Фізика атома

Мета дисципліни: ознайомити здобувачів з основними поняттями і законами атомної фізики, квантово-механічним описом фізичних процесів та застосуванням її здобутків у техніці, сприяти розвитку фізичного мислення студентів, опануванню ними сучасної фізичної картини світу і відображенню її у фізичних теоріях з використанням відповідного математичного апарату, формуванню наукового світогляду і тим самим створенню фундаменту для подальшого вивчення спеціальних дисциплін.

Задачі дисципліни: 
навчити здобувачів застосовувати закони атомної фізики до процесів реальних систем,
закласти на достатньому рівні фундамент уявлень про сучасний теоретичний апарат, методи аналізу та опису фізичних процесів і явищ;
спрямувати розвиток здібностей до зіставлення теорії і досліду, інтерпретації їх із філософської точки зору.
 
 
 
Основні результати навчання
 
ПР01. Знати, розуміти та вміти застосовувати основні положення загальної та теоретичної фізики, зокрема, класичної, релятивістської та квантової механіки, молекулярної фізики та термодинаміки, електромагнетизму, хвильової та квантової оптики, фізики атома та атомного ядра для встановлення, аналізу, тлумачення, пояснення й класифікації суті та механізмів різноманітних фізичних явищ і процесів для розв’язування складних спеціалізованих задач та практичних проблем з фізики та/або астрономії.
ПР03. Знати і розуміти експериментальні основи фізики: аналізувати, описувати, тлумачити та пояснювати основні експериментальні підтвердження існуючих фізичних теорій.
ПР07. Розуміти, аналізувати і пояснювати нові наукові результати, одержані у ході проведення фізичних та астрономічних досліджень відповідно до спеціалізації.
ПР09. Мати базові навички проведення теоретичних та/або експериментальних наукових досліджень з окремих спеціальних розділів фізики або астрономії, що виконуються індивідуально (автономно) та/або у складі наукової групи.
ПР10. Вміти планувати дослідження, обирати оптимальні методи та засоби досягнення мети дослідження, знаходити шляхи розв’язання наукових завдань та вдосконалення застосованих методів.
ПР11. Вміти упорядковувати, тлумачити та узагальнювати одержані наукові та практичні результати, робити висновки.
ПР12. Вміти представляти одержані наукові результати, брати участь у дискусіях стосовно змісту і результатів власного наукового дослідження.
ПР17. Знати і розуміти роль і місце фізики, астрономії та інших природничих наук у загальній системі знань про природу та суспільство, у розвитку техніки й технологій та у формуванні сучасного наукового світогляду.
 
 
Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять
 
Л — лекційні заняття; ПЗ — практичні заняття; ЛЗ — лабораторні заняття; СРЗ – самостійна робота здобувача вищої освіти; К – консультації.
 
Тематика та види навчальних занять
 

СЕМЕСТРОВИЙ МОДУЛЬ 1

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 1. Квантова природа випромінювання.

Л 1. Теплове випромінювання.
ПЗ 1. Теплове випромінювання і його характеристики. Формули Релея — Джинса і Планка.
ЛЗ 1. Вивчення спектра атома водню.
СРЗ, К.

Л 2. Фотоелектричний ефект.
Л 3. Маса і імпульс фотона.
ПЗ 2. Закони зовнішнього фотоефекту.
СРЗ, К.

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2. Теорія атома водню.

Л 4. Моделі атома Томсона і Резерфорда.
ПЗ 3. Досліди Резерфорда. Моделі атома Томсона і Резерфорда. Лінійчатий спектр атома водню.
ЛЗ 2. Визначення потенціалу іонізації атома ртуті.
СРЗ, К.

Л 5. Постулати Бора.
Л 6. Досліди Франка і Герца.
ПЗ 4. Постулати Бора. Спектр атома водню за Бором.
СРЗ, К.

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 3. Основи квантової механіки.

Л 7. Хвильові процеси.
ПЗ 5. Корпускулярно-хвильовий дуалізм властивостей речовин. Хвилі де Бройля.
ЛЗ 3. Дифракція електронів.
СРЗ, К.

Л 8. Корпускулярно-хвильовий дуалізм властивостей речовин.
Л 9. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга.
ПЗ 6. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга.
СРЗ, К.

Л 10. Рівняння Шредінгера.
ПЗ 7. Хвилева функція і її статистичний сенс. Загальне рівняння Шредінгера.
ЛЗ 4. Дослід Штерна і Герлаха.
СРЗ, К.

Л 11. Тунельний ефект.
Л 12. Гармонійний осцилятор в квантовій механіці.
ПЗ 8. Рух вільної частинки. Проходження частинки крізь потенційний бар'єр. Тунельний ефект.
СРЗ, К.
МК1.

