ответы на вопросы по физике 2 курс. физика. Почему небо голубое

• Название: Почему небо голубое
• Анкор: ответы на вопросы по физике 2 курс
• Дата: 13.06.2020
• Размер: 33.1 Kb.
• Имя файла: физика.docx
• Тип: Документы; #129873

1. 
   
   Почему небо голубое?
   

Небо выглядит голубым по той причине, что воздух рассеивает свет с короткой длиной волны сильнее длинноволнового излучения света. Так как излучение синего цвета имеет более короткую длину волны, он больше рассеивается в атмосфере, чем остальные цвета.


2) Почему солнце на закате или восходе красное?

3) Почему облака белые, а тучи серые? Дать ответы наиболее научно.


4)Какое излучение называется тепловым?

Тепловым называют излучение, при котором переход атомов в возбужденное состояние происходит за счет энергии теплового движения.


5) Почему тепловое излучение может быть в равновесии с окружающими телами?

Потому что при тепловом излучении со временем количество поглощаемой энергии сравнивается с количеством излучаемой.


6) Что означает фразеологизм «довести до белого каления» с научной точки зрения?

Каление — это процесс нагрева металла на огне, который делается для того чтобы металл было проще плавить или ковать. При интенсивном нагреве металл сначала приобретает красный цвет, а затем постепенно становится белым.Считается, что металл раскаленный до белого цвета достигает наивысшей точки нагрева, в таком состоянии он кипит и брызжет.Нельзя не согласиться с тем, что доведенный до крайней степени раздражения человек ведет себя подобным образом — его разум кипит, а в речи, подобно горячим брызгам раскаленного металла, могут проскакивать оскорбления и угрозы.Именно благодаря этому сходству, со временем фразу «довести до белого каления» стали применять не только по отношению к разогретому в огне металлу.Так стали и говорить и о разгоряченных эмоциями людях.


7)Почему интегральная испускательная способность называется интегральной?

Потому что интегральная испускательная способность – энергия, испускаемая за единицу времени и единицей площади тела по всем направлениям.


8) Почему спектральная испускательная способность называется спектральной?


9) Как связаны между собой спектральная и интегральная испускательные способности?


10) Как называется физическая величина, являющаяся плотностью потока энергии излучения, спускаемого по всем направлениям?

Интегральная испускательная способность.

11) Размерность спектральной поглощательной способности тела

1 Дж*с/м³.

12) Абсолютно черное тело

Абсолютно чёрное тело – тело, у которого спектральная поглощательная способность равна единице на любой частоте.

Абсолютно черное тело – тело, которое всё падающее на него излучение сначала преобразует в тепловую энергию, а затем передает ее в теплового излучения.

13) Серое тело

Серое тело – тело, для которого спектральная поглощательная способность постоянна на всех частотах и меньше единицы.


14) Может ли абсолютно черное тело быть нагретым до 571К?


15) Можно ли Солнце считать абсолютно черным телом?

Абсолютно чёрное тело поглощает падающее на него электромагнитное излучение при любой температуре, Солнце в большой степени обладает этим свойством, поэтому его можно считать абсолютно черным телом.


16) Почему в дневное время окна домов видятся тёмными?

В дневное время окна домов видятся тёмными, потому что свет, проходя сквозь окно, многократно отражается от стен комнаты и полностью ими поглощается, а затем, выходя из окна, обладает свойствами абсолютно черного тела. Это достигается благодаря тому, что размеры окна достаточно малы в сравнении с размерами комнаты.


17) Закон Кирхгофа. Зачем придумали абсолютно черное тело?

Закон Кирхгофа: отношение испускательной способности к поглощательной не зависит от природы тела, оно описывается для всех тел одной универсальной функцией частоты и температуры. Так как поглощательная способность абсолютно черного тела равна единице, то можем получить данную универсальную функцию, которая будет равна испускательной способности абсолютно черного тела.

18) Ультрафиолетовая катастрофа

Ультрафиоле́товая катастро́фа — парадокс классической физики, состоящий в том, что полная мощность теплового излучения любого нагретого тела, согласно закону Рэлея — Джинса, должна быть бесконечной.


19) Какая часть вывода формулы Релея-Джинса пригодна для дальнейшего построения теории?


20) Какое предположение Релея-Джинса было ошибочным?

