简介:科学计数法和有效数字。不同系统中的单位。矢量:矢量回顾、矢量导数、线积分和面积分、标量的梯度。力学:坐标系。恒定加速度下的运动,牛顿定律及其应用,匀速圆周运动。涡旋运动,摩擦力。功和能量。势能、能量守恒、能源和我们的环境。静电和磁学:库仑定律、高斯定律、导体周围的电场、电介质。磁场。电流上的磁力。半导体物理学:半导体中的能级、空穴概念、本征区域和非本征区域、质量作用定律、P-N 结、晶体管。波和振荡:具有一个自由度的系统的自由振荡、经典波动方程。连续弦的横模。驻波。波的色散关系。光学与激光:光学和激光的基本介绍。衍射光栅。激光器,粒子数反转。谐振腔。量子效率。氦氖激光器、红宝石激光器和二氧化碳激光器。现代物理学:光电效应、康普顿效应、氢原子的玻尔理论、原子光谱、质量减小、德布罗意假设、布拉格定律、电子显微镜、塞曼效应、原子核、质能关系、结合能、核力和基本力、指数衰减和半衰期。
古典和量子力学:牛顿定律;两次身体碰撞 - 散射在实验室和大规模框架中心;中央力量运动;相对论的特殊理论 - 洛伦兹的转化,相对论运动学和质量 - 能量等效;广义坐标,拉格朗日和哈密顿式配方,动作方程以及对简单问题的应用。量子力学的假设;不确定性原则; Schrodinger方程;一,二维和三维潜在问题;盒子中的粒子,通过一维电势屏障的传播,谐波振荡器,氢原子。电磁学:库仑定律,高斯定律,多极扩展,物质的电场,泊松和拉普拉斯方程,诱导的偶极子,极化,电位移,线性介电介质。Lorentz Force Law,Biot-Savart定律,B的差异和卷曲,磁载体电位,磁化,线性和非线性培养基。时间变化的领域,麦克斯韦方程和保护法;法拉第的感应定律,磁场中的能量,麦克斯韦的位移电流,波动方程,连续性方程,poynting的定理,电磁波,波动方程,真空和物质中的EM波,吸收和分散。
摘要:研究加速框架中单个量子粒子(即量子波包)的层析成像。我们在移动参考系中写出薛定谔方程,其中加速度在空间中均匀分布,并且是时间的任意函数。然后,我们将这个问题归结为在存在均匀力场但具有任意时间依赖性的情况下,惯性框架中波包的时空演化研究。我们证明了高斯波包解的存在,其中位置和动量不确定性不受均匀力场的影响。这意味着,与无力运动的情况类似,不确定性乘积不受加速度的影响。此外,根据埃伦费斯特定理,波包质心根据粒子受到均匀加速度影响的经典牛顿定律移动。此外,与自由运动一样,波包在配置空间中表现出衍射扩散,但在动量空间中则没有。然后利用Radon变换确定加速框架中高斯态演化的量子断层扫描图,最后利用相关断层扫描空间中的光学和单纯形断层扫描图演化来表征加速框架中的波包演化。
埃尔卡米诺学院课程大纲记录 – 已批准 I. 课程信息 主题:物理 课程编号:1A 描述性标题:固体力学 部门:自然科学 系:物理学 课程学科:物理学 目录说明:这是四学期微积分物理课程的第一门课程,专为工程和物理科学专业的学生设计。本课程侧重于固体力学,主题包括静力学、运动学、牛顿定律、能量、功率、线性和角动量、旋转动力学、弹性、简谐运动和引力。入学条件:先决条件:一年高中物理或物理 2A 和数学 190,最低成绩为 C 课程长度:全学期 讲座小时数(每周):3 小时 实验室(每周):3 小时 课外学习小时数:7 小时 总小时数:108 课程学分:4 评分方法:仅字母等级 学分状况:学分、学位适用 转学 CSU:是 生效日期:1992 年 7 月 转学 UC:是 生效日期:通识教育:ECC:领域 1 - 自然科学 学期:其他:CSU GE:领域 B1 - 物理宇宙及其生命形式:物理科学,领域 B3 - 物理宇宙及其生命形式:实验室活动 学期:其他:IGETC:领域 5A - 物理科学 学期:其他:
