Примерная тематика рефератов, докладов и
Актуальность и необходимость изучения курса
Возникновение радиомеханики и совершенствования других технических средств изучения физических явлений привело в конце 19-го века к открытию электронов, рентгеновских лучей и радиоактивности. Появилась возможность исследования отдельных атомов и молекул. При этом выяснилось, что классическая физика не в состоянии их взаимодействия с электромагнитным излучением.
Квантовая механика является теорией, лежащей в основе объяснения свойств атомов, молекул и атомных ядер. Поэтому изучение квантовой механики необходимо для понимания и использования свойств атомных ядер, атомов, молекул, для понимания химических свойств атомов и молекул и химических реакций, для понимания явлений, происходящих в биологии, астрофизике.
Цель и задачи курса
Целью изучения раздела «Квантовая механика» является представление физической теории как результат развития науки на современном этапе и обобщение наблюдений, практического опыта и эксперимента, формировать у будущего специалиста четкое понимание основных физических явлений законов и процессов, умение выражать связи между физическими явлениями и величинами в математической форме эффективно применять общие законы квантовой механики для решения конкретных теоретических и практических задач в данной области.
Перед курсом теоретической физики ставятся следующие педагогические задачи:
- теоретически обобщить совокупность знаний студентов по
курсу общей физики, дать единую физическую картину мира:
- познакомить студентов с математическими методами
исследования и математическим аппаратом, применяемым в
основных разделах теории для решения конкретных задач;
- дать прочную теоретическую основу для преподавания
курса физики в средней школе
Знания и умения
Студент должен: знать - физические описания окружающего мира.
- основные закономерности протекания квантовых
элементарных взаимодействий в программе;
- экспериментальные методы и способы обработки
результатов измерений:
уметь - правильно соотносить содержание задач с общими законами физики, эффективно применять эти законы для решения конкретных задач в области микромира; - строить математические модели физических явлений и
использовать для изучения этих моделей математический аппарат;
- использовать при работе справочную и учебную литературу, находить другие необходимые источники информации и работать с ними.
4. Переквизиты :
Классическая механика, основы специальной теории относительности, электродинамика, методы математической физики.
Постреквизиты: Статическая физика и термодинамика, основы физической кинетики, теория ядра и элементарных частиц.
Описание курса
Курс состоит из 15 часов лекций и 15 часов практических занятий. Которые затрагивают основные разделы «Квантовой механики: физические основы квантовой механики, простейшие одномерные задачи квантовой механики, математический аппарат и основные законы квантовой механики, атом водорода и водородоподобные системы».
СРСП будет осуществляться в виде реферативной работы с последующей ее защитой, в виде выполнения рейтинговых и других заданий и индивидуального консультирования студента.
СРС - это работа студента в библиотеках города и ВУЗа с целью подготовки к лекционным и практическим занятиям, а также для выполнения разного рода заданий, предложенных студенту преподавателем.