Ошибочным было допущение о существовании сколь угодно коротких волн, таким образом, излучение имело бы бесконечно число степеней свободы, что невозможно.

___________________________________________________________________

1) Какая часть вывода формулы Релея-Джинса пригодна для дальнейшего вывода спектральной излучательной способности абсолютно черного тела?

Lim 𝜔/[𝜔/(𝑘𝑇)] exp(h𝜔/(𝑘𝑇))=kT


2) Какие квантовые представления были использованы при этом выводе?


3) Каков смысл применения теоремы Больцмана в этом выводе?

При интегрировании формулы Планка по всем длинам волн (или по всем частотам), получаем испускательную способность абсолютно чёрного тела, которую можно рассчитать по формуле Стефана-Больцмана.


4) Как проверили справедливость формулы Планка?

Для спектральной испускательной способности абсолютно черного тела согласовали формула с экспериментальными данными во всем интервале частот.


5) Принцип работы рентгеновской трубки?

Включение тока высокого напряжения создает на полюсах рентгеновской трубки разность потенциалов, в результате чего свободные электроны с большой скоростью устремляются к аноду в виде потока электронов — катодных лучей, которые, попав на фокус анода, резко замедляются, вследствие чего часть кинетической энергии электронов превращается в энергию электромагнитных колебаний с очень малой длиной волны. Это и является рентгеновским излучением.


6) Чем объясняется коротковолновая граница рентгеновского спектра?

Согласно классической электродинамике при торможении электрона должны возникать излучения всех длин волн от нуля до бесконечности. Длина волны, на которую приходится максимум мощности излучения, должна уменьшиться по мере увеличения скорости электронов. Однако есть принципиальное отличие от классической теории: нулевые распределения мощности не идут к началу координат, а обрываются при конечных значениях λ минимальное – это и есть коротковолновая граница рентгеновского спектра.

7) Принцип работы вакуумного фотоэлемента

8) Чем объясняется в ВАХ фотоэлемента наличие тока при U=0, ток насыщения, и запирающее напряжение


9) Закон Столетова, чем это можно объяснить?

10)Объяснить второй закон фотоэффекта, исходя из уравнения Эйнштейна;


11) Красная граница фотоэффекта. Объяснить её исходя из уравнения Эйнштейна. Почему она называется красной?

Красной границей фотоэффекта называется минимальная частота и соответствующая ей максимальная длина волны, при которой наблюдается фотоэффект. Красную границу фотоэффекта можно получить из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта, если скорость электрона, который покидает металл, приравнять к нулю, то есть красная граница фотоэффекта зависит лишь от работы выхода. Название обусловлено тем, что красная граница - наименьшая частота света необходимая для осуществления фотоэффекта. Граница видимости соответствует красному цвету.

12) Смысл уравнения Эйнштейна.

Энергия светового кванта расходуется на вырывание электрона из вещества и на сообщение ему кинетической энергии.


13) Работа выхода с поверхности металла. От чего она зависит?

Зависит только от свойств вещества и не зависит от излучения. Значит, чем выше частота, тем выше h𝜔, тем большая часть энергии фотонов превращается в кинетическую энергию электронов.


1)Чем объясняется эффект Комптона?

Если излучение является потоком фотонов, то эффект Комптона происходит из-за упругого столкновения свободных электронов вещества с рентгеновскими фотонами. Рассеивающие вещества имеют слабую связь между ядрами атомов и электронами, поэтому можно считать, что они имеют в составе свободные электроны. При столкновении им передается часть энергии фотонов и часть импульса.


2) Комптоновское смещение. От чего оно зависит?

Опыт показал, что наблюдаемое комптоновское смещение не зависит от материала рассеивающего образца и длины волны λ падающего излучения, а определяется лишь углом между направлениями рассеянного и падающего излучений. С увеличением угла интенсивность смещенной компоненты растет, а несмещенной — падает.


3) Почему взаимодействие фотона и свободного электрона описывается релятивистскими соотношениями?

Нужно исходить из энергии падающего фотона. Так как фотоны двигаются со скоростью света, то нужно использовать релятивистские формулы для энергии и импульса. (5 Мэлектрон/В)

4) Комптоновская длина волны.

Константа, которая входит в Комптоновское смещение. λ(c) = 2πh/(m(e) *c) — комптоновская длина волны. Формула комптоновской длины волны получается из формулы де-бройлевской длины волны путём замены скорости частицы v на скорость света c. Комптоновская длина волны — одна из характеристик элементарных частиц в квантовой теории поля.


