2.7. Атомна фізика

2.7.1. Теорія атома Гідрогену по Бору

1. В чому суть досліду Резерфорда, на основі якого ним була запропонована ядерна (планетарна) модель атома?

2. Яка будова атома згідно ядерної (планетарної) моделі атома.

3. Чому ядерну (планетарну ) модель атома не змогла пояснити кла- сична фізика?

4. В чому суть постулатів Бора? Для чого Бор їх сформулював?

5. Який характер спектру атома Гідрогену? Запишіть узагальнену формулу Бальмера-Рідберга. Який зміст мають числа m і n в цій формулі?

6. Користуючись постулатами Бора, виведіть формули для радіусів стаціонарних електронних орбіт і швидкостей електронів на них.

7. Виведіть за допомогою постулатів Бора формулу для енергії елек- трона на стаціонарних орбітах.

8. Як за допомогою постулатів Бора пояснюється лінійчастий спектр атома?

9. Які основні висновки можна зробити на основі дослідів Франка і Герца?

10. В чому полягають основні недоліки теорії Бора?

2.7.2. Елементи квантової механіки

1. В чому полягає корпускулярно-хвильовий дуалізм властивостей речовини? Що таке хвилі де-Бройля? Чому рівна фазова і групова швидкість хвиль де-Бройля?

2. Якими дослідами були вперше експериментально підтверджені хвильові властивості мікрочастинок? В чому їх суть?

3. Чому для мікрочастинок не можна застосовувати поняття траєкторії? Запишіть і поясніть співвідношення невизначеностей Гейзенберга для координати та імпульсу частинки.

4. Запишіть співвідношення невизначеностей енергії та часу. Як, виходячи з цього співвідношення, пояснити наявність природної ширини спектральних ліній?

5. Що таке хвильова функція? Які її властивості? Що визначає квадрат модуля хвильової функції?

6. Запишіть і поясніть загальне рівняння Шредінгера. Які умови накладаються на хвильову функцію?

7. Виведіть рівняння Шредінгера для стаціонарних станів. Що таке власні значення і власні функції?

8. Проведіть якісний аналіз розв’язку стаціонарного рівняння Шредінгера для частинки, що знаходиться в одномірній прямокутній потенціальній ямі з нескінченно високими стінками.

9. Проведіть якісний аналіз розв’язку стаціонарного рівняння Шредінгера для частинки, що проходить через потенціальний бар’єр прямокутної форми. Що таке тунельний ефект? За якою формулою визначається коефіцієнт прозорості потенціального бар’єра?

10. Запишіть рівняння Шредінгера для квантового осцилятора. Який його енергетичний спектр? Звідки випливає існування нульових коливань? Яка відмінність квантового осцилятора від класичного?

2.7.3. Елементи сучасної фізики атомів і молекул

1. Які квантові числа визначають стан електрона в атомі? Які значення вони можуть приймати?

2. Сформулюйте принцип Паулі і на його основі поясніть розподіл електронів по оболонкам і підоболонкам в атомі. Поясніть періодичність в розташуванні хімічних елементів в таблиці Менделєєва.

3. В чому полягає суть принципу нерозрізнимості тотожніх частинок? Які частинки називаються бозонами? ферміонами? Які хвильові функції описують їх?

4. Яка природа рентгенівського випромінювання? Чому гальмівне рентгенівське випромінювання має суцільний спектр, а характеристичне − лінійчастий?

5. Як пояснити походження короткохвильової границі гальмівного рентгенівського випромінювання? Запишіть і поясніть формулу Мозлі для характеристичного рентгенівського випромінювання?

6. Яка структура енергетичного спектру молекули? Для яких станів речовини характерні лінійчасті, смугасті і суцільні спектри?

7. В чому полягає явище комбінаційного розсіяння світла? Що таке стоксові і антистоксові супутники? Поясніть закономірності комбінаційного розсіювання.

8. На основі квантової теорії поясніть механізм поглинання, спонтанного і вимушеного випромінювання. В чому полягає принцип детальної рівноваги?

9. Чим стан з інверсною заселеністю енергетичних рівнів відрізняється від нормального стану речовини? Як практично реалізувати цей стан?

10. Поясніть принцип дії квантового генератора на прикладі трьохрівневого рубінового лазера.