туралы есеп. Шексіз терең бір өлшемдік потенциалдық шұңқырда орналасқан бөлшектің энергиясының меншікті мәндерін және оларға сәйкес меншікті фунцияларын табайық. Бөлшек тек қана x осі бойымен қозғалсын дейік. Қозғалыс бөлшек үшін өтімсіз қабырғалармен шектелген болсын: x = 0 и x =l. Бұл жағдайда облысында потенциалдық энергия нөлге тең, ал x және x облыстарында шексіздікке тең (36.а-сурет). Шредингер теңдеуі бұл есеп үшін қарапайым түрде былай жазылады:

. (2.9)


Каталог: ebook -> umkd
umkd -> Семей мемлекеттік педагогикалық институты
umkd -> 5 в 020500 «Бастауыш оқытудың педагогикасы мен әдістемесі»
umkd -> «Баспа қызметіндегі компьютерлік технологиялар»
umkd -> Гуманитарлық-заң, аграрлық факультетінің мамандықтарына арналған
umkd -> 5B050400 «Журналистика» мамандығына арналған
umkd -> Әдебиет (араб тілінде «адаб» үлгілі сөз) тыңдарман, оқырманның ақылына, сезіміне, көңіліне бірдей әсер беретін дарынды сөз зергерлерінің жан қоштауынан туған көрнек өнері
umkd -> 5В020500 «Филология: қазақ тілі» мамандығына арналған ХІХ ғасырдағы қазақ әдебиеті пәнінің
umkd -> «Өлкетану тарихы және мәдениеті»
umkd -> Қазақстан республикасы білім және ғылым министрлігі шәКӘрім атындағы семей мемлекеттік
umkd -> 5 в 011700 : -«Қазақ тілі мен әдебиеті» мамандығына арналған


Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3


©netref.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет