Занятия в физической лаборатории Лекции
МОДУЛЬ 5:
Элементы квантовой механики.
Лекции 1-2. Квантовые свойства излучения. Гипотеза Планка, дискретный характер испускания и поглощения электромагнитного излучения веществом. Квантовое объяснение законов теплового излучения. Корпускулярно-волновой дуализм света. Фотоны. Фотоэффект и эффект Комптона.
ОЛ-1 §1.1-1.5. ОЛ-3 §1.1-1.7,2.2,2.4. ОЛ-4 §1,2. ОЛ-5 §1-3. ДЛ-3 §1.1-1.5. ДЛ-7 § 80-84, 86-89. ДЛ-9 §1.1-1.3.
Лекции 3-4. Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза де Бройля. Дифракция микрочастиц. Принцип неопределенности Гейзенберга. Задание состояния микрочастицы. Волновая функция, ее статистический смысл и условия, которым она должна удовлетворять. Принцип суперпозиции квантовых состояний. Общее уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.
ОЛ-1 §2.1-2.4, 3.1-3.3, 4.1. ОЛ-3 §4.1-4.5, 4.8. ОЛ-4 §8, 9, 16.ДЛ-2 §28-30. ДЛ-3 §3.1-4.2. ДЛ-6 §1.9, 1.10, 2.5-2.9. ДЛ-7 §140-145, 147, 148. ДЛ-9 §2.1-2.3.
Лекции 5-6. Стационарные задачи квантовой механики. Частица в потенциальной яме с бесконечно высокими стенками. Частица в трехмерном прямоугольном потенциальном ящике. Понятие о вырождении энергетических уровней. Одномерный потенциальный порог и барьер. Туннельный эффект. Сканирующий туннельный микроскоп. Гармонический осциллятор.
ОЛ-1 §4.1-4.5. ОЛ-3 §4.6, 4.9, 4.10. ОЛ-4 §26, 27, 29. ДЛ-3 §4.3-4.5. ДЛ-6 §1.11, 1.12. ДЛ-7 §152-154, 156, 158. ДЛ-9 §4.1-4.4.
Лекции 7. Измерение физических величин в квантовой механике. Основные постулаты квантовой механики. Операторы координаты, импульса, момента импульса, потенциальной и кинетической энергии. Гамильтониан квантовой системы как оператор полной энергии. Вероятностный характер результатов измерений в квантовой механике. Вычисление средних значений физических величин в квантовых системах.
ОЛ-1 §3.4-3.7. ОЛ-4 §17-19. ДЛ-2 §18, 27. ДЛ-3 §5.1, 5.2. ДЛ-6 §2.1-2.4.
Лекции 8. Квантовая теория атома. Ядерная модель атома Резерфорда-Бора. Постулаты Н. Бора. Стационарное уравнение Шредингера для атома водорода. Волновые функции и квантовые числа. Спин электрона. Спектр атома водорода. Правила отбора для квантовых чисел. Ширина спектральных линий.
ОЛ-1 §5.1-5.4. ОЛ-3 §5.1-5.3. ОЛ-4 §30. ДЛ-3 §6.1. ДЛ-6 §3.1-3.4. ДЛ-8 §2.4.
Тему “Механический и магнитный моменты атома” студенты прорабатывают самостоятельно. При этом рассматривают следующие вопросы: Опыт Штерна и Герлаха. Орбитальный, спиновой и полный угловые моменты. Спин-орбитальное взаимодействие. Атом во внешнем магнитном поле. Эффект Зеемана.
ОЛ-1 §5.5, 5.6. ОЛ-3 §5.4-5.7. ОЛ-4 §15, 34, 45, 46. ДЛ-3 §6.3, 7.1, 7.2.
Лекция 9. Спонтанное и индуцированное излучение. Коэффициенты “A” и “B” Эйнштейна. Активные среды с инверсной заселенностью энергетических уровней. Оптические квантовые генераторы. Особенности лазерного излучения. Основные типы лазеров, их применение.
