Трофимова Т.И. Курс физики
Подождите немного. Документ загружается.
(274.2)
Особенности поведения гиперонов и К-мезонов были объяснены в 1955 г. М. Гелл-Манном с помощью
квантового числа — странности S, которая сохраняется в процессах сильного и электромагнитного
взаимодействий. Если приписать каонам S=1, а
0
- и -гиперонам S=–1 и считать, что у нуклонов и
-мезонов S=0, то сохранение суммарной странности частиц в сильном взаимодействии объясняет
как совместное рождение
0
-гиперона с К
0
-мезоном, так и невозможность распада частиц с не
равной нулю странностью за счет сильного взаимодействия на частицы, странность которых равна
нулю. Реакция (274.2) идет с нарушением странности, поэтому она не может происходить в
результате сильного взаимодействия. -Гиперонам, которые рождаются совместно с двумя каонами,
приписывают S= –2; -гиперонам — S=–3.
Из закона сохранения странности следовало существование частиц, таких, как
0
~
K
-мезон,
0
-,
0
-
гипероны, которые впоследствии были обнаружены экспериментально. Каждый гиперон имеет свою
античастицу.
Элементарным частицам приписывают еще одну квантово-механическую величину — четность Р —
квантовое число, характеризующее симметрию волновой функции элементарной частицы (или
системы элементарных частиц) относительно зеркального отражения. Если при зеркальном
отражении волновая функция частицы не меняет знака, то четность частицы Р=+1 (четность
положительная), если меняет знак, то четность частицы Р= –1 (отрицательная).
Из квантовой механики вытекает закон сохранения четности, согласно которому при всех
превращениях, претерпеваемых системой частиц, четность состояния не изменяется. Сохранение
четности связано со свойством зеркальной симметрии пространства и указывает на инвариантность
законов природы по отношению к замене правого левым, и наоборот. Однако исследования распадов
К-мезонов привели американских физиков Т. Ли и Ч. Янга (1956 г.; Нобелевская премия 1957 г.) к
выводу о том, что в слабых взаимодействиях закон сохранения четности может нарушаться. Целый
ряд опытов подтвердили это предсказание. Таким образом, закон сохранения четности, как и закон
сохранения странности, выполняется только при сильных и электромагнитных взаимодействиях.
§ 275. Классификация элементарных частиц. Кварки
В многообразии элементарных частиц, известных к настоящему времени, обнаруживается более или
менее стройная система классификации. Для ее пояснения в табл. 8 представлены основные
характеристики рассмотренных выше элементарных частиц. Характеристики античастиц не
приводятся, поскольку, как указывалось в § 273, модули зарядов и странности, массы, спины,
изотопические спины и время жизни частиц и их античастиц одинаковы, они различаются лишь
знаками зарядов и странности, а также знаками других величии, характеризующих их электрические
(а следовательно, и магнитные) свойства. В таблице нет также античастиц фотона и
0
-и
0
-мезонов,
так как антифотон и антипи-ноль- и антиэта-ноль-мезоны тождественны с фотоном и
0
- и
0
-
мезонами.
В табл. 8 элементарные частицы объединены в три группы (см. § 272): фотоны, лептоны и адроны.
Элементарные частицы, отнесенные к каждой из этих групп, обладают общими свойствами и
характеристиками, которые отличают их от частиц другой группы.
К группе фотонов относится единственная частица — фотон, который переносит электромагнитное
взаимодействие. В электромагнитном взаимодействии участвуют в той или иной степени все
частицы, как заряженные, так и нейтральные (кроме нейтрино).
К группе лептонов относятся электрон, мюон, таон, соответствующие им нейтрино, а также их
античастицы. Все лептоны имеют спин, равный ½, и, следовательно, являются фермионами (см. §
226), подчиняясь статистике Ферми — Дирака (см. § 235).
Таблица 8
391
Поскольку лептоны в сильных взаимодействиях не участвуют, изотопический спин им не
приписывается. Странность лептонов равна нулю.
Элементарным частицам, относящимся к труппе лептонов, приписывают так называемое лептонное
число (лептонный заряд) L. Обычно принимают, что L=+1 для лептонов (е
–
,
–
,
–
,
e
,
,
), L=–1
для антилептонов (е
+
,
+
,
+
,
e
~
,
~
,
~
) и L=0 для всех остальных элементарных частиц. Введение
L позволяет сформулировать закон сохрания лептонного числа: в замкнутой системе при всех без
исключения процессах взаимопревращаемости элементарных частиц лептонное число сохраняется.
