Квантовая и ядерная физика

КВАНТОВАЯ И ЯДЕРНАЯ  

ФИЗИКА 

 

 

Лабораторный практикум 

 
 
 
 

Под общей редакцией Г. Ш. Гогелашвили 

 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

ПГТУ 
2018 

 

УДК 539.1:530.145(076) 
ББК 22.383:22.314я7 

К 32 

 

Авторы: 

Г. Ш. Гогелашвили, М. Е. Гордеев, С. В. Красильникова,  

И. В. Кречетова, Д. В. Ладычук, Л. В. Целищева  

 
 

Рецензенты: 

доктор химических наук, профессор Ю. Б. Грунин; 

доктор физико-математических наук, профессор В. А. Севрюгин 

 
 

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 
 

Квантовая и ядерная физика: лабораторный практикум / 

Г. Ш. Гогелашвили, М. Е. Гордеев, С. В. Красильникова и др.; 
под ред. Г. Ш. Гогелашвили. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2018. – 120 с. 
ISBN 978-5-8158-2020-3 

 

Представлены алгоритм и методика выполнения лабораторных ра
бот на типовом комплекте оборудования. Каждая работа содержит краткое описание изучаемого явления, установки, необходимые теоретические и справочные сведения, порядок выполнения работы и обработки 
результатов измерений, вопросы для самопроверки знаний. 

Для студентов 1-2 курсов всех технических направлений подготовки 

и специальностей  

 

УДК 539.1:530.145(076) 

ББК 22.383:22.314я7 

 

ISBN 978-5-8158-2020-3 
© Гогелашвили Г. Ш., Гордеев М. Е., 
Красильникова С. В., Кречетова И. В., 
Ладычук Д. В., Целищева Л. В., 2018 
© Поволжский государственный  
технологический университет, 2018 

К 32

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ О РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИИ 

«КВАНТОВАЯ ОПТИКА. АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА» 

 

1. Организация работы студента по подготовке 

и выполнению лабораторных работ 

 

Лабораторные работы выполняются бригадами по 2-3 челове
ка, которые формируются на первом занятии. Выполнение лабораторной работы слагается из трёх основных этапов. 

Первый этап работы выполняется вне лаборатории (дома) и 

состоит в предварительной подготовке к проведению физического эксперимента. 

В процессе предварительной подготовки необходимо: 
1) по конспектам лекций и соответствующим разделам учеб
ника изучить физические явления или законы, которые исследуются в лабораторной работе (список рекомендуемой литературы 
с указанием разделов учебника приведён в конце описания лабораторной работы); 

2) внимательно прочитать теоретическое введение и описание 

лабораторной работы; 

3) изучить устройство и принцип действия измерительной 

установки, в том числе используя видеофрагмент о работе установки, размещенный на электронном курсе (при наличии); 

4) изучить методику измерений и порядок выполнения работы. 
Результатом предварительной работы является конспект, в ко
тором: 

1) указана цель работы; 
2) даны краткие и ясные ответы на все контрольные вопросы, 

приведённые в конце описания к лабораторной работе; 

3) приведена схема установки с указанием основных элемен
тов; 

4) подготовлены необходимые таблицы для занесения в них 

результатов измерений; 

5) выписаны рабочие и расчётные формулы и формулы для 

расчета погрешностей измерений. 

Проверка предварительной подготовки (допуск к выполнению 

работы) проводится преподавателем в начале занятия и заключается: 

1) в просмотре письменного конспекта; 
2) кратком опросе о сущности физических явлений или зако
нов, которые исследуются в лабораторной работе; 

3) проверке знаний методики измерений и порядка выполне
ния работы. 

Без предварительной подготовки и в случае отсутствия кон
спекта студент не допускается к выполнению лабораторной работы. 

Второй этап работы состоит в проведении физического экс
перимента в лаборатории. 

Перед началом выполнения лабораторной работы следует 

ознакомиться с установкой и убедиться в наличии всех необходимых приборов и оборудования. В случае отсутствия оборудования, предусмотренного описанием работы, обратиться к лаборанту и получить всё необходимое для выполнения лабораторной 
работы. 

