Физические основы источников излучений

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИФВТ
___________ В.В. Лопатин
«___» ____________201__ г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ
НАПРАВЛЕНИЕ ООП: 200400 «Оптотехника»
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ: «Оптико-электронные приборы и системы»
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ): Бакалавр
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2009 г.
КУРС 3; СЕМЕСТР 5,6;
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ: 12
ПРЕРЕКВИЗИТЫ: «Физика», «Химия», «Математика»,
КОРЕКВИЗИТЫ: «Оптические и оптико-электронные системы и приборы»
«Оптические материалы и технологии»
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
ЛЕКЦИИ
98 часов (ауд.)
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ИТОГО
40
57
197
228
425
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
часа (ауд.)
часов (ауд.)
часов
часов
часов
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ: ЭКЗАМЕН В 5 СЕМЕСТРЕ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩАЯ КАФЕДРА: «Лазерная и световая техника»
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ:
д.ф.-м.н., профессор В.М.Лисицын
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП:
к. ф.-м.н., доцент С.С. Вильчинская
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:
д.ф.-м.н., профессор В.Ф.Штанько
2011г.
1. Цели освоения дисциплины
В результате освоения данной дисциплины бакалавр приобретает знания,
умения и навыки, обеспечивающие достижение целей Ц1,Ц2,Ц3 и Ц4 основной образовательной программы 200400 «Оптотехника».
Дисциплина нацелена на подготовку бакалавров к:
- формированию понимания общих принципов преобразования исходного вида
энергии в энергию электромагнитного излучения оптического диапазона,
- производственной и технологической деятельности в области оптотехники,
- научно-исследовательской деятельности, связанной с проведением экспериментальных исследований и анализом их результатов. Развитие способности
к поиску, анализу и систематизации новой информации, необходимой для решения задач в области оптотехники,
- самообучению и постоянному профессиональному самосовершенствованию,
к активному участию в инновационной деятельности предприятия или организации
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина ЕН07“Физические основы источников излучения” относится к
дисциплинам естественнонаучного цикла и является базовой для последующего изучения специальных дисциплин: ОПД.10 “Основы квантовой электроники”, СД.01 “Оптические и оптико-электронные системы и приборы”,
СД.05 “Взаимодействие излучения с веществом ”. Программа отражает
структуру и логику современных представлений о физике процессов, используемых при разработке разных классов источников электромагнитного излучения оптического диапазона. Изучаются формы электрических разрядов в
газе, элементарные процессы взаимодействия частиц в газоразрядной плазме,
процессы, определяющие баланс энергии в разряде и формирование спектрального состава излучения плазмы. Углубляются представления о физических механизмах преобразования энергии возбуждения в диэлектриках и полупроводниках и процессах рекомбинации неравновесных электронов и дырок. Современные тенденции развития способов повышения экономичности
и экологической безопасности источников излучения.
3. Результаты освоения дисциплины
Результаты обучения в соответствии с ФГОС ВПО представляют собой знания, умения, опыт, профессиональные и универсальные компетенции, приобретаемые выпускниками ООП в момент окончания университета.
После изучения данной дисциплины магистранты приобретают знания, умения и опыт, соответствующие результатам основной образовательной программы: Р1, Р3, Р5*. Соответствие результатов освоения дисциплины «Физические основы источников излучения» формируемым компетенциям ООП представлено в таблице.
Формируемые
Результаты освоения дисциплины
компетенции в
соответствии с
ООП*
З2.1; З2.2; З3.1
В результате освоения дисциплины бакалавр должен знать:
Фундаментальные основы оптики, свойства и характеристики
световых полей, основные законы и модели распространения света
и формирование изображений, основы взаимодействия света с веществом. Основы атомной и молекулярной спектроскопии.
основные формы самостоятельного разряда в газе. Принципы действия полупроводниковых излучающих приборов. Различные
классы оптической, световой и лазерной техники, особенности ее
конструкции, а также условия и методы их эксплуатации.
Основные тенденции и направления развития световой, оптической и лазерной техники, оптического и светотехнического материаловедения и оптических и светотехнических технологий
элементную базу оптических и светотехнических систем, оптической и световой техники.