Теперь понятно, почему при распаде (258.1) нейтральная частица названа антинейтрино, а при распаде
(263.1) — нейтрино. Taк как у электрона и нейтрино L= +1, а у позитрона и антинейтрино L= –1, то
закон сохранения лептонного числа выполняется лишь при условии, что антинейтрино возникает
вместе с электроном, а нейтрино — с позитроном.
Основную часть элементарных частиц составляют адроны. К группе адронов относятся пионы, каоны,
-мезон, нуклоны, гипероны, а также их античастицы (в табл. 8 приведены не все адроны).
Адронам приписывают барионное число (барионный заряд) В. Адроны с В=0 образуют подгруппу
мезонов (пионы, каоны, -мезон), а адроны с В= +1 образуют подгруппу барионов (от греч. «барис»
— тяжелый; сюда относятся нуклоны и гипероны). Для лептонов и фотона В=0. Если принять для
барионов В=+1, для антибарионов (антинуклоны, автигипероны) В=–1, а для всех остальных частиц
В=0, то можно сформулировать закон сохранения барионного числа: в замкнутой системе при всех
процессах взаимопревращаемости элементарных частиц барионное число сохраняется.
Из закона сохранения барионного числа следует, что при распаде бариона наряду с другими частицами
обязательно образуется барион. Примерами сохранения барионного числа являются реакции (273.1)
—(273.5). Барионы имеют спин, равный ½ (только спин
–
-гиперона равен
3
/
2
), т. е. барионы, как и
лептоны, являются фермионами.
392
Странность S для различных частиц подгруппы барионов имеет разные значения (см. табл. 8).
Мезоны имеют спин, равный нулю, и, следовательно, являются бозонами (см. § 226), подчиняясь
статистике Бозе — Эйнштейна (см. § 235). Для мезонов лептонные и барионные числа равны нулю.
Из подгруппы мезонов только каоны обладают S=+1, а пионы и -мезоны имеют нулевую
странность.
Подчеркнем еще раз, что для процессов взаимопревращаемости элементарных частиц, обусловленных
сильными взаимодействиями, выполняются все законы сохранения (энергии, импульса, момента
импульса, зарядов (электрического, лептонного и барионного), изоспина, странности и четности). В
процессах, обусловленных слабыми взаимодействиями, не сохраняются только изоспин,
странность и четность.
В последние годы увеличение числа элементарных частиц происходит в основном вследствие
расширения группы адронов.
Поэтому развитие работ по их классификации все время сопровождалось поисками новых, более
фундаментальных частиц, которые могли бы служить базисом для построения всех адронов.
Гипотеза о существовании таких частиц, названных кварками, была высказана независимо друг от
друга (1964) австрийским физиком Дж. Цвейгом (р. 1937) и Гелл-Манном.
Название «кварк» заимствовано из романа ирландского писателя Дж. Джойса «Поминки по Финнегану»
(герою снится сон, в котором чайки кричат: «Три кварка для мастера Марка»).
Согласно модели Гелл-Манна — Цвейга, все известные в то время адроны можно было построить,
постулировав существование трех типов кварков (и, d, s) и соответствующих антикварков (
u
~
,
d
~
,
s
~
), если им приписать характеристики, указанные в табл. 9 (в том числе дробные электрические и
барионные заряды). Самое удивительное (почти невероятное) свойство кварков связано с их
электрическим зарядом, поскольку еще никто не находил частицы с дробным значением
элементарного электрического заряда. Спин кварка равен ½, поскольку только из фермионов можно
«сконструировать» как фермионы (нечетное число фермионов), так и бозоны (четное число
фермионов).
Адроны строятся из кварков следующим образом: мезоны состоят из пары кварк — антикварк, барионы
— из трех кварков (антибарион — из трех антикварков). Так, например, пион
+
имеет кварковую
структуру
du
~
, пион
–
—
du
~
, каон К
+
—
sd
~
, протон — uud, нейтрон — udd,
+
-гиперон — uus,
0
-гиперон — uds и т. д.
Во избежание трудностей со статистикой (некоторые бариоиы, например
–
-гиперон, состоят из трех
одинаковых кварков (sss), что запрещено принципом Паули; см. § 227) на данном этапе
предполагают, что каждый кварк (антикварк) обладает специфической квантовой характеристикой —
—цветом: «желтым», «синим» и «красным». Тогда, если кварки имеют неодинаковую «окраску»,
принцип Паули не нарушается.
