| Kursuse lühikirjeldus |
Sissejuhatus
Valguse dualism. Valguse laine ja korpuskulteooriate ajalooline areng. Valguslainet iseloomustavad suurused. Valgus kui elektromagnetlaine. Inimese silma valgustundlikkus.
Laineoptika
Valguse kiirus ja selle määramine. Kiiruse ja võnkesageduse vaheline seos. Koherentne valgus. Valguse interferents. Interferentsinähtuse seletamine Huygensi-Fresneli printsiibi põhjal. Interferentsiga seotud nähtused ja nende kasutamine.
Valguse difraktsioon. Difraktsiooninähtuse seletamine lähtudes Huygensi-Fresneli printsiibist. Difraktsioonvõre. Difraktsiooniga seotud nähtused ja nende kasutamine.
Interferentsi ja difraktsiooni jälgimise tingimused.
Polariseeritud valgus ja selle saamine. Polaroidprillid ja LCD ekraan.
Valguse dispersioon. Spektroskoop. Vikerkaar.
Kiirgusspekter. Neeldumisspekter. Pidevspekter, joonspekter. Spektraalanalüüs ja selle kasutamine. Infravalgus. Ultravalgus.
Kvantoptika
Plancki hüpotees. Fotoefekt. Punapiir. Einsteini võrrand fotoefekti kohta. Footon ja selle omadused. Välimine ja sisemine fotoefekt. Fotoefekti rakendused: päikesepatarei, fotoelement, CCD element. Valguse rõhk. Fotokeemilised reaktsioonid.
Aatomifüüsika
Rutherfordi katse ja planetaarne aatomimudel. Vesiniku kiirgus. Bohri aatomimudel. Bohri postulaadid. Statsionaarsed olekud. De Broglie hüpotees. Mikroosakeste lainelised omadused. Kvantmehaanika teke ja põhiideed. Mikromaailma täpsuspiirangud. Kvantarvud. Pauli printsiip. Aatomi kirjeldamine nelja kvantarvuga. Elementide perioodilisuse süsteem. Mikromaailma uurimisvahendid: elektronmikroskoop, tunnelmikroskoop, aatomjõumikroskoop.
Tahkise struktuur
Energiatsoonid tahkises. Lubatud tsoon ja keelutsoon. Metalli, dielektriku ja pooljuhi elektrijuhtivuse seletamine lähtudes tsooniteooriast. Elektrivool pooljuhtides. Klassikaline elektronteooria. Tsooniteooria. Juhi, pooljuhi ja dielektriku elektrijuhtivuse põhjendamine tsooniteooriaga. Pooljuhtide omajuhtivus ja selle rakendus: termotakisti, fototakisti, pooljuhtdetektor. Pooljuhtide legeerimine. Elektronjuhtivus ja aukjuhtivus. pn-siire. Pooljuhtdiood, selle kasutamine. Transistor, selle kasutamine. Kiip, selle kasutamine analoog ja digitaallülitustes.
Kiirguse tekkimine, ergastuse eluiga, lainejada. Spontaanne ja stimuleeritud kiirgus. Laser. Laserite kasutamine. Röntgenkiirgus ja selle saamine.
Soovituslike ja kohustuslike praktiliste tööde loetelu:
- valguse murdumisnäitaja määramine tasaparalleelse klaasplaadi abil;
- läbipaistva aine murdumisnäitaja määramine (kohustuslik praktiline töö);
- valguse lainepikkuse määramine difraktsioonivõre abil;
- ristdifraktsioonivõre konstandi määramine;
- ühelt pilult, kaksikpilult ja juuksekarvalt saadava difraktsioonipildi uurimine laseriga, pilu laiuse ja difraktsioonipildi laiuse pöördvõrdelisuse kindlakstegemine kas praktilise töö käigus või arvutimudeli abil;
- tutvumine eritüübiliste valgusallikatega;
- polariseeritud valguse uurimine;
- spektrite uurimine;
- tutvumine aatomimudelite ja kvantmehaanika alustega arvutisimulatsioonide abil.
|
| Kursuse õpitulemused |
Kursuse lõpetaja:
- teab põhimõisteid: elektromagnetlaine, elektromagnetlainete skaala, lainefront, lainepikkus, sagedus, periood, faas, dispersioon, spekter, valguse interferents valguse difraktsioon, koherentsus, käiguvahe, polarisatsioon, polariseeritud valgus, valguse dispersioon, spekter, pidevspekter, joonspekter, kiirgusspekter, neeldumisspekter, spektraalanalüüs, footon, kvandi (footoni) energia, fotoefekt, väljumistöö, Einsteini valem fotoefekti kohta, fotoefekti punapiir, dualismiprintsiip, energianivoo, peakvantarv, ergastatud olek, ergastatud oleku eluiga, spontaanne ja ergastatud kiirgus, energiatsoon, keelutsoon.
- oskab kasutada seoseid:
 ;
- teab mudeleid: laine levimine, laineoptika, elektromagnetväli; metall, pooljuht, dielektrik tsooniteoorias; aatomimudel;
- seletab nähtusi ja rakendusi: difraktsioonvõre, selgendavad katted, holograafia, vikerkaar, spektraalaparaat, spektraalanalüüs, polaroidprillid, fotoefekt, päikesepatarei, fotoelement, laser ja selle kasutamine;
- selgitab valguse korral dualismiprintsiipi ja selle seost atomistliku printsiibiga;
- rakendab probleemide lahendamisel kvandi energia valemit E=hf;
- teab, et valguse laineomadused ilmnevad valguse levimisel, osakese-omadused aga valguse tekkimisel (kiirgumisel) ning kadumisel (neeldumisel);
- kirjeldab elektromagnetlainete skaalat, määratleb etteantud spektraalparameetriga elektromagnetkiirguse kuuluvana selle skaala mingisse kindlasse piirkonda;
- leiab ühe etteantud spektraalparameetri (lainepikkus vaakumis, sagedus, kvandi energia) põhjal teisi;
- teab nähtava valguse lainepikkuste piire ja põhivärvuste lainepikkuste järjestust;
- teab lainete amplituudi ja intensiivsuse mõisteid ning oskab probleemide lahendamisel neid kasutada;
- seletab valguse koherentsuse tingimusi ja nende täidetuse vajalikkust vaadeldava interferentsipildi saamisel;
- seletab joonise järgi interferentsi- ja difraktsiooninähtusi optikas;
- seletab polariseeritud valguse olemust;
- tunneb valguse murdumisseadust;
- konstrueerib kiirte käiku kumer- ja nõgusläätse korral;
- kasutab läätse valemit kumer- ja nõgusläätse korral;
- teab nähtava valguse lainepikkuste piire ja põhivärvuste lainepikkuste järjestust;
- kirjeldab valge valguse lahutumist spektriks prisma ja difraktsioonvõre näitel;
- tunneb spektrite põhiliike ja teab, mis tingimustel nad esinevad;
- eristab soojuskiirgust ja luminestsentsi, toob näiteid vastavatest valgusallikatest;
- nimetab välis- ja sisefotoefekti olulisi tunnuseid, kirjeldab fotoefekti kui footonite olemasolu eksperimentaalset tõestust;
- nimetab kvantmehaanika erinevusi klassikalisest mehaanikast;
- seletab dualismiprintsiibi abil osakeste leiulaineid;
- tunneb mõistet seisulaine; teab, et elektronorbitaalidele aatomis vastavad elektroni leiulaine kui seisulaine kindlad kujud;
- kirjeldab elektronide difraktsiooni kui kvantmehaanika aluskatset;
- nimetab selliste füüsikaliste suuruste paare, mille vahel valitseb määramatusseos;
- kirjeldab nüüdisaegset aatomimudelit nelja kvantarvu abil;
- kirjeldab pooljuhi oma- ja lisandjuhtivust, sh elektron- ja aukjuhtivust;
- teab, et pooljuhtelektroonika aluseks on pn-siire kui erinevate juhtivustüüpidega pooljuhtide ühendus; seletab jooniste abil pn-siirde käitumist päri- ja vastupingestamisel;
- kirjeldab pn-siirde toimimist valgusdioodis ja ventiil-fotoelemendis (fotorakus).
|
