МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ТЕПЛОВОЙ И АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИТАЭ) ___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 140700 Ядерная энергетика и теплофизика

Профиль(и) подготовки: Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«ФИЗИКА СПЕЦИАЛЬНАЯ (КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА)»

Цикл:

профессиональный

Часть цикла

базовая

№ дисциплины по учебному плану:

ИТАЭ; Б2.4

Часов (всего) по учебному плану:

180

Трудоемкость в зачетных единицах:

5

5 семестр

Лекции

36 часа

5 семестр

Практические занятия

18 часов

5 семестр

Лабораторные работы

-

5 семестр

Расчетные задания, рефераты

-

5 семестр

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

126 часа

5 семестр

Экзамены

27 часов

5 семестр

Курсовые проекты (работы)

-

-

Москва - 2010

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение основ квантовой механики, как базовой дисциплины для изучения последующих курсов

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

·  понимать процессы в квантовых системах;

·  знать методы и приемы вычисления отдельных квантовомеханических величин;

·  самостоятельно работать, принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности (ОК-7);

·  анализировать различного рода рассуждения, публично выступать, аргументировано вести дискуссию и полемику (ОК-12);

·  анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);

·  принимать и обосновывать конкретные процессы и явления в квантовых системах (ПК-10);

Задачами дисциплины являются

·  познакомить обучающихся с основами квантовой механики;

·  научить решать простейшие квантовые задачи, научить современным методам качественных оценок квантовомеханических задач;;

·  научить принимать и обосновывать различные приближения в квантовых расчетах и уметь анализировать различные системы в точки зрения квантовой механики.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла Б.2 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике» направления 140700 Ядерная энергетика и теплофизика.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: Механика, Физика (общая), Математика, Химия (общая), Прикладная физика.

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы и изучении дисциплин "Физико-химия наночастиц и наноматериалов», "Методы и приборы для изучения, анализа и диагностики наночастиц и наноматериалов", Химия 2, «Физика конденсированного состояния», «Компьютерное моделирование процессов нанотехнологии», выполнении курсовых работ, а также программы магистерской подготовки.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

·  основные источники научно-технической информации по квантовой механике (ОК-7, ПК-6);

·  подходы к решению простейших квантовомеханических задач;

·  материалы, применяемые в квантовой и оптической электронике, знать их классификацию и маркировку (ПК-10);

·  источники научно-технической информации (журналы, сайты Интернет) по физическим процессам в квантовой механике (ПК-17).

Уметь:

·  самостоятельно проводить расчеты простейших задач квантовой механики;

·  самостоятельно анализировать эксперименты с точки зрения квантовой механики (ПК-1);

·  осуществлять поиск и анализировать научно-техническую информацию (ПК-6);

·  проводить оценки отдельных процессов с точки зрения квантовой механики.

Владеть:

·  навыками дискуссии по профессиональной тематике (ОК-12);

·  терминологией в области квантовой механики (ОК-2);

·  навыками поиска информации о квантовых процессах (ПК-6);

·  навыками применения полученной информации при анализе задач квантовой механики и экспериментов (ПК-6).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов.

№

п/п

Раздел дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

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

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)

лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

1. Основы квантовой механики

16

16

4

2

14

Контрольный опрос

2

2. Математический аппарат квантовой механики

16

16

4

2

14

Контрольный опрос

3

3. Эволюция состояний и уравнение Шредингера

16

16

4

2

13

Контрольный опрос

4

4. Задача об атоме водорода

14

14

2

2

10

Контрольный опрос

5

5. Приближенные методы решения квантово-механических задач

10

10

2

2

10

Контрольный опрос

6

6. Молекула в постоянных электрическом и магнитном полях

12

12

2

2

10

Контрольный опрос

7

7. Спин элементарных частиц и связанный с ним магнитный момент

12

12

2

2

10

Контрольный опрос

8

8. Квантовая система в переменном электромагнитном поле

14

14

4

2

8

Контрольный опрос

9

9. Системы тождественных частиц: фермионы и бозоны

12

12

2

2

8

Контрольный опрос

Зачет

2

2

--

--

--

2

Экзамен

27

27

--

--

--

27

устный

Итого:

180

36

18

126

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции (7 семестр)

1. Основы квантовой механики

Экспериментальные основы квантовой механики. Основные постулаты квантовой механики. Квантовые состояния и волновые функции; основные свойства волновых функций. Операторы физических величин (наблюдаемых); средние значения и дисперсии наблюдаемых. Плотность вероятности распределения частиц в пространстве.