ОЛ-1 §5.7. ОЛ-3 §5.15, 5.16. ДЛ-4 §6.1. ДЛ-5 §38.1, 38.2.
МОДУЛЬ 6:
Квантовая статистика, физика твердого тела, физика атомного ядра и элементарных частиц.
Лекция 10. Квантовые системы из одинаковых частиц. Принцип тождественности одинаковых микрочастиц. Симметричные и антисимметричные состояния (волновые функции) тождественных микрочастиц. Бозоны и фермионы. Принцип Паули. Периодическая система элементов.
ОЛ-1 §6.1. ОЛ-5 §46-47.
Лекция 11. Квантовые статистические распределения. Плотность квантовых состояний. Распределение Ферми-Дирака. Функция распределения частиц по энергиям. Энергия Ферми. Вырожденный электронный газ, температура вырождения. Распределение Бозе-Эйнштейна. Фотоны и фононы.
ОЛ-1§6.2-6.5.ОЛ-3§7.1, 7.2, 8.1. ДЛ-4 §4.1-4.4. ДЛ-5 §39.4-39.8. ДЛ-9 §5.1, 5.2.
Тему “Эмиссия электронов из металла” студенты прорабатывают самостоятельно. При этом рассматривают следующие вопросы: Работа выхода электрона из металла. Термоэлектронная эмиссия, формула Ричардсона-Дэшмана. Эффект Шоттки. Холодная (автоэлектронная) эмиссия.
ОЛ-1 §6.6. ОЛ-3 §9.1, 9.2. ОЛ-5 §29. ДЛ-9 §6.1-6.4.
Лекция 12. Зонная теория твердых тел. Электроны в периодическом поле кристалла. Образование энергетических зон для электронов в кристалле. Зонная структура в металлах, полупроводниках и диэлектриках. Проводимость металлов. Сверхпроводимость.
ОЛ-2 §4.1-4.4. ОЛ-3 §8.2, 8.4, 8.5. ОЛ-4 §65, 66. ДЛ-5 §40.1-40.3. ДЛ-9 §7.1-7.6.
Тему “Энергетический спектр электронов в кристалле” студенты прорабатывают самостоятельно. При этом рассматривают следующие вопросы: Модель Кронига-Пенни. Приближение сильной связи. Модель почти свободных электронов. Динамика электронов в кристаллической решетке. Эффективная масса электрона.
ОЛ-2 §4.1. ДЛ-9 §7.1-7.7.
Лекция 13. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Уровень Ферми в чистых и примесных полупроводниках. Температурная зависимость проводимости полупроводников. Фотопроводимость полупроводников. Процессы генерации и рекомбинации носителей заряда. Эффект Холла в полупроводниках.
ОЛ-2 §4.4. ОЛ-3 §8.6. ДЛ-4 §40.5, 40.6. ДЛ-8 §8.1-8.4.
Лекция 14. Контактные явления в полупроводниках. Р-n – переход. Распределение электронов и дырок в р-n – переходе. Ток основных и неосновных носителей через р-n – переход. Вольтамперная характеристика р-n – перехода. Выпрямляющие свойства р-n – перехода.
ОЛ-2 §4.5. ОЛ-3 §9.5. ОЛ-4 §69. ДЛ-8 §8.7.
Лекция 15. Структура атомного ядра. Характеристики ядра: заряд, масса, энергия связи, спин и магнитный момент. Свойства и обменный характер ядерных сил. Деление тяжелых ядер и цепные реакции. Термоядерный синтез.
ОЛ-1 §7.1. ОЛ-3 §10.1-10.4. ОЛ-6 §87-95, 98. ДЛ-3 §8.1-8.3.
Лекция 16. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Активность. Естественная и искусственная радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Эффект Мессбауэра. Радиоактивные ряды, закон сложного распада. Источники радиоактивных излучений. Радиоизотопный анализ.
