Додаткова

1. Тамм И.Е., Основи теории злектричества., М., 1977, 616с.

2 Фейнман Р., Лейтон Р., Сондс М., Фейнмановские лекции по физике: в 9т., М., 1977, т.5, 269с., т.6, 350с., т.7, 226 с.

3. Парселл Э., Электричество и магнетизм., М, 1983, 416 с.

4. Епифанов Г.И., Физика твердого тела., М., 1977, 288с.

5. Киттель Ч., Введение в физику твердого тела., М., 1978. 792 с.

6. Дэвис Д.А., Волны, атомы и твердые тела., Киев, 1981., 284с.

 

ОПТИКА

СУЧАСНИЙ СТАН РОЗВИТКУ ОПТИКИ. Стислий історичний огляд розвитку оптики. Сучасні напрями застосування оптики. Від фундаментальної фізики до нанотехнологій. Шкала електромагнітних хвиль. Оптичний діапазон. Інформаційна ємність оптичного сигналу.

ГЕОМЕТРИЧНА ОПТИКА. Наближення геометричної оптики. Промінь світла. Межі застосування променевого наближення. Основні закони геометричної оптики. Основні терміни геометричної оптики. Правила знаків. Принцип Ферма.

Заломлення на сферичній поверхні. Лінзи та плоскі дзеркала. Інваріанти Аббе та Лагранжа-Гельмгольца, формула Ньютона. Збільшення в оптичних системах. Матричний метод в геометричній оптиці. Матриці основних елементів: сферична поверхня, сферичне дзеркало, просторовий проміжок, тонка лінза. Розв’язок задач геометричної оптики матричним методом: знаходження положення заднього та переднього фокусів, оптичної сили, положення зображення та його кутове і лінійне збільшення. Складна центрована оптична система. Матриця складних систем. Кардинальні точки та площини. Графічний та матричний метод знаходження кардинальних елементів. Побудова зображень з використанням кардинальних елементів.

Аберації оптичних систем. Роль діафрагм в оптичних системах. Оптичні системи: телескопічна, проекційна, мікроскоп.

ЕЛЕКТРОМАГНІТНА ПРИРОДА СВІТЛА. Хвильове рівняння. Структура електромагнітних хвиль. Монохроматична та квазімонохроматична хвиля. Перетворення Фур'є в часі та просторі. Дійсна та комплексна форми запису хвилі. Хвильовий вектор. Стани поляризації світлових хвиль. Потік енергії плоскої хвилі. Потік імпульсу. Тиск світла. Тиск світла в лазерних пучках та в астрофізиці. Фотометрія світлового випромінювання. Фотометричні величини та їх вимірювання. Співвідношення між енергетичними та світловими характеристиками випромінювання. Інтенсивність світла.Фізичні та фізіологічні властивості зору.

РОЗПОВСЮДЖЕННЯ, ЗАЛОМЛЕННЯ ТА ВІДБИВАННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ХВИЛЬ В ІЗОТРОПНИХ СЕРЕДОВИЩАХ. Рівняння Максвелла для прозорих діелектриків. Матеріальні рівняння. Закони заломлення та відбивання світла на межі двох діелектриків. Волоконно-оптичні елементи. Застосування волоконної оптики. Поділ амплітуди світлової хвилі на межі розподілу двох середовищ. Стоячі світлові хвилі. Досліди Вінера. Світловий вектор.

Формули Френеля. Поляризація відбитої та заломленої хвиль. Ступінь поляризації. Зсув фази при відбиванні. Коефіцієнти відбивання та заломлення світла. Кут Брюстера.. Повне внутрішнє відбивання світла. Поляризація світла при повному внутрішньому відбиванні.

