Строение и свойства атомов и молекул

Введение

1. Краткая историческая справка. Модель Томсона. Опыты Резерфорда. Формула Резерфорда. Модель атома Резерфорда. Ядерные и оболочечные свойства вещества. Значение опытов Резерфорда. С.9. Ш1.23,26-28.

2. Атом, молекула, ион. Нуклид. Изотопы. Моль, постоянная Авогадро, атомная единица массы, относительная атомная масса. Массовое число. Масштабы расстояний, масс, энергий, частот в атомной и ядерной физике. Электронвольт. В.Гл.1,2.

3. Классическая, релятивистская и квантовая физика. Формулы релятивистской механики частицы. В.Гл.1,2.

4. Шкала электромагнитных волн. Краткие сведения об атомных и молекулярных спектрах. Формула Бальмера. Комбинационный принцип Ритца. Ш1.103-105, С.11.

Развитие квантовых представлений

5. Квантовая гипотеза Планка. ЛП.7-8. С.1п1-2. Ш1.89.

6. Фотоэффект. Кванты света по Эйнштейну. Энергия и импульс фотона. ЛП.7-8. С.1п3-5. Ш1.117. Эффект Комптона. Пр. С.2,3. Ш1.123-127.

7. Квантование электромагнитного излучения по Эренфесту и Дебаю. ЛП 7-8. Осцилляторы электромагнитного поля и фотоны. Вывод формулы Планка на основе представлений об осцилляторах электромагнитного поля. ПР. ПФА258-263.

8. Боровская модель круговых орбит для водородоподобного атома. Параметры круговых орбит. Уровни энергии водородоподобного атома. Условие частот Бора и спектральные серии атома водорода. Учет движения ядра в модели Бора. Экзотические атомы. ЛП.37-40.С.13.Ш1.103-104,105-109.

9. Постулаты Бора. Кратность вырождения уровня. Связь комбинационного принцип Ритца и условия частот Бора. ЛП.32-37,44-45. Ш1.90,105,111. Опыты Франка и Герца. ЛП.24-27. Ш1.91-93,97. С.14,16. Представление о ФЭС и СЭУ. Ш1.94,95.

10. Нарушение резонанса между поглощением и испусканием света из-за явления «отдачи». Ш1.129.

11. Изотопический сдвиг уровней. Представление о разделении изотопов с помощью лазеров. ПФА264-268.

12. Представление о модели эллиптических орбит Бора-Зоммерфельда. Ш1.113,115.

13. Гипотеза Де-Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера. С.17,18. Ш1.140,142. Представление об электронографии. Метод Томсона. С.17,18. Ш1.140,142.145. ЛП.46-53.

14. Связь длины волны и частоты для волн Де-Бройля. Плоская монохроматическая волна Де-Бройля. Волновое уравнение для нерелятивистской частицы. С.17,18,19.1. Ш1.152.

15. Квантовая дифракция. Сосуществование корпускулярных и волновых свойств у микрообъектов. Вероятностная интерпретация волн Де-Бройля. С.19. Ш1.147. Фейнман т.3, Гл.37-38.

Основные положения квантовой механики

16. Ньютонова механика и нерелятивистская квантовая механика частицы. К!Волновая функция и ее вероятностная интерпретация. Нормировка волновой функции. Состояния с определенными и неопределенными значениями физической величины.К! Собственные состояния и спектры физических величин и их нахождение с помощью операторов. Оператор координаты. Оператор проекции импульса. Операторы кинетической, потенциальной и полной энергии. Операторы проекций момента импульса. С.30. Ш2. 6-8,13,15,16.

17. Собственные значения и собственные функции оператора проекции импульса и оператора проекции момента импульса. С.30, 31п1-3. Ш2.54.

18. Принцип суперпозиции в квантовой механике.Вероятностная интерпретация суперпозиционных коэффициентов. Анализ квантового состояния. К!С.30. Ш2.6-8,13-16.

19. Основные положения квантовой механики одной частицы. К!С.30. Ш2.6-8, 13-16.