国防部 STARBASE 重点关注小学生,主要是五年级学生。目标是激励他们在继续教育的同时探索科学、技术、工程和数学(STEM)。该计划旨在为那些在 STEM 教育中历来代表性不足的学生提供服务。目标群体是居住在城市或农村的学生、社会经济条件较差、学业成绩较差或有残疾的学生。该计划鼓励学生。 设定目标并实现它。该项目通过探究式课程及其“动手实践、激发思维”的体验式活动吸引学生参与。他们学习牛顿定律和伯努利原理,了解太空的奇妙和物质的特性。孩子们使用计算机设计空间站、全地形车和潜水器,对科技着迷不已。数学贯穿整个课程,学生使用公制测量、估算、计算和几何来解决问题。强调团队合作,因为他们一起探索、解释、阐述和评估概念。军事志愿者通过带队参观和讲授在不同环境和职业中运用 STEM 的课程,将抽象的原理应用到现实世界的情况中。由于这些学院位于军队的不同军种,因此这种体验非常多样化。学生可以讨论如何扑灭化学火灾,了解如何运送伤员,探索 C-17 的驾驶舱,甚至潜艇的内部。学院与学区合作以支持他们的学习目标标准。一位参加国防部 STARBASE 项目的老师说:“STARBASE 教授科学和数学的方式让我们希望能有时间、资源和经验在普通课堂上学习。这是一种体验式、探索性的学习,与标准直接相关。”
回顾该学科的创立历史,大约从 1900 年到 1930 年代中期,涉及数十位物理学家甚至一些数学家的工作,涉及许多实验和观察,以及许多错误的开始和停止,我们将微积分呈现为既成事实,然后回溯以填补我们的理解。不过,读者一开始就应该明白,这种微积分有大量的实验依据。在这个开场讲座中,我们通过一个例子对比了经典力学和量子力学。这个例子清楚地说明了牛顿定律所表达的经典世界观与量子力学规则所表达的现代世界观之间的差异。谐振子是典型的物理系统,因此,对它的分析,无论是经典的还是量子的,都是该学科的原型。在本讲座中,我们将回顾谐振子的经典处理,并概述量子处理。量子处理似乎是临时的、没有动机的,应该会引起一些不安,甚至困惑。读者会看到,经典处理的方法和结果的极端简单性与量子处理的复杂性形成鲜明对比。事实上,虽然经典处理的应用和含义从数学本身就很明显,但量子处理的方法和结果却需要解释和阐释。我们在这里给出了量子处理的标准解释,但读者会发现,我们的解释虽然内部连贯,但却没有动机。这种解释是在数年的时间里与量子力学机制本身的发展同时发展起来的,但读者应该知道其他解释也是可能的。在本讲座的最后,我们将深入探讨一些围绕量子力学解释的基础问题。这与我们在本书中的其余部分的做法有所不同,在其余部分中,形式主义的发展优先于哲学问题。1 尽管如此,我们希望读者从一开始就意识到,量子力学的世界观与经典的世界观截然不同,留下了许多深刻的哲学问题。欢迎来到量子世界!
目标 • 增强物理学基础知识及其与机械工程流相关的应用。 • 让学生熟悉用于研究/确定材料各种性质的各种实验装置和仪器。 单元 I - 物质的力学和性质 9 基本定义 - 牛顿定律 - 力 - 解牛顿方程 - 约束和摩擦 - 圆柱和球坐标 - 势能函数 - 保守力和非保守力 - 中心力 - 角动量守恒 - 非惯性参考系 - 旋转坐标系 - 向心加速度和科里奥利加速度 - 弹性 - 应力-应变图 - 梁弯曲 - 悬臂凹陷 - 杨氏模量测定 - I 型梁。第二单元 - 晶体物理学 9 基础 – 晶格 - 对称操作和晶体系统 - 布拉维晶格 - 原子半径和填充率 - SC、BCC、FCC、HCP 晶格 - 米勒指数 - 晶体衍射 - 倒易晶格 - 解释衍射图案 - 晶体生长技术-切克劳斯基和布里奇曼,晶体缺陷。 第三单元 - 材料物理学 9 固溶体 - 休谟-罗瑟里规则 – 吉布斯相规则 - 二元相图 - 等温体系 - 连接线和杠杆规则 - 共晶、共析、包晶、包析、偏晶和同晶体系 - 微观结构的形成 - 均匀和非均匀冷却 – 成核 - 铁碳相图 - 共析钢 - 亚共析钢和过共析钢 – 扩散 - 菲克定律 – TTT 图。单元 IV - 工程材料与测试 9 金属玻璃 - 制备和性能 - 陶瓷 - 类型、制造方法和性能 - 复合材料 - 类型和性能 - 形状记忆合金 - 性能和应用 - 纳米材料 - 自上而下和自下而上的方法 - 性能 - 抗拉强度 - 硬度 - 疲劳 - 冲击强度 - 蠕变 - 断裂 - 断裂类型。 单元 V - 量子物理 9 黑体问题 - 普朗克辐射定律 - 光的二象性 - 德布罗意假设 - 物质波的性质 - 波包 - 薛定谔方程(时间相关和时间无关) - 玻恩解释(波函数的物理意义) - 概率流 - 算子形式(定性) - 期望值 - 不确定性原理 - 盒子中的粒子 - 特征函数和特征值 - 狄拉克符号(定性)。
