Учебно-методический комплекс дисциплины ен. Ф 3 физика: оптика. Квантовая физика



страница1/4
Дата19.05.2016
Размер0.77 Mb.
  1   2   3   4
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мурманский государственный гуманитарный университет»

(МГГУ)

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
ЕН.Ф.3.3 ФИЗИКА: ОПТИКА. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА

(ШИФР ДИСЦИПЛИНЫ И ЕЕ НАЗВАНИЕ В СТРОГОМСООТВЕТСТВИИ С ГОСУДАРСТВЕННЫМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМСТАНДАРТОМ И УЧЕБНЫМ ПЛАНОМ)


ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТА ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ (специальностям)


050201 Математика с дополнительной специальностью «Информатика»

(код и наименование специальности/тей)

Утверждено на заседании кафедры

Физики и МОФ

Физико-математического факультета

(протокол №___от_________2011 г.)


Зав.кафедрой

____________________ В.С.Шолохов



РАЗДЕЛ 1. Программа учебной дисциплины.

    1. Автор программы: кандидат физико-математических наук, доцент Шолохов В.С.




    1. Рецензенты: кандидат философских наук, доцент Никонов О.А.

кандидат физико-математических наук, доцент Карбановский В.В.


    1. Пояснительная записка:

Студент, изучивший дисциплину, должен знать:

- основные физические явления и эксперименты;

- методы физических исследований и измерений;

- международную систему единиц (СИ);

- физические понятия и величины, необходимые для описа­ния физических явлений;

- основные физические модели;

- физические принципы, законы и теории;

- применение физики в технике;

- связь физики с другими науками;

- ученых физиков, внесших существенный вклад в развитие физической науки;



уметь:

- выявлять существенные признаки физических явлений;

- устанавливать характерные закономерности при наблюде­нии и экспериментальных исследованиях физических яв­лений и процессов;

- опознавать в природных явлениях известные физические модели;

- применять для описания физических явлений известные физические модели;

- строить математические модели для описания простейших физических явлений;

- описывать физические явления и процессы, используя физическую научную терминологию;

- представлять различными способами физическую инфор­мацию;

- давать определения основных физических понятий и вели­чин;

- формулировать основные физические законы;

- владеть методом размерностей для выявления функцио­нальной зависимости физических величин;

- решать простейшие экспериментальные физические зада­чи, используя методы физических исследований;

- применять знание физических теорий для анализа незна­комых физических ситуаций;

- аргументировать научную позицию при анализе лженауч­ных, псевдонаучных и антинаучных утверждений;

- называть и давать словесное и схемотехническое описание основных физических экспериментов;

- структурировать физическую информацию, используя на­учный метод исследования;



владеть навыками:

- измерения основных физических величин;

- определения погрешности измерений;

- проведения простейших физических исследований с ис­пользованием основных экспериментальных методов (стробоскопического, осциллографического, метода физического моделирования, оптического, сравнения, мик­роскопии, спектрального анализа, рентгеноструктурного анализа, масспектроскопии, эквивалентного замеще­ния);

- грамотного использования физического научного языка;

- представления физической информации различными спо­собами (в вербальной, знаковой, аналитической, матема­тической, графической, схемотехнической, образной, алгоритмической формах);

- использования международной системы единиц измерения физических величин (СИ) при физических расчетах и фор­мулировке физических закономерностей;

- применения метода оценки порядка физических величин при их расчетах;

- применения численных значений фундаментальных физи­ческих констант для оценки результатов простейших фи­зических экспериментов;

- численных расчетов физических величин при решении физических задач и обработке экспериментальных резуль­татов.





    1. Извлечение из ГОС ВПО

ЕН.Ф6

Атомная и ядерная физика

84



1.5. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

(для всех специальностей, на которых читается данная дисциплина)


Шифр и наименование специальности



Курс

Семестр

Виды учебной работы

Вид итогового контроля (форма отчетности)

Трудоемкость

Всего аудит.

ЛК

ПР/СМ

ЛБ

Сам. раб.

050201 Математика с дополнительной специальностью «Информатика»

4

7

84

42

12

14

16

42

зачет



1.6. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ:

Квантовая физика.

  1. Тепловое излучение.

  2. Фотоэффект. Эффект Комптона.

  3. Боровская теория атома.

  4. Элементы квантовой механики.

  5. Физика атомов и молекул.

