Программа курса (Syllabus) физика электромагнитных волн и атома (стр. 1 )

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Некоммерческое акционерное общество

«Алматинский универитет энергетики и связи»

Теплоэнергетический факультет

Кафедра физики

Программа курса (Syllabus)

Физика ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН И АТОМА

Специальность: 5В074600 – Космическая техника и технологии

Курс – 2

Семестр - 4

Всего - 4 кредита

Общее количество часов – 180

Лекции – 2 кредита

Практические занятия – 1,5 кредита

Лабораторные занятия – 0,5 кредита

СРС – 112 часов

В т. ч. СРСП – 30 часов

4 РГР – 4 семестр

Экзамен - 4 семестр

Алматы 2012

Программа курса составлена: , кандидатом физико-математических наук, доцентом кафедры физики, на основании рабочих учебных планов специальности 5В074600 – Космическая техника и технологии.

Рассмотрена на заседании кафедры физики

«28» июня 2012 г. Протокол № 10

Заведующий кафедрой ____________________проф.

Дисциплина: ФИЗИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН И АТОМА

Пререквизиты и постреквизиты курса

Пререквизиты – «алгебра и геометрия», «математический анализ», «теория вероятности и математическая статистика», «химия», «физика».

Постреквизиты дисциплины – «электротехника»; «основы радиоэлектроники»; «основы автоматики».

Описание курса

Дисциплина «Физика электромагнитных волн и атома» является базовой дисциплиной по выбору при подготовке бакалавров по специальности 5В074600 – Космическая техника и технологии. Изучение курса физики наряду с изучением высшей математики создает фундаментальную базу профессиональной деятельности бакалавров в области космической техники и технологий, формирует их научное мировоззрение и компетенцию.

Курс «Физика электромагнитных волн и атома» включает следующие разделы: излучение и распространение электромагнитных волн в различных средах и физика атома.

Цели курса - формирование у студентов умений и навыков использования фундаментальных законов, теорий классической и современной физики, а также методов физического исследования; формирование у студентов творческого мышления и научного мировоззрения, навыков самостоятельной познавательной деятельности,; формирование у студентов целостного представления о современной естественно-научной картине мира.

Задачи изучения дисциплины - раскрыть сущность основных представлений, законов, теорий классической и современной физики в их внутренней взаимосвязи; формировать у студентов умения и навыки решения обобщенных типовых задач дисциплины (теоретических и экспериментально-практических учебных задач) из различных областей физики как основы умения решать профессиональные задачи в области радиотехники, электроники и телекоммуникаций, и находить индивидуальные способы самообразования в дальнейшем; способствовать развитию у студентов творческого мышления, навыков самостоятельной, познавательной деятельности, умения моделировать физические явления.

В результате изучения курса физики студент должен:

- знать: основные физические теории и принципы, физические методы исследования, основные законы и границы их применимости;

- уметь: применять теоретические знания для решения конкретных физических задач и ситуаций, анализировать результаты физического эксперимента, моделировать физические ситуации с использованием компьютера;

- иметь навыки: проведения физического эксперимента, работы с измерительными приборами, расчета и обработки полученных данных.

Курс «Физика электромагнитных волн и атома» включает в себя некоторые разделы классической и современной физики. Ясная физическая и мировоззренческая интерпретация представлений классической и современной физики формирует у студентов способность перестраивать свое мышление к восприятию неизбежных трансформаций старых научных и технических представлений в принципиально новые.

Контроль текущей работы студентов осуществляется путём проведения контрольных работ, коллоквиумов, защиты лабораторных работ, работ с использованием ПС, защиты семестровых заданий (расчётно-графических работ). Итоговый контроль – экзамен.

Сведения о преподавателях:

Мурадов Абыл Дарханович, кандидат физико-математических наук, стаж научно-педагогической работы - 34 года.

График занятий:

В течение первой половины семестра: еженедельно лекция – 2 часа (100 минут), еженедельно практическое занятие (по 100 минут каждое), через неделю 1 лабораторное занятие (по 100 минут каждое занятие), еженедельно самостоятельная работа под руководством преподавателя (СРСП) – 2 часа (консультации и сдача РГР), еженедельно самостоятельная работа – 4 часа, включающая подготовку к лекциям, практическим и лабораторным занятиям, выполнение РГР и СРС. Схема занятий во вторую половину семестра (после пересмены): еженедельно лекция – по 2 часа (100 минут каждая), через неделю 1 практическое занятие – по 2 часа (по 100 минут), через неделю 1 лабораторное занятие - 2 часа (100 минут каждое занятие), еженедельно самостоятельная работа под руководством преподавателя (СРСП) – 2 часа (консультации и сдача РГР), еженедельно самостоятельная работа – 4 часа, включающая подготовку к лекциям, практическим и лабораторным занятиям, выполнение заданий РГР и СРС.

