Овчинкин часть 3

МФТИ СЕРИЯ <<ФИЗИКА>> Сборник задач по общему курсу физики в трех частях Под редакцией В. А. ОВЧИНКИНА Рекачендовано азинистерствои образования и науки Роггийской Федераиии в качестве >чебного пособня для гапуденапов высших учебных заведений, обучающихся по техннческии спеииальностяи Часть 3 Атомная и ядерная физика Строение вещества Издашсе вапорое, исправленное и дополненное Фй Москва Фпзмахкннга 2009 ББК 22.3 С35 УДК 53(075.8) В. А. ОВЧИНКИН, А. О. РАЕВСКИЙ, Ю. М.

ЦИПЕНЮК Сборник задач по общему курсу физики; Учебн. пособие: Для вузов, В трех частях. Ч. 3. Атомная и ядерная физика. Строение вещества! Под ред. В, А. Овчинкина. — Мл Издательство «Физматкнига», 2009. — 512 с. 18ВХ 978-5-89155-186-2 Третья часть сборника включает в себя 1235 задач, в основном по квантовой физике а~омов и мояекув, ядерной физике, физике элементарных частиц, физике излучения, физике твердого тела н ннзкоразмерных систем.

Все задачи, авторами которых являются преподаватели кафедры общей физики МФТИ, предлагались студентам МФТИ на письменных экзалэеиах и олимпиадах. Свыше 2054 задач снабжены подробнымн рсшсниямн, так что задачник в какой-то мере является одновременно и учебником. Книга содержит также большую подборку разнообразных (в том числе комплексных) задач, предлагавшихся студентаэз на заключительном (Государственном) экзалзене по общей физике. В конце книги помещен традиционный справочный материал, а также некоторые теоретические приложения, В целом Сборник представляет собой уникальное издание, нс имеющее аналогов в мировой практике. Для студешов физических специальностей вузов, а также преподавателей высшей и срелней школ.

Издание осуществлено на средства выпускников МФТИ: А. Н. Жукова, А. А. Исаева, О. А. Исаевой, А. И. Квасникова, В. П. Косицына. С. К. Косицыиой, В. И. Красникова, М. б. Кузнецова. В. В. Максименко. 18ВН 978-5-89155-186-2 Ф Овчинкин В. А., 2001. 2009 Ф «Физмагкнига», 2009 9 785891 551862 ОГЛАВЛЕНИЕ !3редисловие ко второму изданию Ог составителей Задачи Ответы АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА 10 16 200 210 223 25 35 238 249 41 259 48 59 69 81 279 295 310 321 СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА 1 1. Излучение 9 2.

Кристаллическая решетка. Фононы. Теплоемкость. Теплопроволность З 3. Электроны в металлах. Ферми-частицы ........... 9 4. Электроны в полупроводниках и иизкоразмерных системах !03 339 114 !25 362 387 418 442 139 150 $ 5. Сверхпроводимость з5 1. Фотоны. Фотоэффект. Эффект Комптона............... 9 2. Волны де Бройля. Соотношение неопределенностей..... ьх 3. Уравнение Шредингера.

Квантоваяие. Потенциачьные барьеры . 6 4. Атом водорода и волородоподобные атомы.........,,, 6 5. Ширина яиний. Спектры молекул. Рентгеновское излучение з5 6. Спин. Атом в магнитном поле. Эффект Зеемана. Магнитный резонанс 9 7. Ядерные модели. Радиоактивность. Эффект Мессбаузра 4 8. Нейтроны. Ядерные реакции..........,.............. 6 9. Деление ядер. Реакторы, Термоядерный синтез .

6 1О. Элементарные частицы. Резонансы. Лептоны и кварки. Реакции при высоких энергиях 4 б. Избранные залачи заключительного 1! осуларственного) экзамена МФТИ по обшей физике...........,............. 1бб 449 Приложение 1 Приложение П . Приложение РИ Приложение[У . 478 488 493 498 Предисловие но второму изданию Настоящее издание третьей части Сборника задач по общему курсу физики подверглось значительной доработке. Некоторые задачи были изменены, формулировки многих задач были заново отредактированы, а в ответы и решения внесены необходимые исправления и уточнения. Кроме того, были включены и новые задачи. При этом нумерация задач везде была сохранена, за исключением З 6 из второй части задачника (Избранные задачи заключительного Посударственного) экзамена МФТИ по общей физике).

Отметим уникальность всего издания, не имеющего аналогов в мировой практике. Авторами всех новых задач являются преподаватели кафедры обшей физики МФТИ. Все задачи составлялись для письменных семестровых контрольных работ и госэкзаменов. Редактор Сборника выражает искреннюю благодарность составителей професору А. В. Степанову, доценту О.

А. Судакову и Ю. В. Юрьеву. Своими замечаниями и предложениями они способствовали улучшению Сборника. Искреняя благодарность В. П. Нагирному, студенту МФТИ, выполнившему сложнейшую работу по компьютерной верстке книги. Редактор Сборника и авторский коллектив особо благодарит выпускников МФТИ А, Н. Жукова, А. А. Исаева, О.

