Физика ( спец.главы) - Факультет геологии, горного и

1
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
(НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)»
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по дисциплине
«Физика (спецглавы)»
СОСТАВЛЕНА ПО КРЕДИТНО-МОДУЛЬНО-РЕЙТИНГОВОМУ ПРИНЦИПУ
для направления (специальности)
130400.65 «ГОРНОЕ ДЕЛО»
шифр направления (специальности)
для профиля (специализации)
«ОТКРЫТЫЕ ГОРНЫЕ РАБОТЫ»
Новочеркасск 2012 г.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
(НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по ОД ФГБОУ ВПО
ЮРГТУ (НПИ)
Л.И.Щербакова
__________________ 2012 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
_______С 2.1.02б__ФИЗИКА (СПЕЦГЛАВЫ)_
код(индекс) и наименование дисциплины (из учебного плана)
для направления (специальности) 130400.65_ «ГОРНОЕ ДЕЛО»
шифр направления
для профиля (специализации, программы) «ОТКРЫТЫЕ
Факультет ФИЗИКО – МАТЕМАТИЧЕСКИЙ
ГОРНЫЕ РАБОТЫ»
Кафедра «ФИЗИКА»
Курс 2__________________________________________________
Семестр 4
Лекции __16______ (час.)
Экзамен (семестр) кол-во Зачет – 4 (семестр)
Практические
(семинарские) занятия __16____(час.)
Всего самостоятельной работы _40 (час.),
из них:
плановая работа –_ (час.)
Лабораторные занятия (час.) –
курсовой проект
– семестр _____ (час.)
курсовая работа
– _ семестр ____ (час.)
реферат
–__ семестр ____ (час)
домашнее задание
Всего аудиторных _32_____ (час.)
__ семестр ____ (час.)
контрольная работа (ЗФО) семестр ___ (час.)
индивидуальная работа 33 (час.)
домашняя работа 7 (час)
ИТОГО по дисциплине _______72_________ (час.) (с учетом часов на экзамен)
ИТОГО по дисциплине __2__________ (ЗЕТ) (с учетом ЗЕТ на экзамен)
2012 г.
2
Рабочая программа составлена на основании рабочего учебного плана по ФГОС
утвержденного ученым советом ЮРГТУ (НПИ) протоколом № 4 от «29» декабря 2010 г.
Примерной программы -_____________________________________________________
наименование программы, дата утверждения
Рабочую программу составил(а) _доцент, к.т.н., доцент кафедры физики Шкуракова О.Э. ____
ученое звание, степень, должность, фамилия, инициалы
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Физика»
наименование кафедры
утверждена «13» 09. 2012 г.
Заведующий кафедрой физики
Протокол № 12-13-02
___________ /_Благин А.В.__/
(подпись, фамилия, инициалы)
Рабочая программа согласована:
Заведующий кафедрой
Горное дело
наименование выпускающей кафедры, подпись,
________Профессор,
д.т.н.
Разоренов Ю. И.
фамилия, инициалы
«______»________________ 20 г.
Протокол № ________
3
СОДЕРЖАНИЕ
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЁ МЕСТО В СТРУКТУРЕ ООП 6
1.1 Цели и задачи изучения дисциплины .................................................................. 6
1.2. Краткая характеристика дисциплины и ее место в учебном процессе ........... 6
1.3. Связь с предшествующими дисциплинами ....................................................... 6
1.4. Связь с последующими дисциплинами.............................................................. 7
1.5. Требования к результатам освоения дисциплины ............................................ 7
2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМ, ЧАСОВ ЗАНЯТИЙ ПО МОДУЛЯМ И
СЕМЕСТРАМ .................................................................................................... 8
СЕМЕСТР 4 ........................................................................................................ 9
3. СОДЕРЖАНИЕ МОДУЛЕЙ ............................................................................. 9
МОДУЛЬ 1 .......................................................................................................... 9
3.1. Содержание модуля 1 «Элементы квантовой механики» (26 час).......... 9
3.1.1 Наименование тем лекций, их содержание и объём в часах .......................... 9
Тема 1. Предпосылки создания квантовой механики Излучение черного тела. (2
час.), УЗ – 2; номера компетенций ПК –6, ПК – 10, ПК-22 .................................................. 9
Тема 2. Корпускулярно-волновой дуализм. (2 час.), УЗ – 2; номера компетенций
ПК –6, ПК – 24, ПК-28 ............................................................................................................. 9
Тема 3. Элементы квантовой механики (2 час.), УЗ – 2; номера компетенций ПК –
6, ПК – 10, ПК-22 ...................................................................................................................... 9
3.1.2. Практические (семинарские) занятия, их наименование и объем в часах .. 9
3.1.3. Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах ......................... 10
3.1.4. Разделы курсового проекта, курсовой работы, реферата, домашнего задания,
их содержание и характеристика. ......................................................................................... 10
3.1.5. Самостоятельная работа студентов ............................................................... 10
3.1.6. Самоконтроль полученных знаний ............................................................... 11
3.1.7. Учебно-методические материалы по модулю .............................................. 11
МОДУЛЬ 2 .............................................................................................................. 11
3.2. Содержание модуля 2 «Элементы квантовой статистики». «Элементы
физики твердого тела» (21 час) ..................................................................... 11
3.2.1 Наименование тем лекций, их содержание и объём в часах ........................ 11
Тема 4. Элементы квантовой статистики. (1 час.), УЗ – 2; номера компетенций ПК
–6, ПК – 10, ПК-22 .................................................................................................................. 11
Тема 5. Элементы физики твердого тела (Однородные кристаллы. Физические
основы электропроводности). (1 час.), УЗ – 2; номера компетенций ПК –6, ПК – 24, ПК28……………. ......................................................................................................................... 12
Тема 6. Элементы физики твердого тела (полупроводниковые структуры). (2 час.),
УЗ – 2; номера компетенций ПК –6, ПК – 10, ПК-22.......................................................... 12
3.2.2. Практические (семинарские) занятия, их наименование и объем в часах 12
3.2.3. Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах ......................... 13
3.2.4. Разделы курсового проекта, курсовой работы, реферата, домашнего задания,
их содержание и характеристика. ......................................................................................... 13
3.2.5. Самостоятельная работа студентов ............................................................... 13
3.2.6. Самоконтроль полученных знаний ............................................................... 14
3.2.7. Учебно-методические материалы по модулю .............................................. 14
МОДУЛЬ 3 .............................................................................................................. 14
3.3. Содержание модуля 3 «Элементы квантовой микрофизики» (25 час) 14
3.3.1 Наименование тем лекций, их содержание и объём в часах ........................ 14
Тема 7. Элементы физики атомного ядра. (2 час.), УЗ – 2; номера компетенций ПК
–6, ПК – 10, ПК-22 .................................................................................................................. 14
Тема 8. Элементарные частицы. Космические лучи. (2 час.), УЗ – 2; номера
компетенций ПК –6, ПК – 24, ПК-28 .................................................................................... 14
4
Тема 9. Введение в физику наночастиц. (2 час.), УЗ – 2; номера компетенций ПК –
6, ПК – 10, ПК-22 .................................................................................................................... 14
3.3.2. Практические (семинарские) занятия, их наименование и объем в часах 14
3.3.3. Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах ......................... 15
3.3.4. Разделы курсового проекта, курсовой работы, реферата, домашнего задания,
их содержание и характеристика. ......................................................................................... 15
3.3.5. Самостоятельная работа студентов ............................................................... 15
3.3.6. Самоконтроль полученных знаний ............................................................... 16
3.3.7. Учебно-методические материалы по модулю .............................................. 16
4. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ................. Error! Bookmark not defined.
