| Закреплена за кафедрой | Кафедра радиофизики и теоретической физики |
|---|---|
| Направление подготовки | 03.03.03. Радиофизика |
| Профиль | Компьютерная электроника и телекоммуникации |
| Форма обучения | Очная |
| Общая трудоемкость | 6 ЗЕТ |
| Учебный план | 03_03_03_Радиофизика_КЭТ-2022 |
|
|
||||||||||||||
Распределение часов по семестрам
| Курс (семестр) | 3 (6) | Итого | ||
|---|---|---|---|---|
| Недель | 17 | |||
| Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
| Лекции | 30 | 30 | 30 | 30 |
| Практические | 56 | 56 | 56 | 56 |
| Сам. работа | 103 | 103 | 103 | 103 |
| Часы на контроль | 27 | 27 | 27 | 27 |
| Итого | 216 | 216 | 216 | 216 |
| 1.1. | Формирование у студентов представления о квантовомеханических закономерностях, лежащих в основе современной физики и ее фундаментальных приложений. Формулировка основных принципов квантовой механики. Формирование у студента качественных представлений о физической природе явлений, подчиняющихся квантовым закономерностям. Развитие умения формулировать и решать типовые задачи квантовой механики, оценивать порядок физической величины. Формулировка представлений о границах применимости физических моделей. Формирование у студента способности к правильному использованию общенаучной и специальной терминологии. |
|---|
| Цикл (раздел) ООП: Б1.В.01 |
| ПК-3 | Владение специальным математическим аппаратом, используемым в сфере компьютерной электроники и телекоммуникаций; |
| ПК-3.1 | Знает математический аппарат, используемый для описания процессов и явлений, в профессиональной деятельности. |
| ПК-3.2 | Способен проводить теоретические расчеты с использованием специального математического аппарата. |
| ПК-3.3 | Владеет знаниями о границах применимости профессионального математического аппарата. |
| В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
| 3.1. | Знать: |
|---|---|
| 3.1.1. | Математический аппарат, используемый для описания процессов и явлений, в профессиональной деятельности. |
| 3.2. | Уметь: |
| 3.2.1. | Проводить теоретические расчеты с использованием специального математического аппарата. |
| 3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
| 3.3.1. | Знаниями о границах применимости профессионального математического аппарата. |
| Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Раздел 1. Физические основы квантовой механики. | ||||||
| 1.1. | Эксперименты конца XIX – начала XX века и их интерпретация. Дуализм явлений микромира, дискретные свойства волн, волновые свойства частиц. Волновая функция. Принцип суперпозиций. Волны Де Бройля. Наблюдаемые и состояния. Чистые и смешанные состояния. Уравнение Шрёдингера. Уравнение непрерывности. Принцип соответствия. Соотношения между классической и квантовой механикой. Стационарное уравнение Шрёдингера. Прохождение через потенциальный барьер. Туннельный эффект. | Лекции | 6 | 4 | Л1.1, Л1.2 | |
| 1.2. | Частица в одномерной бесконечно глубокой прямоугольной потенциальной яме. Прохождение через потенциальный барьер. Гармонический осциллятор: энергетический спектр, собственные функции, матричные элементы, понижающий и повышающий операторы. | Практические | 6 | 6 | Л1.2 | |
| 1.3. | Эксперименты конца XIX – начала XX века и их интерпретация. Волновая функция. Принцип суперпозиций. Волны Де Бройля. Уравнение Шрёдингера. Уравнение непрерывности. Принцип соответствия. Предельный переход к классической механике. Стационарное уравнение Шрёдингера. Частица в однородной бесконечно глубокой прямоугольной потенциальной яме. Прохождение через потенциальный барьер. Туннельный эффект. Гармонический осциллятор: энергетический спектр, собственные функции, матричные элементы, понижающий и повышающий операторы. Квазиклассическое приближение. Правило квантования Бора-Зоммерфельда. | Сам. работа | 6 | 14 | Л1.1, Л1.2, Л2.1 | |
| Раздел 2. Математический аппарат квантовой механики. | ||||||
| 2.1. | Линейные операторы и их свойства. Собственные значения и собственные функции эрмитовых операторов. Ортонормированность и полнота собственных функций. Постулаты квантовой механики. Среднее значение физической величины. Операторы координаты, импульса, момента импульса. Оператор Гамильтона. Теория представлений. Операторы координаты и импульса в импульсном представлении. Принцип неопределенностей. Дифференцирование операторов по времени. Квантовые скобки Пуассона. Интегралы движения. | Лекции | 6 | 6 | Л1.1, Л2.1, Л2.2 | |