  6. Колебания кристаллической решентки.

  7. Зонная теория твердых тел.

  8. Контактные и термоэлектрические явления.

  9. Атомное ядро.

  10. Элементарные частицы.

1.6.1. Разделы дисциплины и виды занятий (в часах). Примерное распределение учебного времени





№ п/п

Наименование раздела, темы

Количество часов

Вариант 1

(очная форма обучения)




Вариант 2

(заочная форма обучения)



Всего аудит.

ЛК

ПР/СМ

ЛБ

Сам раб.

Всего аудит.

ЛК

ПР/СМ

ЛБ

Сам. раб

1.

Экспериментальные основы квантовой физики.

12

2

2

8

7
















2.

Строение атома.

6

2

4




7
















3.

Волновые свойства микрочастиц.

4

2

2




7
















4.

Уравнение Шредингера. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева.

4

2

2




7
















5.

Теория проводимости кристаллов.

12

2

2

8

7
















6

Атомное ядро.

4

2

2




7



















ИТОГО:

42

12

14

16

42

















1.6.2. Содержание разделов дисциплины.

Введение. Предмет квантовой физики. Краткий исторический обзор развития квантовых представлений.

Квантовые свойства излучения. Фотоэлектрический эффект. Фотоны. Уравнение Эйнштейна. Давление света с квантовой точ­ки зрения. Тормозное рентгеновское излучение. Эффект Комптона. Опыт Боте. Тепловое излучение. Закон Кирхгофа. Абсолютно черное тело. Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Формулы Рэлея-Джинса и Вина. Закон смещения Вина. За­кон Стефана-Больцмана. Формула Планка. Оптические пиромет­ры. Флуктуации светового потока. Двойственность представлений о свете.

Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза Де-Бройля. Диф­ракция микрочастиц. Состояния микрочастиц. Волновая функ­ция. Принцип суперпозиции в квантовой механике. Соотношения неопределенностей. Измерение физических величин в квантовой механике. Принцип дополнительности. Уравнение Шредингера. Стационарные состояния и их свой­ства. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. Состояния с непрерывным спектром энергии (свободная частица в поле потенциальной ступеньки и потенциального барьера). Туннельный эффект. Электронный микроскоп. Туннель­ный микроскоп. Состояния с дискретным спектром энергии. Потенциальный ящик. Линейный гармонический осциллятор. Потенциальная яма конечной глубины. Квантование энергии. Нулевая энергия. Связь энергетического спектра с видом потенциала. Принцип соответ­ствия. Двойственность представлений о веществе. Корпускулярно-волновой дуализм.

Физика атомов и молекул. Опыты Резерфорда. Линейчатые спектры атомов. Опыты Франка и Герца. Модель атома водорода Бора-Резерфорда. Квантование момента импульса. Спин электрона. Магнитный момент электрона. Опыты Штерна и Герлаха. Квантовые числа электрона в атоме водорода. Спектр атома водорода. Состояние электрона в многоэлектронном атоме. Принцип Паули. Электронные оболочки. Периодическая система элемен­тов Менделеева. Спектры многоэлектронных атомов. Характеристические рен­тгеновские спектры. Закон Мозли. Водородоподобные спектры. Спин-орбитальное взаимодействие. Дублеты щелочных металлов. Природа химической связи. Молекулярные спектры. Комби­национное рассеяние света. Люминесценция. Спонтанное и вы­нужденное излучения. Лазеры. Эффект Зеемана. Электронный парамагнитный резонанс.

Физика атомного ядра. Естественная радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Экспериментальные методы ядерной физики; счетчики частиц, трековые камеры, фотоэмульсии, масспектрографы, ускорители заряженных частиц. Состав ядра. Нуклоны. Заряд и массовое число ядра. Энергия связи ядра. Изотопы. Искусственные превращения ядер, а- и b-распады, g - излучение. Ядерные реакции. Трансурановые эле­менты. Оболочечная и капельная модели ядра. Деление ядер. Цеп­ная реакция. Ядерные реакции на тепловых и быстрых нейтро­нах. Реакция синтеза, проблема управляемого термоядерного син­теза.

Физика элементарных частиц. Фундаментальные взаимодей­ствия. Классификация элементарных частиц. Взаимодействие элементарных частиц и законы сохранения. Частицы и античас­тицы. Барионы и мезоны. Резонансы. Кварковая модель строения адронов. Космические лучи. Фундаментальные частицы. Частицы участники и частицы переносчики взаимодействий. Обменный характер фундаменталь­ных взаимодействий.


