Знания, приобретаемые в ходе изучения дисциплины
| № п/п З | Знания |
| 1. | принципов относительности в классической и релятивистской механике |
| 2. | квантовых представлений о природе света |
| 3. | связей релятивистской и квантовой физики с современными технологиями |
| 4. | способов описания состояния и движения микрочастиц, закономерностей их движенияи взаимодействия |
| 5. | физических основ технологий создания и исследования новых материалов с заданными свойствами |
Умения, приобретаемые в ходе изучения дисциплины
| № п/п У | Умения |
| 1. | приводить примеры практического использования принципов и законов релятивистской и квантовой физики в современных технологиях |
| 2. | определять границы применимости законов, теорий релятивистской и квантовой физики |
| 3. | использовать для решения прикладных задач основные законы релятивистской и квантовой физики |
| 4. | приводить примеры экспериментального подтверждения закономерностей и следствий квантовой теории |
| 5. | приводить примеры практического использования специфических свойств и закономерностей микромира в современных технологиях |
.
Навыки, приобретаемые в ходе изучения дисциплины
| № п/п Н | Навыки |
| 1. | способность выявлять и объяснять естественнонаучную сущность современных технологий в профессионально-педагогической деятельности |
| 2. | владеть типовыми приемами решения конкретных задач релятивистской и квантовой физики, связанных с современными технологиями |
Компетенции, приобретаемые в ходе изучения дисциплины
| Компетенции | Знания (№№ из 3.1) | Умения (№№ из 3.2) | Навыки (№№ из 3.3) |
| ОК-16. Способен выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессионально-педагогической деятельности. | 1, 2, 3, 4, 5 | 1, 2, 4, 5 | |
| ОК-17.Готов использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессионально-педагогической деятельности. | 1,2, 4, 5 | 2, 3, 4, 5 | 1,2 |
| ПК-25.Способен организовывать и контролировать технологический процесс в учебных мастерских, организациях и предприятиях. | 3, 4, 5 | 2, 3, 4, 5 | 1,2 |
4. Структура и содержание дисциплины (модуля)
Разделы дисциплин и виды занятий
| № п/п | Раздел дисциплины | Семестр | Неделя семестра | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам) | |||
| лек | прак | лаб | СРС* | |||||
| 1. | Обзор современных технологий | Фронтальный опрос | ||||||
| 2. | Физические основы релятивистской механики, связь с современными технологиями | Фронтальный опрос Выступления с докладами Тестирование № 1 1 аттестация – коллоквиум № 1 Решение задач | ||||||
| 3. | Физические основы квантовой механики, связь с современными технологиями | Выступления с докладами Тестирование № 2 2 аттестация – коллоквиум № 2 Контрольная работа | ||||||
| Экзамен | Вопросы к экзамену | |||||||
| Итого 6 семестр | ||||||||
| 4. | Квантовые уравнения движения. Связь с современными технологиями | Выполнение самостоятельной работы (доклад), ответы на вопросы | ||||||
| 5. | Квантовые состояния атомов и молекул. Связь с современными технологиями | 1 аттестация-коллоквиум № 1 Выполнение самостоятельной работы (доклад), ответы на вопросы | ||||||
| 6. | Физические основы лазерных технологий и технологий сверхпроводимости: элементы квантовых статистик; квантовой физики твердого тела | Тестирование 2 аттестация-коллоквиум № 2 Контрольная работа | ||||||
| Зачет | Вопросы к зачету | |||||||
| Итого 7 семестр | ||||||||
| Всего |
Содержание разделов курса
| № п/п | Раздел дисциплины | Знания (номер из 3.1) | Умения (номер из 3.2) | Навыки (номер из 3.3) |
| 1. | 1. Использование физических явлений и эффектов в технике. 2. Физические методы диагностики, контроля, исследования структуры вещества. 3. Физические теории в современных технологиях. | 1, 2, 3 | 1, 2 | |
| 2. | 1. Принцип относительности в механике. Преобразования Галилея. 2. Принцип относительности Эйнштейна. Относительность временных и пространственных интервалов. Преобразования Лоренца. Следствия из преобразований Лоренца. Масса, импульс и основной закон релятивистской механики. Закон взаимосвязи массы и энергии. Четырехмерность пространства-времени. Релятивистская природа магнетизма. Связь с современными технологиями. | 1, 3 | 1, 2, 3 | 1, 2 |
| 3. | Физические основы микро- и нанотехнологий. 1. Квантовые представления о природе света. Тепловое излучение. Характеристики и законы теплового излучения. Гипотеза и формула Планка. Оптическая пирометрия. Пирометры. 2. Фотоны. Фотоэффект. Эффект Комптона. Применение в современных технологиях. 3. Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза и формула де Бройля. Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля. Парадоксальное поведение микрочастиц. Принцип неопределенности. 4. Волновая функция ее статистический смысл и свойства | 2, 3 | 1, 2, 3 | 1, 2 |
| 4. | Нестационарное уравнение Шредингера; стационарное уравнение Шредингера; стационарные состояния; микрочастица в одномерной потенциальной яме бесконечной глубины; прохождение частицы под потенциальным барьером (туннельный эффект); надбарьерное прохождение; гармонический осциллятор | 4, 5 | 4, 5 | |
| 5. | Спектры излучения и поглощения; уравнение Шредингера для водородоподобного атома; квантовые числа, их физический смысл; спектр атома водорода; конфигурация электронных состояний атома водорода; принцип Паули; периодическая система химических элементов; правила отбора при излучении и поглощении света; молекулярные энергетические уровни и спектры | 4, 5 | 4, 5 | |
| 6. | 1. Статистическое описание квантовой системы: различие между квантово-механической и статистической вероятностями; квантовые статистики Ферми-Дирака и Бозе-Эйнштейна; фазовое пространство; элементарная ячейка; плотность состояний; распределение частиц по состояниям. 2. Применение квантовых статистик: распределение Ферми-Дирака для вырожденного электронного газа в металлах; некоторые свойства вырожденного электронного газа в металлах; фотонный газ в замкнутой полости. 3. Тепловые свойства твердых тел: понятие о нормальных колебаниях решетки; спектр нормальных колебаний решетки; понятие о фононах; теплоемкость твердого тела; теплоемкость электронного газа; теплопроводность твердых тел. 4. Конденсированное состояние и кинетические явления в твердых телах: электропроводность металлов; эффект Холла; температурная зависимость электропроводности; сверхпроводимость; применение сверхпроводимости | 4, 5 | 4, 5 |
4.3. Наименование тем практических занятий, их содержание и объем в часах
| № п/п | № раздела дисциплины | Наименование практических занятий | Трудоем-кость (час) |
| 1. | 1, 2 | Физические теории в современных технологиях | |
| 2. | 1, 2 | Преобразования Галилея | |
| 3. | 1, 2 | Преобразования Лоренца | |
| 4. | 1, 2 | Следствия из преобразований Лоренца | |
| 5. | 1, 2 | Масса, импульс и основной закон релятивистской механики | |
| 6. | 1, 2 | Закон взаимосвязи массы и энергии | |
| 7. | 1, 3 | Тепловое излучение | |
| 8. | 1, 3 | Фотоэффект | |
| 9. | 1, 3 | Волны де Бройля | |
| Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля | |||
| 10. | 1, 3 | Соотношения неопределенностей. | |
| Всего 6 семестр: | |||
| 1. | Уравнение Шредингера | ||
| 2. | Атом водорода в квантовой механике | ||
| 3. | Квантовые числа, их физический смысл | ||
| 4. | Квантовое распределение частиц | ||
| 5. | Теплоемкость. Электропроводность металлов | ||
| Электропроводность металлов. Сверхпроводимость | |||
| Всего 7 семестр: |
Рекомендуемые образовательные технологии
Для проработки и закрепления лекционного материала по дисциплине «Физические основы современных технологий 1,2» применяются:
| № п/п | Технология | Кол-во ауд. часов при изучении модуля |
| 1. | Проблемное обучение | |
| 2. | Интерактивная беседа | |
| 3. | Самопрезентация | |
| 4. | Игровые методы | |
| 5. | Критериально- и нормативно-ориентированное тестирование | |
| Всего (% занятий в интерактивной форме) | 36 (~28%) |
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
6.1. Примерные варианты заданий для контрольных работ
Контрольная работа № 1
1. Определите, во сколько раз увеличивается время жизни нестабильной частицы (по часам неподвижного наблюдателя), если она начинает двигаться со скоростью 0,9 с.
2. Определите работу выхода электронов из вольфрама, если красная граница фотоэффекта для него равна 275 нм.
3. Определите, какую ускоряющую разность потенциалов должен пройти протон, чтобы длина волны де Бройля для него была равна 1 нм.
Контрольная работа № 2
1. Собственное время жизни частицы отличается на 1 % от времени жизни по неподвижным часам. Определите β = v/c.
2. Энергетическая светимость черного тела 10 кВт/м2. Определите длину волны, соответствующую максимуму спектральной плотности энергетической светимости этого тела.
3. Выведите зависимость между длиной волны де Бройля релятивистской частицы и ее кинетической энергией.