П Р О Г Р А М М А

УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
____________Д.А. Зубцов
«_____»____________ 2014 г.
ПРОГРАММА
по курсу: Волновая и атомная физика
по направлению: 511600
факультет: ФНБИК
кафедра: физики и физического материаловедения
курс: 3
семестр: 5
лекции: 32 час
практические (семинарские) занятия: 32 часа
лабораторные занятия: нет
самостоятельная работа: 2 часа в неделю
экзамен: нет
зачёт: 2 семестр (с оценкой)
ВСЕГО ЧАСОВ: 64
Программу и задание составили:
к.ф.-м.н., Ситников Михаил Геннадьевич
Программа обсуждена на заседании кафедры физики и
физического материаловедения ____ мая 2014 года
Заведующий кафедрой
Согласовано:
Заведующий кафедрой
общей физики
А.Л. Барабанов
А.В. Максимычев
Электродинамика.
Лекция 1
Основные
экспериментальные
результаты
по
внешнему фотоэффекту. Уравнение Эйнштейна, гипотеза
квантов света. Эксперимент Комптона по рассеянию
рентгеновских лучей на легких ядрах, вывод изменения
длины волны квантов при рассеянии на свободных
электронах, комптоновская длина волны. Уравнения,
описывающие взаимодействие фотона с произвольной
системой как обмен энергией и импульсом путем рождения и
уничтожения квантов. Интерпретация плотности энергии
электромагнитной волны как вероятность обнаружения
фотона в заданном элементе пространства.
Лекция 2
Плотность состояний, фазовый объем, приходящийся
на одно квантовое состояние. Вывод формулы Планка для
равновесного излучения абсолютно черного тела. Закон
смещения Вина. Анализ формулы Планка в предельных
случаях больших частот (квантовый предел) и малых частот
(формула Рэлея–Джинса). Классическая интерпретация
формулы Рэлея–Джинса.
Лекция 3
Интегральные
характеристики
равновесного
теплового излучения – плотность энергии равновесного
излучения, интенсивность излучения, светимость. Законы
Кирхгофа,
Ламберта,
Стефана-Больцмана.
Цветовая,
яркостная и радиационная температуры тела. Двухуровневая
квантовая система в поле равновесного излучения, принцип
детального равновесия, спонтанные и индуцированные
переходы. Прохождение излучения через среду, условие
усиления (инверсная заселенность уровней). Принципы
создания инверсной заселенности в трехуровневой и
четырехровневой системах.
Лекция 4
Гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц,
волновая функция свободной частицы (волна де Бройля).
Опыты Девиссона-Джермера и Томсона по дифракции
электронов. Связь волновых свойств частиц с ее
механическими характеристиками. Длина волны де Бройля
нерелятивистской частицы. Критерий квантовости системы.
Вероятностная интерпретация волновой функции.
Лекция 5
Закономерности оптических спектров атомов,
формула Бальмера. Открытие атомного ядра и планетарная
модель атома Резерфорда. Постулаты Бора, боровский
радиус, формула для энергии электронов атома водорода.
Характеристическое рентгеновское излучение (закон Мозли).
Лекция 6
Магнитный орбиталь-ный момент электронов,
гиромагнитное отношение, g-фактор, магнетон Бора. Опыты
Штерна–Герлаха – демонстрация дискретности магнитного
момента, обнаружение магнитных дублетов. Гипотеза
Уленбека и Гаудсмита о спине электрона, спиновый gфактор. Опыты Эйнштейна и де Гааза (спиновая природа
магнетизма твердых тел). Векторная модель сложения
спинового и орбитального моментов электрона, фактор
Ланде.
Лекция 7
Классификация водородоподобных атомов: главное,
радиальное и орбитальное квантовые числа. Вырождение
уровней в кулоновском поле (кратность вырождения).
Правило Хунда. Качественное объяснение закономерностей
таблицы Менделеева (до аргона), спектроскопическая запись
состояния атома, электронная конфигурация элементов,
последовательность заполнения состояний. Скачкообразное
изменение химических свойств при заполнении p-оболочки,
магические числа (инертные газы). Спин-орбитальное
взаимодействие, тонкая и сверхтонкая структура атомных
уровней.
Лекция 8
Эффект Зеемана (слабое и сильное магнитное поле)
на примере 3P–3S-переходов.
Лекция 9
Ядерный и электронный магнитный резонанс.
Лекция 10
Радиоактивность. Закон радиоактивного распада,
константа распада, период полураспада, среднее время
жизни, вековое уравнение. Альфа-распад, закон Гейгера–
Нэттола и его вывод (формула Гамова). Гамма-излучение,
изомерия ядер. Бета-распад, энергетический спектр бетараспада, гипотеза нейтрино.
Лекция 11
Ядерные
реакции:
экзотермические
и
эндотермические реакции, порог реакции, сечение реакции
(полное и парциальные сечения). Потенциальное рассеяние,
амплитуда
и
длина
рассеяния.
Составное
ядро.
Нерезонансная теория – классическое сечение, поправки на
волновой характер частиц, коэффициент проникновения
частицы в прямоугольную яму, закон Бете. Резонансные
реакции – формула Брейта–Вигнера. Эффект Мессбауэра.
Лекция 12
Реакции под действием нейтронов. Классификация
нейтронов. Замедление быстрых нейтронов в среде, длина
замедления. Когерентные явления (дифракция нейтронов).
Деление ядер под действием нейтронов, мгновенные и
запаздывающие нейтроны, цепная реакция деления. Роль
запаздывающих нейтронов в работе ядерного реактора.
Схема реактора на тепловых нейтронах. Йодная яма.
Возможные схемы реакторов термоядерного синтеза.
Лекция 13
Систематика элементарных частиц: адроны (барионы
и мезоны) и лептоны, частицы и античастицы. Кварки,
кварковая структура мезонов и барионов.
Типы взаимодействий и их переносчики, силовая
константа
взаимодействия,
равная
отношению
взаимодействия на элементарной длине к характерной
энергии. Кварковое взаимодействие, глюоны. Электрослабое
взаимодействие, промежуточные бозоны. Кварк-лептонная
симметрия, три поколения кварков и лептонов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ципенюк Ю.М. Квантовая микро- и макрофизика. – М.:
Физматкнига, 2006.
2. Гольдин Л.Л., Новикова Г.И. Введение в квантовую
физику. – М.: Наука, 1988.
3. Крылов И.П. Основы квантовой физики и строение
вещества: учебное пособие. – М.: МФТИ, 1989.
4. Белонучкин В.Е., Заикин Д.А., Ципенюк Ю.М. Основы
физики. Т. II / под редакцией. Ю.М. Ципенюка. – М.:
Физматлит, 2006.
5. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Ч. I. Т. 5. – М.: Наука,
1989.
ЗАДАНИЕ ПО ЭЛЕКТРОДИНАМИКЕ
для студентов 3-го курса ФНБИК на
осенний семестр
2014/2015учебный год
Дата
№
сем
1–7
сентября
1
8–14
сентября
2
15–21
сентября
3
22–28
сентября
4
1–5
октября
5
6–12
октября
6
13–19
октября
20–26
октября
7
Тема семинарских Номера задач
занятий
Фотоэффект. Эффект 1.7, 1.18, 1.22, 1.23,
1.35, 1.40.
Комптона.
1.19, 1.26, 1.38,
Идеальный газ
1.42,1.43.
фотонов.
Распределение
Планка. Закон
Стефана–Больцмана.
Закон Вина.
Спонтанное
и 1.49, 1.55, 1.57, 1.59,
1.60.
вынужденное
излучение. Лазеры.
Волны де Бройля.
Соотношение
неопределённостей.
Водородоподобные
атомы. Закон Мозли.
Опыты
Штерна–
Герлаха, Эйнштейна–
де
Гааза,
спин
электрона, сложение
моментов,
фактор
Ланде.
К о н т р о л ь н а я р а б о т а.
С д а ч а 1-го з а д а н и я.
Строение атомов
химических
элементов. Тонкая и
сверхтонкая
структура атомных
термов.
27октября–
2 ноября
8
3–9
ноября
9
10–16
ноября
10
17–23
ноября
11
24 ноября
–1декабря
12
2 декабря –
7декабря
13
Атом в магнитном
поле.
Эффект
Зеемана.
ЭПР, ЯМР.
Законы
радиоактивных
распадов.
Ядерные
реакции,
эффективное сечение.
Эффект Мессбауэра.
Физические
принципы
работы
ядерного реактора.
Сильное
взаимодействие.
Кварковая структура
адронов.
Слабое
взаимодействие.
Лептоны.
8–14
декабря
К о н т р о л ь н а я р а б о т а.
С д а ч а 2-го з а д а н и я.
15–21
декабря
Зачёт.
22–28
декабря
Резерв.
ПРИМЕЧАНИЯ:
1. Номера задач указаны по "Сборнику задач по общему
курсу физики" Ч. 3. Под ред. В.А. Овчинкина – Москва,
Изд-во Физматкнига, 2009. Семинары 1,4-13– Гл.1
Атомная и ядерная физика. Семинары 2,3 – Гл. 2
Оптика.