Учебно-методический комплекс по дисциплине ОПД. Ф.015 Теоретическая физика: Квантовая теория Специальность/Направление 010701 - Физика (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУВПО «Марийский государственный университет»
Физико-математический факультет

Кафедра теоретической и прикладной физики

УТВЕРЖДАЮ

Декан физико-математического
факультета

«24» ноября 2009 г.

//

(подпись/Ф. И.О)

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ОПД. Ф.015 Теоретическая физика: Квантовая теория

(индекс по ГОС/наименование дисциплины)

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ/НАПРАВЛЕНИЕ

010701 – Физика

(код и наименование специальности/направления в соответствии с лицензией)

Составитель        , д-м физ.-мат. наук, проф.

(должность, Ф. И.О., ученая степень, звание автора программы)

Йошкар-Ола

2009

УТВЕРЖДЕНО на заседании кафедры теоретической и прикладной физики (название кафедры) Протокол № 4 от «20» ноября 2009 г. Зав. кафедрой  // (подпись/Ф. И.О)

УТВЕРЖДЕНО на заседании УМК Протокол № 1 (ВЗ) от «23» ноября 2009 г. Председатель УМК  // (подпись/Ф. И.О)

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

I Рабочая программа учебной дисциплины        4

II Методические рекомендации по изучению учебной дисциплины        25

III Учебно-методические материалы        25

IV Материалы текущего контроля, промежуточной аттестации и итогового контроля знаний        26

V Словарь терминов и персоналий        26

VI Программа государственного экзамена, итогового междисциплинарного
экзамена        27

VII Программное и методическое обеспечение практики        28

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУВПО «Марийский государственный университет»

Физико-математический факультет

УТВЕРЖДАЮ

Декан физико-математического

факультета

//

(подпись/Ф. И.О.)

«24» ноября 2009 г.

I РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Учебная дисциплина        Теоретическая физика: Квантовая теория

(/наименование дисциплины)

ОПД. Ф.015

(индекс по ГОС)

Специальность        010701 – Физика

(код и наименование в соответствии с лицензией)

Кафедра        теоретической и прикладной физики

(название)

Курс        3        семестр        6        форма обучения  очная

Лекции        38

(кол-во часов)

Практические занятия        19

(кол-во часов)

Лабораторные занятия        –

(кол-во часов)

Самостоятельная работа        46

(кол-во часов)

Курсовая работа (проект)        

(семестр)

Зачет        6

(семестр)

Экзамен        

(семестр)

Программа разработана        Косовым Александром Александровичем, д-м физ.-мат. наук, проф.

(должность, Ф. И.О., ученая степень, звание автора программы)

Йошкар-Ола

2009

Рекомендована к утверждению        Рассмотрена и одобрена на

решением учебно-методической        заседании кафедры

комиссии (учебно-методического        теоретической и прикладной

совета) физико-математического                физики                                

       факультета                        (название кафедры)

(название факультета / института, специальности)

протокол заседания № 1        от        протокол заседания № 4 от

«11» сентября 2009 г.        «20» ноября 2009 г.

                       

       (подпись, Ф. И.О. председателя)                (подпись, Ф. И.О., зав. кафедрой)        

СОГЛАСОВАНО с выпускающей кафедрой        общей физики

       (название кафедры)

протокол заседания № 1        от «31» августа 2009 г.  /

       (Ф. И.О. зав. кафедрой, подпись)

Учебный год	Решение кафедры (№ протокола, дата заседания кафедры, Ф. И.О., подпись зав. кафедрой)	Автор изменения (Ф. И.О., подпись)	Номер изменения

1 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

1.1 Требования государственного образовательного стандарта к содержанию данной дисциплины