Углубленное изучение модели Гелл-Манна — Цвейга, а также открытие в 1974 г. истинно нейтрального
джей-пси-мезона (J/) массой около 6000m
e
со временем жизни примерно 10
–20
с и спином, равным
единице, привело к введению нового кварка — так называемого с-кварка и новой сохраняющейся
величины — «очарования» (от англ. charm).
Подобно странности и четности, очарование сохраняется в сильных и электромагнитных
взаимодействиях, но не сохраняется в слабых. Закон сохранения очарования объясняет относительно
долгое время жизни J/-мезона. Основные характеристики с-кварка приведены в табл. 9.
Таблица 9
Частице J/ приписывается кварковая структура сс. Структура
cc
~
называется чармонием —
атомоподобная система, напоминающая позитроний (связанная водородоподобная система,
состоящая из электрона и позитрона, движущихся вокруг общего центра масс).
Кварковая модель оказалась весьма плодотворной, она позволила определить почти все основные кван-
товые числа адронов. Например, из этой модели, поскольку спин кварков равен ½ следует
393
целочисленный (нулевой) спин для мезонов и полуцелый — для барионов в полном соответствии с
экспериментом. Кроме того, эта модель позволила предсказать также и новые частицы, например
–
-
гиперон. Однако при использовании этой модели возникают и трудности. Кварковая модель не
позволяет, например, определить массу адронов, поскольку для этого необходимо знание динамики
взаимодействия кварков и их масс, которые пока неизвестны.
В настоящее время признана точка зрения, что между лептонами и кварками существует симметрия:
число лептонов должно быть равно числу типов кварков. В 1977 г. был открыт сверхтяжелый мезон
массой около 20 000m
e
, который представляет собой структуру из кварка и антикварка нового типа
— b-кварка (является носителем сохраняющейся в сильных взаимодействиях величины, названной
«прелестью» (от англ. beauty)). Заряд b-кварка равен –
1
/
3
. Предполагается, что существует и шестой
кварк t с зарядом +
2
/
3
, который уже решено назвать истинным (от англ. truth — истина), подобно
тому как с-кварк называют очарованным, b-кварк — прелестным. В физике элементарных частиц
введен «аромат» — характеристика типа кварка (и, d, s, с, b, t?), объединяющая совокупность
квантовых чисел (странность, очарование, прелесть и др.), отличающих один тип кварка от другого,
кроме цвета. Аромат сохраняется в сильных и электромагнитных взаимодействиях. Является ли
схема из шести лептонов и шести кварков окончательной или же число лептонов (кварков) будет
расти, покажут дальнейшие исследования.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итак, изложение курса физики закончено. Начав его детальное изучение с физических основ механики,
мы последовательно рассмотрели основы молекулярной физики и термодинамики, учение об
электричестве и электромагнетизме, колебания и волны, оптику, элементы квантовой физики и
физики твердого тела, физики ядра и элементарных частиц. Приведенный перечень разделов,
изложенных в курсе, позволяет проследить логику развития физики и эволюцию ее идей, а также
представить основные периоды и этапы ее становления.
Со времени выхода в свет труда И. Ньютона «Математические начала натуральной философии» (1687),
в котором он сформулировал три основных закона механики и закон всемирного тяготения, прошло
более трехсот лет. За это время физика прошла путь от макроскопического уровня изучения явлений
до исследования материи на уровне элементарных частиц.
Однако, несмотря на огромные успехи, которых физика достигла за это время и особенно в XX
столетии, современная физика и астрофизика стоят перед целым рядом нерешенных проблем.
