фтт лабы для ММ / ФТТ

1

2

1. Место дисциплины в структуре образовательной программы

Дисциплина «Физика твердого тела» является дисциплиной базовой части Учебного плана. Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки 22.03.01 - Материаловедение и технологии материалов, утвержденного приказом Министерства

образования и науки Российской Федерации от "12" ноября 2015 г. № 1331.

Целью освоения дисциплины является овладение фундаментальными и естественнонаучными знаниями о природе материалов для применения их в профессиональной деятельности, пройти этап освоения компетенций ОПК-3 и ОПК-4.

Задачи:

-изучить физические принципы формирования различных кристаллических структур материалов;

-уяснить причины существования интерметаллидов, фазовых и полиморфных превращений;

-освоить методы компьютерного моделирования молекулярных и кристаллических структур.

Входные компетенции:

*- пороговый уровень дает общее представление о виде деятельности, основных закономерностях функционирования объектов профессиональной деятельности, методов и алгоритмов решения практических задач;

-базовый уровень позволяет решать типовые задачи, принимать профессиональные и управленческие решения по известным алгоритмам, правилам и методикам;

-повышенный уровень предполагает готовность решать практические задачи повышенной сложности, нетиповые задачи, принимать профессиональные и управленческие решения в условиях неполной определенности, при недостаточном документальном, нормативном и методическом обеспечении.

Исходящие компетенции:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенций.

Планируемые результаты обучения по дисциплине:

4

3. Содержание и структура дисциплины (модуля)

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы (108 часов).

Трудоемкость дисциплины по видам работ

5

Содержание разделов и формы текущего контроля

6

*Указывается номер источника из соответствующего раздела рабочей программы, раздел (например, Р 6.1 №1, гл.3) **Указываются образовательные технологии, используемые при реализации различных видов работы.

Занятия, проводимые в интерактивной форме, составляют _25_% от общего количества аудиторных часов по дисциплине.

7

Лабораторные работы

4. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

Тема 1 Основные положения волновой механики.

Вопросы для самостоятельного изучения

1.Способ описания состояния элементарных частиц.

2.Понятия волновой функции, условия нормировки.

3.Принципиальные отличия классической и волновой механики.

Тема 2 Строение атомов.

Вопросы для подготовки к обсуждению:

1.Энергетические уровни атома водорода.

2.Плотность электронного облака атома водорода для s-состояния.

3.Атом водорода. Форма и расположение р- орбиталей

4.Атом водорода. Представления о формах и расположении d-орбитали.

5.Заполнение электронных уровней свободных атомов по периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Переходные и непереходные элементы.

6.Зависимость энергии электронных оболочек от атомного номера элемента.

7.Форма и расположение электронных оболочек в многоэлектронных атомах р-элементов.

8.Форма и расположение электронных оболочек в многоэлектронных атомах d-элементов. Расчетные задания:

1.Математическая обработка результатов лабораторной работы.

2.Оформление отчета по лабораторной работе.

Тема 3 Взаимодействие атомов в конденсированном состоянии.

Вопросы для самостоятельного изучения (подготовке к обсуждению):

1.Природа сил притяжения и отталкивания атомов в конденсированном состоянии.

2.Расщепление и гибридизация энергетических уровней электронов в конденсированном состоянии вещества.

3.Виды связей в твердых телах. Понятия насыщенности, направленности.

8

4.Межатомное дисперсионное взаимодействие. Диполь-дипольное межмолекулярное взаимодействие. Строение молекулярных кристаллов и электретов.

5.Ионная связь, физическая природа, энергия, свойства. Принцип формирования ионных кристаллов. Координационное число, типичные решетки.

6.Ковалентная связь, физическая природа, энергия, свойства.

7.Сигма-связь, образованная путем спинового расщепления орбиталей.

Расчетные задания:

1.Математическая обработка результатов лабораторной работы.

2.Оформление отчета по лабораторной работе.

Тема 4 Неметаллические кристаллы.

Вопросы для самостоятельного изучения (подготовке к обсуждению):

1.Правило 8-N, общий принцип формирования структур ковалентных кристаллов.

2.Кристаллические структуры углерода и кремния.

3.Кристаллические структуры элементов V-VII групп периодической системы Д.И. Менделеева.

Расчетные задания:

1.Математическая обработка результатов лабораторной работы.

2.Оформление отчетов по лабораторным работам.

Тема 5 Теория свободных электронов.

Вопросы для самостоятельного изучения (подготовке к обсуждению):

1.Металлическая связь, общие представления, энергия, свойства.

2.Приближение свободных электронов для описания свойств металлов.

3.Понятие пространства импульсов, энергия и сфера Ферми.

4.Распределение состояния электронов по энергиям в теории свободных электронов при температуре абсолютного нуля. Понятие энергии Ферми.

5.Влияние температуры на распределение состояния электронов по энергиям в теории свободных электронов. Распределение Ферми-Дирака. Температура вырождения.

Задание:

Подготовить перечисленные вопросы для обсуждения на семинаре.

Тема 6 Основы зонной теории твердых тел.

Вопросы для самостоятельного изучения (подготовке к обсуждению):

1.Взаимодействие свободных электронов с периодическим полем решетки. Волна де Бройля.

2.Зависимость кинетической энергии электрона от волнового числа с учетом периодического поля кристалла в зонной теории твердых тел понятие запрещенной энергии.

3.1-я и 2-я зоны Бриллюэна для модели плоской («квадратной») и примитивной кубической кристаллической решетки.

4.Плотность электронных состояний в зонной теории металлов на примере плоской и примитивной кубической модели решетки.

5.Плотность электронных состояний в зонной теории металлов. Нахождение пика на кривой N(E) для ГЦК решетки.

6.Плотность электронных состояний в зонной теории металлов. Нахождение пика на кривой N(E) для ОЦК решетки.

7.Плотность электронных состояний в зонной теории металлов для 3d и 4s уровней.

8.Применение зонной теории для описания равновесия фаз. Диаграмма состояния Cu-Zn. Задание:

Подготовить перечисленные вопросы для обсуждения на семинаре.

Тема 7 Кристаллическое строение металлов.

Вопросы для самостоятельного изучения (подготовке к обсуждению):

9

1.Кристаллические решетки элементов периодической системы, общая закономерность.

2.Физические причины существования ОЦК решеток металлов.

3.Особенности межатомной связи и свойств ГП металлов.

4.Классификация твердых фаз. Правила Юм-Розери для неограниченных твердых растворов.

5.Электронные соединения: межатомные связи, кристаллическая структура и свойства.

6.Фазы внедрения их кристаллическая структура и свойства.

Задание:

Подготовить перечисленные вопросы для обсуждения на семинаре.

Тема 8 Природа полиморфизма металлов.

Вопросы для самостоятельного изучения (подготовке к обсуждению):

1.Физические причины существования ОЦК решеток металлов.

2.Особенности межатомной связи и свойств ГП металлов.

3.Полиморфные превращение в металлах. Эффект сжатия атомных радиусов.

4.Кристаллические решетки железа. Физические причины их существования. Задание:

Подготовить перечисленные вопросы для обсуждения на семинаре.

5.Фонд оценочных средств

Оценка уровня освоения дисциплины осуществляется в виде текущего и промежуточного контроля успеваемости студентов университета, и на основе критериев оценки уровня освоения дисциплины.

Контроль представляет собой набор заданий и проводится в форме контрольных мероприятий по оцениванию фактических результатов обучения студентов и осуществляется ведущим преподавателем.

Объектами оценивания выступают:

учебная дисциплина (активность на занятиях, своевременность выполнения различных видов заданий, посещаемость всех видов занятий по аттестуемой дисциплине и пр.);

степень усвоения теоретических знаний;

уровень овладения практическими умениями и навыками по всем видам учебной работы;

результаты самостоятельной работы.

Активность обучающегося на занятиях оценивается на основе выполненных работ и заданий, предусмотренных ФОС дисциплины.

Оценивание проводится преподавателем независимо от наличия или отсутствия обучающегося (по уважительной или неуважительной причине) на занятии. Оценка носит комплексный характер и учитывает достижения обучающегося по основным компонентам учебного процесса за текущий период.

10