1.6.3. Темы для самостоятельного изучения.


№ п/п

Наименование раздела дисциплины

Тема

Кол-во часов

Форма самостоятельной работы

Форма контроля выполнения самостоятельной работы

1.

Экспериментальные основы квантовой физики.

Тепловое излучение. Фотоэффект. Комптон-эффект

7

Устный ответ.

аттестация

2.

Строение атома.

Формула Бальмера. Теория Н.Бора.

7

Контрольная работа.

- проверка контрольных работ

3.

Принцип неопределенности. Волновые свойства частиц.

Устойчивость атома

7

Устный ответ.

аттестация

4.

Уравнение Шредингера.

Туннельный эффект. Частица в бесконечной потенциальной яме.

7

Контрольная работа.

- проверка контрольных работ

5.

Теория проводимости кристаллов.

Проводники, полупроводники, диэлектрики

7

Устный ответ.

аттестация

6.

Атомное ядро.

Дефект массы

7

Устный ответ.

аттестация




    1. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.

      1. Тематика теоретических семинаров:

  1. Закономерности в атомных спектрах.

  2. Гипотеза де-Бройля. Волновые свойства частиц.

  3. Смысл пси-функции. Квантование энергии.

  4. Принцип неопределенности.

  5. Принцип Паули. Распределение электронов по энергетическим уровням атома.

  6. Вынужденное излучение. Лазеры.

  7. Квантовая теория свободных электронов в металле.

  8. Сверхпроводимость.

  9. Полупроводники.

Тематика практических занятий (решение задач):

  1. Фотоэффект. Эффект Комптона.

  2. Элементарная боровская теория водородоподобного атома.

  3. Уравнение Шредингера.

  4. Масса и энергия связи.

  5. Радиоактивность.


Тематика лабораторных работ:

1. Фотоэффект.

2. Счетчик Гейгера.

3. Спектры излучения.

4. Законы чернотельного излучения.
1.8 Учебно-методическое обеспечение дисциплины.

1.8.1Рекомендуемая литература:



Основная:

  1. Блохинцев Д.И.Основы квантовой механики:Учеб.пос.для ун-тов.-М.:ВШ,1983

  2. Иродов И.Е.Квантовая физика:основные законы:Учеб.пос.для вузов.-М.:Лаборатория Базовых знаний,2001

  3. Паршаков, А. Н.Введение в квантовую физику : учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по техн. направл. подгот. и спец. / А. Н. Паршаков. - СПб. : Лань, 2010. - 352 с. : ил., граф. - (Учебники для вузов. Специальная литература). [Гриф]

  4. Суханов А.Д.Лекции по квантовой физике:Учеб.пос.для вузов.-М.:ВШ,1991

  5. Наумов А.И.Физика атомного ядра и элементарных частиц:Учеб.пос.для вузов.- М.:Просвещение,1984

  6. Рау В. Г.Основы теоретической физики. Физика атомного ядра и элементарных частиц : учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по направл. "Физика" / В. Г. Рау. - М. : Высшая школа, 2005. - 141 с. : ил. - ISBN 5-06-005081-5 [Гриф]

  7. Савельев И. В.Основы теоретической физики : [учебник] : в 2 т. Т. 2 : Квантовая механика / И. В. Савельев. - Изд. 3-е, стер. - СПб. : Лань, 2005. - 432 с.

  8. Нерсесов Э.А.Основные законы атомной и ядерной физики:Учеб.пос.для вузов.-М.:ВШ,1988

  9. Ландау Л. Д.Теоретическая физика. В 10 т. : учеб. пособие для студ. физ. спец. ун-тов / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. - 5-е изд., стер. - М. : ФИЗМАТЛИТ, Т. 3. Квантовая механика (нерелятивистская теория). - 2004 . - 800 с. [Гриф МО]


Дополнительная:

  1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. - М.: Высшая школа, 1989; 2000.

  2. Трофимова Т.И. Курс физики. - М., 2002.

  3. Трофимова Т.И. Курс физики. - М.: Высшая школа, 2002.

  4. Гершензон Е.М., Малое Н.Н., Мансуров А.Н. Курс общей физики. Механика. - М.: Академия, 2001.

