И.В.Савельев Курс общей физики, том III. ОПТИКА
advertisement
И.В.Савельев Курс общей физики, том III. ОПТИКА, АТОМНАЯ ФИЗИКА, ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ Главная цель книги — познакомить студентов прежде всего с основными идеями и методами физики. Особое внимание обращено на разъяснение смысла физических законов и на сознательное применение их. Несмотря на сравнительно небольшой объем, книга представляет собой серьезное руководство по физике, обеспечивающее подготовку, достаточную для успешного усвоения в дальнейшем теоретической физики и других физических дисциплин, ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие к третьему изданию 7 § 16; Световая волна 72 Из предисловия к первому 8 § 17. Интерференция световых 78 волн изданию § 18. Способы наблюдения 88 ЧАСТЬ I ОПТИКА интерференции света § 19. Интерференция света при 90 9 Глава I. Введение отражении от тонких пластинок § 1. Основные законы оптики 9 § 20. Применения 99 § 2. Развитие представлений о 16 природе света интерференции света 103 § 3. Принцип Ферма 19 Глава IV. Дифракция света § 21. Принцип Гюйгенса — 108 § 4. Скорость света 21 Френеля § 5. Световой поток 23 § 6. Фотометрические величины 23 § 22. Зоны Френеля 108 § 23. Дифракция Френеля от 114 и их единицы простейших преград § 7. Фотометрия 33 § 24. Дифракция Фраунгофера от 128 34 Глава II. Геометрическая щели оптика § 25. Дифракционная решетка 134 § 8. Основные понятия и 34 § 26. Дифракция рентгеновских 144 определения лучей § 9. Центрированная оптическая 37 система § 27. Разрешающая сила 152 объектива § 10. Сложение оптических 47 155 систем Глава V. Поляризация света § 11. Преломление на 51 § 28. Естественный и 155 поляризованный свет сферической поверхности § 29. Поляризация при 159 § 12. Линза 58 отражении и Преломлении § 13. Погрешности оптических 62 систем § 30. Поляризация при двойном 164 лучепреломлении § 14. Оптические приборы 64 § 31. Интерференция 170 § 15. Светосила объектива 69 поляризованных лучей. 72 Глава III. Интерференция Эллиптическая поляризация света § 32. Кристаллическая пластинка между двумя поляризаторами § 33. Искусственное двойное лучепреломление § 34. Вращение плоскости поляризации Глава VI. Оптика движущихся сред и теория относительности § 35. Опыт Физо и опыт Майкельсона § 36. Специальная теория относительности § 37. Преобразования Лоренца § 38. Следствия из преобразований Лоренца § 39. Интервал § 40. Сложение скоростей § 41. Эффект Допплера § 42. Релятивистская динамика Глава VII. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом § 43. Дисперсия света § 44. Групповая скорость § 45. Элементарная теория дисперсии § 46. Поглощение света § 47. Рассеяние света § 48. Эффект Вавилова — Черенкова Глава VIII. Тепловое излучение § 49. Тепловое излучение и люминесценция § 50. Закон Кирхгофа § 51. Закон Стефана—Больцмана и закон Вина § 52. Формула Рэлея—Джинса § 53. Формула Планка § 54. Оптическая пирометрия Глава IX. Фотоны § 55. Тормозное рентгеновское излучение 175 180 182 190 190 197 200 203 208 212 214 218 228 228 229 233 236 238 242 244 244 246 251 253 259 264 272 272 § 56. Фотоэффект § 57. Опыт Боте. Фотоны § 58. Эффект Комптона ЧАСТЬ II АТОМНАЯ ФИЗИКА Глава X. Боровская теория атома § 59. Закономерности в атомных спектрах § 60. Модель атома Томсона § 61. Опыты по рассеянию aчастиц. Ядерная модель атома § 62. Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца § 63. Элементарная боровская теория водородного атома Глава XI. Квантовомеханическая теория водородного атома § 64. Гипотеза де-Бройля. Волновые свойства вещества § 65. Уравнение Шредингера § 66. Квантовомеханическое описание движения микрочастиц § 67. Свойства волновой функции. Квантование § 68. Частица в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме. Прохождение частиц через потенциальный барьер § 69. Атом водорода Глава XII. Многоэлектронные атомы § 70. Спектры щелочных металлов § 71. Нормальный эффект Зеемана § 72. Мультиплетность спектров и спин электрона § 73. Момент импульса в квантовой механике § 74. Результирующий момент 275 281 285 290 290 293 295 301 305 308 308 310 314 320 321 330 338 338 344 347 354 357 многоэлектронного атома § 87. Состав и характеристика 434 § 75. Аномальный эффект 360 атомного ядра § 88. Масса и энергия связи ядра 438 Зеемана § 89. Природа ядерных сил 441 § 76. Распределение электронов в 367 атоме по энергетическим § 90. Радиоактивность 443 § 91. Ядерные реакции 457 уровням § 92. Деление ядер 463 § 77. Периодическая система 369 элементов Менделеева § 93. Термоядерные реакции 472 § 78. Рентгеновские спектры 377 476 Глава XV. Элементарные § 79. Ширина спектральных 381 частицы § 94. Космические лучи 476 линий § 95. Методы наблюдения 478 § 80. Вынужденное излучение 386 389 элементарных частиц Глава XIII. Молекулы и § 96. Классы элементарных 482 кристаллы частиц и виды взаимодействий § 81. Энергия молекулы 389 § 82. Молекулярные спектры 395 § 97. Частицы и античастицы 487 § 98. Изотопический спин 408 § 83. Комбинационное рассеяние 403 § 98. Странные частицы 499 света § 100. Несохранение четности в 503 § 84. Теплоемкость кристаллов 405 § 85. Эффект Мёссбауэра 417 слабых взаимодействиях § 101. Нейтрино 509 § 86 Лазеры. Нелинейная оптика 424 § 102. Систематика 512 ЧАСТЬ III элементарных частиц ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ Приложение. Голография 518 Предметный указатель 522 434 Глава XIV. Атомное ядро ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ Аберрация света 21, 191 Атомная единица массы 434 — сферическая 62 Атомный номер 435 — хроматическая 63 — остаток 343 Абсолютная система отсчета 191 Барионное число 493 Абсолютно черное тело 248, 250 Барионный заряд 486, 493 Адроны 485 Барионы 485 Аккомодация 64 Барн 461 Альфа-лучи 450 Бета-лучи 450 Альфа-распад 450 Бета-распад 453 Альфа-частицы 295 Бипризма Френеля 89 Анализатор 175 Бозоны 486 Аннигиляция пар 489, 492 Бомба атомная 441, 467 Антинейтрино 435 — термоядерная 473 Антинейтрон 493 Вакуум 488 Антипротон 492 Ветвь акустическая 415 Античастицы 492 — оптическая 405, 415 Астигматизм 63 Взаимодействие гравитационное 484 — обменное 442, 446 Взаимодействие сильное 442, 483 — слабое 484 — электромагнитное 483 Видности функция 24 Виртуальные процессы 446 — частицы 443 Внутренняя конверсия 452 Волна монохроматическая 23, 93, 236 Волновая функция 311, 314, 320 Волновое число 283, 291 Волны когерентные 78, 81 Восьмеричный путь 515 Вращение плоскости поляризации 182 — — — магнитное 188 Время