- •1. Электрическое поле в вакууме. Напряженность и потенциал. Принцип суперпозиции.
- •Элект. Заряды, их свойства и носители.
- •Различаются:
- •2. Теорема Гаусса и ее применение для расчета электрических полей.
- •3. Электрическое поле в диэлектрике. Условия на границе раздела 2-х диэлектриков.
- •4. Проводник в электрическом поле. Электрическая емкость проводника и системы проводников.
- •5. Энергия системы электрических зарядов. Энергия электрического поля.
- •6. Постоянный электрический ток и условия его существования. Законы Ома и Джоуля – Ленца в интегральной и дифференциальной формах.
- •7. Магнитное поле движущегося заряда. Закон Био-Савара-Лапласа и его применение для расчета магнитных полей
- •3Акон Био – Савара[-Лапласа]
- •8. Действие магнитного поля на движущиеся заряды и на проводники с током. Закон Ампера. Магнитный момент.
- •Работа по перемещению контура с током в магнитном поле.
- •9. Магнитное поле в веществе. Условия на границе раздела двух магнетиков.
- •10. Теорема о циркуляции индукции магнитного поля и ее применение для расчета магнитных полей.
- •11. Энергия системы проводников с током. Энергия магнитного поля.
- •12. Явление электромагнитной индукции. Эдс индукции и механизмы ее возникновения.
- •Контур движется в постоянном магнитном поле
- •Контур покоится в переменном магнитном поле.
- •13. Уравнения Максвелла.
- •14. Гармонические колебания и формы их представления. Сложение гармонических колебаний. Биения, фигуры Лиссажу.
- •15. Гармонический осциллятор. Энергия гармонического осциллятора.
- •16. Осциллятор с трением. Режимы движения. Затухающие колебания и их характеристики.
- •Дифференциальное уравнение осциллятора с трением
- •Затухающие колебания и их характеристики
- •17. Вынужденные колебания осциллятора. Резонанс. Импеданс колебательной системы.
- •Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний
- •18. Волновые процессы и их разновидности. Волновое уравнение. Плоские гармонические волны.
- •Волновое уравнение.
- •Плоские гармонические волны и их характеристики.
- •19. Поперечные волны на непрерывной однородной струне. Волновое уравнение. Фазовая скорость волн. Импеданс струны.
- •20. Поперечные волны на границе раздела струн. Стоячие волны на струне.
- •21. Поперечные волны на дискретной струне. Явление дисперсии. Фазовая и групповая скорость волн.
- •22. Электромагнитные волны. Волновое уравнение. Плоские гармонические электромагнитные волны.
- •23. Импеданс среды для электромагнитных волн. Электромагнитные волны на границе раздела двух сред.
- •24. Интерференция волн от двух и многих когерентных источников.
- •25. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция света на щели.
- •26. Дифракция света на дифракционной решетке.
- •27. Поляризованный свет. Способы получения поляризованного света.
- •28. Тепловое излучение, его характеристики и закономерности. Подход Рэлея-Джинса. Гипотеза планка.
- •29. Фотоэффект и его закономерности. Формула Эйнштейна для фотоэффекта. Фотоны.
- •30. Гипотеза Луи де Бройля. Волновая функция. Принцип и соотношения неопределённостей. Гипотеза Луи де Бройля
- •Волновая функция
- •Принцип и соотношения неопределённостей
- •31. Уравнение Шредингера. Квантово-механическое описание свободных частиц.
- •32. Отражение частиц от потенциальной ступеньки. Туннельный эффект.
- •33. Частица в одномерной прямоугольной потенциальной яме. Квантование состояний.
- •34. Частица в двумерной потенциальной яме. Вырождение состояний.
- •Вырождение состояний.
- •35. Квантовый гармонический осциллятор.
- •36. Квантование момента импульса. Орбитальный и собственный момент импульса частицы.
34. Частица в двумерной потенциальной яме. Вырождение состояний.
Пусть частица движется в двумерной потенциальной яме, ограниченной в пространстве прямоугольником со сторонами и . Внутри ямы потенциальная энергия частицы равна нулю. На границах она возрастает до беск большой величины. Движение квантовой частицы в такой яме можно разложить на два независимых движения- по xи по-y. Волновая функция вследствие этого : . Решение уравнения Шрёдингера для такой ямы представляет собой двумерную стоячую волну. По краям ямы волновая функция обращается в ноль. Внутри имеются max и min.
