1)Принцип относительности и концепция единого пространства-времени. Основные постулаты СТО. Сравнение Ньютоновской и Релятивистской механики.

Принцип относительности Галилея: во всех инерциальных системах отсчета все механические явления протекают одинаково.

В классической физике природа предстала ввиде двух картин мира: механистической и электромагнитной. Между ними возникли противоречия

В классической механике пространство и время:

1)абсолютны,2)независимы друг от друга,3)не связаны с материей Ньютоновская механика

1.Принцип относительности Галилея «Во всех инерциальных системах отсчета все механические явления протекают одинаково» 2. Принцип инвариантности времени «Во всех инерциальных системах ход времени одинаков» L= и t

Релятивистская механика(СТО)(Основные постулаты СТО) 1.Принцип относительности Эйнштейна «Во всех инерциальных системах отсчета все физические явления протекают одинаково» 2. Принцип инвариантности скорости света «Во всех инерциальных системах отсчета скорость света в вакууме одинакова»S=

2) Пространство и время в классической механике и в специальной тории относительности. Пространственно-временной интервал. Основные следствия СТО. В классической механике пространство и время:

1)абсолютны,2)независимы друг от друга,3)не связаны с материей. Свойства пространства-времени зависят от поля тяготения. В поле тяготения пространство обладает кривизной. Интервал в теории относительности — расстояние между двумя событиями в пространстве-времени, являющееся обобщением евклидового расстояния между двумя точками.В теории относительности, (СТО и ОТО), время неразрывно связывается с пространственными координатами. Естественно, что всякое происходящее в мире событие может быть однозначно задано только с указанием, где и когда оно произошло, то есть когда известны четыре координаты Х, У, Z, t.

3)Общая ТО А.Эйнштейна. Три постулата лежащие в её основе.

Общая теория относительности — геометрическая теория тяготения, развивающая специальную теорию относительности (СТО).

1.Расширенный принцип относительности: во всех и инерциальных и неинерциальных системах отсчета все физические явления протекают одинаково. 2.Принцип инвариантности скорости света: во всех системах отсчета скорость света в вакууме одинакова. 3.Принцип эквивалентности инертной и гравитационной масс: кинематические эффекты, возникающие под действием гравитационных сил, эквивалентны эффектам, возникающим под действием ускорения.

4)Образ природы в неклассическом естествознании: тепловое излучение тел. Законы Вина и Стефана-Больцмана. Гипотеза Планка. Квантово-волновой дуализм света.

Все тела при температуре, отличной от абсолютного нуля, излучают электромагнитные волны.Две характеристики теплового излучения: Энергетическая светимость тела М_е- мощность, излучаемая по всем направлениям с единицы площади поверхности тела.Спектральная плотность энергетической светимости М_{А т} - мощность, излучаемая по всем направлениям с единицы площади поверхности тела в единичном диапазоне длин волн.

• Закон Вина: длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела, обратно пропорциональна его температуре , где b=2.9* m*K

• Закон Стефана-Больцмана: Энергетическая светимость абсолютно черного тела пропорциональна его температуре в четвертой степени =σ , где σ =5,67*

Гипотеза Планка: атомы излучающего тела отдают электромагнитную энергию порциями (квантами) Постулат Планка ε =hv, h=6.62* Дж*с Квантово-волновой дуализм Свет одновременно представляет собой волну и поток частиц - фотонов. Фотон - частица с массой покоя, равной нулю, движущаяся всегда со скоростью света в вакууме с = 3-10⁸ м/с. Энергия фотона ε =hv. Импульс фотона p=

5) Образ природы в неклассическом естествознании: явление внешнего фотоэффекта.

Явление испускания электронов поверхностью металла под действием света. Законы внешнего фотоэффекта 1.Количество вылетевших электронов пропорционально интенсивности света.2.Максимальная скорость электронов зависит только от частоты света. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта:

ε= +

Для каждого вещества существует минимальная частота , ниже которой фотоэффект не наблюдается. Эта граничная частота называется красной границей фотоэффекта.

Из условия ε= ,=

6) Образ природы в неклассическом естествознании: гипотеза де Бойля. Соотношение неопределенностей.

Гипотеза де Бройля: Каждый микрообъект может проявлять себя одновременно и как частица и как волна. Формулы, связывающие параметры частицы и волны те же, что и для фотона: ε =hv p=

Волны де Бройля характеризуют вероятность нахожде ния частицы вблизи рассматриваемой точки пространства. Вероятностный, случайный характер поведения микрообъектов ограничивает применение по отношению к ним таких классических понятий, как импульс, энергия, координата. Соотношения неопределенностей В. Гейзенберг, немецкий физик (1901-1976 г.): «понятия обычного языка не подходят для описания строения атома». Произведение неопределенности импульса на неопределенность координаты частицы по порядку величины не может быть меньше постоянной Планка.

Произведение неопределенности полной энергии частицы на время ее пребывания в этом состоянии по порядку величины не может быть меньше постоянной Планка. Постоянная Планка - квант действия -величина, определяющая масштаб изменения квантующихся характеристик. Две взаимоисключающие характеристики -энергетически-импульсная и пространственно- временная взаимно дополняют друг друга.

7) Образ природы в неклассическом естествознании: квантовая механика. Уравнение Шредингера. Физический смысл волновой ф-ции.

Квантовая механика - раздел теоретической физики, описывающий квантовые системы и законы их движения. Зрвин Шрёдингер, австрийский физик (1887-1961 г.) получил волновое уравнение для микрообъектов. Стационарное уравнение Шредингера

Е - полная энергия частицы; U - потенциальная энергия; -волновая функция;

Квадрат модуля волновой функции определяет вероятность нахождения частицы в элементе объема пространства сМ: dw=|Ψ|²*dV

В отличие от динамических зависимостей классических теорий в квантовой механике используются статистические зависимости. Уравнение Шредингера описывает эволюцию системы. Уравнение имеет решение только при некоторых значениях энергии, т.е. энергия частицы квантуется.

8) Образ природы в неклассическом естествознании: модели атома. Опыт Э.Резерфорда. Теория Н.Бора для атома водорода.

Джозеф Томсон, английский физик 1897 г. - открытие электрона. Опыты Резерфорда 1908 г. - облучение тонких металлических пластинок а -частицами: а)модель атома Томсона; б)модель Резерфорда (планетарная модель).

1.При движении по окружности электроны по теории Максвелла будут излучать волны. Следовательно, потеряют энергию и упадут на ядро. 2.Тогда спектр излучения должен быть сплошным, а на опыте он линейчатый. Для устранения противоречий Нильс Бор, датский физик, в 1913 г. предложил свои два постулата. Теория Бора есть искусственное соединение классических и квантовых представлений. Она справедлива только для атома водорода и водородоподобных атомов.

9) Образ природы в неклассическом естествознании: квантовые числа, определяющие состояние электрона атома. Облачки и подоблачки. n=1,2,3,...-главное квантовое число. Определяет энергию электрона и размеры электронного облака. l=0,1,2,...,(n-1)-орбитальное квантовое число. m=0,±1,±2,...±l- магнитное квантовое число. Числа l и m определяют орбитальный момент импульса электрона, конфигурацию и ориентацию электронного облака. - спиновое квантовое число. Определяет собственный момент импульса электрона. Электронные облака (орбитали) –совокупность точек, в которых велика вероятность нахождения электрона. Они определяют размеры и пространственную конфигурацию атома. Совокупность электронов одинаковым главным квантовым числом n называется оболочкой.

Значение n	1	2	3	4
Обозначение оболочки	К	L	M	N

Совокупность электронов с одинаковым орбитальным квантовым числом l называется подоболочкой.

Значение l	0	1	2	3
Обозначение подоболочки	S	p	d	f

Принцип Паули: в атоме не может быть двух и более электронов с одинаковым набором четырех квантовых чисел.

10) Образ природы в неклассическом естествознании: 4 фундаментальных взаимодействия в природе. Классификация элементарных частиц. 1.Сильное – взаимодействие протонов и нейтронов в ядрах атомов (радиус взаимодействия ~10^--15 м); 2.Электромагнитное –взаимодействие электрических зарядов, токов, электрических и магнитных полей (радиус взаимодействия до ∞); 3.Слабое – взаимодействие элементарных частиц при радиоактивном распаде (радиус взаимодействия~10^-15м); 4.Гравитационное – взаимодействие всех тел (радиус взаимодействия до ∞) 1этап: открытие частиц •электрон - Дж. Томсон, 1897 г. •фотон - М. Планк, 1900 г. •протон - Э. Резерфорд, 1910 г. •нейтрон - Дж. Чадвик, 1932 г. •Теоретическое предсказание существования античастиц - П. Дирак, 1929 г.

2этап: открытие частиц

•п - мезон в космических лучах 1947 г. •несколько сотен частиц за 15 лет. Встал вопрос о классификации частиц. Масса.

В середине прошлого столетия была создана классификация элементарных частиц по массе

Элементарные частицы: фотоны, Андроны, Лептоны( ).

Андроны: Мезоны( ), Барионы.

Барионы: Гипероны( ,+ Резонансы(короткоживущие частицы)), Нуклоны(p,n).

11)Квантовая физика в современных технологиях: ядерная энергетика. Дефект массы, энергия связи. Устойчивость ядер.

Z -порядковый номер элемента, число протонов в ядре; А-массовое число, общее число протонов и нейтронов (нуклонов). Изотопы - ядра с одинаковым Z, но разным А. Дефект массы ядра: Энергия связи ядра - энергия, необходимая для расщепления ядра на составляющие его нуклоны: У стойчивость ядер: Удельная энергия связи - энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра:

Чем больше удельная энергия связи, более устойчиво ядро.

12) Квантовая физика в современных технологиях: Устойчивость ядер. Реакция действия (ядерный реактор, ядерная бомба) и термоядерный синтез.

Устойчивость ядер: Удельная энергия связи - энергия связи, приходящаяся на один нуклон ядра:

Чем больше удельная энергия связи, более устойчиво ядро.

а) ядерные реакторы.

Первые реакторы - 1942 г., Э. Ферми, США и 1949 г., И. В. Курчатов, Россия. Делящееся вещество – смесь изотопов урана U²³⁸ и U²³⁵ (или плутоний Pu²³⁹). При попадании в ядро нейтрона оно делится, испуская два или три вторичных нейтрона. Может возникнуть цепная реакция. В зависимости от скорости нейтроны делятся на быстрые и медленные. Медленными нейтронами делится только изотоп урана U²³⁵. Природный уран U²³⁸ «обогащают» и используют их смесь.

б) Атомная бомба.

После взрыва пороха масса активного вещества становится больше критической и происходит неуправляемая цепная реакция.