Д.В.Сивухин
ОБЩИЙ КУРС ФИЗИКИ. Т.V,Ч.1
АТОМНАЯ ФИЗИКА
В основе пособия - лекции, читанные автором для студентов Московского
физико-технического института. Главное внимание уделено выяснению
физического смысла и содержания основных законов и понятий атомной физики,
установлению границ применимости этих законов, развитию у студентов навыков
физического мышления и умения ставить и решать конкретные задачи. Вторая
часть выйдет в 1987 г.
Для студентов физических и физико-математических факультетов
университетов, физико-технических и инженерно-физических институтов, а
также тех вузов, где физика является основной дисциплиной.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
6
ГЛАВА I
КВАНТЫ СВЕТА
§ 1. Энергия и импульс светового кванта
7
§ 2. Фотоэлектрический эффект
12
§ 3. Эффект Комптона
25
§ 4. Эффект Допплера при движении источника света в вакууме с фотонной
34
точки зрения
§ 5. Отражение и преломление света в фотонной теории. Фотоны в среде
37
§ 6. Излучение Вавилова - Черенкова. Эффект Допплера при движении
40
источника света в среде
§ 7. Фотоны в гравитационном поле
44
§ 8. Некоторые опыты по обнаружению корпускулярных свойств света
47
ГЛАВА II
СТРОЕНИЕ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УРОВНИ И СПЕКТРЫ АТОМА
§ 9. Ядерная модель атома и опыты Резерфорда
50
§ 10. Определение заряда ядра из рассеяния рентгеновских лучей
58
§ 11. Спектральные закономерности
61
§ 12. Постулаты Бора
65
§ 13. Спектр водорода
68
§ 14. Экспериментальное подтверждение постулатов Бора
80
§ 15. Резонансное свечение и люминесценция
87
§ 16. Принципиальные недостатки теории Бора
91
ГЛАВА III
ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА ЧАСТИЦ ВЕЩЕСТВА
§ 17. Гипотеза де Бройля
94
§ 18. Экспериментальные подтверждения гипотезы де Бройля
101
§ 19. Статистическая интерпретация волн де Бройля и волновой функции
112
§ 20. Соотношение неопределенностей
121
ГЛАВА IV
УРАВНЕНИЕ ШРЕДИНГЕРА. КВАНТОВАНИЕ
§ 21. Уравнение Шредингера
§ 22. Уравнение Шредингера и квантование
§ 23. Гармонический осциллятор
§24. Одномерные, прямоугольные потенциальные ямы.
§ 25. Квантование в случае сферически симметричного силового поля
§ 26. Система двух взаимодействующих частиц
§ 27. Квантование водородоподобного атома в сферически симметричном
случае
§ 28. Потенциальные барьеры
§ 29. К объяснению контактной разности потенциалов. Холодная эмиссия
электронов из металлов
ГЛАВА V
ДАЛЬНЕЙШЕЕ ПОСТРОЕНИЕ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ И
СПЕКТРЫ
§ 30. Операторный метод
§ 31. Момент импульса частицы
§ 32. Сложение угловых моментов
§ 33. Квантование водородного атома в общем случае
§ 34. Энергетические уровни и спектральные серии щелочных металлов
§ 35. Магнетизм атомов
§ 36. Опыты Штерна и Герлаха. Спин электрона
§ 37. Эффект Садовского и спин фотона
§ 38. Четыре квантовых числа электрона и тонкая структура спектральных
термов
§ 39. Правила отбора при излучении и поглощении света
§ 40. Тонкая структура спектральных линий водорода и щелочных
металлов
§ 41. Простой и сложный эффект Зеемана
§ 42. Магнитный резонанс
§ 43. Эффект Штарка
§ 44. Лэмбовский сдвиг уровней атомных электронов
§ 45. Физический вакуум и объяснение лэмбовского сдвига
ГЛАВА VI
АТОМНЫЕ СИСТЕМЫ СО МНОГИМИ ЭЛЕКТРОНАМИ
§ 46. Принцип тождественности одинаковых частиц. Принцип Паули
§ 47. Объяснение периодической системы химических элементов Д. И.
