Сучасна фізика – широко розвинена і розгалужена наука. Її наукові напрями мають багато спільного. Знання характерних особливостей фізики як науки дає можливість більш глибоко виявити її закономірності, ефективніше використовувати її методи і концепції. Фізика – наука експериментальна. Прогрес науки і техніки дає змогу розширити області фізики, раніше недоступні для дослідження. На основі результатів фізичних експериментів формулюються фізичні закони, кожний з яких має певну область застосування. Фізичні закони, які відображають істотне, загальне, необхідне, стійке, повторюване відношення між явищами об'єктивної дійсності, які найбільш широко застосовуються, називаються фундаментальними. Однак поряд з ними у фізиці використовуються також і емпіричні закономірності, які не претендують на пояснення механізму досліджуваного фізичного процесу, структури досліджуваних об'єктів. Крім того, для вивчення якого-небудь явища часто застосовуються різні моделі. Тому при викладі матеріалу в посібнику розглядаються як фундаментальні закони, так і емпіричні співвідношення, а також використані моделі абсолютно чорного тіла, моделі атомного ядра та інші.
Особливу увагу приділено описанню найвизначніших експериментів у фізиці: П.М.Лебедєва з визначення тиску світла, С.І.Вавилова на підтвердження корпускулярної природи світла, Е.Резерфорда з розсіювання a- частинок і виявлення ядра атома, К.Девіссона і Л.Джермера на встановлення хвильових властивостей електронів та ін.
На відміну від більшості навчальних посібників з курсу загальної фізики, у даному посібнику приділено більше уваги методологічним і філософським питанням сучасної фізики, повнішому висвітленню її світоглядницьких питань. Такий принцип викладу матеріалу має на меті розвинути у студентів уміння застосовувати філософію при вивченні фізики, перетворити знання у переконання.
Головна мета посібника – познайомити студентів з основними ідеями і методами атомної і ядерної фізики. Особливу увагу звернено на роз’яснення змісту фізичних законів і на свідоме їх застосування.
Даний посібник включає курс лекцій, практичні заняття та лабораторні роботи, які передбачені при вивченні атомної та ядерної фізики. Посібник укладений згідно галузевого стандарту вищої освіти Міністерства освіти і науки України та Положенню про кредитно-модульну систему організації навчального процесу МДУ ім. В.О.Сухомлинського для спеціальності ПМСО «Фізика».
Змістові модулі
| Кредити
| Теми лекцій
(теоретичне ядро)
| Теми практичних
занять
| Лабораторні роботи
|
|
| Аудиторні заняття
| Індивідуальні заняття
| Самостійна робота
| Аудиторні заняття
| Індивідуальні заняття
| Самостійна робота
| Аудиторні заняття
| Індивідуальні заняття
| Самостійна робота
|
І. Квантові властивості випромінювання.
Теплове випромінювання.
|
Модуль 1
| 3 кредиту
| Теплове випромінювання. Рівноважне випромінювання та його характеристики. Закон Кірхгофа. Випромінювання абсолютно чорного тіла.
Формула Релея-Джинса. Квантування енергії випромінювання.
| Закон Стефана-Больцмана. Закон зміщення Віна.
Формула Планка.
| Розподіл енергії в спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла.
Оптична пірометрія.
| Теплове випромінювання..
Формула Планка.
| Вступне заняття. Видача завдань.
|
| Вступне заняття. Техніка безпеки при проведенні лабораторних робіт.
|
|
|
Фотоелектричний ефект. Квантова теорія фотоефекту.
Рентгенівське випромінювання. Гальмівне і характеристичне рентгенівське випромінювання та його спектри.
| Дослідження О.Г.Столєтова. Фотонна теорія світла. Тиск світла. Ефект Комптона.
| Фотоелементи та їх застосування
Застосування рентгенівських променів.
| Фотоефект.
Тиск світла. Ефект Комптона.
| Задачі завдання №1.
| Модульна контрольна робота №1.
| Виконання та захист лабораторних робіт згідно графіку *.
| Захист лабораторної
роботи.
| Розрахунок похибок вимірювання.
|
ІІ. Корпускулярно-хвильовий дуалізм. Хвильові властивості мікрочастинок.
Будова атомів та молекул
|
Модуль 2
| 2 кредиту
| Хвильові властивості речовини. Дифракція електронів. Хвилі де Бройля.
| Досліди Девісона і Джермера.
| Співвідношення невизначеностей Гейзенберга.
| Хвилі де Бройля.
|
|
| Виконання та захист лабораторних робіт згідно графіку *.
| Захист лабораторної
роботи.
| Розрахунок похибок вимірювання.
|
Хвильова функція та її фізичний зміст. Рівняння Шредінгера. Квантування енергії лінійного гармонічного осцилятора.
| Частинка у нескінченно глибокій одновимірній потенціальній ямі. Рух вільної частинки. Лінійний гармонічний осцилятор.
| Тунельний ефект.
| Рівняння Шредінгера.
| Задачі завдання №2.
|
| Виконання та захист лабораторних робіт згідно графіку *.
| Захист лабораторної
роботи.
| Розрахунок похибок вимірювання.
|
Спектральні серії випромінювання атомів. Досліди Резерфорда. Постулати Бора.