Например, проблемы физики плазмы — разработка методов разогрева плазмы до примерно 10
9
К и ее
удержание в течение времени, достаточного для протекания термоядерной реакции; квантовой
электроники — существенное повышение к.п.д. лазеров, расширение диапазона длин волн лазерного
излучения с плавной перестройкой по частоте и т. д.; физики твердого тела — получение материалов
с наперед заданными свойствами и, в частности, с экстремальными параметрами по большому
«спектру» характеристик, создание высокотемпературных сверхпроводников и т. д.; физики
атомного ядра — осуществление управляемого термоядерного синтеза, поиск долгоживущих
элементов с Z = 114126, предсказанных теорией, построение теории сильных взаимодействий и
т.д.; физики элементарных частиц — доказательство реальности существования кварков и глюонов
(частиц, осуществляющих взаимодействие между кварками), построение квантовой теории тяготения
и т. д.; астрофизики — природа квазаров (мощных внегалактических источников электромагнитного
излучения), причины вспышек сверхновых звезд, состояние материи при огромных плотностях и
давлениях внутри нейтронных звезд и т.д. Поставленные проблемы требуют дальнейшего
разрешения.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.......................................................................................................................................................2
Введение.............................................................................................................................................................2
Предмет физики и ее связь с другими науками...........................................................................................2
Единицы физических величин......................................................................................................................3
394
1 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ.........................................................................................................4
Глава 1 Элементы кинематики.........................................................................................................................4
§ 1. Модели в механике. Система отсчета. Траектория, длина пути, вектор перемещения...................4
§ 2. Скорость...................................................................................................................................................6
§ 3. Ускорение и его составляющие.............................................................................................................7
§ 4. Угловая скорость и угловое ускорение.................................................................................................9
Глава 2 Динамика материальной точки и поступательного движения твердого тела.............................11
§ 5. Первый закон Ньютона. Масса. Сила..................................................................................................11
§ 6. Второй закон Ньютона..........................................................................................................................11
§ 7. Третий закон Ньютона..........................................................................................................................13
§ 8. Силы трения...........................................................................................................................................13
§ 9. Закон сохранения импульса. Центр масс............................................................................................14
§ 10. Уравнение движения тела переменной массы..................................................................................16
Глава 3 Работа и энергия.................................................................................................................................17
§11. Энергия, работа, мощность.................................................................................................................17
§ 12. Кинетическая и потенциальная энергии...........................................................................................18
§ 13. Закон сохранения энергии..................................................................................................................20
§ 14. Графическом представление энергии................................................................................................22
§ 15. Удар абсолютно упругих и неупругих тел........................................................................................23
Глава 4 Механика твердого тела....................................................................................................................27
§ 16. Момент инерции..................................................................................................................................27
§ 17. Кинетическая энергия вращения.......................................................................................................28
§ 18. Момент силы. Уравнение динамики вращательного движения твердого тела.............................28
§ 19. Момент импульса и закон то сохранения.........................................................................................29
§ 20. Свободные оси. Гироскоп...................................................................................................................32
§ 21. Деформации твердого тела.................................................................................................................34
Глава 5 Тяготение. Элементы теории поля...................................................................................................36
§ 22. Законы Кеплера. Закон всемирного тяготения.................................................................................36
§ 23. Сила тяжести и вес. Невесомость......................................................................................................37
§ 24. Поле тяготения и то напряженность..................................................................................................38
§ 25. Работа в поле тяготения. Потенциал поля тяготения......................................................................38
§ 26. Космические скорости........................................................................................................................40
§ 27. Неинерциальные системы отсчета. Силы инерции..........................................................................40
Глава 6 Элементы механики жидкостей........................................................................................................44
§ 28. Давление в жидкости и газе................................................................................................................44
§ 29. Уравнение неразрывности..................................................................................................................45
§ 30. Уравнение Бернулли и следствия из него.........................................................................................46
§ 31. Вязкость (внутреннее трение). Ламинарный и турбулентный режимы течения жидкостей.......48
§ 32. Методы определения вязкости...........................................................................................................50
§ 33. Движение тел в жидкостях и газах....................................................................................................51
Глава 7 Элементы специальной (частной) теории относительности..........................................................53
§ 34. Преобразования Галилея. Механический принцип относительности...........................................53
§ 35. Постулаты специальной (частной) теории относительности..........................................................54
§ 36. Преобразования Лоренца....................................................................................................................55
§ 37. Следствия из преобразований Лоренца.............................................................................................56
§ 38. Интервал между событиями...............................................................................................................59
§ 39. Основной закон релятивистской динамики материальной точки..................................................60
§ 40. Закон взаимосвязи массы и энергии..................................................................................................61
2 ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ.............................................................63
Глава 8 Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов....................................................................63
§ 41. Статистический и термодинамический методы. Опытные законы идеального газа....................63
§ 42. Уравнение Клапейрона — Менделеева.............................................................................................66
§ 43. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеальных газов..................................67