У.1.1, У.1.4; У.1.5
У.2.2; У.5.1
В результате освоения дисциплины бакалавр должен уметь:
В.1.1, В.1.2,
В.1.3, В.3.2,
В.3.3, В.5.1,
В.5.2.
В результате освоения дисциплины бакалавр должен владеть:
Самостоятельно анализировать социально-политическую и научную литературу.
Применять методы математического анализа при проведении
научных исследований и решении прикладных задач в профессиональной сфере
Выявлять физическую сущность явлений и процессов в устройствах различной физической природы и выполнять применительно к ним простые технические расчеты
Получать необходимую информацию об объектах с использованием современных методов и средств исследований, технологических
приемов, автоматизации и обработки данных.
Планировать эксперимент для получения данных с целью решения
определенной научно-технической задачи.
Проводить фотометрические и оптические измерения с выбором
технических средств и обработкой результатов
Опытом работы с научно-исследовательским оборудованием;
устойчивыми навыками проведения эксперимента с учетом выбора оптимальных методик и оборудования для исследований, рационального определения условий и диапазона экспериментов, обработки, систематизации и анализа полученных результатов; опытом
работы и использования в ходе проведения исследований к научнотехнической информации, Internet-ресурсов, баз данных и каталогов, электронных журналов и патентов, поисковых ресурсов и др. в
области высокотехнологического машиностроительного производства, в том числе, на иностранном языке.
4. Структура и содержание дисциплины
Дисциплина построена по модульному принципу. Каждый модуль является
автономной частью дисциплины и включает теоретическую, практическую и
самостоятельную работу студентов по изучению дисциплины. Трудоемкость
каждого модуля оценивается в кредитах. Один кредит эквивалентен 36 часам
работы по освоению раздела дисциплины, включающей лекционную, практическую, лабораторную и самостоятельную работу. Общая трудоемкость
дисциплины составляет 13 кредитов и состоит из 3 модулей.
Структура дисциплины
Таблица 1
№
Наименование Трудоемп
модуля
кость
/
модуля
п
в кредитах
1
Оптические
спектры
атомов
2
Электрический ток в
газе
Полупроводниковые
излучающие приборы
3
Ито
г
о
2
3
8,5
13,5
Виды занятий и их трудоемкость в часах
Лекции Практические Лабораторные Самостоя
тельная
занятия
занятия
работа
20
Раздел 1
Темы 1-3
8
20
26
48
Раздел 2
Темы 1-6
30
Раздел 3
Темы 1-6
10
10
42
30
10
160
98
48
40
228
4,1 СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
Пятый и шестой семестры (98 час.)
Введение. Структура и задачи курса. Источники излучения - преобразователи энергии их состав и основные характеристики.
РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ АТОМНОЙ И МОЛЕКУЛЯРНОЙ
СПЕКТРОСКОПИИ
Тема 1.Основные положения векторной модели атома. (3 занятия).Развитие модели строения атома. Уравнение Шредингера для атома водорода. Систематика квантовых состояний в атоме. Квантование энергии и
момента импульса. Основные положения векторной модели атома. Схемы
сложения моментов импульса. Мультиплетность термов.
Тема 2. Оптические спектры атомов. Схема термов и основные серии
спектра атомов (ионов) с одним валентным электроном. Соотношение интенсивностей линий. Спектры атомов водорода, натрия. Схема термов и основные серии спектра атомов (ионов) с двумя валентными электронами.
Спектры гелия, ртути. Эквивалентные электроны. Схема термов атомов с
числом валентных электронов три и более. Правило чередования четности
термов.
Тема 3. Спектры атомов во внешних силовых полях. Расщепление спектральных линий в магнитном и электрическом полях. Нормальный и аномальный эффекты Зеемана. Расщепление линий головных групп серий однои двухэлектронных атомов. Эффект Штарка.
Раздел 2.ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ВАКУУМЕ И ГАЗЕ
Тема 1. Явления на поверхности электродов. Виды эмиссии электронов с
поверхности материалов. Термоэлектроннная эмиссия. Работа выхода. Эффект Шоттки. Автоэлектронная эмиссия. Вторичная эмиссия электронов. Фотоэмиссия электронов.