Проверить по описанию к лабораторной работе соответствие 

положения переключателей и регуляторов. В присутствии лаборанта включить приборы в электрическую сеть и приступить к 
проведению предусмотренных описанием физических экспериментов. Результаты измерений занести в рабочую тетрадь. 

После окончания эксперимента выключить лабораторную 

установку, сдать лаборанту полученное оборудование, методические и другие вспомогательные пособия, привести в порядок рабочее место. 

Тут же в лаборатории подсчитать предварительный результат 

измерений и показать его преподавателю или лаборанту. Удовлетворительные результаты экспериментов преподаватель или ла

борант заверяет своей подписью. В случае неудовлетворительных 
результатов измерения необходимо провести вновь. Результаты 
без подписи преподавателя или лаборанта считаются не действительными. 

Если студент не успел окончить эксперимент, то он получает 

допуск на дополнительные занятия, где заканчивает работу.  

Третий этап работы состоит в сдаче зачёта по выполненной 

работе преподавателю. 

Для этого необходимо представить преподавателю отчёт по 

работе, где кроме конспекта зафиксированы: 

1) первичные экспериментальные данные; 
2) окончательно обработанные результаты измерений с указа
нием абсолютной и относительной погрешностей; 

3) графики; 
4) выводы по работе. 
В выводах по работе делается заключение о соответствии по
лученных окончательных результатов экспериментов ожидаемым. В случае несоответствия должно быть дано объяснение 
наблюдаемому расхождению. 

Защита лабораторной работы студентом происходит путём 

опроса его преподавателем по материалу, относящемуся к теме 
работы, в более полном объеме, чем при допуске. Минимум знаний, необходимый для защиты лабораторной работы, приведён в 
виде контрольных вопросов в конце описания к лабораторной 
работе.  

По результатам выполненной лабораторной работы, качеству 

отчёта и беседы с преподавателем в процессе защиты лабораторной работы студент получает баллы, предусмотренные технологической картой дисциплины. 

Студенты, не выполнившие или не защитившие лабораторные 

работы в сроки, предусмотренные технологической картой дисциплины и графиком учебного процесса, считаются неуспевающими, и о них подаются сведения в деканат как о неуспевающих. 

В случае пропуска лабораторных занятий по уважительной 

причине студент по направлению деканата и договорённости с 
преподавателем и лаборантом восстанавливает пропущенные занятия с другой группой или во внеурочное время. 

Студенту, не выполнившему и не защитившему лабораторные 

работы, предусмотренные учебной программой, в сроки, определяемые графиком учебного процесса, по неуважительной причине, по направлению деканата и заведующего кафедрой физики 
назначаются дополнительные занятия в соответствии с правилами предоставления платных образовательных услуг, принятыми в 
университете. 

 

2. Правила безопасности при выполнении работ 

 

Поведение в лаборатории 

1) Лабораторные работы по курсу «Квантовая оптика. Атом
ная и ядерная физика» выполняются студентами по графику в 
соответствии с учебным расписанием занятий. 

2) Заходить в лабораторию разрешается только после звонка в 

присутствии преподавателя или лаборанта. 

3) В лаборатории запрещается находиться в верхней одежде и 

приносить ее с собой. 

4) Во время занятий следует соблюдать тишину, без необхо
димости по лаборатории не ходить. 
 

Техника безопасности 

К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, 

прошедшие инструктаж по технике безопасности в предусмотренном объеме и расписавшиеся в журнале по технике безопасности. Инструктаж проводится преподавателем на первом занятии. В случае нарушения правил техники безопасности студент 
отстраняется от проведения работ и удаляется из лаборатории. 

Последующий допуск к занятиям возможен только после прохождения дополнительного внеочередного инструктажа. 

При выполнении лабораторных работ необходимо выполнять 

следующие требования: 

1) не загромождать рабочее место предметами, не имеющими 

отношения к выполняемой лабораторной работе; 

2) при работе с лазерной установкой категорически запре
щается смотреть навстречу лазерному лучу; 

3) во избежание теплового ожога не трогать руками кожухи 

проекционных ламп, используемых в работах; 

4) при отключении приборов от сети запрещается выдерги
вать штепсельные вилки из розеток за соединительный кабель, 
браться только за вилку. 