Литература ( основная) ............................................. Error! Bookmark not defined.
ДИДАКТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ................................................................. 17
УЧЕБНЫЕ ПЛАКАТЫ ........................................................................................ 18
Интернет ресурсы ...................................................................................................... 18
5. УЧЕБНАЯ И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРАКТИКИ, НИР. ..................... 19
6.
ИНТЕРАКТИВНЫЕ
ФОРМЫ
ОРГАНИЗАЦИИ
ИЗУЧЕНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ .............................................................................................. 19
7. МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ К ТЕСТОВОМУ КОНТРОЛЮ
ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ................................................................................. 20
7.1. Вопросы или контрольные задания к модулю №1 ......................................... 22
Элементы квантовой механики (темы 1 – 3) ......................................................... 22
7.2. Вопросы или контрольные задания к модулю № 2 ........................................ 23
Элементы квантовой статистики. Элементы физики твердого тела (темы 4 –, 6)23
7.3. Вопросы или контрольные задания к модулю № 3 ........................................ 24
Элементы квантовой микрофизики (темы 6 – 9) ................................................... 24
8. ВНЕАУДИТОРНАЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ И
ПОДГОТОВКА К ЭКЗАМЕНУ .................................................................... 25
ПЛАНОВАЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА ................................................... 25
ДОМАШНЯЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА .................................................. 25
9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ26
10. КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН (РЕЙТИНГ - ПЛАН).......................................... 1
11. ВНЕАУДИТОРНАЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ И
ПОДГОТОВКА К ЭКЗАМЕНУ .............................................................................................. 2
5
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЁ МЕСТО В СТРУКТУРЕ ООП
1.1 Цели и задачи изучения дисциплины
Цель преподавания дисциплины
Квантовая и ядерная физика совместно с базовыми дисциплинами математического
и естественнонаучного цикла играет роль фундаментальной базы и составляет, на
современном этапе, основу теоретической подготовки всех направлений бакалавра,
позволяющей ориентироваться в стремительном потоке современной научной и
технической информации.
Основной целью дисциплины является изучение фундаментальных физических
законов, теорий, явлений и методов современной физики.
Задачи при изучении дисциплины.
Основными задачами дисциплины «Физика (спецглавы)» являются:
1. Создание у студентов основ достаточно широкой подготовки в области физики
микромира, обеспечивающей возможность использования новых физических принципов в
тех областях техники, в которых они будут работать.
2. Формирование научного мышления
3. Усвоение основных физических явлений и законов современной физики.
4. Выработка приемов и навыков решения физических типовых задач из разделов
физики «Физика (спецглавы)».
5. Формирование у бакалавров основ естественнонаучной картины мира.
1.2. Краткая характеристика дисциплины и ее место в учебном процессе
Внедрение высоких технологий предполагает основательное знакомство, как с
классическими, так и с новейшими методами и результатами физических исследований.
При этом бакалавр должен получить не только физические знания, но и навыки их
дальнейшего пополнения, научиться пользоваться современной литературой, в том числе
электронной.
Дисциплина «Физика (спецглавы)» создает универсальную базу для изучения
дисциплин профессионального цикла, закладывает фундамент последующего обучения в
магистратуре, аспирантуре.
Дисциплина «Физика (спецглавы)» закладывает фундаментальную базу к научному
анализу ситуаций, с которыми бакалавру придется сталкиваться при создании новых
технологий, а также выработки у студентов основ естественнонаучного мировоззрения и
ознакомления с историей развития современной физики и основных её открытий.
1.3. Связь с предшествующими дисциплинами
Приступая к изучению дисциплины «Физика (спецглавы)», студент должен знать
базовые дисциплины математического и естественнонаучного цикла.
Требования к входным знаниям, умениям и компетенциям.
Из дисциплины «Физика» студент должен:
знать: основные физические явления и законы механики, оптики, ядерной физики
и их математическое описание.
уметь: выявлять физическую сущность явлений и процессов в устройствах
различной физической природы и выполнять применительно к ним простые технические
расчеты.
6
владеть: инструментарием для решения физических задач в своей предметной
области; методами анализа физических явлений в технических устройствах и системах.
1.4. Связь с последующими дисциплинами
«Физика (спецглавы)» является дисциплиной по выбору из дисциплин
математического и естественнонаучного цикла и способствует формированию
необходимых будущему бакалавру компетенций для успешного освоения специальных
профессиональных дисциплин и будущей успешной профессиональной деятельности.
1.5. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций
– владение методами анализа, знанием закономерностей поведения и управления
свойствами горных пород и состоянием массива в процессах добычи и переработки
твердых полезных ископаемых, а также при строительстве и эксплуатации подземных
сооружений (ПК-6);
– готовность осуществлять техническое руководство горными и взрывными
работами при эксплуатационной разведке, добыче твердых полезных ископаемых,
строительстве и эксплуатации подземных объектов, непосредственно управлять
процессами на производственных объектах (ПК-10);
– готовность выполнять экспериментальные и лабораторные исследования,
интерпретировать полученные результаты, составлять и защищать отчеты (ПК-22);
- владение навыками организации научно-исследовательских работ (ПК-24);
- готовность работать с программными продуктами общего и специального
назначения для моделирования месторождений твердых полезных ископаемых,
технологий эксплуатационной разведки, добычи и переработки твердых полезных
ископаемых, при строительстве и эксплуатации подземных объектов, оценке
экономической эффективности горных и горно-строительных работ, производственных,
технологических, организационных и финансовых рисков в рыночных условиях (ПК-28).
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать: основные физические явления и законы механики, электротехники,
термодинамики, оптики и ядерной физики и их математическое описание.
Уметь: выявлять физическую сущность явлений и процессов выполнять
применительно к ним технические расчеты.
Владеть: инструментарием для решения физических задач в своей предметной
области; методами анализа физических явлений в технических устройствах и системах.
7
2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМ, ЧАСОВ ЗАНЯТИЙ ПО МОДУЛЯМ И СЕМЕСТРАМ
ДИСЦИПЛИНА
«Физика (спецглавы)»
итого по дисциплине 72
час.
2 ЗЕТ
4 семестр
Модуль 1
26
Модуль 3
часов
25
часов
Модуль 2
21
часов
Рис.1. Модульное построение дисциплины
6
4
6
16
16
-
12
8
12
32
32
8
–
–
–
–
11
11
11
33
33
Всего
Экзамен,
сессия
Лабораторные
занятия.
6
4
6
16
16
Домашняя
Практические
(семинарские)
занятия.
1 1-3
4
2 4-5
3 6-9
Итого 4-й семестр
ВСЕГО
Самостоятельная работа
Студентов (час)
Индивидуальная
лекции
Всего
модулей
тем
семестра
Аудиторные занятия
(час)
Плановая
Номера
№
3
2
2
7
7
14
13
13
40
40
-
Итого
(час)
26
21
25
72
72
СЕМЕСТР 4
3. СОДЕРЖАНИЕ МОДУЛЕЙ
МОДУЛЬ 1
3.1. Содержание модуля 1 «Элементы квантовой механики» (26
час)
3.1.1 Наименование тем лекций, их содержание и объём в часах
Тема 1. Предпосылки создания квантовой механики Излучение черного тела. (2
час.), УЗ – 2; номера компетенций ПК –6, ПК – 10, ПК-22
Квантовая физика и ее роля в науке и технике.
Тепловое излучение и люминесценция. Гипотеза квантов. Формула Планка.
Квантовое объяснение законов теплового излучения.
Фотоэффект Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для
фотоэффекта. Эффект Комптона. Тормозное рентгеновское излучение.
4. [1] – [4], [12]
Тема 2. Корпускулярно-волновой дуализм. (2 час.), УЗ – 2; номера
компетенций ПК –6, ПК – 24, ПК-28
Гипотеза де Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера. Соотношение
неопределенностей Гейзенберга. Состояние микрочастицы в квантовой механике.
Особенности описания микрочастиц.
Волновая функция, ее статистический смысл и условия, которым она должна
удовлетворять. Нестационарное и стационарное уравнение Шрёдингера. Общие свойства
решения уравнения Шрёдингера. Свободное движение частицы. Квантовая частица в
одномерной потенциальной яме.
4. [1] – [4], [12]
Тема 3. Элементы квантовой механики (2 час.), УЗ – 2; номера компетенций
ПК –6, ПК – 10, ПК-22
Одномерный потенциальный барьер и порог. Туннельный эффект. Гармонический
осциллятор.
Теория строения атома водорода. Квантово - механическая теория атома водорода.
Стационарное уравнение Шрёдингера для атома водорода. Волновые функции и
квантовые числа. Спектры водородоподобных атомов. Правила отбора для квантовых
переходов. Спин. Опыт Штерна и Герлаха. Принцип Паули.
4. [1] – [4], [12]
3.1.2. Практические (семинарские) занятия, их наименование и объем в
часах
№
Наименование тем
занятий
1
Тепловое излучение
2
Корпускулярно-волновой
дуализм.
Количество
часов
Форма
контроля
Сроки
контроля
1 н. (2 н.)
2
Отчет по
СР
2
9
3 н. (4 н.)
Литература
4. [10], [11],
[14], [15]
4. [10], [11],
[14], [15]
Уравнение
Шредингера.
Теория
атома водорода
Рубежный контроль
Всего по модулю 6
2
Отчет по
СР
Тестирование
6
Аттестация
3
5 н. (6 н.)
4. [10], [11],
[14], [15]
10 – 15
марта
В графе «Сроки контроля» указаны сроки контроля, которые соответствуют срокам
текущей аттестации.
Жирным шрифтом выделены темы занятий, проводимые с использованием
интерактивных методов обучения
Занятие 1 (недели 11, (12)). Тепловое излучение
1. Характеристики теплового излучения.
2. Законы теплового излучения.
3. Фотоны. Энергия, импульс, масса фотона.
Занятие 2 (неделя 13, (14)). Корпускулярно-волновой дуализм
1. Волновые свойства частиц.
2. Гипотеза де Бройля.
3. Соотношение неопределенностей.
Занятие 3(неделя 15, (16)) Уравнение Шредингера. Теория атома водорода
1. Уравнение Шредингера.
2. Частица в потенциальной яме: квантование энергии, вероятность обнаружения
частицы.
3. Боровская и квантовая теории атома водорода. Формула Ридберга.
4. Энергетические состояния электрона в атоме водорода. Правило отбора.
Рубежный контроль.
3.1.3. Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах
Учебным планом не предусмотрены.
3.1.4. Разделы курсового проекта, курсовой работы, реферата, домашнего
задания, их содержание и характеристика.
Курсовой проект, курсовая работа, реферат, планируемые домашние задания
учебным планом не предусмотрены.
3.1.5. Самостоятельная работа студентов
Самостоятельная работа по учебному плану распределяется следующим образом
Всего (час)
Плановая работа
(час.)
Индивидуальная
работа (час.)
Домашняя работа
(час.)
14
–
11
3
1. Плановая самостоятельная работа учебным планом не предусмотрена.
2. Домашняя самостоятельная работа:
 подготовка к лекциям – 2 часа;
 подготовка к практическим занятиям – 1 часа;
 3. Индивидуальная самостоятельная работа:
10
 самоконтроль полученных знаний – 1 час.
 конспектирование разделов, вынесенных на самостоятельную проработку3 час.
 самостоятельное изучение дисциплины – 7 час.
Самостоятельное изучение
Тема 1. Предпосылки создания квантовой механики Излучение черного тела.
Вопросы, вынесенные на самостоятельное изучение по данной теме.
Комбинационный принцип Ритца. Принцип соответствия Бора. Опыт Франко и
Герца. Опыт Боте. – 2 ч.
4. [2], [5], [6]
Тема 2. Корпускулярно-волновой дуализм
Вопросы, вынесенные на самостоятельное изучение по данной теме.
Одномерный потенциальный порог. – 2 ч.
4. [2], [5], [6]
Тема 3. Элементы квантовой механики
Вопросы, вынесенные на самостоятельное изучение по данной теме.
Строение атомов и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Порядок
заполнения электронных оболочек. – 3 ч.
3.1.6. Самоконтроль полученных знаний
№
модуля
Уровень
знания
№
тем
1
2
1–3
Проведение рейтинг-контроля, час
Текущий
Промежуточный
Итоговый
Защита плановой
Тестовый
лабораторной
Подготовка
контроль
работы, экспресс
к зачёту
по модулю
опрос и т.д.
1
-
Всего на
контроль
модуля,
час
1
3.1.7. Учебно-методические материалы по модулю
4. [1] – [4], [10], [11], [14], [15]
МОДУЛЬ 2
3.2. Содержание модуля 2 «Элементы квантовой статистики».
«Элементы физики твердого тела» (21 час)
3.2.1 Наименование тем лекций, их содержание и объём в часах
Тема 4. Элементы квантовой статистики. (1 час.), УЗ – 2; номера
компетенций ПК –6, ПК – 10, ПК-22
Квантовые системы из одинаковых частиц. Принцип тождественности одинаковых
микрочастиц. Симметричные и антисимметричные состояния (волновые функции)
тождественных микрочастиц. Бозоны и фермионы. Квантовые статистические
распределения Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.
4. [5]
11
Тема 5. Элементы физики твердого тела (Однородные кристаллы.
Физические основы электропроводности). (1 час.), УЗ – 2; номера
компетенций ПК –6, ПК – 24, ПК-28
Строение кристаллов. Анизотропия кристаллов. Элементарная ячейка. Решетки
Бравэ. Дефекты кристаллических твердых тел. Дислокации.
Зонная теория твердых тел. Деление твердых тел на металлы, полупроводники и
диэлектрики с точки зрения зонной теории. Уровень Ферми в чистых и примесных
полупроводниках и его зависимость от температуры
4. [5]
Тема 6. Элементы физики твердого тела (полупроводниковые
структуры). (2 час.), УЗ – 2; номера компетенций ПК –6, ПК – 10, ПК-22
Собственная и примесная проводимость полупроводников. Температурная
зависимость проводимости полупроводников.
Эффект Холла в металлах и полупроводниках. Квантовый эффект Холла.
Контактные явления в полупроводниках. Электронно-дырочный (р-п) переход.