Тема 2. Элементарные процессы столкновения частиц в газе. Классификация столкновений. Следствия из законов сохранения энергии и импульса
при парном столкновении. Передача энергии при столкновении частиц.
Упругие и неупругие столкновения. Неупругие столкновения 1 и 2 рода.
Возбуждение и ионизация атомов. Эффективные сечения. Функции возбуждения и ионизации атомов. Рекомбинация заряженных частиц. Принцип детального равновесия.
Тема 3. Направленное движение заряженных частиц. Диффузия и дрейф
заряженных частиц. Коэффициент диффузии. Подвижность. Соотношение
Эйнштейна. Двуполярная диффузия. Электрический ток в вакууме. Роль объёмного заряда. Закон Богуславского-Ленгмюра.
Тема 4. Классификация электрических токов в газе. Самостоятельные и несамостоятельные токи. Пробой газа при низком давлении. Однополярный и
двуполярный предпробойные токи. Условие пробоя. Кривые Пашена. Пробой газа при высоком давлении.
Тема 5. Самостоятельные разряды в газе. Вольтамперная характеристика
самостоятельного разряда. Виды самостоятельных разрядов. Тлеющий разряд. Основные процессы в тлеющем разряде. Распределение основных параметров по длине тлеющего разряда. Нормальный и аномальный тлеющий
разряды. Дуговой разряд. Основные свойства и виды дуговых разрядов.
Продольное распределение потенциала в дуге. Термические несамостоятельные дуги. Дуга низких и высоких давлений. Способы стабилизации дуговых
разрядов. Искровой разряд. Виды искровых разрядов и способы их инициирования. Конденсированный искровой разряд и его характеристики.
Тема 6. Свойства газоразрядной плазмы. Газоразрядная плазма. Виды
плазм. Температура и равновесие в газоразрядной плазме. Плазма положительного столба низкого давления. Баланс энергии в положительном столбе.
Спектральный состав излучения. Плазма положительного столба высокого
давления. Баланс энергии в положительном столбе. Уравнение переноса излучения в газоразрядной плазме. Реабсорбция излучения. Функция источника. Самообращение спектральных линий. Излучательные модели газоразрядной плазмы. Столкновительно-излучательная, ЧЛТР, ЛТР. Условия применимости моделей. Использование электрических разрядов в качестве источников излучения. Способы управления спектральным составом излучения.
Состояние и перспективы развития газоразрядных источников излучения.
Применение электрических разрядов для накачки лазеров. Основные типы
газоразрядных лазеров.
Раздел 3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИЗЛУЧАЮЩИЕ ПРИБОРЫ
Тема 1. Типы химических связей. Зонная схема металлов, диэлектриков и
полупроводников. Виды оптического поглощения диэлектриков и полупроводников. Прямозонные и непрямозонные материалы.
Тема 2. Виды люминесценции. Конфигурационно-координатные кривые. Закон Стокса. Преобразование энергии возбуждения в диэлектриках и полупроводниках. Генерационный, миграционный и внутрицентровой этапы.
Энергетический и квантовый выходы излучения. Фононные колебания.
Электрон-фононное взаимодействие.
Тема 3. Статистика электронов в полупроводниках. Уровень Ферми в собственном и легированном полупроводниках.
Тема 4. Контактные явления: Ме-п\п, п\п-п\п. Гомо- и гетеропереходы. Свето- и фотодиоды, их принцип действия и параметры.
Тема 5. Инжекция неосновных носителей в п-р переход. Условие усиления
излучения для междузонных переходов. Типы инжекционных лазеров. Варизонные структуры.
Тема 6. Полупроводниковые лазеры с электронным возбуждением. Квантоскопы.
4.2 СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛА ДИСЦИПЛИНЫ
ГРУППОВЫЕ ЗАНЯТИЯ.
Пятый семестр (57 часа).
Целью практических занятий является усвоение и закрепление содержания теоретических разделов дисциплины, приобретение навыков решения
типовых задач. Решение задач проводится по следующим темам:
1. Векторная модель атома. Собственный и орбитальный моменты импульса.
