2.2. Практические занятия

Как уже отмечалось, практические занятия проводятся в виде семинаров, на которых студенты делают доклады по материалам курса с их последующим обсуждением в аудитории. По материалам доклада представляется развернутый реферат.

Рекомендуется составить план и подготовить текст доклада. При этом следует иметь в виду, что чтение доклада «по бумажке» недопустимо.

Реферат – это не простой конспект нескольких литературных источников. Он предполагает самостоятельное изложение проблемы на базе содержащихся в литературе сведений.

Реферат является результатом индивидуальной учебно-исследователь-ской деятельности. Работу над ним следует начать с подбора и изучения основных источников по теме. Далее идут обработка и систематизация информации и составление плана реферата.

Обращается внимание на необходимость полного, подробного и глубокого анализа проблемы, сформулированной в теме реферата. Анализ должен быть проведен на основе изучения как рекомендованной литературы, так и самостоятельно подобранной автором. Последнее существенно влияет на оценку работы. Очень важно показать умение объединить в логически связанное исследование многочисленные и разнородные литературные материалы, снабдив их при этом, возможно, собственными замечаниями. При написании реферата необходимо перерабатывать содержание первоисточников, а не копировать их. Текст большинства научных трудов узнаваем преподавателями, да и трудно предположить, что студент вполне овладел сложным, зачастую специфичным научным языком.

Сегодня система Интернет увеличивает информационное обеспечение учебного процесса. Интернет – источник научных статей, обзоров, дискуссионных материалов и т. д. Однако с этой информацией следует обращаться осторожно. Следует помнить, что она может быть неточной и даже недостоверной.

3. Методика оценки знаний студентов

Оценка знаний студентов по теоретической подготовке осуществляется по пятибалльной системе как в течение семестра, так и в период сессии. Оцениваются знание теоретического материала, доклад по теме реферата, содержание реферата (полнота раскрытия темы), домашние контрольные работы.

Оценка формируется по следующей шкале:

5 баллов – ответы на вопросы точные и полные;

4 балла – ответы на вопросы правильные, но неполные;

3 балла – ответы на вопросы неточные и неполные;

2 балла – ответ хотя бы на один вопрос неправильный.

Список вопросов для контроля знаний студентов по теоретической подготовке:

1. Расскажите о физических экспериментах, подтверждающих двойственность природы излучения и микрочастиц (корпускулярно-волновой дуализм).

2. В чем состоит гипотеза М. Планка?

3. В чем состоит гипотеза де Бройля?

4. Приведите соотношения неопределенности и объясните их физический смысл.

5. Поясните физический смысл волновой функции. Каким условиям она должна удовлетворять?

6. Напишите уравнение Шредингера и поясните все входящие в него величины.

7. Приведите решение уравнения Шредингера для свободной частицы.

8. Что такое потенциальный порог? Какова методика решения уравнения Шредингера? Приведите график решения и объясните его физический смысл.

9. Что такое потенциальный барьер? Какова методика решения уравнения Шредингера? Приведите график решения и объясните его физический смысл.

10. Что такое туннельный эффект? Что происходит с энергией частицы при туннельном эффекте?

11. Что такое потенциальная яма? Какова методика решения уравнения Шредингера? Приведите графики решения для потенциальной ямы бесконечной и конечной глубины и объясните их физический смысл.

12. Как меняется энергия частицы в потенциальной яме?

13. Приведите графики решения уравнения Шредингера для двух близко расположенных потенциальных ям. Как меняется энергия частицы в системе из нескольких потенциальных ям?

14. Расскажите о модели атома по Бору. Сформулируйте постулаты Бора. В чем достоинства и недостатки теории Бора?

15. Какие квантовые числа определяют состояние электрона в атоме? Какие они могут принимать значения и какой физический смысл имеют применительно к боровской модели атома?

16. Как могут меняться квантовые числа при переходе атома из одного квантового состояния в другое? (Правила отбора.)

17. Сформулируйте принцип Паули.

18. Что такое метастабильное квантовое состояние?

19. Объясните причины тормозного и характеристического рентгеновского излучения. Каким образом можно получить различные серии рентгеновского излучения?

20. Поясните особенности спектров излучения молекул.

21. Что называется вырожденной и невырожденной системами частиц? Приведите примеры вырожденной и невырожденной систем.

22. Какие системы описываются статистикой Максвелла–Больцмана? Приведите формулы и графики распределения по энергиям и скоростям.

23. Какие системы описываются статистикой Ферми–Дирака? Нарисуйте график функции Ферми при нулевой температуре и температуре, большей нуля. Что такое «уровень Ферми»?

24. При каких условиях распределение Ферми–Дирака переходит в распределение Максвелла–Больцмана?

25. Какие состояния движения можно считать различными с точки зрения соотношения неопределенности?

26. Что называется электронной конфигурацией атома и каковы правила ее обозначения?

27. Что такое электронная оболочка и электронный слой?

28. Каков порядок заполнения квантовых состояний электронами (правила Хунда).

29. Какие квантовые числа описывают состояние атома? В каких пределах они изменяются?

30. Расскажите правила суммирования орбитальных и спиновых моментов электронов в атоме.

31. Что такое спектральный терм атома? Какова символика его обозначения? Что такое мультиплетность терма?

32. Рассмотрите энергетические состояния атома гелия. Определите, какие термы соответствуют невозбужденному и наинизшему возбужденному состояниям.

33. Какие типы связей между орбитальными и спиновыми моментами существуют в атомах?

34. Какие квантовые числа описывают энергетическое состояние молекулы?

35. В чем заключается эффект Зеемана, в чем его причина?

36. Объясните причину сверхтонкой структуры атомных спектров. Покажите сверхтонкую структуру атома водорода.

37. Что такое электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и в чем его причина?

38. В чем заключается эффект Штарка, в чем причина линейного и квадратичного эффектов?

39. Каким образом можно сортировать молекулы с помощью эффекта Штарка?

40. Покажите на диаграмме расщепление уровня иона хрома в кристалле рубина.

41. Расскажите о возможных типах квантовых переходов и коэффициентах Эйнштейна.

42. Какими свойствами обладают спонтанное и индуцированное излучения?

43. Напишите формулы связи между коэффициентами Эйнштейна.

44. Что такое населенность и статистический вес энергетического уровня?

45. Как измерить среднее время жизни частиц в возбужденном состоянии?

46. Что такое релаксация?

47. Что такое форм-фактор и добротность спектральной линии?

48. Расскажите о причинах уширения спектральных линий (естественное, доплеровское, за счет столкновений частиц, за счет полей). Что такое однородное и неоднородное уширение?

49. Что такое инверсная населенность?

50. Какие условия необходимы для того, чтобы квантовая система усиливала излучение?

51. Напишите и поясните формулу закона Бугера–Ламберта.

52. Как меняется интенсивность излучения в зависимости от пути, пройденного сквозь квантовую систему, для различных значений показателя поглощения (нарисовать и пояснить графики)?

53. Объясните понятие «отрицательная температура».

54. Что такое накачка? Что называется активной средой? Какими методами осуществляют накачку?

55. Напишите уравнения баланса (кинетические уравнения), в том числе для стационарного состояния системы.

56. Что называется электрооптическими и магнитооптическими эффектами, в чем их причина?

57. Расскажите об электрооптическом эффекте Поккельса и модуляторе на его основе.

58. Расскажите об электрооптическом эффекте Керра и модуляторе на его основе.

59. Расскажите о магнитооптическом эффекте Фарадея и модуляторе на его основе.

В течение семестра студенты выполняют индивидуальное домашнее задание (ИДЗ), которое сдают на кафедру (или высылают по электронной почте) в соответствии с планом-графиком самостоятельной работы. Целью задания является закрепление и углубление знаний, полученных на лекционных занятиях, развитие у студентов навыков самостоятельного изучения сложных физических явлений и научных теорий, работы с учебной, научно-технической и справочной литературой, а также формирование навыков практического применения теоретических знаний, уяснение физического смысла явлений, закрепление в памяти основных соотношений, размерностей и порядка физических величин.

ИДЗ должно содержать теоретический материал в виде реферата, основные законы и формулы, словесные формулировки этих законов, пояснения буквенных обозначений, употребляемых при написании формул, выводы и список использованной литературы, включая интернет-адреса.

Примерный перечень тем рефератов и правила оформления приведены ранее.

ИДЗ должно также содержать результаты выполнения контрольной работы по одному из приведенных далее вариантов. В работе должны быть представлены подробные письменные ответы на поставленные вопросы. Студент должен быть готов дать устные пояснения по существу своих ответов.

Варианты вопросов контрольной работы:

1. Физические эксперименты, подтверждающие двойственность природы излучения и микрочастиц.

2. Физический смысл волновой функции. Каким условиям должна она удовлетворять?

3. Решение уравнения Шредингера для свободной частицы.

4. Решение уравнения Шредингера для двух и более близко расположенных потенциальных ям.

5. Модель атома по Бору. Постулаты Бора. Достоинства и недостатки теории Бора.

6. Метастабильные квантовые состояния.

7. Особенности спектров излучения молекул.

8. Вырожденная и невырожденная системы частиц. Приведите примеры вырожденной и невырожденной систем.

9. Электронная конфигурация атома, электронная оболочка и электронный слой. Правила Хунда.

10. Правила суммирования орбитальных и спиновых моментов электронов в атоме. Типы связи.

11. Энергетические состояния атома гелия.

12. Сверхтонкая структура атомных спектров. Сверхтонкая структура атома водорода.

13. Квантовые переходы.

14. Какими свойствами обладают спонтанное и индуцированное излучения?

15. Напишите формулы связи между коэффициентами Эйнштейна.

16. Понятие о населенности и статистическом весе энергетического уровня. Отрицательная температура.

17. Методика измерения среднего времени жизни частиц в возбужденном состоянии. Релаксация.

18. Закон Бугера–Ламберта. Изменение интенсивности излучения в зависимости от пути, пройденного сквозь квантовую систему.

19. Уравнения баланса (кинетические уравнения).

20. Электрооптические и магнитооптические эффекты.

Темы рефератов согласовываются с преподавателем на установочных занятиях. Темы контрольной работы (вариант) определяются последней цифрой номера зачетной книжки:

Вариант	1-й вопрос	2-й вопрос
1	1	11
2	2	12
3	3	13
4	4	14
5	5	15
6	6	16
7	7	17
8	8	18
9	9	19
0	10	20

Оценка знаний по практическим занятиям осуществляется по пятибалльной системе. Оценке подлежат:

− полнота раскрытия темы в реферате и самостоятельность при его подготовке;

− качество доклада по теме реферата и ответов на вопросы преподавателя и студентов на семинаре;

− активность участия в дискуссии по темам других докладов.

Оценивается также правильность и полнота ответов на вопросы контрольной работы.