Атомная физика и спектроскопия

内容描述: В содержании курса уделяется внимание основам физики микромира и невозможности описания явлений в микромире в рамках классической теории. Важное место в курсе занимает изучение основ квантовой механики, вводятся её основные понятия: операторы, волновая функция, уравнение Шредингера. В результате изучения курса обучающиеся должны знать основные законы атомной физики и спектроскопии, основные физические явления, методы их наблюдений и экспериментального исследования, уметь формулировать основные понятия, решать физические задачи.

贷款数: 5

Пререквизиты:

• Физическая оптика

*СomplexityDiscipline(zh-CN)*:

零件: Вузовский компонент

循环次数: Базовые дисциплины

Цель

• Целью данного курса является получение студентами представлений: - о строении атомов и молекул и спектроскопии; - о физической теории как обобщении наблюдений, практических опытов и экспериментов, изложенных на соответствующем математическом уровне; - об основных методах наблюдения, измерения и экспериментирования в атомной физике.

Задача

• Основная задача изучения дисциплины состоит в том, чтобы дать представление о фундаментальных квантово-механических закономерностях, обусловленных строением, свойствами и процессами в атомных оболочках.

Результат обучения: знание и понимание

• Основные законы атомной физики и спектроскопии, основные физические явления, методы их наблюдений и экспериментального исследования, уметь формулировать основные понятия, решать физические задачи. Представление об основных атомных явлениях, особенностях их протекания, об основных понятиях, величинах, единицах измерения, об основных методах экспериментирования и обработки результатов измерений. Правильно соотносить содержание конкретных задач с законами атомной физики, пользоваться основными спектральными приборами, решать физические задачи и оценивать порядки физических величин. Использовать спектральные приборами, в решении конкретных задач атомной физики.

Результат обучения: применение знаний и пониманий

• пользоваться основными спектральными приборами, решение конкретных задач атомной физики и их соотнесении с общими законами физики.

Результат обучения: формирование суждений

• представление о квантовых явлениях на атомно-молекулярном уровне; об экспериментальных основах квантовой физики и физических явлениях, обусловленных электронными оболочками атомов и молекул; о границах применимости физических моделей и гипотез.

Результат обучения: коммуникативные способности

• готовность к кооперации с коллегами, работе в коллективе; готовность использовать основные законы дисциплины в профессиональной деятельности, применять методы теоретического и экспериментального исследования.

Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе

• формулировать основные понятия раздела, решать физические задачи и оценивать порядки физических величин.

*TeachingMethods(zh-CN)*

При проведении учебных занятий предусматривается использование следующих образовательных технологий: - интерактивная лекция (применение следующих активных форм обучения: ведомая (управляемая) дискуссия или беседа; модерация; демонстрация слайдов или учебных фильмов; мозговой штурм; мотивационная речь); - построение сценариев развития различных ситуаций на основе заданных условий; - информационно-коммуникационная (например, занятия в компьютерном классе с использованием профессиональных пакетов прикладных программ); - поисково-исследовательская (самостоятельная исследовательская деятельность студентов в процессе обучения); - решение учебных задач.

*AssessmentKnowledge(zh-CN)*

Преподаватель проводит все виды работ текущего контроля и выводит соответствующую оценку текущей успеваемости обучающихся два раза в академический период. По результатам текущего контроля формируется рейтинг 1 и 2. Учебные достижения обучающегося оцениваются по 100-балльной шкале, итоговая оценка Р1 и Р2 выводится как средняя арифметическая из оценок текущей успеваемости. Оценка работы обучающегося в академическом периоде осуществляется преподавателем в соответствии с графиком сдачи заданий по дисциплине. Система контроля может сочетать письменные и устные, групповые и индивидуальные формы.

*PolicyAssignmentTask(zh-CN)*

*EvaluationForm(zh-CN)*

Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:

• 40% результата, полученного на экзамене;
• 60% результатов текущей успеваемости.

Формула подсчета итоговой оценки:

 

где, Р₁, Р₂ – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.

Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:

Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:

