Курсовая работа: Колебания и волны. Оптика. Квантовая и ядерная физика 2

⚡ 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Глазовский инженерно-экономический институт (филиал)
государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Ижевский государственный технический университет»
Кафедра “Естественно-научные и гуманитарные дисциплины”
на тему “Колебания и волны. Оптика. Квантовая и ядерная физика”

3 курса, гр. 6211У______________________________________
Проверил______________________________________________А.Б.Федоров
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..3
1. Механические электромагнитные колебания. Гармонический осциллятор…..5
2. Корпускулярно-волновой дуализм в микромире. Гипотеза де - Бройля.
Некоторые свойства волн де - Бройля. Вероятностный смысл волн де –
Бройля………………………………..……………………………………………..8
3. Колебания………………………………………………..…..….……...………..10
4. Электромагнитные волны….. ……………………………………..……...…….11
5. Интерференция света …………………………………………...….…...…...….12
6. Дифракция света ……………………………………………………...............…14
7. Поляризация...………………………………………...………………………….15
8. Квантовая природа излучения……………….………………….…………...….16
9. Основные понятия квантовой механики …....…………………….…….……..18
10. Основные понятия квантовой механики ………………….………………….19
11. Квантовая физика. Строение атома ……………..............................................20
12. Ядерная физика ………...……………………...………………….….………...21
Заключение..……………………………………………………….………………..22
Литература……………………………………………..………………….………...23
Приложения……………………………………………………………………..….24
В курсовой работе охвачены вопросы разделов «Колебания и волны. Оптика» и «Квантовая и ядерная физика».
Задачи на гармонические колебания охватывают такие вопросы, как определение амплитуды скорости, ускорения, энергии, периода механических колебаний, силы тока, напряжения, энергии и частоты электромагнитных колебаний.
Волновые процессы представлены задачами, в которых определяются частота, длина, скорость распространения, энергия и объемная плотность энергии механических и электромагнитных волн.
Задачи по теме «Интерференция света» включают расчет интерференционной картины от двух когерентных источников, интерференцию в тонких пленках, полосы равной толщины и равного наклона.
Тема «Дифракция света» представлена задачами на определение количества зон Френеля, дифракции в параллельных лучах на одной щели, на плоской и пространственной дифракционных решетках, разрешающей способности дифракционной решетки.
Задачи по теме «Поляризация света» охватывают такие вопросы, как применение законов Брюстера, Малюса, определение степени поляризации, вращение плоскости поляризации в растворах и кристаллах.
Тема «Распространение света в веществе» включают законы теплового излучения, фотоэффект, эффект Комптона, давление света.
Изучение элементов атомной и ядерной физики начинается с элементов квантовой механики и рассмотрения таких вопросов, как корпускулярно-волновой дуализм материи, гипотезы де Бройля, что движение любой частицы согласно этой гипотезе всегда сопровождается волновым процессом. Исходя из соотношений неопределенностей Гейзенберга, определяются границы применимости классической механики и, что из этих соотношений вытекает необходимость описания состояния микрочастиц с помощью волновой функции.
При изучении элементов физики атомного ядра и элементарных частиц, рассматривается состав атомного ядра и его характеристики: масса, линейные размеры, момент импульса, магнитный момент ядра, дефект массы ядра, энергия и удельная энергия связи ядра. Рассматривая состав ядра и взаимодействие нуклонов в ядре, выявляются свойства ядерных сил и их обменная природа.
При изучении темы «Ядерные реакции», нельзя забывать, что во всех ядерных реакциях выполняются законы сохранения: энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда, числа нуклонов. Особое внимание уделяется реакциям синтеза легких и деления тяжелых ядер, вопросам ядерной энергетики и проблемам управления термоядерными реакциями.
В задачах данной темы рассматриваются следующие вопросы: определение длины волны де Бройля движущихся частиц, соотношения неопределенностей Гейзенберга, применение уравнения Шредингера для частицы, находящейся в одномерной потенциальной яме с бесконечно высокими стенками, рентгеновское излучение и закон Мозли, закон радиоактивного распада, определение дефекта массы, энергии связи и удельной энергии связи ядра, энергии ядерных реакций.
1. МЕХАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ. ГАРМОНИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛЯТОР.
Колеба́ния
— повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы около точки равновесия. Например, при колебаниях маятника повторяются отклонения его в ту и другую сторону от вертикального положения; при колебаниях в электрическом колебательном контуре повторяются величина и направление тока, текущего через катушку. Колебания почти всегда связаны с попеременным превращением энергии одной формы проявления в другую форму. Принципиальное отличие от волн: при колебаниях не происходит переноса энергии, это, так сказать, «местные» преобразования энергии. Выделение разных видов колебаний зависит от подчёркиваемых свойств колеблющихся систем.
Различают следующие виды колебаний:

Величины, характеризующие колебательное движение.

Связь частоты и периода выражается формулой :
В круговых или циклических процессах вместо характеристики «частота» используется понятие круговая (циклическая)
частота (рад/сек, Гц, сек −1
)
, показывающая число колебаний за 2π единиц времени:
Гармонические колебания
— колебания, при которых колеб­лющаяся величина изменяется со временем по закону синуса (косинуса). Гармонические колеба­ния величины х
описываются уравнением типа
Гармонический осциллятор
— это система, которая при смещении из положения равновесия испытывает действие возвращающей силы , пропорциональной смещению х
(согласно закону Гука):
где k
— положительная константа, описывающая жёсткость системы.
Механическими примерами гармонического осциллятора являются математический маятник (с малыми углами смещения), груз на пружине, торсионный маятник и акустические системы. Среди других аналогов гармонического осциллятора стоит выделить электрический гармонический осциллятор ,представляющий собой электрическую цепь, содержащую соединённые катушку индуктивности и конденсатор.
2. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ В МИКРОМИРЕ.
ГИПОТЕЗА ДЕ - БРОЙЛЯ. НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ВОЛН ДЕ - БРОЙЛЯ. ВЕРОЯТНОСТНЫЙ СМЫСЛ ВОЛН ДЕ - БРОЙЛЯ.
Корпускуля́рно-волново́й дуали́зм
— принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства. Был введён при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций. Французский ученый Луи де Бройль выдвинул в 1923 году гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Он утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также волновыми свойствами. Согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики — энергия E
и импульс p
, а с другой стороны — волновые характеристики — частота и длина волны. Формула де Бройля устанавливает зависимость длины волны λ, связанной с движущейся частицей вещества, от импульса p
частицы:
где m
— масса частицы, v
— ее скорость, h
— постоянная Планка, c
— скорость света. Волны, о которых идет речь, называются волнами де Бройля
.
Фазовая скорость
волн де Бройля свободной частицы
где ω = 2πν — циклическая частота, E
— полная (релятивистская) энергия частицы, р — импульс частицы, m
, v
— её масса и скорость соответственно, λ — длина дебройлевской волны, k= - волновое число. Фазовая скорость v фаз

