Закреплена за кафедрой | Кафедра общей и экспериментальной физики |
---|---|
Направление подготовки | 03.03.02. Физика |
Форма обучения | Очная |
Общая трудоемкость | 4 ЗЕТ |
Учебный план | 03_03_02_Ф-4-2019 |
|
|
Распределение часов по семестрам
Курс (семестр) | 3 (5) | Итого | ||
---|---|---|---|---|
Недель | 19 | |||
Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
Лекции | 50 | 50 | 50 | 50 |
Практические | 38 | 38 | 38 | 38 |
Сам. работа | 29 | 29 | 29 | 29 |
Часы на контроль | 27 | 27 | 27 | 27 |
Итого | 144 | 144 | 144 | 144 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2019-2020 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра общей и экспериментальной физики
Протокол от 21.06.2019 г. № 13
Заведующий кафедрой д-р физ.-мат. наук, профессор, Плотников В.А.
1.1. | Дисциплина представляет собой часть курса общей физики и является одной из основных базовых дисциплин для студентов направления 03.03.02 Физика. Целью изучения курса «Атомная физика» является: - ознакомление с экспериментальными основами квантовой физики, рассмотрение физических явлений и процессов, обусловленных электронными оболочками атомов, современное теоретическое описание этих явлений; - ознакомление с основными понятиями квантовой механики и квантово-механического подхода к изучению атомных процессов, свойств вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях; - применение теории и экспериментальных методов атомной физики в практической работе; - изучение студентами экспериментальных результатов и физических явлений, являющихся основой построения квантовой физической теории; - ознакомление студентов с основными понятиями и методами квантовой механики при изучении строения и свойств атомов, спектров атомов, их взаимодействия с электронами и магнитными полями, а также рассмотрением свойств твердого, жидкого, газообразного состояния вещества и плазмы; - формирование навыков экспериментальной работы в области атомной физики, навыков применения квантово- механических подходов к известным физическим явлениям. |
---|
Цикл (раздел) ООП: Б1.Б |
ОПК-3 | способностью использовать базовые теоретические знания фундаментальных разделов общей и теоретической физики для решения профессиональных задач |
ПК-1 | способностью использовать специализированные знания в области физики для освоения профильных физических дисциплин |
В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
3.1. | Знать: |
---|---|
3.1.1. | об основных тенденциях развития атомной физики как науки, этапы развития атомной физики; теоретические основы, основные понятия, законы и модели атомной физики; смысл понятий: физическое явление, гипотеза, закон, теория, атом, электронная структура и д.р. смысл физических величин: электронные уровни, орбиталь, волновая функция, спектральные уровни и др. |
3.2. | Уметь: |
3.2.1. | применять основы атомной физики, основные понятия; понимать, излагать и анализировать закономерности физических процессов в атомной физике, пользоваться теоретическими основами, основами, законами и моделями; делать выводы на основе экспериментальных данных; приводить примеры, показывающие, что: наблюдения и эксперимент являются основой для выдвижения гипотез и теорий, позволяют проверить истинность теоретических выводов; физическая теория дает возможность объяснять известные явления природы и научные факты, предсказывать еще неизвестные явления; отличать гипотезы от научных теорий; грамотно пользоваться языком физики |
3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
3.3.1. | владения методами обработки и анализа экспериментальной и теоретической физической информации (планирование, постановка и обработка эксперимента); способностью использовать базовые знания физики для решения практических задач; основными методами решения физических задач; методами проведения физических измерений, методами корректной оценки погрешностей при проведении физического эксперимента. |
Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
---|---|---|---|---|---|---|
Раздел 1. Корпускулярно-волновой дуализм | ||||||
1.1. | Фотоэффект,эффект Комптона. Волновые свойства микрочастиц (опыт Дэвиссона и Джермера) | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
1.2. | Фотоэффект, эффект Кмптона | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
1.3. | Опыт Томсона | Сам. работа | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
1.4. | Волновые свойства микрочастиц (эффект Рамзауэра – Таунсенда, опыт Дэвиссона и Джермера, опыты Томсона и Тартаковского, дифракция электронного пучка | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
1.5. | опыт Фабриканта – Бибермана, дифракция одного электрона на щели, на двух щелях) | Сам. работа | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
1.6. | Гипотеза Л. Де-Бройля, волны Де-Бройля, уравнения Де- Бройля. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
1.7. | Волновые свойства частиц, волны Де-бройля | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
Раздел 2. Дискретность атомных состояний,атомные модели | ||||||
2.1. | Излучение абсолютно черного тела. Опыты Франка и Герца. | Лекции | 5 | 4 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
2.2. | Формула Планка, Вина. Закон Смещения Вина | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
2.3. | Атомные спектры, сериальные закономерности в спектрах излучения атома водорода, атомов щелочных металлов, комбинационный принцип Ритца | Лекции | 5 | 4 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
2.4. | Атомные спектры,излучения атома водорода,комбинационный принцип Ритца | Практические | 5 | 4 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
2.5. | Боровская модель атома водорода | Лекции | 5 | 4 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
2.6. | Атом бора | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
2.7. | Спектры атома водорода | Сам. работа | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
Раздел 3. Формализм квантовой механики | ||||||
3.1. | Понятие квантового состояния, его описание при помощи волновой функции, вероятностная интерпретация волновой функции, стационарные и нестационарные состояния, принцип суперпозиции состояний | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
3.2. | Квантовое состояние, волнованя функция. | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
3.3. | Частица в одномерной бесконечно глубокой потенциальной яме, волновая функция, квантование энергии. Частица в одномерной потенциальной яме конечной глубины, волновая функция, квантование энергии, туннельный эффект | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
3.4. | Частица в одномерной бесконечно глубокой потенциальной яме. | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
3.5. | Гармонический осциллятор. Электрон в периодическом потенциале. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
3.6. | Гармонический осциллятор | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
Раздел 4. Движение микрочастицы в поле центральной силы | ||||||
4.1. | Уравнение Шредингера, разделение переменных, решение углового уравнения, угловая волновая функция, стационарные состояния | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
4.2. | Стационарное уравнение Шредингера | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
4.3. | Орбитальный момент импульса, собственные значения квадрата момента, собственные значения проекции момента. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
4.4. | Собственные значения и собственные функции квадрата орбитального момента имаульса | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
Раздел 5. Водородоподобные атомы | ||||||
5.1. | Уравнение Шредингера, угловая волновая функция. Радиальное уравнение, радиальная волновая функция, квантование энергии электрона. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
5.2. | Радиальное уравнение, радиальная волновая функция, квантование энергии электрона | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
Раздел 6. Атомы щелочных металлов | ||||||
6.1. | Уравнение Шредингера для валентного электрона, разделение переменных, угловая волновая функция, радиальное уравнение, квантование энергии валентного электрона. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
6.2. | Решение уравнения Шредингера для угловой волновой функции | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
6.3. | Квантовый дефект | Сам. работа | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
Раздел 7. Механический и магнитный момент атома | ||||||
7.1. | Орбитальный магнитный момент электрона, квантование модуля момента,пространственное квантование. Спин электрона | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
7.2. | Орбитальный магнитный момент электрона | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
7.3. | опыт Штерна и Герлаха | Сам. работа | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
7.4. | Результирующий механический и магнитный момент электрона, внутреннее квантовое число j. Общие принципы образования результирующего момента электронной оболочки, j-j связь. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
7.5. | Результирующий механический и магнитный момент атома | Сам. работа | 5 | 4 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
Раздел 8. Спин-орбитальное взаимодействие | ||||||
8.1. | Сущность спин - орбитального взаимодействия (СОВ), СОВ в атоме водорода, тонкая структура термов атома водорода. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
8.2. | Спин-орбитальное взаимодействие | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
8.3. | Тонкая структура теров атома водорода | Сам. работа | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
Раздел 9. Атом во внешнем поле | ||||||
9.1. | Эффект Зеемана, расщепление спектральных линий атомов; слабое и сильное магнитное поле, простой и сложный эффект Зеемана. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
9.2. | Решение задач на простой и сложный эффект Зеемана | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
9.3. | Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Атом в электрическом поле | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
9.4. | Эффект Штарка | Сам. работа | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
Раздел 10. Многоэлектронные атомы | ||||||
10.1. | Общие принципы описания многоэлектронного атома, электронные конфигурации, идеальная схема заполнения электронных оболочек, принцип Паули, правила Хунда | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
10.2. | Заполнение атомных состояний электронами, атомные оболочки и подоболочки | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
10.3. | Периодическая система элементов | Сам. работа | 5 | 4 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
10.4. | Химическая связь, типы химической связи. Ион молекулы водорода, метод орбиталей | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
10.5. | Молекула водорода, волновые функции, энергия взаимодействия, полный спин молекулы | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
10.6. | Метод ЛКАО-МО | Сам. работа | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
Раздел 11. Рентгеновские спектры | ||||||
11.1. | Тормозное рентгеновское излучение. Переходы внутренних электронов в атомах, характеристическое рентгеновское излучение | Лекции | 5 | 2 | ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
11.2. | Закон Мозли | Сам. работа | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
Раздел 12. Молекулы | ||||||
12.1. | Химическая связь, типы химической связи. Ион молекулы водорода, метод орбиталей. Молекула водорода, волновые функции, энергия взаимодействия, полный спин молекулы. | Лекции | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
12.2. | Химическая связь, типы химических связей | Практические | 5 | 2 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
12.3. | Метод орбиталей | Сам. работа | 5 | 3 | ОПК-3, ПК-1 | Л1.2, Л1.1 |
12.4. | Экзамен | 5 | 27 |
5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
см. приложение (ФОС) |
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
см. приложение (ФОС) |
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
см. приложение (ФОС) |
6.1. Рекомендуемая литература | ||||
6.1.1. Основная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л1.1 | Савельев И.В. | Курс физики (в 3 тт.). Том 3. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц: учебное пособие: Учебные пособия | Издательство "Лань", 2018 | e.lanbook.com |
Л1.2 | Шпольский Э.В. | Атомная физика. Том 1. Введение в атомную физику: учебник | СПб: Лань, 2010 | e.lanbook.com |
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
Название | Эл. адрес | |||
Э1 | Национальная электронная библиотека. | www.nns.ru | ||
Э2 | Российская государственная библиотека. | www.rsl.ru | ||
Э3 | Учебный центр компьютерных технологий «Микроинформ». | www.microinform.ru | ||
Э4 | Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана. | www.tests.specialist.ru | ||
6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
Microsoft Windows7 Microsoft Office 2010 7-Zip AcrobatReader | ||||
6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
Научная электронная библиотека: www.elibrary.ru Научная библиотека ВолГУ: http://lib.volsu.ru Американский институт физики (AIP) http://scitation.aip.org/ Информационные системы SPIE Digital Library: http://spiedigitallibrary.org/ |
Аудитория | Назначение | Оборудование |
---|---|---|
Помещение для самостоятельной работы | помещение для самостоятельной работы обучающихся | Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ |
Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска) |
Основной целью при изучении дисциплины является стремление показать области применения и формирование у будущих специалистов теоретических знаний и практических навыков по использованию законов физики для широкого спектра задач в различных областях. Для эффективного изучения теоретической части дисциплины «Атомная Физика» необходимо: - построить работу по освоению дисциплины в порядке, отвечающим изучению основных этапов, согласно приведенным темам лекционного материала; - систематически проверять свои знания по контрольным вопросам и заданиям; - усвоить содержание ключевых понятий; - плотно работать с основной и дополнительной литературой по соответствующим темам. Для эффективного изучения практической части дисциплины «Атомная физика» рекомендуется: - систематически выполнять подготовку к практическим занятиям и лабораторным работам по предложенным преподавателем тема и методическим указаниям; - своевременно выполнять практические задания, лабораторные работы. - своевременно и систематически защищать результаты своих экспериментальных исследований. При подготовке к экзамену необходимо ориентироваться на конспекты лекций, рекомендуемую литературу и др. |