Міністерство освіти і науки України Сумський державний університет
ФІЗИКА
Конспект лекцій
для студентів напрямів підготовки: 6.050801 “Мікрота наноелектроніка”, 6.050802 “Електронні пристрої та системи”, 6.050701 “Електротехніка та електротехнології”, 6.050201 “Системна інженерія”
усіх форм навчання
Частина 2
Суми “Видавництво СумДУ”
2010
Фізика: Конспект лекцій /Укладач О.В. Лисенко. – Суми: Вид-во СумДУ, 2010. – Ч.2. – 242 с.
Кафедра загальної та теоретичної фізики
|
|
|
ЗМІСТ |
|
|
С. |
|
|
|
|
|
|
|
ПЕРЕДМОВА.............................................................................................................................. |
|
|
|
|
|
8 |
РОЗДІЛ 1 ЕЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ......................................................................................... |
|
|
|
9 |
||
ТЕМА 1 МАГНІТНЕ ПОЛЕ У ВАКУУМІ .............................................................................. |
|
|
9 |
|||
§ 1 Магнітне поле. Дослід Ерстеда. Закон Ампера. Напрям і модуль вектора |
|
|||||
індукції магнітного поля. Принцип суперпозиції [13, 14] ................................................. |
|
|
9 |
|||
§ 2 Сила Лоренца [5]........................................................................................................... |
|
|
|
|
11 |
|
§ 3 Рух зарядженої частинки в однорідному магнітному полі [9].................................... |
|
|
12 |
|||
§ 4 Закон Біо-Савара-Лапласа. Індукція магнітного поля, яке створене відрізком |
|
|||||
із струмом. Індукція нескінченно довгого прямого провідника зі струмом. |
|
|||||
Індукція на осі колового струму [5]................................................................................... |
|
|
17 |
|||
§ 5 Взаємодія |
двох нескінченно |
довгих паралельних провідників. Ампер |
– |
|
||
одиниця вимірювання сили струму [15] ............................................................................ |
|
|
20 |
|||
§ 6 Сила, що діє на контур із струмом в однорідному магнітному полі. Момент |
|
|||||
сил, що діють на контур із струмом у магнітному полі. Вимірювання індукції |
|
|||||
магнітного поля за допомогою контуру зі струмом [5] .................................................... |
|
|
21 |
|||
§ 7 Робота при переміщенні контуру зі струмом у магнітному полі [9] .......................... |
|
24 |
||||
§ 8 Теорема Гаусса для магнітного поля у вакуумі. Теорема про циркуляцію |
|
|||||
вектора магнітної індукції [5] ............................................................................................ |
|
|
|
24 |
||
§ 9 Магнітне поле тороїда. Магнітне поле нескінченного соленоїда [5].......................... |
|
26 |
||||
ТЕМА 2 МАГНІТНЕ ПОЛЕ В РЕЧОВИНІ ........................................................................... |
|
|
28 |
|||
§ 10 Намагнічування речовини. Гіпотеза Ампера. Намагніченість [5] ............................ |
|
28 |
||||
§ 11 Теорема Гаусса для індукції магнітного поля в речовині. Напруженість |
|
|||||
магнітного поля. Теорема про циркуляцію напруженості магнітного поля [5]............... |
|
28 |
||||
§ 12 Магнітна проникність, магнітна сприйнятливість [5] ............................................... |
|
|
31 |
|||
§ 13 Умови для векторів індукції та напруженості магнітного поля на межі двох |
|
|||||
магнетиків [5]...................................................................................................................... |
|
|
|
|
|
33 |
§ 14 Гіромагнітне відношення. Дослід Ейнштейна і де Хааса [5] .................................... |
|
|
34 |
|||
§ 15 Типи магнетиків. Якісне пояснення магнітних властивостей речовини [5]............. |
|
36 |
||||
ТЕМА 3 ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ІНДУКЦІЯ ......................................................................... |
|
|
38 |
|||
§ 16 Досліди Фарадея. Закон Фарадея. Правило Ленца [14]............................................. |
|
|
38 |
|||
§ 17 Електрорушійна сила |
індукції (механізм виникнення) |
у рухомих |
і |
|
||
нерухомих контурах. Максвеллівське трактування закону електромагнітної |
|
|||||
індукції [5, 9]....................................................................................................................... |
|
|
|
|
|
40 |
§ 18 Явище самоіндукції. Індуктивність. Індуктивність довгого соленоїда. ЕРС |
|
|||||
самоіндукції [5]................................................................................................................... |
|
|
|
|
42 |
|
§ 19 Явище взаємної індукції. Взаємна індуктивність. ЕРС взаємної індукції [5] |
.........43 |
|||||
§ 20 Енергія магнітного поля. Енергія соленоїда [5]......................................................... |
|
|
44 |
|||
§ 21 Струм під час замикання та розмикання електричного кола [5]............................... |
|
45 |
||||
ТЕМА 4 РІВНЯННЯ МАКСВЕЛЛА...................................................................................... |
|
|
|
48 |
||
§ 22 Вихрове електричне поле. Інтегральна й диференціальна форма закону |
|
|||||
електромагнітної індукції [5] |
............................................................................................. |
|
|
|
48 |
|
§ 23 Струм зміщення Максвелла [5, 9] .............................................................................. |
|
|
49 |
|||
§ 24 Система |
фундаментальних |
рівнянь Максвелла в |
інтегральній |
і |
|
|
диференціальній формі. Матеріальні рівняння [9]............................................................ |
|
|
52 |
|||
РОЗДІЛ 2 КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ......................................................................................... |
|
|
|
54 |
||
ТЕМА 5 КОЛИВАЛЬНІ ПРОЦЕСИ....................................................................................... |
|
|
|
54 |
||
§ 25 Гармонічні коливання |
та їх |
характеристики. Диференціальне рівняння |
|
|||
гармонічних коливань. Зміна енергії при гармонічному коливанні [5] ........................... |
|
54 |
||||
§ 26 Періоди коливань фізичного, математичного та пружинного маятників [5] |
........... |
56 |
||||
§ 27 Електричний коливальний контур. Частота коливань [5]......................................... |
|
|
59 |
|||
|
|
|
3 |
|
|
|
§ 28 |
Векторна діаграма. Додавання двох гармонічних коливань одного |
|
напрямку й частоти [5] ....................................................................................................... |
60 |
|
§ 29 |
Биття [5]....................................................................................................................... |
62 |
§ 30 |
Додавання взаємно перпендикулярних коливань. Фігури Ліссажу [5] .................... |
63 |
§ 31 |
Диференціальне рівняння загасаючих коливань [5].................................................. |
65 |
§ 32 Розв’язання диференціального рівняння загасаючих коливань. Коефіцієнт загасання, декремент загасання, логарифмічний декремент загасання,
добротність [5].................................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
|
67 |
§ 33 Диференціальне рівняння вимушених коливань та його розв’язання [5] |
.................69 |
||||||||
§ 34 Резонанс. Резонансна частота [5] ............................................................................... |
|
|
|
|
71 |
||||
§ 35 Закон Ома |
для змінних |
струмів. Імпеданс. |
Ємнісний та індуктивний |
||||||
опори [2].............................................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
73 |
ТЕМА 6 ХВИЛЬОВІ ПРОЦЕСИ............................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
77 |
||
§ 36 Хвилі в пружному середовищі. Поперечні та поздовжні хвилі. Довжина |
|||||||||
хвилі. Рівняння біжучої хвилі. Фазова швидкість, хвильове число [5] ............................ |
|
77 |
|||||||
§ 37 Хвильове рівняння. Фазова швидкість поширення хвиль у твердому тілі й |
|||||||||
газі [5].................................................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
|
81 |
§ 38 Густина енергії пружної хвилі [5] .............................................................................. |
|
|
|
|
82 |
||||
§ 39 Вектор Умова. Інтенсивність [5] ................................................................................ |
|
|
|
|
84 |
||||
§ 40 Звукові хвилі та їх застосування. Висота, тембр та гучність звуку. Рівень |
|||||||||
гучності. Ефект Допплера для звукових хвиль [5] ............................................................ |
|
|
|
|
85 |
||||
§ 41 Стоячі хвилі [5] ........................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
88 |
||
§ 42 Хвильовий пакет. Групова швидкість [5] .................................................................. |
|
|
|
|
91 |
||||
§ 43 Хвильове |
рівняння для |
електромагнітної |
хвилі. |
Фазова швидкість |