§ 44. Закон Максвелла о распределении молекул идеального газа по скоростям и энергиям
теплового движения.....................................................................................................................................69
395
§ 45. Барометрическая формула. Распределение Больцмана...................................................................71
§ 46. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул...............................72
§ 47. Опытное обоснование молекулярно-кинетической теории............................................................73
§ 48. Явления переноса в термодинамически неравновесных системах................................................74
§ 48. Вакуум и методы его получения. Свойства ультраразреженных газов.........................................76
Глава 9 Основы термодинамики....................................................................................................................78
§ 50. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням
свободы молекул..........................................................................................................................................78
§ 51. Первое начало термодинамики..........................................................................................................79
§ 52. Работа газа при изменении его объема..............................................................................................80
§ 53. Теплоемкость.......................................................................................................................................81
§ 54. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам.......................................................82
§ 55. Адиабатический процесс. Политропный процесс............................................................................84
§ 56. Круговой процесс (цикл). Обратимые и необратимые процессы...................................................86
§ 57. Энтропия, ее статистическое толкование и связь с термодинамической вероятностью.............87
§ 58. Второе начало термодинамики..........................................................................................................89
§ 59. Тепловые двигатели и холодильные машины. Цикл Карно и его к. п. д. для идеального газа...90
Задачи............................................................................................................................................................92
Глава 10 Реальные газы, жидкости и твердые тела......................................................................................93
§ 60. Силы и потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия............................................93
§ 61. Уравнение Ван-дер-Ваальса...............................................................................................................94
§ 62. Изотермы Ван-дер-Ваальса и их анализ............................................................................................95
§ 63. Внутренняя энергия реального газа...................................................................................................97
§ 64. Эффект Джоуля — Томсона...............................................................................................................98
§ 65. Сжижение газов...................................................................................................................................99
§ 66. Свойства жидкостей. Поверхностное натяжение...........................................................................100
§ 67. Смачивание........................................................................................................................................102
§ 68. Давление под искривленной поверхностью жидкости..................................................................103
§ 69. Капиллярные явления.......................................................................................................................104
§ 70. Твердые тела. Моно- и поликристаллы...........................................................................................104
§ 71. Типы кристаллических твердых тел................................................................................................105
§ 72. Дефекты в кристаллах.......................................................................................................................109
§ 73. Теплоемкость твердых тел...............................................................................................................110
§ 74. Испарение, сублимация, плавление и кристаллизация. Аморфные тела.....................................111
§ 75. Фазовые переходы I и П рода...........................................................................................................113
§ 76. Диаграмма состояния. Тройная точка.............................................................................................114
Задачи..........................................................................................................................................................115
3 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ........................................................................................116
Глава 11 Электростатика...............................................................................................................................116
§ 77. Закон сохранения электрического заряда.......................................................................................116
§ 78. Закон Кулона......................................................................................................................................117
§ 79. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля.......................................117
§ 80. Принцип суперпозиции электростатических полей. Поле диполя...............................................119
§ 81. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме............................................................120
§ 82. Применение теоремы Гаусса к расчету некоторых электростатических полей в вакууме........122
§ 83. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля.................................................124
§ 84. Потенциал электростатического поля.............................................................................................125
§ 85. Напряженность как градиент потенциала. Эквипотенциальные поверхности...........................126
§ 86. Вычисление разности потенциалов по напряженности поля........................................................127
§ 87. Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков...........................................................................128
§ 88. Поляризованность. Напряженность поля в диэлектрике..............................................................129
§ 88. Электрическое смещение. Теореме Гаусса для электростатического поля в диэлектрике.......130
§ 90. Условия на границе раздела двух диэлектрических сред..............................................................131
§ 91. Сегнетоэлектрики..............................................................................................................................132
§ 92. Проводники в электростатическом поле.........................................................................................134
396
§ 93. Электрическая емкость уединенного проводника.........................................................................136
§ 94. Конденсаторы....................................................................................................................................136
§ 95. Энергия системы зарядов, уединенного проводника и конденсатора. Энергия
электростатического поля..........................................................................................................................138
Задачи..........................................................................................................................................................140
Глава 12 Постоянный электрический ток....................................................................................................141
§ 96. Электрический ток, сила и плотность тока.....................................................................................141
§ 97. Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение..............................................................142
§ 98. Закон Ома. Сопротивление проводников.......................................................................................143
§ 99. Работа и мощность тока. Закон Джоуля — Ленца.........................................................................144
§ 100. Закон Ома для неоднородного участка цепи................................................................................145
§ 101. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей...............................................................................146
Задачи..........................................................................................................................................................148
