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

 

План учебных занятий по курсу "Физика" для студентов всех факультетов кроме ИБМ pdf  скачать (66.1 kB)

План учебных занятий по курсу "Физика и естествознание" для студентов факультета ИБМ pdf  скачать (143.73 kB)