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.
Литература:
Очное обучение: 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
Дистанционное обучение: 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.
Очное обучение: Ауд.: ОЛ-7: 6.235, 6.240, 5.19, 5.35; МП-3а
Дома: ОЛ-7: 5.18, 5.34; ОЛ-8; МП-3а
Дистанционное обучение: ОЛ-7: 5.18, 5.34, 6.235, 6.240, 5.19, 5.35; ОЛ-8; МП-3а
Занятие 1. Лабораторная работа по квантовой физике №1
Очное и дистанционное обучение: ОЛ-1, ОЛ-2
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.
Литература:
Очное обучение: 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
Дистанционное обучение: 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.
Очное обучение: 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
Дистанционное обучение: ОЛ-7: 5.87, 5.89, 5.99, 5.100, 5.101, 5.108; ОЛ-8; МП-1; МП-2; МП-3б
Занятие 2. Лабораторная работа по квантовой физике №2
Очное и дистанционное обучение: ОЛ-1, ОЛ-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.
Литература:
Очное обучение: 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
Дистанционное обучение: 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.
Очное обучение: 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
Дистанционное обучение: ОЛ-7: 5.125, 5.131, 5.133, 5.137, 5.155, 5.157; ОЛ-8; МП-1; МП-2; МП-3в
Занятие 3. Лабораторная работа по квантовой физике №3
Очное и дистанционное обучение: ОЛ-1, ОЛ-2
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.
Литература:
Очное обучение: 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
Дистанционное обучение: 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.
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.
Литература:
Очное обучение: 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
Дистанционное обучение: 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.
Очное обучение: Ауд.: ОЛ-7: 5.149а, 5.150, 5.151, 5.152б
Дома: ОЛ-7: 5.149б, 5.152а; МП-2; МП-3г; МП-4
Дистанционное обучение: ОЛ-7: 5.149(а,б), 5.150, 5.151, 5.152(а,б); МП-2; МП-3г; МП-4
Занятие 4. Лабораторная работа по квантовой физике №4
Очное и дистанционное обучение: ОЛ-1, ОЛ-2
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.
Литература:
Очное обучение: 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
Дистанционное обучение: 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.
Литература:
Очное обучение: ОЛ-1: § 5.7; ОЛ-3: §5.15, 5.16; ДЛ-4: §6.1; ДЛ-5: §38.1, 38.2
Дистанционное обучение: 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.
Литература:
Очное обучение: ОЛ-1: §6.1; ОЛ-5: §46–47
Дистанционное обучение: ОЛ-1: §6.1; ОЛ-5: §46–47
Семинар 5. Электрон в центрально-симметричном поле. Квантование момента импульса и магнитного момента электрона.
Очное обучение: 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
Дистанционное обучение: ОЛ-7: 5.144, 5.153; ОЛ-8: 47.9, 47.10, 47.22, 47.23, 47.24; 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.
Литература:
Очное обучение: 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
Дистанционное обучение: 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.
Литература:
Очное обучение: 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
Дистанционное обучение: 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.
Очное обучение: 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
Дистанционное обучение: ОЛ-7: 6.274(а,б), 6.275,6.276. 6.277, 6.278,6.280; ОЛ-8; МП-1; МП-3е
Занятие 6. Лабораторная работа по квантовой физике №5
Очное и дистанционное обучение: ОЛ-2, ОЛ-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.
Литература:
Очное обучение: ОЛ-1: §6.6; ОЛ-3: §9.1, 9.2; ОЛ-5: §29; ДЛ-9: §6.1–6.4
Дистанционное обучение: 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.
Литература:
Очное обучение: ОЛ-2: §4.1; ДЛ-9: §7.1–7.7
Дистанционное обучение: 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.
Литература:
Очное обучение: ОЛ-2: §4.4; ОЛ-3: §8.6; ДЛ-4: §40.5, 40.6; ДЛ-8: §8.1–8.4
Дистанционное обучение: 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.
Литература:
Очное обучение: ОЛ-2: §4.5; ОЛ-3: §9.5; ОЛ-4: §69; ДЛ-8: §8.7
Дистанционное обучение: ОЛ-2: §4.5; ОЛ-3: §9.5; ОЛ-4: §69; ДЛ-8: §8.7
Семинар 7. Электропроводность металлов и полупроводников.
Очное обучение: Ауд.: ОЛ-7: 6.288, 6.289, 6.292, 6.294
Дома: ОЛ-7: 6.290, 6.293
Дистанционное обучение: ОЛ-7: 6.288, 6.289, 6.290, 6.292, 6.293, 6.294
Занятие 7. Лабораторная работа по квантовой физике №6
Очное и дистанционное обучение: ОЛ-1, ОЛ-2
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.
Литература:
Очное обучение: ОЛ-1: §7.1; ОЛ-3: §10.1–10.4; ОЛ-6: §87–95, 98; ДЛ-3: §8.1–8.3
Дистанционное обучение: 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.
Литература:
Очное обучение: ОЛ-1: §7.2; ОЛ-3: §6.6, 10.5; ОЛ-6: §71–76; ДЛ-3: §8.4, 8.5
Дистанционное обучение: 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.
Очное обучение: Ауд.: ОЛ-7: 5.250, 5.254, 5.323, 5.322
Дома: ОЛ-7: 5.251, 5.326; МП-3ж
Дистанционное обучение: ОЛ-7: 5.250, 5.254, 5.323, 5.322, 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.
Литература:
Очное обучение: ОЛ-1: §7.4; ОЛ-3: §11.1, 11.4, 11.8–11.11; ОЛ-6: §104–110; ДЛ-3: §9.1–9.7
Дистанционное обучение: 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.
Литература:
Очное обучение: ОЛ-1: Приложение
Дистанционное обучение: ОЛ-1: Приложение
Занятие 9. Итоговое.
Тему “Взаимодействие ядерных излучений с веществом” студенты прорабатывают самостоятельно. При этом рассматривают следующие вопросы: Детектирование различных излучений. Понятие о дозиметрии и защите.
Литература:
Очное обучение: ОЛ-3: §11.2; ОЛ-6: §79–83; ДЛ-5: §41.6
Дистанционное обучение: ОЛ-3: §11.2; ОЛ-6: §79–83; ДЛ-5: §41.6
Семестр заканчивается экзаменом на всех факультетах