абсолютное 197 — взаимодействия 483 — жизни возбужденного состояния атомов 381 — — — — ядер 418, 452 — — метастабильного состояния 381 — собственное 207 Вырождение 332 Гамма-лучи 450 Гармонический осциллятор 392 Гиперзаряд 501 Гиперон 486 Гипотеза де-Бройля 308, 309, 312 — Юкавы 444 Главное сечение кристалла 165 Гравитационное красное смещение 422 Гравитоны 484 Граница серии 292 Группа волн 230, 236 Давление света 283 Двойное лучепреломление 161, 180 Дейтерий 436 Дейтон 442, 457 Деление ядер 441, 463 Дефект масс 440 Диаграмма Мозли 370 Диоптрия 42 Дисперсия аномальная 229, 236 — нормальная 229, 236 — света 63, 228 — —, элементарная теория 233 —— спектрального прибора линейная 141 — — — угловая 140 Дисторсия 63 Дифракционная решетка 134 и д., 250 — — вогнутая 143 — — отражательная 143 Дифракция в параллельных лучах 108 — от края полуплоскости 120 — — круглого диска 118 —— — — отверстия 114 — — щели 126, 128 — рентгеновских лучей 144 и д. — света 18, 106 — Фраунгофера 108 — Френеля 108 — электронов 309, 315 Дихроизм 165 Дополнительные окраски 178 Единица радиоактивности 457 e-захват 456 Закон Больцмана 260, 388, 424 — Брюстера 160, 161 — Бугера 237 — взаимности световых лучей 11 — взаимосвязи массы и энергии 226 — Дюлонга и Пти 406, 414 — Кирхгофа 249 — Ламберта 29 — Малюса 157 — Мозли 378 — независимости световых лучей 9, 431 — обратимости световых лучей 11 — отражения света 9, 20 Закон поглощения света 237 — преломления света 10, 20 — пропорциональности массы и энергии 226 — прямолинейного распространения света 9, 112 — радиоактивного распада 448 — Рэлея 240 — смещения Вина 253, 264 — сохранения барионного заряда 493 — — комбинированной четности 507 — — лептонного заряда 494 — — странности 501 — — четности 505 — Стефана—Больцмана 252, 263 — Стокса 404 — Столетова 277 — T3 Дебая 413 Законы сохранения 513 — фотоэффекта 275 и д. Закрученность частицы 507 Зарядовая независимость ядерных сил 442 Зарядовое сопряжение 494 — число 435 Зеркала Френеля 88 Зеркало сферическое 55 Зонная пластинка 114 Зоны Френеля 108 Зрительная труба 67 Излучение Вавилова—Черенкова 243 — вынужденное 386, 424 — индуцированное 386 — равновесное 245, 264 — резонансное 417 — спонтанное 382, 386 — температурное 244 — тепловое 244 Изобары 436 Изображение действительное 36 — мнимое 36 — обратное 39 — оптическое 36 — прямое 39 — стигматическое 36 — точечное 36 Изомеры 436, 452 Изотоны 436 Изотопы 436 Инверсия комбинированная 507 Инверсия пространства 504 Инверсная населенность энергетических уровней 425 Интегралы Френеля 122 Интенсивность света 73, 75 Интервал 208 Интерференция в тонких пластинках 90 и д. — волн 79 — поляризованных лучей 170 и д. — света 18, 78 и д. Интерферометр Майкельсона 100, 193 Испускательная способность 246 Источник света изотропный 26 — — косинусный 29 — — ламбертовский 29 — — точечный 26 (j,j)-связь 358 Кант полосы 396, 403 Каон 485 Катодолюминесценция 244 Квазичастица 416 Квант действия 260 — звука 416 — энергии 251, 260 Квантовое число азимутальное 331, 332, 367 — — вращательное 394 — — главное 305, 331, 332, 367 — — колебательное 392 — — магнитное 331, 332, 345,367 — — полного момента 351 — — спиновое 349, 367 Кванты света 278, 281, 301 Кварки 516 K-захват 456 K-мезоны 485 Когерентность 