| 2.2. | Собственные значения и собственные функции эрмитовых операторов. Среднее значение физической величины. Операторы координаты, импульса, момента импульса. Оператор Гамильтона. Операторы координаты и импульса в импульсном представлении. Унитарные преобразования. Соотношение неопределенностей. Квантовые скобки Пуассона. Интегралы движения. | Практические | 6 | 8 | Л1.2 | |
| 2.3. | Линейные операторы и их свойства. Собственные значения и собственные функции эрмитовых операторов. Ортонормированность и полнота собственных функций. Постулаты квантовой механики. Среднее значение физической величины. Операторы координаты, импульса, момента импульса. Оператор Гамильтона. Понятие о представлении. Операторы координаты и импульса в импульсном представлении. Унитарные преобразования. Соотношение неопределенностей. Понятие о полном наборе наблюдаемых. Дифференцирование операторов по времени. Квантовые скобки Пуассона. Интегралы движения. Теоремы Эренфеста. Представления при описании временной эволюции квантовой системы (Шредингера, Гайзенберга, представление взаимодействия). Обозначения Дирака. | Сам. работа | 6 | 14 | Л1.1 | |
| Раздел 3. Движение в центрально-симметричном поле. | ||||||
| 3.1. | Собственные функции и собственные значения операторов квадрата момента импульса и проекции момента на данное направление. Теория момента. Общая теория движения в центральном поле. Атом водорода: энергетический спектр, собственные функции | Лекции | 6 | 6 | Л1.1, Л2.1 | |
| 3.2. | Собственные функции и собственные значения операторов квадрата момента импульса и проекции момента на данное направление. Разделение переменных, радиальное уравнение Шрёдингера, асимптотическое поведение радиальной компоненты волновой функции. Свободное движение частицы с определенным значением момента импульса. Движение частицы в сферически симметричной яме. Ротатор. Атом водорода: энергетический спектр, собственные функции. | Практические | 6 | 10 | Л1.2 | |
| 3.3. | Перестановочные соотношения для операторов компонент момента импульса. Собственные функции и собственные значения операторов квадрата момента импульса и проекции момента на данное направление. Сложение моментов импульса. Общая теория движения в центральном поле. Разделение переменных, радиальное уравнение Шрёдингера, асимптотическое поведение радиальной компоненты волновой функции. Свободное движение частицы с определенным значением момента импульса. Движение частицы в сферически симметричной яме. Ротатор. Атом водорода: энергетический спектр, собственные функции. | Сам. работа | 6 | 14 | Л1.1, Л2.1, Л2.2 | |
| Раздел 4. Теория возмущений. | ||||||
| 4.1. | Теория возмущений для стационарных задач. Теория возмущений при наличии вырождения. Теория нестационарных возмущений. Общая теория переходов. Квантовые переходы в случае возмущений, изменяющихся со временем по гармоническому закону. | Лекции | 6 | 4 | Л1.1 | |
| 4.2. | Теория возмущений для стационарных задач. Теория возмущений при наличии вырождения. Теория нестационарных возмущений. Эффекты Штарка и Зеемана. Вероятность квантовых переходов под действием возмущения. Квантовые переходы в случае возмущений, изменяющихся со временем по гармоническому закону. Переходы в непрерывном спектре. Золотое правило Ферми. | Практические | 6 | 8 | Л1.1, Л1.2 | |
| 4.3. | Теория возмущений для стационарных задач. Теория возмущений при наличии вырождения. Теория нестационарных возмущений. Эффекты Штарка и Зеемана. Общая теория переходов. Квантовые переходы в случае возмущений, изменяющихся со временем по гармоническому закону. Переходы в непрерывном спектре. Золотое правило Ферми. | Сам. работа | 6 | 14 | Л1.1, Л2.1 | |
| Раздел 5. Полуклассическая теория взаимодействия излучения с веществом. | ||||||
| 5.1. | Индуцированное излучение и поглощение. Понятие о спонтанном излучении. Коэффициенты Эйнштейна. Квантомеханическое выражение для коэффициентов Эйнштейна. Правила отбора для дипольного излучения (осциллятор, ротатор, атом водорода). Элементарная квантовая теория дисперсии. | Лекции | 6 | 4 | Л1.1 | |
| 5.2. | Правила отбора для дипольного излучения (осциллятор, ротатор, атом водорода). Элементарная квантовая теория дисперсии. | Практические | 6 | 8 | Л1.2 | |
| 5.3. | Индуцированное излучение и поглощение. Понятие о спонтанном излучении. Коэффициенты Эйнштейна. Квантомеханическое выражение для коэффициентов Эйнштейна. Правила отбора для дипольного излучения (осциллятор, ротатор, атом водорода). Элементарная квантовая теория дисперсии. | Сам. работа | 6 | 16 | Л1.1, Л1.2, Л2.2 | |
| Раздел 6. Релятивистская квантовая механика. | ||||||
| 6.1. | Уравнение Клейна-Гордона-Фока. Уравнение Дирака. Релятивистская инвариантность. Плотность вероятности и поток вероятности в теории Дирака. Спин. Переход от уравнения Дирака к уравнению Паули. Спиновый магнитный момент электрона. Решение уравнения Дирака для свободной частицы. Отрицательные энергии. Позитрон. Понятие об электрон-позитронном и электромагнитном вакууме. | Лекции | 6 | 4 | Л1.1 | |
| 6.2. | Уравнение Клейна-Гордона-Фока. Уравнение Дирака. Плотность вероятности и поток вероятности в теории Дирака. Спин частиц, описываемых уравнением Дирака. Приближенное уравнение Дирака. Сверхтонкая структура уровней атома водорода. Решение уравнения Дирака для свободной частицы. | Практические | 6 | 8 | Л1.2 | |
| 6.3. | Уравнение Клейна-Гордона-Фока. Уравнение Дирака. Релятивистская инвариантность. Плотность вероятности и поток вероятности в теории Дирака. Спин частиц, описываемых уравнением Дирака. Переход от уравнения Дирака к уравнению Паули. Спиновый магнитный момент электрона. Приближенное уравнение Дирака. Контактное и спин-орбитальное взаимодействия. Энергетический спектр релятивистской частицы. Тонкая структура спектра атома водорода. Лэмбовский сдвиг. Сверхтонкая структура уровней атома водорода. Решение уравнения Дирака для свободной частицы. Отрицательные энергии. Позитрон. Понятие об электрон-позитронном и электромагнитном вакууме. Аномальный магнитный момент электрона. | Сам. работа | 6 | 16 | Л1.1, Л2.1 | |
| Раздел 7. Основы квантовой теории многих частиц. | ||||||
| 7.1. | Принцип тождественности одинаковых частиц. Симметричные и антисимметричные волновые функции,связь со спином частиц. Принцип Паули. Понятие о методе самосогласованного поля. Атом. Периодическая система элементов Менделеева. | Лекции | 6 | 2 | Л1.1 | |
| 7.2. | Приближенные методы исследования систем, состоящих из многих тождественных частиц. Понятие о методе самосогласованного поля. Атом гелия. Движение электрона в периодическом поле. | Практические | 6 | 8 | Л1.1, Л1.2 | |
| 7.3. | Принцип неразличимости тождественных частиц. Симметричные и антисимметричные волновые функции, связь со спином частиц. Принцип Паули. Приближенные методы исследования систем, состоящих из многих тождественных частиц. Понятие о методе самосогласованного поля. Атом гелия. Строение сложных атомов. Периодическая система элементов Менделеева. Молекула водорода. Химическая связь. Валентность. Движение электрона в периодическом поле. Представление вторичного квантования. Основные идеи современной квантовой теории поля. | Сам. работа | 6 | 15 | Л1.1, Л1.2, Л2.1, Л2.2 | |
| 7.4. | Срез знаний по всем разделам курса | Экзамен | 6 | 27 | ||
| 5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
| Контрольные вопросы и задания представлены в УМКД. |
| 5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
| Физические основы квантовой механики. Математический аппарат квантовой механики. Интегралы движения. Движение в центральном поле. Теория возмущений для стационарных задач. Нестационарные возмущения. Квантовые переходы. Коэффициенты Эйнштейна. Квантомеханическое выражение для коэффициентов Эйнштейна. Уравнение Дирака. Спин частиц, описываемых уравнением Дирака. Переход от уравнения Дирака к уравнению Паули. Метод самосогласованного поля. |
| 5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
| Фонд оценочных средств представлен в приложении. |
| 6.1. Рекомендуемая литература | ||||
| 6.1.1. Основная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л1.1 | Н.В. Карлов, Н.А. Кириченко | Начальные главы квантовой механики: учеб. пособие | Москва : Физматлит (ЭБС "Лань"), 2006 | e.lanbook.com |
| Л1.2 | П.В. Елютин, В.Д. Кривченков | Квантовая механика с задачами: учеб. пособие | Москва : Физматлит (ЭБС "Лань"), 2001 | https://e.lanbook.com/book/48207. 2 |
| 6.1.2. Дополнительная литература | ||||
| Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
| Л2.1 | Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц | Теоретическая физика Т.3. Квантовая механика (нерелятивистская теория): учебник | Москва : Физматлит (ЭБС "Лань"), 2001 | e.lanbook.com |
| Л2.2 | А.Ю. Хренников | Введение в квантовую теорию информации: учебник | Москва : Физматлит, 2008 | e.lanbook.com |
| 6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
| Название | Эл. адрес | |||
| Э1 | ЭБС «Лань» (http://e.lanbook.com/) | |||
| Э2 | ЭБС «Университетская библиотека онлайн» (http://www.biblioclub.ru/) | |||
| Э3 | Курс на Едином образовательном портале | portal.edu.asu.ru | ||
| 6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
| 6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
| Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/) | ||||
| 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) |
| см. ФОС в приложении |