Міністерство освіти і науки України

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДВНЗ «Ужгородський національний університет»

Фізичний факультет

Кафедра квантової електроніки

“ ЗАТВЕРДЖУЮ ”

Проректор

________________________________

“______”_______________2013 року

РОБОЧА ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

ФІЗИКА (ЧАСТИНА «Квантова фізика»)

(шифр і назва навчальної дисципліни)

напрям підготовки 6.040101 – хімія

6.040106 – екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування

(шифр і назва напряму підготовки)

спеціальність

(шифр і назва спеціальності)

спеціалізація

(назва спеціалізації)

факультет хімічний

(назва факультету)

Ужгород 2013 рік

Робоча програма з ФІЗИКИ ( ЧАСТИНА «Квантова фізика») для студентів

(назва навчальної дисципліни)

за напрямом підготовки 6.040101 – хімія

6.040106 – екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування

спеціальністю

" 22 " травня 2013 року – _12_ с.

Розробник: Семенюк Я.М., доцент кафедри квантової електроніки, канд. фіз.-мат. наук ---------

(вказати авторів, їхні посади, наукові ступені та вчені звання)

Робоча програма затверджена на засіданні кафедри квантової електроніки

__________________________________________________________________________________

Протокол від "_ 22 _" ___ травня ___ 2013 року N _ 9 _

_______________________ (підпис)

(ШафраньошІ.І.) (прізвище та ініціали)

Завідувач кафедри

квантової електроніки

"_ 22 _" ___ травня ___ 2013 року

Схвалено методичною комісією фізичного факультету ДВНЗ "УжНУ" за напрямом підготовки 6.040203 – фізика

(шифр, назва)

Протокол від "_ 22 _" __ травня __ 2013 року N _ 9 _

"_ 22 _" ___ травня ___ 2013 року

Голова

_______________ (підпис)

(Карбованець М.І.) (прізвище та ініціали)

1. ОПИС НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ «ФІЗИКА»

(частина «Квантова фізика»)

1 семестр

Найменування показників	Галузь знань, напрям підготовки, освітньо-кваліфікаційний рівень	Характеристика навчальної дисципліни
денна форма навчання
Кількість кредитів 3	Галузь знань: 0401 – Природничі науки (шифр і назва) Напрями підготовки 6.040101 – Хімія 6.040106 – екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування (шифр і назва)	Нормативна
Модулів – 2	Спеціальність:	Рік підготовки:
Змістових модулів – 2	2-й
Індивідуальне науково-дослідне завдання ___________ (назва)	Семестр
Загальна кількість годин - 108	4-й
Тижневих годин для денної форми навчання: аудиторних – 2 самостійної роботи студента – 2	Освітньо-кваліфікаційний рівень: «Бакалавр»	Лекції
16 год.
Практичні
6 год.
Лабораторні
22 год.
Самостійна робота 38год.
Вид контролю: залік

Примітка.

Співвідношення кількості годин аудиторних занять до самостійної роботи становить:

для денної форми навчання – 44/38

для заочної форми навчання – відсутня.

2.Мета та завдання навчальної дисципліни

Фундаментальність підготовки спеціалістів у будь-якій із галузей природничих наук полягає у знанні основних законів природи та вмінні їх використовувати під час розв’язку конкретних практичних завдань дослідницької роботи та сфери матеріального виробництва.

Квантова фізика є одним з основних розділів загальної фізики, який “відкриває” сучасну фізику.

Метою курсу є, з одного боку, висвітлення ідей, що привели до розуміння непридатності класичної фізики для дослідження мікросвіту, а з іншого ‑ формування квантових уявлень про природу атомів і молекул, їх будову, властивості і взаємодії, необхідних для вивчення таких наступних курсів як «Квантова хімія», «Фізична хімія» та ін..

