МОДУЛЬ 1 «Физические основы механики»

 


Неделя 1-2

Лекция 1. Введение.

Вводная. Предмет физики. Физический объект, физическое явление, физический закон. Физика и современное естествознание. Системы отсчёта. Кинематика материальной точки. Угловые скорость и ускорение твёрдого тела. Классический закон сложения скоростей и ускорений при поступательном движении подвижной системы отсчета.

ОЛ-1: Введение. §1.1 - 1.5, ОЛ-5: Введение. § 1.1 - 1.3, ДЛ-12: § 1 - 4, 7 – 9, ДЛ-14: § 1 – 4

Лекция 2. Закон сохранения импульса.

Силы. Инерциальная система отсчета. Динамика материальной точки. Механическая система и ее центр масс. Уравнение изменения импульса механической системы. Закон сохранения импульса.

ОЛ-2: § 2.1 - 2.6, 2.8 - 2.11, 3.1, 3.10, ОЛ-5: § 2.1 - 2.5, 3.1 - 3.4, ДЛ-12: § 18, 19, 21, 23, ДЛ-14: § 9 — 13, 18, 19

Семинар 1. Кинематика.

Ауд.: ОЛ-8: 1.15, 1.25, 1.41, 1.45, 1.52 или ОЛ-9: 1.15, 1.26, 1.41, 1.45, 1.52

Дома: ОЛ-8: 1.20, 1.47 или ОЛ-9: 1.20, 1.46; ОЛ-10: 1.26, 1.54

Занятие 1. Входное тестирование, вводная беседа и начало выполнения лабораторной работы №1 (М-1)

 

Выдача домашнего задания №1

 


Неделя 3-4

Лекция 3. Закон сохранения момента импульса.

Момент силы. Моменты импульса материальной точки и механической системы. Уравнение моментов механической системы. Закон сохранения момента импульса механической системы.

ОЛ-2: § 3.12, 5.1 - 5.4, ОЛ-5: § 5.1 - 5.4, ДЛ-12: § 21, 24, 31, 32, ДЛ-14: § 30, 32, 33 - 36

Лекция 4. Закон сохранения энергии в механике.

Работа и кинетическая энергия. Консервативные силы. Работа в потенциальном поле. Потенциальные энергии тяготения и упругих деформаций. Связь между потенциальной энергией и силой. Закон сохранения энергии.

ОЛ-2: § 3.2 - 3.8, 5.6 - 5.8, ОЛ-5: § 4.1 - 4.6, ДЛ-12: § 25, 33, ДЛ-14: § 22 – 29

Семинар 2. Закон сохранения импульса.

Ауд.: ОЛ-8: 1.88, 1.108, 1.125, 1.144 или ОЛ-9: 1.85, 1.103, 1.120, 1.138

Дома: ОЛ-8: 1.87, 1.117 или ОЛ-9: 1.84, 1.112; ОЛ-10: 2.34, 2.39

Занятие 2. Продолжение выполнения лабораторной работы №1 (M-1)

 


Неделя 5-6

Лекция 5 - 6. Колебания.

Гармонические колебания. Векторная диаграмма. Сложение гармонических колебаний одного направления равных и близких частот. Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний равных и кратных частот. Свободные незатухающие колебания. Энергия и импульс гармонического осциллятора. Фазовая траектория. Физический маятник. Квазиупругая сила. Свободные затухающие колебания. Декремент и логарифмический декремент колебаний. Вынужденные колебания. Установившиеся вынужденные колебания. Механический резонанс

ОЛ-2: § 8.1, 8.4 - 8.9, 8.11, ОЛ-5: § 6.1 - 6.4, ДЛ-12: § 50 – 54, ДЛ-14: § 39 - 41, 81, 82, 85

Семинар 3. Закон сохранения момента импульса.

Ауд.: ОЛ-8: 1.228, 1.292, 1.310(а), 1.324 (а) или ОЛ-9: 1.207, 1.266, 1.282(а), 1.292(а)

Дома: ОЛ-8: 1.229, 1.287 (а) или ОЛ-9:1.208, 1.263 (а); ОЛ-10: 3.25, 3.29.

Занятие 3. Лабораторная работа №2

 


Неделя 7-8

Лекция 7. Механические волны.

