КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. АЛЬ-ФАРАБИ Физико-технический факультет

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. АЛЬ-ФАРАБИ
Физико-технический факультет
Кафедра физики плазмы и компьютерной физики
Утверждено
На заседании Научно-методического Совета
Декан факультета
университета
_____________________ Давлетов А.Е. Протокол №_5_ от _22.__06.__ 2012 г.
"_______"_____________2012 г.
Проректор по учебной работе
___________________Абдибеков У.С.
"___22___"_____06_____ 2012 г.
Согласовано
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
Физика атома и атомного ядра
Специальность 5В060400 - «Физика»
Форма обучения дневная, 3 кредита
Алматы 2012 г.
УМК дисциплины составлен Ташев Б.А., старший преподаватель, PhD
На основании ТУП-а для специальности 5В060400 - «Физика»
Рассмотрен и рекомендован на заседании кафедры
от «___» __________________ 2012 г., протокол №____
Зав. кафедрой _________________ Архипов Ю.В.
(роспись)
Рекомендовано методическим Советом (бюро) факультета
«__»_____________ 2012 г., протокол №__
Председатель ________________________ Габдуллина Г.Л.
(роспись)
СИЛЛАБУС
«Физика атома и атомного ядра»
специальность 5В011000 - «Физика»
Форма обучения – дневная, 3 курс, 5 семестр
Количество кредитов
3 кредита
Преподаватель:
Ph.D., Ташев бекболат Аханович
Контактная информация: КазНУ им.аль-Фараби, физико-технический факультет,
учебный корпус №14, г. Алматы, ул. Аль-Фараби 71,
каб № 410,телефон: 3931905
Электронная почта:
[email protected]
1. Краткое описание курса:
Цель дисциплины - представить физическую теорию атома как обобщение
наблюдения, практического опыта и эксперимента, изложенную на соответствующем
математическом уровне, как связь между физическими явлениями и величинами.
Задачи дисциплины. В результате изучения курса «Основы атомной физики»
студенты должны:
Иметь представления
- о квантовых явлениях на атомно-молекулярном уровне,
- об экспериментальных основах квантовой физики и физических явлениях,
обусловленных электронными оболочками атомов и молекул,
- о границах применимости физических моделей и гипотез.
Знать:
- основные законы атомной физики и их математическое выражение.
- Основные физические явления, методы их наблюдений и экспериментального
исследования.
Уметь:
- формулировать основные понятия раздела, решать физические задачи и оценивать
порядки физических величин.
Приобрести практические навыки в физпрактикуме по «Основам атомной физики»
Пререквизиты (предшествующие дисциплины):
Разделы курса общей физики: «Механика», «Молекулярная физика», «Электричество и
магнетизм» и «Оптика».
Курс высшей математики и математической физики для государственных университетов.
2. Тематическое содержание курса:
Курс состоит из 5 тем:
2.1 Развитие квантовых представлений.
2.2 Квантовомеханическое описание атомных систем.
2.3 Многоэлектронные атомы.
2.4 Строение и свойства молекул. Атомы и молекулы во внешних полях.
2.5 Элементарные процессы в газах и плазме. Неравновесное излучение.
3. Литература:
Основная:
1. Матвеев А.Н. Атомная физика. М.: Высшая школа, 1989.
2. Шпольский Э.В. Атомная физика. - М.: Наука, 1989.
3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Атомная и ядерная физика. Ч.1. М., 1986.
4. Иродов И.Е. Сб. задач по атомной и ядерной физике. М.: Наука, 1984 г.
Дополнительная:
1. Мигдал А.Б. Квантовая физика (библиотека «Квант» в 75), М.: Наука.
2. Вихман Э. Квантовая физика (БКФ). –М.: Наука, 1986.
3. Гольдин Л.Л., Новикова Г.И. Введение в атомную физику. М.: Наука, 1988.
4. Бейзер А. Основные представления современной физики. – М.: Атомиздат, 1979.
5. Спроул Р. Современная физика. Квантовая физика атомов, твердого тела и ядер. - М.:
1974 г.
6. К.Бенуэлл. Основы молекулярной спектроскопии.- М.: Мир, 1985.
7. Нерсесов Э.А. Основные законы атомной и ядерной физики. – М., 1988.
8. Леше А. Физика молекул.-. М.: Мир, 1987.
9. К.Кован, В. Акоста, Б.Грэм. Основы современной физики. М.: Просвещение, 1981.
