Элементы теории относительности

 

1) Классическая механика изучает движение тел с малыми скоростями << .

2) Релятивистская механика изучает движение макроскопических тел с большими скоростями .

3) Квантовая механика изучает движение микроскопических тел с большими скоростями .

ПОСТУЛАТЫ СТО.

1) Принцип относительности Эйнштейна (принцип относительности Галилея, распространенный на все физические явления): все ИСО равноправны, законы физики имеют одинаковую форму во всех ИСО, все физические явления протекают одинаково во всех ИСО (никакими опытами, проведенными внутри ИСО, нельзя определить находится она в покое или движется прямолинейно и равномерно).

2) Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме является предельной скоростью передачи взаимодействия в природе, она одинакова во всех ИСО и не зависит от скорости движения источника и приемника света.

СЛЕДСТВИЯ ИЗ ПОСТУЛАТОВ.

1) События, являющиеся одновременными в одной ИСО, не одновременны в других ИСО.

2) Релятивистский закон сложения скоростей: ,где скорость тела относительно неподвижной системы отсчета; скорость тела относительно подвижной системы отсчета; скорость подвижной системы отсчета относительно неподвижной.

3) Относительность длин (расстояний): , где длина стержня в подвижной системе отсчета; длина стержня в неподвижной системе отсчета; скорость подвижной системы отсчета относительно неподвижной.

Происходит уменьшение линейного размера тела, движущегося относительно ИСО ( < ).

4) Относительность промежутков времени: , где промежуток времени в подвижной системе отсчета; промежуток времени в неподвижной системе отсчета; скорость подвижной системы отсчета относительно неподвижной.

Происходит замедление времени в движущихся системах отсчета ( > ).

В СТО выполняется второй закон Ньютона в импульсной форме.

СВЯЗЬ МАССЫ И ЭНЕРГИИ

Если изменяется энергия системы, то изменяется и ее масса:

Содержание

 

ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ

 

ГИПОТЕЗА ПЛАНКА: атомы излучают свет порциями – квантами. Энергия кванта ,где постоянная Планка,

ФОТОЭФФЕКТ – явление вырывания электронов из вещества под действием света. Явление обнаружено Г. Герцем, исследовано А. Г. Столетовым, Объяснено А. Эйнштейном.

Законы фотоэффекта

1) Количество электронов, вырываемых светом с поверхности вещества за единицу времени, пропорционально интенсивности света, падающего на вещество.

2) Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности.

3) Для каждого вещества существует «красная граница» фотоэффекта – минимальная частота (максимальная длина волны ) такая, что при частоте < ( > ), фотоэффект не наблюдается.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: , где - работа выхода электрона с поверхности металла; - кинетическая энергия фотоэлектрона.

Если , то или .

Если между освещенным катодом и анодом создать задерживающее напряжение , то фототок прекратится, т.е. работа электрического поля или , где - абсолютное значение заряда электрона.

ФОТОНЫ

 

Свет обладает корпускулярно – волновым дуализмом: при его распространении преобладают волновые свойства, а при взаимодействии с веществом (излучении и поглощении) – корпускулярные. Согласно квантовым представлениям свет – это поток частиц – фотонов, движущихся со скоростью света.

Характеристики фотона	Формулы
Энергия фотона
Масса фотона
Импульс фотона

Корпускулярно – волновой дуализм присущ не только свету, но и всем частицам вещества. Экспериментально обнаружены волновые свойства электронов, протонов, нейтронов.

У частицы, имеющей некоторую массу и движущейся со скоростью , можно определить длину волны (связь длины волны с импульсом, формула де Бройля).

Содержание

 

 

АТОМ И АТОМНОЕ ЯДРО

 

ОПЫТ РЕЗЕРФОРДА ПО РАССЕИВАНИЮ - ЧАСТИЦ

Суть опыта	Результаты опыта	Выводы из опыта	Недостатки модели
Бомбардировка тонкой золотой фольги быстрыми частицами и определе-ние углов их рассеива-ния.	1) Большая часть частиц не испытывала ни каких отклонений или отклонялась на очень малые углы. 2) Некоторые частицы отклонялись на большие углы, близкие к 180^о.	1) Положительный заряд атома и почти вся его масса сконцентрированы в очень малой области объема атома – атомном ядре. 2) Размер ядра меньше размера атома в 10^5раз. 3) Резерфорд предположил, что электроны движутся вокруг ядра атома по орбитам, т.е. предложил планетарную (ядерную) модель атома.	С точки зрения классической физики электрон, двигаясь по орбите, обладает ускорении-м, поэтому его движение должно сопровождаться излучением, что приведет к потере энергии и падению электрона на ядро.