Распределение электронов и дырок в р-п – переходе. Равновесное состояние, прямое и
обратное включение. Полупроводниковый диод и его вольтамперная характеристика.
Транзистор.
4. [5]
3.2.2. Практические (семинарские) занятия, их наименование и объем в
часах
№
Наименование тем
занятий
Расчетно-графические
работы по квантовой
механике
6
Элементы
кристаллографии
Рубежный контроль
Всего по модулю 6
4, 5
Количество
часов
Форма
контроля
Сроки
контроля
Литература
7 н. (8 н.)
4. [10], [13],
Допуск
2
Тестирование 9 н. (10 н.)
Отчет по
СР
Аттестация
15 – 20 мая
2
4
4. [10], [13],
[14]
Занятие 4, 5 (неделя 7, (8); 9 (10). Расчетно-графические работы по квантовой
механике
1. Частица в одномерной бесконечно глубокой потенциальной яме.
2. Микрочастица в одномерной прямоугольной потенциальной яме ограниченной
глубины.
3. Изучение квантово-механических закономерностей прохождения частица через
потенциальный барьер.
4. Низкий потенциальный барьер бесконечной ширины.
5. Высокий потенциальный барьер бесконечной ширины.
6. Изучение различия квантовых и классических закономерностей на примере
гармонического осциллятора.
7. Изучение радиального и углового распределения плотности вероятности
обнаружения электрона в атоме водорода.
Занятие 6 (недели 11, (12)). Элементы кристаллографии
1. Элементарная ячейка. Параметры решетки.
2. Индексы узлов, направлений и плоскостей.
12
3. Распределение Ферми –Дираки, Бозе-Эйнштейна.
4. Рубежный контроль.
3.2.3. Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах
Учебным планом не предусмотрены.
3.2.4. Разделы курсового проекта, курсовой работы, реферата, домашнего
задания, их содержание и характеристика.
Курсовой проект, курсовая работа, реферат, планируемые домашние задания
учебным планом не предусмотрены.
3.2.5. Самостоятельная работа студентов
Самостоятельная работа по учебному плану распределяется следующим образом
Всего (час)
Плановая работа
(час.)
Индивидуальная
работа (час.)
Домашняя работа
(час.)
13
–
11
2
1. Плановая самостоятельная работа учебным планом не предусмотрена.
2. Домашняя самостоятельная работа:
 подготовка к лекциям – 1 часа;
 подготовка к практическим занятиям – 1 часа;
 3. Индивидуальная самостоятельная работа:
 самоконтроль полученных знаний – 1 час.
 конспектирование разделов, вынесенных на самостоятельную проработку- 5
час.
 самостоятельное изучение дисциплины –5 час.
Самостоятельное изучение
Тема 4. Элементы квантовой статистики
Вопросы, вынесенные на самостоятельное изучение по данной теме.
Элементы кристаллографии. Плотность числа квантовых состояний. Энергия
Ферми. Вырожденные и невырожденные коллективы. Вырожденный электронный Фермигаз в металлах. – 1,0 ч.
4. [5]
Тема 5. Элементы физики твердого тела (Однородные кристаллы. Физические
основы электропроводности)
Вопросы, вынесенные на самостоятельное изучение по данной теме.
Проводимость металлов. Фотопроводимость полупроводников. Процессы
генерации и рекомбинации носителей заряда. – 2,0 ч.
4. [5]
Тема 6. Элементы физики твердого тела (Полупроводниковые структуры)
Вопросы, вынесенные на самостоятельное изучение по данной теме.
Спонтанное и индуцированное излучение. Инверсное заселение уровней активной
среды. Основные компоненты лазера. Условие усиления и генерации света. Особенности
лазерного излучения. Основные типы лазеров и их применение. – 2,0 ч.
4. [5]
13
3.2.6. Самоконтроль полученных знаний
№
модуля
Уровень
знания
№
тем
2
2
4-6
Проведение рейтинг-контроля, час
Текущий
Промежуточный
Итоговый
Защита плановой
Тестовый
лабораторной
Подготовка
контроль
работы, экспресс
к зачёту
по модулю
опрос и т.д.
1
-
Всего на
контроль
модуля,
час
1
3.2.7. Учебно-методические материалы по модулю
4. [5], [10], [13], [14]
МОДУЛЬ 3
3.3. Содержание модуля 3 «Элементы квантовой микрофизики»
(25 час)
3.3.1 Наименование тем лекций, их содержание и объём в часах
Тема 7. Элементы физики атомного ядра. (2 час.), УЗ – 2; номера
компетенций ПК –6, ПК – 10, ПК-22
Достижения
микрофизики
последних
десятилетий.
Фундаментальные
взаимодействия в природе. Состав атомного ядра. Характеристики ядра: заряд, масса,
Спин и магнитный момент ядра. Ядерные силы. Свойства и обменный характер ядерных
сил. Капельная, оболочечная и обобщенная модель ядра. Недостатки моделей. Дефект
массы, энергия связи.
4. [1], [3], [6]
Тема 8. Физика ядерных превращений и ядерных реакций. (2 час.), УЗ – 2;
номера компетенций ПК –6, ПК – 24, ПК-28
История открытия и основные закономерности: основной закон радиоактивного
распада, период полураспада, время жизни, активность. Радиоактивные превращения
ядер:  -распад,  - распад,  - излучение ядер. Ядерные реакции. Классификация
ядерных реакций. Законы сохранения электрического и барионного заряда, энергии и
импульса. Энергетическая схема ядерной реакции. Порог эндотермической реакции.
Свойства нейтронов и способы их получения.
[1], [3], [7]
Тема 9. Элементарные частицы. Космические лучи. Физическая картина
мира. (2 час.), УЗ – 2; номера компетенций ПК –6, ПК – 10, ПК-22
Фундаментальные взаимодействия и основные классы элементарных частиц.
Частицы и античастицы. Лептоны и адроны. Кварки и глюоны. Кварковая модель
адронов. Квантовая хромодинамика.
Взаимопревращения элементарных частиц. Законы сохранения. Фейнмановские
диаграммы.
[1], [3], [8]
14
3.3.2. Практические (семинарские) занятия, их наименование и объем в
часах
Наименование тем
занятий
№
7
Физика атомного ядра
8
Ядерные
превращения
Ядерные реакции
Элементарные частицы
Рубежный контроль
9
Количество
часов
Форма
контроля
Сроки
контроля
2
Отчет по
СР
Отчет по
СР
Отчет по
СР
Тестирование
Аттестация
11 н. (12 н)
Всего по модулю 6
2
2
6
Литература
4. [10], [11],
[14]
4. [10], [11],
13 н. (14 н.)
[14]
4. [10], [11],
15 н. (16 н.)
[14]
15 – 20 мая
Занятие 7 (недели 11, (12)). Физика атомного ядра
1. Строение атомных ядер
2. Дефект массы, энергия связи атомных ядер.
3. Элементы дозиметрии ионизирующих излучений.
Занятие 8 (неделя 13, (14)). Ядерные превращения Ядерные реакции
1. Ядерные превращения.
2. Ядерные реакции
Занятие 9 (неделя 15, (16)) Элементарные частицы.
Фундаментальные взаимодействия.
1. Элементарные частицы.
2. Фейнмановские диаграммы.
3. Рубежный контроль.
