Рабочая программа учебной дисциплины атомная физика специальность 010803. 65. «Микроэлектроника и полупроводниковые приборы»

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Специальность 010803.65. «Микроэлектроника и полупроводниковые приборы»

Форма подготовки – очная

АННОТАЦИЯ КУРСА

"Атомная физика"

• 
  квантовая механика,
  
• 
  физика атомного ядра и элементарных частиц,
  
• 
  атомная и молекулярная спектроскопия,
  
• 
  теория строения молекул (квантовая химия),
  
• 
  физика конденсированного состояния,
  
• 
  физика лазеров и лазерная физика,
  
• 
  физика магнитных явлений,
  
• 
  физика твердого тела,
  
• 
  физическая химия,
  
• 
  биофизика.
  

• 
  основные эксперименты, иллюстрирующие природу объектов и явлений наномира,
  
• 
  основные принципы и соотношения, которые вытекают из этих экспериментов,
  
• 
  порядки величин в атомном мире,
  
• 
  простейшие уравнения, описывающие особенности поведения атомных систем,
  
• 
  базовые термины квантовой механики,
  
• 
  существенные закономерности возникновения и развития фундаментальных физических теорий.
  

• 
  самостоятельно работать с учебной литературой,
  
• 
  объяснить суть рассмотренных в ходе изучения курса экспериментов, их значение для развития науки,
  
• 
  составить уравнения для простейших случаев поведения наночастиц, получить и проанализировать их решения,
  
• 
  вывести основные соотношения между физическими величинами следующие из постулатов теории или из результатов эксперимента,
  
• 
  оценить численные значения характерных величин для конкретного состояния частицы, проводить вычисления с требуемой степенью точности;
  
• 
  правильно понимать и использовать квантовомеханические термины, в частности, относящиеся к описанию атомных состояний и переходов.
  

• 
  Quantum Mechanics,
  
• 
  Nuclear and Elementary Particle Physics,
  
• 
  Atomic and Molecular Spectroscopy,
  
• 
  Theory of Molecular Structure (Quantum Chemistry),
  
• 
  Physics of Condensed Matter,
  
• 
  Laser Physics,
  
• 
  Physics of Magnetic Phenomena,
  
• 
  Physics of Solid State,
  
• 
  Physical Chemistry,
  
• 
  Biophysics.
  

• 
  basic experiments revealing the origin of nano objects and phenomena;
  
• 
  fundamental principles and relations which derive from these experiments;
  
• 
  orders of quantity values of the atomic realm;
  
• 
  the simplest equations to feature a behavior of atomic systems;
  
• 
  basic quantum mechanical terms;
  
• 
  substantial regularities of genesis and development of physical theories.
  

• 
  to make use of scientific literature;
  
• 
  to expound the results of principle experiments of atomic physics and their significance for science;
  
• 
  to draw up equations for the simplest cases of behavior of nano-particles, to obtain and analyze their solutions;
  
• 
  to derive the basic relations between physical quantities that spring out of experimental results or theoretical principles;
  
• 
  to estimate numerical values of quantities for a particular state of a particle, to make calculations with a proper accuracy;
  
• 
  to understand and use correctly basic terms of quantum mechanics, in particular, those referring to description of atomic states and transitions.
  

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (34 часа)

1. 
   Строение атома, дискретность атомных состояний (8 часов)
   

1. 
   Модели строения атома.
   
2. 
   Закономерности в атомных спектрах. Комбинационный принцип.
   
3. 
   Опыты по рассеянию α-частиц. Ядерная модель атома.
   
4. 
   Постулаты Бора.
   
5. 
   Опыты Франка и Герца.
   
6. 
   Элементарная боровская теория атома водорода. Принцип соответствия.
   
7. 
   Водородоподобные атомы.
   

2. 
   Элементы квантовой механики (8 часов)
   
   1. 
      Гипотеза де Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера.
      
   2. 
      Принцип неопределенности.
      
   3. 
      Уравнение Шредингера. Смысл пси-функции.
      
   4. 
      Квантование момента импульса. Квантование энергии.
      
   5. 
      Электрон в прямоугольной потенциальной яме.
      
   6. 
      Гармонический осциллятор.
      
3. 
   Физика атомов и молекул (10 часов)
   
   1. 
      Атом водорода.
      
   2. 
      Спектры щелочных металлов.
      
   3. 
      Ширина спектральных линий.
      
   4. 
      Мультиплетность спектров и спин электрона.
      
   5. 
      Результирующий механический момент многоэлектронного атома. Обозначения атомных состояний.
      
   6. 
      Магнитный момент атома.
      
   7. 
      Эффекты Зеемана и Штарка.
      
   8. 
      Принцип Паули. Распределение электронов по энергетическим состояниям атома.
      
   9. 
      Периодическая система элементов Менделеева.
      
   10. 
       Рентгеновские спектры. Закон Мозли.
       
   11. 
       Молекула. Адиабатическое приближение. Молекула водорода. Молекулярные спектры. Спектры двухатомных молекул.
       
4. 
   Макроскопические квантовые явления (6 часов)
   
   1. 
      Спонтанное и вынужденное излучение. Коэффициенты Эйнштейна. Лазеры.
      
   2. 
      Сверхпроводимость, сверхтекучесть, их квантовая природа.
      

STRUCTURE AND CONTENCE OF THE THEORETICAL PART OF THE COURSE

1. 
   Structure of atom, discreteness of atomic states (8 units)
   

1. 
   Models of atomic structure.
   
2. 
   Regularities in atomic spectra. Combinational rule.
   
3. 
   Experiments on scattering of particles. Nuclear model of atom.
   
4. 
   Bohr’s relations.
   
5. 
   Frank-Hertz experiments.
   
6. 
   Bohr’s theory of hydrogen atom. Correspondence principle.
   
7. 
   Hydrogenlike atoms.
   
1. 
   Basics of quantum mechanics (8 units)
   
   1. 
      De Broglie hypothesis. Davisson and Germer experiments.
      
   2. 
      Indeterminacy principle.
      
   3. 
      Schrödinger equation. The meaning of psi-function.
      
   4. 
      Quantization of a momentum. Energy quantization.
      
   5. 
      Electron in a square-well potential.
      
   6. 
      The harmonic oscillator.
      
2. 
   Physics of atoms and molecules (16 units)
   
   1. 
      The hydrogen atom.
      
   2. 
      Alkali metals.
      
   3. 
      Spectral line widths.
      
   4. 
      Multiplicity in spectra and electron spin.
      
   5. 
      Net moment of momentum of a many-electon atom. The notation of atomic states.
      
   6. 
      Magnetic momentum of atom.
      
   7. 
      Zeeman and Stark effects.
      
   8. 
      Pauli principle. Electron filling energy states of the atom.
      
   9. 
      Mendeleev’s periodic table.
      
   10. 
       X-ray spectra. Moseley’s law.
       
   11. 
       A molecule. Adiabatic approximation. Hydrogen molecule. Molecular spectra. Diatomic molecule spectrum.
       

КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА

1. 
   Тематика контрольных работ по теории.
   
   1. 
      Опыты Дэвиссона и Джермера. Гипотеза и уравнения де Бройля.
      
   2. 
      Соотношение неопределенностей.
      
   3. 
      Опыт Франка и Герца.
      
   4. 
      Правила квантования по Бору. Атом водорода.
      
   5. 
      Спектры щелочных металлов.
      
   6. 
      Мультиплетность спектров и спин электрона.
      

2. 
   Контрольные вопросы к лабораторным работам содержатся в методических указаниях к каждой работе.
   

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

1. 
   Куартон, Л.А. Задачи по атомной физике: методическое пособие для студентов 3 курса школы естественных наук / Л.А. Куартон. – Владивосток. – ДВФУ, 2012. – 34 с.
   
2. 
   Куартон, Л.А. Практикум по атомной физике: методические указания к лабораторным работам для студентов 3 курса ШЕН ДВФУ / Л.А. Куартон, О.Б. Рябченко. – ДВФУ, 2012. – 109 с.
   
3. 
   Иродов, И.Е. Квантовая физика. Основные законы: учеб. пособие для вузов / И.Е. Иродов. – М. : БИНОМ, 2007. – 256 с.
   
4. 
   Матвеев, А.Н. Атомная физика: учеб. пособие для вузов. – М. : Оникс, Мир и Образование, 2007. − 432 с.
   
5. 
   Варламов В.В., Ишханов Б.С., Комаров С.Ю. Атомные ядра. Основные характеристики: учебное пособие. - М.: Университетская книга, 2010. - 334 с. http://window.edu.ru/resource/652/74652
   
6. 
   Макиенко А.В. Атомная физика. Практикум по решению задач. - Томск: Изд-во ТПУ, 2003. - 81 с. http://window.edu.ru/resource/308/75308
   
7. 
   Кислов А.Н. Атомная физика: Учебное пособие. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. - 142 с. http://window.edu.ru/resource/628/28628
   

1. 
   Строение электронной оболочки атома: пособие для вузов / Э.В. Шпольский − 5-изд. учеб. – М. : Наука, 1984. − 438 с.
   
2. 
   Добрецов, Л.Н. Атомная физика: учеб. пособие для вузов / Л.Н. Добрецов – М. : Изд-во физ.-мат. лит., 1960. - С. 62 - 81.
   
3. 
   Сивухин, Д.В. Атомная и ядерная физика (Т.5 Общего курса физики): учеб. пособие для вузов / Д.В. Сивухин. – М. : ФИЗМАТЛИТ-МФТИ, 2002. – 782 с.
   
4. 
   Шпольский, Э.В. Атомная физика. Т. 1. Введение в атомную физику: учеб. пособие для вузов / Э.В. Шпольский − 7-изд. – М. : Наука, 1984. − 552 с.
   
5. 
   Шпольский, Э.В. Атомная физика. Т. 2. Основы квантовой механики и
   

6. 
   Добрецов, Л.Н. Атомная физика: учеб. пособие для вузов / Л.Н. Добрецов – М. : Изд-во физ.-мат. лит., 1960. - С. 62 - 81.
   
7. 
   Атомная спектроскопия: учеб. пособие для вузов / М.А. Ельяшевич – М. : ЛИБРОКОМ, 2008. – 416 с.
   
8. 
   Типлер, П.А. Современная физика: В 2-х т.: учеб. пособие для вузов, Т. 2/ П.А. Типлер, Р.А. Ллуэллин: Пер. с англ. – М. : Мир, 2007. – 416 с.
   
9. 
   Муравлева, Л.В. Тестовые задания по квантовой и ядерной физике: Ч. 6. / Л.В. Муравлева, В.А. Семин. –– Тула : ТГУ, 2007.– 40 с.
   
10. 
    Гинзбург, В.Л. Сборник задач по общему курсу физики. - Кн. 5. Атомная физика. Физика ядра и элементарных частиц. / В.Л. Гинзбург, Л.М. Левин, М.С. Рабинович, Д.В. Сивухин. –– под. ред. Д.В. Сивухина. – М. : Физматлит; ЛАНЬ, 2006. – 184 с.
    
11. 
    Иродов, И.Е. Задачи по квантовой физике. 2-е изд. учеб. пособие для вузов / И.Е. Иродов. − М.: Бином. Лаборатория знаний, 2006. − 216 с.
    
12. 
    Савельев, И.В. Сборник вопросов и задач по общей физике: учеб. пособие для вузов / И.В. Савельев. – М. : ЛАНЬ, 2005. – 288 с.
    
13. 
    Engel, T. Quantum Chemistry and Spectroscopy / T. Engel. – Pearson Education, 2005. – 490 p.
    
14. 
    Анищенко, И.А. Оптика и атомная физика. / И.А. Анищенко, А.А. Задерновский, М.М. Зверев и др. М. : МГУРЭА, 2002. – С. 48 – 56.
    
15. 
    Красильников, С.С. Сто одиннадцать задач по атомной физике. / С.С. Красильников, А.М. Попов, О.В. Тихонова. – М. : МГУ, 2001. – 18 с.
    
16. 
    Young, Hugh D. University Physics (with Modern Physics) / Hugh D. Young, Roger A. Freedman. – USA-Canada : Addison Wesley Longman, 2000. – 1513 p.
    
17. 
    Jones, Edwin R.. Contemporary College Physics. – International Edition /Edwin R. Jones, Richard L. Childers. – WCB-McGraw-Hill, 1999. – 1025 p.
    
18. 
    Вихман, Э. Квантовая физика. / Э. Вихман. – М. : Наука, 1974. – 416 с.
    
19. 
    Борн, М. Атомная физика. / М. Борн. – М. : Мир. - 1970. – 496 с.
    
20. 
    Герцберг, Г. Спектры и строение простых свободных радикалов / Г. Герцберг. – М. : Мир, 1974. – 208 с.
    
21. 
    Фриш, С.Э. Оптические спектры атомов. / С.Э. Фриш. – М.-Л. : Государственное изд-во физ.-мат. литературы, 1963. – 640 c.
    
22. 
    Портис, А. Физическая лаборатория (Берклеевский курс физики) / А. Портис. - М. : Наука, 1972. – 320 с.
    
23. 
    Гольдин, Л.Л. Лабораторные занятия по физике: учебное пособие / Л.Л. Гольдин, Ф.Ф. Игошин, С.М. Козел, В.В. Можакев, Л.В. Ногинова, Ю.А. Самарский, Ф.В. Францессон. – М. : Наука, 1983. – С. 527 – 532.
    
24. 
    Кнойбюль, Ф.К. Пособие для повторения физики: справочник / Ф.К. Кнойбюль. – М. : Энергоиздат, 1981. - 254 с.
    
25. 
    Хьюбер, К-П. Константы двухатомных молекул: справочник в 2-х ч. / К-П. Хьюбер, Г. Герцберг. − М.: Мир, 1984.
    
26. 
    Мальцев, А.А. Молекулярная спектроскопия: учебное пособие / А.А. Мальцев. – М. : МГУ, 1980. – 272 с.