78, 81 — временная 81 — пространственная 81 Коллинеарное соответствие 37 Кольца Ньютона 98 Кома 63 Компаунд-ядро 458 Комптоновская длина волны 289, 444 Константа взаимодействия 483 Коротковолновая граница рентгеновского спектра 272, 275 Корпускулярно-волновой дуализм 18, 283, 308 Космические лучи 476 и д. Коэффициент отражения 77, 328 — поглощения 236, 237 — — отрицательный 425 — упаковочный 440 — Эйнштейна 387 — экстинкции 240 Кратность вырождения 332 Кристалл двуосный 166 — одноосный 165 Критическая масса 467 — опалесценция 242 Кружок наименьшего рассеяния 36 Кюри, единица радиоактивности 457 Лагранжа—Гельмгольца инвариант 57 Лазер 387, 424 и д. Ланде множитель 363, 364 Лептонное число 494 Лептонный заряд 494 Лептоны 446, 485 Ливни электронно-позитронных пар 476 Линза 58 Лоренцево смешение 347 — сокращение 205 Луч 34, 169 — необыкновенный 164, 168 — обыкновенный 164, 168 — параксиальный 52 Люкс 27, 28 Люмен 26 Люминесценция 244 Люминофоры 244 Магнетон Бора 344, 350 — ядерный 434 Магнитный момент атома 363 — — электрона орбитальный 344 — — — собственный 350 Мазер 424 Масса покоя 223, 282 — релятивистская 223 Массовое число 435 Мезоны 442, 445, 485 Механический эквивалент света 27 Микрочастицы 310, 316 Мировая линия 208 — точка 208 Многофотонные процессы 432 Модель атома векторная 361 — — Резерфорда 296 — — Томсона 293 — — ядерная 296, 301 Момент импульса 333, 354 и д. — инерции молекулы 394, 398 Мультиплетность терма 360 Мультиплеты 348 — зарядовые 496, 497, 514 — обращённые 377 — правильные 377 — унитарные 514 Мутные среды 239 Мю-мезон 207, 445 Мюон 445 Нейтрино 455, 509 — мюонное 512 — продольное 508 — электронное 512 Нейтрон 435 Нелинейное отражение света 431 Несохранение четности 505 Нит 29 Нормальное смещение 347, 361, 365 Нуклон 434, 496 Оптика волновая 34, 72 — геометрическая 34 — лучевая 34 — нелинейная 431 Оптическая длина пути 19, 82, 193 — ось кристалла 165, 183 — — системы 36, 52 — разность хода 82 — сила 42, 53, 55 — система 36, 37 — — идеальная 36 — — телескопическая 67 — — центрированная 37 Оптические гармоники 432 Оптический квантовый генератор 424 Опыт Айвса 217 — Боте 281 — Вавилова 285 — Ву 506 — Дэвиссона и Джермера 309 — Лауэ, Фридриха и Книппинга 145 — Ледермана и Шварца 512 Опыт Майкельсона 193 и д. — Паунда и Ребки 422 — Резерфорда 295 — Рейнеса и Коуэна 510 — Физо 191, 213 — Франка и Герца 302 и д. — Штерна и Герлаха 333 Освещенность 27 Относительное отверстие 71 Пара электронно-позитронная 489 Переходы вынужденные 386 — индуцированные 386 — спонтанные 382 Период полураспада 449 Периодическая система Менделеева 369 и д. Пи-мезон 445, 485 Пион 445 Пирометры оптические 264 и д. Плоскости главные 41 — кардинальные 41, 43, 46 — узловые 46 — фокальные 38 Плоскость колебаний 155 — поляризации 155 Плотность вероятности 284, 315. 