Учебно-методический комплекс дисциплина «физика твёрдого тела» Челябинск
| Вид материала | Учебно-методический комплекс |
- Рабочая программа дисциплины «Физика твердого тела», 72.99kb.
- Учебно-методический комплекс дисциплина «физика» Кафедра общей и экспериментальной, 611.05kb.
- Рабочая программа дисциплины «теория представлений групп в физике твердого тела», 52.74kb.
- Учебно-методический комплекс по итоговой государственной аттестации для студентов специальности, 959.78kb.
- Малюкин Сергей Яковлевич. Физика 11 класс моу «сош с. Ивантеевка» Ивантеевский район, 102.46kb.
- Учебно-методический комплекс Челябинск 2010 Составители: Неровная Н. Н., кандидат юридических, 320.26kb.
- Учебно-методический комплекс Челябинск Издательский центр юургу 2010 ббк х62. я 7 П912, 471.97kb.
- Программа дисциплины дпп. В. 03 «Физика твердого тела» Специальность 032200., 165.38kb.
- Кинетика старения медно-бериллиевых сплавов в постоянном магнитном поле 01. 04., 427.06kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине «Этика делового общения», 1331.91kb.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Южно-Уральский государственный университет»
Кафедра «Общая и экспериментальная физика»
СТАНДАРТ ПРЕДПРИЯТИЯ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
Дисциплина «ФИЗИКА ТВЁРДОГО ТЕЛА»
Челябинск
2007
1. Фрагмент ГОС высшего профессионального образования
по направлению подготовки: 657900 – Автоматизированные технологии и производства
| Индекс | Основные разделы | Всего часов |
| ЕН.Р.01 | Строение кристаллов. Термодинамика твёрдого тела. Электрические и магнитные свойства твёрдых тел. Зонная теория. Электропроводность металлов и полупроводников. Контактные и термоэлектрические явления | 70 |
2. Рабочий учебный план дисциплины на 2007-08 уч. г.
| Южно-Уральский государственный университет Кафедра “Общая и экспериментальная физика” Направление подготовки: 657900 – Автоматизированные технологии и производства Специальность: 220301 Автоматизация технологических процессов и производств | ||||||||||||||||||||||||
| Индекс, наименование дисциплины | Кафедра | Экзамен | Зачет | Курсовой проект | Курсовая работа (контрольные работы) | Объем работы студента (часов) | Количество часов в неделю | Лекции | Практические | Лабораторные | Курсовые проекты | |||||||||||||
| Всего | С преподавателем | СРС | Недели | Часов | Недели | Часов | Недели | Часов | Недели | Часов | ||||||||||||||
| Аудиторные занятия | Индивидуальные | |||||||||||||||||||||||
| Лекции | Практические, семинары | Лабораторные | ||||||||||||||||||||||
| Четвёртый семестр | ||||||||||||||||||||||||
| ЕН.Р.01 физика | ОЭФ | 0 | 1 | 0 | 3 | 70 | 17 | 0 | 17 | 0 | 36 | 2 | 1-17 | 1 | 0 | 0 | 1-17 | 1 | 0 | 0 | ||||
3. График учебного процесса дисциплины
-
Южно-Уральский государственный университет
Кафедра “Общая и экспериментальная физика”
Направление подготовки: 657900 – Автоматизированные технологии и производства
Специальность: 220301 Автоматизация технологических процессов и производств
Структура дисциплины
по видам занятий
Всего часов
Семестр IV
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
1. Лекции
17
4
4
4
5
0
2. Практические занятия
3. Лабораторные занятия
17
4
5
4
4
0
4. Консультации
5. Рецензирование к.р.
6. СРС
36
9
9
9
9
0
7. Зачет
8. Экзамен
9. Итого
70
17
18
17
18
0
Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Южно-Уральский государственный университет»
Кафедра «Общая и экспериментальная физика»
СОГЛАСОВАНО: УТВЕРЖДАЮ:
Зав. выпускающей кафедрой АМСП Декан Механико-технологического
Тверской М.М. факультета Гузеев В.И.
______ ______________г. ______ ______________г
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
дисциплины Физика твёрдого тела, ЕН.Р.01
для специальности 220301 – Автоматизация технологических процессов и
производств
направление подготовки 657900 – Автоматизированные технологии и
производства
факультет Механико-технологический
кафедра-разработчик Кафедра общей и экспериментальной физики
Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и примерной программой дисциплины по направлению подготовки 657900 – Автоматизированные технологии и производства, специальность 220301 – Автоматизация технологических процессов и производств
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры общей и экспериментальной физики № 18 протокола от 31 августа 2007 года.