ІНТЕРФЕРЕНЦІЯ СВІТЛА. Інтерференція плоских квазімонохроматичних хвиль. Статистичний підхід. Роль часу усереднення. Функції автокореляції та взаємної кореляції світлових полів. Когерентність світла. Двопроменева інтерференція за умов просторового поділу хвильового потоку. Головні характеристики інтерференційних схем. Вплив монохроматичності та розмірів джерела світла на якість інтерференційної картини. Часова та просторова когерентність. Довжина та радіус когерентності. Методи вимірювання, міри просторової когерентності. Двопроменева інтерференція за умов амплітудного поділу світлового потоку. Лінії рівного нахилу та рівної товщини. Просвітлення оптики. Багатошарові інтерференційні покриття. Діелектричні дзеркала. Двопроменеві інтерферометри, інтерференційний метод визначення еталона довжини. Багатопроменеві інтерферометри. Інтерферометр Фабрі-Перо. Принцип роботи Фурьє –спектрометра.

ДИФРАКЦІЯ СВІТЛА. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолінійне розповсюдження світла по Френелю. Дифракція Френеля на круглому екрані, круглому отворі, напівплощині. Зонна платівка як лінза. Методи розв'язання задач дифракції. Дифракція плоских хвиль на апертурах різної форми. Опис дифракції Фраунгофера за допомогою перетворення Фурьє. Дифракційна гратка. Випадок похилого падіння променів на гратку. Амплітудні та фазові ґратки. Дифракція на ультразвуковій хвилі. Дифракція на тривимірній гратці. Умови Лауе. Дифракція рентгенівських променів у кристалах. Формула Вульфа-Бреггів. Структурний аналіз. Методи Лауе, Брегга, Дебая-Шерера. Елементи Фурьє-оптики. Формування зображень - обернена задача дифракції. Просторова фільтрація зображень.

ГОЛОГРАФІЯ. Голографія як засіб запису інформації. Схема Габора. Голографія як двостадійний процес запису і відтворення оптичної інформації. Схема Лейта і Упатнієкса. Формування уявного і дійсного зображень. Дифузне освітлення. Товсті та тонкі голограми. Фазові голограми, дифракційна ефектність, шуми. Застосування оптичної голографії. Інтерферометрія (диференційна і двочастотна), голографічна мікроскопія, компенсація фазових спотворень, кіноформи, системи оптичної обробки і інформації (фільтрація).

ДИСПЕРСІЯ СВІТЛА. Показник заломлення ізотропного діелектрика. Поглинання світла. Дисперсія поглинання в інфрачервоній, видимій, ультрафіолетовій і рентгенівській ділянках спектра. Аномальна дисперсія світла. Класична теорія дисперсії. "Оптичний" електрон в моделі класичного осцилятора. Формула Лоренц-Лоренца. Урахування скінчених розмірів осцилятора - просторова дисперсія. Відбивання світла від поглинаючої речовини. Оптичні властивості металів.Хвильове рівняння з врахуванням руху квазівільних електронів. Формула для комплексної діелектричної проникненості. Формули для уявної і дійсної частин хвильового вектора. Заломлення на межі металу. Неоднорідна хвиля. Формули Кеттлера. Формули Френеля. Аномальний скін-ефект. Поняття про ефективну проникність металу.

СПЕКТРАЛЬНІ ПРИЛАДИ Загальна класифікація і характеристика. Дисперсія роздільна здатність,область дисперсії. Схеми дифракційних і призмених спектральних приладів. Фурьє-спектрометри. Поняття про лазерну спектроскопію.

РОЗПОВСЮДЖЕННЯ ПЛОСКОЇ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ В АНІЗОТРОПНОМУ СЕРЕДОВИЩІ. Розповсюдження електромагнітних хвиль в анізотропному середовищі. Природа оптичної анізотропії. Діелектричні властивості анізотропної речовини. Тензор діелектричної проникності. Головні осі кристала. Еліпсоїд Френеля. Одновісні та двовісні кристали. Подвійне променезаломлення та його пояснення. Побудова Гюйгенса для одновісних кристалів. Поляризаційні прилади. Поляризатори. Хроматична поляризація світла. Поляризаційні фільтри. Компенсатори. Штучна анізотропія. Ефект Кера. Оптична активність речовини. Механізм обертання площини поляризації. Моделі оптично-активної речовини. Обертання площини поляризації світла речовиною в магнітному полі. Ефект Фарадея.