10.Прохоров А.Н. Нобелевская лекция УФН, 85, №4, 599, 1965.
11.Таунс Ч. Нобелевская лекция УФН, 88, №3, 461, 1966.
12.Тарасов Л.В. Знакомьтесь лазеры. – М.: Радио и связь, 1988.
13.Тарасов Л.В. Введение в квантовую оптику – М.: Высшая школа, 1987.
14.Лукреций Кар «Трактат о природе вещей».
15.Пономарев Л.И. Под знаком кванта. – М.: Советская Россия, 1990.
16.Вайскопф В. Физика в ХХ столетии. – М.: Мир, 1977.
17. Вонсовский С.В. Магнетизм микрочастиц.- М.: Наука, 1973.
18.Фейнман Р., Лейтом Фейнмановские лекции по физике. Вып. 3. – М.: Мир, 1965.
Виды и сроки сдачи СРC.
Задание №1. Решение задач по разделу: «Модель атома Резерфорда –Бора». Задачи по
задачнику И.В.Иродова. 1984г. (седьмое издание) «Модель атома Резерфорда - Бора»
№2.1; 2.15; 2.17; 2.18; 2.20; 2.24-2.26; 2.28; 2.30; 2.33; 2.37; 2.45; 2.46; 2.47. Срок сдачи 3
неделя.
Задание №2. Решение задач по разделу «Волновые свойства частиц. Волны де-Бройля».
Сборник задач по атомной и ядерной физике, И.В. Иродов, 1984 г. (седьмое издание) : 3.4,
3.9, 3.17, 3.21, 3.27.
Срок сдачи 6 неделя.
Задание №3. решение задач по разделу «Спектры. Электронная оболочка атомов». Задачи
по задачнику Иродова И.В., 1984
№№5.1.- 5.10; 5.15 – 5.20; 5.23 – 5.28; 5.55 – 5.59; 5.63; 5.70.
Срок сдачи 11 неделя.
Задание №4.– Сдача второго коллоквиума, решение задач по разделу «Атом в магнитном
поле», «Двухатомные молекулы. Вращательные и колебательные состояния». Задачи по
задачнику Иродова И.В., 1984
Раздел «Атом в магнитном поле», №№6.2 –6.5, 6.20, 6.26, 6.30.
Срок сдачи 14 неделя.
11.Формы РК и экзамена
РК I
коллоквиум
7 неделя
РК II
коллоквиум
15 неделя
12. Политика выставления оценок.
Рубежный контороль I (включая текущий контроль) – 30 % - 7 неделя.
Рубежный контроль II (включая текущий контроль) – 30 % - 15 неделя.
Экзамен - 40%.
Итоги РК и текущего контроля проставляются в ведомости по накопительному
принципу и являются основанием допуска к экзамену. Если обучающийся набрал в
течение семестра по итогам РК и текущему контролю менее половины максимальной
оценки (60%) по дисциплине, то он к экзамену не допускается.
13. Политика курса:
 обязательное посещение занятий;
 активность во время практических (семинарских) занятий;
 подготовка к занятиям, к выполнению домашнего задания и СРС.
Недопустимо:
 опоздание и уход с занятий;
 пользование сотовыми телефонами во время занятий;
 обман и плагиат;
 несвоевременная сдача заданий.
Предисловие
Цель и задачи преподавания дисциплины
Цель: Представить физическую теорию как обобщение наблюдения, практического
опыта и эксперимента, изложенную на соответствующем математическом уровне, как
связь между физическими явлениями и величинами.
Задачи изучения дисциплины:
В результате изучения курса «Основы атомной физики» студенты должны:
Иметь представления
- о квантовых явлениях на атомно-молекулярном уровне,
- об экспериментальных основах квантовой физики и физических явлениях,
обусловленных электронными оболочками атомов и молекул,
- о границах применимости физических моделей и гипотез.
Знать:
- основные законы атомной физики и их математическое выражение.
- Основные физические явления, методы их наблюдений и экспериментального
исследования.
Уметь:
- формулировать основные понятия раздела, решать физические задачи и оценивать
порядки физических величин.
Приобрести практические навыки в физпрактикуме по «Основам атомной физики»
Перечень дисциплин, предшествующих изучению данной дисциплины
1. Разделы курса общей физики: «Механика», «Молекулярная физика», «Электричество и
магнетизм» и «Оптика»
2. Курс высшей математики и математической физики для государственных
университетов.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Лекционные, лабораторные занятия и СРСП, аудиторных часов 90.