А. Исаеву, А. И. Квасникова, В. П. Косицына, С. К. Косицыну, В. И. Красникова, М. Б. Кузнецова, В. В. Максименко за существенную материальную поддержку издания, без которой книга не могла бы выйти в свет в этом году. От составителей Эта книга является третьей (последней) частью Сборника задач по общему курсу физики.

Этот Сборник в какой-то мере подводит итог шестидесятилетней работы кафедры за все время существования МФТИ. Данная книга включает в себя два последних раздела курса общей физики: атомная и ядерная физика, а также физика элементарных частиц и строение вещества (квантовая микро- и макрофизика). Последний раздел — строение вещества — посвящен некоторым разделам физики твердого тела (фононы, электроны в металлах и полупроводниках), а также физике излучения, сверхпроводимости и низкоразмерных систем. Всего в этой части Сборника содержится 1235 задач. Почти все задачи предлагались студентам на письменных экзаменах и студенческих физических олимпиадах, их авторами явзяются преподаватели кафедры общей физики МФТИ.

Часть задач (свыше 20/ в этой книге) приведены с решениями. Для удобства в работе такие задачи помечены звездочкой. Эти задачи (их решения) бесспорно являются очень важным методическим пособием в изучении физики. Большинство предложенных задач ориентировано на получение численного ответа, что само по себе важно как в плане формирования у студентов правильных представлений о масштабах изучаемых явлений, так и в плане запоминания физических констант и переводных коэффициентов из одной системы единиц в другую. В Сборнике используются единицы измерения не только из СИ и гауссовой системы, но и внесистемные единицы. Однако все-такн предпочтение отдается гауссовой системе (СГСЭ), и формулы записываются именно в ней (кроме особо оговоренных случаев).

В конце этой части сборника приведено свыше двухсот задач, предлагавшихся студентам МФТИ на письменных государственных экзаменах по общей физике, которые проводятся начиная с 1966 г. по настоящее время на третьем курсе. Как правило, этн задачи посвящены не отдельным разделам физики, а совмещают в себе различные аспекты физических явлений, и, главное, в них отражены реальные эксперименты и достижения теории. В конце книги в помощь студентам помещены также приложения. В Приложении 1 изложена последовательность заполнения состояний в атомах и ядрах, в Приложении П вЂ” туннелнрование электронов в сверхпроводниках, в Приложении ПП рассмотрено образование зонный структуры электронного спектра в твердых телах, а в Приложении 1У приведены таблицы мировых констант и величин.

Часть задач третьей книги уже была опубликована в ранее выходивших изданиях, Прежде всего, это «Сборник задач по физике» С. М. Козела, Э. И. Рашбы и С. А. Славатинского (Мл Наука, 1987), а также «Сборник задач по общему курсу физики», часть у — атомная физика, физика ядра и элементарных частиц; под ред. Д. В. Сивухина (Мл Наука, 1981). Кроме того: «Сборник задач по физике (Электричество, оптика и атомная физика)» под ред.

М. Козела (М.: МФТИ, 1983) и «Сборник задач по физике !Вдерная физика и физика твердого тела)» И. П. Кргвлов и др. (М,: МФТИ, !983). Иад составлением задач трудилось большое количество преподавателей кафедры общей физики МФТИ, и прежде всего, это В !; Лаврин, К). В. ЛФанасьев, Г. С. Баронов, В. В. Бездудный, В Е. Белонучкин, Л. Д. Гладун, Л. Л. Гольдин, С. В. Гуденко, Л, В. !'уденко, Д. Б. Диатроптов, А. С.

Дьяков, Б. !. Ерозолимский, Д, Л. Заикин, В. Г. Эаиепин, Л. Л. Иванов, А. П. Капавин, С. П. Капица, К. В. Кираджев, А. С. Кингсеп, Н. Л. Кириченко, А. П. Кирьннгх>, С. Л. Кленов, С. М. Козел, П. Ф. Ко)готкси, В. П. Корявое, К Л, Котельников, М. Г. Кремлев, И. П. Крылов, К. М. Крымский, Е П.

Кузнецгю, В. !. Леиман, А. М. Леонтович, !'. Р. Локшин, Д. Б, Л>ганский, Е. !. Меилнхов, В. В. Можаев, Е. Н. Морс»зов, В, !'. Никольский, М. Г. Никулин, В. А. Овчинкин, В. В. Окороков, Л. Я. Пс~ршнп, В. Л. Не»путе, Э. В. Прут, А. О. Ргаевский, Э, И. Рашба, Е. !. !'>дашевский, С. УО. Савинов, Э. П. Свири«>епков, М. В. Сан!»идг»з, Д. В. Спвухшь !'. В.

Склизкое, С. А. Славатинский, А. В. Степанов, А. Б. Струминский, О. А. Судаков, В. Н. Гопников, Е. И. Т>киш, А. В. Франц«евон, Ю. М. Ципенн»к, Ф. Е. «!укреев, Л. В. !Перонов, И. Ф. !Цеголев. Особо следует отметить огромный редакторский труд лекторов и преподавателей, готовивших задачи к письменным экзаменам и студенческим олимпиадам.