Квантування енергії моменту імпульсу і проекції імпульсу. Квантові числа в атомі.
Принцип Паулі. Електронні шари складних атомів.
| Квантово-механічна інтерпретація постулатів Бора. Досліди Штерна і Герлаха. Періодична система елементів.
| Принцип відповідностей. Досліди Франка і Герца. Спін і магнітний момент електрона. Принцип Паулі. Електронні шари складних атомів.
| Постулати Бора. Квантові числа в атомі.
Періодична система елементів Д.І Менделєєва.
|
|
| Виконання та захист лабораторних робіт згідно графіку *.
| Захист лабораторної
роботи.
| Розрахунок похибок вимірювання.
|
Природа характеристичних рентгенівських променів.
Поняття про хімічний зв’язок і валентність. Будова молекул.
Спонтанне та індуковане випромінювання.
| Природа характеристичних рентгенівських променів. Молекулярні спектри. Спектри багатоелектронних атомів. ЕфектЗеємана. Комбінаційне розсіяння світла. Спонтанне та індуковане випромінювання.
| Закон Мозлі.
Люмінесценція.
Квантові генератори (лазери) та їх застосування.
| Характеристичне рентгенівське випромінювання.
| Задачі завдання №3.
| Модульна контрольна робота №2.
| Виконання та захист лабораторних робіт згідно графіку *.
| Захист лабораторної
роботи.
| Розрахунок похибок вимірювання.
|
ІІІ. Фізика атомного ядра. Фізика елементарних частинок.
Фундаментальні взаємодії
|
Модуль 3
| 2,5 кредиту
| Експериментальні методи ядерної фізики.
Склад ядра. Заряд і масове число ядра. Енергія зв’язку ядер. Дефект мас. Радіоактивність. Закони радіоактивного розпаду.
Активність препарату. Доза опромінення. Правила зміщення і радіоактивності.
| Експериментальні методи ядерної фізики.
Момент кількості руху і магнітний момент ядра.
Гамма-випромінювання.
| Прискорювачі заряджених частинок.
Ядерні сили. Моделі атомного ядра.
Застосування радіоактивних ізотопів.
| Ядерні реакції
| Задачі завдання №4.
|
| Виконання та захист лабораторних робіт згідно графіку *.
| Захист лабораторної
роботи.
| Розрахунок похибок вимірювання.
|
Ядерні реакції.
Штучна радіоактивність.
Поділ важких ядер. Ланцюгові реакції поділу. Ядерні реактори на теплових і швидких нейтронах.
| Ядерні реакції. Штучна радіоактивність. Ядерна енергетика. Реакції термоядерного синтезу, умови їх реалізації.
| Ядерні перетворення під дією α-частинок, протонів, нейтронів, дейтронів і γ-квантів. Трансуранові елементи. Керований термоядерний синтез.
| Енергія зв’язку ядер.
|
| Виконання та захист лабораторних робіт згідно графіку *.
| Захист лабораторної
роботи.
| Розрахунок похибок вимірювання.
|
Загальні відомості про елементарні частинки. Систематика елементарних частинок. Фундаментальні взаємодії.
| Лептони та адрони. Мезони й баріони.
| Поняття про кварки. Кваркова модель адронів.
| Закони радіоактивного розпаду.
| Модульна контрольна робота №3.
| Виконання та захист лабораторних робіт згідно графіку *.
| Захист лабораторної
роботи
| Розрахунок похибок вимірювання.
|
IV. Квантові явища в твердих тілах.
Сучасна фізична картина світу.
Роль українських вчених у розвитку фізики
|
Модуль 4
| 1,5 кредит
| Конденсований стан речовини. Кристали.
Класифікація кристалів. Структурні особливості кристалів
Реальні кристали.
| Утворення енергетичних зон у кристалах.
Квантові явища при низьких температурах.
| Поняття про зонну теорію провідності провідників, напівпровідників і діелектриків.
Надпровідність. Надтекучість.
| Конденсований стан речовини
|
|
| Виконання та захист лабораторних робіт згідно графіку *.
| Захист лабораторної
роботи.
| Розрахунок похибок вимірювання.
|
Поняття про квантові статистики. Застосування статистики Фермі-Дірака до електронів у металах. Квантова теорія теплоємності. Властивості металів.
Утворення енергетичних зон у кристалах.
Квантові явища при низьких температурах.
| Поняття про квантові статистики.
| Теплопровідність діелектричних кристалів. Фонони.
|
|
|
| Виконання та захист лабораторних робіт згідно графіку *.
| Захист лабораторної
роботи.
| Розрахунок похибок вимірювання.
|
Закони збереження у мікросвіті. Сучасна фізична картина світу.
| Досягнення і проблеми сучасної фізики.
| Роль українських вчених у розвитку фізики.
| Модульна контрольна робота №4.
| Виконання та захист лабораторних робіт згідно графіку *.
| Захист лабораторної
роботи.
| Розрахунок похибок вимірювання.
|