Лекционные занятия (15 часов)
Модуль 1. Развитие квантовых представлений
Лекций 4 часов
1. Введение. Порядки величин расстояний и энергий для атомно-молекулярных и ядерных
процессов. Спецификация законов микромира. Атомы и молекулы. Заряд и масса ядра и
их экспериментальное определение. – 1 час
2. Квантование энергии вещества и энергии излучения. Дискретность процессов
испускания и поглощения излучения. Постулаты Бора. Комбинационный принцип.
–1
часа
3. Опыты Франка и Герца. Принцип соответствия. Магнитные свойства атомов. Опыт
Штерна-Герлаха. Спин.
– 1 час
4. Фотоны. Фотоэффект и эффект Комптона. Гипотеза де Бройля. Корпускулярноволновой дуализм. Дифракция электронов, атомов и молекул, нейтронов. Свойства волн
де Бройля. Вероятностная интерпретация квантовых явлений.
– 1 часа
Модуль 2. Квантовомеханическое описание атомных систем.
Лекций 4 часов
5. Понятие квантового состояния и его характеристика при помощи волновой функции.
Отличие квантовомеханического и классического описания движения.
Принцип
суперпозиции. Соотношения неопределенностей. Уравнение Шредингера.- 1 час
6. Простейшие одномерные задачи квантовой механики. Прямоугольная потенциальная
яма и гармонический осциллятор. Симметричные и антисимметричные волновые
функции. Бозоны и фермионы. Понятие о распределении Бозе-Эйнштейна и ФермиДирака. Принцип Паули.
– 1 час
7. Атом водорода. Свойства нейтрально-симметричных систем. Уровни энергии и
квантовые числа электрона в атоме водорода. Вырождение.
- 1 час
8. Вид волновых функций и распределение плотности вероятности. Спектр атома
водорода и водородоподобных атомов.
– 1 час
Модуль 3. Многоэлектронные атомы.
Лекций 4 часов
19. Уровни энергии и спектры атомов щелочных металлов. Спин-орбитальное
взаимодействие и тонкая структура. Приближенная характеристика отдельных электронов
квантовыми числами и понятие об электронной конфигурации. Применение принципа
Паули.
-1 час
10. Векторное сложение угловых моментов и типы связей. Правила Хунда. Общая
характеристика спектров многоэлектронных атомов. – 1 час
11. Электронные оболочки атома и их заполнение. Физическое объяснение
периодического закона. Взаимодействие электронов в многоэлектронных атомах.
–
1 час
12. Рентгеновские и рентгеноэлектронные
спектры и их природа. Сплошной и
характеристический рентгеновский спектр. Закон Мозли. Рентгеновские серии. Дублетная
структура линий рентгеновских спектров. Спектры поглощения рентгеновского
излучения.
– 1 час
Модуль 4. Строение и свойства молекул. Атомы и молекулы во внешних полях.
Лекций 2 часов
13. Виды движения в молекуле. Порядки величин электронной, колебательной и
вращательной энергии. Равновесная конфигурация молекулы. Формы и размеры молекул.
Электронные состояния молекулы. Колебание и вращение 2-х атомных молекул.
Вращательные, колебательные и электронные спектры молекул
– 1 час
14. Эффект Зеемана, Пашена-Бака. Магнитный резонанс и методы его исследования. ЯМР,
ЭПР. Поляризуемость атомов и молекул. Эффект Штарка. Электрический резонанс.
–1
час
Модуль 5. Неравновесное излучение.
Лекций 1 часа
15. Неравновесное излучение. Типы неравновесного излучения. Спонтанное и
вынужденное излучение. Коэффициенты Эйнштейна. Условия возникновения генерации в
лазерах. Характеристики некоторых типов лазеров (рубинового, гелий-неонового, СО2 –
лазера). - 1 час
Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах (15 часов).
№
Название работы
Вводное занятие
1
Получение спектрограмм
и методы измерения
длин волн спектральных
линий
2
Использование атомных
спектров для анализа
состава вещества
Определение постоянной
Ридберга
и
массы
электрона
3
4
Изучение
сериальных
закономерностей
в
спектрах
атомов
щелочных металлов
5
Изучение
тонкой
структуры спектральных
линий
6
Изучение
структуры
молекулярного спектра и
определение
межатомного расстояния
молекулы CN
7
Изучение
СТС
спектральных
линий.
