- •I. Выписка из государственного образовательного стандарта
- •II. Учебная программа
- •2.1. Пояснительная записка
- •2.2. Содержание раздела Введение
- •Квантовые свойства излучения
- •Волновые свойства вещества
- •Строение атома и молекул
- •Физика атомного ядра и элементарных частиц. Фундаментальные взаимодействия
- •2.3. Основная литература
- •2.4. Дополнительная литература для самостоятельной работы студентов
- •III. Рабочая (модульная) программа
- •3.1.Тематический план
- •3.2. Соотношение текущего и итогового контроля по модулям программы
- •3.3. Содержание модульной программы
- •IV. Методические материалы
- •4.1. Терминологический минимум
- •4.2. Критерии оценивания учебной деятельности студента
- •Критерии оценивания ответов студентов на экзамене по физике
- •4.3. Вопросы к экзамену
- •V. Дополнительные материалы
- •5.1. Критерии оценивания индивидуальных заданий и выполнения лабораторных работ
- •5.2. Виды выполняемых работ инвариантной части с возможным максимальным количеством баллов
- •5.3. Примерные задания итогового теоретического контроля по модулям
- •5.4. Примерные задания самостоятельных работ по модулям
- •5.5. Примерные задания письменных проверочных (контрольных) работ по модулям
- •5.6. Примерные индивидуальные задания по модулям
- •Примерные темы курсовых работ
- •Указания к выполнению лабораторных работ
3.2. Соотношение текущего и итогового контроля по модулям программы
|
Модуль |
Текущий контроль |
Итоговый контроль |
Всего |
|
Тепловое излучение |
75% |
25% |
100% |
|
Квантовые свойства света |
50% |
50% |
100% |
|
Волновые свойства микрочастиц |
60% |
40% |
100% |
|
Физика атомов и молекул |
40% |
60% |
100% |
|
Физика атомного ядра и элементарных частиц. Фундаментальные взаимодействия |
50% |
50% |
100% |
3.3. Содержание модульной программы
Модуль 1. Тепловое излучение
|
|||
Цель изучения: знакомство с основными этапами развития квантовой физики; формирование представлений о квантовых свойствах теплового излучения |
|||
Аудиторная работа |
|||
План лекций |
План лабораторных работ |
План семинарских занятий
|
|
1. Предмет квантовой физики. Тепловое излучение. Основные закономерности тепло-вого излучения. (2 ч). Структура раздела «Квантовая физика». Обзор тематики учебного материала квантовой физики. Тепловое излучение. Основные закономерности теплово-го излучения. Трудности классической физики в объяснении законов теплового излучения. Формула Рэлея-Джинса. Методическое обеспече-ние: [1-3]. 2. Тепловое излучение. Основные закономер-ности теплового излу-чения. (2 ч). Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела. Гипотеза Планка о квантовании энергии излучения. Формула Планка. Объяснение зако-нов Стефана-Больцмана и Вина на основе гипотезы Планка Методическое обеспече-ние: [1-3] |
Лабораторная работа 1. Выполняется одна из предложенных работ:
|
Семинарское занятие 1. Тепловое излучение (2 ч) 1. Тепловое излучение и его характеристики. 2. Закон Кирхгофа. Абсолют-но черное тело. Серое тело. 3. Законы Стефана-Больцмана и Вина. 4. Формула Релея-Джинса. Ультрафиолетовая катастрофа. 5. Гипотеза Планка. Уравнение спектральной плотности излучения АЧТ. Вывод закона Стефана-Больцмана и закона смещения Вина из формулы Планка. Методическое обеспече-ние: [1-3, 9, 10,12] Семинарское занятие 2. Решение задач по теме «Тепловое излучение». (2 ч) Методическое обеспече-ние: [4: 5.265; 5: 18.14, 18.11; 6: 41.17].