Глава 13 Электрические токи в металлах, вакууме и газах.......................................................................148
§ 102. Элементарная классическая теория электропроводности металлов..........................................148
§ 103. Вывод основных законов электрического тока в классической теории электропроводности
металлов......................................................................................................................................................149
§ 104. Работа выхода электронов из металла...........................................................................................151
§ 105. Эмиссионные явления и их применение.......................................................................................152
§ 106. Ионизация газов. Несамостоятельный газовый разряд...............................................................154
§ 107. Самостоятельный газовый разряд и его типы..............................................................................155
§ 108. Плазма и ее свойства.......................................................................................................................158
Задачи..........................................................................................................................................................159
Глава 14 Магнитное поле..............................................................................................................................159
§ 109. Магнитное поле и его характеристики..........................................................................................159
§ 110. Закон Био — Савара — Лапласа и его применение к расчету магнитного поля......................162
§ 111. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов.................................................................163
§ 112. Магнитная постоянная. Единицы магнитной индукции и напряженности магнитного поля. 164
§ 113. Магнитное поле движущегося заряда...........................................................................................165
§ 114. Действие магнитного поля на движущийся заряд.......................................................................166
§ 115. Движение заряженных частиц в магнитном поле........................................................................166
§ 116. Ускорители заряженных частиц....................................................................................................167
§ 117. Эффект Холла..................................................................................................................................169
§ 118. Циркуляция вектора В магнитного поля в вакууме.....................................................................169
§ 119. Магнитные поля соленоида и тороида..........................................................................................171
§ 120. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для поля В.............................................172
§ 121. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.............................172
Задачи..........................................................................................................................................................174
Глава 15 Электромагнитная индукция........................................................................................................174
§122. Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея).............................................................174
§ 123. Закон Фарадея и его вывод из закона сохранения энергии.........................................................175
§ 124. Вращение рамки в магнитном поле...............................................................................................177
§ 125. Вихревые токи (токи Фуко)............................................................................................................177
§ 126. Индуктивность контура. Самоиндукция.......................................................................................178
§ 127. Токи при размыкании и замыкании цепи......................................................................................179
§ 128. Взаимная индукция.........................................................................................................................181
§ 129. Трансформаторы..............................................................................................................................182
§ 130. Энергия магнитного поля...............................................................................................................183
Глава 16 Магнитные свойства вещества.....................................................................................................184
§ 131. Магнитные моменты электронов и атомов...................................................................................184
§ 132. Диа- и парамагнетизм.....................................................................................................................186
§ 133. Намагниченность. Магнитное поле в веществе...........................................................................187
§ 134. Условия на границе раздела двух магнетиков..............................................................................189
§ 135. Ферромагнетики и их свойства......................................................................................................190
§ 136. Природа ферромагнетизма.............................................................................................................191
397
Глава 17 Основы теории Максвелла для электромагнитного поля..........................................................193
§ 137. Вихревое электрическое поле........................................................................................................193
§ 138. Ток смещения...................................................................................................................................194
§ 139. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля...................................................................196
4 КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ..............................................................................................................................198
Глава 18 Механические и электромагнитные колебания..........................................................................198
§ 140. Гармонические колебания и их характеристики..........................................................................198
§ 141. Механические гармонические колебания.....................................................................................200
§ 142. Гармонический осциллятор. Пружинный, физический и математический маятники.............201
§ 143. Свободные гармонические колебания в колебательном контуре...............................................203
§ 144. Сложение гармонических колебаний одного направления и одинаковой частоты. Биения...205
§ 145. Сложение взаимно перпендикулярных колебаний......................................................................206
§ 146. Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний (механических и
электромагнитных) и его решение. Автоколебания...............................................................................208
§ 147. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний (механических и электромагнитных)
и его решение..............................................................................................................................................211
§ 148. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний (механических и электромагнитных). Резонанс
......................................................................................................................................................................213
§ 148. Переменный ток...............................................................................................................................215
§ 150. Резонанс напряжений......................................................................................................................217
§ 151. Резонанс токов.................................................................................................................................218
§ 152. Мощность, выделяемая в цепи переменного тока.......................................................................219
Глава 19 Упругие волны...............................................................................................................................221
§ 153. Волновые процессы. Продольные и поперечные волны.............................................................221
§ 154. Уравнение бегущей волны. Фазовая скорость. Волновое уравнение........................................222
§ 155. Принцип суперпозиции. Групповая скорость..............................................................................223
§ 156. Интерференция волн.......................................................................................................................224
§ 157. Стоячие волны.................................................................................................................................225
§ 158. Звуковые волны...............................................................................................................................227
S 159. Эффект Доплере в акустике...........................................................................................................228
§ 160. Ультразвук и его применение........................................................................................................229
Глава 20 Электромагнитные волны.............................................................................................................230
§ 161. Экспериментальное получение электромагнитных волн............................................................230
§ 162. Дифференциальное уравнение электромагнитной волны...........................................................232
§ 163. Энергия электромагнитных волн. Импульс электромагнитного поля.......................................233
§ 164. Излучение диполя. Применение электромагнитных волн..........................................................234
5 ОПТИКА. КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ..................................................................................236
Глава 21 Элементы геометрической и электронной оптики.....................................................................236
§ 165. Основные законы оптики. Полное отражение..............................................................................236
§ 166. Тонкие линзы. Изображение предметов с помощью линз..........................................................238
§ 187. Аберрации (погрешности) оптических систем.............................................................................241
§ 168. Основные фотометрические величины и их единицы.................................................................242
§ 189. Элементы электронной оптики......................................................................................................243
Глава 22 Интерференция света.....................................................................................................................245
§ 170. Развитие представлений о природе света.....................................................................................245
§ 171. Когерентность и монохроматичность световых волн..................................................................248
§ 172. Интерференция света......................................................................................................................249
§ 173. Методы наблюдения интерференции света..................................................................................250
§ 174. Интерференция света в тонких пленках........................................................................................252
§ 175. Применение интерференции света................................................................................................254
Глава 23 Дифракция света............................................................................................................................257
§ 176. Принцип Гюйгенса — Френеля.....................................................................................................257
§ 177. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света....................................................258
§ 178. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске....................................................................260
§ 178. Дифракция Фраунгофера на одной щели......................................................................................261
398
§ 180. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке................................................................263
§ 181. Пространственная решетка. Рассеяние света...............................................................................265
§ 182. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа — Брэггов.................................266
§ 183. Разрешающая способность оптических приборов.......................................................................267
§ 184. Понятие о голографии.....................................................................................................................268
Глава 24 Взаимодействие электромагнитных волн с веществом.............................................................270
§ 185. Дисперсия света...............................................................................................................................270
§ 186. Электронная теория дисперсии светя............................................................................................271
§ 187. Поглощение (абсорбция) света......................................................................................................273
§ 188. Эффект Доплера..............................................................................................................................274
§ 189. Излучение Вавилова — Черенкова................................................................................................275
Глава 25 Поляризация света.........................................................................................................................276
§ 190. Естественный и поляризованный свет..........................................................................................276
§ 191. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух диэлектриков................278
§ 192. Двойное лучепреломление.............................................................................................................279
§ 193. Поляризационные призмы и поляроиды.......................................................................................280
§ 194. Анализ поляризованного света......................................................................................................282
§ 195. Искусственная оптическая анизотропия.......................................................................................283
§ 196. Вращение плоскости поляризации................................................................................................284
Глава 26 Квантовая природа излучения......................................................................................................285
§ 197. Тепловое излучение и его характеристики...................................................................................285
§ 188. Закон Кирхгофа...............................................................................................................................287
§ 199. Законы Стефана — Больцмана и смещения Вина........................................................................288
§ 200. Формулы Рэлея — Джинса и Планка............................................................................................288
§ 201. Оптическая пирометрия. Тепловые источники света..................................................................291
§ 202. Виды фотоэлектрического эффекта. Законы внешнего фотоэффекта.......................................292
§ 203. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Экспериментальное подтверждение
квантовых свойств света............................................................................................................................294
§ 204. Применение фотоэффекта..............................................................................................................296
§ 205. Масса и импульс фотона. Давление света....................................................................................297
§ 206. Эффект Комптона и его элементарная теория..............................................................................298
§ 207. Единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения......................299
6 ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ АТОМОВ, МОЛЕКУЛ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ...............................300
Глава 27 Теория атома водорода по Бору...................................................................................................300
§ 208. Модели атома Томсона и Резерфорда...........................................................................................300
§ 209. Линейчатый спектр атома водорода..............................................................................................301
§ 210. Постулаты Бора...............................................................................................................................302
§ 211. Опыты Франка и Герца...................................................................................................................303
§ 212. Спектр атома водорода по Бору.....................................................................................................304