ОПД	Общепрофессиональные дисциплины	1310
ОПД. Ф.01	Теоретическая физика.	870
ОПД. Ф.015	Квантовая теория. Дуализм явлений микромира, дискретные свойства волн, волновые свойства частиц. Принцип неопределенностей. Принцип суперпозиции Наблюдаемые и состояния. Чистые и смешанные состояния. Эволюция состояний и физических величин. Соотношения между классической и квантовой механикой. Теория представлений. Общие свойства одномерного движения гармонического осциллятора. Туннельный эффект. Квазиклассическое движение. Теория возмущений. Теория момента. Движение в центрально-симметричном поле. Спин. Принцип тождественности одинаковых частиц. Релятивистская квантовая механика. Атом. Периодическая система элементов Менделеева. Химическая связь, молекулы. Квантование электромагнитного поля. Общая теория переходов. Вторичное квантование, системы с неопределенным числом частиц. Теория рассеяния.	185

1.2 Цели, учебные задачи дисциплины, место и роль учебной дисциплины в подготовке специалиста

Профессиональная деятельность специалиста по специальности «Физика», изучающего курс квантовая теория направлена на возможность освоения новых теорий и моделей; исследований и оценку состояния и обработки полученных результатов научных исследований на современном уровне и их анализ.

Студенты, окончившие курс «Квантовая теория», должны быть подготовлены к решению следующих задач:

научные исследования поставленных проблем; формулировка новых задач, возникающих в ходе научных исследований; разработка новых методов исследований; выбор необходимых методов исследования; освоение новых методов научных исследований; освоение новых теорий и моделей; обработка полученных результатов научных исследований на современном уровне и их анализ; работа с научной литературой с использованием новых информационных технологий, слежение за научной периодикой.

1.3 Виды учебной деятельности студентов

Лекции и практические семинарские занятия. В качестве внеаудиторной самостоятельной работы: работа с научной литературой с использованием новых информационных технологий, слежение за научной периодикой.

Самостоятельная работа также включает в себя:

изучение теоретического материала; переработку материала лекций; подготовку к практическим занятиям; индивидуальную работу в компьютерном классе

1.4 Контроль знаний студентов

6 семестр – зачет.

2 СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

Рабочая программа составлена на основании  типовой программы курса «Квантовая теория» для специальности 010701 «Физика», утвержденной УМС по физике УМО классических университетов и полностью соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта специальности  010400 «Физика».

Актуальность и значимость курса.  Сегодняшняя  жизнь не мыслима без приборов и механизмов, работающих по законам квантовой физики. Знание основных законов физики микромира будет еще более востребовано при переходе общества в эру нанотехнологий. Ну а понимание исследований на переднем крае физики, даже на уровне популярных статей, требует не только знаний основных закономерностей физики микромира, но и соответствующего математического языка их описания, но и логической структуры всей физики в целом, на всех ее уровнях.

Данный курс является основой для курсов «Физика конденсированного состояния», «Статистическая физика» и большинства курсов специальной подготовки.