Содержание курса
6.1. Календарно-тематическии план лекций
| № | Дата недели | Номер, название модуля и темы лекции. Краткое содержание лекции. | Количество часов | Методы активизации познаватель- ной деятельности | Знания и умения, формируемые у студента | ||||||
| 1-2 | Эксперименталь- ные и теоретические предпосылки квантовой механики, обнаружение корпускулярных свойств света. Полуклассическая теория Бора. | Наглядные пособия, плакаты | Знать основные закономерност и протекания квантовой, элементарных взаимодейст- вий в природе и эффективно применять эти законы для решения конкретных задач в области микромира. | ||||||||
| Корпускулярно- волновой дуализм. Волновая функция. Принцип супорпозиции состояния. Волновой пакет. | Проблемное изложение. | Знать основные закономерност и протекания квантовой, элементарных взаимодейст- вий в природе и эффективно применять эти законы для решения конкретных задач в области микромира | |||||||||
| Соотношения неопределенностей Гейзенберга. Соотношение неопределенностей для энергии и время. | Проблемное изложение. | Знать основные закономерност и протекания квантовой, элементарных взаимодействий в природе и эффективно применять эти законы для решения конкретных задач в области микромира | |||||||||
| Основное уравнение квантовой механики. Стационарное уравнение Шредингера. Плотность потока вероятности. | Проблемное изложение. | Знать основные закономерност и протекания квантовой, элементарных взаимодействий в природе и эффективно применять эти законы для решения конкретных задач в области микромира | |||||||||
| 6-7 | 6-7 | Уравнение Шредингера для частицы движущейся в одномерном потенциальном | Проблемное изложение. | Знать основные закономерност и протекания квантовой, элементарных взаимодейст- | |||||||
| поле. Частица в одномерной прямоугольной потенциальной яме. Туннельный эффект. | вий в природе и эффективно применять эти законы для решения конкретных задач в области микромира | ||||
| Линейные операторы. Собственные функции и собственные значения операторов. | Проблемное изложение. | - Знать основные закономерност и протекания квантовой, элементарных взаимодействий в природе и эффективно применять эти законы для решения конкретных задач в области микромира | |||
| 9-10 | 9-10 | Математический аппарат квантовой механики. Изменение средних значений физических величин со временем. Условие одновременного измерения наблюдаемых величин. | Проблемное изложение. | Знать основные закономерност и протекания квантовой, элементарных взаимодействий в природе и эффективно применять эти законы для решения конкретных задач в |
| области микромира | |||||
| 11-12 | 11-12 | Уравнения движения в форме Гейзенберга. Уравнения Гамильтона. Теорема Эренфеста. Переход от квантовых соотношении к классическим. | Проблемное изложение. | Знать основные закономерност и протекания квантовой, элементарных взаимодействий в природе и эффективно применять эти законы для решения конкретных задач в области микромира | |
| 13-14 | 13-14 | Законы сохранения. Движение частицы в центрально-симметричном поле. Решения угловой части уравнения Шредингера. | Проблемное изложение. | Знать основные закономерност и протекания квантовой, элементарных взаимодействий в природе и эффективно применять эти законы для решения конкретных задач в области микромира | |
| Атом водорода. Спин электрона. Оператор спина. Принцип тождественности частиц и Паули. | Проблемное изложение. | Знать основные закономерност и протекания квантовой, элементарных взаимодействий в природе |
| и эффективно применять эти законы для решения конкретных задач в области микромира |
6.2. Календарно-тематический план практических занятий
| № | Неделия | Номер и название Модуля и темы занятий | Количество часов | Форма проведе- ния занятий | Форма контроля | Знания и умения формирова- ния у студента |
| 1-2 | 1-2 | Волновые свойства микрочастиц | Решение задач | Проверка домаш- них заданий | Студент должен знать физические законы и закономер- ности и должен уметь самостоятельн о составить мат. уравнение, вывести формулы. | |
| 3-5 | 3-5 | Теория Бора. Соотношения неопределен- ностей Гейзанберга. Уравнения Шредингера. | Решение задач | Проверка домаш- Них заданий | Студент должен знать физические законы и закономер- ности и должен уметь самостоятельн о составить | |
| мат. уравнение, вывести формулы. | ||||||
| 6-8 | 6-8 | Одномерное движение. Уравнение Шредингера. | Решение задач | Тес. Контроль -нал работа | Студент должен знать физические законы и закономерности и должен уметь самостоятельн о составить мат. уравнение, вывести формулы. | |
| 9-11 | 9-11 | Математическ ий аппарат квантовой механики. | Решение задач | Проверка домашних заданий | Студент должен знать физические законы и закономерности и должен уметь самостоятельн о составить мат. уравнение, вывести формулы. | |
| 12-13 | 12-13 | Частица в центрально-симметрично м поле. | Решение задач | Проверка домашних заданий | Студент должен знать физические законы и закономерности и должен уметь самостоятельн о составить |
| мат. уравнение, вывести формулы. | ||||||
| 14-15 | 14-15 | Спин. Магнитные свойства атомов. | Решение задач | Физический диктант | Студент должен знать физические законы и закономерности и должен уметь самостоятельн о составить мат. уравнение, вывести формулы. |
| 6.3 | Перечень заданий студенту по СРС | |||||
| № | Темы занятий | Задание | Рекомендуемая литература | Форма контроля | Срок сдачи | Максимальный балл |
| Эффект Комптона. | Прочитать и конспектировать | 3, Глава 1 §1.3 | Сдать устно | 2 неделя | ||
| Явление фотоэффекта | Прочитать и конспектировать | 3, Глава 1 §1.3 | Сдать устно | 4 неделя | ||
| Закон сохранения числа частиц. | Прочитать и конспектировать | 3, Глава 1 §3.4 | Сдать устно | 6 неделя | ||
| Финитное и инфинитное движение. | Прочитать и конспектировать | 3, Глава 2 §5.1 | Сдать устно | неделя | ||
| Операторы и допустимые значения физических | Прочитать и конспектировать | 3, Глава 3 §8.2 | Сдать устно | 10 неделя | ||
| Возможные значения физических величин | Прочитать и конспектировать | 3, Глава 3 §8.2 | Сдать устно | 12 неделя | ||
| Водородоподобные системы | Прочитать и конспектировать | 3, 4Глава 3 §11,4 | Сдать устно | неделя |
Литература
Основная литература
1.Куренкеев Т.Б. Квантовая механика. А.Галым, 2003.
