Напиши РПД для атомная физика

Методические указания (пояснительная записка)
 
Рабочая программа дисциплины 
«
Физика атомов и атомных явлений
»
 
Предн
азначена для студентов
 
дневного отделения
 
5
 
-
го курса,
 
9
 
семестр
 
по специальности: _
Физика 
_
 
-
  
010701.65
 
 
 
по специализации: 
Химическая
 
физика
 
АВТОР: 
доктор физико
-
математических наук, профессор 
Р
.
Х
. 
Гайнутдинов
 
 
КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ:
 
Данный курс посвящен из
учению строения и состояний атомов. Излагаются 
закономерности атомной физики, определяющие свойства атомов и периодичность их 
изменения; экспериментальные основы современной атомной физики и квантовой 
механики. Приводятся методы решения задач, связанных с 
нахождением свойств 
атомных состояний.
 
 
1. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение 
дисциплины «
Физика атомов и атомных явлений
»
 
Студенты, завершившие изучение данной дисциплины должны:
 
-
 
знать экспериментальные основы современной ато
мной физики и квантовой 
механики;
 
-
 
знать закономерности атомной физики, определяющие свойства атомов и 
периодичность их изменения;
 
-
 
знать основные свойства атома водорода;
 
-
 
уметь вычислять энергетические уровни и частоты спектральных линий атома 
водород
а; определять свойства атомов в зависимости от состояний, в которых они 
находятся;
 
-
 
владеть методами решения задач, связанных с нахождением свойств атомных 
состояний;
 
-
 
владеть современной физической аппаратурой и оборудованием.
 
2. Объем дисциплины и виды
 
учебной работы (в часах).
 
Форма обучения 
-
 
дневная
 
Количество
 
семестров 1
 
Форма контроля:
 
экзамен
 
9
 
семестр
 
 
№ 
 
Виды учебных занятий
 
Количество часов
 
1
.
 
Всего часов по дисциплине
 
 
104
 
2
.
 
Самостоятельная работа
 
 
50
 
3
.
 
Аудиторных занятий
 
 
54
 
 
в том числ
е
:
                               
-
лекций
 
54
 
 
3. Содержание 
разделов 
дисциплины.
 
3.1 
ТРЕБОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СТАНДАРТА К ОБЯЗАТЕЛЬНОМУ МИНИМУМУ СОДЕРЖАНИЯ 
 
ПРОГРАММЫ
 
 
Индекс
 
Наименование дисциплины и ее основные разделы
 
Всего 
часов
 
-
 
-
 
-
 
Примечание: Если дисциплина, устанавливается вузом самостоятельно, то в данной таблице ставится 
прочерк.
 
3.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
 
 
№
 
Наименование темы
 
и ее
 
содержание
 
Количество часов
 
Аудиторные 
 
занятия, в том 
числе
 
Самостотельн
ая работ
а
 
Лекци
и
 
Практи
-
ческие 
занятия
 
1
 
Тема 1.
 
Введение в атомную физику. Развитие 
атомистических представлений. Специфика законов 
микромира. Круг явлений, описываемых атомной 
физикой. 
 
4
 
-
 
2
 
2
 
Тема 2.
 
Корпускулярные свойства электромагнитных 
волн. Открыти
е фотоэффекта. Противоречие законов 
фотоэффекта законам классической физики. Импульс 
фотона. Томсоновское рассеяние. Опыты Баркла. 
Опыты Комптона. Рассеяние света с корпускулярной 
точки зрения. Эффект Комптона. 
 
4
 
-
 
4
 
3
 
Тема 3.
 
Волновые свойства микрочаст
иц. 
Дифракционный опыт и квантовое поведение 
электронов. Явление квантовой интерференции. Опыты 
Дэвсона и Джермера. Эффект Рамзауэра
-
Таунсенда. 
Гипотеза Луи де Бройля. Уравнения де Бройля. 
Уравнения Гельмгольца и Шредингера для волн де 
Бройля. Необходимост
ь вероятностной интерпретации 
квантовых явлений. 
 