3.3.3. Лабораторные занятия, их наименование и объем в часах
Учебным планом не предусмотрены.
3.3.4. Разделы курсового проекта, курсовой работы, реферата, домашнего
задания, их содержание и характеристика.
Курсовой проект, курсовая работа, реферат, планируемые домашние задания
учебным планом не предусмотрены.
3.3.5. Самостоятельная работа студентов
Самостоятельная работа по учебному плану распределяется следующим образом
Всего (час)
Плановая работа
(час.)
Индивидуальная
работа (час.)
Домашняя работа
(час.)
13
–
11
2
1. Плановая самостоятельная работа учебным планом не предусмотрена.
2. Домашняя самостоятельная работа:
 подготовка к лекциям – 1 часа;
 подготовка к практическим занятиям – 1 часа;
 3. Индивидуальная самостоятельная работа:
 самоконтроль полученных знаний – 1 час.
15
 конспектирование разделов, вынесенных на самостоятельную проработку2 час.
 самостоятельное изучение дисциплины – 3,0 час.
 подготовка к зачету – 5 час.
Самостоятельное изучение
Тема 7. Элементы физики атомного ядра.
Вопросы, вынесенные на самостоятельное изучение по данной теме.
Эффект Мёссбауэра. Источники радиоактивных излучений. Понятие о дозиметрии
и защите. Радиоизотопный анализ.–1,0 ч.
4. [1], [3], [6]
Тема 8. Физика ядерных превращений и ядерных реакций.
Вопросы, вынесенные на самостоятельное изучение по данной теме.
Новые (экзотические) виды радиоактивности. Деление ядер. Возможность
использования энергии деления. Основные направления современной атомной
энергетики. Термоядерные реакции. Принципиальная схема термоядерной реакции.
Термоядерная реакция на Солнце. Реакция синтеза в водородной бомбе. Проблема
управляемого термоядерного синтеза – 1,0 ч.
4. [1], [3], [7]
Тема 9. Элементарные частицы. Космические лучи.
Вопросы, вынесенные на самостоятельное изучение по данной теме.
История открытия элементарных частиц.
Космические лучи. Происхождение космических лучей. Первичное и вторичное
излучение. Взаимодействие первичного космического излучения с магнитным полем
Земли.
Революционные изменения в технике и технологиях как следствие научных
достижений в области квантовой и ядерной физики. – 1,0 ч.
4. [1], [3], [8]
3.3.6. Самоконтроль полученных знаний
№
модуля
Уровень
знания
№
тем
3
2
7–9
Проведение рейтинг-контроля, час
Текущий
Промежуточный
Итоговый
Защита плановой
Тестовый
лабораторной
Подготовка
контроль
работы, экспресс
к зачёту
по модулю
опрос и т.д.
1
-
Всего на
контроль
модуля,
час
1
3.3.7. Учебно-методические материалы по модулю
4. [1], [3], [6] – [8], [10], [11], [14]
Примечание. 1. Лекция, попавшая на праздничные дни, исключается из учебного
процесса. Материал пропавшего занятия перераспределяется между оставшимися
лекциями и частично выносится на самостоятельное изучение.
2. Практические занятия, попавшие на праздничные дни, исключаются из учебного
процесса. Материал пропавшего занятия перераспределяется между последующими
16
занятиями. Рейтинг-баллы за невыполненную работу перераспределяется между
оставшимися работами так, чтобы не изменился итоговый рейтинг.
4. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Литература (основная)
1.
Савельев И.В. Курс общей физики Текст: Учеб. пособие для втузов: В 5-ти
кн. Кн.5: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного
ядра и элементарных частиц/ И.В. Савельев. - М.: Астрель: Аст, 2004. - 368 с.
Методобеспеченность – 40/25.
2.
Киселёв В.В. Квантовая механика. Курс лекций Электронный ресурс:
Учебное пособие. - Издательство: МЦНМО, 2009 г. – 546 с. Режим доступа
www.knigafund.ru
3.
Сивухин Д.В. Общий курс физики Электронный ресурс: Учеб. пособие для
втузов: В 5 т. Т. 5: Атомная и ядерная физика/ Д.В. Сивухин. – Изд-во: ФИЗМАТЛИТ,
2011 г. - 783 с. Режим доступа www.knigafund.ru
Дополнительная литература
4.
Карлов Н.В., Кириченко Н.А. Начальные главы квантовой механики
Электронный ресурс: учеб. пособие для вузов - Издательство: ФИЗМАТЛИТ, 2011 г. –
360 с. Режим доступа www.knigafund.ru
5.
Кузнецов В.М., Байков Ю.А. Физика конденсированного состояния
Электронный ресурс: учебное пособие. - Издательство: БИНОМ. Лаборатория знаний,
2011 г. - 294 с. Режим доступа www.knigafund.ru
6.
Делоне Н.Б. Основы физики конденсированного вещества Электронный
ресурс: Издательство: ФИЗМАТЛИТ, 2011 г. - 234 с. Режим доступа www.knigafund.ru
7.
Капитонов И.М. Введение в физику ядра и частиц Электронный ресурс:
учебник.- Издательство: ФИЗМАТЛИТ, 2010 г.. - 512 с. Режим доступа www.knigafund.ru
8.
Михайлов М.А. Ядерная физика и физика элементарных частиц.
Электронный ресурс: Издательство: МПГУ, 2011 г. - 94 с. Режим доступа
www.knigafund.ru
9.
Пинский А.А., Яворский Б.М. Основы физики Электронный ресурс:
Учебник. В 2 т. Том 2. Колебания и волны. Квантовая физика. Физика ядра и
элементарных частиц - Издательство: ФИЗМАТЛИТ, 2011 г. - 551 с. Режим доступа
www.knigafund.ru
К практическим и домашним занятиям (основная)
10.
Чертов А.Г., Воробьев А.А. Задачник по физике Текст: Учеб пособие для
втузов. – 8-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательство Физико-математической литературы,
2005. – 640 с. Методобеспеченность – 96/25.
Дополнительная литература
11.
Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физикиТекст: – 3-е
изд. испр. и доп. – СПб.: Книжный мир, 2003. – 328 с. Методобеспеченность – 189/25.
Периодические издания
12.
Журнал «Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион.
Серия: Технические науки» Электронный ресурс. Режим доступа www.elibrary.ru
13.
Журнал «Известия ВУЗ: Физика» Электронный ресурс. Режим доступа
www.elibrary.ru
14.
Журнал «Известия РАН: Серия: Физическая» Электронный ресурс. Режим
доступа www.elibrary.ru
К лабораторным занятиям (основная)
17
15. Практикум по квантовой физике (часть 2). Расчетно-графические работы
Текст: Учебно-методическое пособие для студентов вузов, в 2 ч / С.Ю. Князев, Л.Я.
Малибашева, В.А. Малибашев, Б.М. Середин; под ред.Л.Я. Малибашевой; Юж.- Рос. гос.
техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ(НПИ), 2002г. – 54с.
Методобеспеченность 10 / 25 .
