страница 1
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Похожие работы
|
Программа дисциплины дпп. Ф. 02 «Основы теоретической физики. Физика атомного ядра - страница №1/1
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ Томский государственный педагогический университет (ТГПУ) «УТВЕРЖДАЮ» Декан физико-математического факультета ________________А.Н. Макаренко «___»_______2008г. ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ДПП.Ф.02 «Основы теоретической физики. Физика атомного ядра и элементарных частиц» Специальность 032200 (050203.65) Физика Квалификация – учитель физики Пояснительная записка Курс «Основы теоретической физики. Физика атомного ядра и элементарных частиц» является разделом теоретической физики, который требует от студентов знания квантовой механики и следует за соответствующим курсом «Основ теоретической физики». Программа предназначена для построения курса лекционных занятий для студентов-физиков (квалификация – учитель физики), направленных на получение знаний о структуре и свойствах атомных ядер, о силах, действующих внутри ядра и их свойствах, ядерных превращениях. В программе предусмотрены разделы, посвящённые методам исследования в ядерной физике, ядерным моделям, используемым в ядерной физике, и элементарным частицам.
Цель преподавания дисциплины. Целью курса «Физика атомного ядра и элементарных частиц» является формирование у студента-физика современных представлений о структуре материи, включая свойства и структуру атомных ядер и физических явлений, в которых ядра играют основную роль, представления о фундаментальных взаимодействиях и элементарных частицах. Задачи изучения дисциплины. Главной задачей курса является расширение фундаментальной базы физических знаний, на основе которой в дальнейшем можно развивать более глубокое и детализированное изучение всех разделов физики в рамках цикла курсов по теоретической физике и специализированных курсов. 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины студент: должен знать: основные понятия данного предмета, понимать содержание основных законов, действующих в Физике атомного ядра и элементарных частиц, знать свойства ядер и основные ядерные процессы, понимать физические механизмы, лежащие в их основе; уметь: формулировать основные определения предмета, ориентироваться в физических моделях, используемых для описания атомных ядер и элементарных частиц, классифицировать элементарные частицы; обладать навыками: применения законов сохранения, имеющих место в Физике атомного ядра и элементарных частиц, к решению конкретных задач; иметь представление: о фундаментальных взаимодействиях и тенденциях развития физики высоких энергий, иметь понятие о методах исследования в ядерной физике. 3. Объем дисциплины и виды учебной работы:
4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплины и виды занятий (Тематический план)
Разделы дисциплины 4.2. Содержание разделов дисциплины 1. Введение. История развития представлений об атомном ядре. Методы исследования в ядерной физике Естественная и искусственная радиоактивность: экспериментальные открытия. Опыты Резерфорда. Эволюция теоретических представлений о строении атомного ядра. Методы исследования в ядерной физике. Приборы для получения частиц высоких энергий. Типы ускорителей 2. Состав и свойства атомных ядер Терминология. Структурные составляющие ядра: протон и нейтрон, их свойства. Статические и динамические характеристики атомных ядер. Размеры ядер. Распределение плотности ядерного вещества. Масса и энергия связи атомного ядра. Связь массовых и энергетических единиц. Зависимость удельной энергии связи от массового числа. Спин, электрический квадрупольный и магнитный дипольный моменты ядра. Четность состояния ядра. Изотопический спин. Понятие об изотопическом мультиплете. Квантовая статистика ядер 3. Ядерные силы и их основные свойства. Ядерные модели Ядерные силы. Нуклон-нуклонный потенциал. Свойства ядерных сил: короткодействие, зарядовая независимость, нецентральность, свойство насыщения, обменный характер сил. Механизм сильного взаимодействия. Переносчики ядерного взаимодействия – пи-мезоны. Модели атомных ядер. Классификация моделей. Коллективные, одночастичные и обобщенные модели. Модель жидкой капли. Формула Вайцзеккера для энергии связи ядра. Оболочечная модель. Магические ядра. Обобщённая и другие модели 4. Ядерные превращения. Ядерный парк. Радиоактивные ряды. Общие закономерности радиоактивного распада. Виды распада. Ядерные реакции. Спонтанное деление ядер. Трансурановые элементы. Ядерный синтез. Законы сохранения. Энергетика реакций и распадов Естественная и искусственная радиоактивность. Ядерный парк. Период полураспада. Радиоактивные ряды. Общие закономерности радиоактивного распада. Альфа-распад. Гамма-излучение. Электронный и позитронный бета-распады. Электронный захват. Ядерные реакции. Виды реакций. Эффективное сечение реакции. Прямые ядерные взаимодействия. Реакции срыва и подхвата. Реакции, идущие через составное ядро. Спонтанное деление ядер, простейшая теория деления. Критическое значение параметра деления. Трансурановые элементы. Ядерный синтез. Термоядерные реакции, идущие на Солнце и звёздах. Использование ядерной энергии Законы сохранения в реакциях и распадах. Классификация законов сохранения. Энергетика реакций и распадов. Пороговая энергия 5. Элементарные частицы: наблюдение и регистрация. Фундаментальные взаимодействия. Кванты полей. Лептоны. Адроны. Кварки – структурные элементы адронов. Законы сохранения в физике элементарных частиц. Изотопическая симметрия. Зарядовые мультиплеты. Современные тенденции в физике элементарных частиц Наблюдение и регистрация элементарных частиц. Методы и приборы. Классификация элементарных частиц. Частицы и античастицы. Фундаментальные взаимодействия. Характерное время взаимодействия. Частицы-переносчики взаимодействия. Лептоны. Поколения частиц. Адроны. Характеристики мезонов и барионов. Кварки – структурные элементы адронов, их свойства. Законы сохранения в физике элементарных частиц: универсальные и частные. Применение законов сохранения электрического, лептонного, барионного зарядов к исследованию реакций и распадов элементарных частиц. Энергия реакции, энергия распада. Вычисление пороговой энергии. Аддитивные и мультипликативные законы сохранения в физике элементарных частиц. Истинно нейтральные частицы. Несохранение четности в слабых взаимодействиях. Спиральность нейтрино. Несохранение комбинированной четности. CPT-теорема. Изотопическая симметрия. Зарядовые мультиплеты. Барионный октет. Мезонный нонет. Барионный декуплет. Классификация элементарных частиц в соответствии со Стандартной моделью. Современные тенденции в физике элементарных частиц. Объединения фундаментальных взаимодействий: электрослабое взаимодействие, теории Великого объединения. Понятие о суперсимметрии и теории суперструн 5. Лабораторный практикум, практические занятия (семинары) – не предусмотрены 6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 6.1. Рекомендованная литература Основная литература
Дополнительная литература
6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины. Рекомендуемая литература и учебно-методические пособия по предмету. Основная литература, указанная в пункте 6.1, имеется в достаточном количестве в библиотеке ТГПУ. 7. Материально-техническое обеспечение дисциплины Компьютерные контролирующие программы (тесты). Компьютерные классы, необходимые для тестирования по предмету. Лекционная аудитория. Доска для письма маркерами. Маркеры. 8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины 8.1 Методические рекомендации для преподавателей Преподаватели должны огласить список рекомендованной для изучения литературы в начале курса, сделав упор на более близких к читаемому курсу источниках. Однако следует предупредить студентов, что некоторые темы, входящие в экзаменационные вопросы, должны будут ими разбираться самостоятельно. Предлагаемые студентам для самостоятельного изучения темы (или отдельные вопросы тем) должны развивать их умение работать с литературой, при этом быть доступными, иметь обзорный характер, не требуя слишком детального проникновения в суть вопроса. Для этой цели, например, подходят такие темы данного курса: История развития представлений об атомном ядре, Военное и промышленное использование ядерной энергии, Приборы для получения частиц высоких энергий, Спонтанное деление ядер, Трансурановые элементы, Ядерный синтез, Типы ускорителей, Приборы для наблюдения и регистрации элементарных частиц. Не стоит отдавать на самостоятельное изучение более двух вопросов в семестр. Преподавателям рекомендуется проверять в течение семестра с помощью кратких опросов усвоение студентами учебного материала. Ввиду того, что практические занятия в данном стандарте курса «Физика атомного ядра и элементарных частиц» не предусмотрены, опросы целесообразно проводить через каждые 6-8 лекционных часов в начале лекции. При этом в опрос должны включаться темы всех прочитанных после предыдущего опроса разделов. Каждый студент, присутствующий в аудитории, успевает ответить на 1-2 (максимум – 3) кратких вопроса, не предполагающих использование доски и мела (маркера). Ответы студентов оцениваются по пятибалльной системе, заносятся в журнал и используются как дополнительная информация