ОЛ-1 §7.2. ОЛ-3 §6.6, 10.5. ОЛ-6 §71-76. ДЛ-3 §8.4, 8.5.
Лекция 17. Элементарные частицы. Их основные характеристики. Типы взаимодействий. Классификация частиц. Лептоны и адроны. Кварковая структура адронов. Симметрия и законы сохранения в мире элементарных частиц.
ОЛ-1 §7.4. ОЛ-3 §11.1, 11.4, 11.8-11.11. ОЛ-6 §104-110. ДЛ-3 §9.1-9.7.
Тему “Взаимодействие ядерных излучений с веществом” студенты прорабатывают самостоятельно. При этом рассматривают следующие вопросы: Детектирование различных излучений. Понятие о дозиметрии и защите.
ОЛ-3 §11.2. ОЛ-6 §79-83. ДЛ-5 §41.6.
Лекция 18 (резервная). Квантовые объекты нанотехнологий. Квантовые ямы, квантовые нити, квантовые точки, углеродные нанотрубки. Их структура, свойства, перспективы практического применения. Сканирующие зондовые микроскопы: СТМ, АСМ, ОМБП. Принцип работы и разрешающая способность.
ОЛ-1 Приложение.
Семинары
МОДУЛЬ 5:
Занятие 1. Квантовые свойства света.
Ауд.: ОЛ-7 зад. 6.235, 6.240, 5.19, 5.35. МП-3а.
Дома: ОЛ-7 зад. 5.18, 5.34. ОЛ-8. МП-3а.
Занятие 2. Волновые свойства микрочастиц.
Ауд.: ОЛ-7 зад. 5.89, 5.99, 5.100, 5.108.
Дома: ОЛ-7 зад. 5.87, 5.101. ОЛ-8. МП-1. МП-2. МП-3б.
Занятие 3. Движение микрочастиц в стационарных полях.
Ауд.: ОЛ-7 зад. 5.131, 5.133, 5.137, 5.157.
Дома: ОЛ-7 зад. 5.125, 5.155. ОЛ-8. МП-1. МП-2. МП-3в.
Занятие 4. Нахождение средних значений физических величин.
Ауд.: ОЛ-7 зад. 5.149а, 5.150, 5.151, 5.152б.
Дома: ОЛ-7 зад. 5.149б, 5.152а. МП-2. МП-3г, МП-4.
Занятие 5. Электрон в центрально-симметричном поле. Квантование момента импульса и магнитного момента электрона.
Ауд.: ОЛ-7 зад. 5.144, 5.153. ОЛ-8 зад. 47.9, 47.22, 47.24.
Дома: ОЛ-8 зад. 47.10, 47.23. МП-3д. ДЛ-10.
МОДУЛЬ 6:
Занятие 6.Распределение Ферми-Дирака.
Ауд.: ОЛ-7 зад. 6.274(а,б), 6.275, 6.277, 6.280.
Дома: ОЛ-7 зад. 6.276, 6.278. ОЛ-8. МП-1. МП-3е.
Занятие 7. Электропроводность металлов и полупроводников.
Ауд.: ОЛ-7 зад. 6.288, 6.289, 6.292, 6.294.
Дома: ОЛ-7 зад. 6.290, 6.293.
Занятие 8. Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц.
Ауд.: ОЛ-7 зад. 5.250, 5.254, 5.323, 5.322.
Дома: ОЛ-7 зад. 5.251, 5.326. МП-3ж.
Занятие 5. Итоговое.
Занятия в физической лаборатории
МОДУЛЬ 5:
Занятие 1. Лабораторные работы по квантовой физике.
ОЛ-1, 2.
Занятие 2. Лабораторные работы по квантовой физике.
ОЛ-1, 2.
Занятие 3. Лабораторные работы по квантовой физике.
ОЛ-1, 2.
Занятие 4. Лабораторные работы по квантовой физике.
ОЛ-1, 2.
