Đề tài Cải tiến chương trình giảng dạy vật lý lý thuyết cho sinh viên khoa Vật lý, trường Đại học sư phạm TP. HCM

ies, jets; gravitational lensing; large scaling structure; Newtonian cosmology, dynamical expansion and thermal history of the universe; cosmic microwave background radiation; big bang nucleosynthesis. No prior knowledge of astronomy necessary. Not usable as a restricted elective by Physics majors. 8.284 Modern Astrophysics Applications of physics (Newtonian, statistical, and quantum mechanics) to fundamental processes that occur in celestial objects. Includes main-sequence stars, collapsed stars (white dwarfs, neutron stars, and black holes), pulsars, supernovae, the interstellar medium, galaxies, and as time permits, active galaxies, quasars, and cosmology. Observational data discussed. No prior knowledge of astronomy is required. 8.286 The Early Universe Introduction to modern cosmology. First half deals with the development of the big bang theory from 1915 to 1980, and latter half with recent impact of particle theory. Topics: special relativity and the Doppler effect, Newtonian cosmological models, introduction to non-Euclidean spaces, thermal radiation and early history of the universe, big bang nucleosynthesis, introduction to grand unified theories and other recent developments in particle theory, baryogenesis, the inflationary universe model, and the evolution of galactic structure. 8.287J Observational Techniques of Optical Astronomy Fundamental physical and optical principles used for astronomical measurements at visible wavelengths and practical methods of astronomical observations. Topics: astronomical coordinates, 53 lime, optics, telescopes, photon counting, signal-lo-noise ratios, data analysis (including least-squares model fitting), limitations imposed by the Earth's atmosphere on optical observations, CCD detectors, photometry, spectroscopy, astromelry, and lime variability. Project at Wallace Astrophysical Observatory. Written and oral project reports. Enrollment limited to 24 students, with priority given to Course 12 majors and minors. 8.292J Fluid Physics A physics-based introduction to the properties of fluids and fluid systems, with examples drawn from a broad range of sciences, including atmospheric physics and astrophysics. Definitions of fluids and the notion of continuum. Equations of stale and continuity, hydrostatics and conservation of momentum; ideal fluids and Euler's equation; viscosity and the Navier-Stokes equation. Energy considerations, fluid thermodynamics, and isenlropic How. Compressible versus incompressible and rotational versus irrotational flow; Bernoulli's theorem; steady flow, streamlines and potential flow. Circulation and vorticity. Kelvin's theorem. Boundary layers. Fluid waves and instabilities. Quantum fluids. 8.298 Selected Topics in Physics Presentation of topics of current interest, with content varying from year to year. 8.299 Physics Teaching For qualified undergraduate students interested in gaining some experience in teaching. Laboratory, tutorial, or classroom teaching under the supervision of a faculty member. Students selected by interview. 8.UR Undergraduate Research Undergraduate research opportunities in physics. For further information, contact the departmental UROP coordinator. 8.ThU Undergraduate Physics Thesis Program of undergraduate research, leading to the writing of an S.B. thesis; to be arranged by the student under approved supervision. Information: D. E. Pritchard 54 PHỤ LỤC D: CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC PIERRE & MARIE CURIE (PARIS VI, PHÁP) Licence de sciences et technologies Mention : Physique Objectifs et descriptions La mention « Physique » de la Licence offre une formation générale basée principalement sur la Physique dans ses aspects à la fois théoriques et expérimentaux. L'année L2 ou « Cycle d'Orientation » vise à faire acquérir aux étudiants toutes les bases générales de la Physique et celles de disciplines connexes telles les Mathématiques, tout en maintenant une ouverture sur d'autres disciplines, Mécanique, Electronique, Chimie principalement. Au cours du L2, des réorientations vers les mentions Electronique, Mécanique ou Chimie sont possibles. L'année L3 ou « Cycle de Spécialisation » permet d'aborder les différents aspects de la Physique actuelle tout en orientant progressivement les étudiants dans leurs projets d'études et de profession. Au travers de six parcours de formation (quatre seulement en L2), les étudiants ont le choix entre une Physique Fondamentale, des enseignements appliqués, des études bi - disciplinaires ou pluri - disciplinaires autour de la Physique. La Licence de Physique propose un Stage en laboratoire, obligatoire, souvent suivi d'ateliers d'Insertion Professionnelle, un Projet dans quatre parcours et des enseignements de langues. Quatre parcours prévoient un suivi des étudiants dans le cadre de la lutte contre l'échec. Débouchés professionnels Les débouchés sont, suivant le parcours de formation choisi, les Masters de Physique Recherche ou Professionnel, mentions Physique et Applications, SDUEE, Sciences pour l'Ingénieur' Les concours de recrutement, principalement ceux de l'Education Nationale (CAPES, Agrégation) sont possibles après une préparation spécifique. La licence de Physique permet aussi une entrée sur titre dans certaines Grandes Ecoles. Enfin pour les étudiants qui visent des études plus courtes, elle offre des possibilités d'insertion professionnelle rapide grâce aux compétences acquises par les enseignements pratiques. Organisation La mention « Physique » comprend quatre parcours thématiques de formation et deux parcours partagés avec l'ENS Cachan et l'ENS Ulm. - « Physique Fondamentale » (PF), un cursus de haut niveau en Physique. - « Physique Générale et Applications » (PGA), un cursus généraliste à large ouverture. - « Physique - Chimie » (PC), un cursus bi - disciplinaire. - « Physique appliquée aux Sciences de la Vie et de la Planète », un cursus pluridisciplinaire autour de la