Тема 2. Основи геометричної оптики

Перехід від хвильової оптики до геометричної оптики. Принцип Ферма. Принцип Гюйгенса. Закони відбиття та заломлення світла. Закони геометричної оптики. Принцип Ферма. Поняття оптичної і геометричної довжини шляху. Оптичні системи та їх характеристики. Правила побудови зображень. Відбивання і заломлення світла на плоскій межі. Явище повного внутрішнього відбиття та фізичні основи волоконної оптики. Відбивання і заломлення світла плоско-паралельною пластинкою. Відбивання і заломлення світла сферичною поверхнею. Сферичні дзеркала. Тонка лінза.

Тема 3. Елементи хвильової оптики. Інтерференція

Когерентність хвиль. Монохроматичність. Умови когерентності хвиль. Взаємодія двох когерентних хвиль. Інтерференційний фактор. Явище інтерференції. Поняття оптичного шляху. Умови інтерференційних мінімумів та максимумів інтенсивності світлових хвиль. Інтерференція Френеля. Способи здійснення інтерференції світла поділом хвильового фронту (бідзеркала Френеля, біпризма Френеля, білінза Бійє, дзеркало Ллойда). Інтерференція світла при відбиванні від прозорих пластинок та плівок. Інтерференційні смуги рівного нахилу. Інтерференційні смуги рівної товщини (пластинка змінної товщини, кільця Ньютона). Просвітлення оптики. Інтерферометри та їх використання (Жамена, Майкельсона).

 

Тема 4. Дифракція

Принцип Гюйгенса-Френеля. Явище дифракції. Метод зон Френеля. Дифракційні явища Френеля. Дифракція Фраунгфера на отворі. Дифракційна решітка, дифракція на решітці. Дифракція рентгенівських променів на кристалах (формула Вульфа-Бреггов). Фізичні основи голографії.

Тема 5. Поляризація хвиль

Поляризація світлових хвиль. Явище подвійного променезаломлення. Види поляризації. Поляризатори. Закони Малюса та Брюстера. Природна та штучна оптична активність (ефект Фарадея, ефект Керра, обертання площини поляризації).

 

Тема 6. Розповсюдження світла в речовині. Ефект Доплера

Взаємодія світла з речовиною. Розповсюдження світла в середовищі. Поглинання світла в середовищі (закони Буггера-Ламберта, Бера). Дисперсія світла (нормальна, аномальна). Фазова та групова швидкості. Розсіяння світла. Випромінювання Вавілова-Черенкова. Ефект Доплера в оптиці (повздовжній, поперечний). Червоне зміщення.

 

Тема 7. Квантові властивості випромінювання

Теплове випромінювання та його характеристики. Правило Прево. Енергетична світність. Випромінювальна здатність. Модель абсолютно чорного тіла. Закон Кірхгофа. Закон Стефана-Больцмана і закон Віна. Формула Релея-Джинса. Формула та гіпотеза Планка. Оптична пірометрія. Явище фотоефекту. Закони фотоефекту (Столєтова). Червона межа фотоефекту. Квантова теорія фотоефекту. Рівняння Ейнштейна. Концепція фотонів та їх характеристики (енергія, маса, імпульс). Рентгенівське випромінювання. Ефект Боте, ефект Комптона. Тиск світла. Досліди Лебедєва. Квантове пояснення тиску світла. Корпускулярно-хвильовий дуалізм світла.

 

Тема 8. Елементи квантової механіки. Напівкласична теорія атому водню

Гіпотеза та формула де Бройля. Хвилі де Бройля. Експериментальне підтвердження хвильових властивостей корпускул. Досліди Девісона та Джермера та їх наслідки. Властивості хвиль де Бройля. Досліди Резерфорда. Ядерна (планетарна) модель атома Резерфорда та її недоліки. Теорія та постулати Бора для воднеподібних систем. Головне квантове число. Енергія зв’язку електрона в атомі. Іонізація атома. Лінійчастий спектр атома водню та його закономірності. Серія Бальмера. Серії Пашена, Лаймана, Брекета та ін. Експериментальне підтвердження постулатів Бора (Досліди Франка і Герца).

 

Тема 9. Головні ідеї квантової механіки

Головні ідеї квантової механіки. Поняття хвильової функції. Імовірнісний зміст хвиль де Бройля. Умова нормування ймовірностей. Принцип суперпозиції. Проблема вимірювань в квантовій механіці. Принцип додатковості Бора. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга і Бора. Принцип причинності. Часове та стаціонарне рівняння Шредінгера. Поняття власних функцій та власних значень.

