Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Введение в физику твердого тела»




Скачать 418.44 Kb.
НазваниеПримерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Введение в физику твердого тела»
страница1/5
Дата27.04.2013
Размер418.44 Kb.
ТипПримерная программа
  1   2   3   4   5





Учебный курс «Введение в физику твердого тела» является частью профессионального цикла подготовки бакалавра физики. Дисциплина изучается студентами третьего курса физического факультета. Программа курса подготовлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта третьего поколения.

Цели курса – познакомить студентов-физиков как с базовыми понятиями и методами физики твердого тела, так и с более прикладным современным инструментарием, нашедшим своё применение в нанотехнологиях, материаловедении и информационных технологиях (квантовые вычисления); научить студентов делать простейшие оценки и решать несложные квантовомеханические задачи; сформировать общекультурные и профессиональные навыки физика-исследователя. Двухсеместровый курс «Введение в физику твердого тела» состоит из лекционных и практических занятий, сопровождаемых регулярной индивидуальной работой преподавателя со студентами в процессе сдачи семестровых домашних заданий, а также самостоятельных занятий. Предусмотрены также (факультативные) лабораторные занятия в терминальном классе. В конце каждого семестра проводится экзамен.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единиц, 288 академических часов (из них 222 аудиторных). Программой дисциплины предусмотрены 113 часов лекционных и 109 часов практических занятий, а также 66 часов самостоятельной работы.


Автор

докт. физ.-мат. наук, доцент А. А. Кожевников


Программа учебного курса подготовлена в рамках реализации Программы развития НИУ-НГУ на 2009–2018 г. г.


 Новосибирский государственный

университет, 2010


Приложение № 2.


Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины)


Программа курса «Введение в физику твердого тела» составлена в соответствии с требованиями к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки дипломированного специалиста бакалавра по профессиональному циклу дисциплин (Б.3) по направлению «011200 Физика», а также задачами, стоящими перед Новосибирским государственным университетом по реализации Программы развития НГУ.


Автор (авторы) Кожевников Аркадий Алексеевич, д.ф.-м.н., доцент


Факультет: физический

Кафедра: теоретической физики


1. Цели освоения дисциплины (курса)

Дисциплина (курс) «Введение в физику твердого тела» имеет своей целью: дать набор необходимых сведений в области физики твердого тела и научить применению этой дисциплины в качестве основы для оценок возможностей элементной базы вычислительных устройств, систем обработки информации, аппаратного и программного обеспечения физических установок.


2. Место дисциплины в структуре образовательной программы

Курс относится к циклу общефизических дисциплин. В результате прохождения курса у студентов физического факультета должно сформироваться представление о том, что проблемы получения, обработки и переработки информации как в физических экспериментах, так и в более широком контексте являются физическими проблемами, для решения которых необходимо владение базовыми принципами фундаментальной физики. Необходимыми предпосылками для успешного освоения курса являются следующие. В цикле математических дисциплин: знание основ линейной алгебры, математического анализа, функционального анализа, методов математической физики и умение применять эти знания при решении задач. Необходимость владения указанными математическими дисциплинами обусловлена тем обстоятельством, что они составляют основу аппарата нерелятивистской квантовой механики. Эта дисциплина является первой частью курса «Введение в физику твердого тела» и необходима для описания и понимания процессов, происходящих во всех современных приборах и технике эксперимента. Бурное развитие в последнее время в области исследования принципиально новых материалов наноэлектроники, как, например, графена, и подхода к программированию, основанному на концепции квантовых вычислений, делают необходимым изучение студентами отделения информатики основ квантовой механики. В цикле общефизических дисциплин необходимыми предпосылками являются знание и умение применять основные принципы классической механики, электродинамики и термодинамики. Эти общефизические дисциплины входят составной частью в описание поведения во внешних полях как отдельных микрочастиц, так и макроскопически большого их количества. Знание основ термодинамики и умение применять эти знания при решении задач необходимы в качестве предпосылки для изучения второй части курса «Введение в физику твердого тела», посвященной основам статистической физики макроскопически большого количества частиц, чье поведение подчиняется законам квантовой механики, изучаемым в первой части курса. Лежащая в основе современной твердотельной электроники классификация кристаллических твердых тел по отношению к свойствам проводить электрический ток основывается именно на статистической физике квантовых ансамблей микрочастиц. В свою очередь курс «Введение в физику твердого тела» является предпосылкой для изучения курсов «Физические основы микроэлектроники» и «Физические основы информатики».


3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

«Введение в физику твердого тела»


  • общекультурные компетенции: ОК-1, ОК-5, ОК-17, ОК-18, ОК-20, ОК-21;

  • профессиональные компетенции: ПК-1 –ПК-4 , ПК-5, ПК-10.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:



  • Знать: основные принципы нерелятивистской квантовой механики и статистической физики в качестве основ физики твердого тела

  • Уметь: применять эти принципы для оценки свойств кристаллических конденсированных тел в качестве элементной базы приборов; увязывать требования к программному обеспечению с физическими свойствами элементной базы

  • Владеть методами нахождения энергетических спектров элементарных возбуждений в конденсированных средах и методами определения по найденным спектрам термодинамических характеристик этих сред


4. Структура и содержание дисциплины курс «Введение в физику твердого тела»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 8 зачетных единиц, 288 часов.






п/п


Раздел

дисциплины

Семестр

Неделя семестра

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по неделям семестра)

Форма промежуточной аттестации

(по семестрам)

1

Цели и задачи курса. Соотношение между копускулярной и волновой точками зрения. Волны де Бройля, волновой пакет.

5-й

1-я

4 часа лекций

4 часа семинаров

Самостоятельное решение задач студентами, 2 часа

Разбор решений у доски на каждом семинаре.

В начале каждого очередного занятия проверка задач, заданных на дом.

2

Волновая функция и оценки по соотношению неопределенностей. Операторы координаты и импульса в координатном представлении.

5-й

2-я

2 часа лекций

2 часа семинаров

2 часа







3

Уравнение Шредингера. Задачи на связанные состояния. Состояния с малой энергией связи, -яма.

5-й

2-я и 3-я

4 часа лекций

4 часа семинаров

2 часа







4

Уравнение Шредингера. Задачи в непрерывном спектре. Коэффициенты прохождения и отражения.

5-й

3-я

2 часа лекций

2 часа семинаров.

2 часа







5

Операторы физических величин. Собственные функции и собственные значения. Уравнения Гейзенберга.

5-й

4-я

4 часа лекций

4 часа семинаров

2 часа







6

Гармонический осциллятор. Спектр и волновые функции в операторном методе.

5-й

5-я

2 часа лекций

2 часа семинаров

2 часа







7

Периодическое поле. Теорема Блоха. Цепочка -ям. Приближение сильной связи. Электронный спектр графена

5-й

5-я и 6-я

4 часа лекций

2 часа семинаров

2 часа




Контрольная работа по пройденному материалу.

8

Квазиклассическое приближение. Квазистационарные состояния.

5-й

6-я и 7-я

4 часа лекций

4 часа семинаров

2 часа




Разбор контрольной работы

9

Алгебра операторов момента импульса. Спектр собственных значений момента и его проекции.

5-й

7-я

2 часа лекций

2 часа семинаров

2 часа







10

Операторы и собственные функции орбитального момента в сферических координатах.

5-й

8-я

2 часа лекций

2 часа семинаров

1 часа







11

Частица в центральном поле. Спектр и волновые функции связанных состояний в атоме водорода.

5-й

8-я и 9-я

6 часов лекций

6 часов семинаров

1 часа







12

Бесспиновая частица в магнитном поле. Уровни Ландау

5-й

10-я

2 часа лекций

2 часа семинаров

1 часа







13

Приближенные методы квантовой механики: вариационный метод и теория возмущений.

5-й

10-я и 11-я

4 часов лекций

4 часа семинаров

1 часа




Контрольная работа по пройденному материалу

14

Влияние электрического поля на спектры атомов.

5-й

11-я

2 часа лекций

2 часа семинаров

1 часа




Разбор результатов контрольной работы

15

Квантовая механика частиц со спином ½, уравнение Паули. Магнитные моменты электрона, протона и нейтрона.

5-й

12-я

4 часа лекций

4 часа семинаров

1 часа







16

Сложение моментов. Правила отбора по моменту и четности

5-й

13-я

2 часа лекций

2 часа семинаров

1 час







17

Квантовые компьютеры и квантовые вычисления. Однокубитовые и двухкубитовые вентили на примере спина ½ в магнитном поле.

Основные квантовые алгоритмы.

5-й

13-я

2 часа лекций

2 часа семинаров

1 час




Формой контроля успеваемости и усвоения материала является экзамен.

18

Тождественность частиц. Принцип Паули.

5-й

14-я

1 час лекций

1 час семинаров

2 часа




Для допуска экзамену необходимо сдать

19

Элементы теории атомов и молекул. Термы, таблица Менделеева, магнитные эффекты.

5-й

14-я и 15-я

5 часов лекций

5 часов семинаров

2 часа




все задачи из домашних заданий. Кроме того, на получение

20

Нестационарные возмущения: внезапные, адиабатические и периодические.

5-й

16-я

2 часа лекций

2 часа семинаров

2 час




высокой оценки

21

Квантование электромагнитного поля. Электромагнитное излучение в дипольном приближении. Времена жизни и правила отбора.