Physique. - « Physique, Théorie, Expérience, et Modèle » (PHYTEM), une formation complète et 55 diversifiée en Physique Fondamentale, en partenariat avec L'ENS Cachan. - « MIP », une formation d'excellence en Physique Fondamentale, Théorique et Expérimentale, en partenariat avec plusieurs universités parisiennes dont Paris 6. Les quatre premiers parcours ont des points communs dans leur organisation et partagent en L2 de nombreuses UE. Ces parcours sont quasiment disjoints en L3. Les deux derniers parcours n'apparaissent qu'en L3. Publics visés Cette mention est proposée en formation initiale à des étudiants visant une orientation vers la recherche ou l'enseignement, et à tous ceux qui souhaitent exercer une profession technique ou de type recherche- développement nécessitant un bon niveau en Physique (associé ou non à d'autres disciplines). Les étudiants ayant suivi les parcours 2 ou 3 du Cycle d'Intégration (ou DEUG équivalents) peuvent rentrer en L2. Des entrées en L3 peuvent aussi être envisagées (élèves de Classes Préparatoires ou autres). Prérequis Pour L2 (PF, PGA, PC) : les UE du parcours 2 du cycle d'intégration (PHYS 101, PHYS102 ou PHYS103, MATH 110 et MATH 120, ou équivalents) Pour L2 (SVP) : UE PHYS1101 ou PHYS104 ou équivalent Pour L3 - PF : les UE fondamentales du parcours PF en L2 - PGA : les UE fondamentales des parcours PGA ou PF (si ELEC202 est prise en plus au 1er semestre) en L2 - PC : les UE fondamentales du parcours PC en L2 - SVP : 3 UE parmi PHYS105, PHYS106, PHYS204, PHYS205, ou les UE fondamentales des autres parcours. Nombre de places limité. - MIP et PHYTEM : recrutement sur dossier 56 Electromagnétisme 1 3 ects Objectifs et descriptions Cette UE constitue une première approche de l'interaction des champs électromagnétiques avec différents types de milieux. Elle permet de poser les bases de l'étude de la propagation d'une onde électromagnétique plane dans un milieu linéaire homogène isotrope (LHI), en introduisant notamment les notions d'absorption et de dispersion. Contenu Electrostatique, magnétostatique Equations de Maxwell, réponse des milieux. Energie électromagnétique Ondes électromagnétiques planes dans les milieux LHI Rayonnement du dipôle oscillant Electromagnétisme dans la matière 3 ects Objectifs et descriptions Comprendre les comportements statiques et dynamiques de différents types de milieux (conducteurs, diélectriques, magnétiques) soumis à des champs électromagnétiques, à l'aide de modèles microscopiques permettant de comprendre le comportement macroscopique de ces milieux, en particulier vis-à-vis de la propagation d'ondes électromagnétique : absorption, dispersion, réflexion. Contenu Compléments d'électrostatique, de magnétostatique, d'électrocinétique ; Propagation d'ondes à une dimension ; Plasmas, métaux et milieux conducteurs ; Molécules, atomes et milieux diélectriques ; Physique des milieux magnétiques. Relativité et électromagnétisme 9 ects 57 Objectifs et descriptions Après avoir exposé les notions essentielles de la relativité restreinte et la formulation covariante des équations de Maxwell, le cours présente un approfondissement de l'électromagnétisme classique : rayonnement de sources classiques et relativistes, électromagnétisme dans la matière. Contenu Principe de relativité, relativité restreinte et transformation de Lorentz Formulation covariante de l'électrodynamique : force de Lorentz et équations de Maxwell Champs rayonnés par une source classique, solution en potentiels retardés Diffusion par un atome : modèle classique et modèle semi-classique Electromagnétisme dans la matière : densité de charge et densité de polarisation Causalité et relations de Kramers-Kronig Propagation dans différents milieux : diélectriques, plasmas, conducteurs Relativité restreinte et physique subatomique 3 ects Objectifs et descriptions Faire découvrir la relativité restreinte en couvrant la construction théorique de cette extension des lois de la mécanique classique tout en l'ancrant dans la réalité de la physique des hautes énergies des particules élémentaires. Cette immersion dans le monde subatomique permettra également de décrire le modèle subatomique actuel (Modèle Standard) et de préciser les questions en suspens. Prérequis Contenu Naissance de la relativité restreinte ; Cinématique relativiste ; Dynamique relativiste ; Conséquences théoriques et expérimentales dans le monde subatomique ; Introduction au modèle standard des interactions et des particules élémentaires ; Les questions ouvertes en physique corpusculaire. Introduction à la physique quantique 6 ects Objectifs et descriptions 58 Présenter l'univers microscopique à l'échelle atomique et subatomique et introduire des idées et concepts qui en permettent la compréhension. La partie « physique atomique » décrit et discute les expériences cruciales qui ont jalonné et orienté la construction de la théorie qui fut élaborée pour rendre compte de phénomènes inexplicables avec la théorie classique. La partie « mécanique ondulatoire » constitue une introduction à la théorie quantique et ses applications. Les multiples exemples considérés constituent l'outil privilégié de l'approche concrète choisie dans cet enseignement pour accéder à cette théorie. Contenu Physique Atomique : Constitution de l'atome ; Réactions nucléaires ; Rayonnement thermique ; Le photon ; Quantification des énergies atomiques ; Le magnétisme atomique. Mécanique ondulatoire : L'espace des états d'une particule ; Théorie de la mesure ; Evolution temporelle ; Modèles à une dimension ; L'oscillateur harmonique. Physique quantique 1 6 ects Objectifs et descriptions Ce module est une présentation inductive de la mécanique ondulatoire illustrant la démarche du physicien : analyse détaillée d'expériences cruciales, constructioçn pas à pas d'une nouvelle théorie visant à rendre compte de phénomènes inexplicables dans la théorie classique et premières applications. Contenu Constitution de l'atome : l'électron, les ions, les isotopes. Radioactivité : phénoménologie, ' Expérience de Rutherford : collisions