Устойчивость атомов объяснил Н. Бор.

КВАНТОВЫЕ ПОСТУЛАТЫ БОРА

1) Атом может находиться только в устойчивых стационарных (квантовых) состояниях, в которых он не излучает. Каждому стационарному состоянию соответствует определенная энергия .

2) Излучение света происходит при скачкообразном переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией . Энергия излученного фотона равна . (Поглощение света происходит при скачкообразном переходе атома из стационарного состояния с меньшей энергией в стационарное состояние с большей энергией . Энергия поглощенного фотона равна .)

Сколь угодно долго атом может находиться в основном состоянии (), из других, возбужденных состояний () атом самопроизвольно переходит в основное состояние с излучением фотонов.

 

СТРОЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА

Ядро атома состоит из нуклонов: положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов .

Ядро любого химического элемента записывается следующим образом: , где зарядовое число (число протонов в ядре, равное порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева, в нейтральном атоме число протонов равно числу электронов ); массовое число (число протонов и нейтронов в ядре, равное округленному до целого числа значению относительной атомной массы элемента). , где число протонов в ядре.

Удерживаются нуклоны в ядре благодаря действию короткодействующих зарядово-независимых ядерных сил.

Установлено, что масса ядра всегда меньше суммы масс составляющих его нуклонов: < .

- = дефект масс.

энергия связи атомного ядра.

Энергия связи – энергия, которая необходима для расщепления ядра на отдельные нуклоны, иначе

энергия связи равна той энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных нуклонов.

 

При вычислении энергии связи атомного ядра удобно пользоваться формулой: . Причем, массы протона, нейтрона и ядра необходимо брать в атомных единицах массы, результат получится в

ЯДЕРНЫЕ РЕАКЦИИ – изменения атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами или друг с другом. При ядерных реакциях выполняется закон сохранения заряда и массы:

,

 

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ НА НАПИСАНИЕ ЯДЕРНОЙ РЕАКЦИИ

При бомбардировке изотопа бора нейтронами из образовавшегося ядра выбрасывается частица. Написать реакцию.

Решение:

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ ВЫХОДОМ ЯДЕРНОЙ РЕАКЦИИ называется разность энергий ядер и частиц до реакции, и после реакции. Если эта разность положительная, то реакция идет с выделением энергии, если отрицательная, то с поглощением энергии.

 

При решении задач на расчет энергетического выхода ядерной реакции удобно из суммы масс ядер до реакции вычесть сумму масс ядер после реакции и умножить на 931,5 .Масса ядер должна быть выражена в атомных единицах массы, результат получится в .

 

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ НА ВЫЧИСЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ВЫХОДА ЯДЕРНОЙ РЕАКЦИИ

Какая энергия выделяется при термоядерной реакции ?

Решение:

Термоядерные реакции – реакции слияния легких ядер, происходящие при очень высокой температуре.

Радиоактивность -явление самопроизвольного превращения одних ядер в другие, сопровождающееся излучением.

Состав излучения	Что из себя представляет	Свойства
излучение	Поток ядер гелия .	Обладает высокой ионизационной способностью, поглощается слоем бумаги толщиной около 0,1
излучение	Поток электронов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света .	Задерживается алюминиевой пластинкой толщиной в несколько миллиметров.
излучение	Высокочастотное электромагнитное излучение.	Обладает очень высокой проникающей способностью.

излучение сопутствует и распаду.

При и распаде выполняются законы сохранения заряда и массового числа:

распад: .

распад: .

ЗАКОН РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА:

, где число нераспавшихся за время ядер; начальное число радиоактивных ядер; период полураспада – время, за которое распадается половина первоначального количества ядер. Закон справедлив для большого числа ядер.

Содержание