2 часа.
2. Магнитные взаимодействия в атоме. Схемы сложения моментов импульсов
электронов. 2 часа.
3. Система термов атомов с одним внешним электроном. Векторные диаграммы состояний. 2 часа.
4. Основные серии оптического спектра атомов (ионов) с одним валентным
электроном. 2 часа.
5. Контрольная работа. 2 часа.
6. Система термов атомов с двумя внешними электронами. Мультиплетность
термов. 2 часа.
7. Оптические спектры атомов с двумя валентными электронами. Соотношение интенсивностей в группах линий.
2 часа.
8. Система термов атомов со сложной группой валентных электронов.
Мультиплетность основного и возбужденных состояний. 2 часа.
9. Правило чередования четности атомных термов. 2 часа.
10. Контрольная работа. 2 часа.
11. Система термов и оптические спектры атомов со сложной группой валентных электронов. 4 часа.
12. Нормальный и аномальный эффекты Зеемана. 2 часа.
13. Расщепление головных групп линий главной, 1 и 2 побочных серий одновалентных атомов. 4 часа.
14. Расщепление линий синглетных серий в слабом магнитном поле. 4 часа.
15. Расщепление линий триплетных серий в слабом магнитном поле. 4 часа.
16. Контрольная работа. 2 часа.
17. Передача энергии и импульса при упругом столкновении легких частиц с
тяжелыми. 4 часа.
18. Неупругие столкновения частиц с рассеянием. 4 часа.
19. Расчет сечений возбуждения и ионизации атомов. 4 часа.
20. Контрольная работа, 2 часа.
4.3 ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
Шестой семестр (40 час.).
В процессе выполнения лабораторных работ бакалавры приобретают
навыки и умение практического использования методов и приемов оптических и электрических измерений параметров электрических разрядов.
Лабораторные занятия по дисциплине проводятся во VI семестре и охватывают все основные разделы курса. Перед каждой работой проводится устный
контроль знаний студентов. Знания оцениваются по зачетной системе (до-
пуск-недопуск). Итоги выполнения работ оформляются студентами в виде
отчетов, защищаемых перед получением допуска к следующему занятию.
При подготовке к лабораторным работам студенты используют конспекты лекций и методические указания, содержащие теоретический материал в
достаточно полном объеме.
Лабораторные работы выполняются на базе специализированной лаборатории кафедры лазерной и световой техники. Техническая оснащенность работ находится на достаточно высоком уровне. В работах используются современные измерительные спектрометрические комплексы, техника оптических измерений с наносекундным временным разрешением.
Перечень лабораторных работ:
1. Градуировка монохроматора УМ-2 по оптическим нормалям спектра ртути.
2. Изучение спектрального состава излучения катодных частей тлеющего
разряда. Определение состава наполняющего газа.
3. Изучение распределения интенсивности излучения вдоль тлеющего разряда. Анализ спектрального состава и элементарных процессов в разных частях разряда.
4. Измерение и анализ вольтамперной характеристики тлеющего разряда.
5. Зависимость интенсивности излучения тлеющего разряда от мощности.
6. Изучение спектрально-кинетических параметров излучения импульсного
разряда в ксеноне.
7. Измерение зависимости яркости излучения от удельной мощности импульсного разряда.
8. Измерение зависимостей пиковой яркости излучения и длительности импульсного разряда от характера балластной нагрузки.
9. Градуировка монохроматора ДМР-2 по оптическим нормалям спектра
ртути.
10. Изучение спектрального состава излучения ВЧ-разряда в парах щелочных металлов с использованием ламп БСВ-2.
11. Изучение спектрального состава излучения ВЧ-разрядов в парах щелочноземельных металлов.
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
При освоении дисциплины используются следующие сочетания видов
учебной работы с методами и формами активизации познавательной деятельности студентов для достижения запланированных результатов обучения
и формирования компетенций.