Виды механических волн. Упругие волны в стержнях. Волновое уравнение. Плоская гармоническая волна, длина волны, фазовая скорость. Сферические волны. Объёмная плотность энергии волны. Вектор Умова-вектор плотности потока энергии. Когерентные волны. Интерференция волн. Стоячая волна.

ОЛ-4: § 1.1 - 1.7, ОЛ-6: § 1.1 - 1.5, ДЛ-14: § 81, 82, 85, МП-7, МП-8

Лекция 8. Элементы релятивистской механики.

Преобразования Галилея. Инвариантность уравнений механики относительно преобразований Галилея. Специальная теория относительности. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Кинематические следствия из преобразований Лоренца. Релятивистский закон сложения скоростей. Интервал событий. Элементы релятивистской динамики. Взаимосвязь массы и энергии. Связь между импульсом и энергией релятивистской частицы. Основное уравнение релятивистской динамики.

ОЛ-2: § 6.1 - 6.8, ОЛ-5: § 7.1 - 7.5, 8.1 - 8.4, ДЛ-12: § 10 - 17, 20

Семинар 4. Закон сохранения энергии в механике.

Ауд.: ОЛ-8: 1.158, 1.180, 1.194, 1.211, 1.310(б) или ОЛ-9: 1.148, 1.164, 1.176, 1.191, 1.282(б), 1.292(б)

Дома: ОЛ-8: 1.149, 1.169 или ОЛ-9: 1.142, 1.157; ОЛ-10: 2.76, 2.87

Занятие 4. Лабораторная работа №3

 

Прием домашнего задания №1

Выдача домашнего задания №2

 


Неделя 9-10

Лекция 9. Элементы релятивистской механики.

Преобразования Галилея. Инвариантность уравнений механики относительно преобразований Галилея. Специальная теория относительности. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Кинематические следствия из преобразований Лоренца. Релятивистский закон сложения скоростей. Интервал событий. Элементы релятивистской динамики. Взаимосвязь массы и энергии. Связь между импульсом и энергией релятивистской частицы. Основное уравнение релятивистской динамики.

ОЛ-2: § 6.1 - 6.8, ОЛ-5: § 7.1 - 7.5, 8.1 - 8.4, ДЛ-12: § 10 - 17, 20

Лекция 10.

Статистический и термодинамический методы описания макроскопических тел. Термодинамическая система. Термодинамические состояния, обратимые и необратимые термодинамические процессы. Внутренняя энергия и температура термодинамической системы. Теплота и работа. Адиабатически изолированная система. Первое начало термодинамики.

ОЛ-1: Введение. § 1.1 - 1.5, ОЛ-3: § 1.1 - 1.7, ДЛ-13: § 1, 14, 16, ДЛ-15: § 13, 41, 29

Семинар 5. Колебания и волны.

Ауд.: ОЛ-8: 3.27, 3.64, 3.85, 3.186 или ОЛ-9: 4.25, 4.57, 4.79, 4.177

Дома: ОЛ-8: 3.12, 3.180 или ОЛ-9: 4.12, 4.176; ОЛ-10: 6.45, 7.4

Занятие 5. Рубежный контроль модуля 1

 


 

МОДУЛЬ 2 «Молекулярная физика и термодинамика»

 


Неделя 11-12

Лекция 11.

Уравнения состояния термодинамических систем. Уравнение Клапейрона-Менделеева. Идеально-газовый термометр. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории. Равномерное распределение энергии по степеням свободы молекул. Внутренняя энергия идеального газа. Эффективный диаметр и средняя длина свободного пробега молекул газа. Экспериментальные подтверждения молекулярно-кинетической теории.

ОЛ-1: § 2.1 - 2.3, ОЛ-3: § 1.8, 2.2 - 2.5, 7.2, ОЛ-3: § 1.8, 2.2 - 2.5, 7.2, ДЛ-13: § 8, 10, 11,ДЛ-15: § 7, 8, 14, 86, 87

Лекция 12.

Теплоемкость идеального газа при изопроцессах. Адиабатический процесс, уравнение Пуассона. Политропический процесс. Теплоемкость и работа в политропических процессах. Газ Ван-дер-Ваальса. Внутренняя энергия газа Ван-дер-Ваальса.

