Системы отсчета: Л-система — лабораторная система отсчета (она предполагается инерциальной), Ц-система — система центра масс (или центра инерции) — система отсчета, движущаяся поступательно относительно инерциальной системы. <...> А — ампер Обозначения и названия единиц Дж — джоуль Е — ангстрем дин — дина Интегралы любой кратности обозначены одним-единственным зна6 Операторы физических величин обозначены латинскими буквами , Ом — ом Па — паскаль атм — атмосфера K — кельвин Н — ньютон б — барн В— вольт Вт— ватт Гс — гаусс Гц — герц кг — килограмм с — секунда Кл — кулон л — литр м — метр Э — экса, 1018 П — пета, 1015 Т — тера, 1012 Г — гига, 109 ср — стерадиан Тл — тесла ч — час мин — минута эВ— электроновольт Десятичные приставки к названиям единиц М — мега, 106 к — кило, 103 м — милли, 10–3 мк — микро, 10–6 н — нано, 10–9 п — пико, 10–12 ф — фемто, 10–15 а — атто, 10–18 Введение По мере развития физики как науки выяснилось, что понятия и принципы, возникшие на основе изучения макроскопических объектов, неприменимы или ограниченно применимы в области атомных масштабов. <...> Ничего более детального о поведении микрочастицы квантовая теория не дает. <...> Если же при этом не забывать, что квантовая теория опирается на опыт, такое ощущение постепенно сглаживается и адаптация к новым понятиям заметно облегчается. <...> Всвязи с этим испускание и поглощение электромагнитного излучения осциллятором (веществом) осуществляется не непрерывно, а дискретно в виде отдельных квантов, величина которых пропорциональна частоте излучения: 0 a hD @IFIA Квантовые свойства электромагнитного излучения 11 где коэффициент h получил впоследствии название постоянной Планка*. <...> Максимальная кинетическая энергия K фотоэлектронов линейно зависит от частоты облучающего света (причем Kмакс растет с увеличением ) и не зависит от интенсивности света. <...> Следовательно, для фотоэлектронов с максимальной кинетической энергией Kмакс закон сохранения энергии <...>
Квантовая_физика._Основные_законы.pdf
И. Е. Иродов
КВАНТОВАЯ
ФИЗИКА
основные
законы
8-е издание, электронное
Москва
Лаборатория знаний
2 0 2 1
Стр.2
УДК 530.145(075)
ББК 22.31.я7
И83
Иродов И. Е.
И83 Квантовая физика. Основные законы : учебное пособие
/ И. Е. Иродов.—8-е изд., электрон.—М. : Лаборатория
знаний, 2021.—261 с. —Систем. требования: Adobe
Reader XI ; экран 10".—Загл. с титул. экрана.—Текст :
электронный.
ISBN 978-5-93208-517-2
Учебное пособие содержит теоретический и экспериментальный
материал, относящийся к основным идеям квантовой
физики, а также разбор многочисленных примеров и задач,
где показано, как следует подходить к их решению. Задачи
тесно связаны с основным текстом и часто являются его
развитием и дополнением. Материал книги, насколько возможно,
освобожден от излишней математизации—основной акцент
перенесен на физическую сторону рассматриваемых явлений.
Для студентов физических и инженерно-технических специальностей
вузов.
УДК 530.145(075)
ББК 22.31.я7
Деривативное издание на основе печатного аналога: Квантовая
физика. Основные законы : учебное пособие / И. Е. Иродов.—8-е
изд.—М. : Лаборатория знаний, 2021.—256 с. : ил.—
ISBN 978-5-00101-204-7.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении
ограничений, установленных техническими средствами защиты
авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя
возмещения убытков или выплаты компенсации
ISBN 978-5-93208-517-2
© Лаборатория знаний, 2015
Стр.3
Содержание
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Глава 1. Квантовые свойства электромагнитного
излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
§ 1.1. Проблема теплового излучения . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
§ 1.2. Фотоэффект . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
§ 1.3. Тормозное рентгеновское излучение . . . . . . . . . . . . . 19
§ 1.4. Опыт Боте. Фотоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
§ 1.5. Эффект Комптона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Глава 2. Атом Резерфорда–Бора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
§ 2.1. Ядерная модель атома . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
§ 2.2. Спектральные закономерности . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
§ 2.3. Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца . . . . . . . . . 44
§ 2.4. Боровская модель атома водорода . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Глава 3. Волновые свойства частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
§ 3.1. Гипотеза де-Бройля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
§ 3.2. Экспериментальные подтверждения гипотезы деБройля
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
§ 3.3. Парадоксальное поведение микрочастиц . . . . . . . . . 69
§ 3.4. Принцип неопределенности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Глава 4. Уравнение Шредингера. Квантование . . . . . 85
§ 4.1. Состояние частицы в квантовой теории . . . . . . . . . . . 85
§ 4.2. Уравнение Шредингера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
§ 4.3. Частица в прямоугольной яме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
§ 4.4. Квантовый гармонический осциллятор . . . . . . . . . . . 96
§ 4.5. Потенциальные барьеры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Глава 5. Основы квантовой теории . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
§ 5.1. Операторы физических величин . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
§ 5.2. Основные постулаты квантовой теории . . . . . . . . . . . 113
§ 5.3. Квантование момента импульса . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
§ 5.4. Ротатор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Стр.4
4
Содержание
Глава 6. Квантование атомов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
§ 6.1. Квантование атома водорода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
§ 6.2. Уровни и спектры щелочных металлов . . . . . . . . . . . 137
§ 6.3. Спин электрона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
§ 6.4. Механический момент многоэлектронного атома . . 147
§ 6.5. Принцип Паули. Заполнение электронных оболочек
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
§ 6.6. О периодической системе элементов Д. И. Менделеева
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
§ 6.7. Характеристические рентгеновские спектры . . . . . . 156
Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Глава 7. Магнитные свойства атома . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
§ 7.1. Магнитный момент атома . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
§ 7.2. Эффекты Зеемана и Пашена–Бака . . . . . . . . . . . . . . . 171
§ 7.3. Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) . . . . . 176
Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
Глава 8. Атомное ядро . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
§ 8.1. Состав и характеристика атомного ядра . . . . . . . . . . 183
§ 8.2. Масса и энергия связи ядра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
§ 8.3. Ядерные силы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
§ 8.4. Радиоактивность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
§ 8.5. Основные типы радиоактивности . . . . . . . . . . . . . . . . 197
§ 8.6. Эффект Мессбауэра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
§ 8.7. Ядерные реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
Глава 9. Элементарные частицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
§ 9.1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
§ 9.2. Систематика элементарных частиц . . . . . . . . . . . . . . 225
§ 9.3. Античастицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
§ 9.4. Законы сохранения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
§ 9.5. Четность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
§ 9.6. Изотопический спин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
§ 9.7. Кварковая модель адронов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Задачи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
1. Основные соотношения релятивистской динамики . . . . 245
2. Вывод формулы (2.1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
3. Соотношения между единицами некоторых величин . . 247
4. Формулы некоторых величин в гауссовой системе
и в СИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
5. Массы легких нуклидов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
6. Греческий алфавит . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
7. Некоторые физические константы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
Стр.5