Методы и формы
активизации деятельности
Дискуссия
IT-методы
Командная работа
Разбор кейсов
Опережающая СРС
Индивидуальное обучение
Проблемное обучение
Обучение на основе
опыта
ЛК
Виды учебной деятельности
ПЗ
ЛБ
х
х
х
х
СРС
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
Для достижения поставленных целей преподавания дисциплины реализуются следующие средства, способы и организационные мероприятия:
 изучение теоретического материала дисциплины на лекциях с использованием компьютерных технологий;
 самостоятельное изучение теоретического материала дисциплины с использованием Internet-ресурсов, информационных баз, методических разработок, специальной учебной и научной литературы;
 закрепление теоретического материала при проведении лабораторных работ с использованием учебного и научного оборудования и приборов, выполнения проблемно-ориентированных, поисковых, творческих заданий;
- составление реферата по индивидуальной теме.
6, ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Пятый и шестой семестры (228 час.)
6.1 Текущая и опережающая СРС, направленная на углубление и
закрепление знаний, а также развитие практических умений заключается в:
 работе студентов с лекционным материалом, поиск и анализ литературы и
электронных источников информации по заданной проблеме,
- составление плана, поиск, изучение литературы и написание индивидуального реферата по теме из следующих разделов (90 час.):
- Люминесценция диэлектриков и полупроводников.
- Принцип действия и параметры инжекционных лазеров.
- Полупроводниковые лазеры с электронной накачкой.
- Элементарные процессы взаимодействия частиц в газоразрядной плазме
- Излучение положительного столба самостоятельного разряда в газе.
- Способы формирования заданного спектра излучения электрического разряда в газе.
- - Баланс энергии (мощности) в самостоятельном разряде.
- Продольное и радиальное распределение параметров в положительном
столбе самостоятельного разряда.
- Импульсный разряд как источник оптического излучения.
- Использование самостоятельного тока в газе для накачки активных сред газоразрядных лазеров.
 переводе материалов из тематических информационных ресурсов с иностранных языков,
 изучении тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
 изучении теоретического материала к лабораторным занятиям,
 изучении инструкций к приборам и подготовке к выполнению лабораторных работ,
 подготовке к экзамену.
7. ТЕКУЩИЙ И ИТОГОВЫЙ КОНТРОЛЬ РЕЗУЛЬТАТОВ
ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Шестой семестр.
1. Текущий контроль изучения теоретических разделов дисциплины осуществляется в виде трех коллоквиумов в течение пятого семестра. Способ
оценки знаний: коллоквиум проводится, как правило, по одному из разделов
курса и оценивается по рейтинговой системе (максимальный балл за коллоквиум определяется объемом материала разделов, включенных в коллоквиум). Вопросы теоретического коллоквиума выдаются студентам заранее.
Коллоквиум должен быть сдан с оценкой не ниже “удовлетворительно”, в
противном случае студенту рекомендуется повторная подготовка и сдача во
внеурочное время.
Проверка регулярности работы по выполнению задания по реферату и
консультации осуществляются во время трех контрольных точек в течение
семестра. Защита реферата после проверки его ведущим преподавателем
проводится на групповом занятии в виде доклада (10-15 мин.) и ответов на
вопросы. Работа по реферату оценивается баллом согласно рейтинг-плана по
дисциплине.
2. Экзамен. Цель контроля: проверка знаний и умений по дисциплине. Способы оценки знаний и умений: оценка знаний и умений производится по пятибальной системе. С вопросами, включенными в экзаменационные билеты,
студенты знакомятся заранее. Для проверки степени подготовки к экзамену
студенты имеют возможность проведения самоконтроля. Примеры контрольных заданий приведены в приложении программы.
Шестой семестр.
1. Текущий контроль осуществляется путем собеседования, в процессе которого определяется знание студентами цели работы, метода исследования,
устройства, принципа действия и работы приборов, используемых в лабора-
торной установке, специальных мер техники безопасности. По результатам
собеседования проводится допуск студентов к выполнению лабораторной
работы.
2. Итоговый контроль выполнения программы лабораторных работ в седьмом семестре - зачет.
8. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Для закрепления знаний теоретического материала, практического изучения самостоятельных разрядов в газе, получения навыков экспериментальной работы имеется парк лабораторных установок, обеспечивающих выполнение лабораторных работ с элементами исследовательской работы.
2. Методические указания к выполнению лабораторных работ, включающие описание состава и принципа действия лабораторных установок, их
электрических схем и работы, правила техники безопасности при работе на
установках и задания на выполнение лабораторной работы.
3. Технические описания и инструкции по эксплуатации стандартных
приборов, используемых в лабораторных установках.
4. Методика анализа ошибок измерений и правила оформления отчетов по
лабораторной работе.
5. Перечень рекомендуемой литературы:
1. С.Э. Фриш. Оптические спектры атомов. М.: Физматгиз. 1963. .-640с.
2. М.А. Ельяшевич. Атомная и молекулярная спектроскопия. М.: Физматгиз, 1962. -892с.
3. А.Н. Пихтин. Физические основы квантовой электроники и оптоэлектроники. М. : Высшая школа, 1983. -304 с.
4. В.А. Грановский. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М:
Наука,1971. – 468 с.
5. К.К. Намитоков, П.Л. Пахомов, С.А. Харин. Излучение газоразрядной
плазмы. Алма-Ата: Наука, 1984. -304 с.
6. Импульсные источники света./ Под ред. И.С. Маршака / М: Энергия,
1978, – 472 с.
7. Ю.Н. Райзер. Физика газового разряда. М.: Наука.1980. -342 с.
8. Ю.Н. Райзер. Основы современной физики газоразрядных процессов.
М.: Наука. 1980.- 306 с.
9. Методы исследования плазмы. / Под ред.Лохте-Хольгревена/ М: Мир,
1971, - 552 с.
10. А.А. Радциг, Б.М. Смирнов. Справочник по атомной и молекулярной
физике. М.: Атомиздат,1980. -344 с.
11. В.Ф. Штанько. Введение в оптические спектры атомов и теорию столкновений. Учебное пособие. Томск: ТПИ, 1985. -87 с.
Интернет -ресурсы
http://irodov.nm.ru/ - На этом сайте собраны решения задач по физике из учебника
Иродова. Список физических констант. Форумы по учебным материалам.
http://fizik.bos.ru/ - Сайт посвящен курсу физики общеобразовательной школы.
Цель: облегчить подготовку учащихся к экзаменам по физике.
http://www.elmagn.chalmers.se/~igor/ - Физическая энциклопедия OnLine 5-ти томная
физическая энциклопедия. Формат Adobe PDF.
http://www.acmephysics.narod.ru/ - Высшая физика:
http://www.edu.ioffe.ru/apple/ - Виртуальный клуб физики "Ньютон"
http://physics.ioso.iip.net/ - Лаборатория обучения физике и астрономии - ведущая
лаборатория страны по разработке дидактики и методики обучения этим
предметам в средней школе.
http://metodist.i1.ru/ - "Методист.Ру" - Методика преподавания физики. Попытка
свести воедино информацию по методике преподавания физики.
http://www.kiae.ru/ - "Курчатовский институт" - российский научный центр.
Направления работы. Библиография опубликованных работ.
http://www.convert-me.com/ru/ - Интерактивный калькулятор измерений - системы измерений: метрическая, американская, японская, древнегреческая, старорусская.
http://www.decoder.ru/ - Декодер единиц измерения.
http://www.edu.delfa.net:8101/ - Кабинет физики Санкт-Петербургского Университета
педагогического мастерства.
http://nrc.edu.ru/est/r2/ - "Картина мира современной физики" - Классическая физика и теория относительности. Квантовая механика, ее интерпретация. Элементарные частицы.
http://www.icp.ac.ru/ - Институт проблем химической физики. Отчеты о симпозиумах, конференциях, семинарах, результаты работы (1995-1998), научные публикации.
http://www.niifp.ru/ - Исследовательский институт физических проблем. Микромеханические и сверхпроводниковые устройства, наноэлектроника, медицинские
приборы.
http://www.iao.ru/ - Институт оптики атмосферы СО РАН. Атмосферная оптика и
спектроскопия, распространение оптического излучения в атмосфере Земли и
других планет. Оптические исследования атмосферных процессов. Оптикоэлектронные системы и оптические технологии диагностики окружающей среды.