НЕЛІНІЙНА ОПТИКА. Потужна світлова хвиля в речовині. Розгляд дисперсії та поляризованості в гармонійному та ангармонійному наближенні. Нелінійна поляризованість середовища, квадратична та кубічна. Нелінійна рефракція та нелінійне поглинання. Ефект Поккельса та лінійний електрооптичний ефект. Ефект Кера та квадратичний електрооптичний ефект. Нелінійна взаємодія випромінювання з речовиною - генерація гармонік. Умова узгодження фаз. Самофокусування та самодифракція світла.

РОЗСІЯННЯ СВІТЛА РЕЧОВИНОЮ. Релеєвське розсіяння світла як приклад дифракції світла на невпорядкованій структурі. Розсіяння Мандельштама-Бриллюена - взаємодія світлових та акустичних хвиль. Раманівське (комбінаційне) розсіяння: квантова і класична інтерпретація. Експериментальна схема дослідження комбінаційного розсіяння.

ОПТИКА РУХОМИХ СЕРЕДОВИЩ. Швидкість світла - фазова та групова. Сучасні методи вимірювання швидкості світла. Явище Вавілова-Черенкова. Синхротронне випромінювання. Ефект Допплера в оптиці. Вимірювання поздовжнього та поперечного ефектів Допплера. Оптичні експерименти в неінерційних системах. Ефект Саньяка. Лазерний гіроскоп.

ТЕПЛОВЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ. Рівноважне теплове випромінювання. Здатність тіл поглинати світло. Спектральна густина енергетичної яскравості та світності. Абсолютно чорне тіло, закони випромінювання такої речовини. Введення М.Планком ідеї квантування. Закони Релея-Джинса та Віна як граничні випадки великих та малих частот, формули Планка. Спонтанне та вимушене випромінювання в квантових системах. Умови підсилення вимушеного (індукованого) випромінювання. Інверсна населеність енергетичних рівнів. Часова та просторова структура випромінювання лазерів. Одномодове та богатомодове випромінювання лазерів.

ФОТОЕФЕКТ. Головні експериментальні залежності та їх пояснення. Фотон-світловій квант, енергія,імпульс, спін фотона. Корпускулярний хвильовий дуалізм.

Література

Основна

1. Бутиков Е.Я. Оптика. - М., 1986.

2. Ахманов С.А., Физическая оптика, - М., 1998.

3. Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф., Курс фізики: У 2-х кн., Кн.2., Оптика. Фізика атома. Молекулярна фізика і термодинаміка, - К., 2001.

4. Горбань І.С. Оптика. - К., 1979.

5. Ландсберг Г.С. Оптика, - М., 1976.

6. Сивухин Д.В. Общий курс физики: Оптика. - М., І980.

Додатква

1. Борн М., Вольф Е. Основи оптики. - М., 1970.

2. Калитиевский Н.И. Волновая оптика. - М., І977.

3. Матвеев А.Н. Оптика. - М., 1985.

4. Стюарт, Введение в Фурье-оптику. -М., 1965.

5. Лисица М.П., Валах М.Я., Занимательная оптика: Физиологическая оптика. Мир животных, Ч.3, - К., 2006.

6. Лисица М.П., Венгер Е.Ф., Занимательная оптика: Физиологическая оптика. Мир людей, Ч.2, - К., 2003.

7. Лисица М.П., Валах М.Я., Занимательная оптика: Атмосферная и космическая оптика, Ч.1, - К., 2002.

 

 

АТОМНА ФІЗИКА

КОРОТКИЙ ІСТОРИЧНИЙ НАРИС РОЗВИТКУ СУЧАСНИХ УЯВЛЕНЬ ПРО БУДОВУ АТОМУ. Досягнення у вивченні будови матерії в XX ст. як новий етап пізнання об'єктивних законів матеріального світу.