  5. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 3. - М.: Физматлит, 2001.

  6. Шолохов В. С.Лекции по квантовой механике : учеб.-метод. пособие / В. С. Шолохов ; Федер. агентство по образованию, Мурм. гос. пед. ун-т. - Мурманск : МГПУ, 2007.

Сборники задач по курсу общей физики

  1. Голъцмаи Г. Н., Гусинский Э.Н, Птицина Н..Г., Соина Н.В., Филонович С.Р. Сборник вопросов и задач по общей физи­ке. - М.: Академия, 1999.

  1. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. - М.: Наука, 2002.

  1. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики. - М.:Высшая школа, 2002.0

  2. Чертов А.Г.,Воробьев А.А.Задачник по физике.-М.:Физматлит,2003



Справочная литература

  1. Физическая энциклопедия. Т. 5. -М.: Советская энцикло­педия, 1998.

  2. Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1983.

  3. Яворский Б.М., Детлаф АЛ. Справочник по физике. - М.: Наука, 1996.


1.9 Материально-техническое обеспечение дисциплины

Преподавание дисциплины осуществляется в специально обо­рудованных кабинетах и учебных лабораториях. Чтение лекций проводится в лекционной аудитории оборудованной проекцион­ной, телевизионной, осветительной, компьютерной техникой, моющей кафедру, приспособленную для проведения лекционно­го эксперимента. Подготовка демонстраций осуществляется в де­монстрационном кабинете, где кроме необходимого учебного обо­рудования, должна быть мастерская для изготовления простей­ших приспособлений и ремонта оборудования. Лабораторный практикум проводится в специализированных учебных лаборато­риях по механике, оборудованных с учетом гигиенических, эргономических, методических, противопожарных требований и требований техники безопасности. Семинарские занятия прово­дятся в кабинетах, оснащенных проекционными, экранными и видео - компьютерными средствами обучения.


1.9.1.Перечень используемых технических средств: лабораторное оборудование лаборатории «Оптика и квантовая физика(каб. № 301 ФМФ),

1.9.2. Перечень используемых пособий: методические разработки и пособия лаборатории «Оптика и квантовая физика» (каб. №301 ФМФ),

1.9.3.Перечень видео- и аудиоматериалов, программного обеспечения:

- компьютерные программы: «Открытая физика. 1.1», «Физика колебаний».

- Учебные кинофильмы по физике:


    1. Примерные зачетные задания.

1. Законы Кирхгофа для излучения

2. Закон Стефана-Больцмана. Закон Вина.

3. Формула Рэлея-Джинса.

4. Формула Планка.

5. Тормозное рентгеновское излучение.

6. Фотоэффект.

7. Опыт Боте. Фотоны.

8. Эффект Комптона.

9. Закономерности в атомных спектрах.

10. Постулаты Бора. Правило квантования круговых орбит.

11. Уравнение Шредингера. Смысл пси-функции.

12. Квантование момента импульса.

13. Прохождение частиц через потенциальный барьер.

14.Гармонический осциллятор.

15. Атом водорода.

16. Спектры щелочных металлов.

17. Магнитный момент атома.

18. Эффект Зеемана.

19. Принцип Паули. Распределение электронов по энергетическим уровням в атоме.

20. Теплоемкость кристаллов. Теория Энштейна.

21. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева.

22. Рентгеновские спектры.

23. Энергия молекулы.

24. Молекулярные спектры.

25. Комбинационное рассеяние света.

26. Вынужденное излучение. Лазеры.

27. Распределение Ферми-Дирака.

28. Сверхпроводимость.

29. Полупроводники.

30. Состав и характеристики атомного ядра.

31. Радиоактивность.

32. Ядерные реакции.

33. Виды взаимодействий и классы частиц.

34.Основные свойства элементарных частиц.

35. Кварки. Великое объединение.
1.12 Комплект экзаменационных билетов (утвержденный зав. кафедрой до начала сессии).

представляется на кафедре.



    1. Примерная тематика рефератов.

рефераты не предусмотрены

    1. Примерная тематика курсовых работ.

курсовые работы не предусмотрены

    1. Примерная тематика квалификационных (дипломных) работ.

дипломные работы не предусмотрены

    1. Методика(и) исследования (если есть).

    2. Балльно-рейтинговая система, используемая преподавателем для оценивания знаний студентов по данной дисциплине.


  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©refedu.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница