ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ФИЗИКО – МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
ПРОГРАММА
ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ
ПО КВАНТОВОЙ ФИЗИКЕ
по направлению подготовки 011200.68 – Физика
Профиль «Теоретическая и математическая физика»
Квалификация (степень): магистр
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Целью проведения вступительных испытаний по квантовой физике является проверка основ знаний, умений и практических навыков у поступающих в магистратуру по направлению подготовки 011200.68 Физика, профиль «Теоретическая и математическая физика».
Поступающие в магистратуру должны показать умение решить следующие задачи:
• применять современные экспериментальные и физико-математические методы исследования физических задач,
• творчески и критически осмысливать физическую информацию для решения исследовательских задач,
• самостоятельно обрабатывать и представлять результаты исследований физических задач.
ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ
ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ
1.1 Лица, желающие освоить программу специализированной подготовки магистра физики, должны иметь высшее профессиональное образование определенной ступени, подтвержденное документом государственного образца.
1.2 Лица, имеющие диплом бакалавра физики по направлениям 011200 – Физика зачисляются на специализированную магистерскую подготовку на конкурсной основе. Условия конкурсного отбора определяются вузом на основе Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования бакалавра физики по данному направлению.
1.3 Лица, желающие освоить программу специализированной подготовки магистра физики по данному направлению и имеющие высшее профессиональное образование, профиль которого не указан в п.1.2, допускаются к конкурсу по результатам сдачи экзаменов по дисциплинам, необходимым для освоения программы подготовки магистра физики и предусмотренным федеральным государственным образовательным стандартом подготовки бакалавра физики по данному направлению.
Форма проведения – письменный экзамен.
КРИТЕРИИ ОЦЕНОК
ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ
При оценке знаний на вступительном экзамене учитывается:
- правильность и осознанность ответа на вопросы, полнота раскрытия понятий и закономерностей, точность употребления и трактовки общенаучных и специальных терминов;
- степень сформированности интеллектуальных и научных способностей экзаменуемого;
- речевая грамотность и логическая последовательность ответа.
Экзамен проводится по 100-балльной шкале. При этом действуют следующие критерии:
89 – 100 баллов выставляется, если:
- полно раскрыто содержание вопросов в объеме программы и рекомендованной литературы;
- четко и правильно даны определения и раскрыто содержание концептуальных понятий, закономерностей, корректно использованы научные термины;
- для доказательства использованы различные теоретические знания, выводы из наблюдений и опытов;
- ответ исчерпывающий, с опорой на знания, приобретенные в процессе специализации по выбранному направлению подготовки.
77 – 88 баллов выставляется, если:
- раскрыто основное содержание вопросов;
- в основном правильно даны определения понятий и использованы научные термины;
- определения понятий неполные, допущены нарушения последовательности изложения, небольшие неточности при использовании научных терминов или в выводах и обобщениях.
65 – 76 баллов выставляется если:
- усвоено основное содержание учебного материала, но изложено фрагментарно, не всегда последовательно;
- определение понятий недостаточно четкое;
- допущены ошибки при изложении доказательств;
- допущены ошибки и неточности в использовании научной терминологии, определении понятий.
менее 65 баллов выставляется, если:
- ответ неверный, не раскрыто основное содержание программного материала;
- допущены грубые ошибки в определении понятий, при использовании терминологии.
ОБОСНОВАНИЕ ВКЛЮЧАЕМЫХ ДИСЦИПЛИН:
Программа содержит основные принципиально значимые для образования в области физики разделы общего и теоретического курсов физики: квантовая механика и атомная физика, физика атомного ядра и элементарных частиц, термодинамика и статистическая физика, физика твёрдого тела.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ОБРАЗОВАНИЯ АБИТУРИЕНТА:
Абитуриенты, поступающие в магистратуру, должны иметь квалификацию (степень) «бакалавр».