6
 
-
 
4
 
4
 
Тема 4.
 
Дискретность атомных состояний.Классическая 
теория излучения черного тела. Дискретность атомных 
состояний. Атомные спектры. Экспериментальные 
закономерности в линейчатых 
спектрах.Несовмести
мость закономерностейизлучения с 
классическими представлениями. Магнитные свойства 
атомов. Опыты Штерна и Герлаха. Открытие спина 
электрона. Модель атома Томсона. Опыты Резерфорда 
по рассеянию альфа
-
частиц. Планетарная модель атома. 
Постулаты Бора . Объясн
ение комбинационного 
принципа. Модель атома Бора 
 
8
 
-
 
8
 
5
 
Тема 5.
 
Квантовомеханическое описание атомных 
систем. Понятие квантового состояния. Принцип 
суперпозиции. Понятие об операторах физических 
величин. Статистические свойства наблюдаемых. 
Среднее знач
ение физических величин. Уравнение 
Шредингера. Представления Шредингера и 
Гейзенберга. Стационарные состояния. Стационарное 
8
 
-
 
8
 уравнение Шредингера. Прямоугольная потенциальная 
яма 
 
6
 
Тема 6. 
Квантовая механика системы тождественных 
частиц. Темы: Симме
тричные и антисимметричные 
волновые функции. Бозоны и фермионы. Понятие о 
распределении Бозе
-
Эйнштейна и о распределении 
Ферми
-
Дирака. Принцип Паули. 
 
4
 
-
 
4
 
7
 
Тема 7. 
Атом водорода и водородоподобные атомы. 
Квантование момента количества движения. 
Сферические функции. Уровни энергии и квантовые 
числа электрона в атоме водорода. Орбитальный и 
полный моменты количества движения.Квантово 
механическое правило сложения углов
ых моментов. 
Спин
-
орбитальное взаимодействие и тонкая структура. 
Лэмбовский сдвиг. Схема уровней энергии 
водородоподобного атома. Четность. Взаимодействие 
атомов с полем излучения. Спектры атомов. Правила 
отбора. 
 
8
 
-
 
8
 
8
 
Тема 8.
 
Многоэлектронные атомы. Т
емы: 
Приближенная характеристика отдельных электронов 
квантовыми числами n и i. Понятие о электронной 
конфигурации. Применение принципа Паули. 
Электронные оболочки атома и их заполнение. 
Векторное сложение угловых моментов и типы связи. 
Нормальная и jj свя
зи. Распределение термов при 
нормальной связи. Правило Хунда. Физическое 
объяснение периодического закона. Взаимодействие 
электронов в многоэлектронном атоме. Уровни энергии 
атома гелия. Уширение спектральных линий. 
Рентгеновские спектры. Закон Мозели. Явл
ение Оже. 
Уровни энергии и спектры атомов щелочных металлов. 
 
6
 
-
 
6
 
9
 
Тема 9.
 
Строение и свойства молекул. Темы: Виды 
движения в молекуле. Форма и размер молекул. 
Электронные оболочки и химическая связь. 
Вращательные, колебательные и электронные спектры 
м
олекул. 
 
4
 
-
 
4
 
10
 
Тема 10.
 
Атом во внешнем поле. Темы: Связь между 
механическим и магнитным моментами атомов. Опыт 
Эйнштейна
-
де Газа. Расщепление энергетических 
уровней при помещении атома в магнитное поле. 
Расщепление линий излучения. Эффект Зеемана. 
Эле
ктронный парамагнитный резонанс. Ядерный 
магнитный резонанс. 
 
2
 
-
 
2
 
 
Итого часов
 
54
 
 
50
 
 4.
 
Литература
 
 
4.1 Основная литература
 
 
1. Общий курс физики, Т. 5. Атомная и ядерная физика, Сивухин, Дмитрий Васильевич, 
2006г.
 