Определение спина ядра
Содержание и цель работы
Ознакомление с физпрактикумом
по атомной физике
Знакомство со спектральной
аппаратурой. Получение навыков
работы
со
спектральными
приборами,
отождествления
спектров, точного измерения
длин волн
Получение
практических
навыков элементного анализа по
атомным спектрам
Изучение спектра излучения
атома
водорода.
По
экспериментально
найденным
длинам волн серии Бальмера
рассчитывается масса электрона
Изучение грубой структуры
спектров щелочных металлов (Li,
Na, K)на приборе средней
дисперсии. Построение диаграмм
Гротриана для обнаруженных
линий, классификация по сериям
Изучение тонкой структуры
спектра натрия на спектрографе
большой дисперсии (ДФС-8).
Определение
величины
расщепления Р-термов,  ls .
Изучение
структуры
молекулярного
спектра
CN.
Расшифровка
спектра.
Ознакомление
с
системой
энергетических
уровней,
определение
молекулярных
констант колеб. Частоты и
постоянной
ангармоничности.
Изучение тонкой структуры
молекулярного
спектра.
Определение
межядерного
расстояния молекулы
Изучение СТС зеленой линии
таллия на установке высокой
разрешающей силы (ИТ-38-30 во
Объем в
часах
1
2
2
2
2
2
2
2
таллия.
внешней
установке
спектрографом).
со
Календарно-тематический план занятий
а) для лекционных и семинарских занятий
№
п/
п
Название темы
Распределение по неделям
лекции
1
2
3
4
5
Введение. Порядки величин
расстояний и энергий для
атомно-молекулярных и ядерных
процессов.
Спецификация
законов микромира
Атомы и молекулы. Заряд и
масса ядра и их
экспериментальное определение
Квантование энергии вещества и
энергии
излучения.
Дискретность
процессов
испускания
и
поглощения
излучения. Постулаты Бора.
Комбинационный принцип.
–
2 часа
Опыты
Франка
и
Герца.
Принцип
соответствия.
Магнитные свойства атомов.
Опыт Штерна-Герлаха. Спин.
– 1 час
Фотоны. Фотоэффект и эффект
Комптона. Гипотеза де Бройля.
Корпускулярно-волновой
дуализм. Дифракция электронов,
атомов и молекул, нейтронов.
Свойства волн де Бройля.
Вероятностная
интерпретация
квантовых явлений
6.Понятие квантового состояния
и его характеристика при
помощи волновой функции.
Отличие квантовомеханического
и
классического
описания
движения.
семинары
неделя
кол-во
часов
1
1 час
2
1 час
3
1 час
3-4
1 час
4
1 час
5
6
Принцип
суперпозиции.
Соотношения
неопределенностей. Уравнение
Шредингера
Простейшие одномерные задачи 5
1 час
недел
я
кол-во
часов
СРСП
(групповая)
неделя колво
часов
2
2
часа
5
2
часа
7
8
9
10
11
12
квантовой
механики.
Прямоугольная потенциальная
яма
и
гармонический 6
осциллятор.
Симметричные
и
антисимметричные
волновые
функции. Бозоны и фермионы.
Понятие о распределении БозеЭйнштейна и Ферми-Дирака.
Принцип Паули
Атом
водорода.
Свойства 6
нейтрально-симметричных
систем. Уровни энергии и
квантовые числа электрона в
атоме водорода. Вырождение.
Вид волновых функций и 7
распределение
плотности
вероятности.
Спектр
атома
водорода и водородоподобных
атомов.
Уровни энергии и спектры атомов
щелочных металлов. Спин-орбитальное
взаимодействие и тонкая структура.
7-8
Приближенная характеристика
отдельных
электронов
квантовыми числами и понятие
об электронной конфигурации.
Применение принципа Паули.
Векторное сложение угловых
моментов
и
типы связей.
Правила
Хунда.
Общая
характеристика
спектров
многоэлектронных атомов.
Электронные оболочки атома и
их
заполнение.
Физическое
объяснение
периодического
закона.
Взаимодействие
электронов в многоэлектронных
атомах.
Рентгеновские
и
рентгеноэлектронные спектры и
их природа. Сплошной и
характеристический
рентгеновский спектр. Закон
Мозли. Рентгеновские серии.