337 — потока энергии 23 — светового потока 75 — энергии излучения 253 Поглощательная способность 248 Поглощение света 236 и д. — — миогофотонное 432 — — резонансное 417, 420 Погрешности оптических систем 62 и д. Позитрон 455, 487, 489 Позитроний 490 Показатель преломления 11, 14, 74, 236, 431 — — абсолютный 11 — — относительный 10, 11, 12 Поле интерференции 83 Полное внутреннее отражение 13 Полосы вращательные 397 — колебательно-вращательные 399 — равного наклона 95, 98 — равной толщины 97, 98 — электронно-колебательные 400 Полуширина спектральной линии 382 Поляризатор 156 Поляризация света 18, 155 и д. — — круговая 158, 173 — — эллиптическая 158, 173 Поляроид 165 Порядок интерференционного максимума 92, 94 Постоянная Верде 189 — вращения 183 — — удельная 183 — дифракционной решетки 134 — Керра 182 — Планка 260, 275, 279, 305, 311, 333 — распада 449 — Ридберга 292, 306, 338, 379 — Стефана—Больцмана 252, 264 Постулаты Бора 301 Правила отбора 400, 426 — Хунда 376 Правило отбора для j 354 — — — J 397, 401 — — — I 334 — — — L 343 — — — m 346 — — — mJ 366 — — — mL 366 — — — ms 366 — — — v 393 Преобразования Галилея 200, 203, 218 — Лоренца 203, 218 Принцип Гюйгенса 17, 106, 169 — Гюйгенса — Френеля 106, 107, 108 — запрета 368 — исключения 368 — относительности Галилея 191 — — Эйнштейна 197, 218 — Паули 368, 369, 375 — постоянства скорости света 197, 200 — Ферма 19 — эквивалентности 422 Промежуточное ядро 458 Пространство абсолютное 197 — изображений 36 — предметов 36 — четырехмерное 208 Протий 436 Протон 434, 493 Прямые ядерные взаимодействия 459 Пучок лучей 34 — — астигматический 35 Пучок лучей гомоцентрический 34 — — параксиальный 52 Радиационный захват нейтронов 465 Радиоактивность 448 и д. — естественная 448 — искусственная 448 — протонная 456 Радиоактивные ряды 449 — семейства 449 Радиоуглерод 462 Разрешающая сила дифракционной решетки 142 — — объектива 153 — — спектрального прибора 142 Рассеяние α-частиц 295 и д. — света 238 и д. — — комбинационное 400, 403, 431 — — молекулярное 241 Резонансное поглощение нейтронов 462 Резонансы 486 Релятивистская динамика 218 и д. Рентгеновские трубки 272 Рентгеновское излучение тормозное 272 — — характеристическое 274, 377 Рентгеноструктурный анализ 150 Рождение пар 489 Рэлея критерий 142, 153 Самофокусировка света 432 Свет естественный 155, 159 — плоскополяризованный 155 — поляризованный 155 — — по кругу 158, 173 — прямолинейно поляризованный 155 — частично поляризованный 157, 159 — эллиптически поляризованный 158, 173 Светимость 27, 29 — энергетическая 246, 265 — — абсолютно черного тела 250, 251, 263 Световой поток 25, 26 Светосила объектива 69, 71 Свеча 26 Связь гетерополярная 390 — гомеополярная 389 Связь Рессель — Саундерса 358 Серии рентгеновские 378 Серия Бальмера 292, 334 — Бергмана 338 — Брэкета 292 — главная 338, 340 — диффузная 338, 340 — Лаймана 292, 334 — основная 338, 340 — Пашена 292 — Пфунда 292 — резкая 338—340 — спектральная 290 — фундаментальная 338 Серое тело 248, 270 Сила света 26 Символы термов 351, 359, 429 Синтез ядер 441, 472 Скорость групповая 231, 236 — света 18, 21, 23, 199 — фазовая 230, 236 Сложный дублет 354 Собственные значения 321 — функции 321 Соотношение неопределенностей 317, 319, 443 Сопряженные точки 36 Составное ядро 458 Состояния вырожденные 332 Спектр атомный 290 — —, сверхтонкая структура 438 — —, тонкая структура 348 — линейчатый 290 — молекулярный 395 — полосатый 396 — рентгеновский 378 Спин 348, 349, 361, 487 — изобарический 496 — изотопический 486 — фотона 334 — ядра 438 Спин-орбитальное взаимодействие 351 Спираль Корню 122 Спиральность частицы 507, 508 Стационарное состояние 312 Степень поляризации 158 