Учебно-методический комплекс по дисциплине дс. В. 10 Физика сверхпроводимости специальность/направление

Вид материала

Учебно-методический комплекс

Содержание Одержание учебно-методического комплекса Федеральное агентство по образованию I. рабочая программа Рекомендована к утверждению Рассмотрена и одобрена на Сведения о переутверждении рабочей программы учебной дисциплины на очередной учебный год и регистрация изменений 1. Пояснительная записка Дисциплина специализации 1.2 Цели, учебные задачи дисциплины, место и роль учебной дисциплины в подготовке специалиста 1.3. Связь дисциплины с другими дисциплинами специальности 1.4 Виды учебной деятельности студентов 1.5 Контроль знаний студентов 1.6 Другие пояснения автора 2. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ 2.1 Тематический план изучения учебной дисциплины 3. Программа лекционных занятий 3.2 Номер и наименование темы в соответствии с тематическим планом лекций 3.3 Планы тем лекций 3.5 Список литературы 4 Программа практических занятий (семинаров) 3.2 Номер и наименование темы в соответствии с тематическим планом практических занятий 3.3 Планы тем семинарски (практических) занятий ... Полное содержание

Подобный материал:

• Учебно-методический комплекс по дисциплине опд. Р. 01 Программные средства измерительных, 504.75kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине ен. Ф. 03 Физика специальность/направление, 1638.14kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине ен. Ф. 03 Физика специальность/направление, 1647.21kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине Молекулярная физика для специальности 010701, 480.43kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине Физика Конденсированного Состояния Для специальности, 322.8kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине «Юридическая психология специальность «Юриспруденция», 970.99kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине «Физика атома и атомных явлений», 803.75kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине этика и эстетика, 1176.92kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине «Ботаника» Направление подготовки, 1843.23kb.
• Учебно-методический комплекс по дисциплине «Криминалистика» специальность, 1507.34kb.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУВПО «Марийский государственный университет»
Физико-математический факультет

Кафедра теоретической и прикладной физики

УТВЕРЖДАЮ

Декан физико-математического
факультета

«24» ноября 2009 г.


/Попов Н.И./

(подпись/Ф.И.О)

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ДС.В.10 Физика сверхпроводимости


СПЕЦИАЛЬНОСТЬ/НАПРАВЛЕНИЕ

010701.65 – Физика

(код и наименование специальности/направления в соответствии с лицензией)


Составитель Буев Андрей Романович, д-р техн. наук, профессор

(должность, Ф.И.О., ученая степень, звание автора программы)


Йошкар-Ола

2009

УТВЕРЖДЕНО на заседании кафедры теоретической и прикладной физики (название кафедры) Протокол № 4 от «20» ноября 2009 г. Зав. кафедрой /Косов А.А./ (подпись/Ф.И.О)

УТВЕРЖДЕНО на заседании УМК Протокол № 1 (ВЗ) от «23» ноября 2009 г. Председатель УМК /Косов А.А./ (подпись/Ф.И.О)

C ОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА


I. Рабочая программа учебной дисциплины 4

II. Методические рекомендации по изучению учебной дисциплины 18

III. Материалы текущего контроля, промежуточной аттестации 20

IV. Программа итогового экзамена 22

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУВПО «Марийский государственный университет»

Физико-математический факультет

Кафедра теоретической и прикладной физики

УТВЕРЖДАЮ

Декан физико-математического факультета

/Попов Н.И./

(подпись/Ф.И.О.)


«24» ноября 2009 г.

I. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Учебная дисциплина Физика сверхпроводимости


ДС.В.10

(наименование)


Специальность 01.04.07 – Физика твёрдого тела

(код и наименование в соответствии с лицензией)


Кафедра теоретической и прикладной физики


(название)


Курс 4 семестр 8 форма обучения очная




Лекции 32

(кол-во часов)

Практические занятия 16

(кол-во часов)

Лабораторные занятия

(кол-во часов)

Самостоятельная работа 63

(кол-во часов)

Курсовая работа (проект) –

(семестр)

Зачет

(семестр)

Экзамен 8

(семестр)


Программа разработана Буевым Андреем Романовичем, д-м техн. наук, профессором

(должность, Ф.И.О., ученая степень, звание автора программы)


Йошкар-Ола

2009

Рекомендована к утверждению Рассмотрена и одобрена на

решением учебно-методической заседании кафедры

комиссии (учебно-методического теоретической и прикладной

совета) физико-математического физики

факультета (название кафедры)

(название факультета / института, специальности)

протокол заседания № 1 от протокол заседания № 4 от

«11» сентября 2009 г. «20» ноября 2009 г.

Косов А.А. Косов А.А.

(подпись, Ф.И.О. председателя) (подпись, Ф.И.О., зав. кафедрой)


СОГЛАСОВАНО с выпускающей кафедрой общей физики

(название кафедры)


протокол заседания № 1 от «31» августа 2009 г. Леухин А.В.

(Ф.И.О. зав. кафедрой, подпись)

Сведения о переутверждении рабочей программы учебной дисциплины

на очередной учебный год и регистрация изменений

Учебный год	Решение кафедры (№ протокола, дата заседания кафедры, Ф.И.О., подпись зав. кафедрой)	Автор изменения (Ф.И.О., подпись)	Номер изменения
2008-2009	Пр. № от 200 г. Косов А.А.		2

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

1.1 Требования государственного образовательного стандарта к содержанию

даной дисциплины

Индекс	Дисциплина и ее основные разделы	Всего часов
ДС.В	Дисциплина специализации	1600
ДС.В.10	Физика сверхпроводимости Физические основы сверхпроводимости; основные понятия и законы основные свойства сверхпроводников I и II рода; особенности веществ, претерпевающих фазовый переход II рода; основы теорий Лондонов, Гинзбурга-Ландау и БКШ; фазовый состав и основы синтеза ВТСП; перспективы практического использования ВТСП в промышленности.	350

Рабочая программа предназначена для студентов дневной формы обучения специальности физико-математического факультета. Спецкурс физики сверхпроводимости в соответствии с Госстандартом входит в блок специальных естественнонаучных дисциплин. Программа рассчитана на один семестр - 8. Общий объем учебного времени, отводимого на весь курс физики сверхпроводимости, составляет 111 часов из расчета 3 часов в неделю в 8 семестре (2 часа – лекции, 1 час – практические занятия). На самостоятельное изучение материала в 8 семестре отводится 4 часа в неделю.


1.2 Цели, учебные задачи дисциплины, место и роль учебной дисциплины в подготовке специалиста


Профессиональная деятельность специалиста по специальности "Физика", изучавшего курс физика сверхпроводимости направлена на возможность освоения новых теорий и моделей физики твердого тела; исследований и оценку состояния и обработки полученных результатов научных исследований на современном уровне и их анализ. Студенты, окончившие курс "Физика сверхпроводимости", должны быть подготовлены к решению следующих задач:

• научные исследования поставленных проблем;
  
• формулировка новых задач, возникающих в ходе научных исследований;
  
• разработка новых методов исследований;
  
• выбор необходимых методов исследования;
  
• освоение новых методов научных исследований;
  
• освоение новых теорий и моделей;
  
• обработка полученных результатов научных исследований на современном уровне и их анализ;
  
• работа с научной литературой с использованием новых информационных технологий, слежение за научной периодикой.
  

1.3. Связь дисциплины с другими дисциплинами специальности


1. Курс общей физики.

2. Физика твердого тела.

3. Физика магнитных явлений

4. Квантовая механика

5. Квантовая теория магнетизма


1.4 Виды учебной деятельности студентов


1. Посещение лекций, конспектирование и освоение лекционного материала.