|
|
Внеаудиторная работа |
|||
Инвариантная часть |
Вариативная часть |
||
Выполнение индивидуального задания № 1 Подготовка к допуску к лабораторной работе и к ее защите. Оформление конспекта «Тепловое излучение» к семинару, подготовка к самостоятельной работе Вопросы для самостоятельного изучения: спектральная плотность энергии излучения, ее связь со спектральной плотностью излучения, плотность энергии. Методическое обеспечение: [1-3, 8-10] |
Решение дополнительных задач в индивидуальном задании (1 – 3 балла) Поиск дополнительной информации по теме модуля, подготовка доклада (1 – 3 балла)
|
||
Контроль |
|||
Текущий: проверка индивидуального задания №1; проверка самостоятельной письменной работы № 1, контроль выполнения лабораторного практикума. Итоговый: проверка теоретических знаний по теме "Тепловое излучение" – проверочная работа № 1 |
Модуль 2. Квантовые свойства света
|
|||
Цель изучения: продолжение формирования представлений о квантовых свойствах излучения на примере явлений фотоэффекта, давления света и эффекта Комптона |
|||
Аудиторная работа |
|||
План лекций |
План лабораторных работ |
План семинарских занятий
|
|
3. Квантовые свойства света. Фотоэффект. (2 ч). Открытие фотоэффекта. Опыты Герца и Столетова. Внешний фотоэффект и его основные закономерности. Несосто-ятельность классических представлений для объяснения фотоэффекта. Теория Эйнштейна и объяснение на ее основе законов фотоэффекта. Применения фотоэффек-та. Внутренний фотоэф-фект. Методическое обеспече-ние: [1-3]. 4. Квантовые свойства света. Эффект Комптона. Давление света. (2 ч). Эффект Комптона. Вывод уравнения для расчета длины волны рентгено-вского излучения, рассеян-ного на почти свободных элементарных частицах. Опыты П.Н. Лебедева. Давление света. Класси-ческая и квантовая теории давления света Методическое обеспече-ние: [2,3, 10,12] |
Лабораторная работа 2. Выполняется одна из предложенных работ:
Методическое обеспе-чение: [1-3, 7]; описания лабораторных работ хранятся в ауд. 436 (лаборатория «Оптика и квантовая физика») |
Семинарское занятие 3. Квантовые свойства света (2 ч) 1. Фотоэффект. Опыты Герца и Столетова. Законы фотоэффекта. Противоре-чия закономерностей фото-эффекта представлениям классической физики. 2. Теория Эйнштейна. Фото-ны. Характеристики фото-нов. Корпускулярно-волно-вой дуализм. 3. Внутренний фотоэффект. Применение фотоэффекта. 4. Эффект Комптона. Наблюдение эф-фекта Комптона. Интер-претация эффекта Компто-на на основе квантовой теории. 5. Давление света и его объяснение на основе классической и квантовой теорий. Опыты Лебедева. Методическое обеспече-ние: [1-3] Семинарское занятие 4. Решение задач по теме «Фотоны» (2 ч) Методическое обеспече-ние: [4: 40-4; 5: 19.14, 19.21; 6: 5.293, 5.294]. Семинарское занятие 5. Решение задач по теме «Давление света. Эффект Комптона» (2 ч) Методическое обеспече-ние: [4: 40-9; 5: 19.25, 19.27; 6: 5.280, 5.307]. Семинарское занятие 6. Контрольная работа № 1. (2 ч) |
|
Внеаудиторная работа |
|||
Инвариантная часть |
Вариативная часть |
||
Выполнение индивидуального задания № 2. Подготовка к допуску к лабораторной работе и к ее защите. Подготовка к семинарским занятиям и проверочным работам. Оформление конспекта «Квантовые свойства света» к семинару, подготовка к самостоятельным работам Вопросы для самостоятельного изучения: опыт Боте, устройство фотоэлемента, фотосинтез, фотография, фотоэффект в работе ксерокса. Методическое обеспечение: [1-3, 8-10, 12-17] |
Решение дополнительных задач в индивидуальном задании (1 – 3 балла) Поиск дополнительной информации по теме модуля, подготовка доклада (1 – 3 балла)
|
||
Контроль |
|||
Текущий: проверка индивидуального задания №2; проверка самостоятельных письменных работы № 2, 3, контроль выполнения лабораторного практикума. Итоговый: проверка теоретических знаний по теме "Квантовые свойства света": проверочная работа № 2; письменная проверочная (контрольная) работа № 1 по материалам модулей 1, 2 |
Модуль 3. Волновые свойства микрочастиц
|
|||
Цель изучения: формирование представлений о двойственной природе элементарных частиц, рассмотрение простейших задач квантовой механики |
|||
Аудиторная работа |
|||
План лекций |
План лабораторных работ |
План семинарских занятий
|
|
5. Волновые свойства вещества. (2 ч). Гипотеза де Бройля. Экспериментальное открытие волновых свойств вещества. Основные представления квантовой механики. Волны вероятности. Волновая функция и физический смысл квадрата ее модуля. Методическое обеспе-чение: [2,3]. 6, 7. Соотношения нео-пределенностей Гейзен-берга. (4 ч). Дифракционные эффекты при прохождении частицы через прямоугольную щель. Соотношения нео-пределенностей Гейзен-берга. Применение соот-ношений неопределен-ностей для решения квантовых задач Методическое обеспече-ние [1-3; 14-16] 8, 9. Основное уравне-ние квантовой механики и его применение. (4 ч). Уравнение Шредингера. Стационарное уравнение Шредингера и его физический смысл. Неко-торые задачи квантовой механики: а) электрон в прямоугольной потенци-альной яме с бесконечно высокими стенками; б) гармонический осцилля-тор; в) туннельный эффект Методическое обеспе-чение: [2, 3, 13] |
Лабораторная работа 3. Выполняется одна из предложенных работ:
Методическое обеспе-чение: [1-3, 8-10] |
Семинарское занятие 7. Волновые свойства вещества (2 ч) 1. Гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц и её экспериментальное подтверждение. 2. Соот-ношения неопределен-ностей Гейзенберга 3. Волновая функция и физи-ческий смысл квадрата ее модуля. 4. Волновое стаци-онарное уравнение Шрё-дингера. 5. Простейшие задачи квантовой механики: а) электрон в потенци-альной яме; б) линейный гармонический осциллятор; в) туннельный эффект. Методическое обеспе-чение [1-3; 8-10] Семинарское занятие 8. Решение задач по теме «Волны де Бройля. Соотношение неопре-деленностей» (2 ч) Методическое обеспе-чение [5: 19.37; 6: 6.54, 6.59, 6.67, 6,87]. |
|
Внеаудиторная работа |
|||
Инвариантная часть |
Вариативная часть |
||
Выполнение индивидуального задания № 3. Подготовка к допуску к лабораторной работе и к ее защите. Оформление конспекта «Волновые свойства вещества» к семинару, подготовка к самостоятельной работе. Вопросы для самостоятельного изучения: опыт В.А. Фабриканта по дифракции элекронов, границы применимости квантовой механики Методическое обеспечение: [1-3, 8-10, 12-17] |
Решение дополнительных задач в индивидуальном задании (1 – 3 балла) Поиск дополнительной информации по теме модуля (например, квантовый компьютер), подготовка доклада (1 – 3 балла)
|
||
Контроль |
|||
Текущий: проверка индивидуального задания №3; проверка самостоятельной письменной работы № 4, контроль выполнения лабораторного практикума. Итоговый: проверка теоретических знаний по теме "Волновые свойства микрочастиц"- проверочная работа № 3 |
Модуль 4. Физика атомов и молекул
|
|||
Цель изучения: формирование представлений о квантовании основных характеристик атомов и молекул, введение основных квантовых чисел, объяснение происхождения линейчатых спектров и других физических явлений, а также принципов построения периодической системы химических элементов с квантово-механической точки зрения |
|||
Аудиторная работа |
|||
План лекций |
План лабораторных работ |
План семинарских занятий
|
|
10. Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Планетарная модель атома. (2 ч). Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Модели атома Томсона и Резерфорда Методическое обеспече-ние [2-3; 15-17] 11. Модель атома водорода Н. Бора. (2 ч). Постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору и ее затруднения. Методическое обеспече-ние [1-3; 9, 14, 15] 12. Квантово-механичес-кое описание атома водорода. (2 ч) Квантово-механическое описание атома водорода на основе волнового уравнения Шредингера. Распределение электрон-ной плотности в атоме водорода. Закон Мозли. Тормозное и характе-ристическое излучения Методическое обеспече-ние:[1-3, 13, 15] 13. Основы построения периодической системы атомов Д.И. Менделеева. (2 ч) Квантовые числа и принцип Паули. Порядок распределения атомов в периодической системе Д.И. Менделеева Методическое обеспече-ние: [1,3] 14. Спонтанное и вынужденное излуче-ния. (2 ч) Молекулярные спектры. Двухуровневая система и люминесценция. Трехуровневая система и квантовые генераторы. Физические основы квантовых генераторов Методическое обеспече-ние: [1, 3, 9, 21] |
Лабораторная работа 4. Изучение закономерно-стей в спектрах испус-кания водорода. Опреде-ление постоянной Ридберга. (4 ч) Лабораторная работа 5. Изучение работы газо-вого лазера и измерение его характеристик (4 ч) Методическое обеспе-чение: [1-3, 7]; описания лабораторных работ хранятся в ауд. 436 (лаборатория «Оптика и квантовая физика») |
Семинарское занятие 9. Строение атомов (2 ч) 1. Опыты Резерфорда по рассеянию -частиц. Пла-нетарная модель атома. 2. Опыты Франка-Герца. 3. Постулаты Бора. Структура атома водорода (водородо-подобных ионов) по Бору. 4. Спектральные серии атома водорода. Формула Рид-берга. 5. Спектры много-электронных атомов. Закон Мозли. Методическое обеспечение: [1-3] Семинарское занятие 10. Решение задач по теме «Атом водорода по Бору» (2 ч) Методическое обеспе-чение: [5: 20.1, 20.2, 20.6; 6: 6.34, 6.35, 6.41, 6.43]. Семинарское занятие 11. «Квантово-механическое описание атома водорода. Периодическая система химических элементов» (2 ч) 1. Квантово-механическое описание атома водорода. 2. Квантовые числа. Правило отбора. 3. Спин электрона и опыт Штерна-Герлаха. 4. Принцип Паули. Периодическая система химических элементов и основы ее построения. 5. Эффекты Зеемана и Штарка. Методическое обеспе-чение: [1-3, 9, 12] Семинарское занятие 12. Контрольная работа № 2. (2 ч) Семинарское занятие 13. «Лазеры» (2 ч) 1. Мазеры и лазеры. История создания. 2. Физический принцип работы квантовых генераторов. Инверсия населенностей и способы накачки. 3. Свойства спонтанного и вынужден-ного излучения. Коэффи-циенты Эйнштейна. Поло-жительная обратная связь. 4. Классификация лазеров (по рабочему телу; по режиму работы). Харак-теристики лазерного излу-чения. 5. Применение лазе-ров. Методическое обеспе-чение: [1-3] |
|
Внеаудиторная работа |
|||
Инвариантная часть |
Вариативная часть |
||
Выполнение индивидуального задания № 4 Подготовка к допуску к лабораторной работе и к ее защите. Оформление конспектов «Строение атома», «Квантово-механическое описание атома водорода. ПСХЭ», «Лазеры» к семинарам, подготовка к самостоятельным работам Вопросы для самостоятельного изучения: линии поглощения солнечного спектра, магнетон Бора, электроная конфигурация атомов, правила Хунда Методическое обеспечение: [1-3, 9, 12-16] |
Решение дополнительных задач в индивидуальном задании (1 – 3 балла) Поиск дополнительной информации по теме модуля, подготовка доклада (1 – 3 балла)
|
||
Контроль |
|||
Текущий: проверка индивидуального задания № 4; проверка самостоятельной письменной работы № 5 , контроль выполнения лабораторного практикума. Итоговый: проверка теоретических знаний по теме "Физика атомов и молекул" – проверочная работа № 4, № 5; письменная проверочная (контрольная) работа № 2 мо материалам модулей 3, 4 |
Модуль 5. Физика атомного ядра и элементарных частиц. Фундаментальные взаимодействия |
|||
Цель изучения: формирование представлений о строении атомных ядер, классификации и кварковой теории строения элементарных частиц; обменном характере фундаментальных взаимодействий |
|||
Аудиторная работа |
|||
План лекций |
План лабораторных работ |
План семинарских занятий
|
|
15. Строение атомного ядра и его характеристики. (2 ч). Радиоактивный распад и его закон. Модели ядер. Структура ядер и энергия связи между частицами ядер. Устойчивость ядер. Реакции деления тяжелых ядер и атомные реакторы Методическое обеспече-ние: [1-3]. 16. Термоядерный син-тез. (2 ч). Реакции синтеза легких ядер. Перспективы ядерной энергетики. Ядерная энергетика и экология Методическое обеспече-ние: [1-3, 16, 21] 17. Элементарные час-тицы. (2 ч). Классификация элемен-тарных частиц. Способы регистрации элементар-ных частиц. Реакции элементарных частиц Методическое обеспече-ние: [1-3] 18. Структура элемен-тарных частиц. (2 ч). Кварковая модель структуры элементарных частиц. Ускорение частиц и искусственные реакции частиц. Фундаментальные взаимодействия в природе. Теория Дирака. Частицы и античастицы Методическое обеспече-ние: [1-3]. 19. Космическое излу-чение. (2 ч). Состав и происхождение космического излучения. Радиационные пояса Земли. Методическое обеспечение: |
Лабораторная работа 6. Выполняется одна из предложенных работ:
Методическое обеспе-чение: [1-3, 8-10, 16-19]; описания лабораторных работ хранятся в ауд. 436 (лаборатория «Оптика и квантовая физика»)
|
Семинарское занятие 14. Атомное ядро (2 ч) 1. Состав и характеристики атомных ядер. Дефект массы. Природа и свойства ядерных сил. 2. Явление радиоактивности. Закон радиоактивного распада. Закономерности α-, β- и γ-распадов. 3. Ядерные реакции. Реакции деления тяжелых ядер, цепная реакция. 4. Устройство и работа атомных реакторов. Экологические проблемы ядерной энергетики. 5. Ядерные реакции синтеза. Источник энергии Солнца. Проблема управляемого термоядерного синтеза. 6. Классификация элемен-тарных частиц. Методическое обеспе-чение: [1-3, 9, 12, 19, 20] Семинарское занятие 15. Решение задач по теме «Строение ядра. Ядерные реакции» (2 ч) Методическое обеспе-чение: [5: 22.13, 6: 6.278, 6.281, 6.286]. Семинарское занятие 16. Решение задач по теме «Радиоактивный распад» (2 ч) Методическое обеспе-чение: [4: 42-1, 5: 21.3, 21.12; 6: 6.240, 6.243, 6.251]. Семинарское занятие 17. Контрольная работа № 3. (2 ч)
|
|
Внеаудиторная работа |
|||
Инвариантная часть |
Вариативная часть |
||
Выполнение индивидуального задания № 5 Подготовка к допуску к лабораторной работе и к ее защите. Оформление конспекта «Атомное ядро» к семинару, подготовка к самостоятель-ным работам Вопросы для самостоятельного изучения: применение радиоактивных излучений, биологическое действие радиоактивных излучений, экспозици-онная, поглощенная и эквивалентная дозы Методическое обеспечение: [1-3, 9, 12-20]. |
Решение дополнительных задач в индивидуальном задании (1 – 3 балла) Поиск дополнительной информации по теме модуля, подготовка доклада (1 – 3 балла)
|
||
Контроль |
|||
Текущий: проверка индивидуального задания №5; проверка самостоятельных письменных работ №6, №7 , контроль выполнения лабораторного практикума. Итоговый: проверка теоретических знаний по теме "Физика атомного ядра и элементарных частиц. Фундаментальные взаимодействия" – проверочная работа № 6; письменная проверочная (контрольная) работа № 3, компьютерное тестирование по разделу «Квантовая физика». |