Фізика, частина 3

Спеціальність: Електроніка
Код дисципліни: 6.171.00.O.021
Кількість кредитів: 4.00
Кафедра: Прикладна фізика і наноматеріалознавство
Лектор: доцент, к.ф.-м.н. Когут Зіновій Олександрович
Семестр: 3 семестр
Форма навчання: денна
Мета вивчення дисципліни: є ознайомлення студента з основними фізичними явищами та ідеями, опанування ним фундаментальних понять, законів та теорій сучасної та класичної фізики, а також засобів фізичного дослідження, оволодіння студентами певних знань, що є фундаментальними і сприятимуть подальшому засвоєнню курсів загально-технічних та спеціальних дисциплін, а також позволять орієнтуватися в потоці наукової і науково-технічної інформації, характерному для сучасної епохи, що сприятиме формуванню у студентів наукового світогляду. Також метою вивчення дисципліни «Фізика» є ознайомлення студентів із основними типами сучасної апаратури, вироблення у них початкових навичок проведення експериментальних наукових досліджень при вивченні різноманітних фізичних явищ та оцінки похибок вимірювань.
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей: інтегральна компетентність: Здатність розв’язувати складні спеціалізовані задачі та практичні проблеми, що характеризуються комплексністю та невизначеністю умов, під час професійної діяльності у галузі електроніки, або у процесі навчання, що передбачає застосування теорій та методів електроніки. загальні компетентності: ЗК9. Здатність працювати в команді. ЗК14. Здатність зберігати та примножувати моральні, культурні, наукові цінності і досягнення суспільства на основі розуміння історії та закономірностей розвитку предметної області, її місця у загальній системі знань про природу і суспільство та у розвитку суспільства, техніки і технологій, використовувати різні види та форми рухової активності для активного відпочинку та ведення здорового способу життя. спеціальні (фахові, предметні) компетентності: СК3. Здатність інтегрувати знання фундаментальних розділів фізики та хімії для розуміння процесів твердотільної, функціональної та енергетичної електроніки, електротехніки. СК6. Здатність ідентифікувати, класифікувати, оцінювати і описувати процеси у приладах, пристроях та системах електроніки за допомогою аналітичних методів, засобів моделювання, дослідних зразків та результатів експериментальних досліджень.
Результати навчання: 1. Знання фізичних законів, властивостей речовин і явищ, які дають студентам можливість їх використовувати в галузі електроніки; 2. Застосування набуті знання і розуміння для встановлення, формулювання і вирішення завдань в електроніці; здатність застосовувати знання та набуті навички для розв’язання якісних та кількісних задач в умовах реального виробництва; 3. Навики проведення експериментальних вимірювань різних фізичних величин і оцінки похибок вимірювань. 4. Знання меж застосування фізичних явищ і законів, їх сутність, фізичне і математичне підґрунтя, взаємозв’язок з іншими явищами; 5. Знання ефективних способів і методів розв’язування фізичних задач у рамках курсу.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: • Математичний аналіз, • Лінійна алгебра та аналітична геометрія, • Диференціальні рівняння.
Короткий зміст навчальної програми: Борівська теорія атома. Хвильові властивості мікрочастинок. Рівняння Шредінгера. Фізика атомів і молекул. Зонна теорія твердих тіл. Будова атомного ядра. Радіоактивність. Ядерні реакції. Фізика елементарних частинок.
Опис: Атомна фізика. Моделі атома. Передумови розвитку атомної фізики. Атомні спектри. Модель атома Томсона. Дослід Резерфорда. Планетарна модель атома. Теорія атома Бора. Постулати Бора та їх експериментальне підтвердження. Теорія Бора для водневоподібних атомів. Недоліки теорії Бора. Квантова механіка. Корпускулярно-хвильовий дуалізм матерії. Гіпотеза де Бройля. Експериментальне підтвердження гіпотези де Бройля. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Рівняння Шредінгера. Хвильова функція де Бройля. Інтерпретація хвильової функції. Загальне рівняння Шредінгера. Стаціонарне рівняння Шредінгера. Принцип причинності у квантовій механіці. Елементарні задачі квантової механіки. Частинка в прямокутній одномірній ямі з нескінченно високими стінками. Поведінка частинки на прямокутному одномірному потенціальному бар’єрі. Тунельний ефект. Несуперечність тунельного ефекту закону збереження енергії. Квантовий гармонічний осцилятор. Квантова теорія атомів і молекул. Квантова теорія атома водню. Стаціонарне рівняння Шредінгера для атома водню та воднеподібних атомів. Квантування енергії, моменту імпульсу та проекції моменту імпульсу. Вироджені стани електрона та кратність їх виродження за енергією. Стани електронів в атомі водню. Електронні орбіталі. Електронні «хмаринки». Спін електрона. Дослід Штерна і Герлаха. Багатоелектронні