Особливістю курсу є те, що основні поняття, які вводяться в курсі, принципово відрізняються від звичних понять класичної фізики і не мають в ній аналогів (наприклад, корпускулярно-хвильовий дуалізм, співвідношення невизначеностей та ін.). Крім того, в межах відведених годин даний курс не може охопити всього спектру проблем сучасної атомної фізики і обмежений в демонстраціях із-за їх складності. Все це вимагає підвищеної уваги при засвоєнні матеріалу на лекціях і лабораторних заняттях та інтенсивної самостійної роботи студента.

Кваліфікаційні вимоги до знань, умінь та навичок які ставляться до студента

В результаті вивчення курсу студент повинен знати:

· сучасні погляди на атомну будову речовини;

· основні закони, принципи та ідеї атомної фізики, і їх опис на основі квантових уявлень;

· основні методи спостереження атомних явищ, їх експериментальне дослідження і практичне застосування;

а також вміти якісно і кількісно формулювати і розв’язувати практичні завдання в об’ємі курсу, використовувати одержані знання в різних практичних і теоретичних областях фізики.

3.Програма навчальної дисципліни (розділ «Квантова фізика»)

Змістовий модуль 1. Класична і квантовомеханічна модель атома.

Тема 1. Вступ. Предмет і завдання атомної фізики. Основні етапи розвитку сучасних уявлень про будову атома. Роль атомної фізики в науково-технічному прогресі.

Тема 2. Корпускулярні властивості частинок. Основи квантової теорії. Фотоефект. Ефект Комптона. Маса, імпульс, та енергія фотонів Теплове випромінювання. Корпускулярно-хвильовий дуалізм випромінювання.

Тема 3. Класична модель атома. Досліди Резерфорда з розсіяння альфа частинок і їх наслідки. Постулати Бора. Модель атома гідрогену. Просторове квантування орбіт. Труднощі теорії Бора.

Тема 4. Хвильові властивості частинок. Ефект Рамзауера. Ефективний переріз розсіяння. Оптико-механічна аналогія. Гіпотеза де Бройля, її експериментальне підтвердження. Властивості хвиль де Бройля. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга, їх тлумачення і застосування.

Тема 5. Основи квантової механіки. Рівняння Шредінгера і фізичний зміст його розв’язку. Фiзичний змiст квантових чисел. Особливостi просторового квантування в порiвняннi з теорiєю Бора-Зоммерфельда. Приклади застосування рівняння Шредінгера.

Змістовий модуль 2. Багатоелектронні атоми. Основи ядерної фізики.

Тема 6. Фізичні основи періодичної системи елементів. Принцип Паулі і заповнення електронних оболонок атомів. Векторна модель атома. Зв'язок Рассел-Саундерса i j-j зв'язок. Приклади систематики за вказаними типами зв’язку. Правила відбору для квантових чисел.

Тема 7. Гальмівне і характеристичне рентгенівське випромінювання. Серії в спектрах характеристичного випромінювання. Розсіяння і поглинання рентгенівського випромінювання. Ефект Оже.

Тема 8. Основи ядерної фізики. Характеристика ядра. Радіоактивність. Ядерні реакції.

4. Структура навчальної дисципліни (розділ «Квантова фізика»)

Назви змістових модулів і тем	Кількість годин
Усього	у тому числі
Лк	Пр.	Лаб.	с.р.
Модуль 1
Змістовий модуль 1. Класична і квантово-механічна модель атома.
Тема 1. Вступ. Предмет і завдання квантової фізики.
Тема 2. Корпускулярні властивості випромінювання.
Тема 3. Класична модель атома. Теорія Бора для атома гідрогену.
Тема 4. Оптико-механічна аналогія. Хвильові властивості частинок
Тема 5. Основи квантової механіки. Квантові числа. і їх зміст.
Разом за змістовим модулем 1
Модуль 2
Змістовий модуль 2. Багатоелектронні системи. Основи ядерної фізики.
Тема 6. Фізичні основи періодичної системи елементів.
Тема 7. Рентгенівське випромінювання.
Тема 8. Основи ядерної фізики.
Разом за змістовим модулем 2
Усього годин

5. Теми семінарських занять

Семінарських занять немає

6. Теми практичних занять (розділ «Квантова фізика»)