ОЛ-1: §2.4 - 2.7, ОЛ-3: § 1.9 - 1.13, ОЛ-7: § 1.3, 1.4, 1.7,ДЛ-13: § 10, 17, 18, 32

ДЛ-15: § 18, 21, 98, 103

Семинар 6Теория относительности.

Ауд.: ОЛ-8: 1.398, 1.415, 1.428, 1.443 или ОЛ-9: 1.365, 1.382, 1.395, 1.409

Дома: ОЛ-8: 1.396, 1.417 или ОЛ-9: 1.363, 1.384; ОЛ-10 № 5.9, 5.30

Занятие 6. Лабораторная работа №4

 


Неделя 13-14

Лекция 13.

Тепловые и холодильные машины. Второе начало термодинамики. Цикл Карно. Теорема Карно. Термодинамическая шкала температур. Неравенство Клаузиуса. Термодинамическая энтропия. Закон возрастания энтропии. Третье начало термодинамики.

ОЛ-1: § 3.1, 3.2, 3.4 - 3.10, ОЛ-3: § 2.11, 3.1 - 3.5, ОЛ-7: § 3.1 - 3.5, ДЛ-13: § 19 – 22, ДЛ-15: § 27 - 31, 37,40,41

Лекция 14.

Основное неравенство и основное уравнение термодинамики. Понятие о термодинамических потенциалах. Эффект Джоуля-Томпсона. Принцип Ле-Шателье-Брауна. Введение в термодинамику необратимых процессов.

ОЛ-1: § 4.1 - 4.5, ОЛ-3: § 3.6, ОЛ-7: § 3.5, 3.6, ДЛ-13: § 23, 33, 57, ДЛ-15: § 29, 45, 46

Семинар 7. Термодинамика.

Ауд.: 0Л-8: 6.3, 6.30, 6.47, 6.154 или ОЛ-9: 2.3, 2.30, 2.47, 2.138

Дома: ОЛ-8: 6.32, 6.137 или ОЛ-9: 2.32, 2.122; ОЛ-10: 11.6, 11.61.

Занятие 7. Лабораторная работа №5

 

Прием домашнего задания №2

 


Неделя 15-16

Лекция 15.

Статистическое описание равновесных состояний. Функция распределения. Барометрическая формула. Распределения Больцмана. Принцип детального равновесия. Распределение Максвелла. Экспериментальная проверка распределения Максвелла. Фазовое пространство. Распределение Максвелла-Больцмана. Равновесные флуктуации. Статистическое обоснование второго начала термодинамики. Формула Больцмана для статистической энтропии.

ОЛ-1: § 5.1 - 5.9, ОЛ-3: § 1.14, 2.1, 2.6 - 2.8, 2.10, ОЛ-7: § 2.1 - 2.4, ДЛ-13: § 8 – 10, ДЛ-15: § 72, 76, 77

Лекция 16.

Термодинамические потоки. Явления переноса в газах: диффузия, теплопроводность и вязкость. Эффузия в разреженном газе. Физический вакуум. Броуновское движение. Производство энтропии в необратимых процессах.

Л-1: § 91, 120-127, Л-11: §97, 98, 100, 102, 104

Семинар 8. Равновесные статистические распределения.

Ауд.: 0Л-8: 6.84, 6.96, 6.124, 6.208 или ОЛ-9: 2.81, 2.95, 2.119, 2.252

Дома: ОЛ-8: 6.68, 6.192 или ОЛ-9: 2.68, 2.236; ОЛ-10: 10.16, 10.60

Занятие 8. Рубежный контроль модуля 2

 


Неделя 17-18

Лекция 17.

Основные представления о строении жидкостей. Поверхностное натяжение. Формула Лапласа. Смачивание жидкостями поверхностей твердых тел. Капиллярные явления.

ОЛ-1: § 6.1 - 6.5, ОЛ-3: § 7.1, 7.3 - 7.7, ОЛ-7: § 5.1 - 5.4, ДЛ-13: § 34, 35, 41, ДЛ-15: § 111, 112, 116, 120

Лекция 18. Обзорная лекция.

Примечание: часть указанного в плане теоретического материала лектор по согласованию с методической комиссией кафедры дает студентам для самостоятельного изучения.

 


Семестр заканчивается  экзаменом на всех факультетах

 

Литература к курсу для студентов 2-го семестра

 

 

МОДУЛЬ 3 «Электростатика. Магнитостатика. Постоянный ток» 

 


Неделя 1-2

Лекция 1. Электрическое поле системы неподвижных зарядов в вакууме. Теорема Гаусса для электростатического поля.

Электрический заряд. Закон Кулона. Напряжённость электростатического поля. Силовые линии. Принцип суперпозиции и его применение к расчёту поля системы неподвижных зарядов. Поток вектора напряжённости электрического поля. Теорема Гаусса в интегральной и дифференциальной формах в вакууме и её применение для расчёта электростатических полей.

ОЛ-1(§1.1- 1.6), ОЛ-4(§1.1- 1.5, §1.11, §1.13-1.14), ОЛ-5(§1.1- 1.4), ДЛ-11.

Лекция 2. Работа и потенциал электростатического поля.

Работа электростатического поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напряжённости. Связь напряжённости и потенциала. Уравнение Пуассона.

ОЛ-1(§1.7- 1.8), ОЛ-4(§1.6, 1.8, 1.12), ОЛ-5(§1.5- 1.6), ДЛ-11.

Семинар 1. Электростатическое поле в вакууме. Принцип суперпозиции. Проводники в электростатическом поле.

Ауд.: ОЛ-8 задачи 2.18, 2.27, 2.36, 2.69 или ОЛ-9 задачи 3.13, 3.20, 3.28, 3.61.

Дома: ОЛ-8 задачи 2.17, 2.44 или ОЛ-9 задачи 3.12, 3.36.

Занятие 1. Лабораторная работа №1

 

Выдача домашнего задания №1


Неделя 3-4

Лекция 3. Электростатическое поле в диэлектрике.

Электрический диполь в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков. Электростатическое поле в диэлектрике. Поляризованность. Свободные и связанные заряды. Связь поляризованности с плотностью связанных зарядов. Вектор электрического смещения. Обобщение теоремы Гаусса. Поле на границе раздела диэлектриков.

ОЛ-1(§2.1- 2.4), ОЛ-4(§1.9, 2.1- 2.7), ОЛ-5(§1.7, 3.1- 3.6), ДЛ-11.

Лекция 4. Электрическое поле заряженных проводников. Энергия электростатического поля. Поле вблизи поверхности проводника. Электроёмкость проводников и конденсаторов. Ёмкости плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов. Энергия системы неподвижных зарядов. Энергия заряженного проводника, конденсатора. Плотность энергии электростатического поля.

ОЛ-1(§3.1- 3.4), ОЛ-4(§3.1- 3.4, 4.1- 4.3), ОЛ-5(§2.1- 2.3, 2.6, 4.1- 4.3), ДЛ-11.

Семинар 2. Теорема Гаусса. Поле в диэлектрике.

Ауд.: ОЛ-8 задачи 2.32, 2.33, 2.93, 2.96 или ОЛ-9 задачи 3.23, 3.25, 3.82, 3.85.

Дома: ОЛ-8 задачи 2.37, 2.99 или ОЛ-9 задачи 3.29, 3.89

Занятие 2Лабораторная работа №2

 

Тему «Электрический ток» студенты прорабатывают самостоятельно. При этом рассматривают следующие вопросы: носители тока в средах, сила и плотность тока, уравнение непрерывности, электрическое поле в проводнике с током, сторонние силы, закон Ома и Джоуля - Ленца в интегральной и дифференциальной формах.

ОЛ-1(§4.1- 4.7), ОЛ-4(§5.1- 5.8), ОЛ-5(§5.1- 5.5), ДЛ-11.

 


Неделя 5-6

Лекции 5. Магнитное поле в вакууме.

Вектор индукции и напряжённости магнитного поля. Закон Био-Савара-Лапласа. Принцип суперпозиции магнитных полей. Поле прямого и кругового токов. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора индукции магнитного поля в интегральной и дифференциальной формах. Расчёт магнитного поля тороида и соленоида.

ОЛ-1(§5.1- 5.5), ОЛ-4(§6.1- 6.3, 6.12), ОЛ-5(§6.2- 6.5), ДЛ-11.

Лекция 6. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.

Сила Лоренца. Движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях. Ускорение заряженных частиц. Эффект Холла.

ОЛ-1(§6.1- 6.7), ОЛ-4(§6.5, 10.1- 10.5, 11.3), ДЛ-11.

Семинар 3. Электроёмкость, конденсаторы, энергия электростатического поля.

Ауд.: ОЛ-8 задачи 2.115, 2.119, 2.135, 2.152 или ОЛ-9 задачи 3.105, 3.111, 3.129, 3.146 .

Дома: ОЛ-8 задачи 2.116, 2.149 или ОЛ-9 задачи 3.108, 3.143.

Занятие 3Лабораторная работа №3

 


Неделя 7-8

Лекция 7. Проводники с током в магнитном поле.

Закон Ампера. Магнитный момент контура с током. Контур с током в магнитном поле. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

ОЛ-1(§7.1- 7.3), ОЛ-4(§6.6, 6.8- 6.10), ОЛ-5 (§6.6- 6.8), ДЛ-11.

Лекция 8. Магнитное поле в веществе.

Намагниченность вещества. Вектор напряжённости магнитного поля и его связь с векторами индукции и намагниченности. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость вещества. Теоремы о циркуляции векторов напряжённости и намагниченности в интегральной и дифференциальной формах. Диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Поле на границе раздела магнетиков.

ОЛ-1(§8.1- 8.7), ОЛ-4(§7.1- 7.9), ОЛ-5(§7.1- 7.6), ДЛ-11.

Семинар 4. Магнитное поле токов.

Ауд.: ОЛ-8 задачи 2.234, 2.242, 2.250, 2.293 или ОЛ-9 задачи 3.228, 3.233, 3.239, 3.281.

Дома: ОЛ-8 задачи 2.239, 2.258 или ОЛ-9 задачи 3.231, 3.249.

Занятие 4Лабораторная работа №4

 

Прием домашнего задания №1

Выдача домашнего задания №2

 


Неделя 9-10

Лекция 9. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея. Правило Ленца. Самоиндукция. Взаимная индукция. Вихревые токи. Плотность энергии магнитного поля. Энергия и силы в магнитном поле. Магнитное давление.

ОЛ-1(§9.1- 9.6), ОЛ-4(§8.1- 8.8), ОЛ-5(§9.1- 9.7), ДЛ-11.

Лекция 10. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля. Основные положения электромагнитной теории Максвелла. Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Закон полного тока. Уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной формах.

ОЛ-1(§10.1- 10.4), ОЛ-4(§9.1- 9.3), ОЛ-5(§10.1- 10.3), ДЛ-11. 

Семинар 5. Движение заряженных частиц в магнитных и электрических полях. Электромагнитная индукция, энергия магнитного поля.

Ауд.: ОЛ-8 задачи 2.417, 2.325, 2.329, 2.374 или ОЛ-9 задачи 3.401, 3.310, 3.314, 3.358.

Дома: ОЛ-8 задачи 2.377, 2.375 или ОЛ-9 задачи 3.361, 3.359.

Занятие 5. Рубежный контроль модуля 3


 

 

МОДУЛЬ 4 «Уравнения Максвелла. Электромагнитные волны»

 

 


Неделя 11-12

Лекция 11. Электромагнитные волны.

Волновое уравнение для электромагнитного поля, его общее решение. Скорость распространения электромагнитных волн. Энергия и импульс электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга. Теорема Пойнтинга.

ОЛ-3(§1.1- 1.2), ОЛ-5(§10.4- 10.5), ОЛ-6(§2.1- 2.5), ОЛ-7(§2.1- 2.5), ДЛ-11.

Лекции 12. Электромагнитная природа света. Интерференция света.

Шкала электромагнитных излучений. Оптическое излучение, его интенсивность. Интерференция электромагнитных волн. Расчёт интерференционной картины с двумя источниками. Пространственно-временная когерентность. Интерференция света в тонких плёнках. Интерференционные полосы равной толщины и равного наклона. Применение интерференции.

ОЛ-3(§4.1- 4.5), ОЛ-6(§3.1, 4.1- 4.6), ОЛ-7(§3.1, 4.1- 4.6), ДЛ-11. 

Семинар 6. Электромагнитные волны.

Ауд.: ОЛ-8 задачи 3.245, 3.249, 3.250, 3.253 или ОЛ-9 задачи 4.229, 4.233, 4.234, 4.254.

Дома: ОЛ-8 задачи 3.243, 3.245 или ОЛ-9 задачи 4.227, 4.229.

Занятие 6. Лабораторная работа №5

 

Тему «Взаимодействие электромагнитных волн с веществом» студенты прорабатывают самостоятельно. При этом рассматривают следующие вопросы: электронная теория дисперсии, нормальная и аномальная дисперсии, закон Бугера, рассеяние света.

ОЛ-3(§7.1- 7.4), ОЛ-6(§7.1- 7.5), ОЛ-7(§7.1- 7.5), ДЛ-11.

 


Неделя 13 -14

Лекции 13. Электромагнитная природа света. Интерференция света.

Шкала электромагнитных излучений. Оптическое излучение, его интенсивность. Интерференция электромагнитных волн. Расчёт интерференционной картины с двумя источниками. Пространственно-временная когерентность. Интерференция света в тонких плёнках. Интерференционные полосы равной толщины и равного наклона. Применение интерференции.

ОЛ-3(§4.1- 4.5), ОЛ-6(§3.1, 4.1- 4.6), ОЛ-7(§3.1, 4.1- 4.6), ДЛ-11.

Лекция 14. Дифракция света.

Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция от круглого отверстия и от круглого диска. Дифракция Фраунгофера от щели. Предельный переход от волновой оптики к геометрической. Дифракционная решётка. Спектральные характеристики дифракционных решёток. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа - Бреггов. Понятие о рентгеноструктурном анализе. 

ОЛ-3(§5.1- 5.6), ОЛ-6(§5.1- 5.7), ОЛ-7(§5.1- 5.8), ДЛ-11.

Семинар 7. Интерференция света. 

Ауд.: ОЛ-9 задачи 5.74, 5.82, 5.85, 5.91 или ОЛ-8 задачи 4.81, 4.87, 4.91, 4.97.

Дома: ОЛ-8 задачи 4.81, 4.87, 4.91, 4.97 или ОЛ-9 задачи 5.80, 5.92.

Занятие 7. Лабораторная работа №6

 

Прием домашнего задания №2

 


Неделя 15-16

Лекция 15. Дифракция света.

Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция от круглого отверстия и от круглого диска. Дифракция Фраунгофера от щели. Предельный переход от волновой оптики к геометрической. Дифракционная решётка. Спектральные характеристики дифракционных решёток. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа - Бреггов. Понятие о рентгеноструктурном анализе.

ОЛ-3(§5.1- 5.6), ОЛ-6(§5.1- 5.7), ОЛ-7(§5.1- 5.8), ДЛ-11.

Лекция 16. Поляризация света.

Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса. Закон Брюстера. Распространение электромагнитных волн в одноосных кристаллах. Двойное лучепреломление. Поляризация света при двойном лучепреломлении. Поляризационные призмы и поляроиды.

ОЛ-3(§8.1- 8.4), ОЛ-6(§6.1- 6.3), ОЛ-7(§6.1- 6.3), ДЛ-11.

Семинар 8. Дифракция и поляризация света.

Ауд.: ОЛ-8 задачи 4.114, 4.118, 4.156, 4.180 или ОЛ-9 задачи 5.105, 5.109, 5.147, 5.171.

Дома: ОЛ-8 задачи 4.154, 4.183 или ОЛ-9 задачи 5.145, 5.174.

Занятие 8. Рубежный контроль модуля 4

 


Неделя 17-18

Лекция 17. Голография. Опорная и предметная световые волны. Запись и воспроизведение голограмм. Применение голографии.

ОЛ-3(§6.1- 6.4), ОЛ-6(§5.9), ОЛ-7(§5.10), ДЛ-11.

Лекция 18. Резервная.


 

Семестр заканчивается экзаменом на всех факультетах

 

 

Литература к курсу для студентов 3-го семестра

 

МОДУЛЬ 5 «Элементы квантовой механики»

 


Неделя 1-2

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

Семинар 1. Квантовые свойства света.

Ауд.: ОЛ-7: 6.235, 6.240, 5.19, 5.35. МП-3а

Дома: ОЛ-7: 5.18, 5.34; ОЛ-8. МП-3а

Занятие 1. Лабораторная работа по квантовой физике №1

 

Выдача домашнего задания №1

 


Неделя 3-4

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

Семинар 2. Волновые свойства микрочастиц.

Ауд.: ОЛ-7: 5.89, 5.99, 5.100, 5.108

Дома: ОЛ-7: 5.87, 5.101; ОЛ-8. МП-1. МП-2. МП-3б.

Занятие 2. Лабораторная работа по квантовой физике №2

 


Неделя 5-6

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

Семинар 3. Движение микрочастиц в стационарных полях.

Ауд. ОЛ-7: 5.131, 5.133, 5.137, 5.157

Дома: ОЛ-7: 5.125, 5.155. ОЛ-8. МП-1. МП-2. МП-3в.

Занятие 3. Лабораторная работа по квантовой физике №3

 


Неделя 7-8

Лекция 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

Лекция 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,

Семинар 4. Нахождение средних значений физических величин.

Ауд.: ОЛ-7: 5.149а, 5.150, 5.151, 5.152б

Дома: ОЛ-7: 5.149б, 5.152а. МП-2. МП-3г, МП-4.

Занятие 4. Лабораторная работа по квантовой физике №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

 

Прием домашнего задания №1

Выдача домашнего задания №2

 


Неделя 9-10

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

Лекция 10. Квантовые системы из одинаковых частиц.

Принцип тождественности одинаковых микрочастиц. Симметричные и анти-симметричные состояния (волновые функции) тождественных микрочастиц. Бозоны и фермионы. Принцип Паули. Периодическая система элементов.

ОЛ-1: § 6.1, ОЛ-3: § 46-47

Семинар 5. Электрон в центрально-симметричном поле. Квантование момента импульса и магнитного момента электрона.

Ауд.: ОЛ-7: 5.144, 5.153. ОЛ-8: 47.9, 47.22, 47.24

Дома: ОЛ-8: 47.10, 47.23. МП-3д. ДЛ-10.

Занятие 5. Рубежный контроль модуля 5

 


 

МОДУЛЬ 6 «Квантовая статистика, физика твердого тела, физика атомного ядра и элементарных частиц»

 


Неделя 11-12

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

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

Семинар 6. Распределение Ферми-Дирака.

Ауд.: ОЛ-7: 6.274(а,б), 6.275, 6.277, 6.280

Дома: ОЛ-7: 6.276, 6.278; ОЛ-8. МП-1. МП-3е.

Занятие 6. Лабораторная работа по квантовой физике №5

 

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 (авто-электронная) эмиссия.

ОЛ-1: § 6.6, ОЛ-3: § 9.1, 9.2, ОЛ-5: § 29, ДЛ-9: § 6.1 - 6.4

 

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

 


Неделя 13-14

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 полу-проводниках.

ОЛ-2: § 4.4, ОЛ-3: § 8.6, ДЛ-4: § 40.5, 40.6, ДЛ-8: § 8.1 - 8.4

Лекции 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

Семинар 7. Электропроводность металлов и полупроводников.

Ауд.: ОЛ-7: 6.288, 6.289, 6.292, 6.294

Дома: ОЛ-7: 6.290, 6.293

Занятие 7. Лабораторная работа по квантовой физике №6

 

Прием домашнего задания №2

 


Неделя 15-16

Лекции 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

Лекции 16. Радиоактивность.

Закон радиоактивного распада. Активность. Естественная и искусственная радиоактивность. Виды радиоактивных излучений. Эффект Мессбауэра. Радиоактивные ряды, закон сложного распада. Источники радиоактивных излучений. Радио-изотопный анализ.

ОЛ-1: § 7.2, ОЛ-3: § 6.6, 10.5, ОЛ-6: § 71 – 76, ДЛ-3: § 8.4, 8.5

Семинар 8. Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц.

Ауд.: ОЛ-7: 5.250, 5.254, 5.323, 5.322

Дома: ОЛ-7: 5.251, 5.326. МП-3ж

Занятие 8. Рубежный контроль модуля 6

 


Неделя 17-18

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

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

Занятие 9. Итоговое.

 

Тему “Взаимодействие ядерных излучений с веществом” 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-3: § 11.2, ОЛ-6: § 79 – 83, ДЛ-5: § 41.6

 


Семестр заканчивается экзаменом  на всех факультетах

Литература к курсу для студентов 4-го семестра