Физика

2019/2020

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

4

Кредиты

Кто читает:

Департамент электронной инженерии

Статус:

Курс обязательный

Когда читается:

2-й курс, 1, 2 модуль

Преподаватели

Давыдченко Евгения Витальевна

Попова Елена Арнольдовна

Святодух Маргарита Игоревна

Скуридин Андрей Андреевич

Программа дисциплины

Аннотация

Курс направлен на получение студентами базовых знаний по физике и должен сформировать у студентов современное естественнонаучное мировоззрение. Для успешного прохождения курса студент должен освоить основные законы классической физики, а так же методы физического исследования. В курсе изучаются такие разделы как 1) механика, 2) термодинамика и основы статистической физики, 3) электричество. Знания, полученные при изучении курса, могут быть использованы при изучении таких дисциплин, как электротехника, электроника, метрология и т.д. При обучении предусмотрен контроль знаний студентов в виде домашних работ, контрольных работ, и экзамена.

Цель освоения дисциплины

• Целями освоения дисциплины «Физика» являются: • формирование современного естественнонаучного мировоззрения; • получение базовых знаний по подготовке к производственной деятельности; • формирование профессиональных компетенций, связанных с использованием полученных знаний в дальнейшей производственной деятельности.

Планируемые результаты обучения

• знает основные определения, явления и законы квантовой оптики
• решает типовые прикладные физические задачи
• владеет навыками проведения физического эксперимента и обработки его результатов
• знает основные определения, уравнения и практические применения этих уравнений квантовой механики
• знает основные уравнения, законы и явления атомной физики
• знает основные явления и закономерности физики твердого тела
• знает основные понятия, закономерности и законы физики атомного ядра и элементарных частиц

Содержание учебной дисциплины

• Тема 8. Квантово-оптические явления
  • Тепловое излучение. Характеристики теплового излучения. Черное тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана и закон смещения Вина. Формула Рэлея-Джинса. Формула Планка. Следствия из формулы Планка. Применение законов теплового излучения. • Фотоэффект. Вольт-амперная характеристика фотоэффекта. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. • Эксперименты, подтверждающие квантовые свойства света. • Масса и импульс фотона. Давление света. • Эффект Комптона. • Единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения.
• Тема 9. Элементы квантовой механики
  • Модели атома Томсона и Резерфорда. Линейчатый спектр атома водорода. Формула Бальмера. Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца. Правило квантования круговых орбит. Спектр атома водорода по Бору. • Гипотеза де Бройля. Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля. Некоторые попытки физического толкования волн де Бройля. Cтатистический смысл волн де Бройля. • Соотношения неопределенностей для координат и проекций импульсов, энергии и времени. • Волновая функция. Вероятность нахождения микрочастицы. Нормировка волновой функции. Принцип суперпозиции состояний (волновых функций). • Общее уравнение Шредингера. Уравнение Шредингера для стационарных состояний. • Представление физических величин с помощью операторов. Собственные значения и собственные функции линейных операторов. Условия возможности одновременного измерения различных физических величин. Основные операторы квантовой механики. Уравнение Шредингера в операторной форме. Связь квантовой механики с классической. Теорема Эренфеста. Принцип причинности в квантовой механике. • Движение свободной частицы. • Движение частицы в одномерном потенциальном ящике с бесконечно высокими стенками. • Отражение и прохождение частицы сквозь потенциальный барьер бесконечной ширины. Коэффициенты отражения и прохождения. Анализ поведения частицы в зависимости от соотношения между Е и . • Потенциальный барьер конечной ширины. Туннельный эффект. Анализ поведения частицы в зависимости от соотношения между Е и . • Потенциальная яма со стенками конечной высоты. Анализ поведения частицы в зависимости от соотношения между Е и . • Гармонический осциллятор.
• Тема 10. Атомная физика
  • Уравнение Шредингера для атома водорода. 1s – состояние электрона в атоме водорода. • Магнитные моменты атомов. Опыты Штерна и Герлаха. Спин электрона. Спиновое квантовое число. Спин-орбитальное взаимодействие. Эффект Зеемана. • Принцип неразличимости тождественных частиц. Фермионы и бозоны. Распределение электронов по энергетическим уровням атома. Периодическая система элементов Менделеева. • Рентгеновские спектры.
• Тема 11. Элементы физики твердого тела
  • Вынужденное излучение. Лазеры. • Энергетические зоны в твердом теле. Металлы, диэлектрики, полупроводники в свете зонной теории. • Коллективные квантовые явления: сверхпроводимость, эффект Джозефсона (стационарный и нестационарный).
• Тема 12. Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц
  • Заряд, размеры и состав атомного ядра. Массовое и зарядовое число. Энергия связи и масса ядра. Спин и магнитный момент. Ядерные силы. Модели ядра. • Радиоактивное излучение и его виды. Закон радиоактивного распада. Правило смещения. Особенности - распада. Особенности - распада. -излучение. • Ядерные реакции и их основные типы. • Типы взаимодействия элементарных частиц. Частицы и античастицы. Классификация элементарных частиц. Кварки.

Элементы контроля

• семинар
• лабораторные работы
  Лабораторные работы выполняются бригадами (по 2 человека) в соответствии с графиком выполнения лабораторных работ. Этот график и методические описания всех лабораторных работ представлены на сайте Департамента электронной инженерии МИЭМ НИУ ВШЭ в разделе «Учебная лаборатория волновой и квантовой оптики, атомной и ядерной физики» https://miem.hse.ru/edu/ee/physics/metod
• контрольная работа
• коллоквиум
• экзамен

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (2 модуль)
  0.2 * коллоквиум + 0.2 * контрольная работа + 0.1 * лабораторные работы + 0.1 * семинар + 0.4 * экзамен

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Сборник задач по курсу физики для втузов : учеб. пособие, Трофимова, Т. И., 2003

Рекомендуемая дополнительная литература

• Курс физики : учеб. пособие для вузов, Трофимова, Т. И., 2005