2. ПРОГРАММА ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ
Квантовая механика и атомная физика
1. Особенности поведения микрообъектов
Корпускулярные свойства света, волновые свойства частиц ( работы Планка, Эйнштейна, де-Бройля) и их экспериментальное подтверждение (фотоэффект, эффект Комптона, опыты Дэвиссона и Джермера). Дискретность состояний микрообъектов (линейчатость атомных спектров, постулаты Бора, опыты Франка-Герца и Штерна-Герлаха). Соотношения неопределенностей, их физическая интерпретация. Вероятностный характер описания микрообъектов.
Волновая функция, ее физическая инерпретация.
2. Основные положения квантовой механики
Принцип причинности в квантовой механике. Уравнение Шредингера Классическая механика как предельный случай квантовой механики.
Волновая функция свободной частицы. Частица в бесконечно глубокой потенциальной яме. Туннельный эффект. Энергетический спектр линейного гармонического осциллятора.
Системы тождественных частиц. Принцип тождественности. Бозоны и фермионы. Принцип Паули.
3. Строение атома
Атом водорода. Описание состояния атома водорода квантовыми числами. Спектр излучения атомарного водорода. Правила отбора. Описание состояния электрона в многоэлектронном атоме.
Периодическая система элементов Менделеева.
Физика атомного ядра и элементарных частиц
1. Атомное ядро
Опыты Резерфорда. Планетарная модель строения атома. Основные элементы ядра. Основные характеристики ядер. Модели ядра. Свойства ядерных сил. Понятие о мезонной теории ядерных сил.
Радиоактивность. Характеристики и виды радиоактивного распада. Альфа-бета - и гамма-превращения, их природа. Нейтрино. Понятие о четности. Несохранение четности в бета-распадах.
2. Элементарные частицы
Источники частиц. Ускорители. Методы регистрации частиц. Классификация элементарных частиц: фотоны, мезоны, лептоны, барионы, резонансы, античастицы. Основные характеристики частиц. Понятие о кварках. Типы фундаментальных взаимодействий частиц и их характеристики. Обменный механизм фундаментальных взаимодействий. Примеры превращений, вызываемых разными взаимодействиями.
Термодинамика и статистическая физика
1. Общие положения
Статистический и термодинамический способы описания макроскопических тел. Макро- и микросостояния. Описание микросостояний. Каноническое и микроканоническое распределение. Равновесные и неравновесные состояния. Термодинамические параметры. Уравнения состояния. Основное термодинамическое тождество. Постулат Гиббса. Фазовое пространство, фазовая точка, фазовая траектория. Постулат о равновероятности микросостояний. Каноническое распределение Гиббса.
Внутренняя энергия как функция состояния. Теплота и работа. Первое начало термодинамики. Основное тождество (уравнение) термодинамики. Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Тепловые машины. Цикл Карно. Температура (термодинамическое определение, температурные шкалы). Энтропия, ее статистический и термодинамический смысл.
2. Свойства классического и квантового газов
Распределение Максвелла. Опыт Штерна. Средняя, среднеквадратичная и наиболее вероятная скорости.
Теорема о равномерном распределении кинетической энергии по степеням свободы. Классическая теория теплоемкости идеального газа.
Распределение Больцмана. Барометрическая формула.
Идеальный газ бозонов. Статистика Бозе-Эйнштейна. Равновесное излучение как фотонный газ. Законы излучения абсолютно черного тела.
Идеальный газ фермионов. Статистика Ферми-Дирака. Свободные электроны в металле как Ферми-газ. Теплоемкость электронного газа.
3. Агрегатные состояния вещества
Газообразное, твердое и жидкое состояния вещества. Фазовые переходы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.
Физика твердого тела
Кристаллы, их свойства. Динамика кристаллической решетки. Понятие о фононах.
Электроны в кристалле. Энергетические зоны. Зонная теория проводников, диэлектриков и полупроводников. Понятие о сверхпроводимости.
ПРИМЕРНЫЕ ВОПРОСЫ ВСТУПИТЕЛЬНОГО ИСПЫТАНИЯ
Корпускулярные свойства света, волновые свойства частиц (работы Планка, Эйнштейна, де-Бройля) и их экспериментальное подтверждение (фотоэффект, эффект Комптона, опыты Дэвиссона и Джермера). Дискретность состояний микрообъектов (линейчатость атомных спектров, постулаты Бора, опыты Франка-Герца и Штерна-Герлаха). Соотношения неопределенностей, их физическая интерпретация. Вероятностный характер описания микрообъектов. Волновая функция, ее физическая интерпретация. Принцип причинности в квантовой механике. Уравнение Шредингера Классическая механика как предельный случай квантовой механики.4. Волновая функция свободной частицы. Частица в бесконечно глубокой потенциальной яме. Туннельный эффект. Энергетический спектр линейного гармонического осциллятора.
Системы тождественных частиц. Принцип тождественности. Бозоны и фермионы. Принцип Паули. Атом водорода. Описание состояния атома водорода квантовыми числами. Спектр излучения атомарного водорода. Правила отбора. Описание состояния электрона в многоэлектронном атоме. Периодическая система элементов Менделеева. Опыты Резерфорда. Планетарная модель строения атома. Основные элементы ядра. Основные характеристики ядер. Модели ядра. Свойства ядерных сил. Понятие о мезонной теории ядерных сил. Радиоактивность. Характеристики и виды радиоактивного распада. Альфа-бета - и гамма-превращения, их природа. Нейтрино. Понятие о четности. Несохранение четности в бета-распадах. Источники частиц. Ускорители. Методы регистрации частиц. Классификация элементарных частиц: фотоны, мезоны, лептоны, барионы, резонансы, античастицы. Основные характеристики частиц. Понятие о кварках. Типы фундаментальных взаимодействий частиц и их характеристики. Обменный механизм фундаментальных взаимодействий. Примеры превращений, вызываемых разными взаимодействиями. Статистический и термодинамический способы описания макроскопических тел. Макро - и микросостояния. Описание микросостояний. Каноническое и микроканоническое распределение. Равновесные и неравновесные состояния. Термодинамические параметры. Уравнения состояния. Основное термодинамическое тождество. Постулат Гиббса. Фазовое пространство, фазовая точка, фазовая траектория. Постулат о равновероятности микросостояний. Каноническое распределение Гиббса. Внутренняя энергия как функция состояния. Теплота и работа. Первое начало термодинамики. Основное тождество (уравнение) термодинамики. Второе начало термодинамики. Обратимые и необратимые процессы. Тепловые машины. Цикл Карно. Температура (термодинамическое определение, температурные шкалы). Энтропия, ее статистический и термодинамический смысл.15. Распределение Максвелла. Опыт Штерна. Средняя, среднеквадратичная и наиболее вероятная скорости.
16. Теорема о равномерном распределении кинетической энергии по степеням свободы. Классическая теория теплоемкости идеального газа.
Распределение Больцмана. Барометрическая формула.18. Идеальный газ бозонов. Статистика Бозе-Эйнштейна. Равновесное излучение как фотонный газ. Законы излучения абсолютно черного тела.
Идеальный газ фермионов. Статистика Ферми-Дирака. Свободные электроны в металле как Ферми-газ. Теплоемкость электронного газа. Газообразное, твердое и жидкое состояния вещества. Фазовые переходы. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса. Кристаллы, их свойства. Динамика кристаллической решетки. Понятие о фононах. Электроны в кристалле. Энергетические зоны. Зонная теория проводников, диэлектриков и полупроводников. Понятие о сверхпроводимости.3. ЛИТЕРАТУРА
1. Блохинцев квантовой механики. М.: Наука, 1976.
2. Квасников и статистическая физика. МГУ, 1991.
3. Наумов A. И. Физика атомного ядра и элементарных частиц. М.: Просвещение, 1984.
4. , Юдин физика. М.: Наука, 1980.
5. Шпольский физика. М.: Наука, 1984, т. 1-2.
4. ОБРАЗЕЦ ЭКЗАМЕНАЦИОННОГО БИЛЕТА
1. Принцип причинности в квантовой механике. Уравнение Шредингера Классическая механика как предельный случай квантовой механики.
2. Типы фундаментальных взаимодействий частиц и их характеристики. Обменный механизм фундаментальных взаимодействий. Примеры превращений, вызываемых разными взаимодействиями.