2. Математический аппарат квантовой механики.

Эрмитовы операторы, их собственные функции и собственные значения. Вырождение. Матричное представление операторов. Разложение по собственным функциям эрмитова оператора. Коммутационные соотношения. Операторы координат, импульсов, моментов импульса, кинетической и потенциальной энергии. Оператор Гамильтона (гамильтониан). Соотношения неопределенностей. Физический смысл и простейшие оценки на их основе.

3. Эволюция состояний и уравнение Шредингера.

Стационарное уравнение Шредингера. Дискретный и непрерывный спектры. Уравнение непрерывности. Простейшие примеры применения квантовой механики. Одномерные задачи: спектр, качественные особенности волновых функций. Задачи о прямоугольном потенциальном ящике, потенциальном барьере и гармоническом осцилляторе. Теория момента импульса. Основные следствия коммутационных соотношений для компонент момента импульса. Правила сложения моментов импульса. Жесткий ротатор.

4. Задача об атоме водорода.

Разделение переменных. Водородо-подобные орбитали, графическое представление их радиальных и угловых частей. Вырождение одноэлектронных состояний как следствие симметрии центрального поля.

5. Приближенные методы решения квантово-механических задач.

Теория возмущений для стационарных состояний в отсутствие и при наличии вырождения. Вариационный принцип квантовой механики и вариационный метод. Метод Ритца. Метод Венцеля-Крамерса-Бриллюэна (ВКБ)

6. Молекула в постоянных электрическом и магнитном полях.

Дипольный электрический и магнитный моменты системы частиц. Снятие вырождения под влиянием постоянного электрического или магнитного поля (эффекты Штарка и Зеемана)

7. Спин элементарных частиц и связанный с ним магнитный момент.

Операторы спина и коммутационные соотношения. Спин-орбитальное взаимодействие и его проявления.

8. Квантовая система в переменном электромагнитном поле.

Временная теория возмущений. Переходы под влиянием излучения и правила отбора. Коэффициенты Эйнштейна.

9. Системы тождественных частиц: фермионы и бозоны.

Антисимметричность волновой функции для системы электронов. Представление волновой функции системы электронов в виде определителя.

4.2.2. Практические занятия:

5 семестр

Уравнение Шредингера. Представления в прямоугольных и сферических координатах.

Одномерные задачи квантовой механики. Частица в прямоугольной потенциальной яме.

Одномерные задачи квантовой механики. Частица в параболическом потенциале.

Одномерные задачи квантовой механики. Квантовое туннелирование; вычисление вероятности.

Волновые функции атома водорода.

Вычисления состояний по теории возмущений.

4.3. Лабораторные работы - не предусмотрены

4.4. Расчетные задания – не предусмотрено

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы – не предусмотрены

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в форме лекций с использованием презентаций и видео роликов. Презентации лекций содержат большое количество фотоматериалов.

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольным опросам, подготовку к практическим занятиям и лабораторным работам, изучение дополнительного материала, подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные опросы.

Аттестация по дисциплине – экзамен

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на экзамене.

В приложение к диплому вносится итоговая оценка за 5 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1. , . Квантовая механика. М. Наука. 19с.

2. А. Мессиа. Квантовая механика. М.: Наука. 19с.

3. . Основы квантовой механики. М. Наука. 19с.

4. . Квантовая механика. М. Наука. 19с.

б) дополнительная литература:

1.  , , . Рассеяние, реакции и распады в нерелятивистской квантовой механике (2-е изд.) М.: Наука, 1971.

2. , Кривченков механика с задачами. М.: Наука, 1976.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

«Квантовая механика». Электронный курс. М. МЭИ. 2007.

http://www. *****; http://www. *****; http://www. polyus. *****

б) другие:

учебный фильм "Как понимать квантовую механику?»; учебный фильм «История создания квантовой механики».

МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 141700 «Ядерная энергетика и теплофизика» и профилю «Нанотехнологии и наноматериалы в энергетике».

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

Д. т.н., профессор

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой низких температур

д. т.н., профессор