2. Подготовка к контрольным работам по прочитанному лекционному материалу и письменные ответы на вопросы контрольных работ.

3. Освоение текущего материала, отнесённого к самостоятельному освоению (самостоятельной работе студентов). Подготовка теоретического материала и сдача его на соответствующих коллоквиумах.


1.5 Контроль знаний студентов


1. Контроль освоения текущего лекционного материала в виде 5-ти минутных контрольных работ проводимых после каждых 1-2 лекций с выставлением соответствующих оценок.

ной части (задание и отчётность) каждой лабораторной работы, выполняемой студентами.

2. Контроль самостоятельной работы студентов путём проведения соответствующих коллоквиумов.

3. Итоговый ‘экзамен по ос освоению семестрового программного материала.


1.6 Другие пояснения автора


Проведение 5-ти минутных контрольных работ по материалам каждых 1-2 лекций стимулирует студентов к систематической учебной работе, к регулярному освоению и запоминанию, прочитанного лектором лекционного материала. Проведение таких контрольных особенно эффективно для студентов 4 курса, у которых в связи с близостью окончания вуза, как правило, формируется некоторое охлажденное отношение к освоению завершающих спецкурсов.

2. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

2.1 Тематический план изучения учебной дисциплины

№ п/п темы	Наименование разделов и тем	Количество часов по учебному плану
		Всего	Аудиторная нагрузка			Самостоятельная работа
			Лекции	Лабораторные занятия	Практические (семинарские) занятия
1	2
1.1	. Открытие сверхпроводимости. Эффект Мейсснера-Оксенфельда. Основные физические свойства сверхпроводников. Промежуточное состояние. Магнитные свойства сверхпроводников первого и второго рода. Квантование магнитного потока	12	4			8
1.2	Термодинамика сверхпроводников. Критическое магнитное поле массивного материала. Энтропия и теплоемкость сверхпроводника. Свободная энергия.	11	4		4	7
1.3	Первое уравнение Лондонов. Второе уравнение Лондонов. Глубина проникновения магнитного поля. Квантовое обобщение уравнения Лондонов	12	4			8
1.4	Пластина в параллельном магнитном поле. Уравнения Гинзбурга-Ландау. Плотность свободной энергии. Эффект близости. Длина когерентности и глубина проникновения. Энергия границы раздела между нормальной и сверхпроводящей фазой. Сверхпроводники первого и второго рода.	12	4			8
1.5	Фазовая когерентность. Стационарный эффект Джозефсона. Нестационарный эффект Джозефсона. Отклик джозефсоновского перехода на внешнее магнитное поле. Уравнение Феррелла-Прэйнджа.	12	4			8
1.6	Проникновение магнитного поля в переход. Джозефсоновские вихри. Сверхпроводящие квантовые интерферометры. (сквиды). Двухконтактный сквид. Одноконтактный сквид.	16	4		4	8
1.7	Микроскопическая теория сверхпроводимости. Электрон-фононное взаимодействие. Спектр элементарных возбуждений сверхпроводника. Энергетическая щель. Плотность состояний. Зависимость Энергетической щели от температуры	20	4		8	8
1.8	Неравновесные эффекты в сверхпроводниках. Квазичастицы. Время релаксации. Андреевское отражение.	12	4			8
	ИТОГО, час	111	32		16	63

3. ПРОГРАММА ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ

3.1. Тематический план лекций

	Наименование разделов и тем	Лекции, час.
1	2
1.1	. Открытие сверхпроводимости. Эффект Мейсснера-Оксенфельда. Основные физические свойства сверхпроводников. Промежуточное состояние. Магнитные свойства сверхпроводников первого и второго рода. Квантование магнитного потока	4
1.2	Термодинамика сверхпроводников. Критическое магнитное поле массивного материала. Энтропия и теплоемкость сверхпроводника. Свободная энергия.	4
1.3	Первое уравнение Лондонов. Второе уравнение Лондонов. Глубина проникновения магнитного поля. Квантовое обобщение уравнения Лондонов	4
1.4	Пластина в параллельном магнитном поле. Уравнения Гинзбурга-Ландау. Плотность свободной энергии. Эффект близости. Длина когерентности и глубина проникновения. Энергия границы раздела между нормальной и сверхпроводящей фазой. Сверхпроводники первого и второго рода.	4
1.5	Фазовая когерентность. Стационарный эффект Джозефсона. Нестационарный эффект Джозефсона. Отклик джозефсоновского перехода на внешнее магнитное поле. Уравнение Феррелла-Прэйнджа.	4
1.6	Проникновение магнитного поля в переход. Джозефсоновские вихри. Сверхпроводящие квантовые интерферометры. (сквиды). Двухконтактный сквид. Одноконтактный сквид.	4
1.7	Микроскопическая теория сверхпроводимости. Электрон-фононное взаимодействие. Спектр элементарных возбуждений сверхпроводника. Энергетическая щель. Плотность состояний. Зависимость Энергетической щели от температуры	4
8	Неравновесные эффекты в сверхпроводниках. Квазичастицы. Время релаксации. Андреевское отражение.	4

3.2 Номер и наименование темы в соответствии с тематическим планом лекций

Номера тематического плана лекций соответствуют номеру и наименованию темы


3.3 Планы тем лекций


Лекция 1,2

Открытие сверхпроводимости. Эффект Мейсснера-Оксенфельда. Основные физические свойства сверхпроводников. Промежуточное состояние. Магнитные свойства сверхпроводников первого и второго рода. Квантование магнитного потока.


Лекция 3,4

Термодинамика сверхпроводников. Критическое магнитное поле массивного материала. Энтропия и теплоемкость сверхпроводника. Свободная энергия.


Лекция 5,6

Первое уравнение Лондонов. Второе уравнение Лондонов. Глубина проникновения магнитного поля. Квантовое обобщение уравнения Лондонов.


Лекция 7,8

Пластина в параллельном магнитном поле. Уравнения Гинзбурга-Ландау. Плотность свободной энергии. Эффект близости. Длина когерентности и глубина проникновения. Энергия границы раздела между нормальной и сверхпроводящей фазой. Сверхпроводники первого и второго рода.


Лекция 9.10

Фазовая когерентность. Стационарный эффект Джозефсона. Нестационарный эффект Джозефсона. Отклик джозефсоновского перехода на внешнее магнитное поле. Уравнение Феррелла-Прэйнджа.


Лекция 11,12

Проникновение магнитного поля в переход. Джозефсоновские вихри. Сверхпроводящие квантовые интерферометры. (сквиды). Двухконтактный сквид. Одноконтактный сквид.


Лекция 13.14

Микроскопическая теория сверхпроводимости. Электрон-фононное взаимодействие. Спектр элементарных возбуждений сверхпроводника. Энергетическая щель. Плотность состояний. Зависимость Энергетической щели от температуры.


Лекция 15,16

Неравновесные эффекты в сверхпроводниках. Квазичастицы. Время релаксации. Андреевское отражение.


3.5 Список литературы

1. Шмидт В.В.Введение в физику сверхпроводников. / В.В. Шмидт – М. Наука, 1982. - 238 с.
   
2. Де Жен П. Сверхпроводимость металлов и сплавов. / Де Жен – М.: Мир, 1968. – 328 с.
   
3. Блохинцев Д.И.. Основы квантовой механики» / Д.И. Блохинцев – М. Наука, 1978. - 832 с.
   
4. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М., Электродинамика сплошных сред. – М.: Наука, 1972. –648 с.
   
5. Галицкий В.М., Карнаков Б.М., Коган В.И. Задачи по квантовой механике, – М. Наука. 1979. – 528 с.
   
6. .Линтон Э.А. Сверхпроводимость. - М.: Мир, 1964. – 368 с.
   
7. Тилли Д.Р., Тилли Дж. Сверхтекучесть и сверхпроводимость. - М.: Мир, 1977. – 320 с.
   
8. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. - М.: Мир, 1978. - 690 с.
   
9. Буев А.Р. Критические параметры ВТСП и способы их измерений: Учебное пособие / МарГУ. Йошкар-Ола. 2008. –106 с.)
   

4 ПРОГРАММА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ (СЕМИНАРОВ)

4.1 Тематический план практических (семинарских) занятий

	Наименование разделов и тем	Практические (семинарские) занятия
1	2	3
1.2	Термодинамика сверхпроводников. Критическое магнитное поле массивного материала. Энтропия и теплоемкость сверхпроводника. Свободная энергия.	4
1.6	Проникновение магнитного поля в переход. Джозефсоновские вихри. Сверхпроводящие квантовые интерферометры. (сквиды). Двухконтактный сквид. Одноконтактный сквид.	4
1.7	Микроскопическая теория сверхпроводимости. Электрон-фононное взаимодействие. Спектр элементарных возбуждений сверхпроводника.	4
1.8	Энергетическая щель. Плотность состояний. Зависимость Энергетической щели от температуры	4

3.2 Номер и наименование темы в соответствии с тематическим планом практических занятий


Номера и наименования тем соответствуют номеру и наименованию тематического плана.


3.3 Планы тем семинарски (практических) занятий


Занятие 1,2

Термодинамика сверхпроводников. Критическое магнитное поле массивного материала. Энтропия и теплоемкость сверхпроводника. Свободная энергия.

Занятие 3,4

Проникновение магнитного поля в переход. Джозефсоновские вихри. Сверхпроводящие квантовые интерферометры. (сквиды). Двухконтактный сквид. Одноконтактный сквид.

Занятие 5,6.

Микроскопическая теория сверхпроводимости. Электрон-фононное взаимодействие. Спектр элементарных возбуждений сверхпроводника.

Занятие 7,8.

Энергетическая щель. Плотность состояний. Зависимость Энергетической щели от температуры

5 ПРОГРАММА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

5.1 Тематический план самостоятельной работы

	Наименование разделов и тем	Самостоятельная работа
1	2
1.1	Открытие сверхпроводимости. Эффект Мейсснера-Оксенфельда. Основные физические свойства сверхпроводников. Промежуточное состояние. Магнитные свойства сверхпроводников первого и второго рода. Квантование магнитного потока.	8
1.2	Термодинамика сверхпроводников. Критическое магнитное поле массивного материала. Энтропия и теплоемкость сверхпроводника. Свободная энергия.	7
1.3	Первое уравнение Лондонов. Второе уравнение Лондонов. Глубина проникновения магнитного поля. Квантовое обобщение уравнения Лондонов	8
1.4	Пластина в параллельном магнитном поле. Уравнения Гинзбурга-Ландау. Плотность свободной энергии. Эффект близости. Длина когерентности и глубина проникновения. Энергия границы раздела между нормальной и сверхпроводящей фазой. Сверхпроводники первого и второго рода.	8
1.5	Фазовая когерентность. Стационарный эффект Джозефсона. Нестационарный эффект Джозефсона. Отклик джозефсоновского перехода на внешнее магнитное поле. Уравнение Феррелла-Прэйнджа.	8
1.6	Проникновение магнитного поля в переход. Джозефсоновские вихри. Сверхпроводящие квантовые интерферометры. (сквиды). Двухконтактный сквид. Одноконтактный сквид.	8
1.7	Микроскопическая теория сверхпроводимости. Электрон-фононное взаимодействие. Спектр элементарных возбуждений сверхпроводника. Энергетическая щель. Плотность состояний. Зависимость Энергетической щели от температуры	8
1.8	Неравновесные эффекты в сверхпроводниках. Квазичастицы. Время релаксации. Андреевское отражение.	8

5.2 Номер и наименование темы


Соответствуют тематическому плану самостоятельной работы (см. 5.1).


5.3 План темы (вопросы для самостоятельного изучения)


Открытие сверхпроводимости, основные эффекты СП.

Эффект Мейсснера-Оксенфельда. Основные физические свойства сверхпроводников. Промежуточное состояние. Магнитные свойства сверхпроводников первого и второго рода. Квантование магнитного потока. Тематика гл.1 [6].

Термодинамика сверхпроводников.

Критическое магнитное поле массивного материала. Энтропия и теплоемкость сверхпроводника. Свободная энергия.

Уравнения Лондонов.

Первое уравнение Лондонов. Второе уравнение Лондонов. Глубина проникновения магнитного поля. Квантовое обобщение уравнения Лондонов. Тематика гл.2 [6].

Длина когерентности и глубина проникновения.

Пластина в параллельном магнитном поле. Уравнения Гинзбурга-Ландау. Плотность свободной энергии. Эффект близости. Длина когерентности и глубина проникновения. Энергия границы раздела между нормальной и сверхпроводящей фазой. Сверхпроводники первого и второго рода. Тематика гл.3 [6].

Эффекты фазовой когерентности..

Стационарный эффект Джозефсона. Нестационарный эффект Джозефсона. Отклик джозефсоновского перехода на внешнее магнитное поле. Уравнение Феррелла-Прэйнджа

Проникновение магнитного поля в СП переход.

Джозефсоновские вихри.

Сверхпроводящие квантовые интерферометры. (сквиды). Двухконтактный сквид. Одноконтактный сквид.

Микроскопическая теория сверхпроводимости.

Электрон-фононное взаимодействие. Спектр элементарных возбуждений сверхпроводника. Энергетическая щель. Плотность состояний. Зависимость Энергетической щели от температуры

Неравновесные эффекты.

Неравновесные эффекты в сверхпроводниках. Квазичастицы. Время релаксации. Андреевское отражение.


5.4 Виды самостоятельной работы


– изучение теоретического материала;

– переработку материала лекций;

– подготовку к семинарским занятиям;

– индивидуальную работу с авторским учебным пособием [9] (см. п.3.5).


5.5 Формы контроля


Проведение коллоквиумов по блокам тематического плана самостоятельной работы 5.3:


Блок1.

Эффект Мейсснера-Оксенфельда. Основные физические свойства сверхпроводников. Промежуточное состояние. Магнитные свойства сверхпроводников первого и второго рода. Квантование магнитного потока. Тематика гл.1 [9]. Критическое магнитное поле массивного материала. Энтропия и теплоемкость сверхпроводника. Свободная энергия. Первое уравнение Лондонов. Второе уравнение Лондонов. Глубина проникновения магнитного поля. Квантовое обобщение уравнения Лондонов. Тематика гл.2 [9]. Пластина в параллельном магнитном поле. Уравнения Гинзбурга-Ландау. Плотность свободной энергии. Эффект близости. Длина когерентности и глубина проникновения. Энергия границы раздела между нормальной и сверхпроводящей фазой. Сверхпроводники первого и второго рода. Тематика гл.3 [9].


Блок 2.

Стационарный эффект Джозефсона. Нестационарный эффект Джозефсона. Отклик джозефсоновского перехода на внешнее магнитное поле. Уравнение Феррелла-Прэйнджа

Проникновение магнитного поля в СП переход. Сверхпроводящие квантовые интерферометры. (сквиды). Двухконтактный сквид. Одноконтактный сквид. Электрон-фононное взаимодействие. Спектр элементарных возбуждений сверхпроводника. Энергетическая щель. Плотность состояний. Зависимость Энергетической щели от температуры. Неравновесные эффекты в сверхпроводниках. Квазичастицы. Время релаксации. Андреевское отражение.