Дублетная структура линий
рентгеновских
спектров.
Спектры
поглощения
рентгеновского излучения.
8
.1 час
6
2
часа
8
2
часа
11
2
часа
1 час
1 час
9
1 час
10
1 часа
11
1 час
13
14
15
Виды движения в молекуле.
Порядки величин электронной,
колебательной и вращательной
энергии.
Адиабатическое
приближение
Равновесная
конфигурация
молекулы. Формы и размеры
молекул. Электронные состояния
молекулы.
Колебание
и
вращение 2-х атомных молекул.
Вращательные, колебательные и
электронные спектры молекул
Эффект Зеемана, Пашена-Бака.
Магнитный резонанс и методы
его исследования.
ЯМР, ЭПР. Поляризуемость
атомов и молекул. Эффект
Штарка.
Электрический
резонанс.
Плазма и её основные свойства.
Типы взаимодействия в плазме.
Установление равновесия.
Электронные процессы в газах и
плазме.
11
1 час
12
2
часа
1час
14
2
часа
1 час
15
1 час
12
12-13
14
Неравновесное излучение. Типы 15
неравновесного
излучения.
Спонтанное и вынужденное
излучение.
Коэффициенты
Эйнштейна.
Условия
возникновения
генерации в лазерах и мазерах.
Характеристики
некоторых
типов
лазеров
(рубинового,
гелий-неонового, СО2 – лазера).
Неделя
Задания на СРСП и СРС
Задание для СРС с указанием изучаемой
темы (а), номеров решаемых задач (б),
выполняемых лабораторных работ (в)
Форма контроля
Сроки
сдачи
Макс.
оценка, %
Часть1
1-3
1. Задание №1. Выбор учебника и научный
знакомство
с
рекомендованной семинар
литературой.
Решение задач по разделу: «Модель
атома Резерфорда –Бора». Задачи по
задачнику И.В.Иродова. 1984г. (седьмое
издание) «Модель атома Резерфорда Бора» №2.1; 2.15; 2.17; 2.18; 2.20; 2.242.26; 2.28; 2.30; 2.33; 2.37; 2.45; 2.46;
2.47.
3 неделя
2
2. Задание №2. Решение задач по разделу коллоквиум
«Волновые свойства частиц. Волны деБройля».
Сборник задач по атомной и ядерной
физике, И.В. Иродов, 1984 г. (седьмое
издание) : 3.4, 3.9, 3.17, 3.21, 3.27.
Подготовка
и
сдача
первого
коллоквиума.
7-11 3. Задание №3. решение задач по разделу научный
«Спектры.
Электронная
оболочка семинар
атомов». Задачи по задачнику Иродова
И.В., 1984
№№5.1.- 5.10; 5.15 – 5.20; 5.23 – 5.28;
5.55 – 5.59; 5.63; 5.70.
3-6
6 неделя
2
11 неделя
2
14 неделя
2
Подготовка ко 2 коллоквиуму.
– 8 часов.
1115
4. Задание №4.– Сдача второго коллоквиум
коллоквиума, решение задач по разделу
«Атом
в
магнитном
поле»,
«Двухатомные молекулы. Вращательные
и колебательные состояния». Задачи по
задачнику Иродова И.В., 1984
Раздел 6. «Атом в магнитном поле»,
№№6.2 –6.5, 6.20, 6.26, 6.30.
10 часов.
Учебно-методическая обеспеченность дисциплины
Список рекомендованной литературы
Основная:
1. Матвеев А.Н. Атомная физика. М.: Высшая школа, 1989.
2. Шпольский Э.В. Атомная физика. - М.: Наука, 1989.
3. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Атомная и ядерная физика. Ч.1. М.,
1986.
4. Иродов И.Е. Сб. задач по атомной и ядерной физике. М.: Наука, 1984 г.
3.1.2. Дополнительная литература.
1. Иродов И.Е. Квантовая физика.-М.-Л.: Физмат, 2002
2. Мигдал А.Б. Квантовая физика (библиотека «Квант» в 75), М.: Наука.
3. Вихман Э. Квантовая физика (БКФ). –М.: Наука, 1986.
4. Гольдин Л.Л., Новикова Г.И. Введение в квантовую физику. М.: Наука,
1988.
5. Бейзер А. Основные представления современной физики. – М.:
Атомиздат, 1979.