16. Физика атомного ядра: физический практикум Текст: учеб. пособие для вузов/
Л.Я. Малибашева, В.А. Малибашев, С.Ю. Князев, А.В. Малибашев, Б.М. Середин /Под
ред. Л.Я. Малибашевой; Юж. Рос.гос. техн. Ун-т (НПИ), – Новочеркасск: УПЦ «Набла»
ЮРГТУ(НПИ), 2007. – 87 с. Методобеспеченность 10 / 25
ДИДАКТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
УЧЕБНЫЕ ПЛАКАТЫ
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
МОДУЛЬ 1
Элементы квантовой механики
Дифракция электронов
Атом водорода (модель Бора)
Опыт Франка и Герца
Спектр излучения атома водорода
Уровни энергии электрона в потенциальном ящике и в атоме
водорода
Модели электронного облака
Угловое распределение электронной плотности и боровские
орбиты водородоподобных атомов
Потенциальный барьер и туннельный эффект
Схема газового лазера
Схема рубинового лазера
МОДУЛЬ 3
Элементы квантовой микрофизики
Прицельные расстояния и углы рассеяния  -частиц в кулоновском
поле ядра
Энергия связи атомных ядер
Радиоактивные ряды
Пузырьковая камера
Треки частиц в искровой камере
Треки частиц в пузырьковой камере
Цикл Бете
Искровая камера (схема)
Камера Вильсона
Атомная электростанция (тепловая схема)
Схема атомного реактора
Пути и треки  -частиц в камере Вильсона
Радиоактивные превращения осколков, возникающих при делении
ядра урана
608
611
605
603
604
612
610
615
614
613
602
818
806, 807
819
822
820
827
827
817
826
825
808
829
Интернет ресурсы
1. http://mon.gov.ru/ - официальный сайт Министерства образования и науки РФ;
18
Консультант Плюс – компьютерная справочно-правовая система по
законодательству России;
2. http://www.fepo.ru/ - Федеральный интернет-экзамен в сфере профессионального
образования;
3. http://www2.viniti.ru/ - всероссийский информационный центр (для формирования
у студента представления о горизонтах современной науки по направлению и профилю
его обучения);
4. http://ru.wikipedia.org/ - свободная энциклопедия;
5. Научная электронная библиотека eLIBRARY.RU – российский информационный
портал в области науки, технологии, медицины и образования.
6. http://www.edu.ru/ - Российское образование. Федеральный образовательный
портал (в том числе http://www.en.edu.ru/ - раздел по естественным наукам);
7. http://www.gpntb.ru/ - Государственная публичная научно-техническая библиотека
России (ГПНТБ России);
8. http://sci-lib.com/ - Большая научная библиотека;
9. http://www.scholar.ru/ - Научная электронная библиотека;
10. http://biblio.177spb.edusite.ru/p12aa1.html - перечень ссылок на образовательные
порталы РФ (в том числе на сайты журналов, олимпиад и т.д.).
5. УЧЕБНАЯ И ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРАКТИКИ, НИР.
Учебным планом не предусмотрена.
6. ИНТЕРАКТИВНЫЕ ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ
Модуль
Вид
аудиторных
занятий
Лекции
№1
Элементы
квантовой
механики
Практические
Вид интерактивной
формы проведения
занятий
Тема
4 СЕМЕСТР
Слайд – лекции с применением компьютерного сопровождения
Тема 2. Корпускулярноволновой дуализм
СЛ-1
Занятие 1. Тепловое
излучение
1
Т-1
Кредитно-ориентированные
программно-дидактические
тестовые задания
Часы
Занятие 2.
Корпускулярноволновой дуализм
Занятие 3. Уравнение
Шредингера. Теория
атома водорода
№2
Элементы
квантовой
статистики.
Элементы
физики твердого
тела
Лекции
Практические
Слайд – лекции с применением компьютерного сопровождения
Кредитно-ориентированные
программно-дидактические
тестовые задания
19
Тема 5, 6. Элементы
физики твердого тела
СЛ-1
Занятие 4. Элементы
кристаллографии
Занятие 5. Элементы
электропроводности
1
Т-1
Лекции
№3
Практические
Элементы
квантовой
микрофизики
Слайд – лекции с применением компьютерного сопровождения
Кредитно-ориентированные
программно-дидактические
тестовые задания
Тема 8. Элементы
физики атомного ядра
Тема 9. Элементы
физики элементарных
частиц
Занятие 7. Физика
атомного ядра
СЛ-1
1
Т-1
Занятие 8.
Радиоактивность.
Ядерные реакции.
Занятие 9.
Элементарные частицы
ИТОГО:
9
Примечание.
1.
В пятом столбце (Часы) используются обозначения: СЛ – слайд-лекции, Т –
тестирование.
Согласно п. 7.3 ФГОС для данного направления, занятия, проводимые в
интерактивных формах, должны составлять не менее 20 % от аудиторных занятий.
Фактически, занятия, проводимые в интерактивных формах составляют 28 % от
аудиторной нагрузки дисциплины.
Методобеспеченность интерактивных форм обучения на лабораторных
занятиях
1. Малибашев А.В. Лабораторный практикум по курсу физики с компьютерными
моделями, /А.В. Малибашев, Юж.-Рос. Гос. Техн. Ун-т (НПИ).– Новочеркасск: ЮРГТУ
10
(НПИ), 2012 – 144 с. – Методобеспеченность –
.
25
2. Открытая физика [Электронный ресурс]: Версия 2.6: Полный интерактивный
курс физики для учащихся школ, лицеев, гимназий, колледжей, студентов техн. вузов. Ч.
1: Механика. Механические колебания и волны. Термодинамика и молекулярная физика /
под ред. С.М. Козела. - М. : ООО Физикон, 2005. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). - 20000.
3. Открытая физика [Электронный ресурс]: Версия 2.6: Полный интерактивный
курс физики для учащихся школ, лицеев, гимназий, колледжей, студентов техн. вузов. Ч.
2: Электродинамика. Электромагнитные колебания и волны. Оптика. Основы специальной
теории относительности. Квантовая физика. Физика атома и атомного ядра. - М. : ООО
Физикон, 2005. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). - 200-00.
7. МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ К ТЕСТОВОМУ КОНТРОЛЮ
ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ
При реализации программы дисциплины «Физика (спецглавы)» используются
различные образовательные технологии – аудиторные занятия проводятся в форме
лекций, практических занятий. Для контроля усвоения студентом модулей (дидактических
единиц) данного курса широко используются тестовые технологии, специальный банк
20
вопросов, ответы на которые позволяют судить об усвоении студентом данного модуля
курса или всего курса в целом.
Ниже приведены примеры тестов из различных модулей
ТЗ 1. На рисунке 1.3 изображена кривая зависимости спектральной плотности
энергетической светимости абсолютно черного тела от длины волны при температуре Т.
При температуре Т1 площадь под кривой увеличилась в 16 раз. Температура Т1
равна
1) Т / 4
2) 4Т
3) 2Т
4) Т / 2
ТЗ 2. Электрон локализован в пространстве в пределах x  1,0 мкм . Учитывая,
что постоянная Планка   1,05  10
неопределенность скорости
 x
Дж  с , а масса электрона m  9,1  10 31 кг ,
(в м/с) составляет не менее…
3) 87  10
1) 115 2) 0,115
34
3
4) 8,7
ТЗ 3. Если протон и  - частица двигаются с одинаковыми скоростями, то
отношения их длин волн де Бройля a  p равно…
1) 1 2
2) 1
3) 4
4) 2
ТЗ 4. Вероятность обнаружить электрон на
потенциального ящика с бесконечно высокими стенками
участке
(a,b)
одномерного
b
вычисляется по формуле W   dx , где  – плотность
a
вероятности, определяемая  -функцией. Если  функция имеет вид, указанный на рисунке, то вероятность
обнаружить электрон на участке
1)
2
3
2)
1
3
3)
1
2
L
5L
равна…
х
6
6
4)
5
6
ТЗ 5. На рисунке изображены стационарные орбиты атома водорода согласно
модели Бора, а также условно изображены переходы
электрона с одной стационарной орбиты на другую,
сопровождающиеся
излучением
кванта
энергии.