5)Модель атома Томпсона, почему от неё отказались?

В 1903 году Дж. Дж. Томсон предложил рассматривать атом как положительно заряженное тело с заключёнными внутри него электронами — «пудинг с изюмом». Предположим, что верна модель «пудинг с изюмом». Значит атом более или менее однороден. Все частицы ведут себя одинаково. Если они имеют достаточно энергии, они проникают сквозь вещество. Если энергии мало, то они все отскакивают. В опыте оказалось, что часть частиц проходит, а существенная часть отскакивает практически назад. Такое возможно только если в атомах вещество распределено неоднородно. Модель Томсона не могла объяснить испускание атомами рентгеновского и гамма - излучений. Данная модель не пояснила, что определяет размеры атома. Она вступила в противоречие с экспериментами (опыт Резерфорда) по изучению распределения положительного заряда в атоме.


6) Модель Нагаока. На чем она была основана?

Нагаока представлял себе атом по аналогии с планетой Сатурн в виде тяжелого положительного ядра, окруженного кольцами из большого числа электронов, и применил к этой модели теорию устойчивости колец Сатурна. Нагаока предполагал, что колебания частиц в плоскости колец должны сопровождаться изменением их устойчивых состояний и испусканием атомных спектров.

7) Планетарная модель атома Резерфорда. Почему он предположил, что весь положительный заряд сосредоточен в очень маленькой области?

В 1911 году англичанин Эрнест Резерфорд, ученик Дж. Дж. Томсона, на основе своих экспериментов пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы. Он предположил, что электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра. Эта модель получила название планетарной. На основе этого опыта Резерфорд предположил, что атом устроен наподобие солнечной системы — массивное положительное ядро в центре, и электроны вращаются вокруг него по некоторым орбитам. Почти вся масса атома приходится на его ядро.

Планетарная модель атома — это модель строения атома, предложенная Эрнестом Резерфордом в 1911 г. на основании анализа и статистической обработки результатов экспериментов по рассеиванию альфа-частиц. Исходя из модели атома Дж. Дж. Томсона, Резерфорд предполагал, что сплошные области положительного заряда, заполняющие весь объем золотых атомов, будут отклонять или сгибать траектории всех альфа-частиц, когда они проходят через фольгу. Крошечный процент частиц возвращался от фольги. Исходя из ничтожного процента отразившихся от фольги альфа-частиц, можно сделать вывод, что весь положительный заряд и практически вся масса атома сосредоточены в одной маленькой области, а в остальной части атома в основном находится пустое пространство.


8)Почему потребовались постулаты Бора?

9) Смысл первого постулата Бора

Из бесконечного множества электронных орбит, допустимых классической механикой, электрон в атоме может занимать орбиты только из дискретного набора. Каждая из орбит характеризуется энергией E n и моментом импульса L = m(e)*vr = nh, где n = 1, 2, . . . — целое число. Двигаясь по этим орбитам, электрон не излучает (вопреки классической электродинамике). Поэтому такие орбиты называются стационарными. Момент импульса электрона кратен h. Квантование момента импульса.

10) Второй постулат Бора.

Атом излучает и поглощает энергию при переходе электрона с одной орбиты на другую. При этом энергия меняется скачком, и если переход сопровождается излучением фотона, то его частота удовлетворяет правилу Бора: hω = E n − E m. Смысл: закон сохранения энергии.


11) На какой (классической или релятивисткой ) динамике основана Боровская теория водородоподобного атома?

Теория Бора является абсолютно классической.


12) Почему энергия электрона в атоме отрицательная?

Энергия электрона в атоме отрицательная, потому что отрицательна потенциальная электростатическая энергия взаимодействия электрона с ядром.


13)Каковы квантовые числа состояний, переходы с которых дают серию Бальмера?

Переходы из состояния n = 3, 4, … ∞ в состояние n = 2 – образуют серию Бальмера.


14) Длина волны де Бройля?

