- •1.1. Волновое уравнение для электромагнитной волны. Основные свойства электромагнитных волн.
- •1.2. Интенсивность электромагнитной волны. Поведение плоской волны на границе раздела сред.
- •2.1. Световая волна. Показатель преломления среды. Законы геометрической оптики.
- •2.2. Оптическая длина пути. Принцип Ферма. Таутохронность.
- •2.3. Формула тонкой линзы, построение изображений в линзах.
- •Принцип суперпозиции волн. Интенсивность при сложении двух волн.
- •Расчет интерференционной картины от двух источников. Ширина полосы и количество наблюдаемых полос.
- •3.3. Способы получения когерентных источников в оптике: бизеркала Френеля, зеркало Ллойда, бипризма Френеля, билинзаБийе.
- •3.5. Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины и равного наклона. Кольца Ньютона.
- •4.1. Дифракция света. Дифракция Френеля и дифракция Фраунгофера.
- •Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля.
- •Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске.
- •Дифракция Фраунгофера на длинной щели и двух щелях.
- •4.5. Дифракционная решетка
- •5.1 Естественный и поляризованный свет. Типы поляризации. Степень поляризации.
- •5.2Поляризаторы и анализаторы. Прохождение света через совершенные и несовершенные поляризаторы. Закон Малюса.
- •5.3. Поляризация света при отражении. Закон Брюстера.
- •5.4.Прохождение света через анизотропную среду. Одноосные кристаллы. Обыкновенная и необыкновенная волны.
- •Интерференция поляризованных волн.
- •Искусственная анизотропия. Эффект Керра. Вращение плоскости поляризации (оптическая
- •6.1. Поглощение света. Рассеяние света. Дисперсия света
- •6.2. Тепловое излучение, его характеристики и законы.
- •6.3. Квантовая гипотеза Планка, формула Планка.
- •7.5. Неприменимость понятия траектории к микрочастицам. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
- •7.6. Задание состояния частицы в квантовой механике. Волновая функция и ее статистический смысл. Нормировка.
- •7.7.Стационарные состояния. Временное и стационарное уравнение Шредингера.
- •7.8.Частица в одномерной бесконечно глубокой потенциальной яме. Волновые функции и квантование энергии.
- •7.9.Гармонический осциллятор в квантовой механике.
- •7.10. Прохождение частицы через одномерный потенциальный барьер. Туннельный эффект.
- •7.11.Теория Бора для атома водорода. Экспериментальное подтверждение постулатов Бора. Опыт Франка и Герца.
- •7.12. Квантовомеханическая модель атома водорода. Квантовые числа. Энергия, момент импульса и его проекция для электрона в атоме водорода. Спектральные серии атома водорода.
- •7.13. Пространственное квантование. Опыт Штерна-Герлаха. Спин электрона.
- •7.14. Принцип запрета Паули. Периодическая система элементов. Распределение электронов по оболочкам и подоболочкам в атоме.
7.9.Гармонический осциллятор в квантовой механике.
Линейным гармоническим осциллятором в классической механике называется система, совершающая колебательное периодическое движение под действием квазиупругой силы около положения устойчивого равновесия, описываемое уравнением вида . Данная система является моделью, используемой при описании классических и квантовых систем. Пружинный, физический и математический маятники – примеры классических гармонических осцилляторов.
Согласно классической механике одномерный осциллятор совершает гармонические колебания с циклической частотой , где k – постоянная квазиупругой силы. Поэтому потенциальная энергия одномерного гармонического осциллятора может быть определена как парабола .
Классический осциллятор не может выйти за пределы потенциальной «ямы» с координатами , где – координаты точек поворота, в которых E=U . Частица может двигаться только в области, где , т. е. между точками поворота. В квантовой теории задача о квантовом гармоническом осцилляторе сводится к задаче о движении частицы массой m в параболической потенциальной яме. Уравнение Шрёдингера для одномерного квантового осциллятора, для которого потенциальная энергия имеет вид, записывается так: , где Е – полная энергия осциллятора. В уравнении имеет смысл циклической частоты классического одномерного осциллятора. Собственные значения энергии для этого уравнения, как можно доказать, равны
Таким образом, энергия квантового осциллятора в отличие от классического не может быть произвольной, а квантуется (может иметь лишь дискретные значения). Разность энергии между соседними уровнями определяется как дельта .
Следовательно, уровни энергии квантового осциллятора расположены через равные интервалы и называются эквидистантными.
Минимальная энергия квантового осциллятора лежит выше минимума потенциальной энергии U = 0 . Неравенство нулю осциллятора – типично квантовый эффект – прямое следствие соотношения неопределенностей. Наличие нулевой энергии подтверждается экспериментально.
Следовательно, энергия гармонического осциллятора в излучательных процессах может изменяться только порциями : гармонический осциллятор испускает и поглощает энергию квантами.
Решения уравнения таковы, что имеется отличная от нуля вероятность обнаружить частицу за пределами области , т. е. в классически запрещенной области, где E <U . Существование отличных от нуля значений за пределами потенциальной «ямы» объясняется волновыми свойствами микрочастиц.
Отметим, что рассмотренная модель гармонического осциллятора и связанная с ним задача о движении частицы в параболической потенциальной «яме» является идеализацией, которая справедлива только при малых отклонениях колеблющейся частицы от положения равновесия. В реальных системах потенциальная энергия U частицы, совершающей колебания около положения равновесия, имеет более сложный вид. При возрастании амплитуды колебаний движение частицы будет все больше усложняться, отличаясь от гармонических колебаний. Такое движение называют ангармоническим движением, а соответствующий осциллятор – ангармоническим осциллятором.