Лекции – 30 часов:

Лек/ нед.	Тема	Источники
1/ 1	Вихревое электрическое поле. Ток смещения. Система уравнений Максвелла для электромагнитных волн. Волновое уравнение.	Л.1, 3, 4, 14, 21.
2/2	Решение волнового уравнения в виде плоских и сферических волн. Плотность потока электромагнитной энергии. Вектор Пойнтинга.	Л.1, 3, 4, 14,21
3/3	Дифференциальные уравнения для потенциалов электромагнитного поля, их решения в виде запаздывающих и опережающих потенциалов. Калибровочная инвариантность.	Л.21.
4/4	Осциллятор. Запаздывающие потенциалы поля осциллятора.	Л.21.
5/5	Поле осциллятора. Его излучение. Ближняя и волновая зоны осциллятора. Направленность излучения. Мощность излучения	Л. 4, 21.
6/6	Отражение и преломление плоских электромагнитных волн в диэлектриках. Закон Снеллиуса. Энергия и импульс электромагнитных волн. Давление.	Л. 4, 21.
7/7	Распространение волн в проводящей среде. Отражение от металлической поверхности.	Л.21.
8/8	Корпускулярно-волновой дуализм вещества. Гипотеза де Бройля и ее экспериментальное подтверждение. Волновые свойства микрочастиц и соотношение неопределенностей Гейзенберга. Состояние микрочастицы в квантовой механике. Волновая функция и ее статистический смысл. Временное и стационарное уравнения Шредингера.	Л.1, 3, 4, 14.
9/9	Решение стационарного уравнения Шредингера для простейших квантовых систем. Частица в одномерной прямоугольной потенциальной яме. Принцип соответствия Бора. Движение частицы при наличии потенциального барьера. Туннельный эффект	Л.2, 3, 4, 14, 22.
10/ 10	Атом водорода в квантовой теории. Энергетические уровни. Ширина уровней.	Л. 4, 22.
11/ 11	Собственные функции и собственные значения оператора момента импульса и оператора проекции момента импульса. Пространственное квантование.	Л.22.
12/ 12	Гипотеза вращающегося электрона. Опыт Штерна – Герлаха. Магнито - механические эффекты. Спин электрона. Принцип Паули.	Л.22.
13/ 13	Квантовая механика электрона со спином. Полный момент импульса электрона в атоме. Формула тонкой структуры термов. Эффект Зеемана.	Л.22.
14/ 14	Спектр гелия. Парагелий и ортогелий. Уравнение Шредингера для двух электронов в центральном поле.	Л.22.
15/ 15	Теория периодической системы .	Л. 4, 22.

Практические занятия – 23 часа:

прак. зан./ нед	Тема	Источники
1/1	Система уравнений Максвелла для электромагнитного поля. Электромагнитная волна и ее характеристики. Энергия и плотность энергии волны. Вектор Пойнтинга	Л. 1, 4, 21, 23.
2/2	Вихревые токи, использование уравнений Максвелла в интегральной форме.	Л. 1, 4, 21, 23.
3/3	Метод Фурье в решении уравнений Лапласа и Пуассона. Решение уравнения Лапласа в различных системах координат.	Л. 21, 23.
4/4	Решение уравнения Пуассона как обобщение решения уравнения Лапласа.	Л. 21, 23.
5/5	Решение уравнения Даламбера как обобщение решения волнового уравнения для потенциалов электромагнитного поля.	Л. 21,23.
6/6	Распространение электромагнитных волн в диэлектриках. Граничные условия.	Л. 21, 23.
7/7	Контрольная работа № 1
8/8	Волновые свойства микрочастиц. Гипотеза и формула де Бройля. Соотношения неопределённостей Гейзенберга.	Л. 2, 4, 21.
9/9	Волновая функция, её статистический смысл. Стационарное уравнение Шредингера. Частица в одномерной прямоугольной «потенциальной яме».	Л. 2, 4, 21.
10/11-12	Отражение и прохождение микрочастиц через потенциальный барьер.	Л. 2, 4, 21.
11/13-14	Контрольная работа № 2
12/15	Атом водорода в квантовой физике. Расщепление энергетических уровней под действием электрического и магнитного полей.	Л. 2, 4, 21.

Лабораторные занятия – 15 часов:

№ зан./ нед	Тема	Источ-ники
1/1-2	Уравнения Максвелла ЭМК-23 Изучение вихревого электрического поля. ЭМК-24 Измерение индуктивности катушек.	Л. 16
2/3-6	Волновая оптика ОТТ-1 Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона ОТТ- 2 Определение длины волны лазерного излучения ОТТ- 3 Изучение дифракции света по узкой щели ОТТ- 6 Проверка закона Малюса	Л.18
3/7-8	Защита отчетов
5, 6,7/9-14	Физика атома ОТТ-9 Определение постоянной Стефана-Больцмана ОТТ-10 Проверка закона Стефана-Больцмана ОТТ-11 Определение постоянной Планка по спектру поглощения ОТТ-12 Наблюдение дифракции ионов меди	Л. 19
8/15	Защита отчетов