КОРПУСКУЛЯРНІ ТА ХВИЛЬОВІ ВЛАСТИВОСТІ ЧАСТИНОК. Релятивістські та. нерелятивістські частинки. Розсіяння електронів у газах. Ефективний переріз розсіяння та його залежність від енергії. Ефект Рамзауера. Неможливість пояснення процесів розсіяння на підставі класичних уявлень. Квантова теорія випромінювання. Квантування вільного електромагнітного поля. Гіпотеза Планка, фотони. Хвильова природа матерії. Формула де-Бройля. Експериментальне обгрунтування хвильової природи частинок. Визначення довжини хвилі матеріальних частинок з дослі­дів по дифракції на кристалах. Електронографія та нейтронографія.

ХВИЛЬОВА ФУНКЦІЯ ЕЛЕКТРОНА ТА РІВНЯННЯ ШРЕД1НГЕРА. Хвильова функція електрона та її фізичний зміст. Статистичний характер хвильової функції. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Рівняння Шредінгера; простіші випадки його розв’язку: частинка в прямокутный потенціальній ямі, проходження крізь потенціальний бар'єр. Елементи теорії збурень.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ОБГРУНТУВАННЯ СУЧАСНОЇ ТЕОРІЇ БУДОВИ АТОМА. Досліди Резерфорда по розсіянню -частинок. Формула Резерфорда. Планетарна модель втома; труднощі її пояснення на підставі класичних уявлень.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА АТОМНИХ СПЕКТРІВ. Спектр водню та його серії. Спектральні терми. Комбінаційний принцип. Досліди Франка і Герца. Визначення потенціалів збудження та іонізації атомів. Атом водню по Бору, постулати Бора. Ізотопічний зсув спектральних ліній. Позитроній та мезоатом. Теорія Бора як проміжний етап у розвитку уявлень про будову атома.

УЯВЛЕННЯ ПРО БУДОВУ АТОМА НА ОСНОВІ КВАНТОВОЇ МЕХАНІКИ. Рух частинок в центрально-симетричному полі. Оператор моменту кількості руху, власні значення та власні функції. Рівняння Шредінгера для атома водню та його розв’язок. Стаціонарні стани руху атомних електронів та електронна хмара. Квантові числа та їх фізичний зміст, правила відбору для оптичних переходів. Рідбергівський атом. Структура атомів лужних металів, енергетичні рівні та структура спектру.

МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ АТОМІВ. Досліди Штерна і Герлаха. Гіромагнітні ефекти. Уявлення про спін. Магнітний момент електрону. Орбітальний і спіновий магнетизм. Магнетон Бора. Сумарний магнітний момент електронної обо­лонки атома. Фактор Ланде. Просторове квантування. Сучасні методи визначення атомних магнітних моментів. Ядерний магнетизм.

ТОНКА СТРУКТУРА СПЕКТРУ ВОДНЕПОДІБНОГО АТОМУ. Роль релятивістських ефектів, спін-орбітальної та контактної взаємодії. Дублетна структура спектрів. Рівняння Дірака.

Досліди Лемба і Резерфорда по вимірюванню зсуву електронних рівнів водню. Уявлення про нульові коливання та поляризацію вакууму як причину лембівського зсуву. Надтонка структура спектру атому водню.

БАГАТОЕЛЕКТРОННІ АТОМИ. Системи тотожніх частинок. Принцип Паулі. Метод самоузгодженого поля Хартрі-Фока. Метод Томаса-Фермі. Атом гелію, рівняння Шредінгера для двохелектронного атома. Обмінна взаємодія. Енергетичний спектр атому гелію, ортогелій та парагелій. Систематика спектрів складних атомів. Типи зв'язку атомних моментів: зв'язок Рассел-Саундерса та (j-j) - зв'язок. Правила Хунда. Будова та заповнення електронних оболонок складних атомів за принципом Паулі. Теорія періодичної системи елементів Менделєєва.