Темы лекционных занятий

• Введение. Квантование энергии и строение атома. Краткий исторический очерк развития современных представлений о строении атома. Специфика законов микромира. Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома.
• Эмпирические закономерности в атомных спектрах. Серии спектральных линий. Комбинационный метод Ритца. Спектр атома водорода. Применение квантовых представлений к движению электрона в атоме.
• Теория атома водорода по Бору. Обобщенная формула Бальмера. Спектры водородоподобных ионов. Вырожденные состояния. Спектры щелочных металлов. Принцип соответствия. Эксперименты по определению энергетических уровней в атомах. Опыты Франка-Герца. Принцип детального равновесия. Возбуждение при поглощении квантов излучения. Спектры поглощения.
• Корпускулярно-волновой дуализм. Квантово-механическое описание атомных систем. Волновые свойства микрочастиц. Волны де Бройля, их свойства. Волновой пакет и частица. Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля.
• Дифракция электронов и методы ее наблюдения. Опыты Девиссона и Джермера, Томсона и Тартаковского. Дифракция атомов, молекул и нейтронов. Уравнение Шредингера. Физический смысл волновой функции. Электрон в одномерной потенциальной яме. Туннельный переход. Атом водорода с точки зрения волновой механики.
• Векторная модель электронной оболочки атома. Момент импульса и его проекция на выделенное направление. Спиновый механический и спиновый магнитный моменты электрона. Опыты Штерна и Герлаха. Магнитомеханические эффекты.
• Опыты Эйнштейна де Газа. Вектор полного момента импульса. Различные типы связей. Спектральные обозначения. Тонкая структура спектральных линий. Схема уровней энергии атомов с двумя валентными электронами. Правила отбора. Квантовые числа. Принцип Паули.
• Распределение электронов по электронным оболочкам. Рентгеновские характеристические спектры. Закон Мозли. Поглощение рентгеновских лучей. Спектры поглощения. Схема рентгеновских уровней энергии атома.
• Принципы оптического усиления и генерации. Среды с инверсной заселенностью. Лазеры. Свойства лазерного излучения. Основные типы лазеров.
• влияние внешнего магнитного и электрического полей на атомные уровни и спектры. Явление Зеемана простое и сложное. Эффект Пашена-Бака. Квадратное явление Зеемана. Магнитные резонансы. Исследование магнитного резонанса методом атомных пучков и методом поглощения. Эффект Штарка.
• Величины, характеризующие общие свойства ядер: масса, заряд, спин, магнитный момент ядра. Обобщенная векторная модель атома. Сверхтонкая структура спектральных линий. Методы исследования сверхтонкой структуры спектральных линий. Определение спина ядра оптическими методами. Радиоскопические методы определения ядерных моментов. Магнитный момент нейтрона. Изотопическое смещение уровней энергии и спектральных линий.
• Образование молекул из атомов. Различные типы химической связи. Двух атомные молекулы. Потенциальные кривые двухатомных молекул. Энергетические состояния двухатомных молекул. Молекулярные спектры – вращательный, колебательный, электронный. Вращательная структура колебательного спектра и вращательно-колебательная структура электронного спектра.
• Различные ветви молекулярных спектров и распределение интенсивностей в этих ветвях. Спектроскопические методы определения моментов инерции и энергия диссоциации молекул. Принцип Франка-Кондона.
• Сплошные спектры двухатомных молекул. Комбинационное рассеяние света. Работы Рамана, Мандельшатама и Ландсберга. Колебательный и вращательный спектр комбинационного рассеяния света. «Красные» и «фиолетовые»компоненты в спектре комбинационного рассеяния. Влияние температуры на интенсивность линий комбинационного рассеяния.
• Совершенные представления о строении кристаллов. Основы зонной теории твердых тел. Межзонное поглощение света. Экситоны. Фононы в идеальных кристаллах. ИК-поглощение и комбинационное рассеяние света. Электронная, ЯМР и Оже - спектроскопия. Рентгеновская спектроскопия. ЭПР и фотоэлектронная

Основная литература

• 1. Иродов И.Е. Атомная и ядерная физика. Сборник задач: Учебное пособие.- ,СПб: изд. Лан, 2002. – 288 с. 2. Милантьев В.П. Атомная физика: Учебное пособие. – М.: Изд. РУДН.2000,-373 с. 3. Гинзбург В.Л., Левин Л.М., Рабинович М.С., Сивухин Д.В. Сборник задач по общему курсу физики. Том 5. Атомная физика. Физика ядра и элементарных частиц. – М., Физматлит: Лань, 2006, 184 с. 4. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. М.: Наука, 1988 с. 5. Савельев И.В. Курс общей физики. Книга 5. М.: Наука,1998.- 368с. 6. Джумагулова К.Н. и др. Лабораторный практикум по атомной физике. Курчатов,2001,-110с

Дополнительная литература

• 1. Матвеев А.Н., Атомная физика. Учебное пособие.- М.: Высшая школа, 1989.-439с. 2. Сивухин Д.В. Общий курс физики, т.5. Атомная и ядерная физика:ч.1, уч.пособие.-М.1986-416с. 3. Шпольский Э.В.Атомная физика: Учебное пособие в 2-х томах-М.:Наука, 1984, т.2.-483с. 4. Иродов И.Е.Сборник задачпо атомной и ядерной физике. Учебное пособие.- М.: Энергоиздат, 1984.-240с.