élastiques, lois de conservation, ' Rayonnement thermique : phénoménologie, lois de Wien et de Stefan, ' Le photon : effet photoélectrique, effet Compton, loi d dispersion du photon Spectres atomiques : spectres de raies, largeur d'une raie spectrale, ' Magnétisme classique : moment magnétique d'une boucle atomique, ' Ancienne théorie des quanta : éléments de mécanique analytique exemple : la formule de Planck et l'oscillateur harmonique, règles de Wilson-Bohr-Sommerfel et conséquences, ' 59 UE : Physique quantique 2 3 ects Objectifs et descriptions Il s'agit de s'appuyer sur l'introduction du premier semestre pour mettre en oeuvre les concepts fondamentaux de la mécanique quantique. Contenu Formulation de la mécanique quantique, mécanique des matrices, ' Fonction d'onde, fentes d'Young, ' Postulats et structure formelle de la mécanique quantique, ' Problèmes à une dimension, la quatification comme conséquence des conditions imposées à la fonction d'onde, effet tunnel Oscillateur harmonique à une dimension, relation de l'équation aux valeurs propres, comparaison quantique/classique, opérateurs a et a+, états cohérents. Physique statistique des systèmes en équilibre 9 ects Objectifs et descriptions La physique statistique décrit les propriétés macroscopiques d'un système à partir des lois microscopiques auxquelles obéissent ses constituants. Le cours traite des propriétés d'équilibre de systèmes classiques et quantiques. Contenu Notions et outils de base de la physique statistique Système isolé à l'équilibre : distribution micro-canonique, notion d'entropie Système en équilibre avec un thermostat : distribution canonique, fonction de partition Système en équilibre avec un réservoir de particules : distribution grand-canonique Transitions de phases, modèle d'Ising Statistiques quantiques : principe de Pauli, statistiques de Bose-Einstein et Fermi-Dirac Gaz parfaits quantiques et applications 60 PHỤ LỤC E: CHƢƠNG TRÌNH GIẢNG DẠY VẬT LÝ LÝ THUYẾT KHOA VẬT LÝ, TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN (ĐHQG TP.HCM) CƠ HỌC LÝ THUYẾT VL102 THEORETICAL MECHANICS Số tc 4 (45lt + 15bt) PGS Lê Quang Toại 1. Tóm tắt môn học : Các phƣơng trình chuyển động. Các định luật bảo toàn. Các dao động bé. Chuyển động của vật rắn. các phƣơng trình Hamilton. Cơ học tƣơng đối. 2. Abstract: Main topics : Lagrange's equations of motion. Conservative laws. Small oscillation. Rigid body dynamics. Hamilton's equations of motion. Theory of relativity. 3. Các môn học trƣớc : VL010, VL012, VL014 4. Nội dung môn học : Chƣơng 1 : Các phƣơng trình chuyển động (1t: 6t, bt : 2t) 1. 1 Các toa độ suy rộng 1 .2 Nguyên lý tác dụng tối thiểu 1 .3 Nguyên lý tƣơng đối Galilê 1 .4 Hàm Lagrange của chất điểm tự do 1 .5 Hàm Lagrange của hệ chất điểm Bài tập chƣơng 1 Chƣơng 2 : Các định luật bảo toàn (lt: 5t, bt: 1t) 2.1 Năng lƣợng 2.2 Động lƣợng 2.3 Tâm quán tính 2.4 Moment động lƣợng Bài tập chƣơng 2 Chƣơng 3 : Cầu phƣơng các phƣơng trình chuyển động (lt: 5t, bt: 2t) 3.1 Chuyển động một chiều 3.2 Xác định thế năng theo chu kỳ chuyển động 3.3 Khối lƣợng rút gọn 3.4 Chuyển động trong trƣờng xuyên tâm 3.5 Bài toán Kepler Bài tập chƣơng 3 Chƣơng 4 : Va chạm của các hạt (lt: 4t, bt: 2t) 4.1 Sự phân rã của các hạt 4.2 Va chạm đàn hồi của các hạt 4.3 Tán xạ của các hạt 4.4 Công thức Rutherford Bài tập chƣơng 4 Chƣơng 5 : Các dao động bé (lt: 7t, bt: 2t) 5.1 Các dao động bé một chiêu 5.2 Các dao động cƣỡng bức 5.3 Các dao động của hệ có nhiều bậc tự do 5.4 Sự tắt dần của dao động 61 5.5 Các dao động cƣỡng bức khi có ma sát Bài tập chƣơng 5 Chƣơng 6 : Chuyển động của vật rắn (1t: 6t, bt: 2t) 6. 1 Vận tốc góc 6.2 Tenxơ quán tính 6.3 Moment động lƣợng của vật rắn 6.4 Các phƣơng trình chuyển động của vật rắn 6.5 Chuyển động trong hệ quy chiếu không quán tính Bài tập chƣơng 6 Chƣơng 7 : Các phƣơng trình chính tắc (1t: 5t, bt :2t) 7.1 Các phƣơng trình Hamilton 7.2 Móc Poisson 7.3 Các phép biến đổi chính tắc 7.4 Không gian pha. Định lý Liouville 7.5 Phƣơng trình Hamilton-Jacobi Bài tập chƣơng 7 Chƣơng 8 : Cơ học tƣơng đối tính (1t: 7t, bt : 2t) 8.1 Nguyên lý tƣơng đối Einstein 8.2 Phép biến đổi Lorentz 8.3 Phép biến đổi vận tốc 8.4 Khoảng giữa hai sự kiện 8.5 Thời gian riêng 8.6 Các vectơ bốn chiều 8.7 Hàm Lagrange của hạt tự do trong cơ học tƣơng đối 8.8 Động lƣợng và năng lƣợng trong cơ học tƣơng đối 8.9 Động lƣợng bốn chiều Bài tập chƣơng 8 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lý thuyết trƣờng (dịch từ tiếng Nga) L.Landau, E. Lifshitz. NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp, hà nội, 1986, 244 trang, khổ 19x27 2. Cơ học, Điện động lực học. L.Landau, E. Lifshitz. NXB "NayKa", Moscow, 1969 (tiếng Nga) 3. Cơ học lý thuyết. Ya. p. Terletski. NXB UDN, Moscow, 1987 (tiếng Nga), 157 trang, khổ 15x22 ĐIỆN DỘNG LỤC HỌC VL110 ELECTRODYNAMICS Số tc 4 (451t + 15bt) Nguyễn Hữu Chí 1. Tóm tắt môn học : Môn điện động lực học là một phần trong giáo trình vật lí thuyết. Những chủ đề của môn học này là tiếp theo chƣơng trình vật lý đại cƣơng về điện và từ. Mặt khác, môn Điện động lực học cung cấp những kiến thức cơ sở cho nhiều lĩnh vực chuyên môn khác nhƣ vật lí plasma, sự bức xạ, lan truyền và nhiễu xạ sóng điện từ; phƣơng pháp điện từ trong vật lí 2. Abstract : An electrodynamics course is part of series of lecdtures in theoretical physics. The subject matters follow from the general physics course of electricity and magnetism. On the other hand this course must serve ánh sáng plasma physics, radiation, propagation and difraction of electromagnetic methods in geophysics. and others. 3. Các môn học trƣớc : VL 012, VL 014, VL 010, TN 020, TN 021, TN 022 62 4. Nội dung môn học : Chƣơng 1 : Tĩnh điện 1.1 Trƣờng tĩnh điện trong chân không 1.2 Phƣơng trình Poisson 1.3 Hàm green 1.4 Đặc trƣng của sự phân bố điện tích 1.5 Trƣờng trong chất điện môi 1.6 Biểu diễn trƣờng trong chất điện môi 1.7 Trƣờng trong chất điện môi bất đẳng hƣớng 1.8 Sự liên hệ giữa độ điện cảm với độ phân cực nguyên tử Chƣơng 2 : Tĩnh từ 2.1 Từ trƣờng không đổi trong chân không 2.2 Phƣơng trình Poisson đôi với vectơ 2.3 Định luật Biot-Savart 2.4 Thế vectơ ở xa hệ các dòng điện dừng 2.5 Trƣờng trong chất từ môi 2.6 Lý thuyết điện từ về độ từ hoa Chƣơng 3 : Trƣờng điện từ không dừng 3.1 Định luật cảm ứng điện từ 3.2 Dòng điện dịch 3.3 Phƣơng trình Maxvvell 3.4 Thế của trƣờng điện từ 3.5 Sự hiệu chuẩn thế 3.6 Mật độ và năng lƣợng trƣờng điện từ 3.7 Xung lƣợng trƣờng điện từ Chƣơng 4 : Động học và điện động lực học tƣơng đổi 4.1 Nguyên lý tƣơng đối-Phép biến đổi Lorentz 4.2 Thế bốn chiều 4.3 Tenxơ trƣờng điện từ 4.4 Các dạng biến đổi trƣờng 4.5 Các bất biến của trƣờng 4.6 Phƣơng trình Maxwell trong dạng bốn chiều 4.7 Sự chuyển động của hạt trong không gian bốn chiều 4.8 Phƣơng trình chuyển động của hạt mang điện tích trong trƣờng điện từ 4.9 Nguyên lý biến thiên trong điện động lực học Chƣơng 5 : Sóng điện từ 5.1 Phƣơng trình sóng 5.2 Sóng điện từ phẳng trong môi trƣờng đồng chất và đẳng hƣớng 5.3 Sóng phang đơn sắc 5.4 Sóng điện từ phang, đơn sắc trong vật dẫn đồng nhất 5.5 Sóng điện từ trong môi trƣờng bát đăng hƣớng 5 .6 Dao động và song trong plasma 5.7 Trƣờng điện từ giả dừng trong vật dẫn biến dạng chuyển động chậm 5.8 Hiệu ứng Hall Chƣơng 6 : Bức xạ sóng điện từ 6.1 Hàm Green của phƣơng trình sóng 6.2 Trƣờng của điện tích chuyển động đều 6.3 Trƣờng của điện tích chuyển động tuy ý 6.4 Bức xạ đipon 6.5 Bức xạ hãm do va chạm 6.6 Bức xạ synchrotron 63 6.7 Ảnh hƣởng ngƣợc của bức xạ lên điện tích 6.8 Độ rộng vạch phổ 6.9 Sự tám xạ của sóng điện từ 6.10 Ảnh hƣởng của từ trƣờng lên bức xạ của điện từ Chƣơng 7 : Nhiễu xạ Fresnel và nhiễu xạ Fraunhofer 7.1 Biểu diễn tích phân Kirchhoff 7.2 Tích phân Kirchhoff 7.3 Sóng đơn sắc 7.4 Điều kiện bức xạ 7.5 Chọn bề mặt tích phân 7.6 Gần đúng Kirchhoff 7.7 Gần đúng quang học 7.8 Nhiễu xạ Fresnel 7.9 Nhiễu xạ Fraunhofer 7.10 Nguyên lý Babine TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Classical electrodynamics, J.D. Jackson, Weley, 1962 2. Điện động lực học, Nguyễn Hữu Chí, ĐH Tổng hợp TP. HCM, 1996 3. Điện động lực học, Nguyễn Văn Thoả, NXB ĐH& THCN, Hà nội, 1982 4. Electrodynamics, Yu. V. Novozhilov, Yu. A. Yappa, Mir Publisher, Moscow, 1981 5. Electrodynamics of Particles and Plasma, P.C. Clemmow and J.p. Dougherty, Addison-Weley Publishing company, Inc, 1990 CƠ HỌC LƢỢNG TỬ I VL 105 QUANTUM MECHANICS Số tc 5 (551t + 20bt) PTS Hoàng Dũng 1. Tóm tắt môn học : Đây là môn học nhập môn về cơ học lƣợng tử, dành cho sinh viên ngành vật lí và một số ngành liên quan nhƣ hoá học,điện tử học, công nghệ vật liệu. Môn học này trình bày những khái niệm cơ sở của cơ học lƣợng tử phi tƣơng đối tính, công cụ toán học, những tiên đề và nguyên lý cơ sở, cùng các phƣơng pháp gần đúng cơ bản của ý thuyết này. Ứng dụng của cơ học lƣợng tử đƣợc minh hoạ qua các bài toán về chuyển động trong không gian một chiều và ba chiều. Môn học này cũng nhấn mạnh sự thay đổi thế giới quan khoa học khi chuyển từ vật lí học cổ điển sang vật lí học hiện đại. 2. Summary: This subject is an introduction to quantum mechanics for students of physics and related mạjors such s chemistry, electronics, and material science. The course describes the basic concepts, principles and postulates of non-relativistic quantum mechanics, with the main approximation methods. The applications of quantum theory is illustrated for wide variety of systems 3. Các môn học trƣớc : TN020, TN021, TN 022, VL010, VL012, VL014 2. Nội dung môn học : Chƣơng 1 : Những khái niệm cơ sở của cơ học lƣợng tử 1.1 Tóm lƣợc về lý thuyết tiền lƣợng tử 1.2 Sóng DeBroglie 1.3 Nhắc lại về xác suất thống kê 1.4 Hàm sóng : tiên đề về hàm sóng. Ý nghĩa vật lí của hàm sóng. Các điều kiện đối với hàm sóng 1.5 Nguyên lý chồng chất trạng thái trong cơ học lƣợng tử 64 1.6 Toán tử : Khái niệm toán tử, các phép tính đối với toán tử> Các toán tử tuyến tính. liên hợp phức, chuyển vị, liên họp, tự liên hợp (hermitic), Linita 1.7 Bài toán trị riêng : Hàm riêng (vectơ riêng) và trị riêng. Phổ trị riêng gián đoạn và liên tục. Trị riêng suy biến và không suy biến. 1.8 Tính chất của các toán tử tự liên hợp 1.9 Mô tả các đại lƣợng vật lí trong cơ học lƣợng tử 1.10 Toán tử xung lƣợng 1.11 Trị trung bình của đại lƣợng vật lí trong cơ học lƣợng tử 1.12 Ký hiệu Dirac 1.13 Điều kiện để các đại lƣợng vật lí đồng thời xác định 1.14 Hệ thức bất định Chƣơng 2 : Phƣơng trình Schrodinger 2.1 Phƣơng trình Schrodinger thời gian 2.2 Phƣơng trình liên tục 2.3 Phƣơng trình Schrodinger dừng 2.4 Một số tính chất của phƣơng trình Schrodinger dừng 2.5 Phƣơng trình chuyển động cho toán tử 2.6 Định lý Ehrenfest 2.7 Tích phân chuyển động 2.8 Hệ thức bất định giữa năng lƣợng và thời gian Chƣơng 3 : Chuyển động một chiều 3.1 Tính chất chung của chuyển động một chiều 3.2 Giếng thế chữ nhật một chiều 3.3 Dao động tử điều hòa 3.4 Rào thế bậc thang 3.5 Rào thế chữ nhật. Hiệu ứng đƣờng ngầm 3.6 Hiện tƣợng phát xạ lạnh 3.7 Sự phân rã alpha Chƣơng 4 : Momen động lƣơng 4.1 Momen động lƣợng quỹ đạo 4.2 Sự bảo toàn momen động lƣợng 4.3 Hàm riêng và trị riêng của toán tử hình chiêu momen 4.4 Hàm riêng và trị riêng của toán tử bình phƣơng momen 4.5 Quay tử cứng 4.6 Lý thuyết momen động lƣợng tổng quát 4.7 Dạng ma trận của momen động lƣợng 4.8 Cộng momen Chƣơng 5 : Spin 5.1 Giả thuyết spin 5.2 Toán tử spin 5.3 Hàm sóng của hạt có spin 5.4 Spin một phần hai 5.5 Momen động lƣợng toàn phân Chƣơng 6 : Một số bài toán trong không gian ba chiều 6.1 Tách biến phƣơng trình Schrodinger ba chiều 6.2 Đƣa bài toan hai hạt về bài toán một hạt 6.3 Tính cơ họcất chung của chuyển động trong trƣờng xuyên tâm 6.4 Chuyển động của hạt tự do có momen động lƣợng xác định 6.5 Giếng thế vuông góc ba chiêu 6.6 Nguyên tử hydro 6.7 Giải bài toán dao động tứ điêu hoa trong tọa độ cầu 65 Chƣơng 7 : Lý thuyết nhiễu loạn (LTNL) 7.1 LTNL dừng khi không có suy biên 7.2 LTNL dừng khi có suy biến 7.3 Hiệu ứng Stark 7.4 LTNL phụ thuộc thời gian 7.5 Chuyển dời lƣợng tử dƣới tác dụng của nhiễu loạn không đổi theo thời gian 7.6 Chuyển dời lƣợng tử dƣới tác dụng của nhiễu loạn tuần hoàn 7.7 Ngắt nhiễu loạn kiểu đoạn nhiệt. Ngắt nhiễu loạn kiểu đột ngột Chƣơng 8 : Hệ hạt đồng nhất 8.1 Bài toán hệ nhiều hạt 8.2 Nguyên lý không phân biệt các hạt đồng nhất. Boson và fermion 8.3 Hàm sóng đối xứng và phản đối xứng. Nguyên lí loại trừ Pauli 8.4 Nguyên tử heli. Trạng thái para và trạng thái ortho. Năng lƣợng trao đổi TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. W. Greiner, Quantum Mechanics : An Introduction, Springer, 1994 2. A. Messiah, Quantum mechanics, North-Holland, Amsterdam, 1968 3. C, Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Laloe, Quantum Mechanics, Jhon Weley&Son. Inc, 1977 4. R. L. Liboff, Introductory Quantum mechanics, Hoden-Day, Inc. , Oakland, California, 1980 5. D. Griffiths, Introduction to Quantum mechanics, Prentice Hall, 1995 6. D.I. Blôkhinxép, Cơ sở của cơ học lƣợng tử, NXB Khoa học, Mátxcơva (Tiếng Nga) 7. A. C. Đavƣđốp, Cơ học Lƣợng tử, NXB Toán Lý, Mátxcơva, 1973 8. E. V. Spônxky, Vật lý nguyên tử, NXB Khoa học, Mátxcơva, 973 9. Hoàng Dũng, Nhập môn Cơ học Lƣợng tử, NXB Giáo dục, 1999 10. Hoàng Dũng, Bài tập Cơ học Lƣợng tử, Trƣờng Đại học Tổng hợp TP. HCM, 1997 VẬT LÝ THỐNG KÊ VL12 STATISTICAL PHYSICS Số tc 4 (50lt + 10bt) PGS Nguyễn Nhật Khanh 1. Tóm tắt môn học : Môn học này chủ yếu dành cho các sinh viên của các khoa vật lý thuộc các trƣờng đại học tổng hợp, những ngƣời đã học qua những học phần : cơ học cổ điển, cơ lƣợng tử, nhiệt động lực học, vật lý chất rắn, giải tích toán học, đại số, xác suất và thống kê toán học. Mục tiêu chính của giáo trình là xác định ý nghĩa và nội dung vật lý của các định luật cơ bản của vật lý thống kê cổ điển và lƣợng tử. Mặc dù trong cuốn giáo trình không có đƣa các bài tập nhƣng độc giả có thể nghiên cứu việc áp dụng các phƣơng pháp của vật lý thống kê vào vật lý chất rắn. 2. Summary: This subject is mainly intended for students of physical faculties of universities who have mastered classical mechanics, quantum mechanics, thermodynamics, solid state physics, mathematical analysis, algebra, probability and mathematical statistics. The main object of this course is the determination of the physical meaning and content of the main laws of classical and quantum statistical physics. Although not containing problems, readers can study applications of the fundamental laws of statistical physics methods to solid state physics. 3. Các môn học tiên quyết : Cơ học cổ điển, cơ học lý thuyết, nhiệt động lực học, cơ học lƣợng tử, vật lý chất rắn, toán cao cấp. 66 4. Nội dung môn học : Chƣơng 1 : Những nguyên lý cơ bản của vật lý thông kê (1t: 7t, bt: 1t) 1.1 Mô tả cơ học hệ nhiêu hạt 1.2 Không gian pha 1.3 Nguyên lý thống kê 1.4 Nguyên lý tiến tới trạng thái cân băng 1.5 Nguyên lý ergodic 1.6 Định lý Liouville. Vai trò của năng lƣợng 1.7 Nguyên lý về phân bố vi chính tắc 1.8 Entroppy thống kê. Nguyên lý tăng entropy. Chƣơng 2 : Các thông số nhiệt động, các hàm nhiệt động (1t: 6t, bt: 2t) 2.1 Cân băng nhiệt, nhiệt độ thông kê 2.2 Cân bằng cơ học, áp suất thống kê 2.3 Cân bằng nồng độ, thế hoa học 2.4 Entanpy. Năng lƣợng tự do tự do. Thế nhiệt động 2.5 Các hệ thúc nhiệt động 2.6 Hệ với số hạt thay đổi Chƣơng 3 : Các phân bố thống kê cổ điển (1t: 6t, bt: 2t) 3.1 Phân bố chính tắc cổ điển 3.2 Phân bố Maxwell-Boltzmann cổ điển 3.3 Phân bố chính tắc suy rộng 3.4 Thế nhiệt động của hệ chính tắc suy rộng Chƣơng 4 : Các phân bế thống kê lƣợng tử (1t: 7t, bt: 2t) 4.1 Ma trận thống kê 4.2 Phân bố chính tắc lƣợng tử 4.3 Phân bố chính tắc suy rộng lƣợng tử 4.4 Phân bố Maxwell-Boltzmann lƣợng từ 4.5 Phân bố Bose-Einstein 4.6 Phân bố Fermi-Dirac Chƣơng 5 : ứng dụng của các phân bố thống kê (1t: 7t, bt: 2t) 5.1 Lý thuyết về tính thuận từ 5.2 Bức xạ cân bàng của vật đen thuyệt đối 5.3 Nhiệt dung của tinh thể 5.4 Khí Bose lý tƣởng 5.5 Khí Fermi lý tƣởng 5.6 Nhiệt dung của kim loại ở nhiệt độ thấp 5.7 Nhiệt độ tuyệt đối âm Chƣơng 6 : Các thăng giáng (1t: 5t, bt: 1t) 6. 1 Mô tả thăng giáng 6.2 Thăng giáng năng lƣợng của hệ chính tắc. Thăng giáng số hạt của hệ chính tắc lƣợng từ 6.3 Thăng giáng của các đại lƣợng nhiệt động cơ bản 6.4 Công thức Poisson Chƣơng 7 : Chuyển pha (1t: 6t, bt: 0t) 7.1 Những khái niệm cơ bản 7.2 Phân loại chuyển pha theo Ehrenfest 7.3 Lý thuyết của Landau về chuyển pha loại II 7.4 Chuyển pha trật tự-mất trật tự Chƣơng 8 : Khí thực (1t: 6t, bt: 0t) 8.1 Tổng thống kê cho một khí thực 8.2 Khí thực van der Waals 8.3 Khí thực 67 8.4 Hiệu ứng Joule-Thomson TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Nhật Khanh, Vật lý Thống kê, Ban xuất bản rƣờng ĐH KHTN, 1998T 2. L.D. Landau, E.M. Lifchiíz, Vật lý Thống kê (tiếng Nga), NXB Mir, 1964 3. R.p. Feynmann, Cơ học Thông kê (bản dịch tiếng Nga), NXB Mir, 1978 1 2 3 4 15. KINH PHÍ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Tổng kinh phí : 20.000.000đồng (20 triệu đồng) Kinh phí sự nghiệp khoa học công nghệ :15.000.000đ Các nguồn kinh phí khác:5.000.000đ Nhu câu kinh phí từng năm: - Năm - Năm Dự trù kinh phí theo các mục chi: Ngày 27 tháng 06 năm 2004 Ngày tháng năm 200.. Chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì (Họ và tên, ký) (Ký tên, đóng dấu) Ghi chú: 1. Các mục cần ghi đầy đủ, chính xác, rõ ràng, không tẩy xóa 2. Chữ ký, đóng dấu đúng thủ lục Mtd.doc BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP. HCM BÁO CÁO TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp trƣờng Cải tiến chƣơng trình giảng dạy vật lý lý thuyết cho sinh viên khoa Vật lý, trƣờng Đại học Sƣ phạm TP. HCM Mã số: cs.2005.23.91 Chủ nhiệm đề tài: TS Đỗ Xuân Hội BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP. HCM BÁO CÁO TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ cấp trƣờng Cải tiến chƣơng trình giảng dạy vật lý lý thuyết cho sinh viên khoa Vật lý, trƣờng Đại học Sƣ phạm TP. HCM Mã số: cs.2005.23.91 Chủ nhiệm đề tài: TS Đỗ Xuân Hội 2 TÓM TẮT Trong công trình này, một chƣơng trình giảng dạy vật lý lý thuyết mới đƣợc đề nghị sau khi các tác giả của công trình đã nghiên cứu, tham khảo một số chƣơng trình giảng dạy các bộ môn này ở một số trƣờng đại học trong và ngoài nƣớc, đáng kể là của Đại học Khoa học tự nhiên (ĐHQG TP. HCM) và của MIT (Massachusetts Institute of Technology). Chƣơng trình đƣợc xây dựng phù hợp với kế hoạch giảng dạy các bộ môn vật lý lý thuyết do Bộ Giáo dục và Đào tạo quy định, đồng thời, đảm bảo cho sinh viên của Khoa vật lý, trƣờng ĐHSP TP. HCM có đƣợc một kiến thức vững chắc, hiện đại của các bộ môn cơ học lý thuyết, điện động lực học, cơ học lƣợng tử và vật lý thống kê. Chƣơng trình đƣợc xây dựng cũng chú trọng đến nguyên lý kế thừa của giáo dục khi mối quan hệ giữa nội dung của các học vật lý đại cƣơng và các môn học vật lý lý thuyết đƣợc đặc biệt nêu rõ. ABSTRACT In this work, a new curriculum of theoretical physics is proposed after a careful study of the ones taught at some Vietnamese and forein universities, notably the University of Natural Science of Ho Chi Minh City (HCMC National University) and MIT. The curriculum is constructed in good agreement with regulations of the Vietnamese Minister of Education and Trainning, and insure at the same time that the students of the faculty of physics of HCMC University of Education have the solid and modern knowledge of theoretical mechanics, electrodynamics, quantum mechanics, and statistical physics. In constructing the curriculum, the authors have considered carefully the principle of inheritance of the general education when insisting on the relationship between the contents of the general physics that the students have studied before and the ones of the theoretical physics. 3 MỤC LỤC I. Khái niệm chƣơng trình học vấn II. Các bộ môn vật lí lí thuyết III. Mối quan hệ giữa các bộ môn vật lí lí thuyết và vật lí đại cƣơng 1. Cơ học đại cƣơng và cơ học lí thuyết cổ điển 2. Điện từ học đại cƣơng, quang học đại cƣơng, cơ học đại cƣơng và điện động lực học 3. Cơ học lƣợng tử và vật lý nguyên tử và hạt nhân 4. Vật lý thống kê và nhiệt học đại cƣơng IV. Nội dung các môn vật lí lí thuyết đƣợc giảng dạy ở khoa Vật lí, trƣờng ĐHSP TP. HCM 1. Khái quát 2. Nội dung chƣơng trình vật lí lí thuyết V. Hƣớng phát triển của đề tài Tài liệu tham khảo ; 4 I. Khái niệm chƣơng trình học vấn Chƣơng trình học vấn của khoa Vật lý, trƣờng Đại học Sƣ phạm TP. HCM phải đƣợc kiến tạo sao cho đạt đƣợc yêu cầu là sinh viên của Khoa, một khi đã tốt nghiệp trƣớc hết là phải đủ khả năng để giảng dạy bộ môn vật lý ở một trƣờng trung học phổ thông. Đe sinh viên của khoa có thể hoàn thành đƣợc vai trò của mình trong tƣơng lai, khoa Vật lý, trƣờng ĐHSP TP. HCM đã lên kế hoạch xây dựng chƣơng trình giảng dạy phù hợp với các yêu cầu mới của ngành giáo dục đại học mà giảng dạy theo tín chỉ sẽ là một trong những yêu cầu quan trọng nhất. Theo kế hoạch trên, tổ bộ môn vật lý lý thuyết của khoa đã đƣợc giao nhiệm vụ thiết kế một chƣơng trình giảng dạy các môn học vật lý lý thuyết nhằm đáp ứng tốt nhất cá yêu cầu chung của khoa. Trên cơ sở chƣơng trình giảng dạy đã đƣợc thực hiện từ trƣớc của các môn vật lý lý thuyết ( xem Phụ lục B ), đồng thời, có tham khảo chƣơng trình giảng dạy các môn vật lý đại cƣơng cho các năm thứ nhất và năm thứ hai đại học ( xem Phụ lục A ), các thành viên của tổ bộ môn đã cùng nhau thực hiện công trình nghiên cứu khoa học " CẢI TIẾN CHƢƠNG TRÌNH GIẢNG DẠY VẬT LÝ LÝ THUYẾT Ở KHOA VẬT LÝ, TRƢỜNG ĐHSP TP. HCM ". II. Các bộ môn vật lí lí thuyết Vật lí lí thuyết là ngành học có mục đích tìm hiểu thế giới tự nhiên bằng cách thiết lập một mô hình toán học trừu tƣợng của thực tại, sử dụng để lí luận, giải thích, và tiên đoán các hiện tƣợng vật lí nhờ vào một lí thuyết vật lí. Có bốn môn học cơ sở của vật lí lí thuyết (không kể lí thuyết tương đối tổng quát và lí thuyết tương đối hẹp - môn học sau này đƣợc giảng dạy nhƣ là phần tiếp theo của giáo trình đến động lực học) là cơ học cổ điển, điện động lực học, cơ học lượng tử, và vật lí thống kê đƣợc giảng dạy trong khoa Vật lí, trƣờng Đại học Sƣ phạm TP.HCM. 5 Cơ học cổ điển có mục đích khảo sát chuyển động của các vật thể vĩ mô, từ viên đạn cho đến tên lửa, hành tinh, sao, và thiên hà. Cơ học Lagrange là phƣơng pháp tiếp cận khác của cơ học, có cùng đối tƣợng nghiên cứu nhƣ cơ học cổ điển, nhƣng sử dụng lộ trình được cực tiểu hóa để tìm phƣơng trình quỹ đạo của vật thể. Cơ học Hamilton cũng là một cách tiếp cận khác, sử dụng các phương trình chỉnh tắc liên quan đến các hàm năng lƣợng để giải quyết bài toán cơ học. Môn điện động lực học cổ điển trình bày lí thuyết về tƣơng tác điện từ trong một thể thống nhất, bởi vì các lực điện trƣờng và lực từ trƣờng xuất hiện đồng thời. Sự thống nhất điện từ đƣợc biểu thị bởi các phương trình Maxwell. Các phƣơng pháp nghiên cứu lí thuyết của điện động lực học cổ điển dẫn đến các hệ quả quan trọng, ví dụ nhƣ sự khám phá ra một trong hai bản chất của ánh sáng, bản chất sóng, và dẫn đến sự khảo sát sóng điện từ, hoặc là dẫn đến sự phát triển của lí thuyết tương đổi hẹp. Môn cơ học lượng tử cho phép ta tiên đoán các trạng thái của các hạt vi mô, hay ít nhất, các dụng cụ đo lƣờng các trạng thái này. Cấu trúc của các hệ vật lí vi mô nhƣ nguyên tử, phân tử chỉ có thể đƣợc mô tả thích hợp bởi cơ học lƣợng tử, điều mà cơ học cổ điển và điện động lực học hoàn toàn bất lực. Trong cơ học lƣợng tử, mỗi trạng thái vật lí đƣợc xem nhƣ là một vectơ trạng thái, hay cụ thể hơn, một hàm sóng (cũng đƣợc gọi là vân đạo-orbital đối với trƣờng hợp elctron trong nguyên tử). Đối tƣợng toán học trừu tƣợng này cho phép ta tính toán đƣợc xác suất của nhiều quá trình thực nghiệm cụ thể. Trong môn vật lí thống kê, lí thuyết thống kê, công cụ toán học để xử lí những trƣờng hợp số đông, đƣợc áp dụng trong lĩnh vực cơ học, là môn học liên quan đến chuyển động của các hạt hay vật thê khi chịu tác dụng của các lực. Vật lí thông kê cung cấp cơ sở để hiểu đƣợc mối quan hệ giữa các hệ vi mô và quá trình vĩ mô, đƣợc quan sát thấy trực tiếp bới con ngƣời, do đó, có thể giải thích đƣợc các hiện tƣợng nhiệt động lực nhƣ là kết quả tự nhiên của sự phối 6 hợp giữa cơ học và thống kê học. Cơ học thống kê và nhiệt động lực học liên hệ nhau qua khái niệm trung tâm là en tropy. HI. Mối quan hệ giữa các bộ môn vật lí lí thuyết và vật lí đại cƣơng 1. Cơ học đại cƣơng và cơ học lí thuyết cổ điển Trong khi sinh viên tìm thấy trong môn cơ học đại cƣơng cách trình bày truyền thống: từ động học chất điểm đến động lực học chất điểm với sự giới thiệu các định luật Newton, các định luật bảo toàn động lƣợng và định luật bảo toàn năng lƣợng. Sau đó, trƣờng hấp dẫn và cơ học vật rắn đƣợc giới thiệu Trong môn cơ học lý thuyết, cơ học Newton đƣợc trình bày một cách tổng hợp : tính chất của chuyển động đƣợc suy ra từ mối quan hệ hàm giữa lực và thời gian, vị trí, hay vận tốc của chất điểm. Phƣơng pháp tiếp cận cơ học giải tích đƣợc trình bày tiếp theo đó : bao gồm hệ hình thức Lagrange và hệ hình thức Hamilton. Chuyển động trong trƣờng xuyên tâm dƣới tác dụng của lực hấp dẫn đƣợc xem là một ứng dụng quan trọng, cũng nhằm mục đích chứng minh các định luật Kepler để suy ra các tính chất của chuyển động của các thiên thể, và giải thích một số hiện tƣợng liên quan đến lực hấp dẫn nhƣ hiện tƣợng thủy triều. Các dao động nhỏ đƣợc khảo sát nhằm mục đích kép: ứng dụng cụ thể của cơ học trong một lớp quan trọng của chuyển động để giúp sinh viên đào sâu, nắm vững hơn phƣơng pháp cơ học Newton, mặt khác, để chuẩn bị kiến thức để sinh viên có thể theo dồi dễ dàng hơn các môn học khác của vật lý lý thuyết. Chuyển động trong hệ quy chiếu phi quán tính cũng đƣợc đề cập, đặc biệt chú ý đến những trƣờng hợp chƣa đƣợc giải quyết triệt để trong chƣơng trình cơ học đại cƣơng nhƣ trƣờng hợp lực Coriolis chẳng hạn. Cuối cùng, chuyển động của vật rắn đƣợc khảo sát với công cụ toán học cao và phức hợp hơn so với công cụ đƣợc sử dụng ở trình độ đại cƣơng; các khảo sát Euler của chuyển động quay đƣợc giới thiệu với sinh viên nhằm cung cấp cho sinh viên một cái nhìn tổng quát hơn. 7 2. Điện từ học đại cƣơng, quang học đại cƣơng, cơ. học đại cƣơng và điện động lực học Trong khi cách trình bày, bố cục của nội dung các chƣơng trong điện và từ học đại cƣơng rất chú trọng đến trình tự lịch sử của môn học cũng nhƣ sự phân bố kiến thức ở chƣơng trình vật lý bậc phổ thông trung học và nhƣ vậy, điều tất yếu là lí thuyết về trƣờng điện từ thống nhất chỉ đƣợc đề cập đến ở phần cuối cùng của môn học, thì trong môn điện động lực học, sinh viên đƣợc giới thiệu ngay từ đầu sự thống nhất về trƣờng điện từ trong chân không và trong môi trƣờng vật chất. Sau đó, các trƣờng họp đặc biệt về sự độc lập đối với thời gian của điện trƣờng và từ trƣờng (và trƣờng hợp chuẩn dùng sau đó) mới đƣợc khảo sát riêng rẽ. Sau đó một chƣơng đƣợc dành riêng cho lý thuyết sóng điện từ và một chƣơng về hiện tƣợng bức xạ điện từ đƣợc giới thiệu cho sinh viên. 3. Cơ học lƣợng tử và vật lý nguyên tử và hạt nhân Theo chƣơng trình chính thức của khoa Vật lý, trƣờng Đại học Sƣ phạm TP.HCM, môn học vật lý nguyên tử và hạt nhân đƣợc bố trí thành một môn học chuyên đề, theo tinh thần của một môn học đại cƣơng, trong đó, các kiến thức sơ bộ về cơ học sóng đƣợc giới thiệu với sinh viên thông qua một số các dữ kiện thực nghiệm đƣợc trình bày theo quan điểm lịch sử; các ý tƣởng của Thompson, Rutherford, Bohr, và De Broglie đƣợc trình bày lần lƣợt để dẫn đến sự cần thiết phải sáng tạo ra một môn khoa học mới là cơ học lượng tử, cụ thể là phƣơng trình Schrodinger. Qua môn học này, sinh viên sƣ phạm đƣợc trang bị một kiến thức đại cƣơng về cấu trúc của nguyên tử và phân tử, cần thiết để có thể giảng dạy những kiến thức óc liên quan ở chƣơng trình phổ thông trung học. Điều khác biệt nổi bật của nội dung của hai môn học vật lý nguên tử và hạt nhân và cơ học lƣợng tử đƣợc nhận thấy ngay ở chƣơng thứ hai của chƣơng trình cơ học lƣợng tử. Ở đây, tƣ tƣởng của một môn học vật lý lý thuyết đƣợc soi sáng bởi một hệ thống kiến thức thuần tuy toán học, đƣợc sử dụng nhƣ công cụ duy nhất để có thể hiểu 8 đƣợc nội dung của môn học cơ học lƣợng tử này: phép tính toán tử, bài toán trị riêng, trạng thái vật lý của một hệ vật lý đƣợc biểu thị bởi một vectơ trong không gian vectơ trạng thái. Phần các tiên đề của cơ học lượng tử đƣợc thảo luận nhƣ là một minh chứng cho tinh thần của một môn vật lý lý thuyết, phƣơng trình Schrodinger đƣợc trình bày nhƣ một "nguyên tắc cơ bản", và nguyên lý bất định Heisenberg cũng đƣợc chứng minh. Sau những áp dụng đầu tiên và quan trọng của phƣơng trình Shrodinger trong chuyển động một chiều (đƣợc đào sâu bởi việc sử dụng công cụ toán học phức hợp hơn), một lần nữa, một cách trình bày trừu tƣợng và cô đọng của phƣơng trình trị riêng dƣới dạng công cụ đại số tuyến tính đƣợc giới thiệu: đó là dạng ma trận của bài toán trị riêng. Ký hiệu Dirac cũng đƣợc đƣa vào để phát biểu các nguyên tắc của cơ học lƣợng tử dƣới dạng cô đọng và tiện lợi hơn. 4. Vật lý thống kê và nhiệt học đại cƣơng Trong một quan điểm tổng quát hơn và cơ bản hơn quan điển đƣợc giảng dạy trong môn nhiệt học, đồng thời đối tƣợng cũng nhƣ mục đích nghiên cứu của môn vật lý thống kê cũng đƣợc xác định là thiết lập mối quan hệ giữa những tính chất vi mô - vốn là đối tƣợng của môn cơ học lƣợng tử với những đặc tính vĩ mô, khái niệm trọng tâm của vật lý hệ nhiều hạt, là số trạng thái vi mô khả dĩ đƣợc đề cập đến ngay từ chƣơng đầu tiên. Tiếp theo, khái niệm entropy thống kê tổng quát trong lý thuyết thông tin và khái niệm entropy nhiệt động lực đƣợc định nghĩa nhƣ một trƣờng hợp riêng của ngành vật lý thống kê. Với phƣơng pháp đƣợc đặt ra, các tiên đề cơ bản của vật lý thống kê đƣợc phát biểu và trên cơ sở đó, các phân bố thống kê vi chính tắc, chính tắc, và chính tắc lớn lần lƣợt đƣợc khảo sát. Các ứng dụng của các phân bố cổ điển cũng nhƣ phân bố lƣợng tử đƣợc chú ý thích đáng, Đặc biệt, sự khác biệt nổi bật giữa vật lý thống kê và nhiệt học đại cƣơng là trong môn học trƣớc, phần nhiệt động lực chỉ đƣợc xem nhƣ là các hệ quả đƣơng nhiên của hệ thống các tiên đề của cơ học 9 thống kê, trong khi đối với môn học sau, thì các nguyên lý của nhiệt động lực học phải đƣợc chấp nhận.Ngoài ra, trong khi các định luật của khí lý tƣởng đƣợc xem nhƣ các định luật thực nghiệm trong môn nhiệt học thì, khi học vật lý thống kê, sinh viên sẽ thấy đó cũng chỉ là những hệ quả hoàn toàn chứng minh đƣợc. Cũng vậy, khi nghiên cứu hệ khí photon cân bằng, sinh viên sẽ có dịp thấy đƣợc rằng sau định luật Planck đã đƣợc suy ra từ những nguyên tắc chung của cơ học thống kê, một loạt các định luật thực nghiệm nhƣ định luật Rayleigh-Jeans, định luật Wien, định luật dời chuyển Wien, và định luật Stefan-Boltzmann đều đƣợc chứng minh nhƣ chỉ là các hệ quả tất yếu. IV. Nội dung các môn vật lí lí thuyết đƣợc giảng dạy ở khoa Vật lí, trƣờng ĐHSP TP. HCM 1. Khái quát Trên cơ sở của các nhận định trên, về lí do tự tồn tại nhƣ một bộ môn khoa học góp phần nâng cao khả năng lí luận của ngƣời học, về mục đích mở rộng và đào sâu những kiến thức mà sinh viên đã học ở các bộ môn vật lí đại cƣơng để có đƣợc một kiến thức vững vàng khi trở thành ngƣời giáo viên giảng dạy chƣơng trình vật lí phổ thông sau này, cũng nhƣ hƣớng dẫn cho sinh viên phƣơng pháp luận của các ngành vật lí li thuyết, tổ bộ môn vật lí lí thuyết, khoa vật lí, trƣờng ĐHSP TP. HCM, đã tổ chức thảo luận, tham khảo tƣ liệu trong nƣớc cũng nhƣ tƣ liệu nƣớc ngoài, soạn thảo một chƣơng trính giảng dạy các môn học vật lí lí thuyết bao gồm cơ học lí thuyết, điện động lực học, cơ học lƣợng tử, và vật lí thống kê đáp ứng những yêu cầu của Bộ Giáo dục & Đào tạo, đồng thời, phù hợp với tình hình thực tế giảng dạy của khoa liên quan tới nhân lực, vật lực, thời gian,... Chƣơng trình đề nghị này đã lƣu tâm thích đáng đến tính liên tục với chƣơng trình vật lí đại cƣơng đã đƣợc giảng dạy cho sinh viên trong các học phần trƣớc, tính kế thừa trong mỗi môn học của chƣơng trình vật lí lí thuyết, nhƣng đồng thời, cũng quan tâm thích 10 đáng đến tính độc lập trong phân bố kiến thức của mỗi môn học, hầu mỗi môn học có thể sẽ đƣợc giảng dạy sau này theo hệ thống tín chỉ. 3. Nội dung chƣơng trinh vật lí lí thuyết Chƣơng trình sau đây đƣợc trích từ chƣơng tình giảng dạy của khoa vật lí, trƣờng ĐHSP TP. HCM. CƠ HỌC LÝ THUYẾT 1. Số đơn vị học tình: 4 đvht 2. Trình độ: cho sinh viên năm thứ ba 3. Phân bổ thời gian: - Lý thuyết: 40 tiết - Bài tập : 20 tiết 4. Nội dung chi tiết học phần : Chƣơng 1 : Phƣơng trình Newton: 9 (6,3) Chƣơng 2: Phƣơng trình Lagrange: 12 (7, 5) Chƣơng 3: Chuyển động trong trƣờng xuyên tâm: 9 (5, 4) Chƣơng 4: Dao động : 10 (6,4) Chƣơng 5: Chuyển động trong hệ qui chiếu không quán tính: 10(6,4) Chƣơng 6: Chuyển động của vật rắn: 6 (6, 0) Chƣơng 7: Hấp dẫn Newton: 4 (4,0) ĐIỆN ĐỘNG LỰC HỌC 1. Số đơn vị học trình: 5 đvht 2. Trình độ: cho sinh viên năm thứ ba 3. Phân bổ thời gian: - Lý thuyết: 50 tiết - Bài tập: 25 tiết 11 4. Nội dung chi tiết học phần: Chƣơng 1 : Những định luật của trƣờng điện từ trong chân không: 12 (9, 3) Chƣơng 2: Những định luật của trƣờng điện từ trong môi trƣờng: 12(8,4) Chƣơng 3: Trƣờng tĩnh điện: 10 (7, 3) Chƣơng 4: Từ trƣờng dừng: 8 (6, 2) Chƣơng 5: Trƣờng điện từ chuẩn dừng: 8 (6,2) Chƣơng 6: Sóng điện từ: 8 (6, 2) Chƣơng 7: Bức xạ sóng điện từ: 7 (5,2) Chƣơng 8: Điện động lực học tƣơng đối tính: 10 (8, 2) CƠ HỌC LƢỢNG TỬ 1. Số đơn vị học trình: 5 đvht 2. Trình độ: cho sinh viên năm thứ tƣ 3. Phân bổ thời gian - Lý thuyết: 50 tiết - Bài tập: 25 tiết 4. Nội dung chi tiết học phần: Chƣơng 1 : Cơ sở vật lý của cơ hợc lƣợng tử: 7 (4,3) Chƣơng 2 : Công cụ toán học của cơ học lƣợng tử: 15 (10,5) Chƣơng 3 : Chuyển động một chiều: 14 (9,5) Chƣơng 4: Chuyển động của hạt trong trƣờng xuyên tâm: 18 (12,6) Chƣơng 5 : Lý thuyết biểu diễn: 10 (7,3) Chƣơng 6: Lý thuyết nhiễu loạn: 7 (5,2) Chƣơng 7 : Spin và hệ hạt đồng nhất: 4 (3,1) VẬT LÝ THỐNG KÊ 1. Số đơn vị học trình: 4 đvht 2. Trình độ: cho sinh viên năm thứ tƣ 3. Phân bổ thời gian: 12 - Lý thuyết: 40 tiết - Bài tập: 20 tiết 4. Nội dung chi tiết học phần: Chƣơng 1 : Mô tả thống kê hệ vĩ mô: 10 (7,3) Chƣơng 2: Phân bố vi chính tắc. tiên đề cơ bản của cơ học thống kê: 6 (4,2) Chƣơng 3: Phân bố chính tắc. ứng dụng: 10 (6,4) Chƣơng 4: Nhiệt động lực thống kê: 6 (4,2) Chƣơng 5: Phân bố chính tắc lớn. Các thống kê lƣợng tử: 8 (5,3) Chƣơng 6: Thống kê lƣợng tử : khí fermi lý tƣởng: 7 (5,2) Chƣơng 7: Thống kê lƣợng tử: khí bose lý tƣởng: 7 (5,2) Chƣơng 8: Đại cƣơng về các hiện tƣợng vận chuyển: 6 (4,2) 13 V. HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Thiết lập chƣơng trình giảng dạy luôn là nhiệm vụ quan trọng đầu tiên phải thực hiện trong bất cứ một nhà trƣờng nào, vì lẽ đơn giản là trƣớc tiên, nhà trƣờng phải xác định đƣợc là sẽ đào tạo những phân chất gì, và đê đạt mục đích đó thì cân phải tiên hành những công việc gì. Đồng thời, ngƣời thầy giáo phải biết mình phải dạy những gì cho học sinh hay sinh viên trƣớc khi bắt đầu chuẩn bị bài giảng và lên lớp. Tuy nhiên, một chƣơng trình giảng dạy không thể đƣợc hoàn thành và sẽ giữ không thay đổi trong một thời gian quá dài đƣợc. Những yêu cầu đào tạo không ngừng thay đổi do xã hội tiến triển làm cho một chƣơng trình giảng dạy nào đó cũng phải đƣợc liên tục cập nhật, điều chỉnh để thích ứng với tình hình mới. Dĩ nhiên, các môn học vật lý lý thuyết cũng không nằm ngoài thông lệ đó. Và nhƣ vậy, đề tài nghiên cứu khoa học này có những bƣớc phát triển tiếp theo mà ta có thể phác họa nhƣ sau : • Thứ nhất, phải có những thông tin phản hồi từ phía các sinh viên về chƣơng trình, nội dung giảng dạy. Điều này có thể thực hiện đƣợc qua các phiếu thăm dò gửi cho sinh viên và nhất là các bài kiểm tra kiến thức mà sinh viên. phải làm qua các kỳ thi. Qua việc điều tra trên, ta sẽ nhận đƣợc những thông tin từ phía đối tƣợng thu nhận kiến thức, về mức độ khó của một vấn đề, về những chi tiết cần làm rõ thêm khi giảng dạy,...để, có thể tiếp tục cải tiến chƣơng trình trống thời gian tới. • Thứ hai, nhƣ ở trên đã đƣợc trình bày, các chƣơng trình phải đƣợc cải tiên sau một thời gian nhất định, không những trên bình diện cập nhật kiến thức mà còn về mức độ hệ thống hoa, bổ sung kiến thức mới, lƣợc bỏ kiến thức không còn phù hợp,... hoặc để thích nghi với những yêu cầu mới của tổng thể nền giáo dục đại học, ví dụ nhƣ áp dụng phƣơng pháp giảng dạy mới (học theo dự án - project based learning. 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO • Chƣơng trình giảng dạy vật lý, Khoa vật lý, trƣờng ĐHSP TP. HCM, 1995 • Chƣơng trình giảng dạy vật lý tại MIT (2005) • Chƣơng trình giảng dạy vật lý tại UNIVERSITÉ PIERRE & MARIE CURIE, PARIS VI (2005) • Chƣơng trình giảng dạy vật lý tại Khoa Vật lý, Đại học Khoa học Tự nhiên TP. HCM (2005)