Стильб 29 Странность 499, 501, 503 Супермультиплет 514 Сцинтилляция 295 Таутохронность 19 Телескоп 67, 69 Температура Дебая 413, 421 — отрицательная 425 — радиационная 267, 270 — цветовая 270, 271 — яркостная 269 Теория Бора 305 и д., 331 — Дирака 487, 490 — истечения 16 — относительности 197 и д. — света волновая 1.6, 190 — — корпускулярная 16 — — электромагнитная 18 — теплоемкости кристаллов Дебая 407 — — — Эйнштейна 406 — унитарной симметрии 514 Тепловой эффект ядерной реакции 458 Терм 293, 302, 338, 340, 343, 351, 359 Термоядерная реакция 441, 472 — — управляемая 474 Точки главные 41, 46 — кардинальные 41, 43, 46 — узловые 46 Тритий 436 Туннельный эффект 330, 453, 473 Тяжелая вода 469 Тяжелый водород 436 Увеличение линейное 39, 44 — оптического прибора 64 — поперечное 39, 45, 46, 65 — продольное 45 — угловое 45 Угол Брюстера 160, 161, 163 — наименьшего отклонения 14 — полной поляризации 160 — предельный 12 — скольжения 149 Узлы оптической системы 46, 54 Ультрафиолетовая катастрофа 259 Уравнение Дирака 349, 487 — Шредингера 311 и д., 320, 331 — — для стационарных состояний 312 Уровни энергии 302 Ферми, единица длины 436 Фермионы 485 Флуоресценция 404 —резонансная 417 — рентгеновская 281 Фокусное расстояние 41 Фокусы оптической системы 38, 46 Фонон 416, 421 Формула Бальмера 291, 292 — — обобщенная 293, 306 — Вина 252 — Вульфа — Брэгга 149, 150 — Ньютона 44, 55 — Планка 262, 387 — Резерфорда 300 Рэлея — Джинса 258, 262 — тонкой линзы 60 — Эйнштейна 279 Формулы Лауэ 147, 150 — Ридберга 338 — Френеля 161 — центрированной оптической системы 44 Фот 27, 28 Фотоделение ядер 465 Фотолюминесценция 244 Фотометрия 30, 280 Фотон 18, 72, 281, 282, 334, 336 — виртуальный 443 —, импульс 283 —, энергия 282 Фотосопротивление 280 Фотоэлектродвижущая сила 280 Фотоэффект 18, 275 и д. — вентильный 280 — внешний 279 — внутренний 279 —,красная граница 278 — многофотонный 433 Хемилюминесценция 244, 245 Цикл Бете 473 — протонно-протонный 473 — углеродный 474 Цуг волн 79, 155, 172 Частицы абсолютно нейтральные 493 — странные 499 и д. — элементарные 482, 516 Четность 503 — внутренняя 505 — комбинированная 507 — состояния 504 Ширина спектральной линии 382, 385 — — — допплеровская 218 и д. Ширина спектральной линия естественная 382, 418 — энергетического уровня 382 Электролюминесценция 244 Электронная группа 368 — конфигурация 370, 375 — оболочка 368 Электронный захват 456 — слой 368 Энергия вращательная 392 — осциллятора 392 — — нулевая 393 — — средняя 406 — колебательная 392 — покоя 225 — связи молекулы 391 — — нуклонов в ядре 439, 440 — электронная 391 Эфир мировой 18, 190, 197 Эффект Вавилова — Черенкова 242 — Допплера 190, 214 — — поперечный 217 — — продольный 216 — Зеемана аномальный 348, 361 — — нормальный 344 и д. — — простой 361 — — сложный 361 — Керра 181 — Комптона 18, 285 и д. — Мёссбауэра 420 — Пашена — Бака 367 — Рамана 403 — Фарадея 188 Эффективное сечение 459 Ядерная единица времени 458 Ядерные реакции 457 и д. — — срыва 459 — — цепные 467 — силы 442 Ядерный реактор 468 — — гетерогенный 471 — — гомогенный 47.1 — реактор-размножитель 472 Ядро атома 434 и д. — —, масса 438 — —, радиус 436 — —, спин 438 — —, энергия связи 439 Яркость 26, 28 — энергетическая 265 Ячейка Керра 23, 181, 182