 

Работа с приборами 

При работе в лаборатории необходимо помнить, что оптиче
ская аппаратура требует особо бережного отношения к ней не 
только в силу высокой стоимости, но из-за особой чувствительности к механическим повреждениям. 

 

Категорически запрещается: 

1) протирать и трогать пальцами линзы, решетки, призмы, 

окуляры и объективы приборов; 

2) прилагать усилия при работе с ручками настройки прибо
ров; 

3) переносить и сдвигать с места приборы и установки; 
4) включать приборы в электрическую сеть без разрешения 

лаборанта или преподавателя; 

5) оставлять включенные электроприборы без присмотра и ра
бочее место без разрешения преподавателя; 

6) самостоятельно устранять неисправности приборов и обо
рудования, возникшие в процессе выполнения лабораторной работы.  

При нарушении нормального режима работы приборов ‒ по
явление искр, дыма, сильного шума ‒ немедленно обесточить 
приборы и сообщить об этом преподавателю или лаборанту. 

По окончании работы электрические приборы должны быть 

обесточены, дополнительное оборудование сдано лаборанту. 

В случае порчи приборов и оборудования по вине студента 

последний несет материальную ответственность. 

Тема 1 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 

 

Основные характеристики теплового излучения 

 
Все тела в той или иной степени излучают электромагнитные 

волны. Например, тела, нагретые до достаточно высокой температуры, светятся, а при обычных температурах являются источниками только невидимого инфракрасного излучения.  

Электромагнитное излучение, испускаемое веществом и воз
никающее за счет его внутренней энергии, называется тепловым 
(или температурным) излучением. Оно зависит только от температуры и оптических свойств излучающего тела.  

Тепловое излучение характеризуется сплошным спектром, по
ложение максимума которого зависит от температуры. При высоких температурах (T > 1000 K) излучаются преимущественно короткие (видимые и ультрафиолетовые) электромагнитные волны, 
при низких – преимущественно длинные (инфракрасные) электромагнитные волны. 

Тепловое излучение – единственный вид излучения, которое 

является равновесным, то есть может находиться в термодинамическом равновесии с излучающим телом. При равновесии расход 
энергии тела на тепловое излучение компенсируется за счёт поглощения телом такого же количества энергии падающего на него излучения. 

Электромагнитное излучение характеризуется рядом величин, 

которые подразделяются на спектральные и интегральные.  

Основной количественной характеристикой теплового излу
чения является энергетическая светимость (интегральная испускательная способность) тела RT, Дж/м2с = Вт/м2, которая 
численно равна энергии электромагнитных волн, излучаемых за 
единицу времени с единицы площади поверхности тела при температуре Т.  

dtdS
dW
R
T

T 
. 

К интегральным характеристикам также относятся: энергия 

излучения W, Дж; поток (мощность) излучения 
dt
dW
Ф 
, Вт 

(dW – энергия излучения за время dt). 

Спектральной характеристикой теплового излучения тела 

служит испускательная способность (спектральная плотность 
энергетической светимости) RT, Вт/м3: 






dtdSd
dW
R
T

T 
,                                  (1.1) 

где dWT – энергия электромагнитного излучения, испускаемого в 
интервале длин волн от  до  + d при температуре Т.  

Испускательная способность тела зависит от следующих ха
рактеристик: длины волны, температуры, химического состава 
тела и состояния его поверхности. 

Энергетическая светимость тела связана с его испускательной 

способностью соотношением 






0


 d
R
R
T
T
.                                   (1.2) 

Спектральной характеристикой поглощения электромагнит
ных волн телом служит поглощательная способность (монохроматический коэффициент поглощения) AT – безразмерная 
величина, показывающая, какая доля энергии электромагнитного 
излучения в интервале длин волн от  до  + d, падающего на 
поверхность тела, поглощается им. 

)3.1(
.1



пад

пад
T

погл

погл
T

T
dW
dW
A






 

Поглощательная способность тела также зависит от длины 

волны излучения, температуры, химического состава тела и состояния его поверхности. 

В теории теплового излучения важную роль играет понятие 

абсолютно черного тела. Это тело полностью поглощает при