Зав. кафедрой разработчика Гуревич С.Ю., проф. д.т.н. / /
Ученый секретарь кафедры Шульгинов А.А., доц., к.ф.-м.н. / /
Разработчик программы Шульгинов А.А., доц., к.ф.-м.н. / /
Челябинск
2
007
1. Введение
1.1. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Курс “Физика твёрдого тела“ является составной частью фундаментальной физико-математической подготовки, необходимой для успешной работы инженера-электромеханика. Дипломированный специалист в результате усвоения этой дисциплины должен знать основные понятия физики твёрдого тела. Овладеть методами физического исследования.
1.2. Требования к уровню подготовки для освоения дисциплины
Предшествующий уровень образования студента – знание основных разделов курса общей физики в объёме, преподаваемом в техническом университете.
2. Цели и задачи преподавания и изучения дисциплины
Целью и задачами преподавания физики твёрдого тела являются: изучение основных физических явлений и идей; овладение фундаментальными понятиями, законами и теориями современной физики твёрдого тела, а также методами физического исследования. Этот курс является необходимым этапом для успешного усвоения курса электроники.
3. Объем дисциплины и виды учебной деятельности
Таблица 1 – Состав и объем дисциплины
| Вид учебной работы | Всего часов | Распределение по семестрам в часах |
| IV cеместр | ||
| | ||
| Общая трудоёмкость дисциплины | 70 | 70 |
| Аудиторные занятия | 34 | 34 |
| Лекции (Л) | 17 | 17 |
| Практические занятия (ПЗ) | 0 | 0 |
| Лабораторные работы (ЛР) | 17 | 17 |
| Самостоятельная работа (СРС) | 36 | 36 |
| Подготовка к практ. занятиям и выполнение дом. заданий | 0 | 0 |
| Подготовка к лаб. занятиям и оформление отчетов | 18 | 18 |
| Работа с конспектом лекций | 18 | 18 |
| Вид итогового контроля | | Зачёт |
4. Содержание дисциплины
4.1. Таблица 2 – Разделы дисциплины, виды и объём занятий
| № раздела темы | Наименование разделов, тем дисциплины | Объем в часах по видам | ||||
| Всего | Л | ПЗ | ЛР | СРС | ||
| 1 | Термодинамика твёрдого тела | 4 | 2 | 0 | 0 | 3 |
| 2 | Электрические и магнитные свойства твёрдых тел | 20 | 4 | 0 | 7 | 11 |
| 3 | Зонная теория | 4 | 2 | 0 | 0 | 3 |
| 4 | Электропроводность металлов и полупроводников | 16 | 4 | 0 | 5 | 9 |
| 5 | Контактные и термоэлектрические явления | 18 | 5 | 0 | 5 | 10 |
| Итого | | 70 | 17 | 0 | 17 | 36 |
4.2. Содержание разделов и тем дисциплины
Таблица 3 – Содержание разделов дисциплины
| № лекции | Название темы | Содержание раздела |
| 1 | Тема 1. Термодинамика твёрдого тела | Кристаллические и аморфные тела, кристаллическая решётка. Теория теплоёмкости Дебая. Температура Дебая. Понятие о фононах. Теория Дьюлонга и Пти |
| 2 3 | Тема 2. Электрические и магнитные свойства твёрдых тел | Сегнетоэлектрики, пироэлектрики, пьезоэлектрики, их свойства и применение. Теория сегнетоэлектричества. Электронная природа магнетизма. Магнитные моменты микрочастиц. Экспериментальное определение магнитных моментов атомов. Теория ферромагнетизма. Свойства ферромагнетиков. Закон Кюри–Вейсса. Ферриты и антиферромагнетики |
| 4 | Тема 3. Зонная теория | Обобществление электронов в кристалле. Образование энергетических зон. Заполнение электронами энергетических зон кристалла. Диэлектрики, металлы и полупроводники. Электронный газ в металлах. Квантовая теория свободных электронов в металлах. Распределение Ферми–Дирака. Энергия Ферми |
| 5 6 | Тема 4. Электропроводность металлов и полупроводников | Квантовая теория электропроводности металлов. Сверхпроводимость. Основы теории Бардина–Купера–Шриффера. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Основные и неосновные носители в полупроводниках. Уровень Ферми в полупроводниках. Вырожденные и невырожденные полупроводники. Зависимость электропроводности собственного и примесного полупроводника от температуры. Эффект Холла в металлах и полупроводниках. Подвижность носителей тока |
| 7 8 | Тема 5. Контактные и термоэлектрические явления | Контакт двух металлов. Контактная разность потенциалов и её зависимость от температуры контакта. p-n переход между невырожденными полупроводниками. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода. Условие равновесия электронного газа в области p-n перехода. p-n переход между вырожденными полупроводниками. Туннельный эффект. Полупроводниковый транзистор. Принцип его действия |
5. Лабораторные работы
5.1. Таблица 4 – Состав и объём лабораторных работ
Описания лабораторных работ имеются в пособиях [4, 5].
