Физика

Бакалавриат 2020/2021

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс обязательный (Химия)

Направление: 04.03.01. Химия

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Факультет химии

Когда читается: 2-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Ихсанов Ренат Шамильевич, Каган Максим Юрьевич, Попова Елена Арнольдовна

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 60

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс «Физика» предназначен для студентов Химического факультета ВШЭ. В ходе освоения этого курса студент получает знания основных законов классической и современной физики, осваивает методы физического исследования, узнает границы примени-мости различных физических законов и теорий. После успешного освоения курса студент дол-жен овладеть навыками практического применения законов физики, стандартными теоретиче-скими методами и моделями, их применением к решению конкретных физических задач. В качестве текущего контроля в курсе используются оценки за работу студентов на семинарах и оценки за письменные самостоятельные работы. В качестве промежуточной аттестации используются коллоквиумы или экзамены в конце каждого модуля.

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 законы классической и современной физики; методы физического исследования; границы применимости различных физических понятий, законов, теорий.
Умеет: применять физические законы для решения практических задач; оценивать степень достоверности результатов, полученных с помощью экспериментальных или математических методов исследования; определять возможности применения теоретических положений дифференциальных уравнений для постановки и решения конкретных физических задач; ориентироваться в потоке научной информации.
Владеет: навыками практического применения законов физики; стандартными методами и моделями и их применением к решению конкретных физических задач.

Содержание учебной дисциплины

Тема 23. Физические основы квантовой механики.
- Основные нерешенные проблемы классической физики на рубеже XIX–XX веков. - Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Закон Стефана-Больцмана и закон смещения Вина. Формула Планка. - Фотоэффект. Вольт-амперная характеристика фотоэффекта. Законы внешнего фотоэффекта. - Энергия и импульс фотона. Давление света. Эффект Комптона. - Корпускулярно-волновой дуализм. Длина волны де Бройля нерелятивистской частицы.
Тема 24. Формализм квантовой механики.
- Векторы состояний. Понятие об операторах физических величин. - Собственные векторы и собственные значения операторов. Дискретные и непрерывные спектры. - Волновая функция, ее свойства и интерпретация. Уравнение Шредингера. - Закон сохранения вероятности, вектор плотности потока вероятности. - Различные представления операторов. Матрицы операторов.
Тема 25. Потенциальные ямы и барьеры.
- Рассеяние частиц на потенциальной ступеньке конечной высоты, прохождение над ямами и барьерами конечной ширины. - Прохождение частицы через прямоугольный потенциальный барьер конечной ширины (туннельный эффект). 10 - Одномерная бесконечно глубокая потенциальная яма и потенциальная яма конечной глубины.
Тема 26. Магнитный момент. Спин. Движение в центральном поле. Водородоподобные атомы.
- Оператор момента импульса в квантовой механике. Магнитные моменты атомов. - Опыты Штерна и Герлаха. Спин электрона. Спин-орбитальное взаимодействие. Эффект Зеемана. - Векторная модель сложения спинового и орбитального моментов электрона, оператор полного момента импульса, фактор Ланде. - Модели атома Томсона и Резерфорда. Феноменологическая теория Бора. Движение в кулоновском поле. - Спектр атома водорода и водородоподобных атомов, главное квантовое число, кратность вырождения. - Волновая функция основного и возбужденных состояний. Радиальная и угловая часть волновой функции.
Тема 27. Квантовый осциллятор. Колебательные спектры молекул.
- Уровни энергии и собственные функции одномерного гармонического осциллятора. - Колебательные уровни молекул.
Тема 28. Твердое тело – тепловые и электрические свойства.
- Конденсированная среда – силы и энергии взаимодействия атомов. Связи атомов в твердом теле: ионная, ковалентная, металлическая, Ван-дер-Ваальсова, водородная. - Электронные энергетические зоны. - Колебания атомов и тепловые свойства. - Электроны в металле. - Поверхность и контакт металлов.
Тема 29. Полупроводники.
- Свойств электронных энергетических зон - Статистика электронов и дырок - Рекомбинация носителей - p-n-переход
Тема 30. Магнетики.
- Точечные магнитные диполи - Диамагнетизм атомных электронов - Ферромагнетизм, магнитные домены
Тема 31. Сверхпроводники.
- Природа сверхпроводимости - Магнитные свойства сверхпроводников - Термодинамика сверхпроводимости

Элементы контроля

Коллоквиум 5
Работа на семинаре (ответы у доски и с места)
Оценка за работу на семинарах складывается из оценок студентов за проверочные самостоятельные работы, а так же из оценок за ответы у доски и с места. Оценка за работу на семинарах Сn складывается из двух составляющих: 1) за работу студента с места (или у доски) Мn и 2) за выполнение письменных проверочных работ ПРn. При ответе с места (у доски) за решенную задачу или ответ на качественный вопрос ставится определенный балл, соответствующий уровню сложности задачи или вопроса. В конце модуля оценка Сn рассчитывается по формуле Сn=0.5*Мn + 0.5*ПРn. Дистанционный формат со 2-го модуля.
Проверочная самостоятельная работа
Одна проверочная работа в каждом модуле. Оценка за работу на семинарах складывается из оценок студентов за проверочные самостоятельные работы, а так же из оценок за ответы у доски и с места. Оценка за работу на семинарах Сn складывается из двух составляющих: 1) за работу студента с места (или у доски) Мn и 2) за выполнение письменных проверочных работ ПРn. При ответе с места (у доски) за решенную задачу или ответ на качественный вопрос ставится определенный балл, соответствующий уровню сложности задачи или вопроса. В конце модуля оценка Сn рассчитывается по формуле Сn=0.5*Мn + 0.5*ПРn. Дистанционный формат со 2-го модуля.
Экзамен 6
При проведении экзамена в дистанционном формате следует руководствоваться следующими Правилами проведения экзамена https://docs.google.com/document/d/1dJnajYa9PrcNHHMTviBZjjYmAJmgrRLFIcIJHFU5ctM/edit?usp=sharing . Экзамен проводится в конце четвертого модуля 1 курса и второго модуля 2 курса. Вопросы на экзамен выносится из текущего модуля. Промежуточная оценка за n-й модуль расcчитывается по формуле Пn=0.6*Эn + 0.4*Сn=0.6*Эn + 0.2*Мn + 0.2*ПРn, если в модуле предусмотрен экзамен. Итоговая оценка за весь курс является суммой двух оценок по промежуточной аттестации. Итоговая оценка выставляется как среднее арифметическое двух оценок за промежуточную аттестацию 4 и 2 модуля. Вторая промежуточная аттестация является итоговой, оценка по которой рассчитывается по формуле ПА2= 1/6 П1 + 1/6 П2 + 1/6 П3 + 1/6 П4 + 1/6 П5+ 1/6 (0.6*Э6 + 0.2*М6 + 0.2*ПР6). Правила округления до целого числа баллов при выставлении оценок: средневзвешенная оценка округляется до большего целого, если дробная часть оценки не ниже 0.5, в противном случае оценка округляется до меньшего целого. Формат проведения экзамена во 2 модуле может быть дистанционный, офлайн или смешанный в зависимости от ситуации. Информация доводится до студентов не позднее 10 дней до сессии.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.3 * Коллоквиум 5 + 0.2 * Проверочная самостоятельная работа + 0.2 * Работа на семинаре (ответы у доски и с места) + 0.3 * Экзамен 6

Программа дисциплины