СЕМЕСТРОВИЙ МОДУЛЬ 2

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 4. Основи сучасної теорії атомів і молекул.

Л 13. Атом водню в квантовій механіці.
ПЗ 9. Атом водню в квантовій механіці.
ЛЗ 5. Вивчення спектра атома натрію.
СРЗ, К.

Л 14. Спін і магнітний момент електрона. Квантові числа електрона в атомі.
Л 15. Принцип Паулі. Ферміони і бозони.
ПЗ 10. Рентгенівські спектри.
СРЗ, К.

Л 16. Рентгенівські спектри. Хімічні зв'язки.
ПЗ 11. Люмінесценція. Молекулярні спектри. Комбінаційне розсіяння світла.
ЛЗ 6. Коливально-обертальні спектри двоатомних молекул.
СРЗ, К.

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 5. Основи квантової статистики.

Л 17. Квантові статистики Бозе-Ейнштейна і Фермі-Дірака.
Л 18. Вироджений електронний газ в металах.
ПЗ 12. Квантова статистика.
СРЗ, К.

Л 19. Квантова теорія електропровідності металів. Надпровідність.
ПЗ 13. Поняття про квантову теорію теплоємності. Фонони.
ЛЗ 7. Вивчення спектра поглинання молекули йоду.
СРЗ, К.

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 6. Основи сучасної фізики атомів і молекул.

Л 20. Зонна теорія твердих тіл.
Л 21. Напівпровідники.
ПЗ 14. Зонна теорія твердих тіл. Метали, діелектрики і напівпровідники за зонною теорією.
СРЗ, К.

Л 22. Контактні явища.
ПЗ 15. Контакт двох металів у зонній теорії. Контакт метал — напівпровідник.
ЛЗ 7. Вивчення спектра поглинання молекули йоду.
СРЗ, К.
МК2.

 
Індивідуальна робота 

Виконується розрахунково-графічна робота (РГР).

Теми РГР:
Аналіз атомних спектрів.
Розрахунок форми електронних хмар в атомі водню.

Мета РГР: набуття практичних навичок аналізу атомних спектрів різних хімічних елементів, також розрахунку форми електронних хмар в атомі водню.
 
1–7 тижні
Отримання завдання. Підготовка теоретичної частини РГР. Огляд методів розв’язання завдання відповідно до обраного варіанту теми РГР.
 
8–14 тижні
Реалізація одного або кількох методів розв’язання задачі, передбаченої відповідним варіантом завдання.
 
15 тиждень
Захист роботи.

 
Самостійна робота
 
Самостійна робота складає 135 годин. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт:
1) виконання РГР – 15 годин;
2) підготовка до практичних занять — 28 годин;
3) підготовка до лабораторних занять – разом 32 години;
4) підготовка до лекційних занять та до виконання контрольних завдань — 30 годин;
5) підготовка до іспиту — 30 годин
 

Процедура оцінювання
 
Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Для забезпечення оперативного контролю за успішністю та якістю рівня навчальних досягнень здобувачів вищої освіти дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Здобувачі протягом семестру виконують практичні роботи, лабораторні роботи, розрахунково-графічну роботу (РГР), виконують дві модульні контрольні роботи (МКР).
 
Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів:
 
Семестровий модуль № 1
 
Виконання лабораторних робіт №1-3 оцінюється у 2 бали, №4 — у 3 бали. Виконання практичних завдань №1-8 оцінюється у 2 бали. Виконання першої частини РГР оцінюється у 5 балів. Модульна контрольна робота (МК1) оцінюється максимально у 20 балів. Сумарно за перший семестровий модуль — 50 балів.
 

Семестровий модуль № 2
 
Виконання лабораторних робіт №5-7 оцінюється у 3 бали, №8 — у 2 бали. Виконання практичних завдань №9-15 оцінюється у 2 бали. Виконання другої частини РГР оцінюється у 5 балів. Модульна контрольна робота (МК2) оцінюється максимально у 20 балів. Сумарно за другий семестровий модуль — 50 балів.
 
Максимальна оцінка за повний обсяг виконаних навчальних елементів дисципліни – 100 балів.
 
Підсумковим контролем з дисципліни є усний іспит, білет до якого складається з теоретичної частини (3 запитання) та практичної частини (1 задачі). Максимальна оцінка за правильні відповіді на всі питання екзаменаційного білету становить 100 балів.
 
Умови допуску до підсумкового контролю
 
До іспиту допускаються здобувачі вищої освіти, які отримали не менше 30 балів за перший модуль та виконали накопичувальну частину другого модуля.

Складання/перескладання іспиту організується за встановленим деканатом ІЕКСУ розкладом.

Політика освітнього процесу

Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх незрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 

Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.
 
Відсутність здобувача на іспиті або на контрольній роботі відповідає оцінці «0» (нуль).