Цель и задачи изучения курса. Целью данного теоретического курса - показать, почему перестали действовать законы классической физики в микромире и как строится новая физика, включающая классическую как составной элемент, но с ограниченной областью применимости. Важнейшей задачей курса является овладение специальным аппаратом квантовой физики, позволяющим читать современную литературу, и умение его применять для рассмотрения широкого круга физических явлений. Место дисциплины в профессиональной подготовке специалистов. Курс "Квантовая теория", читаемый после разделов "Теоретическая механика" и "Электродинамика" курса теоретической физики, представляет собой теоретическую основу для последующих разделов курса теоретической физики. В нем вводятся основные понятия и методы квантовой теории, способы теоретического описания, количественного и качественного анализа квантовых процессов в системах, состоящих из одной или многих частиц, а также в системах с неопределенным или меняющимся числом частиц. Структура учебной дисциплины. Курс «Квантовая теория» включает в себя следующие большие темы: Причины несостоятельности классической физики для описания явлений микромира; Уточнение основных положений физики, таких как физическая величина, состояние, закон движения, в виде постулатов квантовой теории; использование новых понятий в модельных задачах и качественное описание явлений микромира; Точно решаемые задачи квантовой теории; Методы приближенного решения задач и их использование для описания явлений. Особенности изучения дисциплины. Курс рассчитан на студентов-физиков, имеющих подготовку по общей физике и математике в объеме обычной университетской программы. В частности, предполагается, что студенты знакомы с качественным описанием отдельных квантовых явлений из области атомной и ядерной физики, оптики, физики твердого тела, а также знакомы с элементами теории линейных операторов в гильбертовом пространстве. Форма организации занятий по курсу. Организация занятий - традиционная. По курсу «Квантовая теория» читаются лекции и ведутся практические занятия по 2 часа в неделю в течении двух семестров. Взаимосвязь аудиторной и самостоятельной работы студентов. Аудиторные занятия, лекции и практика, предполагают самостоятельную работу студентов по данному курсу. На лекциях предлагается для самостоятельного изучения дополнительные темы, самостоятельное проведение некоторых вычислений. На практических занятиях даются домашние задания для самостоятельного решения задач и упражнений по курсу «Квантовая механика». Требования к уровню усвоения содержания курса. Понимание области применимости отдельных разделов физики и их взаимосвязь, владение «математическим языком» квантовой теории и причин, его использования, знание теоретического материала и его использование при решении конкретных задач, умение читать современную литературу по физике, понимание главных проблем этой науки, грамотное использование получаемых знаний и умений в специальных дисциплинах. Объем и сроки изучения курса. Курс «Квантовая теория» читается на третьем (6 семестр) и четвертом (7 семестр) курсах: лекции – 2 часа в неделю (70 часов), практические занятия – 1 час в неделю (35 часов), самостоятельная работа студентов (90 часов). Виды контроля знаний и их отчетности. Усвоение материала, излагаемого на лекциях, контролируется проведением контрольных работ по основным понятиям предыдущих лекций. В течении семестра проводятся контрольные работы по практическим занятиям. Усвоение отдельных больших тем контролируется проведением тестирования. Темы, выносимые на самостоятельное изучение, предполагают рефераты. В 6-м семестре промежуточной итоговой аттестацией является зачет, в 7-м – итоговый экзамен. Критерии оценки знаний студентов по курсу. Для получения допуска к экзамену по курсу «Квантовая теория» требуется посещение аудиторных занятий и выполнение контрольных мероприятий. А именно: зачет в первом семестре ставится при выполнении контрольной работы, прохождения двух тестов, отсутствия «долгов»  по домашним заданиям и сдачи коллоквиума по теоретическому материалу. Для допуска к экзамену – такие же требования. Оценка «хорошо» ставится при решении задачи экзаменационного билета. Задача считается решенной, если дано ее полное, правильное, поэтапное решение. Для получения оценки «отлично», кроме решения задачи, необходимо полно и с пониманием ответить на теоретический вопрос билета. Экзамен проводится письменно.

3 ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

№ п/п раздела	№ п/п темы	Наименование разделов и тем	Количество часов по учебному плану
Всего	В том числе
Аудиторная нагрузка	Самостоятельная работа
Лекции	Практические (семинарские) занятия	Лабораторные занятия
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Введение	5	2	1	2
2	Первый квантовый постулат – динамические переменные как операторы. Квантование физических величин	12	4	2	6
3	Второй квантовый постулат – описание состояния в микромире. Смешанные и чистые состояния.	15	6	3	6
4	Третий квантовый постулат – эволюция состояний. Представление Шредингера, Гейзенберга, принцип соответствия.	17	6	3	8
5	Одномерное движение, модельные задачи	20	8	4	8
6	Движение в центральном поле	17	6	3	8
7	Приближенные методы решения задач квантовой механики	17	6	3	8
ИТОГО:	103	38	19	–	46

4 ПРОГРАММА ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ

4.1 Тематический план лекций