20. Средние значения физических величин и отклонения от них. Соотношения неопределенностей Гейзенберга. Ш2.17,20, С.20,30.

21. Стационарные и нестационарные состояния. Нестационарное и стационарное уравнение Шредингера. С.21,30. Ш2.21. ПФА72-73.

22. Одномерные задачи квантовой механики. Сопоставление с одномерными задачами в классике.Решение одномерного уравнения Шредингера для свободной частицы.

23. Задача о потенциальной ступеньке в квантовой механике. Поведение волновой функции в точках, где потенциальная энергия терпит разрыв К!Ш1.153. Ш2.47. С.28.1-8. Пр. ПФА75-78.

24. Прямоугольные потенциальные ямы конечной и бесконечной глубины. К!Пр. Ш2.48. С.24.

25. Линейный гармонический осциллятор. С.23, Ш1.158,159. Потенциал, моделирующий взаимодействие атомов.К! ЛП.179.

26. Три квантовомеханические задачи с потенциальным барьером. Туннельный эффект. Нестационарные состояния электрона в потенциальной яме, разделенной барьером. К!Понятие о квазидискретных уровнях. К!Пр. Ш1.154.

27. Итоги решения набора одномерных квантовых задач. Связь характера спектра энергии с финитностью движения частицы.К!Ш1.42. С.22.

28. Эффект Рамзауэра и его качественное объяснение с использованием результатов решения одномерных квантовых задач. ПФА80-90.

29. Момент импульса в квантовой механике. Состояния с определенным значением квадрата модуля момента импульса и его проекции. Ш2.51,53-57, С.31п1,3,7.

30. Элементарные классические представления о магнитном моменте. Гиромагнитное отношение. Ларморова частота. Опыты Штерна и Герлаха. С.35,36. Ш 2.69. ПФА110-112,137-139.

31. Орбитальный и спиновый механический и магнитный моменты электрона. Магнетон Бора. Полный момент. Общая схема сложения механических моментов. Спектроскопические обозначения для моментов. Сложение магнитных моментов. Множитель Ланде. ПФА111-118, С.32,35,41п 2. Ш 2.72. Г.Н.21,22,26.

32. Классический и квантовый подходы в механике системы частиц.К! Тождественные частицы. Фермионы и бозоны. Стационарные состояния двух частиц в потенциальной яме. Принцип Паули (общая формулировка и формулировка для электронов в атоме). Ш2. 80-82. С. 46п3-6.

33. Взаимодействие атома с электромагнитным полем. Однофотонные процессы. Спонтанные и вынужденные излучательные переходы. Коэффициенты Эйнштейна. Ш1.98,99,101. Ш2.64.

34. Интенсивность спектральных линий. Правила отбора. Ш2.64,65,107. Г.Н. 33. С.39.

35. Время жизни возбужденных состояний. Естественная ширина уровней энергии и спектральных линий. К!Уширение спектральных линий из-за эффекта Доплера и столкновений между атомами. ВЖШ. Г.Н.17. Ш1.98.

Строение и свойства атомов и молекул

36. Постановка задачи о движении электронов в атоме. Одноэлектронное приближение как метод решения задачи о многоэлектронном атоме. Уравнение Шредингера для электрона в многоэлектронном атоме. Экранирование. Эффективная потенциальная энергия. Одноэлектронные состояния в сферически-симметричном поле. Уравнение Шредингера для радиальной функции. К!ПФА122,176-177.

37. Квантовые числа, характеризующие состояние электрона в атоме. Вырождение одноэлектронных уровней по направлениям момента импульса. К!ПФА122,123.

38. Спин-орбиталь, орбиталь, подоболочка, слой. Применение принципа Паули к электронам в атоме. Числа заполнения подоболочек и слоев. Смысл термина «электронная конфигурация». К!ПФА123-125.

39. Нерелятивистский электрон в водородоподобном атоме. Точное решение уравнения Шредингера для электрона в кулоновском поле. Специфическое кулоновское вырождение уровней. Радиальное распределение электронной плотности.К!ПФА163-172.Ш2.58-59. С.33.