| № лаб. работы | № темы | Наименование и краткое содержание лабораторной работы | Количество часов |
| 1 | 2 | Изучение зависимости магнитной проницаемости ферромагнетика от напряжённости магнитного поля. Построение кривой намагничивания ферромагнетика | 2 |
| 2 | 2 | Определение точки Кюри и магнитного момента молекулы ферромагнетика. Сравнение с табличными значениями магнитного момента молекул ферромагнетиков | 2 |
| 3 | 2 | Изучение свойств сегнетоэлектриков. Изучить теорию сегнетоэлектричества. Определить поляризованность насыщения сегнетоэлектрика Защита трёх ЛР | 3 |
| 4 | 4 | Изучение температурной зависимости сопротивления проводника и полупроводника. Определение температурного коэффициента сопротивления металла и ширины запрещённой зоны полупроводника | 2 |
| 5 | 4 | Изучение эффекта Холла в полупроводниках. Определение постоянной Холла и концентрации носителей заряда в полупроводнике. Защита двух ЛР | 3 |
| 7 | 5 | Изучение электронно-дырочного перехода в полупроводниках. Исследование вольт-амперной характеристики p-n-перехода. Оценка контактной разности потенциалов между полупроводниками | 2 |
| 8 | 5 | Туннельный эффект в вырожденном p-n-переходе. Исследование положительной ветви вольт-амперной характеристики туннельного диода. Определение его характеристик и сравнение со справочными данными. Защита двух ЛР | 3 |
5.2. Контрольные вопросы по лабораторным работам
1. Основные характеристики сегнетоэлектриков, их физический смысл. Диэлектрический гистерезис.
2. Зависимость поляризованности сегнетоэлектрика от напряжённости внешнего электрического поля.
3. Температурная зависимость магнитной восприимчивости ферромагнетика. Магнитный фазовый переход. Точка Кюри.
4. Выпрямительный диод. Вольтамперная характеристика диода. Инжекция электронов и дырок через p-n-переход.
5. Температурная зависимость обратного тока через невырожденный p-n-переход. Контактная разность потенциалов и способы её определения.
6. Эффект Холла в полупроводниках и его применение для определения концентрации и типа основных носителей тока.
7. Температурная зависимость сопротивления металлов. Температурный коэффициент сопротивления.
8. Зависимость проводимости полупроводника от температуры. Энергия активации.
9. Основные характеристики туннельного диода. Область отрицательного сопротивления.
10. Вольтамперная характеристика туннельного диода. Ток инжекции и туннельный ток.
6. Практические занятия
6.1. Состав и объем практических занятий
6.2. Контрольные вопросы по практическим занятиям
7. Примеры экзаменационных билетов
8. Самостоятельная работа студентов (СРС)
8.1. Содержание и объём домашнего задания
8.2. Темы рефератов по физике
9.1. Сведения об обеспеченности учебной литературой
| Южно-Уральский государственный университет Кафедра “Общая и экспериментальная физика” Направление подготовки: 657900 – Автоматизированные технологии и производства Специальность: 220301 Автоматизация технологических процессов и производств | |||
| Индекс и наименование дисциплины | Обеспечение обучающихся учебной литературой, указанной в учебной программе дисциплины, в качестве обязательной | ||
| Перечень и реквизиты литературы | Кол-во экз./чел. | ||
| ЕН.Р.01 физика | 1 | Епифанов, Г.И. Физика твёрдого тела / Г.И. Епифанов. – М.: Высшая школа, 1977. | 1 |
| ЕН.Р.01 физика | 2 | Детлаф, А.А. Курс физики: Учебное пособие для втузов / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. – 6-е изд., стер. – М.: Академия, 2007.– 719 с. | 1 |
| ЕН.Р.01 физика | 3 | Гуревич, С.Ю. Физика: Учебное пособие для самостоятельной работы студентов / С.Ю. Гуревич, Е.Л. Шахин. – 3-е изд., испр. и дополн. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002. – Ч.II. – 192 с. | 1 |
| ЕН.Р.01 физика | 4 | Физика твёрдого тела: Учебное пособие для выполнения лабораторных работ / Сост. А.А. Шульгинов. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. | 1 |
| ЕН.Р.01 физика | 5 | Шульгинов, А.А. Электричество и магнетизм: Учебное пособие для выполнения лабораторных работ / А.А. Шульгинов, Ю.В. Петров; под ред. С.Ю. Гуревича. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. – 138 с. susu.ac.ru/lit/EM-lab-2005.pdf | 1 |
9.2. Средства и материально-техническое обеспечение дисциплины
Видеофильмы
1. Диэлектрики в электрическом поле
2. Ферромагнетики в магнитном поле
3. Диа- и парамагнетики в магнитном поле
Комплект электронных слайдов по темам 1-5
Лист внесения изменений
| Номер изменения | Дата внесения изменения | Кем утверждено | Примечание |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |