F4050 Úvod do fyziky mikrosvěta

Přírodovědecká fakulta
jaro 2018
Rozsah
4/2/0. 5 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc. (přednášející)
prof. Mgr. Vít Kudrle, Ph.D. (přednášející)
doc. Mgr. Tomáš Hoder, Ph.D. (cvičící)
prof. Mgr. Vít Kudrle, Ph.D. (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Jana Musilová, CSc.
Ústav fyzikální elektroniky - Fyzikální sekce - Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Ústav fyzikální elektroniky - Fyzikální sekce - Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 12:00–13:50 F1,01014, St 12:00–13:50 F1,01014
  • Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
F4050/01: Čt 13:00–14:50 F1,01014, T. Hoder, V. Kudrle
F4050/02: Út 10:00–11:50 F1,01014, T. Hoder, V. Kudrle
Předpoklady
( F1030 Mechanika a molekulová fyzika && F2050 Elektřina a magnetismus ) || ( F1040 Mechanika a molekulová fyzika && F2070 Elektřina a magnetismus && F3370 Úvod do nanotechnologií ) || ( F1030 Mechanika a molekulová fyzika && F2070 Elektřina a magnetismus ) || ( F1040 Mechanika a molekulová fyzika && F2050 Elektřina a magnetismus )
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Předmět má v doporučeném studijním plánu v mnoha směrech mimořádné postavení, neboť:
* završuje kurz Obecné fyziky, a to nejen svým zařazením, ale i tím, že využívá poznatků všech jeho disciplin,
* studuje objekty nedostupné přímé smyslové zkušenosti, což často vede k tomu, že se jejich vlastnosti a chování neshodují s intuitivním očekáváním,
* se zabývá jevy, při jejichž popisu selhaly předchozí - klasické - fyzikální představy, což vedlo k vymezení hranic platnosti dříve probíraných fyzikálních disciplin.
Předmět je koncipován tak, aby - kromě poskytnutí základních poznatků o vlastnostech mikroobjektů a jejich soustav - posluchače co nejlépe připravil na zvládnutí nezvyklých idejí kvantové mechaniky, která na něj v doporučeném studijním plánu bezprostředně navazuje, a poskytl mu adekvátní představu o způsobu překonání krize, do níž se fyzika dostala na přelomu 19. a 20. století. Důraz je kladen na fyzikálně-historické souvislosti a na možnosti elementarizace výkladu této obtížné problematiky.
Na konci tohoto kurzu by student měl být schopen: porozumět experimentům, jež jsou klíčové pro vybudování fyzikálního popisu mikrosvěta a vysvětlit je; porozumět základním pojmům a představám fyziky mikrosvěta a vysvětlit je.
Osnova
  • 1.Fyzikální svět a jeho popis (realita, abstrakce, model; představy o struktuře látek a jejich vývoj; makroskopické a mikroskopické teorie a jejich ověřování; objekty makrosvěta - částice a vlny).
  • 2. Elektromagnetické záření - částice ? vlny ? fotony (historický vývoj názorů na podstatu světla; rovnovážné tepelné záření, kvantová hypotéza; fotoelektrický jev; Comptonův jev; fotony).
  • 3. Stavba atomu (historický vývoj názorů na atom; objev přirozené radioaktivity, objev elektronu; první modely atomu; rozptylové experimenty, objev atomového jádra).
  • 4. Stará kvantová teorie (planetární model atomu, problém jeho stability; Bohrův model atomu vodíkového typu, Bohrův-Sommerfeldův model atomu; Mendělejevova periodická soustava prvků).
  • 5. Atomová spektra (emisní a absorpční optické spektrum atomu; emisní a absorpční rentgenové spektrum atomu; spektrální analýza; interakce záření s periodickými strukturami; fyzikální, technické a lékařské aplikace).
  • 6. Dualismus vlna-částice a jeho fyzikální interpretace (de Broglieova hypotéza, Davissonovy-Germerovy a Thomsonovy experimenty; Youngův dvojštěrbinový experiment s klasickými částicemi, vlnami a mikroobjekty).
  • 7. Základy vlnové /kvantové/ mechaniky (vlnová funkce a vektor stavu, princip superpozice a jeho fyzikální obsah, Heisenbergova relace neurčitosti pro polohu a hybnost, měření v mikrosvětě; Schroedingerova rovnice a její řešení pro případ stacionárních polí, skokové potenciály, jednoduchý kvantověmechanický popis některých reálných situací; vztah mezi klasickou a kvantovou mechanikou).
  • 8. Základy jaderné a částicové fyziky (vlastnosti jádra; radioaktivita; jaderné reakce; jaderné modely; jaderné štěpení a jaderná syntéza; interakce mezi částicemi; klasifikace částic; zákony zachování; standardní model mikrosvěta).
Literatura
  • Halliday, David - Resnick, Robert - Walker, Jearl. Fyzika, část 5 - Moderní fyzika. Brno, Praha: Vutium, Prometheus, 2000.
  • BEISER, Arthur. Úvod do moderní fyziky [Beiser, 1978] : Perspectives of modern physics (Orig.). Translated by Josef Čada. 2. vyd. Praha: Academia, 1978. 628 s. info
  • ŠPOLSKIJ, E. V. Atomová fyzika. 1, Úvod do atomové fyziky. 2. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1957. 432 s. info
  • ŠPOLSKIJ, E. V. Atomová fysika. 2, Elektronový obal atomu a atomové jádro [Špolskij, 1958]. 2. vyd. Praha: Státní nakladatelství technické literatury, 1958. 603 s. info
  • LACINA, A.: Doplňkové texty k předmětu F4050 Úvod do fyziky mikrosvěta - dostupné z: http://www.physics.muni.cz/kof/index.php?clanek=vyuka
  • Zajac, Rudolf - Pišút, Ján - Šebesta, Juraj. Historické pramene súčasnej fyziky, Zv.2. Bratislava: Univerzita Komenského, 1997.
  • TRIGG, George L. Rešajuščije eksperimenty v sovremennoj fizike : Crucial experiments in modern physics (Orig.) : Crucial experiments in modern physics (Orig.). Moskva: Mir, 1974. 159 s. info
  • Hořejší, Jiří. Historie standardního modelu mikrosvěta. Školská fyzika, Vol. VII, č. 3 (2001) str. 4-60.
Výukové metody
Přednáška, cvičení.
Metody hodnocení
Zkouška: písemná a ústní.
Navazující předměty
Informace učitele
Přístup ke zkoušce je pro posluchače denního studia podmíněn splněním požadavků stanovených ve cvičení: 1. Aktivní účast (max. 2 neúčasti). 2. Alespoň 60% úspěšnost na písemce ohlášené dva týdny předem (možnost dvou opravných termínů).*** Podmínky pro podání přihlášky ke zkoušce pro studenty kombinovaného studia: 1. Absolvování tří konzultací během semestru, v rámci nichž bude probrána logická struktura discipliny, okomentováno její zpracování v doporučené studijní literatuře a zadány požadavky pro samostatnou práci nahrazující cvičení (pokud je student neabsolvuje prezenčně spolu s posluchači denního studia). 2. Úspěšné absolvování dvou prezenčních kontrolních písemných prací shrnujících přibližně první třetinu, resp. první dvě třetiny sylabu předmětu.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Nachází se v prerekvizitách jiných předmětů
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2008 - akreditace, jaro 2011 - akreditace, jaro 2001, jaro 2002, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006, jaro 2007, jaro 2008, jaro 2009, jaro 2010, jaro 2011, jaro 2012, jaro 2012 - akreditace, jaro 2013, jaro 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2019, jaro 2020.