УМКД

Қатты дененің кванттық физикасы

ПӘННІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

5В072300 - «Техникалық физика» мамандығы үшін

«КОНДЕНСИРЛЕНГЕН КҮЙ ФИЗИКАСЫ»

ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАРЫ

Семей
2014

Мазмұны

|1 |Глоссарий |3 |
|2 |Дәрістер |4 |
|3 |Практикалық сабақтар |36 |
|4 |Лабораториялық сабақтар |39 |

5 Студенттердің өздік жұмыстары
42

1. ГЛОССАРИЙ
Планк гипотезасы электромагниттік сәуле жиілігіне пропорционал энергияның
жеке үлестері (кванттары) түрінде шығады.
«Ультракүлгін күйреуі» деп классикалық физиканың Кирхгоф функциясына
арналған қара дененің сәуле шығарғыштығының жиілікке тәуелділігінің
тәжірибелік мәліметтерін қанағаттандыратын өрнегін классикалық физика
әдісімен іздеудің мүмкін еместігін айтады.
Сыртқы фотоэффект (немесе фотоэлектрондық эмиссия) деп қатты және сұйық
денелердің электромагниттік сәуле әсерінен электрондар шығаруын айтады.
де Бройль гипотезасының мәні мынада: бөлшектердің корпускулалық
қасиеттерімен бірге толқындық қасиеттері де болады.
де Бройль толқыны – классикалық физикадағы толқындармен ұқсастығы жоқ,
ерекше кванттық табиғаты бар толқын.
Гейзенбергтің анықталмағандық принципінің мәні мынада: микробөлшектің
координаталары мен оларға сәйкес импульстерінің анықталмағандықтарының
көбейтіндісі [pic] Планк тұрақтысынан кем болмайды.
Шредингер теңдеуі – микробөлшектер қозғалысының заңдарын сипаттайтын
релятивистік емес кванттық механиканың негізгі теңдеуі.
Толқындық функция [pic]- микробөлшектің күйін сипаттайтын функция.
Туннельдік эффект деп бөлшектің ені шағын потенциалдық бөгеттен энергиясы
осы бөгеттің биіктігінен аз болғанда өтіп кету құбылысын айтады. Кванттық
гармоникалық осциллятордың нольдік энергиясы деп оның толық энергиясының ең
аз (ноль емес) мәнін айтады.
Резерфорд атомының ядролық моделі атомның іс жүзінде барлық массасы
шоғырланған оң зарядталған ядродан және ядроның маңайында айналатын
электрондардан тұратын жүйе болып табылады.
Электронның Бор орбиталары электронның байқалу ықтималдығы барынша үлкен
болатын нүктелердің геометриялық орны болып табылады.
Спин деп микробөлшектің классикалық физикада ұқсастығы жоқ меншікті
механикалық моментін айтады.
Фермион деп жарты спині бар бөлшекті айтады.
Бозон деп нөлдік немесе бүтін санды спині бар бөлшекті айтады.
Ядроның байланыс энергиясы деп ядроны құрайтын нуклондарға кинетикалық
энергия бермей ыдырату үшін жасалатын жұмыспен анықталатын шаманы айтады.
Радиоактивтілік деп бір атом ядроларының екіншілеріне элементар бөлшектер
шығара отырып түрленуін айтады.
Жартылай ыдырау периоды – ядролардың алғашқы мөлшерінің жартысы ыдырайтын
уақыт.
Ядролық реакция деп ядроны ( немесе ядроларды) түрлендіруге келтіретін атом
ядросының элементар бөлшекпен өзара әсерлесу процесін айтады.
Элементар бөлшек деп қазіргі кезде белгілі материяның ең ұсақ бөлшегін
айтады.
Аннигиляция деп нәтижесінде басқа бөлшектер түзілетін бөлшектер мен
антибөлшектердің өзара әсерлесу процесін айтады.
Кварктер – қазіргі кездегі түсінік бойынша адрондарды құрайтын іргелі
бөлшектер.
Өзара әсерлесудің біріңғай теориясы ( «ұлы бірігу») - өзара әсерлесудің
төрт типін (гравитациялық, электромагниттік, күшті және әлсіз) біріктіретін
теория.

2 Дәрістер

3. ПРАКТИКАЛЫҚ САБАҚТАРДЫ ЖҮРГІЗУГЕ АРНАЛҒАН ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУЛАР
Машықтану сабақтарын жүргізудегі мақсат теориялық матриалдырды бекіту, есеп
шығару дағдыларын қалыптастыру. «Атом және атом ядросының физикасы»
пәні бойынша есептер шығаруды төмендегі ретпен жүгізу ұсынылады:
- тақырып бойынша теориялық материалды оқу;
- есеп шығару процесінде мазмұнын терең түсініп, оған байланысты
құбылыстарды білумен қатар есепті шығарудың қарапаыйым да түсінікті
жолдары іздестіріледі;
- есептің мазмұнына сәйкес шығарылу жолдарына түсініктеме беретін
схемалар, графиктер салынып, электр тізбегі құрастырылады;
- есептің шарты қықаша жазырып, физикалық шамалардың өлшеу бірліктері
БХЖ өрнектеледі;
- физикалық тұрақтылардың мәндері сәйкес таблицалардан жазылып алынады;
- шығару жолдарына қысқаша түсініктеме жазылады;
- ізделіп отырған шама жалпы түрде шығарылады, яғни әуелі жұмыс
формуласы қортылып, одан кейін формуланың дұрыстығы тексеріледі;
- формуланың дұрыстығын тексеру үшін шамалардың бірліктері негізгі
бірліктер арқылы өрнектеліп жазылады да теңдіктің екі жағының өлшем
бірліктерінің дәл келуі анықталады;
- шамалардың сан мәндері формулаға қойылып ,есептеулер жүргізіледі;
алынған шаманың дұрыстығы, олардың эксеримент нәтжелерімен үйлесуі
анықталады;
Көрсетілген әдебиеттер мен әдістемелік нұсқауларды қолданып курстың жеке
тақырыптары бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады:
Тақырып: Атом туралы кванттық түсініктер
Сабақтың мақсаты:Нақты мысыалдарды талдай отырып атомның құрылысы туралы,
оның планетарлық моделі және Бор постулаттарының мағанасын түсіндіру. Бор
постулаттарын қолданып ядроның радиустарын, ондағы электрондардың
жылдамдықтарын есептеу мысалдарын қарастыру.
Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады:
Жалпы физика курсының есептер жинағы В.С. Волькенштейн. № 20-3, 20,7,
20.13, 20.17
Тақырып: Корпускулалық- толқындық дуализм
Сабақтың мақсаты: Луй-де–Броиль формуласын қолдана отырып корпускула-
толқындық дуализмді дәлелдейтін тақырып бойынша есептер шығаружәне
төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:
- бөлшектердің қандай қасиеттерін білесіңдер?
- Луй-де-Броиль формуласының мағанасы неде?
- оны қандай бөлшектерге қолдануға болатынын түсіндір
Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады:
Жалпы физика курсының есептер жинағы В.С. Волькенштейн. № 20-3, 20,7,
20.13, 20.17
Тақырып: Кванттық механиканың негізгі ұғымдары
Сабақтың мақсаты: Кванттық механиканың негізгі ұғымдары толқындық функция,
күй теңдеуі ұғымдарын қалыптастыру, оларды есептеу әдістерін
үйрету.Шредингер теңдеуін шешу әдістерін қарастыру және тақырып бойынша
есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:
- толқындық функцияның физикалық мағанасын түсіндір
- Шредингер теңдеуінің өрнегін жаз
- Паули принципін тұжырымда
Тақырып бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика
курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 21-3,5,14, 23,50,33,36.
Тақырып: Қатты дененің кванттық физикасы
Сабақтың мақсаты: Қатты денелердің зоналық теориясының
элементтерінқарастыру, металдар мен шалаөткізгіштердің электр
жәнежылуөткізгіштіктерін есептеу дағдысын қалыптастыру;
Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды
қайталау:
- Қандай заттар өткізгіштер тобына жатады? Бұл заттардың құрылысының
ерекшеліктері неде?
- Қандай заттар шалаөткізгіштер тобына жатады? Бұл заттардың құрылысының
ерекшеліктері неде?
- Фонондар деп нені айтады?
- Қатты заттардың механикалық , электрлік және жылулық қасиеттерін қандай
әдістер арқылы өзгертуге болады ?
Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика
курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 22-2,6,17.
Тақырып: Атом ядросының физикасы
Сабақтың мақсаты: Атом ядросының құрылысы, оның байланыс энергиясын есептеу
әдістерін үйрену.
Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды
қайталау:
- Атом ядросының негізгі сипаттамалары қандай?
- Атом ядроларының меншікті байланыс энергиясыі деген не?
- Нуклондар деген қандай бөлшектер? Олардың түрлері?
- Аннигиляция деген не?
Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика
курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 17-51,64,70.
Тақырып: Ядролық физиканың эксперименталдық әдістері
Сабақтың мақсаты: Ядролық физиканың экспериметтік әдістеріне тоқтала
отырып, зарядталған бөлшектерді тіркеуші құралдардың түрлерін
талдау.Әртүрлі бөлшектер санын анықтауға есептер шығару..
Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын төмендегі теориялық сұрақтарды
қайталау:
- Есептегіштердің негізгі қандай түлерін білесіңдер?
- Есептегіштердің айыру қабілеті деген не?
- Газдардың ионозация процесі деген не? Ионизация жұмысы неге тәуелді?
- Рекомбинация деген не?
Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика
курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 20-4,5,

Тақырып: Ядролық реакциялардың физикасы
Сабақтың мақсаты Ядролық реакциялардың жүру механизмдерінежәне сақталу
заңдааарына тоқтала отырып, әртүрлі бөлшектер арқылы жүретін ядролық
ракцияларға есептер шығару.Тізбекті, бөліну және синтез реакцияларының
еекшеліктеріне көңілаудару. Тақырып бойынша есеп шығаруға қажет болатын
төмендегі теориялық сұрақтарды қайталау:
- Ядролық реакцияның негізгі сипаттаммалары қандай шамалар?
- Ядролық реакцияның жүру шарттары
- Ядролық реактор не үшін керек?
- Ядролық реакцияның эффективті қимасы нені анықтайды?
Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика
курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 17-2,5,13, 24.

. Тақырып: Қарапайым бөлшектер физикасы
Сабақтың мақсаты Қарапайым бөлшектер тұрлеіне, олардың негізгі
сипаттамаларына тоқтолып өту және төмендегі сұрақтарға жауаптар беру:.
- қарапайым бөлшектер қандай кластарға бөлінеді?
- лептондар қандай әсерлесулерге қатысады?
- резонанстар деген не? Ол массасы неге тең?
- қарапайым бөлшектердің түрлену қандай шарттар орындалғанда байқалады?
- кварктар дегеніміз қандай бөлшектер?
Тақырыптар бойынша есептер шығару мысалдары қарастырылады: (Жалпы физика
курсының есептер жинағы М.С. Цедрик, 1989 ж.) № 19-4,14,16.
Тақырып: Қолданбалы ядролық физика
Сабақтың мақсаты:Ядролық сәулелердің заттағы әсерінің тогының табиғатан
талдау..Студенттерді дозиметрия негіздерімен таныстыру және есептер
шығарту.
Төмендегі сұрақтарға жауаптар беру:.
- Ядролық сәулеленудің негізгі тірі ағзаға әсері қандай?
- Ядролық бөлшектер затпен әсерлескенде қандай құбылыстар тудырады?
- Активтіліктің қандай өлшем бірліктерін білісіңдер?

4.ЛАБОРАТОРИЯЛЫҚ САБАҚТАРДЫ ЖҮРГІЗУГЕ АРНАЛҒАН ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУЛАР
1.Сутегі атомы спектрін зерттеу. Ридберг тұрақтысын анықтау.
Жұмыс мақсаты: Сутегі атомы спектрін зерттеу арқылы эксперимент жүзінде .
Ридберг тұрақтысын , электрон массасын анықтау .
Жұмыстың істеу тәртібі:
1. Спектроскоптың саңлауы алдында ішінде сутегі бар түтікті қойып, газ
разрядын аламыз.
2. әрбір n ге Ридберг тұрақтысын (1) формула бойынша анықтаймыз. Ал
электрон массасын (2) формула бойынша анықтаймыз.
Бақылау сұрақтары:
1. Спектроскоптың құрылысы қандай?
2. Бальмер сериясы спектрдің қай бөлігінде орналасқан?
3. Ридберг тұрақтысының сан мәні неге тең?
4. Белгісіз сызықтың толқын ұзындығын анықтау үшін қандай формуланы
пайдаланамыз?
5. Осы жұмыста келтірілген әдістің дәлдігін жоғарлату үшін не істеу керек?

2.Фотондар үшін анықталмаушылық қатынастары.
Жұмыс мақсаты: Фотондар үшін анықталмаушылық қатынастарын эксперимент
жүзінде бақылап, микроәлем өлшемдерін бағалау. Анықталмағандық
қатынастылығының физикалық мағынасын түсіндіру, тәжірибеде фотонға арналған
анықталмағандық қатынастылығының орынды екенін тексеру керек.
Керекті құралдар: Лазер ГЗ-58, екі айнымалы санау, экран, сызғыш, микроскоп
МПБ-2.

Жұмыстың істеу тәртібі:
Жарық шоғы белгілі саңылаудан өтіп экранға түседі.
1- тапсырма: Саңлау конструкциясының бөліктері барабан көрсетуіне сәйкес
келмейді, сондықтан оның микроскоп МПБ-2 арқылы ретке келтіреді. Егер
саңлау мөлшері ∆х болса барабаннан n бөлік екенін байқаймыз. Содан кейін n
мен ∆х мәнін таблицаға салады, график құрады. Осы график бойынша бөлік
бірлігінің әр мәнін табады.
2-тапсырма: Анықталмаушылық қатынастылығын табу.
Саңлаудан өтетін сәуле тесігінен өтіп, экранға түсуі байқалады. Саңлау
мөлшері 0,05 мм ден 0,4 мм ге дейін жеткізеді, әр 0,03-0,05 мм өзгерісін
келтіріп, 10 рет өлшейді. Содан кейін басты максимумның 2D тең (суретке
өара) өлшейді, мм бөлігінде алады. ∆х пен 2D таблицаға салады. 2D жартысын
алған саңлау еніне тәуелді таблицаға түседі.

Бақылау сұрақтары:
1. Жұмыстың маұсаты қандай?
2. Қарастырылып отырған жұмыста қандай құралдар қолданылады?
3. Өлшеу дәлелдінін күшейту үшін приборларды қалай орналастыру керек?
4. Жұмыста қолданылатын лазердің жұмыс принципі қандай?
5. Жарық дегеніміз не?
6. Лазерлік сәуле шығарудың қасиеті қандай?
7. Фотон деп нені айтады
8. Гейзенбергтің анықталмаушылық қатынасының физикалық мағынасы не?

3.Газды лазер көмегімен квант энергиясы мен толқын ұзындығын анықтау.
Жұмыс мақсаты: Жарықтың корпускалық табиғатын дәләлдеу, эксперимент жүзінде
бақылап, микроәлем өлшемдерін бағалау.
Құралдар мен жабдықтар:газды лазер, коллиматор, дифракциялық тор,
миллиметрлік шкаласы бар экран, сызғыш.
Жұмысты орындау тәртібі
1. Лазер құрылысы мен оны қолдану тәртібімен танысу.
2.Лазер шкаласына дифракциялық торды орналастырып, экранда дифракциялық
спектрдің анық кескінін алу керек.
3. Қажетті өлшеулер жүргізіп, таблицаны толтыру керек.
4. Лазер сәулеленуінің толқын ұзындығын анықтап, лазер шығаратын фотондар
энергиясы мәнін есептеу керек.
Бақылау сұрақтары.
1. Ырықсыз сәуле шығарудың еріксіз сәуле шығарудан айырмашылығы неде?
2. Лазердің активті ортасы дегеніміз не?
3. Лазердің оптикалық резонаторы дегеніміз не?
4. Лазердің сәулеленуінің қасиеттерін атаңыз?
5. Лазердің жарық қарқындылығының үлкендігін қалай түсіндіруге болады?

4.Сыртқы фотоэффект құбылысын зерттеу және Планк тұрақтысын анықтау.
Жұмыс мақсаты: Сыртқы фотоэффект құбылысын зерттеу және монохроматор мен
фотоэлемент көмегімен Планк тұрақтысын анықтау .
Құралдар мен жабдықтар: ИЭПП-1 кернеу реттегіші бар ток көзі,
фотоэлмент, жарық көзі, МУМ монохроматоры, миллиамперметр, волтьметр Ш
4313.
Теориялық мәліметтер.
Барлық заттар атомдар мен молекулалардан тқрады, олардың құрамына ядро
мен электрондар кіреді. Электромагниттік сәулелену әсерінен, оның ішінде
жарықтың әсерінен атомдардан электрондар жұлып алынады. Осы құбылысты
фотоэлектрлік эффект ( фотоэффект) деп атайды. Фотоэффекттің үш түрі бар:
۰ Сыртқы фотоэффект, электрондар жарықтандырылған заттың бетінен

ұшып шығады. ( металдар, еркін электрондары бар)
۰ ішкі, шалаөткізгіш немесе диэлектриктен электрондар сыртқа ұшып

шықпай байланысқан күйден еркін күйге көшеді.
۰ вентильдік фотоэффект, екі шала өткізгіш немесе металл және
шалаөткізгіш контактілірін жарықтандырғанда сырөы электр өрісі болмаған
кезде фото ЭҰК пайда болады.
Жұмысты істеу реті.
1. ФЭ катодын ток көзінің (-) полюсіне қосып, кернеуі 0 ден 4-5 В дейін
арттыра отырып вольтметр мен микроамперметрдің 9-10 нүктесі үшін
көрсетулерін жазып алыңдар.
2. ФЭ катоды «+» қосып, монохроматорды 405 нм толқын ұзындығын ұойып,
бөгеуші кернеуді табыңыз ( ток жоқ болған кезде)
3. Өлшеулері 430, 455 және 480 нм үшін қайталаңдар.
4. ФЭ үшін Энштейін формуласын пайдаланып Планк тұрақтысын анықтаңдар.
Бақылау сұраұтары:
1. Фотоэффект құбылысы дегеніміз не?
2. Фотоэффектің қандай түрлері бар?
3. Фотоэффект үшін Энштейн теңдеуін жаз.
4. Сыртқы фотоэффектінің негізгі заңдарын атаңыз.
5. Фотоэффектінің қызыл шекарасы дегеніміз не? Оның электрондардың
металдан шығу жұмысымен байланысы қандай?
6. Фотоэлементтің вольт- амперлік сипаттамасын график түрінде көрсетіп
түсіндіріңіз.

5.Оптикалық пирометр көмегімен Стефан –Больцман тұрақтысын анықтау.
Жұмыс мақсаты: Жылулықсәуле шығару заңдарын қарастыру, оптикалық пирометр
көмегімен Стефан –Больцман тұрақтысын анықтау
Жұмыстың орындалу реті:
1. Қондырғыны жинау.
2. Пирметрдің О1 окулярын жылжыта отырып, сымның кескінін анықтап көру.
3. Қыздыру шамы мен пирометрдің шамдарының қылдарының бір жастыққа
келтіріп түстерінің бірдей болғандағы бейнесін бақылып таблицаны толтыру.
4. (5) формулаға қойып Стефан-Больцман тұрақтысын анықтау.

Бақылау сұрақтар:
1. Жылулық сәуле шығару деген не?
2. Денелердің спектрлік сәуле шығарғыштық қабілеті деген не?
3. Денелердің сәуле жұтқыштық қабілеті деп нені айтады?
4. Дененің спектрлік сәуле жұтқыштық қабілеті деп нені айтады?
5. Абсолют қара дене заңдарын түсіну керек
6. δ тұрақтысының физикалық мағынасын түсіндіру керек.

5. СТУДЕНТЕРДІҢ ӨЗДІК ЖҰМЫСТАРЫ ТАҚЫРЫПТАРЫНЫҢ ТІЗІМІ

5.1.Сутегі атомы туралы Бор теориясы.Сутегі тәріздес атомдардың
спектрлік сериясы
5.2.Шредингер теңдеуі. Электронның спині және магниттік моменттері.
Магниттік резонанс Паули принципі Электрондық қабаттар. Көпэлектронды
атомдар құрылысы.
5.3.Электрондардың энергетикалық спектрі.Электрондардың зоналарды
толтыруы. Металдар мен шалаөткізгіштердің электрөткізгіштігінің
зоналық теориясының негізгі қалыптары.
5.4.Атом ядроларының модельдері. Табиғи және жасанды радиоактивтілік.
Радиоактивтілік ыдырау заңы.Радиактивтілік қатары.
5.5.Ядролық реакциялар. Ядролық реаккциялар кезіндегі сақталу
заңдары.
5.6. Қолданбалы ядролық физика.. Ядролық сәулелердің организмге
әсері. Ядролық сәулелер дозимериясы және қорғану.

Пәндер

Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.

Ақпарат

Қосымша

Email: info@stud.kz

Іздеу
Файл қосу
Презентациялар
Тегін
Кабинет
Баланс
Таңдаулы жұмыстар
Cатып алған жұмыстарыңыз
Менің файлдарым
Презентацияларым
Сатылым статистикасы