|||||
поширення електромагнітної хвилі [5] .............................................................................. |
|
|
|
|
93 |
||||
§ 44 Напруженість |
електричних і |
магнітних полів у лінійно |
поляризованій |
||||||
електромагнітній хвилі [5] ................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
94 |
||
§ 45 Вектор Пойтінга [5] .................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
96 |
||
§ 46 Випромінювання диполя [5]....................................................................................... |
|
|
|
|
|
97 |
|||
§ 47 Ефект Допплера для електромагнітних хвиль [5]...................................................... |
|
|
|
99 |
|||||
РОЗДІЛ 3 ХВИЛЬОВА ОПТИКА......................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
100 |
||
ТЕМА 7 ІНТЕРФЕРЕНЦІЯ СВІТЛА ................................................................................... |
|
|
|
|
|
100 |
|||
§ 48 Інтерференція монохроматичного світла від двох джерел. Умови, при яких |
|||||||||
спостерігається |
|
інтерференція |
монохроматичного |
світла. |
Умови |
||||
інтерференційного мінімуму й максимуму [5]................................................................ |
|
|
|
|
100 |
||||
§ 49 Когерентність. |
Механізм |
випромінювання |
світла |
атомами. |
Час |
||||
когерентності. Довжина когерентності. Радіус когерентності [5].................................. |
|
|
103 |
||||||
§ 50 Дослід Юнга. Ширина інтерференційних смуг [10]................................................ |
|
|
|
104 |
|||||
§ 51 Дзеркала Френеля. Ширина інтерференційних смуг [5] ......................................... |
|
|
106 |
||||||
§ 52 Інтерференція |
світла при відбитті від тонких плівок. |
Різниця ходу |
|||||||
променів. Смуги рівного нахилу. Смуги рівної товщини [5].......................................... |
|
|
107 |
||||||
§ 53 Кільця Ньютона. Радіуси темних і світлих кілець [5] ............................................. |
|
|
|
108 |
|||||
ТЕМА 8 ДИФРАКЦІЯ СВІТЛА........................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
110 |
||
§ 54 Принцип Гюйгенса-Френеля [5]............................................................................... |
|
|
|
|
110 |
||||
§ 55 Метод зон Френеля. Радіус зони Френеля. Амплітуда коливань світлової |
|||||||||
хвилі від точкового ізотропного джерела [5] .................................................................. |
|
|
|
|
111 |
||||
§ 56 Дифракція Френеля на круглому отворі. Амплітуда світлового вектора в |
|||||||||
центрі дифракційної картини. Характер дифракційної картини [5]............................... |
|
115 |
|||||||
§ 57 Дифракція Френеля на круглому диску. Амплітуда світлового вектора в |
|||||||||
центрі дифракційної картини. Характер дифракційної картини [5]............................... |
|
117 |
|||||||
§ 58 Дифракція |
Фраунгофера |
на |
щілині. Амплітуда й |
інтенсивність |
світла, |
||||
максимуми й мінімуми [5]................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
118 |
||
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
§ 59 Дифракція |
Фраунгофера на |
дифракційних |
решітках. |
Амплітуда |
й |
|
інтенсивність світла, максимуми й мінімуми [5] ............................................................ |
|
|
121 |
|||
§ 60 Дисперсія і роздільна здатність дифракційних решіток. Роздільна здатність |
||||||
об'єктива [5] ...................................................................................................................... |
|
|
|
|
124 |
|
§ 61 Дифракція |
на просторових |
структурах. |
Закон |
Вульфа-Брегга. |
||
Рентгенівська спектроскопія. Рентгеноструктурний аналіз [5] ...................................... |
|
126 |
||||
ТЕМА 9 ПОЛЯРИЗАЦІЯ СВІТЛА ...................................................................................... |
|
|
|
129 |
||
§ 62 Поляризоване й природне світло. Поляризатор. Ступінь поляризації [5] .............. |
129 |
|||||
§ 63 |
Закон Малюса. Проходження природного світла через поляризатор [5] ............... |
131 |
||||
§ 64 |
Поляризація світла при відбитті та заломленні. Закон Брюстера [5]...................... |
132 |
||||
§ 65 |
Явище подвійної променезаломлюваності. Призма Ніколя. Чвертьхвильова |
|||||
пластинка. Явище дихроїзму [5, 10] ................................................................................ |
|
|
|
133 |
||