ФІЗИЧНІ ОСНОВИ РОБОТИ ЛАЗЕРІВ. Спектральні терми та їх систематика, ймовірність переходів. Правила відбору. Ширина спектральних ліній, інтенсивність спектральних ліній Коефіцієнти Ейнштейна. Принцип оптичного підсилення. Умови виникнення генерації. Лазери і мазери Газові лазери. Характеристики лазерного випромінювання. Застосування лазерів.

РЕНТГЕНІВСЬКІ СПЕКТРИ АТОМІВ. Суцільний та характеристичний спектри рентгенівських променів. Закон Мозелі. Рентгенівські терми та переходи поміж ними; рентгенівські серії. Дублетна структура ліній рентгенівських спектрів. Спектри поглинання рентгенівських променів. Залежність поглинання від довжини хвилі та атомного номера елемента. Ефект Оже. Когерентне і некогерентне розсіяння рентгенівських променів. Ефект Комптона.

ВПЛИВ МАГНІТНОГО ТА ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛІВ НА АТОМИ. Ефект Зеємана. Квантова теорія нормального та аномального ефектів Зеємана. Ефект Пашена-Бака. Ефект Штарка. Сукупність атомів у магнітному полі. Парамагнетизм та діамагнетизм речовини. Циклотронний резонанс. Електронний спіновий резонанс, методика його спостереження та застосування в фізиці твердого тіла, хімії та радіофізиці. Визначення атомних констант за допомогою магнітних резонансних ефектів.

ПРИРОДА ХІМІЧНОГО ЗВ'ЯЗКУ. Іонний зв’язок. Молекула водню та ковалентний зв’язок, обмінна енергія. Гомеополярні молекули.Сили Ван-дер-Ваальса. Гібридизація атомних орбіталей, валентність. Основні методи квантової хімії: метод валентних сил, метод ЛКАО, метод молекулярних орбіт. Спектри двохатомних молекул: електронні, коливальні та обертальні. Принцип Франка-Кондона. Комбінаційне розсіяння світла.

КРИСТАЛІЧНИЙ СТАН ТВЕРДОГО ТІЛА. Класифікація твердих тіл за типами зв’язку. Трансляційна симетрія, базис. Структура кристалів. Іонні кристали. Кристали з ковалентними зв’язками, кристали типу алмазу. Кристали з металевим типом зв’язку. Молекулярні кристали.

КОЛИВАННЯ КРИСТАЛІЧНОЇ ҐРАТКИ. Гармонічне наближення. Спектр власних частот одновимірних моноатомної та двохатомної ґраток. Акустичні та оптичні коливання. Фонони. Концепція квазічастинок. Теорія теплоємності. Явища ангармонізму, теплопровідність твердих тіл.

ЕЛЕМЕНТИ ЗОННОЇ ТЕОРІЇ ТВЕРДИХ ТІЛ. Адіабатичне та одноелектронне наближення. Рух електронів в періодичному полі кристалічної ґратки, теорема Блоха. Зони Бріллюена. Енергетична зонна структура та електрофізичні і оптичні властивості твердих тіл. Структура енергетичних зон в напівпровідниках. Метод ефективних мас, дірки. Електрон–фононна взаємодія.

НАДПРОВІДНІСТЬ. Електричні та магнітні властивості надпровідників. Критична температура, критичні магнітні поля та струми. Проникнення магнітного поля в надпровідник. Куперівські пари. Теорія надпровідності Бардіна–Купера–Шріфера, основний стан та елементарні збудження. Тунелювання куперівських пар, ефекти Джозефсона. Квантування магнітного потоку, флюксоід, СКВІДи. Високотемпературна надпровідность.

МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТИ ТВЕРДИХ ТІЛ. Діамагнетизм та парамагнетизм, закон Кюрі. Магнітна сприятливість електронів провідності. Квантовий ефект Холла. Обмінна природа феромагнетизму. Магнітна анізотропія та повна енергія феромагнетика. Доменна структура магнетиків. Блохівські стінки, блохівські лінії та точкі. Магнітна структура антіферомагнетика. Елементарні збудження феромагнетиків: магнони та солітони.