Часы

Темы лекционных занятий

2

Тепловое излучение и его характеристики. Абсолютно черное тело. Законы теплового излучения. Формулы Релея-Джинса и Вина. Ультра фиолетовая катастрофа. Гипотеза Планка о кванте энергии. Формула Планка. Вывод законов теплового излучения из формулы Планка

2

Фотоэффект и его законы. Гипотеза светового кванта. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Эффект Комптона. Корпускулярно-волновая природа электромагнитного излучения

2

Гипотеза де Бройля о волновой природе частиц вещества. Опыты, подтверждающие гипотезу де Бройля: дифракция электронных, атомных и молекулярных пучков. Соотношение неопределённостей как проявление корпускулярно-волнового дуализма свойств материи. Границы применимости классической физики.

2

Волновая функция и её вероятностная интерпретация. Состояния квантово-механических систем и принцип суперпозиции. Принцип причинности в квантовой теории. Уравнение Шредингера (стационарное и нестационарное).

2

Частица в одномерной прямоугольной потенциальной яме. Квантование энергии, волновые функции. Принцип соответствия Бора. Прохождение частиц над и под барьером. Туннельный эффект. Квантовый гармонический осциллятор, его энергетический спектр.

2

Электронные состояния в атомах. Атом водорода. Квантование энергии и момента импульса. Главное, орбитальное и магнитное квантовые числа. Спектры атома водорода.

2

Связь момента импульса электрона в атоме с его магнитным моментом. Гиромагнитное отношение. Опыт Штерна и Герлаха. Спин электрона. Магнитное спиновое квантовое число. Мультиплетность спектров многоэлектронных атомов. Эффект Зеемана.

2

Принцип неразличимости тождественных частиц. Фермионы и бозоны. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям. Периодическая система элементов Менделеева.

2

Взаимодействие атомов в молекулах. Типы связей атомов в молекулах. Понятие об энергетических уровнях молекул. Основные особенности молекулярных спектров. Поглощение, спонтанное и вынужденное излучения. Лазеры. Комбинационное рассеяние.

2

Понятие о квантовых статистиках Бозе - Эйнштейна и Ферми-Дирака. Фотонный и фононный газы. Тепловые колебания кристаллической решётки. Квантовая теория теплоемкости кристаллической решётки.

2

Элементы зонной теории кристаллов. Расщепление энергетических уровней электронов в кристаллах. Валентная зона и зона проводимости. Распределение электронов по энергетическим зонам. Деление кристаллов на диэлектрики, металлы и полупроводники.

2

Вырожденный и невырожденный электронный газ. Вырожденный электронный газ в металлах. Энергия Ферми. Влияние температуры на распределение электронов в металле. Уровень Ферми.

2

Квазичастицы: электроны проводимости и дырки. Эффективная масса электрона в кристалле. Динамика электронов в кристаллической решетке. Подвижность. Электропроводность металлов и её зависимость от температуры

2

Полупроводники. Электропроводность чистых и примесных полупроводников и её зависимость от температуры. Фотопроводимость. Эффект Холла (классический и квантовый). Контактные явления в полупроводниках.

2

Фундаментальные взаимодействия и элементарные частицы. Современная классификация элементарных частиц. Калибровочные бозоны, лептоны, кварки.

2

Строение ядра. Устойчивость ядер. Ядерные реакции. Экологические проблемы ядерной энергетики. Виды радиоактивности. Закон радиоактивного распада.

Часы

Темы практических занятий

Деятельность студента. Решая задачи, студент:

2

Законы теплового излучения.

Применяет законы Стефана-Больцмана, Кирхгофа, Вина к описанию теплового излучения различных нагретых тел.

Рассчитывает излучение абсолютно черного тела.

Выводит законы теплового излучения из формулы Планка.

2

Волны де Бройля. Соотношение неопределенностей

Осознает физическую сущность волн де Бройля.

Применяет формулу де Бройля к анализу волновых свойств релятивистских и нерелятивиских частиц.

Использует соотношение неопределенностей для оценки порядков различных физических величин известных микросистем.

Анализирует, в каких случаях нужно учитывать волновые свойства микрочастиц.

2

Поведение частицы в потенциальной яме с бесконечно высокими стенками.

Находит вид волновой функции для частиц, занимающих различные энергетические уровни.

Осваивает понятие функции плотности вероятности.

Вычисляет вероятность нахождения электрона в той или иной области потенциальной ямы.

2

Решение уравнения Шредингера для простейших потенциалов.

Изучает поведение частиц на границах потенциального барьера.

Знакомится с понятием туннелирования, отражения и прохождения через барьер.

Рассчитывает вероятность прохождения частицы сквозь потенциальные барьеры различной формы и размеров.

2

Электронные состояния в атоме. Квантовые числа.

Закрепляет физический смысл квантовых чисел.

Вычисляет возможные значения момента импульса, магнитного момента и их проекций электрона в атоме.

Применяет правило отбора и принцип Паули к анализу заполнения электронных оболочек в атоме и возможных электронных переходов.

2

Энергетические уровни молекул.

Знакомится с энергетическим спектром молекул.

Рассчитывает вращательные, колебательные энергии молекул.

Применяет правило отбора для расчёта частот линий, испускаемых при переходах между вращательными и колебательно-вращательными уровнями молекул.

2

Теплоемкость кристаллической решетки.

Рассчитывает теплоемкости кристаллической решетки при различных температурах.

Рассчитывает температуры Дебая.

2

Статистика квазичастиц в полупроводниках и металлах. Уровень Ферми.

Осваивает понятие энергетического спектра.

Рассчитывает вероятность заполнения уровня, используя функцию Ферми.

Применяет распределение Ферми-Дирака к вычислению характеристик газа электронов и дырок в металлах и полупроводниках.

Определяет положение уровня Ферми в металлах и полупроводниках.

1

Радиоактивность. Ядерные реакции.

Используя закон радиоактивного распада, рассчитывает период полураспада, постоянную распада, активность и другие характеристики распада радиоактивных ядер.

Вычисляет энергию ядерных реакций и энергии связи радиоактивных ядер.

Часы

Тема лабораторных занятий.

Деятельность студента. В процессе выполнения лабораторной работы студент:

4

Определение постоянной Планка.

Экспериментально определяет постоянную Планка с использованием законов теплового излучения.

4

Определение постоянной Стефана-Больцмана

Определяет постоянную Стефана-Больцмана.

Сравнивает полученное значение постоянной Стефана-Больцмана с табличным значением.

4

Изучение характеристик электронно-дырочного перехода.

Экспериментально строит ВАХ перехода при различных температурах.

Объясняет полученный результат, физическую сущность и различие прямого и обратного тока.

4

Определение ширины запрещенной зоны полупроводника.

Определяет ширину запрещенной зоны полупроводника по температурной зависимости электропроводности.

Сравнивает полученный результат с табличным.

4

Изучение эффекта Холла, определение концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводнике

Определяет концентрацию и подвижность носителей заряда в полупроводнике.

Сравнивает полученный результат с табличным.

4

Исследование спектральной характеристики фоторезистора.

Знакомится с принципом работы фоторезистора.

Исследует спектральную характеристику фоторезистора.

Оценивает ширину запрещенной зоны материала фоторезистора.

4

Взаимодействие b - излучения с веществом

Экспериментально исследует поглощение b - излучения различными веществами.

Знакомится со стандартными приборами дозиметрического контроля.

4

Определение энергии a - частицы по длине свободного пробега.

Экспериментально исследует зависимость длины свободного пробега a - частицы в воздухе от ее энергии.

Сравнивает результаты эксперимента с предсказаниями теории.

Темы расчетно-графического задания.

Деятельность студента. Решая задачи, студент:

Квантовая механика и физика твердого тела.

Методическое пособие: «Квантовая механика, физика твердого тела, физика атомного ядра». НГТУ. 2006 г.

Учится рассчитывать волновые функции; вероятность заполнения энергетических уровней в твердом теле, используя зонную теорию.

Рассчитывает зависимость концентрации носителей заряда при изменении температуры.

№

п/п

Наименование

Максимальное количество баллов

1.   

Контрольная работа

15

2.   

РГЗ по механике и термодинамике

15

3.   

Лабораторные работы

40

4.   

Экзамен

30

Итого

100

Оценка

Минимальное количество баллов в течение семестра

Минимальное количество баллов на экзамене

Итоговое количество баллов

Отлично

56

24

80

Хорошо

42

21

63

Удовлетворительно

35

15

50