на зачёте и при аттестации студентов в середине семестра. Кроме этого, преподаватель задаёт студентам задачи для внеаудиторной самостоятельной работы, подобные разобранным в лекционном курсе и контролирует успешность самостоятельного решения студентами этих задач (как минимум, проверяя вслух правильность полученных ответов). Студентов следует информировать в самом начале курса, что уклонение от решения задач и отрицательные результаты опросов («двойка») повлекут за собой дополнительную нагрузку на зачёте. Преподаватель имеет право задать любое количество вопросов на зачёте из не сданной студентом при опросе темы, а также предложить любое количество не решённых студентом своевременно задач. Помимо текущего контроля желательно провести в середине семестра более длительную (от 20 до 45 минут) проверочную работу, включающую не только вопросы, но и задачи. Контрольные вопросы и задачи по всем темам в достаточном количестве имеются в учебном пособии 2 основного списка рекомендованной литературы (п.6.1 данной программы): Е. Н. Кириллова. Физика ядра и элементарных частиц. Курс лекций. Томск: ТГПУ, 2006, которое легло в основу рабочей программы. Для текущего контроля и внеаудиторной работы студентов можно также использовать контрольные вопросы и задания, приведённые ниже. Студентам предлагается использовать рекомендованную литературу для более прочного усвоения учебного материала, изложенного на лекциях, а также для изучения материала, запланированного для самостоятельной работы. Основное внимание стоит уделять учебникам или пособиям, которые наиболее близки читаемому курсу (это книги под номерами 1 и 2 из списка основной литературы п. 6.1 данной программы). Студенты должны выполнять задания, вынесенные на самостоятельную работу, оценки за которые учитываются при выставлении зачёта. Кроме того, студенты должны регулярно изучать лекционный материал, готовясь к текущим опросам, поскольку пропущенные термины и понятия, неизученный материал не позволят понимать дальнейшие лекции, что приведёт в итоге к «отставанию» по данному предмету. Курс строится таким образом, что понятия, введённые на первых лекциях, широко используются в дальнейшем, а сведения, полученные студентами в разделе «Физика ядра», позволят понимать информацию второй части курса – «Элементарные частицы». Базой для успешного усвоения материала курса «Физика атомного ядра и элементарных частиц» является успешное освоение студентами курса «Общая физика» (полностью) и курса «Квантовая механика». Однако для понимания предмета студенту совершенно недостаточно разбирать лекции, готовиться к опросам, изучать по учебникам теоретический материал, вынесенный на самостоятельную работу по усмотрению преподавателя. Ввиду того, что практические занятия в данном курсе не предусмотрены, но от студента требуется умение проводить минимальные расчёты по изучаемому материалу, студент обязан решать вместе с преподавателем на лекции предлагаемые задачи, а кроме того, обязательно решать однотипные задачи, предложенные для самостоятельной (внеаудиторной) работы. Следует учесть, что зачётные вопросы по курсу «Физика атомного ядра и элементарных частиц» включают, помимо теоретических вопросов, и задачи. Студент может гарантировать себе ясное понимание основных вопросов и умение проводить минимальные требуемые вычисления, отвечая на вопросы учебного пособия 2 из списка основной литературы п 6.1 данной программы (Е. Н. Кириллова. Физика ядра и элементарных частиц. Курс лекций. Томск: ТГПУ, 2006), поскольку оно лежит в основе читаемого курса; а также решая для тренировки предлагаемые в пособии задачи. Следует заметить, что студент всегда может разобрать неясные вопросы и уточнить ход решения используемых в лекциях задач, обратившись к данному пособию. Перечень примерных контрольных вопросов и заданий для самостоятельной работы: а) контрольные вопросы:
б) задания для самостоятельной работы:
Примерный перечень вопросов к экзамену:
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальность 032200 (050203.65) Физика, квалификация – учитель физики. Программу составил: кандидат физ.- мат. наук __________________ Кириллова Е.Н. Программа учебной дисциплины утверждена на заседании кафедры теоретической физики протокол № от «___» _________ 2008 г. Зав. кафедрой профессор ____________________ И.Л. Бухбиндер Программа учебной дисциплины одобрена методической комиссией физико-математического факультета ТГПУ (УМС университета) Председатель методической комиссии физико-математического факультета _______________В.И. Шишковский Согласовано: Декан физико – математического факультета ___________________ А.Н. Макаренко. |
|