Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 1.44 Mb.
|
Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Данная дисциплина относится к профессиональному циклу его базовой части, модуль "Теоретическая физика" ОПП бакалавриата. Изучение данной дисциплины базируется на знаниях, умениях и компетенциях сформированных при изучении дисциплин математического цикла, а также знаниях и умениях полученных в модуле "Общая физика". В частности, предполагается, что студенты знакомы с качественным описанием отдельных квантовых явлений из области атомной и ядерной физики, оптики, физики твердого тела, а также знакомы с элементами теории линейных операторов в гильбертовом пространстве. Формируемые компетенции: ОК-1, ОК-5, ОК-18, ОК-20, ОК-21, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-4. Знания, умения и навыки, получаемые в результате освоения дисциплины: знать: теоретические основы, основные понятия, законы и модели квантовой механики. уметь: понимать, излагать и критически анализировать базовую общефизическую информацию, пользоваться теоретическими основами, основными понятиями, законами и моделями квантовой механики владеть: методами обработки и анализа теоретической физической информации. Содержание дисциплины: Введение. Основные положения классической физики: описание состояния и закон движения, измеримость. Причины несостоятельности классического подхода в микромире. История становления квантовой механики. Математический аппарат физики микромира (обзор). Первый квантовый постулат - динамические переменные как операторы. “Эффект вмешательства” процесса измерения на состояние микрообъекта. Динамическая физическая величина с учетом ее измеримости. Дискретность. Операторы физических величин. Правила фон Неймана построения операторов физических величин. Квантовые скобки Пуассона. Постоянная Планка. Перестановочные соотношения. Уравнения квантования. Координатное представление. Практический рецепт построения операторов физических величин, имеющих классический аналог. Операторы координат, импульса, момента импульса, кинетической и полной энергии. Особая роль декартовой системы координат. Второй квантовый постулат - описание состояния в микромире статистическим оператором. Задание микросостояния макро обстановкой, эквивалентные состояния, квантовые ансамбли. Процесс измерения и роль средних значений результатов измерений. Среднее значение физической величины как операторно-числовой функционал, оператор состояния и его свойства. Чистые и смешанные состояния, проектор, нормированный кет-вектор и волновая функция. Статистический характер квантовой теории. Средние значения и отдельные измерения, квадратичная дисперсия. Отсутствие состояний с нулевой дисперсией для всех физических величин. Смысл собственных кет-векторов операторов физических величин, одновременная измеримость, полный набор физических величин. Соотношения неопределенностей. Соотношение неопределенностей Гейзенберга для координат и импульса. Когерентные и сжатые состояния. Третий квантовый постулат - уравнение Шредингера. Эволюция чистого состояния, оператор эволюции и его свойства, гамильтониан. Уравнение Шредингера. Эволюция смешанных состояний, уравнение фон Неймана. Изменение средних со временем, интегралы движения. Представление Гейзенберга и принцип соответствия. Теоремы Эренфеста. Стационарные состояния. Соотношение неопределенности энергия-время. Вычисление вероятностей результатов измерений физических величин. Одномерное движение. Свободная частица, волновые пакеты, связь с когерентными состояниями. Кусочно-постоянный потенциал. Движение в однородном поле. Квазиклассическое приближение. Туннельный эффект. Гармонический осциллятор: решение в координатном представлении и в общем виде, с использованием только перестановочных соотношений. Движение в центральном поле. Общая теория движения в центральном поле, разделение переменных, радиальное уравнение Шредингера. Момент и его квантование. Кулоновское поле, полное решение задачи о движении водородоподобного атома. Приближенные методы решения задач квантовой механики. Вариационный метод. Оценка энергии основного состояния атома гелия. Теория возмущений для стационарных задач: поправки первого и второго порядков в случае невырожденных уровней, теория возмущений при наличии вырождения. Эффект Штарка у атома водорода. Теория возмущений для нестационарных задач. Вероятность квантовых переходов под действием возмущения. Виды учебной работы: лекции, практические занятия, самостоятельная работа. Образовательные технологии В ходе освоения дисциплины при проведении аудиторных занятий используются следующие образовательные технологии: лекции, практические занятия с использованием активных и интерактивных форм проведения занятий и др. При организации самостоятельной работы занятий используются следующие образовательные технологии: проведение интерактивных лекций с использованием современных интерактивных технологий, использование компьютерных тестовых тренажеров. Формы текущего контроля успеваемости студентов: тестирование, контрольная работа, опрос. Форма промежуточной аттестации: экзамен. Общая трудоемкость дисциплины – 4 зачетные единицы (144 часа) Аннотация примерной программы учебной дисциплины Б.3.3.5 «Физика конденсированного состояния» Цели и задачи дисциплины Цель – научить студентов основным понятиям, общим принципам, законам и методам для решения физиче-ских задач, относящихся к разделу «Физика конденсированного состояния»» теоретической физики, что должно способствовать более глубокому пониманию теории специальных разде-лов физики, изучаемых в рамках данной специальности. Задачи:
Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Дисциплина «Физика конденсированного состояния» является базовой частью модуля «Теоретическая физика» профессионального цикла (блок Б.3) дисциплин подготовки студентов по направлению подготовки 011200 «Физика». Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин: – теоретическая физика, физика конденсированного состояния вещества – базовая (общепрофессиональная) часть профессионального цикла (блок Б.3); – линейные и нелинейные уравнения физики - базовая (общепрофессиональная) часть модуля «Методы математической физики» (блок Б.3). Формируемые компетенции: ОК-1; ОК-5; ПК-2; ПК-4. Знания, умения и навыки, получаемые в результате освоения дисциплины: В результате изучения дисциплины студент должен: Знать методы и приемы решения задач по физике конденсированного состояния: основные идеи решения задач с использованием функций Грина; - уметь применять методы вторичного квантования при решении многочастичных задач; - применять на практике квантово - механические подходы при решении соответствующих задач по физике конденсированного состояния в рамках границ применимости изученных методов. Уметь .. приводить к формальному виду условия реальных физических и инженерных задач; - записывать граничные условия уравнений квантовой механики исходя из фундаментальных физических законов; - использовать общие решения математических задач для поиска решения конкретных физических задач. Владеть ..навыками в решении задач по расчету соответствующих физических величин характеризующих данное состояние вещества при заданных внешних параметрах Краткое содержание дисциплины (модуля) Содержание дисциплины охватывает круг вопросов, связанных с изучением следующих разделов: Адиабатический принцип Борна – Эренфеста. Состояния электронов в кристаллической решетке. Зоны Бриллюэна, энергетические зоны. Примеси и примесные уровни. Дефекты. Статистика носителей заряда. Неравновесные электроны и дырки. Рассеяния носителей заряда, проводимость, и кинетические свойства диэлектриков, металлов и полупроводников. Квазичастицы. Акустические и оптические фононы, плазмоны, экситоны Френкеля и Ванье. Конденсация бозонов. Сверхтекучесть. Электрон-фононные взаимодействия. Полярон Фрелиха. Взаимодействие света с кристаллической решеткой, поляритоны. Оптические свойства диэлектриков, металлов и полупроводников. Поверхностные состояния электронов. Состояния электронов в структурах с пониженной размерностью. Образовательные технологии: При проведении аудиторных занятий и организации самостоятельной работы студентов используются традиционные и проблемные методы обучения, широко применяются информационно-коммуникационные технологии: учебно-методическое сопровождение дисциплины, работа с литературой, сеть Интернет. Виды учебной работы: лекции, практические (семинарские) занятия, самостоятельная работа. Формы текущего контроля успеваемости студентов: рефераты, контрольная работа, устный опрос Форма промежуточной аттестации: экзамен . Общая трудоемкость дисциплины – 4 зачетных единицы (144 часа). Аннотация примерной программы учебной дисциплины Б.3.3.6 «Термодинамика, статистическая физика» Цели и задачи дисциплины Профессиональная деятельность бакалавра по направлению подготовки «Физика», изучающего курс «Термодинамика и статистическая физика» направлена на возможность освоения математических методов современной теоретической физики конденсированного состояния вещества на современном уровне и их анализ. В результате изучения курса «Термодинамика и статистическая физика» студент-физик должен иметь представление
Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Формируемые компетенции: ОК-1, ОК-5, ОК-18, ОК-20, ОК-21, ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-4. Знания, умения и навыки, получаемые в результате освоения дисциплины: знать: теоретические основы, основные понятия, законы и модели термодинамики и статистической физики. • основы термодинамического подхода при решении научно-исследовательских и практических задач;
уметь: понимать, излагать и критически анализировать базовую общефизическую информацию, пользоваться теоретическими основами, основными понятиями, законами и моделями термодинамики и статистической физики