В
ультрафиолетовой области спектра эти переходы дают серию
Лаймана, в видимой – серию Бальмера, в инфракрасной –
серию Пашена. Наименьшей частоте кванта в серии Пашена
соответствует переход…
1) n  4  n  3
2) n  5  n  3
3) n  5  n  1
21
ТЗ 6. В атоме водорода электрон переходит с одного
энергетического уровня на другой, как показано на рисунке. В
соответствии с правилом отбора разрешенным является
переход ...
1) 4S - 3d
2) 4S – 2p
3) 4S - 1S
4) 3d - 2S
ТЗ 7. Сколько α - и β - распадов должно произойти, чтобы актиний
превратился в стабильный изотоп свинца
1) 5 α - распадов и 5 β _ - распадов
2) 4 α - распадов и 4 β _ - распадов
3) 6 α - распадов и 3 β _ - распадов
4) 5 α - распадов и 3 β _ - распадов
207
82
227
89
Ac
Pb ?
ТЗ 8. Лучшими замедляющими свойствами характеризуется
1) вода
2) цирконий
3) уран-238
4) уран-235
Для каждого вопроса существует либо один правильный ответ, либо несколько, в
зависимости от типа задания.
7.1. Вопросы или контрольные задания к модулю №1
Элементы квантовой механики (темы 1 – 3)
1. Квантовая физика и ее роля в науке и технике.
2. Тепловое излучение и люминесценция.
3. Гипотеза квантов. Формула Планка.
4. Квантовое объяснение законов теплового излучения.
5. Фотоэффект Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для
фотоэффекта.
6. Эффект Комптона.
7. Опыт Боте. Тормозное рентгеновское излучение.
8. Гипотеза де Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера. Дифракция микрочастиц.
9. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
10. Состояние микрочастицы в квантовой механике. Особенности описания
микрочастиц.
11. Волновая функция, ее статистический смысл и условия, которым она должна
удовлетворять.
12. Нестационарное и стационарное уравнение Шрёдингера.
13. Общие свойства решения уравнения Шрёдингера.
14. Свободное движение частицы.
15. Квантовая частица в одномерной потенциальной яме.
16. Одномерный потенциальный барьер и порог. Туннельный эффект.
Гармонический осциллятор.
22
17. Теория строения атома водорода. Квантово - механическая теория атома
водорода.
18. Стационарное уравнение Шрёдингера для атома водорода. Волновые функции и
квантовые числа. Спектры водородоподобных атомов. Правила отбора для
квантовых переходов.
19. Спин. Опыт Штерна и Герлаха.
20. Принцип Паули. Заполнение электронных состояний атомов.
7.2. Вопросы или контрольные задания к модулю № 2
Элементы квантовой статистики. Элементы физики твердого
тела (темы 4 – 6)
1. Строение кристаллов. Анизотропия кристаллов.
2.
Элементарная ячейка. Решетки Бравэ.
3. Дефекты кристаллических твердых тел.
4. Дислокации.
5. Квантовые системы из одинаковых частиц. Принцип тождественности
одинаковых микрочастиц.
6. Симметричные и антисимметричные состояния (волновые функции)
тождественных микрочастиц. Бозоны и фермионы.
7. Квантовые статистические распределения Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.
8.
Плотность числа квантовых состояний.
9. Вырожденные и невырожденные коллективы. Вырожденный электронный
Ферми-газ в металлах.
10. Движение электронов в периодическом поле кристалла.
11. Структура зон в металлах, полупроводниках и диэлектриках.
12. Уровень Ферми в чистых и примесных полупроводниках и его зависимость от
температуры.
13. Проводимость металлов.
14. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Температурная
зависимость проводимости полупроводников.
15. Фотопроводимость полупроводников. Процессы генерации и рекомбинации
носителей заряда.
16. Эффект Холла в металлах и полупроводниках.
17. Квантовый эффект Холла.
18. Контактные явления в полупроводниках. Электронно-дырочный (р-п)
переход.
19. Распределение электронов и дырок в р-п – переходе.
20. Равновесное состояние, прямое и обратное включение.
21. Полупроводниковый диод и его вольтамперная характеристика.
22. Транзистор.
23. Спонтанное и индуцированное излучение.
24. Инверсное заселение уровней активной среды.
25. Основные компоненты лазера. Условие усиления и генерации света.
26. Особенности лазерного излучения. Основные типы лазеров и их применение.
–
23
7.3. Вопросы или контрольные задания к модулю № 3
Элементы квантовой микрофизики (темы 7 – 9)
1. Достижения микрофизики последних десятилетий.
2. Фундаментальные взаимодействия в природе.
3. Состав атомного ядра.
4. Характеристики ядра: заряд, масса. Спин и магнитный момент ядра.
5. Ядерные силы. Свойства и обменный характер ядерных сил.
6. Дефект массы, энергия связи.
7. Ядерные превращения. Новые (экзотические) виды радиоактивности.
8. Деление ядер. Возможность использования энергии деления.
9. Основные направления современной атомной энергетики.
10. Термоядерные реакции. Принципиальная схема термоядерной реакции.
11. Термоядерная реакция на Солнце. Реакция синтеза в водородной бомбе.
12. Проблема управляемого термоядерного синтеза. Принцип магнитного
удержания плазмы. Инерционный термоядерный синтез. Другие принципиально
возможные пути управляемого термоядерного синтеза.
13. История открытия элементарных частиц.
14. Фундаментальные взаимодействия и основные классы элементарных частиц.
15. Частицы и античастицы.
16. Лептоны и адроны.
17. Кварки и глюоны. Кварковая модель адронов.
18. Квантовая хромодинамика.
19. Взаимопревращения элементарных частиц. Законы сохранения.
20. Феймановские диаграммы.
21. Космические лучи. Происхождение космических лучей.
22. Первичное и вторичное излучение. Интенсивность, состав, энергетический
спектр.
23. Взаимодействие первичного космического излучения с магнитным полем
Земли. Радиационные пояса
24. Физический вакуум.
25. Проблема объединения фундаментальных взаимодействий и создание теории
«всего».
26. Физическая картина мира. Антропный принцип.
27. Революционные изменения в технике и технологиях как следствие научных
достижений в области квантовой и ядерной физики.
7.4. ПРИМЕРЫ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ТЕКУЩЕГО
И ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ СТУДЕНТОВ
Студенту предлагается:
1) блиц тестирование (краткий промежуточный контроль),
2) полное тестирование по модулю (возможно проведение итогового тестирования
по дисциплине в целом).
Блиц тестирование проводится в течение 20 минут (ответить необходимо на 8 – 10
тестовых заданий).
Полное тестирование по модулю предлагается в течение 45 минут (ответить на 15 –
20тестовых заданий).
