Требования к уровню освоения содержания разделов

Уральский государственный экономический университет

КВАНТОВАЯ ОПТИКА.

ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ.

АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ

ФИЗИКА

Пособие для самостоятельной работы по физике

УТВЕРЖДАЮ

Первый проректор университета

_____________ М.С. Марамыгин

Екатеринбург

2011 г.

Рекомендовано к изданию научно-методическим советом

Уральского государственного экономического университета

Составители: Б.И. Бортник, Л.М. Веретенников, А.В. Кожин,

Н.П. Судакова

ВВЕДЕНИЕ

Данное методическое пособие предназначено для организации самостоятельной работы студентов очной формы обучения специальностей «Машины и аппараты пищевых производств», «Технология продуктов общественного питания» и «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий» по изучению разделов курса общей физики (квантовая оптика, основы квантовой механики, атомная и ядерная физика) и контроля этой работы.

Для самостоятельной работы по изучению данных разделов в пособии приведена соответствующая часть программы и перечень литературы. Студентам рекомендуется придерживаться одного основного пособия, а по отдельным вопросам, недостаточно раскрытым в основном пособии, другими учебниками.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Требования к уровню освоения содержания разделов

Согласно Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования государственные требования к уровню подготовки студента предполагают, что в результате изучения разделов дисциплины «Физика» (квантовая оптика, основы квантовой механики, атомная и ядерная физика) приобретаются знания:

об ограниченности теорий и моделей классической физики;

об опытных обоснованиях и основных принципах квантовой теории;

об истории формирования представлений о структуре микромира;

о фундаментальных взаимодействиях и масштабах их проявления;

об использовании явлений квантовой физики в современных высоких технологиях.

В ходе изучения разделов должны быть сформированы умения использовать:

фундаментальные понятия, законы и модели квантовой теории, атомной и ядерной физики для решения различных задач, в том числе прикладных;

методы теоретического и экспериментального исследования явлений и явлений квантовой оптики, атомной и ядерной физики;

методы оценки достоверности результатов и точности измерений;

приемы оценки численных порядков величин, характерных для данных разделов физики.

2.2. Объем разделов и виды учебной работы

2.2.1. Дляспециальности 260601 «Машины и аппараты пищевых производств»

2.2.2. Дляспециальности 260501 «Технология продуктов общественного питания»

2.2.3. Дляспециальности 260202 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий»

Содержание разделов программы

Квантовая физика

1. Квантовая оптика

1.1. Тепловое излучение

Тепловое излучение. Лучеиспускательная и поглощательная способность. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана. Законы Вина. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Закон Релея-Джинса. Квантовая гипотеза и формула Планка для распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела.

1.2. Фотоэффект и эффект Комптона

Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Квантовый характер испускания света. Фотоны. Уравнение Эйнштейна. Внутренний фотоэффект. Фотоэлементы. Эффект Комптона. Давление света. Единство корпускулярно-волновых свойств электромагнитного излучения.

6.1.Квантовая оптика

6.1.1. Тепловое излучение

Тепловое излучение. Лучеиспускательная и поглощательная способность. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана. Законы Вина. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Закон Релея-Джинса. Квантовая гипотеза и формула Планка для распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела..

6.1.2. Фотоэффект и эффект Комптона

2. Элементы квантовой механики

2.1. Волновые свойства частиц вещества

Двойственная корпускулярно-волновая природа вещества. Волны де-Бройля. Дифракция электронов и ее применение. Волновые свойства микрочастиц. Нейтронография. Соотношения неопределенностей Гейзенберга. Границы применимости понятий классической физики к микрообъектам.

2.2. Основы квантовой механики

Волновая функция. Принцип суперпозиции. Уравнение Шредингера. Операторы физических величин. Стационарные состояния. Частица в одномерной потенциальной яме. Собственные волновые функции частицы. Квантование энергии и импульса. Туннельный эффект.

3. Строение атома

Опыт Резерфорда. Ядерная модель атома. Модель Бора для атома водорода. Атомные спектры. Постулаты Бора. Квантово-механическое описание атома водорода. Энергетический спектр атома водорода. Квантовые числа. Спин электрона. Опыты Штерна и Герлаха. Многоэлектронные атомы Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям. Природа химической связи. Рентгеновские спектры. Закон Мозли.

4. Излучение и поглощение света веществом света с веществом

Молекулярные спектры. Поглощение и излучение света при люминесценции. Виды люминесценции и ее применение. Закон Стокса. Спонтанное и вынужденное излучение. Активная среда. Методы получения инверсного заселения уровней. Лазеры и основные характеристики их излучения.

5. Физика конденсированного состояния

Элементы зонной теории твердых тел. Обобществление электронов в кристалле. Энергетические зоны в кристалле. Распространение электронов по энергетическим зонам. Металлы, диэлектрики, полупроводники в зонной теории. 6.5. Физика конденсированного состояния.

Элементы зонной теории твердых тел. Обобществление электронов в кристалле. Энергетические зоны в кристалле. Распределение электронов по энергетическим зонам. Металлы, диэлектрики, полупроводники в зонной теории. Электропроводность полупроводников. Собственная проводимость полупроводников. Электроны проводимости и дырки. Примесная проводимость. Электронные и дырочные полупроводники, p-n переход и его применение

6. Элементы квантовой статистики

Принцип неразличимости тождественных частиц. Понятие о квантовой статистике Бозе-Эйнштейна. Фотонный и фононный газы. Распределение фононов по энергиям. Сверхтекучесть. Понятие о квантовой статистике Ферми-Дикара. Распределение электронов проводимости в металле по энергиям. Энергия Ферма. Уровень Ферми. Внутренняя энергия и теплоемкость газа. Электропроводность металлов. Сверхпроводимость.

. Контактные явления.

6.6. Элементы квантовой статистики

Принцип неразличимости тождественных частиц. Понятие о квантовой статистике Бозе-Эйнштейна. Фотонный и фононный газы. Распределение фононов по энергиям. Сверхтекучесть. Понятие о квантовой статистике Ферми-Дирака. Распределение электронов проводимости в металле по энергиям. Энергия Ферми. Уровень Ферми. Внутренняя энергия и теплоемкость электронного газа. Электропроводность металлов. Сверхпроводимость.

7. Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц

7.1. Строение и свойства атомных ядер

Физические свойства атомных ядер. Массовое и зарядовое числа. Изотопы. Составные части атомного ядра. Нуклоны, их превращение. Взаимодействие нуклонов, особенности ядерных сил. Дефект масс, энергия связи и устойчивость ядер. Энергия связи на один нуклон как функция массового числа.

7.2. Радиоактивность

Радиоактивные излучения. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Активность. Экспериментальные методы регистрации частиц. Закономерности альфа- и бета-распада. Нейтрино. Возбужденные состояния ядра. Гамма-лучи, их взаимодействие с веществом. Законы сохранения в микромире.

7.3. Ядерные реакции

Энергетический эффект ядерных реакций. Реакция деления ядра. Искусственное получение изотопов. Цепная реакция деления. Понятие о ядерной энергетике. Термоядерные реакции. Энергия Солнца и звезд.

7.4. Элементарные частицы

Понятие элементарного в физике микромира. Фундаментальные взаимодействия. Обменная теория взаимодействий. Элементарные частицы, их классификация по видам взаимодействия. Взаимопревращаемость элементарных частиц.

. Частицы и античастицы.