ПоәК 042-18-38-57/03-2014 №1 басылым 05. 09. 2014ж

жүктеу 3,08 Mb.

бет	1/23
Дата	22.05.2018
өлшемі	3,08 Mb.
	#15910

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 23

ПОӘК 042-18-38-57/03-2014

№1 басылым 05.09.2014ж.

68-ші беттің -сі

ПӘННІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

«АТОМДЫҚ ФИЗИКА ЖӘНЕ СПЕКТРОСКОПИЯ»

5В072300 –«Техникалық физика»

мамандығы үшін

Семей

2014

Мазмұны:

1 Глоссарий

2 Дәрістер

3 Практикалық және зертханалық сабақтар

4 Курстық және рефераттық жұмыстар тізімі

5 Студенттің өздік жұмысы

6 Әдебиеттер тізімі

Глоссарий
Атом – Микробөлшектер, химиялық элементтің қасиеттері сақталатын оның ең кіші бөлшегі.

Атомдық нөмір – Элементтердің периодтық жүйесіндегі химиялық элементтің реттік нөмірі, атомдық ядродағы протон санына тең, ол атомның химиялқы және көпшілік физикалық қасиеттерін анықтайды.

Атомдық спектрлер – Еркін немесе өзара бірімен-бірі әлсіз әсерлесетін атомдардың электрондық энергия деңгейлері арасында кванттық асысулар кезінде пайда болатын шығару және жұтылу спектрлері: а.с.- сызықтық, яғни жеке сызықтардан тұрады.

Аса нәзік әсерлесу – Атом ядросы мен электрон арасындағы кулондық әсерлесуден басқа ядроның спині болуымен байланысты әсерлесу.

Аса нәзік түзіліс – Атом ядросы магниттік моментінің (спиндік) атомның электрондары туғызатын магнит өрісмен әсерлесуі себепші болатын атомдағы, молекуладағы электрондардың энергия деңгейлерінің жіктелуі.

Атомның векторлық моделі – Атомдағы электрондардың бұрыштық моменттерінің (орбиталық және спиндік) векторлық қосылуын қарастыруға негізделген атом моделі.

Бас кванттық сан – Атомдағы электронның энергетикалық деігейлерін анықтайтын бүтін сан n.

Бор постулаттары – Атомдардың орнықтылығын және бұлардың сызықтық спектрлерін түсіндіру үшін Резерфордтың классикалық (планетарлық) моделіне Бордың енгізген екі постулаты (ұйғарымы).

Бордың бірінші постулаты (стационар күйлер постулаты) – Атомда стационарлық күйлер болады, бұларда ол энергия шығармайды. Атомның стационар күйлеріне электронның стационар орбиталары сәйкес келеді. Электронның стационар орбиталар бойынша қозғалысы кезінде электромагниттік толқын шығарылмайды.

Бордың екінші постулаты (жиіліктер ережесі) – Электрон бір стационар орбитадан басқасына ауысқанда энергиясы бұларға сәйкес стационар күйлердің энергиялары айырмасына тең hv = En – Em бір фотон шығарылады (жұтылады).

Гейзенбергтің анықталмағадық қатынастары – Микробөлшек бір мезгілде координатқа (x,y,z)да, және импульстің белгілі сәйкес мәндерін қабылдай алады және электронның мипульс моментінің қайсыбір бағытқа проекциясын анықтайды.

Комптон эффекті – Электромагниттік сәуле еркін немесе әлсіз байланысқан электрондардан шашырағанда оның толқын ұзындығының өсу құбылысы.

Корпускулалық-толқындық дуализм – Материяның кез-келген бөлшектерінің (фотондар, электрондар, протондар, атомдар және т.б.) әрі бөлшектік әрі толқындық қасиеттерге ие болуы.

Магниттік спиндік кванттық санms–Сыртқы магнит өрісі бағытына спиннің проекциясын анықтайды.

Магниттік резонанс – Электромагниттік өріс энергиясын тұрақты магнит өрісіне орналастырылған заттың талғап (резонансты) жұту құбылысы.

Ядролық магниттік резонанс (ЯМР), электрондвқ парамагниттік резонанс (ЭПР) болады.

Мозли заңы – Сипаттаушы рентген сәлесі спектрлік сызықтарының v жиілігін осы сызықты шығаратын химиялық элементтің z атомдық нөмірімен байланыстыратын заң (формула).

Нәзік түзіліс – Атомдағы, молекуладағы электрондардың спиндік және орбиталдық магниттік моменттерінің әсерлесуі нәтижесінде электронның энергия деңгейлерінің бірнеше деңгейшелерге жіктелуі.

Спектірлік сериялар – Атомның қайсыбір тұрақты берілген спектірлік сериясы үшін деңгейі мен барлық жоғарырақ энергия деңгейлері арасындағы ауысулар кезінде пайда болатын спектрлік сызықтардың реттелген жиынтықтары.

Спин–Бөлшектің кеңістіктегі өозғалысымен байланысты емес, оның меншікті импульс моменті.

Спин-орбиталық әсерлесу – Бөлшектердің (электрон) орбиталық және спиндік импульс моменттерінің шамалары және өзара бағдарлануларына тәуелді болатын әсерлесуі; бұл жүйенің (атомның) энергия деңгейлерінің нәзік жіктелуін тудырады.

Толқындық функция (пси-функция) – Кванттық мехникада бөлшек күйін бейнелейтін координат пен уақыт комплекс функциясы. Осы бөлшектің әйтеуір бір күйін белгілейтін толқындық функциясыболады (c1 және c2 – кез келген комплекс сандар) құбылыс кезінде энергияның сақталу заңын өрнектейтін формула: мұндағы m –электрон массасы, W-ұшып шыққан электронынң максимум энергиясы, А - шығу жұмыс.

Франк-Грец тәжірибелері – Атомдардың дискретті энергия деңгейлері болатындығы дәлелденген тәжірибелер.

Энергия деңгейі – Энергияның квантталған мәні.

Энергия деңгейлері–Атом, молекула және микроболшектерден тұратын, кванттық мехнаика заңдарына бағынатын басқа да кванттық жүйелердің энергиясы қабылдай алатын мүмкін мәндер.

атомдық физиканың негізгі принциптері, заңдары мен заңдылықтарын бұлардың логикалық мазмұнын және математикалық өректерін оқып үйрену.
негізгі атомдық құбылыстарды біліу.
атомның қазіргі заманғы теориясынның эксперименттік негіздерін теорияның салдарын және практикалық қолдануларын білу.
гипотезалар мен модельдердің қолданылу аясы айқын түсініп білу.

Пәнді оқып-үйрену нәтижесінде студент мыналарды істей білу тиіс:

кванттық физиканың заңдары мен принциптерін физиканың нақты есептерін шығару үшін қолдана білу;
атомдар мен молекулаларды зерттеу үшін қолданылатын негізгі құралдар, приборлармен жұмыс істей білу, қарапайым жұмысиарын жүргізіп оны шеше білу, алынған нәтижелерді өңдеп, талдап және бағалай білу;
құбылыстардың математикалық модельдерін құрып және бұл үшін тиісті математикалық аппаратты есептеу математикасы әдістерін қоса қолдана білу;

3.Пән пререквизиттері: молеклалық физика, жоғары математика, химия

4.Пән постреквизиттері: Кванттық механика. Кванттық физика. Қоланбалы ядролық физика.
5. Күнтізбелік-тақырыптық жоспар

№	Пән тақырыптарының аталуы	Апта	Аудиториялық сабақтар			Тапсыр-ма түрі		Барлығы (135 сағ)
№	Пән тақырыптарының аталуы	Апта	Дәріс (30сағ)	Прак. сабақ (15 сағ.)	Зертхана. сабақ (15 сағ.)	СОӨЖ (45 cағ)	СӨЖ (45 сағ.)	Барлығы (135 сағ)
1	Кіріспе. Атом, қатты дене, атом ядросының және қарапайым бөлшектер физикасының даму кезеңдері. Микроәлем құбылыстарының өлшемдері. Атом туралы кванттық түсініктер. Атом және молекулалар. Атомның периодтық қасиеттері. α бөлшектердің шашырауы туралы Резерфорд тәжірибесі. Атомның планетарлық ядролық моделі. Резерфорд өрнегі. Атом күйлерінің орнықтылығы және дискреттілігі	1	1	1	1	3	3	9
2	Энергияның деңгейлері және оларды қоздыру әдістері. Шағылысу және жұтылу спектрлерінің жалпы сипаттамасы. Спектрлердің түрлері. Сутегі атомының спектрлік сериясы. Бор постулаттары. Атомның энергетикалық деңгейлері. Сутегі атомы туралы Бор теориясы. Сутегі тәріздес атомдардың спектрлік сериясы. Франк-Герц тәжірибесі. Бор теориясын нақтылы мағұлматтармен салыстыру. Бор теориясының қайшылықтары.	2	1	1	1	3	3	9
3	Корпускулалық-толқындық дуализм. Жарық пен бөлшектердің корпускуалық-толқындық табиғаты. Луи де Броиль толқындарының дифракциясы. Де-Броиль толқындарының қасиеттері. Дэвиссон-Джермер тәжірибелері. Электрондық микроскоп. Толқындық функция. Гейзенбергтің анықталмаған шамалар үшін қатынастары.	3	1	1	1	3	3	9
4	Кванттық мехниканың негізгі ұғымдары. Шредингер теңдеуі. Энергияның импульс моментінің квантталуы. Бөлшектің потенциалдық шұңқырдағы қозғалысы. Сызықтық гормониялық осциллятор. Ванттық сандар және олардың физикалық мағынасы. Бор теориясын кванттық- мехнаикалық теориямен салыстыру. Штерн-Герлах тәжірибелері.	4	1	1	1	3	3	9
5	Электронның спині және магниттік моменті. Бордың магнетоны. Паули принципі. Электрондық қабықшалар. Көп электрондарды атомдардың құрылымы. Зееман-Штрак эффектісі.магниттік резогагс. Ядролық магниттік резонанс. Электрондық парамагниттік резонанс. Резонанстық құбылыстардың қолдану және зерттеу әдістері. Элементтердің периодтық жүйесі. Сипаттық рентген сәуленің табиғаты. Мозли заңы және оның мағынасы. Молекулалық спектр.	6	1	1	1	3	3	9
6	Қатты дененің кванттық физикасы. Қатты денелердің зоналық теориясының элементтері Ферми беті. Электрондардың энергетикалық спектрі. Зналардың электрондармен толтырылуы. Металлдар мен жартылай өткізгіштердің электр өткізгіштігі туралы зоналық теорияның негізгі қағидалары.	6	1	1	1	3	3	9
7	Кристалдық тордың кванттық тербелістері. Фенондар. Қатты денелердің мехникалық мехникалық, электрлік және жылулық қасиеттері. Металлдар мен диэлектриктердің жылу сыйымдылығы және жылу өткізгіштігі туралы кванттық көзқарас. Кристалдық құрылымның ақаулары. Ақаулардың қатты денелердің физикалық қасиеттеріне әсері. Қатты денелердің зерттеу әдістері.	7	1	1	1	3	3	9
8	Атом ядросының физикасы. Ядро өзара әсерлесуші протон-нейтрон бөлшектерінің жүйесі. Ядроның электр заряды. Массалық сан изотоптар мен изобаралар. Ядроның құрылуы. Масс-спектрометр. Массаның ақауы. Ядроның байланыс энергиясы. Ядролық күштер. Ядролардың орнықтылығы. Атом ядросының моделдері.	8	1	1	1	3	3	9
9	Табиғи және жасанды радиоактивтілік. Радиоактивтіліктің ыдырау заңы. Жартылай ыдырау периоды. α-ыдырау. α-бөлшектердің спектрі α-ыдырау периодының α-бөлшектердің энергиясына тәуелділігі α-ыдырау нәтижелерінен ядроның өлшемін анықтау. β-ыдыраудың түрлері. Электрондардың энергетикалық спектрлері. Рұқсат етілген және тиым салынған β-ауысулары. Ядролық измерия γ кванттардың ішкі конверсиясы. Ядролық γ-резонанс. Радиоактивтілік қатары. Ығысу ережесі. Радиоактивті изотоптардың қолданылуы.	9	1	1	1	3	3	9
10	Ядролық физиканың эксперименталдық әдістері. Ядролық сәлелерді тіркеу әдістері. Гейгер-Мюллер санауышы, сцинтилляцилық әдіс, пропорциональдық санауыш, көбікшелі камера. Вильсон камерасы, фотоэмульсия әдісі, зарядталған бөлшектердің үдеткіштері.	10	1	1	1	3	3	9
11	Ядролық реакциялардың физикасы. Ядролық реакцияның қимасы. Ядролық реакциялар кезіндегі сақталу заңдары. Ядролық реакциялардың мехнизмі. α-бөлшектердің, протондардың, нейтрондардың γ-кванттардың әсерімен өтетін ядролық реакциялардың ерекшеліктері. Трансурандық элементтер.	11	1	1	1	3	3	9
12	Атом ядроларының бөлінуі және синтезі. Бөлінудің қарапайым теориясы. Бөліну көрсеткіші. Сптандық бөліну. Уран изотопының нейтрондардың әсерімен бөлінуі. Тізбекті реакция. Көбею коэффициенті. Реакторлар. Ядролық энергетика. Жеңіл ядролардың синтезі. Басқарылатын термоядролық реакция мәселесі. Жұлдыздардағы ядролық реакциялар. Ядролық энергетика, радиациялық қауіпсіздік және экология мәселелері. Қазақстанда ядролық физика және ядролық энергетика саласындағы зерттеулердің дамуы.	12	1	1	1	3	3	9
13	Қарапайым бөлшектер физикасы. Қарапайым бөлшектер туралы негізгі мағұлматтар. Электрондық және әлсіз әсерлесулер. Ғарыштық сәулелер. Электрон, протон, нейтрон, фотон. Антибөлшектер. Мезондар мен гиперондар. Қарапайым бөлшектердің классификациясы Кванттар.	13	1	1	1	3	3	9
14	Қолданбалы ядролық физика. Ядролық бөлшектердің затпен әсерлесуі. Зарядталған бөлшектердің ортамен әсерлесуі. Энергия шығыны. Зарядталған бөлшектердің тежелуі. Нейтрондардың затпен әсерлесуі. γ–кванттардың зат арқылы өтуі. Ядролық сәлелердің организмге әсері. Ядролық сәулелердің дозметриясы және қорғану.	14	1	1	1	3	3	9
15	Қорытынды.Атом, катты дене. Атом ядросының және қарапайым бөлшектер физикасының жетістіктері мен көрнекі мәселелері. Макро және микро әлем физикалық құбылыстарының байланысы. Ғаламның эволюциясы туралы қазіргі көзқарастар. Физиканың қазіргі кезеңдегі жетістіктері мен өзекті мәселелері. Қазақстандық ғалымдардың физиканы дамытудағы үлесі. Физиканың әдіснамалық маңызы.	15	1	1	1	3	3	9
	Қорытынды:		15	15	15	45	45	135

6. Оқытуға арналған әдебиеттер

Негізгі әдебиет:

Жұманов К.Б. Атомдық физика – Алматы, «Қазақ университеті», 2006, - 369 бет.
Жұманов К.Б. Атомдық физика – Алматы, «Қазақ университеті», 2000, - 465 бет.
Савельев И.В. Курс общей физики.Т 3 Наука, 1982
Гершензон Е.М. Малов Н.Н. Курс общей физики. - – М. Просвещение, 1979
Детлаф А.А., Яворский Б.М., Миликовская Л.Д., Курс общей физики. Т 3.- М. Высшая школа. 1979
Гершензон Е.М. Малов Н.Н. Практикум по общей физики. - – М. Просвещение, 1982
Поль Р.В. Оптика атомная физика – М. Наука, 1966.
Сивухин Д.В. Общей курс физики. Т 4.
Шпольский Э.В. атомная физика. М., Наука, Т 2.
Жұманов К.Б. Жалпы физикалық практикум. Атомдық физика. – Алматы, «Қазақ университеті», 2002. – 158 б.

Қосымша әдебиеттер:

Широков Ю.М., Юдин К.П. Ядерная физика. Наука
Бокова Г.И., Тлеубергенова Г.А. Практикум по ядерной физике. – Алматы, 1974
Тлеубергенова Г.А., Оразалиев В.Н., Брузгин И.М., Қалиева К.Қ. Практику по курсу общей физике. Алматы, 1972
Рымкевич П.А. курс физики. – М.Высшая школа. 1975

Бағалау критерийі

№	Жұмыс түрі	Баға (max балл)	Саны	Қосындысы
1	Рубеждік бақылау	30	2	60
2	Қорытынды бақылау	40	1	40
	Барлығы			100

Рубеждік бақылау
СӨЖ		а)Жеке тақырыптарды өз бетімен оқу	10%
		б)Есептеу-графикалық есептерді тапсыру	10%
		в) Лабораториялық жұмыстар бойынша есеп беруді дайындау	10%
СӨЖ қорытындысы			30%
Студенттердің аудиториялық жұмыс		а) Теориялық материалдарды оқып үйрену	10%
		б) Есептерді шығару	10%
		в) Лабораториялық жұмыстарды орындау	10%
САЖ қорытындысы			30%
Рубежлік бақылауды тапсыру	а) Коллоквиум		30%
	б) Бақылау жұмысы		30%
РБТ қорытындысы			40%
РБ бойынша барлығы			100%

Қорытынды бақылау И_%= (РБТ + РБ2)/2 х 0,6 + Е х 0,4
7. Оқытушы талабы. Студенттің сабаққа қатысуы міндетті түрде. Егер студент үш сабаққа қатыспаса ол емтихан тапсыруға жіберілмейді және автоматты түрде сол пәннен кредит есептелінбейді. Сабаққа кешігу немесе сабақ аяқталмастан кетіп қалу сабаққа келмеген деп есептелінеді және оны қайта орнына келтіруге болмайды. Сонымен қатар студент практикалық және зертханалық сабақтар кезіндегі белсенділік танытуға, үй жұмысы мен СӨЖ-н және т.б. орындауға міндетті.

Сабаққа кешігуге және сабақтан кетуге. Сабақ кекзінде ұялы телефонды пайдалануға. Өтірік айтуға, біреудің атын жамылуға, тапсырмаларды уақытында орындамауға тиым салынады. Осы ережелерді орындамау оқытушы талабының бұзылғаны болып табылады.

СӨЖ тапсырмалары 1-2 және 8-9 апталарда беріледі. СӨЖ тапсырмаларын қабылдау 7 және 15апталарға дейін. Берілген уақыттан кеш тапсырған студенттің тапсырмалары қабылданбайды.
ДӘРІС ТЕЗИСТЕРІ

1-дәріс. Атомның ядролық моделі. Резерфорд тәжірибелері. Резерфорд формуласы. Ядро зарядын анықтау. Атомның планетерлық моделінің классикалық физика көріністерімен үйлесуі.
1.1. Атомның ядролық моделі

20 ғ. бас кезінде атомның шын бар екендігі ешқандай күмәнсіз жалпылай мойындалды. Атомдар реттік шамасы 10^-10 м болатын электрлік жүйе құрайтындығы тағайындалды. Енді күн тәртібіне атом құрылымы қандай деген мәселе қойылды. Атом құрылысы туралы бірқатар пікірлер айтылды; атомның модельдері ұсынылды.

Томсон модель. Осы модельге сәйкес атомның оң заряды сфера тәрізді атомды біркелкі толтырып тұруға тиіс, ал оның ішінде нүктелік теріс зарядтар электрондар атом бүтіндей бейтарап болатындай мөлшерлде сфераның әр жерінде орналасқан болады.
1.2. Резерфорд тәжірибелері

Томсон моделіндегі қайшылықтарды атом қойнауын әйтеуір бір амалмен тікелей барлап қарау арқылы шешуге болатын еді. Міне осындай тәжірибені ағылшын физигі Э.Резерфорд (1871-1937) және оның шәкіртері Г.Гейгер, Э.Марсден жүргізді (1909-1910 ж.ж.). Тәжірибелер Томсон моделін келісімсіздігін көрсетті. Осы тәжірибелер нәтижелеріне сүйеніп Э.Резерфорд атомның жаңа ядролық моделін ұсынды (1911). Атомның бұл моделінің шығуы α-бөлшектері көмегімен жүргізілген мынандай тәжірибелерге негізделген болатын.

α-бөлшектердің басым көпшілігі фольгадан негізінен бос кеңістіктен өткендей түзу сызықты жолынан ауытқымай өтетіндігі байқалған. Мәселен, қалыңдығы 4·10^-7м алтын фольгадан өткенде α-бөлшектердің көпшілігі түзу сызықты жолдан 1° – 2° -тан аспайтын θ бұрыштарғы ауытқыған. Бастапқы қозғалыс бағытынан аутқыган α-бөлшектерге келсек, өте үлкен бұрыштарға кейде 180°-қа дейінгі бұрышқа аздаған ғана α-бөлшектер шашырайды. 8000 α-бөлшектің біреуі 180°-қа бұрылып, кері серпілегн. Резерфордтың пікірі бойынша бұл оң зарядталған α-бөлшектер кеңістіктің өте кішкентай аймағында шоғырланған ауыр оң зарядтың тебуіне душар болған жағдайда ғана мүмкін болады (1.3 сурет).

Резерфорд былай ұйғарды: атом өте кішкентай бірақ ауыр оң зарядталған ядродан (мұнда атом массасының 99,9 % шоғырланған) және оны қайсыбір қашықтықта қоршаған электрондардан тұрады. Электрондар ядроны айналып қозғалуы тиіс болды (күнді айналатын планеталар сияқты). Өйткені егер олар тыныштықта болса онда электрлік кулондық тарту әсерінен ядроға құлаған болар еді. Резерфордтың бағалауы бойынша ядро мөлшерінің реттік шамасы 10^-15 – 10^-11 м болуы тиіс. Атом құрылысының осындай моделі планетарлық немесе ядролық модель деп аталады.

Массасы m α-бөлшек нысаналық қашықтығы нөлге тең жағдайда ядроға тура ұшып келеді деп айталық. Энергияның сақталу заңы бойынша ядромен ең көп жақындағанда α-бөлшектің кинетикалық энергиясы бұлардың электростатикалық әсерлесуінің потенциалдық энергиясына ауысады да α-бөлшек қас-қағым сәтте тоқтайды.

(1.1)
Мұндағы - ядродан алыстағы α-бөлшектің бастапқы жылдамдығы. Ra-C радиактивті атомдар шығаратын α-бөлшектер үшін = 1,9·10⁷м/с. Алтын (z = 79) үшін (1.1)формула арқылы d-ны анықтауға болады.

(1.1)

жүктеу 3,08 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 23