Занятие 5. Рубежный контроль модуля 5.
МОДУЛЬ 6:
Занятие 6. Лабораторные работы по квантовой статистике, физике твердого тела и ядерной физике.
ОЛ-1,2.
Занятие 7. Лабораторные работы по квантовой статистике, физике твердого тела и ядерной физике.
ОЛ-1,2.
Занятие 8.Рубежный контроль модуля 6.
▼ Самостоятельная подготовка
МОДУЛЬ 5:
Проработка курса лекций, учебников проводится по темам лекций 1 - 9, семинаров 1 - 5 и занятий в физической лаборатории 1 - 4.
Подготовка к рубежному контролю по темам лекций 1 - 9, материалам семинаров 1 - 5 и занятий в физической лаборатории 1 - 4.
МОДУЛЬ 6:
Проработка курса лекций, учебников проводится по темам лекций 10 - 18, семинаров 6 - 8 и занятий в физической лаборатории 6 - 7.
Подготовка к рубежному контролю по темам лекций 10 - 18, материалам семинаров 6 - 8 и занятий в физической лаборатории 6 - 7.
▼ Домашнее задание
МОДУЛЬ 5:
Домашнее задание включает две задачи по материалам семинаров 1 – 5.
Выдача задач домашнего задания – 1-2 неделя.
Срок выполнения домашнего задания – 1-7 неделя.
МОДУЛЬ 6:
Домашнее задание включает две задачи по материалам семинаров 6 – 8.
Выдача задач домашнего задания – 9-10 неделя.
Срок выполнения домашнего задания – 9-16 неделя.
▼ Основная и дополнительная литература
Основная литература (ОЛ)
1.Мартинсон Л.К., Смирнов Е.В. Квантовая физика.– М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006, 2009. – 532 с.
2.Винтайкин Б.Е. Физика твердого тела. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006, 2007. – 360 с.
3.Савельев И.В. Курс общей физики. Кн. 5. – М.: Наука. Физматлит. 1998. – 368 с.
4.Матвеев А.Н. Атомная физика. – М.: Высшая школа, 1989. – 439 с.
5.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Атомная и ядерная физика. Часть 1. – М.: Наука, 1986. – 416 с.
6.Сивухин Д.В. Общий курс физики. Атомная и ядерная физика. Часть II. – М.: Наука, 1989. – 416 c.
7.Иродов И.Е. Задачи по общей физике. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001 – 432 с.
8.Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике. – М.: Высшая школа, 1988 – 527 с.
Дополнительная литература (ДЛ)
1.Блохинцев Д.И. Основы квантовой механики. – М.: Наука, 1976. – 664 с.
2.Иродов И.Е. Квантовая физика. Основные законы. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. – 272 с.
3.Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. – 200 с.
4.Калашников Н.П., Смондырев М.А. Основы физики. Т2. – М.: Дрофа, 2004. – 432 с.
5.Толмачев В.В., Федотов А.А., Федотова С.В. Основы квантовой механики: Учебное пособие. – Москва-Ижевск: НИЦ “Регулярная и хаотическая динамика”, 2005. – 240 с.
6.Шпольский Э.В. Атомная физика. т.1: Введение в атомную физику. – М.: Наука, 1984. – 552 с.
7.Шпольский Э.В. Атомная физика. т.2: Основы квантовой механики и строение электронной оболочки атома. – М.: Наука, 1984. – 439 с.
8.Толмачев В.В., Скрипник Ф.В. Квазиклассическая и квантовая теория атома водорода. – Москва-Ижевск: НИЦ “Регулярная и хаотическая динамика”, 2008. – 132 с.
9.Толмачев В.В., Скрипник Ф.В. Физические основы электроники. – Москва-Ижевск: НИЦ “Регулярная и хаотическая динамика”, Институт компьютерных исследований, 2009. – 464 с.
10. Иродов И.Е. Задачи по квантовой физике. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2006. – 216 с.
|