Уравнение Шредингера: . Получаем: . Разделим на : . Можно записать 2 уравнения: и , . Каждое из них – это уравнение Шредингера для одномерной задачи. Следовательно, и . ; . Преобразуем решение в вид: . и - это условия 2-х стоячих волн (вдоль х и вдоль у).
П оявляется 2 взаимно независимых квантовых числа. Эти значения определяют вид . ; . Отсюда получаем выражение для полной энергии частицы в двумерной яме: . Полная энергия оказывается квантована, как и раньше. Значениям , соответствует низшее состояние частицы в квантовой яме.
. На рисунке – функция в яме.
Вырождение состояний.
1. Общая ситуация: , область прямоугольная.
Е сли . Для любой пары квантовых чисел: .
2. Если , т. е. два различных состояния (разные волновые функции) обладают одной энергией. Такие состояния называются вырожденными. Значения энергии тоже называются вырожденными значениями, или вырожденными энергетическими уровнями. Вырождения появляются с появлением симметрии. В 3-х мерном пространстве: . Состояние будет однозначно описываться тройкой квантовых чисел , . Если возьмем кубическую яму, то произойдет вырождение. Перестановка квантовых чисел будет приводить к одинаковой энергии.
35. Квантовый гармонический осциллятор.
Г армоническим осциллятором называют частицу, совершающую одномерное движение под действием квазиупругой силы .Потенциальная энергия такой частицы имеете вид . Собственная частота гармонического осциллятора равна , где m-масса частицы. Отсюда . В одномерном случае . Поэтому уравнение Шрёдингера, описывающее стационарные состояния осциллятора имеет вид (2).
Волновые функции, характеризующие состояние частицы в одномерной бесконечно глубокой яме, и волновые функции квантового гармонического осциллятора имеют много общего: как у волновых функций, так и у плотности вероятности.
Однако есть принципиальное различие, Двигаясь в бесконечно глубокой потенциальной яме, частицы не могут выйти за пределы ямы. В случае осциллятора это ограничение остается лишь для классической частицы. Ее координата не может превышать величину амплитуды колебаний, то есть . В точках происходит изменение движения частицы на противоположное под действие возвращающей силы. Квантовая частица имеет конечную вероятность оказаться в результате своего движения за пределами квадратичной потенциальной ямы.
Уравнение (2) имеет конечные, однозначные и непрерывные решения при значения параметра Е равных:
На рис.1 дана схема энергетических уровней гармонического осциллятора. Для наглядности уровни вписаны в кривую потенциальной энергии. В отличие от классического осциллятора спектр энергий получается квантованным. Величина полной энергии определяется частотой и квантовым числом n.
С низу спектр энергий ограничивается значением . Уровень, соответствующий этому значению энергии, является основным уровнем осциллятора. Два любых соседних уровня разделены одинаковым промежутком . Такое расположение уровней называется эквидестантным. Так как минимальное значение энергии , то квантовый осциллятор в принципе не может находиться в покое. Колебания осциллятора с энергией Гармонический осциллятор Яма с бесконечной энергией называются нулевыми колебаниями. Их существование непосредственно вытекает из принципа неопределенности. Если бы у квантового осциллятора наблюдалось состояние покоя, то при этом частица находилась в точке равновесия. О означает, что неопределенность ее координаты . Тогда неопределенность импульса , согласно принципу Гейзенберга, должна стремиться к бесконечно большой величине. По этой причине осциллятор должен обязательно обладать конечной (не равной нулю) энергией.
Имеется еще одно интересное свойство, связанное с изменение энергии квантового осциллятора. Оказывается, существует определенное правило отбора, которое ограничивает возможность изменения квантового числа n при переходе осциллятора из одного состояния в другое. Согласно этому правилу n может изменяться только на единицу: . Это означает, что энергия осциллятора может изменяться лишь порциями, равными по величине ( величина энергии фотона ). Частица, переходя на более низкий уровень излучает фотон, а поглотив фотон с энергией, необходимой для перехода на более высокий уровень, занимает его.