2. Шпольский Э.В., Атомная физика.
 
Том 1. Введение в атомную физику. 
-
 
"Лань", 
2010. 
-
 
560 c. 
-
 
ISBN: 978
-
5
-
8114
-
1005
-
7 // 
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=442
 
3. Шпольский Э.В., Атомная физика. Том 2. Основы квантовой механики и строение 
электронной оболочки атома. 
-
 
"Лань", 
2010. 
-
 
448 c. 
-
 
ISBN: 978
-
5
-
8114
-
1006
-
4 // 
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=443
 
 
4.2 Дополнительная литература
 
 
1. Паршаков А.Н. Введение в квантовую физику. 
-
 
"Лань", 2010. 
-
 
352 c. 
-
 
ISBN: 978
-
5
-
8114
-
0982
-
2 // http://e.lanbook.com/books/ele
ment.php?pl1_id=297
 
2. Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. В 3
-
х тт. Т.3. Оптика. Атомная 
физика. 
-
 
"Лань", 2008. 
-
 
656 c. 
-
 
ISBN: 978
-
5
-
8114
-
0665
-
4 // 
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=419
 
3. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. 
В 3
-
х тт. Т.3. Оптика. Физика атомов и 
молекул. Физика атомного ядра и микрочастиц. 
-
 
"Лань", 2007. 
-
 
512 c. 
-
 
ISBN: 978
-
5
-
8114
-
0755
-
2// http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=508
 Приложение к программе дисциплины
 
“
Физика атомов и атомных явлений
”
 
 
БИЛЕТЫ
 
К 
ЭКЗАМЕНУ
 
 
Билет 1
 
Противоречие законов фотоэффекта законам классической физики 
 
Импульс фотона 
 
 
Билет 2
 
Опыт Баркла 
 
Когерентная и комптоновская линии 
 
 
Билет 3
 
Классический аналог эффекта Рамзауэра
-
Таунсенда 
 
Уравнение для волн де Бройля 
 
 
Биле
т 4
 
Почему состояния описываются лучами? 
 
Собственные состояния 
 
Основные свойства собственных состояний 
 
 
Билет 5
 
Как определяются операторы? 
 
Почему операторы должны быть эрмитовыми? 
 
 
Билет 6
 
Что можно сказать о наблюдаемых, имеющих общие собственные ве
ктора? 
 
Координатное представление 
 
 
Билет 7
 
Импульсное представление 
 
Канонические коммутативные соотношения 
 
 
Билет 8
 
Доказать соотношения неопределенности Гейзенберга 
 
Динамическое уравнение Шредингера 
 
 
Билет 9
 
Оператор эволюции 
 
Динамическое уравнение
 
Шредингера в картине Гейзенберга 
 
 
Билет 10
 
Динамическое уравнение Шредингера в картине взаимодействия 
 
Моментный базис 
 
 
Билет 11
 
Уравнение Шредингера в координатном представлении 
 
Тонкая структура атома водорода 
 
 
Билет 12
 Уравнение Шредингера в импульс
ном представлении 
 
Энергетические уровни атома водорода 
 
 
Билет 13
 
Стационарное уравнение Шредингера 
 
Лэмбовский сдвиг 
 
 
Билет 14
 
Квантовые числа 
 
Собственные векторы и значения оператора полного момента количества движения J 
 
 
Билет 15
 
Спин 
 
Инвариантност
ь и законы сохранения 
 
 
Билет 16
 
Тождественные частицы и статистика. Фермионы и бозоны. 
 
Связь спина и статистики 
 
 
Билет 17
 
Какая константа движения связана с инвариантностью относительно зеркального 
отражения? 
 
Матрица Паули 
 
 
Билет 18
 
Многоэлектронные а
томы 
 
Как определяется число состояний в электронной оболочке 
 
 
Билет 19
 
Правила отбора 
 
Парагелий и ортогелий