МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Атомная физика
рабочая программа дисциплины

Закреплена за кафедройКафедра общей и экспериментальной физики
Направление подготовки03.03.02. Физика
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость4 ЗЕТ
Учебный план03_03_02_Ф-3-2020
Часов по учебному плану 144
в том числе:
аудиторные занятия 56
самостоятельная работа 61
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 5

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 3 (5) Итого
Недель 19
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 20 20 20 20
Практические 36 36 36 36
Сам. работа 61 61 61 61
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 144 144 144 144

Программу составил(и):
д-р физ.-мат.наук, доцент, Макаров С.В.

Рецензент(ы):
канд. физ.-мат. наук, доцент, Рудер Д.Д.

Рабочая программа дисциплины
Атомная физика

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 03.03.02 ФИЗИКА (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 07.08.2014г. №937)

составлена на основании учебного плана:
03.03.02 Физика
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
д-р физ.-мат. наук, профессор, Плотников В.А.

Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра общей и экспериментальной физики

Протокол от 15.06.2020 г. № 11
Заведующий кафедрой д-р физ.-мат. наук, профессор, Плотников В.А.

1. Цели освоения дисциплины

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.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.Б

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

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.

4. Структура и содержание дисциплины

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). Гипотеза Л. Де-Бройля, волны Де-Бройля, уравнения Де- Бройля. Лекции 5 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
1.2. Фотоэффект, эффект Кмптона Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
1.3. Опыт Томсона Сам. работа 5 5 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
1.4. Волновые свойства микрочастиц (эффект Рамзауэра – Таунсенда, опыт Дэвиссона и Джермера, опыты Томсона и Тартаковского, дифракция электронного пучка Лекции 5 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
1.5. опыт Фабриканта – Бибермана, дифракция одного электрона на щели, на двух щелях) Сам. работа 5 5 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
1.6. Волновые свойства частиц, волны Де-бройля Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
Раздел 2. Дискретность атомных состояний,атомные модели
2.1. Излучение абсолютно черного тела. Опыты Франка и Герца. Боровская модель атома водорода Лекции 5 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
2.2. Формула Планка, Вина. Закон Смещения Вина Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
2.3. Атомные спектры, сериальные закономерности в спектрах излучения атома водорода, атомов щелочных металлов, комбинационный принцип Ритца Лекции 5 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
2.4. Атомные спектры,излучения атома водорода,комбинационный принцип Ритца Практические 5 4 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
2.5. Атом бора Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
2.6. Спектры атома водорода Сам. работа 5 5 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
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 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
3.2. Квантовое состояние, волнованя функция. Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
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 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
3.4. Частица в одномерной бесконечно глубокой потенциальной яме. Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
3.5. Гармонический осциллятор. Электрон в периодическом потенциале. Лекции 5 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
3.6. Гармонический осциллятор Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
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 Л1.1, Л1.2
4.2. Стационарное уравнение Шредингера Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
4.3. Орбитальный момент импульса, собственные значения квадрата момента, собственные значения проекции момента. Лекции 5 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
4.4. Собственные значения и собственные функции квадрата орбитального момента имаульса Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
Раздел 5. Водородоподобные атомы
5.1. Уравнение Шредингера, угловая волновая функция. Радиальное уравнение, радиальная волновая функция, квантование энергии электрона. Лекции 5 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
5.2. Радиальное уравнение, радиальная волновая функция, квантование энергии электрона Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
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 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
6.2. Решение уравнения Шредингера для угловой волновой функции Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
6.3. Квантовый дефект Сам. работа 5 5 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
Раздел 7. Механический и магнитный момент атома
7.1. Орбитальный магнитный момент электрона, квантование модуля момента,пространственное квантование. Спин электрона Лекции 5 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
7.2. Орбитальный магнитный момент электрона Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
7.3. опыт Штерна и Герлаха Сам. работа 5 5 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
7.4. Результирующий механический и магнитный момент электрона, внутреннее квантовое число j. Общие принципы образования результирующего момента электронной оболочки, j-j связь. Лекции 5 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
7.5. Результирующий механический и магнитный момент атома Сам. работа 5 5 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
Раздел 8. Спин-орбитальное взаимодействие
8.1. Сущность спин - орбитального взаимодействия (СОВ), СОВ в атоме водорода, тонкая структура термов атома водорода. Лекции 5 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
8.2. Спин-орбитальное взаимодействие Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
8.3. Тонкая структура теров атома водорода Сам. работа 5 5 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
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 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
9.2. Решение задач на простой и сложный эффект Зеемана Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
9.3. Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Атом в электрическом поле Лекции 5 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
9.4. Эффект Штарка Сам. работа 5 5 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
Раздел 10. Многоэлектронные атомы
10.1. Общие принципы описания многоэлектронного атома, электронные конфигурации, идеальная схема заполнения электронных оболочек, принцип Паули, правила Хунда. Химическая связь, типы химической связи. Ион молекулы водорода, метод орбиталей Лекции 5 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
10.2. Заполнение атомных состояний электронами, атомные оболочки и подоболочки Практические 5 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
10.3. Периодическая система элементов Сам. работа 5 5 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
10.4. Молекула водорода, волновые функции, энергия взаимодействия, полный спин молекулы Практические 5 2 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
10.5. Метод ЛКАО-МО Сам. работа 5 5 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
Раздел 11. Рентгеновские спектры
11.1. Тормозное рентгеновское излучение. Переходы внутренних электронов в атомах, характеристическое рентгеновское излучение Лекции 5 1 ПК-1 Л1.1, Л1.2
11.2. Закон Мозли Сам. работа 5 5 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
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 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
12.2. Химическая связь, типы химических связей Практические 5 1 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
12.3. Метод орбиталей Сам. работа 5 6 ОПК-3, ПК-1 Л1.1, Л1.2
12.4. Экзамен 5 27

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания
см. приложение (ФОС)
5.2. Темы письменных работ (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
см. приложение (ФОС)
5.3. Фонд оценочных средств
см. приложение (ФОС)
Приложения

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Шпольский Э.В. Атомная физика. Том 1. Введение в атомную физику: учебник СПб: Лань, 2010 https://e.lanbook.com/book/442
Л1.2 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 https://e.lanbook.com/book/98247
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
Э5 ЭИОС АлтГУ Moodle https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=6429
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/

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

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)

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

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.