ТЕМА 10 ПОШИРЕННЯ СВІТЛА В РЕЧОВИНІ ............................................................... |
|
|
136 |
|||
§ 66 |
Дисперсія світла. Аномальна та нормальна дисперсія. Показник |
|||||
заломлення світла з погляду електронної теорії речовини [5]........................................ |
|
136 |
||||
РОЗДІЛ 4 КВАНТОВА ПРИРОДА ВИПРОМІНЮВАННЯ ............................................. |
|
139 |
||||
ТЕМА 11 ТЕПЛОВЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ ...................................................................... |
|
|
139 |
|||
§ 67 Теплове випромінювання, енергетична світність, поглинальна здатність та |
|
|||||||
випромінювальна здатність абсолютно чорного тіла. Зв’язок між |
|
|||||||
випромінювальною здатністю як функцією частоти та випромінювальною |
|
|||||||
здатністю як функцією довжини хвилі [6]....................................................................... |
|
|
139 |
|||||
§ 68 Закон Кірхгофа. |
Універсальна |
функція Кірхгофа. Експериментальне |
|
|||||
дослідження універсальної функції Кірхгофа [6]............................................................ |
|
|
140 |
|||||
§ 69 Закон Стефана-Больцмана, формула Віна, закон зміщення Віна [6] ...................... |
|
142 |
||||||
§ 70 Формула Релея-Джинса. Ультрафіолетова катастрофа [6]...................................... |
|
143 |
||||||
§ 71 Гіпотеза Планка. Формула Планка [6] ..................................................................... |
|
|
146 |
|||||
ТЕМА 12 ФОТОНИ .............................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
148 |
§ 72 Гальмівне |
рентгенівське |
випромінювання. |
Короткохвильова |
межа |
|
|||
рентгенівського випромінювання [6]............................................................................... |
|
|
|
148 |
||||
§ 73 Зовнішній фотоефект. |
Закони |
фотоефекту. |
Формула Ейнштейна |
для |
|
|||
фотоефекту [6] .................................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
|
149 |
§ 74 Фотони. Дослід |
Боте. |
Властивості фотонів. |
Корпускулярно-хвильовий |
|
||||
дуалізм світла [6] |
.............................................................................................................. |
|
|
|
|
|
|
152 |
§ 75 Ефект Комптона. Зміна довжини хвилі фотона при його розсіюванні на |
|
|||||||
електроні [6]...................................................................................................................... |
|
|
|
|
|
|
|
153 |
РОЗДІЛ 5 ЕЛЕМЕНТИ АТОМНОЇ ФІЗИКИ ТА КВАНТОВОЇ МЕХАНІКИ |
............... |
156 |
||||||
ТЕМА 13 БОРІВСЬКА ТЕОРІЯ АТОМА ............................................................................ |
|
|
|
156 |
||||
§ 76 Дослід Резерфорда. Ядерна модель атома. Залежність кількості α-частинок |
|
|||||||
в одиниці тілесного кута від кута розсіяння. Проблема стабільності атома з |
|
|||||||
точки зору ядерної моделі атома [6] ................................................................................ |
|
|
|
156 |
||||
§ 77 Постулати Бора. Правило квантування орбіт. Досліди Франка й Герца [6]........... |
159 |
|||||||
§ 78 Спектральні |
закономірності |
у |
випромінюванні атома водню. Терми. |
|
||||
Комбінаційний принцип Рітца [6].................................................................................... |
|
|
|
|
161 |
|||
§ 79 Борівська теорія воднеподібного атома. Узагальнена формула Бальмера. |
|
|||||||
Стала Рідберга. Недоліки теорії Бора [3]......................................................................... |
|
|
162 |
|||||
ТЕМА 14 ХВИЛЬОВІ ВЛАСТИВОСТІ МІКРОЧАСТИНОК............................................. |
|
164 |
||||||
§ 80 Гіпотеза де Бройля. Довжина хвилі де Бройля для електрона, що вільно |
|
|||||||
рухається [6, 11]................................................................................................................ |
|
|
|
|
|
|
|
164 |
§ 81 Досліди Девісона й Джермера. Досліди Томсона й Тартаковського [3] |
................ |
165 |
||||||
§ 82 Статистична інтерпретація хвиль де Бройля [11].................................................... |
|
167 |
||||||
§ 83 Співвідношення невизначеностей Гейзенберга [11] ............................................... |
|
168 |
||||||
ТЕМА 15 КВАНТУВАННЯ ФІЗИЧНИХ ВЕЛИЧИН ......................................................... |
|
|
170 |
|||||
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|