6. Спроул Р. Современная физика. Квантовая физика атомов, твердого тела
и ядер. - М.: 1974 г.
7. К.Бенуэлл. Основы молекулярной спектроскопии.- М.: Мир, 1985.
8. Нерсесов Э.А. Основные законы атомной и ядерной физики. – М., 1988.
9. Леше А. Физика молекул.-. М.: Мир, 1987.
10. К.Кован, В. Акоста, Б.Грэм. Основы современной физики. М.:
Просвещение, 1981.
11. Прохоров А.Н. Нобелевская лекция УФН, 85, №4, 599, 1965.
12. Таунс Ч. Нобелевская лекция УФН, 88, №3, 461, 1966.
13. Тарасов Л.В. Знакомьтесь лазеры. – М.: Радио и связь, 1988.
14. Вайскопф В. Физика в ХХ столетии. – М.: Мир, 1977.
15. Вонсовский С.В. Магнетизм микрочастиц.- М.: Наука, 1973.
16. Фейнман Р., Лейтом Фейнмановские лекции по физике. Вып. 3. – М.:
Мир, 1965.
Формы рубежного контроля и экзамена
Рубежный контроль может проводиться как в письменной, так и в устной форме.
Экзамен проводится в устной форме по билетам.
Политика выставления оценок
График рубежных контролей
Первый рубежный контроль (РК І), по итогам 1-7 недель проводится в 7 неделю.
Показатель успеваемости (в %) РК І включает в себя показатель за текущую успеваемость
по выполнению СРСП и СРС, показатель успеваемости за работу в аудитории и за
рубежный контроль в виде коллоквиума или контрольной работы. Второй рубежный
контроль (РК ІІ), по итогам 8-15 недель проводится в 15 недели. Итоговый показатель
успеваемости по РК ІІ определяется по аналогии с РК І. Максимальный показатель
успеваемости в каждом рубежном контроле равен 30 %.
Итоги рубежных контролей проставляются в ведомости по накопительному
принципу и являются основанием допуска к экзамену. Если обучающийся набрал в
течение семестра по итогам рубежных контролей менее половины максимального
показателя успеваемости (60%), то есть менее 30%, тогда он к экзамену не допускается.
МОДУЛЬНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ
Данная дисциплина состоит из 5 модулей:
1 Развитие квантовых представлений
2 Квантовомеханическое описание атомных систем.
3 Многоэлектронные атомы.
4 Строение и свойства молекул. Атомы и молекулы во внешних полях.
5 Элементарные процессы в газах и плазме. Неравновесное излучение.
Модуль 1. “ Развитие квантовых представлений” включает темы: Модели атомов:
Томсона, Резерфорда, Бора. Закономерности в спектрах водородоподобных атомов.
Изотопический сдвиг. Принцип соответствия. Опыты Франка-Герца.
Модуль 2. “ Квантовомеханическое описание атомных систем” включает темы:
Корпускулярно-волновой дуализм, волны де Бройля, опыты, подтверждающие волновые
свойства материальных частиц. Уравнение Шредингера. Квантовомеханическое описание
водородоподобных систем. Квантовые числа.
Модуль 3. “ Многоэлектронные атомы ” включает темы: Спектры щелочных элементов.
Тонкая структура и спин-орбитальное взаимодействие. Векторная модель атомов.
Объяснение периодической системы Менделеева.
Модуль 4. “ Строение и свойства молекул. Атомы и молекулы во внешних полях ”
включает темы: Ионная и ковалентная связи. Электронные, вращательные и
колебательные уровни энергии, спектры. Эффекты Зеемана, Пашена-Бака, Штарка.
Магнитный резонанс.
Модуль 5. “ Элементарные процессы в газах и плазме. Неравновесное излучение ”
включает темы: элементарные процессы в газах и плазме, принципы действия оптических
квантовых генераторов - лазеров и мазеров.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ
ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
Лабораторная работа 1.
I. Получение спектрограммы и методы измерения длин волн спектральных линии
1.1. Цель и содержание работы.
Научить работать со спектральным прибором, дать навыки в отождествлении
спектра железа, научить делать точные измерения с использованием атомного спектра.
Ознакомление с устройством спектрографа ИСП-28 и осветительных систем к ним;
научиться правильно освещать входную щель прибора. Получение навыков в
фотографировании спектрограмм, в расшифровке спектрограмм. Построение
дисперсионной кривой спектрографа. Точное определение длины волны атомных
спектральных линий несколькими методами. Оценка точности измерений.
Лабораторная работа №2. Использование атомных спектров для анализа состава
вещества
2.1. Цель работы и содержание работы
Ознакомление с методикой определения состава вещества по их атомным спектрам
испускания, возбуждаемых в дуговом разряде. Получение навыков проведения
качественного анализа. Освоение съемки спектров порошкообразных веществ и
отождествление спектрограмм. Идентификация спектральных линий на спектропроекторе
ДСП-1 при помощи атласа эталонного спектра. Проведение полного и частичного
качественного анализа двух образцов различного состава.
Лабораторная работа №3. Определение постоянной Ридберга и массы электрона
3.1. Цель и содержание работы:
Ознакомление со спектром и системой энергетических состояний атома водорода.
Изучение сериальной закономерности в спектре водорода, экспериментальное измерение
длин волн серии Бальмера, определение спектроскопическим методом постоянной
Ридберга и массы электрона.
Лабораторная работа №4. Изучение сериальных закономерностей в спектрах атомов
щелочных элементов.
4.1. Цель и содержание работы.
Изучение сериальной закономерности в спектрах щелочных элементов на примере
спектров испускания атомов Li, Na ,K, возбуждаемых в электрической дуге.
Ознакомление с системой энергетических состояний атомов щелочных элементов.
Получение спектров атомов щелочных элементов и определение длин волн их
спектральных линий. Идентификация последних с соответствующими переходами между
определенными термами на энергетической диаграмме. Группировка линий по сериям.
Лабораторная работа №5. Изучение тонкой структуры спектральных
линий
натрия.
5.I. Цель_и содержание работы.
Ознакомление с тонкой структурой спектральных линий энергетических уровней
атомов щелочных элементов. Экспериментальное изучение дублетной структуры
спектральных линий атома натрия. Освоение методики работы на спектрографе большой
дисперсии ДФС-8. Получение спектра натрия. Измерение расстояния между
компонентами тонкой структуры спектральных линий. Определение величины
расщепления Р-термов атома натрия в зависимости от значения главного квантового числа
n. Определение величины расщепления ЗР, ЗD, 4D уровней атома Na, определение
поправки экранирования  .
Лабораторная работа №6. Изучение cтруктуры молекулярного спектра и определение
межатомного расстояния молекулы CN.
6.I. Цель и содержание работы.
Ознакомление с электронно-колебательно-вращательными спектрами (полосатые
спектры) двухатомных молекул и методикой расшифровки их колебательновращательной структуры на примере спектра испускания молекулы CN , возбуждаемого в
электрической дуге. Ознакомление с системой энергетических состояний, связанных с
электронным движением, колебанием и вращением двухатомной молекулы. Определение
молекулярных постоянных e , e xe и оценка энергии диссоциации. Измерение
вращательной структуры колебательной полосы с целью определения межядерного
расстояния.
Освоение методики работы на спектрографе ДФС-8 и измерения спектральных линий
и кантов в спектре.
Лабораторная работа №7. Изучение СТС спектральных линий. Определение спина
ядра таллия.
7.1. Цель и содержание работы: изучение сверхтонкой структуры спектральных линий
с помощью интерферометра Фабри-Перо и определение спина ядра таллия.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Общий объем СРС составляет – 60 часов, из них СРСП -15 часов, СРС -45часов
Форма отчетности – защита решенных задач ( перечень задач приведен в таблице 2).
ВОПРОСЫ ДЛЯ ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ
Модуль 1
1 Атомные спектры. Комбинационный принцип.
1. Классическая модель атома. Модель Томсона.
2. Опыты Резерфорда по рассеянию  частиц.
3. Формула Резерфорда. Ядерная модель атома.
4. Теория атома Бора.
5. Водородоподобные атомы по Бору (мезоатомы и др.).
6. Уровни энергии атома водорода и способы их возбуждения. Опыты Франка и
Герца.
7. Принцип соответствия и его применение к атому водорода.
Модуль 2
1Эффект Комптона.
2 Гипотеза Луи- де –Бройля.
3 Дифракция электронов, атомов, молекул и нейтронов.
4 Свойства волн де Бройля.
5 Волновая функция электрона. Вероятность интерпретация волновой функции.
6 Соотношение неопределенности.
7 Уравнение Шредингера.
8 Простейшие одномерные задачи квантовой механики (прямоугольная
потенциальная яма).
9 Квантомеханическая модель водопроводных систем.
10 Уровни энергии и квантовые числа электрона в атоме водорода. Вырождение.
11 Уровни энергии и спектры атомов щелочных металлов. Правила отбора.
12 Спин-орбитальное взаимодействие. Тонкая структура спектров щелочных
металлов.
13 Гипотеза о спине электрона.
14 Векторная модель одноэлектронного атома.
15 23.Тонкая структура спектра атома водорода. Лэмбовский сдвиг.
Модуль 3
1 Принцип тождественности. Симметричные и антисимметричные волновые
функции. Принцип Паули.
2 Уровни энергии и спектр атома гелия.
3 Векторное сложение угловых моментов и типы связей. Связь Рессел – Саундерса
4 Электронные оболочки атома и их заполнение.
5 Физическое объяснение периодического закона.
6 Тормозное рентгеновское излучение.
7 Особенности характеристического рентгеновского излучения. Закон Мозли.
8 Мультиплетная структура рентгеновского спектра.
9 Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом.
10 Спектр поглощения рентгеновского излучения с веществом.
Модуль 4
1 Виды движения в молекуле.
2 Вращательная энергия. Вращательные спектры 2-х атомной молекулы.
3 Колебательная энергия. Колебательные спектры 2-х атомной молекулы.
4 Колебательно-вращательные спектры 2-х атомной молекулы.
5 Электронные спектры 2-х атомной молекулы.
6 Орбитальный и спиновой магнетизм. Пространственное квантование.
7 Полный магнитный момент одноэлектронного атома. Пространственное
квантование.
8 Опыты Штерна и Герлаха.
9 Эффект Зеемана (простой, сложный).
10 Эффект Пашена-Бака.
11 Понятие о сверхтонкой структуре (СТС) спектральных линий.
12 Магнитный резонанс и методы его исследования (ЭПР, ЯМР).
13 Эффект Штарка.
Модуль 5
1 Спонтанное и вынужденное излучение. Коэффициенты Эйнштейна.
2 Условия возникновения генерации в мазерах и лазерах (рубиновый, Не – Ne)
Политика выставления оценок
График рубежных контролей
Первый рубежный контроль (РК І), по итогам 1-7 недель проводится в 7 неделю.
Показатель успеваемости (в %) РК І включает в себя показатель за текущую успеваемость
по выполнению СРСП и СРС, показатель успеваемости за работу в аудитории и за
рубежный контроль в виде коллоквиума или контрольной работы. Второй рубежный
контроль (РК ІІ), по итогам 8-15 недель проводится в 15 недели. Итоговый показатель
успеваемости по РК ІІ определяется по аналогии с РК І. Максимальный показатель
успеваемости в каждом рубежном контроле равен 30 %.
Итоги рубежных контролей проставляются в ведомости по накопительному
принципу и являются основанием допуска к экзамену. Если обучающийся набрал в
течение семестра по итогам рубежных контролей менее половины максимального
показателя успеваемости (60%), то есть менее 30%, тогда он к экзамену не допускается.
1. Распределение баллов за семестр 60%
№ Задания на рубежные
Форма контроля
контроли
Оценка -%
Время
проведения
1
Коллоквиум №1 (РК)
2
Коллоквиум №2 (РК)
3
Выполнение СРС №1
4
Выполнение СРС №2
5
Выполнение СРС №3
6
Задания на лабораторных
занятиях
7
Выполнение СРСП
Тестирование, решение
задач, устно
Тестирование, решение
задач, устно
Вопросы относительно
решения задач по СРС
Вопросы относительно
решения задач по СРС
Вопросы относительно
решения задач по СРС
Решение задач по
моделированию
физических процессов
Консультация
9
контроля
7 неделя
9
15 неделя
4
3-6 неделя
9-11
неделя
12-14 апта
4
4
По
расписанию
30
По
расписанию
Барлығы
60
2. Распределение баллов на выполнение лабораторных работ 30%
№
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Вид задания
Теоретическая часть
Выполнение заданий и
анализ
Итого
13 14
15
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Шкала оценки знания
А
АВ+
В
ВС+
С
СD+
D
F
95-100%
90-94%
85-89%
80-84%
75-79%
70-74%
65-69%
60-64%
55-59%
50-54%
0-49%
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Преподаватель
Ташев Б.А.
Зав. кафедрой
Архипов Ю.В.