5-й

16-я

2 часа лекций

2 часа семинаров

2 час




на экзамене могут претендовать только те, кто набрал не меньше определенного количества баллов при сдаче домашних заданий к определенному сроку



22

Квантовая теория рассеяния. Борновское приближение, рассеяние медленных частиц.

Методы определения спектров возбуждений и структуры по данным рассеяния

5-й

17-я и 18-я

6 часов лекций

6 часов семинаров

2 часа




Экзамен

23

Основные понятия термодинамики. Термодинамика магнетиков и диэлектриков

6-й

1-я

2 часа лекций

2 часа семинаров

2 часа







24

Статистический подход к описанию макроскопических тел. Микроканоническое, каноническое и большое каноническое распределения.

6-й

2-я

3 часа лекций

3 часа семинаров

2 часа







25

Статистическая механика классического идеального газа. Химическое равновесие.

6-й

2-я и 3-я

3 часа лекций

3 часа семинаров

2 часа




Контрольная работа по пройденному материалу

26

Статистические свойства идеального вырожденного Ферми-газа

6-й

4-я

4 часа лекций

4 часа семинаров

2 часа




Разбор результатов контрольной работы

27

Зонная структура спектра в приближении слабой связи. Металлы, полупроводники, изоляторы.

6-й

5-я

2 часа лекций

2 часа семинаров

2 часа







28

Термодинамические свойства газа частиц Бозе-Эйнштейна

6-й

6-я

4 часа лекций

4 часа семинаров

2 часа







29

Основы теории кристаллических структур на примере кубических решеток.

6-й

7-я

2 часа лекций

2 часа семинаров

2 часа







30

Колебания атомов в кристаллах. Фононы. Модель Дебая.

6-й

8-я

4 часа лекций

2 часа семинаров

2 часа




Контрольная работа по пройденному материалу.

31

Термодинамические флуктуации

6-й

9-я

2 часа лекций

2 часа семинаров

2 часа







32

Флуктуации в электрических цепях. Броуновское движение, пределы чувствительности приборов.

6-й

10-я

4 часа лекций

4 часа семинаров

2 часа







33

Неидеальные газы. Фазовые переходы первого рода.

6-й

11-я и 12-я

6 часов лекций

6 часов семинаров

4 часа







34

Магнитные свойства веществ: диа-, пара- и ферромагнетики. Теория Кюри-Вейса.

6-й

13-я и 14-я

3 часа лекций

3 часа семинаров

2 часа







35

Элементы теории фазовых переходов второго рода Ландау

6-й

14-я

3 часа лекций

3 часа семинаров

2 часа







36

Кинетическое уравнение Больцмана и электропроводность металлов.

6-й

15-я и 16-я

3 часа лекций

3 часа семинаров

2 часа




Экзамен

Итого










113 часов

109

часов

66 часов








  1   2   3   4   5

Похожие:

Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Введение в физику твердого тела» iconПримерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Физика сплошных сред»
Учебный курс «Физика сплошных сред» является частью профессионального цикла подготовки бакалавра физики. Дисциплина изучается студентами...
Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Введение в физику твердого тела» iconПримерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Аналитическая механика»
Учебный курс «Аналитическая механика» является частью профессионального цикла подготовки бакалавра физики. Дисциплина изучается студентами...
Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Введение в физику твердого тела» iconПримерная программа дисциплины
Научить анализировать свойства и взаимодействия дефектов кристаллов и количественно оценивать их участие в превращениях и деформации...
Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Введение в физику твердого тела» iconРабочая программа дисциплины
Программа курса основной образовательной программы магистратуры 010900. 68 Механика деформируемого твердого тела направления механика...
Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Введение в физику твердого тела» iconРабочая программа дисциплины
Программа курса основной образовательной программы магистратуры 010900. 68 Механика деформируемого твердого тела направления механика...
Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Введение в физику твердого тела» iconРабочая программа дисциплины
Программа курса основной образовательной программы магистратуры 010900. 68 Механика деформируемого твердого тела направления механика...
Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Введение в физику твердого тела» iconРабочая программа дисциплины
Программа курса основной образовательной программы магистратуры 010900. 68 Механика деформируемого твердого тела направления механика...
Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Введение в физику твердого тела» iconПримерная программа комплексного учебного курса
Блок Введение. Духовные ценности и нравственные идеалы в жизни человека и общества (1 час)
Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Введение в физику твердого тела» iconПримерная программа комплексного учебного курса
Блок Введение. Духовные ценности и нравственные идеалы в жизни человека и общества (1 час)
Примерная программа учебного курса (учебной дисциплины) Программа курса «Введение в физику твердого тела» iconПримерная программа комплексного учебного курса
Блок Введение. Духовные ценности и нравственные идеалы в жизни человека и общества (1 час)
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница