Министерство образования российской федерации ставропольский государственный университет «общая физика» (учебно-методическое пособие) (стр. 21 из 23)
16. Поток частиц с энергией E рассеивается на прямоугольной потенциальной ступеньке высотой V0. Определить вероятности прохождения и отражения.
Ответ: T = 0, R =1 при E < V0
T = 4k1k2/(k1 + k2)2, R = (k1 - k2)2/(k1 + k2)2 при E > V0,
где k1 = (2mE)1/2/
, k1 = [2m(E - V0]1/2/ 17. Определить все возможные термы в конфигурациях из двух неэквивалентных и двух эквивалентных р - электронов.
Ответ: 1,3SPD; 1SD, 3P
18. Напишите электронные конфигурации первых десяти элементов таблицы Менделеева. Воспользовавшись правилами Хунда, определите их основные термы.
Ответ: (1s1)2S1/2; (1s1)1S0; (1s22s1)2S1/2; (1s22s2)1S0; (1s22s22p1)2P1/2; (1s22s22p2)3P0; (1s22s22p3)4S3/2; (1s22s22p4)3P2; (1s22s22p5)2P3/2; (1s22s22p6)1S0.
19. Укажите переходы, образующие тонкую структуру головной линии серии Бальмера в спектре атома водорода.
Ответ: 3p1/2,3/2
2s1/2, 3s1/2 2p1/2,3/2, 3d3/2 2p1/2,3/2, 3d5/2 2p,3/2.20. Сколько компонент имеет сверхтонкая структура основного состояния атома водорода? Оценить величину расщепления.
Ответ: две компоненты, D
~ 10 см-121. Нарисовать схему расщепления возможные переходы между уровнями термов 2P и 2S в слабом и сильном магнитном поле. В сильном поле LS взаимодействием пренебречь.
22. На сколько компонент расщепится пучок атомов бора, находящихся в основном состоянии, в эксперименте Штерна и Герлаха в случае слабого и сильного магнитных полей. В сильном поле LS взаимодействием пренебречь.
Ответ: 2 - в слабом, 5 - в сильном поле
VI. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЧАСТИЦ
Темы семинаров по курсу ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЧАСТИЦ.
Тема 1: Введение. Основные этапы развития физики атомного ядра и частиц. Масштабы явлений микромира.
Вопросы для самопроверки:
1. Зарисуйте схемы временных и пространственных масштабов макро- и микромира. Приведите примеры.
2. Оцените характерные радиусы каждого из четырех фундаментальных взаимодействий.
Домашнее задание:
[VI.5. Гл.1] № 1.1-1.5
Тема 2: Свойства атомных ядер (2 ч). Опыт Резерфорда. Размеры ядер. Ядро как совокупность протонов и нейтронов. Распределение заряда в ядре. Масса и энергия связи ядра. Стабильные и радиоактивные ядра. Квантовые характеристики ядерных состояний. Спин ядра. Статические мультипольные моменты ядер.
Вопросы для самопроверки:
1. Техника эксперимента в опыте Резерфорда. Вывод формулы дифференциального сечения рассеяния.
2. Эксперимент Чедвика по определению массы нейтрона. Результаты эксперимента.
Домашнее задание:
[0.9.] № 10.1, 10.6, 10.7, 10.10, 10.13, 10.14, 10.15.
Тема 3: Радиоактивность (6 ч). Закон радиоактивного распада. Статистический характер распада. Радиоактивные семейства. Искусственная радиоактивность. Виды распада. a -Распад. Туннельный эффект. Зависимость периода a -распада от энергии a -частиц. b -Распад. Экспериментальное доказательство существования нейтрино. Разрешенные и запрещенные b -переходы. Несохранение четности в b -распаде. g -излучение ядер. Электрические и магнитные переходы. Ядерная изомерия. Внутренняя конверсия. Эффект Мёссбауэра.
Вопросы для самопроверки:
1. Установить связь между среднем временем жизни t радиоактивного ядра и постоянной распада.
2. Природа длиннопробежных a-частиц.
Домашнее задание:
[0.1.] № 6.245, 6.248, 6.250, 6.257, 6.261, 6.265, 6.269.
[0.9.] № 11.28, 11.36, 11.82, 11.18.
Тема 4: Нуклон-нуклонное взаимодействие и свойства ядерных сил (4 ч). Система двух нуклонов. Дейтрон - связанное состояние в n-р системе. Нуклон-нуклонное рассеяние. Спиновая зависимость ядерных сил. Тензорный характер ядерных сил. Зарядовая независимость ядерных сил. Изоспин. Обменный характер ядерных сил. Мезонная теория нуклон-нуклонного взаимодействия.
Вопросы для самопроверки:
Решение уравнения Шредингера для системы двух связанных частиц – протона и нейтрона. Проанализируйте решение и сделайте выводы.
Домашнее задание:
[VI.5; Ч.IV. Гл.12] № 12.1-12.3, 12.13, 12.14, 12.16-12.21, 12.39.
Тема 5: Модели атомных ядер (2 ч). Микроскопические и коллективные модели. Модель Ферми-газа. Физическое обоснование оболочечной модели ядра. Потенциал среднего ядерного поля. Спин-орбитальное взаимодействие. Одночастичные состояния в ядерном потенциале. Коллективные свойства ядер. Модель жидкой капли. Полуэмпирическая формула энергии связи ядра. Деформация ядер. Колебательные и вращательные состояния ядер. Обобщенная модель ядра.
Вопросы для самопроверки:
1. Охарактеризуйте экспериментальные основания модели оболочек.
2. Обсудите преимущества и недостатки капельной модели ядра.
Домашнее задание:
[0.9.] № 10.16, 10.17, 10.30, 10.31, 10.36, 10.37.
Тема 6: Ядерные реакции (8 ч). Методы изучения ядерных реакций. Детекторы частиц. Принципы работы ускорителей. Сечения реакций. Каналы реакций. Законы сохранения в ядерных реакциях. Кинематика ядерных реакций. Механизмы ядерных реакции. Модель составного ядра. Резонансные ядерные реакции. Формула Брейта-Вигнера. Прямые ядерные реакции. Оптическая модель ядра. Взаимодействие фотонов и электронов с ядрами. Деление ядер. Деление изотопов урана нейтронами. Цепная реакция деления. Ядерные взрывы. Ядерные реакторы. Реакции синтеза лёгких ядер. Термоядерная энергия. Трансурановые элементы. Сверхтяжёлые ядра.
Вопросы для самопроверки:
При помощи капельной модели ядра получите формулу для энергии деления и расcчитайте энергию, выделяемую при делении ядра
.Домашнее задание:
[0.1.] № 6.274, 6.279, 6.280, 6.283, 6.287, 6.289, 6.304, 6.313, 6.314, 6.315.
[0.9.] № 13.10, 13.16, 13.21, 13.22, 14.17, 14.21, 14.30.
Тема 7: Взаимодействие ядерного излучения с веществом (6 ч). Взаимодействие заряженных частиц со средой. Потери энергии на ионизацию и возбуждение атомов. Пробеги заряженных частиц. Взаимодействие нейтронов с веществом. Замедление нейтронов. Прохождение g -излучения через вещество. Биологическое действие излучения и защита от него.
Вопросы для самопроверки:
Домашнее задание:
[0.9.] № 12.3-12.12.5, 12.8-12.10, 12.17, 12.18, 12.34, 12.36, 12.39, 12.41, 12.43, 12.47, 12.49, 12.58, 12.62, 14.32, 14.48, 14.49, 14.50, 14.51, 14.60, 14.64, 14.66.
Тема 8: Частицы и взаимодействия (2 ч). Четыре типа фундаментальных взаимодействий. Константы и радиусы взаимодействий. Принципы описания взаимодействий частиц в квантовой теории поля. Переносчики взаимодействий. Понятие о диаграммах Фейнмана. Основные характеристики частиц. Классификация частиц. Калибровочные бозоны, лептоны и адроны. Фундаментальные частицы. Квантовые числа частиц и законы сохранения. Античастицы. Возбужденные состояния адронов. Резонансы.
Вопросы для самопроверки:
Какими методами можно определить массы: мюона, заряженного иона, заряженного каона, заряженной s-частицы.
Домашнее задание:
[VI.5. Ч.II. Гл. 5] № 5.1, 5.7, 5.11, 5.20, 5.21, 5.30, 5.33
Тема 9: Эксперименты в физике высоких энергий (2 ч). Экспериментальные методы физики высоких энергий. Ускорители. Встречные пучки. Пучки вторичных частиц. Детекторы. Реакции с частицами. Взаимопревращения и распады частиц.
Вопросы для самопроверки:
В основу действия наиболее мощных современных ускорителей положен принцип фокусировки. В чем существо этого принципа? Каковы его преимущества?
Домашнее задание:
[0.9.] № 17.33, 17.42, 17.45, 17.52, 16.21, 16.22, 16.28.
Тема 10: Электромагнитные взаимодействия (2 ч). Основные свойства электромагнитного взаимодействия. Испускание и поглощение фотонов. Электромагнитное рассеяние лептонов. Взаимодействие фотонов с адронами. Векторные мезоны. Упругое рассеяние электронов. Формула Мотта. Формфакторы нуклонов и частиц.
Вопросы для самопроверки:
[VI. Ч.II. Гл.6] № 6.5, 6.6, 6.8, 6.10
Домашнее задание:
[0.1.] № 6.336
Тема 11:Сильные взаимодействия (2 ч). Классификация адронов. Барионы и мезоны. Супермультиплеты адронов. Странность и другие адронные квантовые числа. Глубоконеупругие процессы. Кварки. Глюоны. Кварковая модель адронов. Тяжелые кварки c, b и t. Цвет кварков и глюонов. Потенциал сильного взаимодействия. Асимптотическая свобода и невылетание кварков (конфайнмент).
Вопросы для самопроверки:
Домашнее задание:
[0.1.] № 6.335, 6.337, 6.338, 6.339, 6.340, 6.341
[0.9.] № 16.42, 16.43, 16.44, 16.45, 16.46, 16.47, 16.49, 16.50.
Тема 12: Слабые взаимодействия (2 ч). Основные характеристики слабого взаимодействия. Распады мюона и t -лептона. Лептоны и лептонные квантовые числа. Промежуточные бозоны W, Z. Законы сохранения в слабых взаимодействиях. Слабые распады лептонов и кварков. Нейтрино и антинейтрино. Взаимодействие нейтрино с веществом. Масса нейтрино.
Вопросы для самопроверки:
[VI.5. Ч.IV. Гл.11] № 11.1, 11.4, 11.5