40. Общий характер зависимости энергии одноэлектронных уровней в многоэлектронном атоме от квантовых чисел nи l. Роль экранирования. К!Ш2.60.С.34.ПФА.181-183.

41. Электронные конфигурации основных состояний атомов. Последовательность заполнения подоболочек и слоев в периодической системе Менделеева. Правило Клечковского. К!Ш2. 90. С. 47.

42. Точные и приближенные характеристики состояний электронной оболочки атома в целом. Моменты L, SиJ . Четность состояния. Иерархия взаимодействий в электронной оболочке атома. Влияние чисел S и L, на энергию атома. Причина влияния полного спина на энергию. К! Пр.ПФА124-130. С.38 п. 8.11. Г.Н. 30.

43. Спин-орбитальное взаимодействие. Векторная модель атома. Типы связи. Термы и их мультиплетная структура. Расположение нижних уровней атома углерода.К! Пр.ПФА124-130. С.38 п. 8.11. Г.Н. 30.

44. Замкнутые и дополнительные подоболочки. Правила Хунда. Нахождение конфигурации, и чисел L , S , J для основного состояния любого атома в таблице Менделеева. ПФА127. С.38, п.8.11. Г.Н.30.

45. Атом водорода. Волновые функции, уровни энергии, спектр. Тонкая структура уровней. Формула Дирака. Лэмбовский сдвиг уровней. С.38п.1-7,40п1-2,44,45. Ш2.72-75.

46. Атом гелия. Уровни энергии и спектр. Влияние полного спина S электронной оболочки на энергию атома (обменное взаимодействие). Ш2. 83,84,89 (без вывода формул). Но не Сивухин!

47. Уровни энергии и спектры атомов щелочных металлов. ПФА176-188. Ш2.60, 61,76. С. 34.

48. Рентгеновские состояния атомов. Рентгеновские уровни и характеристические спектры. Закон Мозли. Эффект Оже. Сплошной рентгеновский спектр и рентгеновский спектр поглощения. ПФА15-22,205-219. С.48. Ш2. 96,97.

49. Атом в магнитном поле. Расщепление уровней энергии в слабом и сильном полях. Магнитный резонанс. Два метода его наблюдения. ПФА110-118,134-142. С.41п2,3,6.

50. Атом в магнитном поле. Расщепление спектральных линий в слабом и сильном магнитных полях. Простой и сложный эффект Зеемана. С.41. Ш2.77-79.

51. Виды движения в молекуле. Разделение энергии молекулы на электронную, колебательную и вращательную. Г.Н.51. ПФА226-234.

52. Электронные, колебательные и вращательные уровни энергии и спектры двухатомной молекулы. ПФА226-238. Г.Н.11,19.

Примечания

– Материал конспекта лекцийнеобходим для каждого вопроса (но этого недостаточно). Используйте материалы практических и лабораторных занятий и учебную литературу. Приведенные номера параграфов, страниц и т. п. носят рекомендательный характер.

Примеры расшифровки обозначений в тексте:

К! -абсолютно необходимматериал конспекта лекций.

Ш1.103 – §103, Шпольский Э.В. «Атомная физика», том 1, 1974. Ш2 – том 2.

С.13п2,4 – §13, пункты 2,4, Сивухин Д.В.«Общий курс физики»,том 5,часть 1:Атомная физика, 1986.

В.Гл.1,2 – главы 1 и 2, Вихман Э. «Квантовая физика», 1974.

Г.Н.21 – §§21, Гольдин Л.Л., Новикова Г.И. «Введение в квантовую физику», 1988.

Пр.– использовать материал соответствующего практического занятия.

ЛП.7-9 –стр.7-9 сборника «Физика атома: лабораторный практикум», БГУ, 2006.

ПФА25-29 – стр. 25-29 по электронной папке «Практикум по физике атома (для студентов)».

ВЖШ – файл «Время жизни и ширина уровней энергии. Ширина спектральных линий»

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: