РАЗДЕЛ 4. ФИЗИКА АТОМОВ И МОЛЕКУЛ.

ТЕМЫ

Тема 1. Атом водорода.

Представление о первоначальной модели Резерфорда- Бора. Атом водорода. Главное квантовое число. Принцип соответствия. Плотность вероятности.

Л. 1: § 5.28; Л. 2: § 14.49.

 

Тема 2. Механические и магнитные моменты электрона и атомов.

Квантовомеханическая модель атома водорода (результат решения уравнения Шредингера). Квантовые числа электрона в атоме водорода. Вырождение уровней. Правило отбора. Спектральные серии атома водорода и водородоподобных атомов.

Л. 1: § 5.28.

 

Тема 3. Эффект Зеемана.

Электронный парамагнитный резонанс. Магнитный момент атома. Атом в магнитном поле. Опыт Штерна и Герлаха. Эффект Зеемана. Электронный парамагнитный резонанс. Радиоспектроскопия.

Л. 1: § 5.34.

 

Тема 4. Принцип Паули. Периодическая система элементов Д.И.Менделеева.

Невырожденные и вырожденные системы. Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме. Оболочка и подоболочка. Периодическая система элементов Д.И.Менделеева.

Л. 1: § 5.36, § 5.37, Л. 2: § 14.51.

 

Тема 5. Виды связей. Энергия молекул.

Гетерополярная и гомеополярная связи. Двухатомная молекула. Схема ее энергетических уровней: электронные термы. Колебательная и вращательная энергии. Схема энергетических уровней двухатомной молекулы.

Л. 1: § 5.39, § 5.40, § 5.41.

 

Тема 6. Спектры атомов и молекул.

Простейший линейчатый спектр атома водорода. Спектральные серии. Вращательные полосы. Колебательно вращательные полосы.

Л. 1: § 5.40.

 

Тема 7. Рентгеновские спектры. Комбинационное рассеивание света.

Характеристическое рентгеновское излучение. Рентгеновские спектры. Закон Мозли. “Красные” и “фиолетовые” спутники при комбинационном рассеянии света. Объяснение их возникновения согласно квантовой теории. Комбинационное рассеяние света и строение молекул.

Л. 1: § 5.38, § 5.41.

 

Тема 8. Вынужденное излучение. Лазеры.

Принцип детального равновесия. Вынужденные, спонтанные и индуцированные переходы. Коэффициенты Эйнштейна. Инверсная населенность уровней. Твердотельный, жидкостный и газовый лазеры. Применение лазеров. Лазерный гироскоп. Эффект Саньяка.

Л. 1: § 5.43, § 5.42.

 

Литература (3, с. 86 –134, 136-155).

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ.

В настоящем разделе представлены атом водорода и водородоподобные атомы как решение уравнений Шредингера. Необходимо четко уяснить, что энергия атома – это энергия электрона в атоме. Здесь впервые вводятся четыре квантовых числа, дается формула кратности вырождения состояния микрочастицы.

На основании принципа Паули и кратности вырождения энергетических уровней трактуется периодическая система элементов Д.И.Менделеева. Дана картина спектров атомов и молекул, особое внимание обращено на различия электронных, колебательных и вращательных спектров. Актуальной и новой является тема 9.8, в которой излагаются принципы устройства и применение в различных областях науки и техники оптических квантовых генераторов - лазеров и мазеров.

 

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ.

Момент импульса электрона (второй постулат Бора):

L = ħп, или mvnrn = ħп,

где m – масса электрона;

v n- скорость электрона на п-й орбите;

rn - радиус п-й стационарной орьиты;

ħ – постоянная Планка (Дирака);

n – главное квантовое число ( n = 1,2, …).

Радиус п-й стационарной орбиты:

rn = a0n2

где а0 – радиус Бора.

Энергия электрона в атоме водорода:

En = Ei/n2,

где Еi – энергия ионизации атома водорода.

Энергия, излучаемая или поглощаемая атомом водорода:

e = ħw = hν= hc/λ = En2 – En1 , или e = Ei (1/n12 – 1/n22),

где n1 и n2 – квантовые числа, соответствующие энергетическим уровням, между которыми совершается переход электрона в атоме.

Спектроскопическое волновое число:

n = 1/l = R(1/n12 – 1/n22),

где l - длина волны излучения или поглощения атомом;

R – постоянная Ридберга.

Следует учесть, что если масса ядра конечна, то постоянная Ридберга вычисляется по формуле

R = m1 e4 /8ε20 h3,

где m1 = mеМ/( mе + М)– приведенная масса ядра и электрона.

 

РАЗДЕЛ 5. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ СТАТИСТИКИ И ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

ТЕМЫ