http://mechanics.h1.ru/ - Механика. - Материал по большинству тем изучаемых в 9
классе. Кинематика, Динамика, Законы сохранения, Мехнические колебания и
волны, Вопросы к экзамену. Григорий Остер "Сборник задач по физике (фрагменты)".
http://phisica.boom.ru/ - Мир физики. - Материалы по некоторым направлениям физической науки: квантовая механика, астрономия, космология, механика, молекулярная физика и др.
http://pontecorvo.jinr.ru/pswork.html - Научно-популярные статьи Бруно Понтекорво.
http://hologrph.chat.ru/ - Лаборатория голографии. - Демонстрационный комплект по
оптике. Универсальный комплекс - практикум по механике, оптике и электри-
честву. Лабораторный стенд для выполнения работ по оптике.
http://optics.ifmo.ru/ - Оптика. - Образовательный сервер: учебное пособие, виртуальная лаборатория, справочно-информационная база.****
http://edu.ioffe.ru/edu/ - Здесь собраны курсы лекций и книги по Физике. На русском и английском языках.
http://www.phys.spbu.ru/~monakhov/ - Санкт-Петербургская образовательная сеть по
физике. Электронные учебные пособия. Дистанционное тестирование знаний.
http://shat.ee.saog.ac.ru/T-phisD/ - Школьникам и абитуриентам. Теоретические
основы для решения задач по Физике.
http://www.lpi.ru/ - Физический Институт им. П.Н.Лебедева Российской Академии
Наук. Научные материалы. Работы сотрудников института.
http://www.inp.nsk.su/ - Институт ядерной физики им. Будкера СО РАН. Сведения об
институте. Основные направления деятельности института. Перечень публикации.
http://www.ioffe.ru/ - Физико-технический институт имени Иоффе. Информация об
институте. Информация о Научно - образовательном центре ФТИ. На английском языке.
http://www.ihep.su/ - Институт физики высоких энергий. Информация о деятельности.
Структура. Описание разработок. Сведения о прошедших конференциях, анонсы планируемых, доступ к базам данных научных мероприятий. Физические базы данных.
9.Материально-техническое обеспечение дисциплины
При изучении основных разделов дисциплины, выполнении лабораторных работ студенты используют оборудование, оснащенное автоматизированными системами с выводом данных на персональные компьютеры (импульсная оптическая спектрометрия, оптическая микроскопия), применяя
навыки компьютерной обработки экспериментальных результатов.
При освоении дисциплины используются следующие технические средства и лабораторное оборудование, приборы для измерения спектров излучения разрядов: измерительный микроскоп, спектрофотометр СФ-26, спектрофотометр СФ-256 УВИ, монохроматоры УМ-2,МДР-2, ДМР-12, цифровые
осциллографы, фотоумножители, компьютеры.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
Примеры контрольных заданий для самопроверки при подготовке к теоретическим коллоквиумам и экзамену по дисциплине.
Задание 1.
Предложите оптимальную среду и вид электрического разряда для разработки источника излучения в УФ области спектра с максимумом на 6.7 эВ.
Объясните изменение спектрального состава излучения с ростом давления и
мощности в разряде.
Контрольные вопросы:
1. Какие состояния атомов называются метастабильными? Приведите примеры метастабильных состояний.
2. Какое излучение атомов называется резонансным?
3. Условия реализации прямых и ступенчатых процессов возбуждения атомов электронным ударом в плазме самостоятельного разряда.
4. Дать понятие конфигурационно-координатным кривым. Правило Стокса.
5. Виды люминесценции твердых тел (диэлектриков и полупроводников).
6. Фотоэмиссия электронов. Области практического применения фотоэмиссии.
7. Отличие спектрального состава излучения катодной пленки и положительного столба тлеющего разряда. С чем связано это отличие?
8. Вольтамперная характеристика самостоятельного дугового разряда. Способы стабилизации дугового разряда.
9. Представьте графики и дайте пояснение зависимости температуры электронов в плазме положительного столба от давления и тока разряда.
Задание 2.
Проведите анализ основных этапов преобразования энергии, потребляемой
газоразрядным люминесцентным источником излучения на основе дугового
разряда низкого давления. Дайте качественный анализ эффективности источника излучения.
Контрольные вопросы:
1. Основные положения векторной модели атома. Собственный, орбитальный
и полный моменты импульса атома.
2. Какие уровни атома называются вырожденными? Приведите примеры вырожденных уровней.
3. Сечения упругих и неупругих столкновений частиц. Функция возбуждения
атома.
4. Дайте пояснение основным этапам преобразования энергии возбуждения в
диэлектриках и полупроводниках.
5. Какие параметры определяют величину тока термоэмиссии электронов?
6. Основные закономерности электрического пробоя газа при низких и высоких давлениях.
7. Представьте качественно распределение излучения и потенциала по длине
тлеющего разряда.
8. Дайте характеристику основным процессам, определяющим баланс энергии в положительном столбе самостоятельного разряда. Что отражают диаграммы Клярфельда ?
9. Определите условия инверсной заселенности для зона-зонных переходов в
полупроводнике.
Задание 3.
Предложите оптимальную среду и вид электрического разряда для стационарного источника излучения в ультрафиолетовой области спектра (60 нм).
Объясните изменение спектрального состава излучения с ростом давления и
мощности в разряде.
Контрольные вопросы:
1. Природа тонкой структуры атомных термов. Что понимается под мультиплетностью атомных термов?
2. Система термов и основные серии оптического спектра атома (иона) с одним валентным электроном.
3. Дайте классификацию элементарных взаимодействий частиц в плазме газового разряда.
4. Виды оптического поглощения твердых тел (диэлектриков и полупроводников) и их краткая характеристика.
5. Вследствие каких причин наблюдается рост плотности тока эмиссии электронов при увеличении напряженности поля в вакуумном диоде?
6. Основные процессы на катоде тлеющего разряда. Чем определяется площадь катодной светящейся пленки?
7. Дайте краткую характеристику процессов, определяющих формирование
сплошного спектра излучения газоразрядной плазмы.
8. Дайте краткую характеристику искрового разряда. Виды искрового разряда и области его применения.
9. Какими процессами определяется распределение потенциала в вакуумном
диоде? Дайте пояснение на примере трех характерных потенциалах на аноде.
Задание 4.
Определить расщепление головного дублета главной серии спектра атома
цезия в магнитном поле 320 Тл. Постройте схему оптических переходов для
расщепленных термов и определите поляризацию линий излучения.
Контрольные вопросы:
1. Классификация и основные свойства дуговых разрядов.
2. Дайте характеристику основным механизмам уширения спектральных линий в газоразрядной плазме.
3. Система термов и основные серии оптического спектра атома (иона) с одним валентным электроном.
4. Дайте характеристику основным механизмам формирования сплошного
спектра излучения газоразрядной плазмы.
5. Условия возникновения и краткая характеристика двуполярной диффузии.
Какие параметры положительного столба самостоятельного разряда определяются двуполярной диффузией?
6. Представьте анализ условия усиления излучения для активной среды с
трехуровневой энергетической схемой.
7. Чем отличается нормальный тлеющий разряд от аномального разряда?
8. Дайте определение “открытого резонатора”. Основные виды потерь излучения в оптическом резонаторе.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.
Примеры экзаменационных билетов по дисциплине.
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №1
по дисциплине: Физические основы
источников излучения
Институт: ИФВТ
курс: 3.
1. Схема уровней и основные серии спектра атомов(ионов) с двумя валентными электронами (на примере Са 20).
2. Классификация электрических токов в газе. Пробой газа при низком
давлении. Условие пробоя.
Составил преподаватель:________________
Штанько В.Ф.
Утверждаю: Зав. каф. ЛИСТ _____________ Лисицын В.М.
“_____”_____________2011 г.
Автор:
Штанько В.Ф.
Программа одобрена на заседании кафедры ЛИСТ ИФВТ
(протокол № ____ от «___» _______ 201__ г.).