Глава 28 Элементы квантовой механики....................................................................................................306
§ 213. Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества.................................................................306
§ 214. Некоторые свойства волн да Бройля.............................................................................................308
§ 215. Соотношение неопределенностей.................................................................................................308
§ 216. Волновая функция и ее статистический смысл............................................................................311
§ 217. Общее уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.........312
§ 218. Принцип причинности в квинтовой механике.............................................................................314
§ 219. Движение свободной частицы.......................................................................................................314
§ 220. Частице в одномерной прямоугольной «потенциальной яме» с бесконечно высокими
«стенками»..................................................................................................................................................315
§ 221. Прохождение частицы сквозь потенциальный барьер. Туннельный эффект............................317
§ 222. Линейный гармонический осциллятор в квантовой механике...................................................320
Глава 29 Элементы современной физики атомов и молекул....................................................................321
§ 223. Атом водорода в квантовой механике...........................................................................................321
§ 224. 1s-Состояние электрона в атоме водорода....................................................................................324
§ 225. Спин электрона. Спиновое квантовое число................................................................................325
399
§ 226. Принцип неразличимости тождественных частиц. Фермионы и бозоны..................................326
§ 227. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям.........................................327
§ 228. Периодическая система элементов Менделеева..........................................................................328
§ 229. Рентгеновские спектры...................................................................................................................330
§ 230. Молекулы: химические связи, понятие об энергетических уровнях.........................................332
§ 231. Молекулярные спектры. Комбинационное рассеяние света.......................................................333
§ 232. Поглощение. Спонтанное и вынужденное излучения.................................................................334
§ 233. Оптические квантовые генераторы (лазеры)................................................................................335
Глава 30 Элементы квантовой статистики..................................................................................................338
§ 234. Квантовая статистика. Фазовое пространство. Функция распределения..................................338
§ 235. Понятие о квантовой статистике Бозе — Эйнштейна и Ферми — Дирака...............................339
§ 236. Вырожденный электронный газ в металлах.................................................................................340
§ 237. Понятие о квантовой теории теплоемкости. Фононы..................................................................341
§ 238. Выводы квантовой теории электропроводности металлов.........................................................342
§ 239. Сверхпроводимость. Понятие об эффекте Джозефсона..............................................................343
Глава 31 Элементы физики твердого тела..................................................................................................345
§ 240. Понятие о зонной теории твердых тел..........................................................................................345
§ 241. Металлы, диэлектрики и полупроводники по зонной теории....................................................346
§ 242. Собственная проводимость полупроводников.............................................................................347
§ 243. Примесная проводимость полупроводников................................................................................350
§ 244. Фотопроводимость полупроводников...........................................................................................352
§ 245. Люминесценция твердых тел.........................................................................................................353
§ 246. Контакт двух металлов по зонной теории....................................................................................355
§ 247. Термоэлектрические явления и их применение...........................................................................356
§ 248. Выпрямление на контакте металл — полупроводник.................................................................358
§ 249. Контакт электронного и дырочного полупроводников (p-n-переход).......................................360
§ 250. Полупроводниковые диоды и триоды (транзисторы)..................................................................362
7 ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ.......................................364
Глава 32 Элементы физики атомного ядра.................................................................................................364
§ 251. Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое числа.........................................364
§ 252. Дефект массы и энергия связи ядра...............................................................................................365
§ 253. Спин ядра и его магнитный момент..............................................................................................366
§ 254. Ядерные силы. Модели ядра..........................................................................................................367
§ 255. Радиоактивное излучение и его виды............................................................................................368
§ 256. Закон радиоактивного распада. Правила смещения....................................................................369
§ 257. Закономерности -распада.............................................................................................................370
§ 258.
–
-Распад. Нейтрино........................................................................................................................372
§ 259. Гамма-излучение и его свойства....................................................................................................373
§ 260. Резонансное поглощение
-излучения (эффект Мёссбауэра*)...................................................375
§ 261. Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц................................376
§ 262. Ядерные реакции и их основные типы..........................................................................................379
§ 263. Позитрон.
+
-Распад. Электронный захват...................................................................................381
§ 264. Открытие нейтрона. Ядерные реакции под действием нейтронов.............................................382
§ 265. Реакция деления ядра......................................................................................................................383
§ 266. Цепная реакция деления.................................................................................................................385
§ 267. Понятие о ядерной энергетике.......................................................................................................386
§ 268. Реакция синтеза атомных ядер. Проблема управляемых термоядерных реакций....................388
Глава 33 Элементы физики элементарных частиц.....................................................................................390
§ 269. Космическое излучение..................................................................................................................390
§ 270. Мюоны и их свойства.....................................................................................................................391
§ 271. Мезоны и их свойства.....................................................................................................................392
§ 272. Типы взаимодействий элементарных частиц...............................................................................393
§ 273. Частицы и античастицы..................................................................................................................394
§ 274. Гипероны. Странность и четность элементарных частиц...........................................................396
§ 275. Классификация элементарных частиц. Кварки............................................................................397
400