• использовать методы равновесной термодинамики для изучения термодинамических свойств макроскопических систем, находящихся под воздействием внешних факторов (давление и температура). владеть: методами обработки и анализа теоретической физической информации. Содержание дисциплины: ВВЕДЕНИЕ Термодинамика и статистическая физика как физические теории. Тепловой формы движения материи. Краткие исторические сведения об основных этапах развития термодинамики и молекулярно-кинетической теории. 1. АКСИОМАТИКА МАКРОСКОПИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ И ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ Термодинамические системы и их основные особенности. Состояние термодинамического равновесия и нулевое начало термодинамики. Понятие температуры. Задание системы с помощью уравнений состояния. Физические ограничения термодинамической теории. Квазистатические процессы. Принцип максимальной работы. Дифференциальная форма первого начала термодинамики. Второе начало термодинамики в формулировках Кельвина и Клаузиуса. Исторические формулировки второго начала. Системы уравнений для расчета внутренней энергии, энтропии и химического потенциала. Третье начало термодинамики. Калорические свойства термодинамических систем в области низких температур. Недостижимость абсолютного нуля температуры. Второе начало термодинамики для неравновесных процессов. Термодинамическое описание газов, магнетиков и диэлектриков. Термодинамика равновесного излучения. Термодинамические потенциалы и их экстремальные свойства. Условия равновесия и устойчивости однородной системы. Условие равновесия однофазной системы во внешнем поле. Общие условия равновесия фаз в термодинамических системах. Фазовые переходы 1-го и 2-го родов, фазовые переходы лямбда-типа. Полуфеноменологическая теория фазовых переходов и критических явлений и ее обобщения. Представление о подобии этих явлений и критические индексы. Условия химического равновесия. 2. OСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ РАВНОВЕСНЫХ СИСТЕМ Задание системы многих частиц в микроскопической теории. Микроскопическое состояние термодинамической системы как смешанное состояние. Матрица плотности. Микроканоническое распределение Гиббса для адиабатически изолированной системы. Статистический вес и энтропия. Каноническое распределение Гиббса для системы в термостате. Статистическая сумма и свободная энергия системы. Распределение по состояниям и по энергии. Связь статистической суммы и статистического веса (теорема обращения статсуммы). Большое каноническое распределение Гиббса для равновесной системы с нефиксированным числом частиц. Большая статистическая сумма и термодинамический потенциал омега. Квазиклассический переход к статистической механике классических систем. Критерий невырожденности статистической системы. Интегралы состояний и канонические распределения в классической статистической механике. Распределение Максвелла и Максвелла-Больцмана. Теорема о равнораспределении средней энергии по степеням свободы и теорема о вириале. 3. ИДЕАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ В СТАТИСТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ Идеальные одноатомные газы. Представление чисел заполнения и расчет статистических сумм. Статистика Бозе-Эйнштейна и статистика Ферми-Дирака. Переход к классической статистике Больцмана. Ферми-газ при низких температурах. Электронный газ в металлах. Релятивистский вырожденный ферми-газ. Бозе-газ при низких температурах. Бозе-конденсация. Фотонный газ. Квантовая теория теплоемкости многоатомного идеального газа c учетом внутренних молекулярных движений (вращений, колебаний и т.д.). Магнитные и электрические свойства идеальных систем. Термодинамические системы независимых осцилляторов. Спектральная плотность энергии равновесного электромагнитного излучения и формула Планка. Теория Эйнштейна и Дебая теплоемкости твердых тел. Системы с ограниченным сверху энергетическим спектром и состояния с отрицательной абсолютной температурой. 5. ТЕОРИЯ ФЛУКТУАЦИЙ Квазитермодинамическая теория флуктуаций в однородной системе. Общие формулы для вероятности малых термодинамических флуктуаций в изолированной и неизолированных системах и флуктуации основных термодинамических величин. Использование канонических распределений и метода корреляционных фикций. Флуктуации плотности. Молекулярное рассеяние света. 6. БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ И ВОПРОСЫ ТЕОРИИ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ Характер движения броуновских частиц. Стохастические дифференциальные уравнения. Временные масштабы и огрубление шкалы времени при описании броуновского движения. Формулы Эйнштейна для дисперсии импульса и дисперсии смещения броуновской частицы. Скорость изменения дисперсий высших порядков в грубой шкале времени. Случайные стационарные марковские процессы. Уравнение Смолуховского. Условия на моменты функции распределения и переход к дифференциальному уравнению Фоккера-Планка. Простейшие применения уравнения Фоккера-Планка. Спектральные представления стационарных случайных процессов. Временная корреляционная функция и спектральная плотность гауссовского марковского стационарного процесса. Смещение во времени случайной величины и обобщенная формула Эйнштейна. Тепловые шумы и формула Найквиста. 7. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ НЕОБРАТИМЫХ ПРОЦЕССОВ Потоки и термодинамические силы. Скорость возрастания энтропии. Линейные законы. Соотношения взаимности Онсагера. Уравнения неравновесной термодинамики. Перекрестные эффекты. Термомеханические и термоэлектрические явления. Обобщенная восприимчивость и спектральные разложения. Принцип Ле-Шателье. |