Для каждого вопроса существует либо один правильный ответ, либо несколько, в
зависимости от типа задания. При правильном ответе на все предложенные задания
24
студент получает отлично, при ответе на 70% – хорошо, при ответе более чем на 50%–
ставится оценка – удовлетворительно; при количестве правильных ответов менее 50 %
тест считается не сданным.
8. ВНЕАУДИТОРНАЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ И
ПОДГОТОВКА К ЭКЗАМЕНУ
Видами внеаудиторной самостоятельной работы, согласно рабочей программе,
являются: 1) плановая самостоятельная работа, 2) домашняя самостоятельная работа,
3) индивидуальная самостоятельная работа.
1. ПЛАНОВАЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
Плановая самостоятельная работа отсутствует.
2. ДОМАШНЯЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
Внеаудиторная домашняя самостоятельная работа включает:
– подготовку к лекциям,
– подготовку к практическим занятиям;
– самостоятельное изучение теоретического материала.
2.1. Внеаудиторная самостоятельная работа по практическим занятиям
Внеаудиторная домашняя самостоятельная работа по практическим
занятиям включает
– работу с конспектом лекций;
– выполнение домашних заданий;
– подготовку к студенческой институтской и региональной олимпиадам,
– выполнение индивидуальных домашних заданий.
2.2. Самостоятельное изучение теоретического материала
Учебным планом выделены часы для самостоятельного изучения отдельных
вопросов теории, о которых студентам сообщается на лекции Отчетность – конспект,
предоставляемый студентом лектору (преподавателю), опрос студента на коллоквиуме,
практическом занятии, ответы на вопросы.
В оценку выполненной внеаудиторной домашней самостоятельной работы
заложены критерии:
– логика изложения материала;
– правильность и полнота выполнения задания;
– формулировка выводов по работе;
– требуемый объем и структура работы.
Критериями оценки выполнения внеаудиторной самостоятельной работы
студентов являются
– уровень освоения учебного материала;
– умение использовать теоретические знания при выполнении практических и
индивидуальных заданий;
– обоснованность и четкость ответа на поставленные вопросы.
Управление
внеаудиторной
самостоятельной
работой
студентов
осуществляется через различные формы обучения и контроля:
– консультации (установочные, тематические), в ходе которых студент должен
осмыслить полученную информацию, а преподаватель убедиться в степени понимания
темы и при необходимости объяснить повторно;
25
– следящий контроль (проводится в форме собеседования на лабораторных и
практических занятиях или консультациях в форме собеседования, тестов, ответов),
преподаватель фронтально просматривает степень выполнения самостоятельной работы;
– текущий контроль (осуществляется в ходе проверки анализа отдельных видов
самостоятельной работы, выполненных во внеурочное время);
– итоговый контроль (в форме зачета индивидуального задания). Форма контроля
в этом случае адекватна уровням усвоения: понимание, воспроизведение, творчества.
Важное место внеаудиторная самостоятельная работа занимает в период
экзаменационной сессии. Здесь студентам предоставляются фонды библиотеки, различные
наглядные пособия.
ФОРМЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЗАЧЕТА
Зачет служит формой проверки успешного усвоения теоретического материала
на практических занятиях. Ответ студента оценивается двухбалльной системой –
зачтено, незачтено.
3ачет может проводиться
– в виде письменной работы, которая пишется под наблюдением
преподавателя продолжительностью не более 1-го академического часа;
– в виде тестирования, проводимого в дисплейном классе с использованием
ЭВМ или обычной аудитории, по тестам, разработанным преподавателями кафедры.
– в виде учебно-исследовательской работы: выполняется в течение семестра;
представляется преподавателю не позднее, чем за неделю до начала экзаменационной
сессии; защищается в виде собеседования или устного доклада в группе.
Внимание! Зачет получает студент после успешного завершения практических
занятий. Задолженность по практическим занятиям не дает права на получение зачета. Все
вопросы по ликвидации задолженностей решаются с преподавателем, ведущим данный вид
занятия на дополнительных занятиях.
При явке на зачет студент обязан иметь при себе зачетную книжку.
Пересдача зачета одному и тому же преподавателю допускается не более трех раз.
Далее пересдача зачета проводится только в форме письменной работы. Для оценки
результата заведующим кафедрой назначается комиссия в составе преподавателя, ранее
принимавшего зачет, и двух других преподавателей кафедры.
При обсуждении комиссией письменной работы допускается присутствие декана.
9. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для проведения занятий по дисциплине «Физика (спецглавы)» не требуется
специализированная аудитория. Однако при проведении коллоквиумов и для проведения
промежуточного контроля знаний с применением компьютерной техники: необходима
специализированная аудитория, например, 205 учебно-библиотечного комплекса.
26
1
10. КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН (РЕЙТИНГ - ПЛАН)
Форма 9
По дисциплине
Самостоятельная работа: 40
домашняя ___7 час.
индивидуальная _33_ час.
плановая – _________час.
«Физика (спецглавы)»
Зачет - более 50 баллов
Для студентов направления
«Горное дело»
Лекции ___16___ час.
Лаб. работы _час.
Незачет - менее 50 баллов
На 5 весенний семестр 20__/20__ г.
Лектор:
Название модуля
Лекции
Тема (балл)
Модуль 1
1-3
Элементы квантовой механики
Т1–
Т2–
Т3–
Модуль 2
4-5
Элементы квантовой статистики
Элементы физики твердого тела
Т4–
Т5–
Т6–
Модуль 3
Элементы квантовой микрофизики
6-9
Т7–
Т8–
Т9–
лабораторные
работы
№_балл
практические
занятия
(балл)
самостоят.
работа
(балл)
Рубежный
контроль
Максимальный
балл модуля
ЛЗ. 1 –
ЛЗ 2 –
ЛЗ 3 –
ПР 1 –
ПР 2 – 2,0
ПР 3 – 3,0
Т 1 – 1,0
Т 2 – 2,0
Т 3 – 2,0
(Коллоквиум)
10 баллов
P1max=20
ЛЗ 4 –
ЛЗ 5 –
ЛЗ 6 –
ПР 4 – 2,0
ПР 5 – 1,0
ПР 6 – 2,0
Т 4 – 2,0
Т 5 –2,0
Т.6 – 1,0
Коллоквиум
10 баллов
P2max=20
ЛЗ 7–
ЛЗ 8 –
ЛЗ 9 –
ПР 7 – 1,0
ПР 8 – 1,0
ПР 9 – 2,0
Т.7 – 2,0
Т 8 – 2,0
Т 9 – 1,0
Коллоквиум
10 баллов
P3max=20
40
Pзачmax=40
60 + 40
Pmax=100
Зачет
Всего по дисциплине Р
Практ..занятия _16___час.
Семинар __-______ час.
ИТОГО: ____72_____ час.
15
15
Срок контроля
Рейтинг-план
До 15 марта
До 20 апреля
До 15 мая
11. ВНЕАУДИТОРНАЯ САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ И
ПОДГОТОВКА К ЭКЗАМЕНУ
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7
8.
Наименование
Подготовка к лекциям
Подготовка к лабораторным занятиям
Подготовка к практическим занятиям
Подготовка к семинарским занятиям
Плановая работа
Индивидуальная работа
Домашняя работа
Подготовка к зачету
ИТОГО
2
Всего, час.
5
3
–
–
33
7
5
53