Тема 10. Прості задачі квантової механіки

Властивості квантових стаціонарних станів. Прості задачі квантової механіки. Рух вільної частинки. Електрон у нескінченно високому потенціальному «ящику». Механічна аналогія. Дискретні власні значення енергії. Поняття рівнів енергії. Електрон у потенціальному «ящику» кінцевої висоти. Умова неперервності енергетичного спектру. Принцип відповідності Бора. Тунелювання частинок крізь потенціальний бар’єр. Парадокс тунельного ефекту. Лінійний гармонічний осцилятор. Поняття нульової енергії осцилятора та нульових коливань. Квантові рідини. Квантова частинка у сферично симетричному полі. Квантові інтеграли руху.

Тема 11. Квантова теорія атому водню. Воднеподібні системи. Періодичний закон Мендєлєєва

Стан електрону в атомі водню. Поняття Боровської орбіти. Стаціонарне рівняння Шредінгера атома водню. Момент імпульсу електрона та його квантування. Орбітальне квантове число. Енергетичний спектр електрона в атомі водню. Квантування енергії електрона в атомі водню. Просторове квантування. Магнітне квантове число. Досліди Штерна та Герлаха. Магнетон Бора. Власний механічний момент імпульсу електрона - спін. Спінове квантове число. Спінове гіромагнітне співвідношення. Квантові числа. Багатоелектронні атоми. Принцип заборони Паулі. Будова шарів. Поняття про електронні шари та оболонки. Періодичний закон Мендєлєєва з точки зору квантової механіки. Закон Мозлі.

Тема 12. Квантові властивості атомів, молекул, конденсованого стану речовини

Випромінювання та поглинання світла. Поняття про електронні, коливальні та обертальні спектри молекул. Спонтанне та індуковане випромінювання, їх властивості. Ефект Зеємана. Явища магнітного резонансу. Комбінаційне розсіяння світла. Люмінесценція. Квантові генератори (лазери), їх застосування.

Тема 13. Квантові статистичні розподіли

Системи тотожних квантових частинок: бозони (фонони, фотони) та ферміони. Системи тотожних частинок з точки зору класичної та квантової механіки. Головні відмінності поміж бозонами та ферміонами. Ефект бозе-конденсації та принцип заборони Паулі для ферміонів. Явище надпровідності. Розподіли Бозе-Ейнштейна та Фермі-Дірака, їх аналіз.

 

Тема 14. Елементи зонної теорії твердих тіл

Поняття про квантову теорію електропровідності металів. Енергетичні рівні вільних атомів. Усуспільнення електронів у кристалі. Енергетичний спектр електронів у кристалі. Ефективна маса електронів. Заповнення зон: метали, напівпровідники (власні, домішкові), діелектрики. Поняття про контактні явища.

 

Тема 15. Будова та властивості ядер. Закони радіоактивних перетворень та реакцій

Експериментальні методи ядерної фізики. Основні властивості та склад ядра. Заряд і масове число ядра. Енергія зв’язку ядер. Дефект мас. Ядерні сили, їх властивості. Радіоактивність. Закони радіоактивного розпаду. Ядерні реакції. Ланцюгова реакція поділу ядер. Реакція термоядерного синтезу. Поняття про елементарні частинки. Фундаментальні взаємодії.

Рекомендована література

 

1. Бушок Г.Ф. та ін. Курс фізики. В 2-х т. Т. 1. Фізичні основи механіки, електрика і магнетизм: Навч. Посібник для вузів/ Г.Ф. Бушок, В.В. Левандовський, Г.Ф. Півень.–К.:Либідь, 2001. – 448 с.

2. Бушок Г.Ф., Венгер С.Ф. Курс фізики. В 2-х т. Т. 2. Оптика. Фізика атомного ядра. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Либідь, 2001.– 424 с.

3. Савельев И.В. Курс физики: Учебник. В 3-х т. Т. 1: Механика. Молекулярная физика. – М.: Наука, 1989. – 352 с.

4. Савельев И.В. Курс общей физики. т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика: Учебное пособие. – М.: Наука, 1988. – 496 с.

5. Савельев И.В. Курс физики: Учебник. В 3-х т. Т. 3: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц.–М.:Наука, 1987.– 320 с.