№ прак-тичного заняття	Тема заняття	Кількість годин
1.	Корпускулярні властивості випромінювання.
2.	Класична і модель атома.
3.	Квантовомеханічна модель атома
4.	Багатоелектронні атоми.
5.	Рентгенівське випромінювання

7. Теми лабораторних занять (розділ «Квантова фізика»)

№ з/п	Назва лабораторної роботи	Кількість годин
1.	Вступне заняття. Ознайомлення з роботами та правилами техніки безпеки при їх виконанні.
2.	Визначення питомого заряду електрона.
3.	Визначення сталої Планка
4.	Визначення енергії збудження атомів.
5.	Вивчення спектрів атома гідрогену і визначення сталої Рідберга.
6.	Рівні енергії і спектри інертних газів і ртуті.

8. Самостійна робота

№ з/п	Зміст	Кількість годин
1.	Підготовка до лабораторних робіт.
2.	Підготовка до практичних робіт.
3.	Модульна контрольна №1.
4.	Модульна контрольна №2.
5.	Підготовка до заліку
Разом

11. Методи контролю

Схема системи оцінки знань студентів

№ п/п	Вид роботи	Загальна кількість балів
1.	Практичн заняття
2.	Модульна контрольна робота №1
3.	Модульна контрольна робота №2
4.	Лабораторний практикум
	Номер лабораторної роботи	Кількість балів за:
колоквіум	виконання експерименту	захист
	Вступ
	№1
	№2
	№3
	№4
	№5
	Заключне заняття
Разом

Кількість балів, яку студент набрав з дисципліни, визначається як сума кількості балів з відповідних модулів дисципліни. Загальна кількість балів складає 100%. Переведення кількості набраних балів в оцінку здійснюється згідно шкали оцінювання.

Шкала оцінювання: національна та ECTS

Сума балів за всі види навчальної діяльності	ОцінкаECTS	Оцінка за національною шкалою
для екзамену	для заліку
90 – 100	А	відмінно	зараховано
82-89	В	добре
74-81	С
64-73	D	задовільно
60-63	Е
35-59	FX	незадовільно з можливістю повторного складання	не зараховано з можливістю повторного складання
0-34	F	незадовільно з обов’язковим повторним вивченням дисципліни	не зараховано з обов’язковим повторним вивченням дисципліни

ПЕРЕЛІК ПИТАНЬ ДЛЯ ПІДГОТОВКИ ДО ЗАЛІКУ

1. Короткий історичний огляд розвитку сучасних уявлень про будову атома.

2. Нерелятивістські і релятивістські частинки. Зв’язок між масою, енергією та імпульсом.

3. Корпускулярні властивості частинок. Світлові кванти. Фотоефект.

4. Ефект Комптона. Фотони.

5. Класична модель атома. Досліди Резерфорда з розсіяння -частинок.

6. Формула Резерфорда для розсіяння альфа-частинок. Наслідки з дослідів Резерфорда. Планетарна модель атома.

7. Досліди Франка і Герца. Доказ існування дискретних енергетичних станів атомів.

8. Визначення потенціалів збудження та іонізації атомів.

9. Серії в спектрі атомарного водню. Узагальнена формула Бальмера. Комбінаційний принцип Рітца.

10. Постулати Бора. Теорія Бора для атому водню. Колові орбіти.

11. Врахування скінченої маси ядра в теорії Бора. Ізотопічний зсув рівнів енергії. Труднощі теорії Бора.

12. Проходження заряджених частинок через речовину. Ефективний поперечний переріз розсіяння.

13. Розсіяння електронів в газах. Ефект Рамзауера, неможливість його пояснення на основі класичних уявлень.

14. Оптико-механічна аналогія. Гіпотеза де Бройля.

15. Експериментальне підтвердження гіпотези де Бройля.

16. Електроннографія. Інтерференційні явища з молекулярними пучками і нейтронами.

17. Рівняння монохроматичної хвилі де Бройля. Властивості хвиль де Бройля.

18. Хвильовий пакет хвиль де Бройля і частинка. Фазова і групова швидкість руху хвильового пакету. Розмивання хвильового пакету.

19. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Помилкові тлумачення співвідношень невизначеностей.

20. Застосування співвідношень невизначеностей для оцінки природньої ширини спектральних ліній та потенціалу іонізації атому водню.

21. Рівняння Шредінгера. Умови, що накладаються на його розв’язок.

22. Фізичний зміст хвильової функції. Умови нормування і ортогональності хвильових функцій.

23. Відбивання і проходження частинки через потенційний бар’єр. Прозорість потенціального бар’єру. Автоелектронна емісія з металів. Тунельний ефект.

24. Частинка в потенціальній ямі. Квантування енергії частинки.

25. Розв’язок рівняння Шредінгера для гармонічного осцилятора.

26. Рівняння Шредінгера для атому водню. Кутовий і радіальний розподіл електронної густини для атому водню.

27. Фізичний зміст квантових чисел.

28. Дослід Штерна і Герлаха. Гіпотеза Гаудсміта і Юленбека. Спін електрона.

29. Магнітний і механічний моменти атомів. Гіромагнітне співвідношення для орбітального руху електронів.

30. Магнетон Бора. Аномальне гіромагнітне співвідношення для спіну електрона.

31. Імовірності переходів. Коефіцієнти Ейнштейна і зв’язок між ними.

32. Правила відбору для квантових чисел при електронних переходах в атомах.

33. Середній час життя атомів у збуджених станах. Оцінка радіаційної ширини спектральної лінії. Розширення спектральних ліній.

34. Спектри лужних металів. Енергія рівнів атомів лужних металів. Квантовий дефект. Дублетне розщеплення рівнів атомів лужних металів.

35. Рівняння Шредінгера для двоелектронного атому. Принцип Паулі.

36. Векторна модель атома. Загальні принципи зв’язку Рассела-Саундерса та j-j зв’язку і області їх застосування.

37. Систематизація рівнів атома гелію. Парагелій, ортогелій.

38. Принцип Паулі ї заповнення електронних оболонок атомів. Фізичне пояснення періодичної системи елементів.

39. Гальмівне і характеристичне рентгенівське випромінювання та їх спектри. Закон Мозлі.

40. Поглинання рентгенівського випромінювання і його залежність від заряду і довжини хвилі. Ефект Оже.

41. Елементарні електронні збудження в твердих тілах.

42. Характеристика ядра. Ядерні сили. Нуклони і їх енергія зв’язку.

43. Радіоактивність. Закон радіоактивного розпаду.

44. Ядерні реакції. Ланцюгова реакція. Термоядерний синтез.

14. Рекомендована література

Базова

1. М.У.Бiлий. Атомна фiзика. -Київ, Вища школа, 1973, -396с.

2. І.М.Кучерук, І.Т.Горбачук. Оптика. Квантова фізика.т.3. -К.: Техніка. -1999, -511 с.

3. Г.Ф.Бушок, Є.Ф.Венгер. Курс фізики. Оптика. Фізика атома та атомного ядра. Кн.3. -К.:Вища школа. 2003.-311с..

4. Методичні вказівки до лабораторних робіт практикуму з фізики атома та атомних явищ.

Допоміжна

5. Е.В.Шпольський. Атомная физика,т.1. Введение в атомную физику.-М:Наука,1984,-552с.

6. Е.В.Шпольський. Атомная физика,т.2. Основи квантовой механики.-М:Наука,1984,-438с

7. М.У.Білий,Б.А.Охріменко. Атомна фізика. –Київ: Вища школа, 1984, -271с.

8. И.Е.Иpодов. Сбоpник задач по атомной и ядеpной физике. М.,Энеpгоиздат, -216 с.

9. И.В.Савельев. Сборник вопросов и задач по общей физике.-М.:Наука,1988.-288с.

12. Розподіл балів, які отримують студенти

Приклад для заліку

Поточне тестування та самостійна робота	Сума
Змістовий модуль №1	Змістовий модуль № 2
Т1	Т2	Т3	Т4	Т5	Т6	Т7	Т8	Т9

Т1, Т2... Т9 – теми змістових модулів.

Дата добавления: 2015-11-04