атоми. Принцип нерозрізненості тотожних частинок. Ферміони і бозони. Принцип Паулі. Багатоелектронні атоми і періодичний закон Менделєєва. Рентгенівське випромінювання і атомний номер. Молекули. Характеристика молекул. Іонний зв'язок. Ковалентний зв’язок. Диполь-дипольна взаємодія. Металічний зв'язок. Молекулярні спектри. Особливості молекулярних енергетичних спектрів. Комбінаційне розсіювання світла. Явище люмінесценції. Поглинання і випромінювання енергії молекулами. Вимушене випромінювання. Принципи роботи квантових генераторів. Елементи фізики твердого тіла. Фізика твердого тіла. Квантова теорія твердих тіл. Квантова статистика. Розподіл Бозе-Ейнштейна та Фермі-Дірака. Теплоємність виродженого електронного газу. Квантова теорія електропровідності металів. Явище надпровідності. Зонна теорія твердого тіла. Загальні поняття про енергетичні зони в кристалах та основні висновки зонної теорії. Динаміка руху електронів в кристалі. Розщеплення енергетичних рівнів в атомах твердого тіла. Розташування енергетичних зон у твердому тілі. Класифікація твердих тіл по електропровідності. Метали і діелектрики в зонній теорії. Електричні властивості напівпровідників. Власна провідність напівпровідників. Домішкова провідність напівпровідників. Фотопровідність напівпровідників. Контактні явища у твердих тілах. Контакт двох металів у зонній теорії. Контакт метал-напівпровідник. Контакт електронного та діркового напівпровідників. Напівпровідниковий діод. Транзистор. Фізика атомного ядра і елементарних частинок. Ядерна фізика. Атомне ядро. Радіоактивні перетворення атомних ядер. Склад атомного ядра. Характеристики атомного ядра. Дефект маси й енергія зв'язку ядра. Залежність питомої енергії зв'язку ядра від масового числа. Краплинна і оболонкова моделі ядра. Радіоактивність. Альфа-розпад. Бета-розпад. Види бета-розпаду. Гамма-випромінювання.Ядерні реакції. Поняття ядерних реакцій. Механізми і класифікація ядерних реакцій. Теорія поділу ядер. Ланцюгова ядерна реакція. Ядерні реактори. Атомна бомба. Термоядерний синтез.Елементарні частинки.
Методи та критерії оцінювання: • письмові звіти з лабораторних робіт з усним опитуванням – 20 балів, практичні завдання – 20 балів; • екзаменаційний контроль: екзамен – 60 балів: письмова форма – 50 балів і усна форма – 10 балів.
Критерії оцінювання результатів навчання: Теоретичні питання мають на меті перевірку навичок студентів щодо розуміння теоретичного матеріалу. Відповідь по-можливості має бути повною та аргументованою. • Максимальну кількість балів (мкб) за питання отримує студент, що повністю висвітлив питання; • 70-90 % від мкб – питання в цілому висвітлене, але є незначні неточності або інші недоліки; • 50-70 % від мкб – відповідь на питання дано не в повному обсязі і/або є суттєві помилки; • 30-50 % від мкб– зроблена спроба відповісти на питання, але зроблено грубі помилки і/або питання в цілому не висвітлене. Такої ж оцінки заслуговуватиме студент, якщо він робить неправильні висновки на основі логічних припущень, що містять правильні міркування; • 10-30 % від мкб– зроблена невдала спроба відповісти на питання, лише окремі міркування і /або формули є вірними; • 0 балів – жодна з записаних формул не має стосунку до даного питання, всі міркування є помилковими, або цілковито відсутні. Задачі мають на меті перевірку навичок студентів у практичному розв’язуванні фізичних задач. Задачі потрібно розв’язати з максимально можливим поясненням і, якщо в цьому є потреба, з рисунком. • максимальну кількість балів (мкб) отримує студент, що повністю розв’язав задачу; • 70-90 % від мкб виставляється за розв’язану задачу, в якій є незначні неточності; • 50-70 % від мкб – при розв’язанні допущено помилку(и), що вплинуло на результат, але підхід до розв’язання був правильним; • 30-50 % від мкб – зроблена спроба розв’язати задачу, але зроблено грубі помилки і результат невірний; • 10-30 % від мкб – зроблена невдала спроба розв’язати задачу і записано одна або кілька правильних формул, що мають відношення до даної задачі; • 0 балів – жодна з записаних формул не має відношення до даної задачі, або студент навіть не зробив спроби розв’язати запропоновану задачу.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Бушок Г.Ф., Венгер Є.Ф. Курс фізики. У 2 книгах. Книга 2. Оптика. Фізика атома і атомного ядра. Молекулярна фізика і термодинаміка. – 2-ге вид. – К.: Либідь, 2001 – 424с. 2. Курс фізики. Під редакцією Лопатинського І.Є., Видавництво Бескид Біт,2002. 3. Кучерук І.М., Горбачук І.Т. Загальний курс фізики. У трьох томах. Том 3. Оптика. Квантова фізика. Київ «Техніка», 1999. – 520 с.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою: вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112 E-mail: nolimits@lpnu.ua Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).