Если вспомнить, что k = 2π/λ, то получим, что длина волны де Бройля равна p = hk ⇒ λ =h/p Если частица движется с нерелятивистской скоростью, то её импульс равен p = mv. Тогда: λ = h/mv

15)Исходя из примеров, рассмотренных в лекции (пылинка и разогнанный электрон), сформулируйте критерий наблюдения волновых свойств частиц

16) Условие первого дифракционного максимума электронов, отраженных от кристаллической решетки в опыте Дэвиссона и Джермера.

В ходе опыта детектор отраженных электронов перемещали в плоскости падения, меняя угол θ. При угле θ = 50° и ускоряющем напряжении U=54В наблюдался особенно отчётливый максимум отраженных электронов. Этот максимум можно истолковать как интерференционный максимум первого порядка от плоской дифракционной решетки с периодом dsinθ= λ

1. 
   
   Может ли наблюдатель узнать через какую щель прошла частица, не нарушив опыт по интерференции частиц?
   

Нет, такой опыт невозможен, так как на уровне субатомных частиц уже невозможно проводить измерения, не оказывая заметного влияния на объект измерения.

2. 
   
   Может ли частица разделиться и пройти через обе щели?
   

Может, при этом она будет интерферировать сама с собой. Эта интерференция объясняется тем, что частица может проявлять свойство волны де Бройля.


3)Какие выводы следуют из опыта по обнаружению волновых свойств частиц?

Каждая частица обладает свойствами волны, а волны могут проявлять себя как поток частиц.

Для частиц не определено понятие траектории — в принципе, нельзя сказать, по какой траектории частица пришла из одной точки в другую.

4. 
   
   Что включает в себя установка в опыте по дифракции фталоцианина?
   

Вакуумную трубку, стекло с тонким слоем красителя, коллиматорную щель, дифракционную решетку , кварцевое окно, микроскоп для наблюдения.

5) Критерий применения классического или квантовомеханического описания системы


6) Что называется неопределённостью в соотношениях неопределенностей Гейзенберга?

∆𝑥∆𝑝 ≈ ℎ

7) Соотношения неопределённостей Гейзенберга

8) Следствия из принципов Гейзенберга

Невозможны состояния, в которых частица находится в состоянии покоя, так как ∆𝑥 и ∆𝑝 не могут быть одновременно равны нулю.

К квантовому объекту не может быть применено понятие траектории.

Теряет смысл деление полной энергии на кинетическую и потенциальную.


9)Можно ли волновую функцию зарегистрировать непосредственно в эксперименте?

В общем случае волновая функция принимает комплексные значения и её невозможно наблюдать непосредственно в эксперименте.


10)Как вероятность обнаружить частицу в интервале dx вблизи значения х выражается через волновую функцию?


11) Почему интеграл квадрата модуля волновой функции по всей области пространства, где может находится частица, равен 1?

12)Главное уравнение нерелятивистской квантовой механики

Уравнение Шрёдингера.


13) Все волновые функции являются решение уравнения Шрёдингера, чем обуславливается их различие?


14) В каком случае применяется стационарное уравнение Шрёдингера?

Стационарное уравнение Шрёдингера применяется тогда потенциальная энергия частицы не зависит от времени.


15) Почему квантовая механика называется квантовой?

Потому что только в таком случае могут приниматься дискретные значения.


16) Каким требованиям должна удовлетворять волновая функция?

Волновая функция должна быть конечной, однозначной, непрерывной, гладкой (т. е. без изломов).

1) Копенгагенская интерпретация квантовой механики


Квантовые частицы не могут существовать в одном или другом состоянии, они существуют во всех возможных состояниях сразу. Общее количество возможных состояний квантового объекта называется его волновой функцией.


2) Интерпретация Пенроуза;


Волновая функция—это объективная реальность. Это значит, что представляя себе микрочастицы, о них следует думать не как об упругих шариках, а как о некоторых «размазанных» в пространстве субстанциях. Эти субстанции математически описываются волновыми функциями и их поведение полностью детерминировано, никаких вероятностных законов нет.



3)Почему в задаче о частице в бесконечно глубокой потенциальной яме используется стационарное уравнение Шрёдингера?


Т. к. не происходит изменение потенциальной энергии во времени, в таком случае используется стационарное уравнение Шрёдингера.



4) К какому типу относится дифференциальное уравнение в этой задаче?



5) Какие граничные условия в этой задаче?


Вне ямы потенциальная энергия бесконечно велика, поэтому частица там существовать не может. Следовательно, волновая функция должна обращаться в ноль на границах ямы. Ψ(𝑥 = 0) = 0, Ψ(𝑥 = ℓ) = 0



6)Выполнение какого условия для волновой функции приводит к квантованию энергии?



7)Спектр значения энергии у частицы эквидистантный?


Спектр малых колебаний молекулы эквидистантный, т.е. в спектре эти колебания будут представлены единственной линией, соответствующей частоте ω.



8) Как условие нормировки используется для решения задачи?


∫|ψ(x)|^2 dx=a^2 ∫sin^2 (nπ/l x)dx=1



9) Чему равна вероятность нахождения частицы во втором энергетическом состоянии в левой половине ящика?



10) Чему равна вероятность нахождения частицы в первом энергетическом состоянии в правой половине ящика?



11)Почему в задаче о квантовом гармоническом осцилляторе используется стационарное уравнение Шрёдингера?


Согласно правилам построения квантовой механики, чтобы получить квантовый гармонический осциллятор, мы должны подставить выражение для потенциальной энергии в уравнение Шрёдингера. Так как потенциальная энергия не зависит от времени, то задача стационарная.



12) К какому типу относится дифференциальное уравнение в этой задаче?



13)Каков спектр значений энергий квантового гармонического осциллятора?


Спектр эквидистантный, т.е. интервалы между уровнями одинаковые.


14) Нулевая энергия.


Энергия квантового осциллятора никогда не обращается в нуль. При n = 0 энергия осциллятора равна E0 = hω/2. Эта энергия называется нулевой.



15) Спектр энергии каких реальных объектов обладает подобными свойствами?



16) Если квантовая частица налетает на низкий потенциальный барьер, то может ли она отразится от него?


Даже если частица имеет энергию больше, чем высота барьера U0, то существует вероятность, что она отразится от него и полетит назад. Для классической частицы такое невозможно — она обязательно пролетит слева направо.



17) Если частица налетает на высокий потенциальный барьер, то может ли она оказаться в области барьера?


Частица может проникать под барьер. Хотя она рано или поздно отразится, точка отражения не определена.


18) Смысл коэффициентов отражения и пропускания


Коэффициент отражения — это вероятность отражения частицы от барьера. Коэффициент пропускания определяет вероятность проникновения частицы в правую область. По физическому смыслу это вероятность отражения частицы от барьера или пропускания частицы барьером.



19) В чем заключается туннельный эффект?


Туннельный эффект - это способность частицы с ненулевой вероятностью проходить сквозь потенциальный барьер конечной ширины.



20) Какое свойство волновой функции теоретически обосновывает возможность туннельного эффекта?


Пусть частица с энергией E налетает на потенциальный барьер высотой U0 и конечной ширины, причём E < U0. Решение уравнения Шрёдингера оказывается не равным нулю как слева, так и справа от барьера. Это значит, что существует ненулевая вероятность, что частица пройдёт сквозь барьер и окажется за ним.



21) Как влияют ширина и высота потенциального барьера на коэффициент пропускания туннельного эффекта?


1) Среднее значение проекции импульса на направление х. Оператор проекции импульса на направление х;


2) Оператор координаты х. Какие ещё операторы физических величин Вы знаете?

3) Оператор Гамильтона. Смысл стационарного уравнения Шрёдингера.


4) Наложение какого условия на волновую функцию приводит к квантованию проекции момента импульса?

5) Квантовые числа состояний электрона в атоме водорода


6) Какое состояние атома из s,p,d, f… обладает сферически симметричным распределением электрона в пространстве вокруг ядра?


7) Какие из состояний атома из s,p,d, обладает распределением электрона в пространстве вокруг ядра в виде гантели?


8) Какова кратность вырождения состояния 1s (n=1, l=0)?

9)Интерпретация боровского радиуса.


10) Спин. Спиновое квантовое число. Чему равна проекция спина на некоторое направление ?


11) Что определяет квантовое число j?

12) Величина механического момента импульса определяется через постоянную Планка, через какую величину определяют магнитный момент?

13) Правила отбора


14) Какие данные опыта Штерна-Герлаха указывают на квантование магнитного момента атома?

15) Принцип запрета Паули.

16) Характеристики ядра: Z, A, N


17) Какой из изотопов водорода протий, дейтерий или тритий наиболее тяжелый?

18) Энергия связи. Дефект массы ядра.

19)Закон радиоактивного распада