волны де Бройля больше скорости света, но относится к числу величин, принципиально неспособных переносить информацию (является чисто математическим объектом).
Групповая скорость
волны де Бройля u
равна скорости частицы v
:
Следовательно, групповая скорость волн де Броля равна скорости частицы.
Волны де Бройля имеют специфическую природу, не имеющую аналогии среди волн, изучаемых в классической физике: квадрат модуля амплитуды волны де Бройля в данной точке является мерой вероятности
того, что частица обнаруживается в этой точке. Дифракционные картины, которые наблюдаются в опытах, являются проявлением статистической закономерности, согласно которой частицы попадают в определенные места в приёмниках — туда, где интенсивность волны де Бройля оказывается наибольшей. Частицы не обнаруживаются в тех местах, где, согласно статистической интерпретации, квадрат модуля амплитуды «волны вероятности» обращается в нуль.
1. Материальная точка массой 7,1 г совершает гармонические колебания с амплитудой 2 см и частотой 5 Гц. Чему равна максимальная возвращающая сила и полная энергия колебаний?
-уравнение гармонических колебаний (1)
2.В вакууме распространяется плоская электромагнитная волна. Амплитуда напряженности магнитного поля волны 0,1 А/м. Определить амплитуду напряженности электрического поля волны и среднюю по времени плотность энергии волны.
Так как величины Е
и H
в каждой точке волны меняются со временем по гармоническому закону, находясь в одинаковых фазах, то мгновенное значение р
равно:
Учитывая, что в электромагнитной волне
3. Расстояние между двумя когерентными источниками 0,9 мм, а расстояние от источников до экрана 1,5 м. Источники испускают монохроматический свет с длиной волны 0,6 мкм. Определить число интерференционных полос, приходящихся на 1 см экрана.
, где - расстояние между двумя интерференционными максимумами. (1)
Подставляя в (3) (2) и (4) получим:
- условие интерференционного максимума, где . (6)
Возьмем два соседних максимума k и k+1.
4. Параллельный пучок света от монохроматического источника ( = 0,5 мкм) падает нормально на диафрагму с круглым отверстием диаметром 1 мм. Темным или светлым будет центр дифракционной картины на экране, находящемся на расстоянии 0,5 м от диафрагмы?
, , - пренебрежимо мало, тогда (1)
Если m- четное, будет темное кольцо,
Если m – нечетное , будет светлое кольцо.
Ответ: , центр дифракционной картины на экране будет светлым.
5. Под каким углом к горизонту должно находиться Солнце, чтобы его лучи, отраженные от поверхности воды, были максимально поляризованы?
Пусть - угол падения солнечных лучей, - угол между направлением на Солнце и горизонтом.
По закону Брюстера , где - показатель преломления воды.
6. Определить максимальную скорость фотоэлектронов, вылетающих из вольфрамового электрода, освещаемого ультрафиолетовым светом с длиной волны 0,2 мкм.
Максимальную скорость фотоэлектронов можно определить из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта:
рассматривается как максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, а энергия фотона вычисляется по формуле:
где - постоянная Планка; - скорость света в вакууме; - длина волны излучения. Подставляя числовые значения в первую формулу, получим, что энергия электромагнитного излучения .
Так как энергия фотона - меньше энергии покоя электрона, то данный случай является нерялетивистским, и при решении задачи максимальную кинетическую энергию фотоэлектрона определим по формуле .
Отсюда максимальная скорость фотоэлектронов будет равна
Подставляя числовые значения в полученную формулу находим .
9.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ
7. Какой кинетической энергией должен обладать электрон, чтобы дебройлевская длина волны была равна его комптоновской длине волны?
Так как , то решением является только положительный корень: , тогда , подставим числовые значения
10.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ
8.Среднее расстояние электрона от ядра в невозбужденном атоме водорода равно 52,9 пм. Вычислить минимальную неопределенность скорости электрона в атоме.
Применим соотношение неопределенностей к электрону, движущемуся в атоме водорода.
После подстановки числовых значений находим
11.КВАНТОВАЯ ФИЗИКА. СТРОЕНИЕ АТОМА
9. Сколько линий спектра атома водорода попадает в видимую область ( = 0,40 — 0,76 мкм)? Вычислить длины волн этих линий. Каким цветам они соответствуют?
Длины волн спектральных линий водорода всех серий определяются формулой .
В видимой области спектра находятся первые четыре линии серии Бальмера (n=2, k=3,4,5,6). Длины волн этих линий будут равны:
10.Вычислить дефект массы, энергию связи и удельную энергию связи дейтерия.
Дефект массы ядра определяем по формуле
Вычисление дефекта массы выполним во внесистемных единицах (а.е.м.). Для ядра , . Массы нейтральных атомов водорода и дейтерия, а также нейтрона найдем из таблицы.
Подставим найденные массы в выражение и произведем вычисления. В итоге получаем а.е.м.
Энергия связи ядра определяется соотношением .
Энергию связи ядра также найдем во внесистемных единицах (МэВ). Для этого дефект массы подставим в выражение энергии связи в а.е.м., а коэффициент пропорциональности ( ) – в МэВ/(а.е.м.).
Подставляя числовые данные, получим МэВ.
Удельная энергия связи, приходящаяся на один нуклон
Подставляя числовые данные, получим МэВ/нуклон
В моей курсовой работе были рассмотрены следующие вопросы: механические гармонические колебания, гармонический осциллятор по теме «Свободные колебания» и корпускулярно-волновой дуализм в микромире, гипотеза де – Бройля, некоторые свойства волн де – Бройля, вероятностный смысл волн де – Бройля по теме «Основные понятия квантовой физики».
Решены задачи по следующим темам: «Свободные колебания», «Электромагнитные волны», «Интерференция света», «Дифракция света», «Волновая оптика», «Основные понятия квантовой механики», «Квантовая физика. Строение атома», «Ядерная физика».
1. Трофимова Т.Н. Курс физики.- М.: ВШ, 2000.
2. Савельев И.В. Курс общей физики,- М: Наука, 1982-1984, т. 1-3.
3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. - М.: Наука, 1979-1989, т. I-V.
5. Методические указания и контрольные задания для курсовой работы. –Г: 2007
1. Основные физические постоянные (округленные значения)
Нормальное ускорение свободного падения
Объем одного моля идеального газа при нормальных условиях ( T
0
= 273,15 К, p
0
= 101325 Па)
Постоянная Вина в первом законе (смещения)
Комптоновская длина волны электрона
Энергия, соответствующая 1 а. е. м.
2. Удельное сопротивление р, 10 -8
, Ом м
4. Интервалы длин волн, соответствующие различным цветам спектра, нм
5. Масса m
0
и энергия Е
0
покоя некоторых элементарных частиц и легких ядер
6. Множители и приставки для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименовании
7. Работа выхода электронов из металла, эВ
8. Элементы периодической системы н массы нейтральных атомов, а.е.м.

Название: Колебания и волны. Оптика. Квантовая и ядерная физика 2
Раздел: Рефераты по физике
Тип: курсовая работа
Добавлен 23:51:25 27 июля 2011 Похожие работы
Просмотров: 624
Комментариев: 14
Оценило: 2 человек
Средний балл: 5
Оценка: неизвестно   Скачать

Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Да, но только в случае крайней необходимости.

Курсовая работа: Колебания и волны. Оптика. Квантовая и ядерная физика 2
Алгоритмы Курсовая
Сочинение По Творчеству Горького Кратко
Реферат: Відносини власності в АПК
Дипломная работа по теме Methods of teaching English language
Курсовая Работа Шиповник
Дипломная работа по теме Система стимулирования и мотивация персонала
Реферат: Нормирование труда 4
Банковская Реклама Реферат
Реферат: Кредитные риски: Сущность, виды и управление
Реферат: Тема: формирование навыка
Контрольная Работа Spotlight 3 Module 2
Стратегии ценообразования
Человек Среди Людей Сочинение Егэ
Отчет по практике по теме Горное дело
Курсовая работа: Вывод на экран текущего каталога в графическом режиме (со скроллингом)
Реферат: King Lear 2 Essay Research Paper Bonds
Реферат: Полномочия органов местного самоуправления в области строительства, транспорта и связи
Россия Моя Родина Сочинение 8 Класс
Реферат по теме Развитие украинского государства в 50-60 гг. /Укр./
Лирика Тютчева В Моем Восприятии Сочинение Миниатюра
Реферат: Из истории борьбы за церковнославянский язык
Реферат: Партии и партийные системы
Курсовая работа: Психологические особенности внутриличностного и межличностного конфликта в подростковом возрасте