2.Левич В.Г. Курс теоретической физики. М., Наука, 1969.
3.Мултановский В.В., Василевский А.С.Курс теоретической
физики. Квантовая механика. М, Просвещение, 1991.
4.Блохинцев Д.И. Основы квантовой механики. М., Высшая
школа, 1963.
5.Серова Ф.Г., Янкина А.А. Сборник задач по теоретической
физике, М., Просвещение, 1979.
Дополнительная литература
1.Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика, т.З.
Квантовая механика, М., Наука, 1973.
2.Грашин А.Ф., Квантовая механика, М., Просвещение, 1974.
Примерная тематика рефератов, докладов и
Экзаменационных вопросов
1.Проблема стабильности атомов и изучения света аномалии.
2.Сплошной спектр.
3.Линейчатый спектр. .,
4.Проблема абсолютно черного тела.
5.Гипотеза Планка.
6.Энергия и импульс фотона.
7.Фотоэффект и эффект Комптона.
8.Опыты Франка и Герца.
9.Постулаты Бора.
10.Корпускулярно-волновой дуализм.
11.Опыт Дэвиссона.
12.Эксперимент с электронами.
13.Волновая функция.
14.Плотность вероятностей.
15.Условие нормировки.
16.Принцип суперпозиции.
17.Связь волновой функции с принципом суперпозиции.
18.Волновой пакет.
19.Соотношения неопределенностей Гейзенберга.
20.Соотношение неопределенностей для энергии и время.
21.Основное уравнение квантовой механики.
22.Стационарное уравнение Шредингера.
23.Зависимость функции состояния от времени.
24.Плотность потока вероятности.
25.Вероятность обнаружения частицы в заданном объеме.
26.Уравнение Штурм-Лиувилля.
27.Одномерная прямоугольная потенциальная яма.
28.Сила, действующая на границе ямы.
29.Волновая функция частицы в потенциальной яме.
30.Коэффициенты отражения (R) и прозрачности (D) ямы при
E>U.
31.Волновая функция при E<U.
32.Гармонический осциллятор.
33.Энергия нулевых колебаний.
34.Линейные операторы.
35.Сумма операторов и коммутирующие операторы.
36. Собственные функции и собственные значения
операторов.
37.Самосопряженные или эрмитовые операторы.
38.Математический аппарат квантовой механики.
39.Операторы радиуса - вектора, импульса, момента импульса
кинетической и потенциальной энергии.
40.Оператор Гамильтона и основное уравнение квантовой
механики.
41.Измерение средних значений физических величин.
42.Изменение средних значений по времени.
43.Уравнения движения в форме Гейзенберга.
44.Квантовые уравнения Гамильтона.
45.Теорема Эренфеста.
46.Движения частиц в центрально-симметричном поле.
47.Атом водорода.
48.Спин электрона.
49.Квантовая числа.
50.Радиальное уравнение Шредингера.