Менделеева
§ 48. Рентгеновские лучи
§ 49. Атом гелия
§ 50. Химическая связь. Молекула водорода
§ 51. Параводород и ортоводород
§ 52. Молекулярные силы
ГЛАВА VII.
НЕКОТОРЫЕ МАКРОСКОПИЧЕСКИЕ КВАНТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
132
137
144
147
153
155
158
163
174
179
189
198
202
206
215
220
225
235
244
248
252
261
270
274
277
282
288
298
312
322
330
332
§ 53. Возможные состояния частицы в ограниченном объеме
338
§ 54. Теория Дебая теплоемкости твердых тел
340
§ 55. Типы связей атомов в твердых телах
347
§ 56. Колебания атомов в одномерной прямолинейной цепочке
349
§ 57. Фононы и квазичастицы
357
§ 58 Энергетические зоны в твердых телах
366
§ 59. Зонная структура и волны Блоха
372
§ 60. Сверхтекучесть. Опытные факты
383
§ 61. Понятие о теории сверхтекучести
393
§ 62. Понятие о теории сверхпроводимости
401
Именной указатель
411
Предметный указатель
413
Понимание явлений атомной физики, как и всех явлений микромира,
невозможно без квантовых представлений. Поэтому в настоящем томе
затрагиваются основные понятия и принципы квантовой механики. Делается это
на основе экспериментальных фактов, которые одни только с полной
убедительностью и вынуждают нас принять квантовые представления.
Разумеется, в общей физике количественному рассмотрению доступны только
простейшие задачи. Большинство вопросов рассматривается качественно на
основе общих принципов.
В первой части настоящего тома рассматриваются не только явления,
происходящие в электронных оболочках атомов и молекул. Следуя
историческому ходу развития, вначале вводится представление о фотонах и
рассматриваются оптические явления, связанные с таким представлением. Затем
идет основной материал, относящийся уже к атомной физике в узком смысле-
физике электронных оболочек атомов. Наконец, коротко говорится о
макроскопических квантовых явлениях - сверхтекучести, сверхпроводимости и
пр. Ядерной физике будет посвящена вторая часть этого тома.
ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ
Аббе 126
Биберман 113
Абрикосов 403
Блох 269, 372, 377, 381, 403
Авогадро 86
Блэкетт 55
Аллен 389
Боголюбов 394, 395, 402
Ампер 215
Бозе 284, 338, 395, 399, 401
Андроникашвили 387
Больцман 268, 337, 343, 371
Бак 259
Бор 65-70, 72, 73, 75, 77, 80, 85, 91,
Балыиер 64-67, 76-78, 91, 250, 251,
92, 97, 136, 137, 146, 158-161,
260. 273, 274
193, 197, 209, 215, 216, 219, 224,
Бардин 402
225, 237-239, 254, 262, 268, 270,
Баркла 298, 299
288, 297, 300, 304, 406
Барнет 222
Борн 94. 114, 342, 349
Бергман 212
Боте 58
Бет 230
Бриллюэн 342, 351, 356, 359-361,
Бете 104, 105, 277
365
Бройль де 94-106, 110, 112-117,
119, 120, 122, 123, 125, 126, 131,
132, 168, 169, 174, 183, 187, 225,
342, 343, 357, 372, 377
Брэгг Генри 92
Брэгг Лоуренс 29, 102, 103, 105, 109
Брэккет 65
Вавилов 40, 42, 44, 49, 359, 361, 398,
399
Валравен 401
Ван-дер-Ваальс 333-336, 348, 399
Ван-Лёвен 216
Видеман 89
Вильсон 30, 51, 55
Вольта 175
Вуд 87, 90
Вульф 29, 103, 105, 109
Гайтлер 322, 327
Гамильтон 186, 285
Гаудсмит 222, 223
Гаусс 51
Гейгер 48, 50
Гейзенберг 94. 123, 126, 127, 129,
131, 143
167, 184, 188, 198
Герлах 220-225, 253, 268, 400
Герц Генрих 12, 137, 229, 239, 234
Герц Густав 80, 83-86
Гинзбург 42, 43
Горьков 402
Гук 271
Даламбер 392
Дебай 28. 105. }