MM-102:工程材料概论工程材料简介、其范围和在工业发展中的作用、工程材料的原材料:其可用性和需求、工程材料基础:原子键、金属晶体结构、聚合物、陶瓷、复合材料和半导体材料简介。金属、聚合物、陶瓷、复合材料和半导体材料的加工、特性和应用。新型工程材料简介,例如形状记忆材料、智能材料、电气、磁性和光学材料。航空航天和运输工业的材料。实验室活动 ME-101:工程力学粒子静力学:平面上的力;牛顿第一定律,自由体图;空间中的力(矩形分量);空间中粒子的平衡。粒子运动学:粒子的直线和曲线运动;速度和加速度的分量;相对于平动框架的运动。粒子动力学:牛顿第二定律;动态平衡;直线和曲线运动;功和能量;粒子的动能;功和能量原理;能量守恒定律;冲量和动量;冲量和动量守恒定律;直接和斜向冲击;角动量守恒定律。刚体:力的等效系统;传递性原理;力的矩;偶;瓦里尼翁定理。三维物体的重心和体积的质心。转动惯量、回转半径、平行轴定理。刚体平衡:自由体图;二维和三维平衡;支撑和连接的反应;二力和三力物体的平衡。刚体运动学:一般平面运动;绝对和相对速度和加速度。刚体的平面运动:力和加速度;能量和动量;线动量和角动量守恒定律。摩擦:干摩擦定律;摩擦角;楔子;方螺纹螺钉;径向和推力轴承;皮带摩擦。结构分析:内力与牛顿第三定律;简单和空间桁架;接头和截面;框架和机器。电缆中的力。PH-122:应用物理学简介:科学符号和有效数字。实验测量中的误差类型。不同系统中的单位。图形技术(对数、半对数和其他非线性图形)矢量:矢量回顾、矢量导数。线和表面积分。标量的梯度。力学:力学的极限。坐标系。恒定加速度下的运动、牛顿定律及其应用。伽利略不变性。匀速圆周运动。摩擦力。
序言 量子技术是一种新兴的范式,有望在未来几十年颠覆和革新计算、通信和传感。考虑到巨大的战略潜力和研究中意想不到的突破的可能性,仅来自各国政府的全球投资就超过 400 亿美元。在印度的背景下,印度政府的国家量子任务是加速该国在此领域研究的决定性一步。为了完成任务的任务,印度需要通过立即采取教学和培训措施来培养一支高技能的劳动力队伍。对这些劳动力进行的培训必须使他们达到全球标准,并同时满足量子技术发展的多学科需求——从核心硬件和后端工程支持到密码学和机器学习算法。因此,为了在印度创建一个蓬勃发展的量子培训生态系统,必须在本科和研究生阶段引入专门的课程,以及为参与本科和研究生教育的教职员工和教师开设课程。虽然具有国家重要性的机构已经开始了这方面的计划,但将这种培训扩展到全国更多的机构,使国家能够利用大量的学生资源,然后他们可以参与这项任务,加速实现目标。在此背景下,我们提出了本科阶段量子技术辅修课程的课程结构。在这里,我们认为量子技术包括所有四个垂直领域——量子计算和模拟、量子通信和密码学、量子传感、量子材料和设备。我们提出的课程至少涵盖 18 个学分。我们在这个课程中提出了理论和实验课程。我们假设每门课程为 3 个学分(1 个学分相当于理论课程每周 1 小时的课堂接触时间或实验课程 1 节 3 小时的实验室课程),从而使辅修课程至少涵盖 6 门课程。我们建议课程总学分超过 30 个学分,任何特定机构都可以根据该机构的教师情况从中选择 18 个学分。但是,为了保留辅修课程的核心任务,我们建议将几门课程设为必修课。我们相信,课程的这种灵活性将使机构能够轻松地开始在量子技术的一个或多个垂直领域培训学生。我们还认为,许多列出的课程也可以被不选择量子技术辅修课程的学生选为选修课。我们还鼓励机构和学生尽可能采用基于项目的学习方法,以增强课程的影响力。我们在设计课程时考虑到了机构的多样性以及不同的工程学科。我们相信所有工程学科的学生都可以从第三或第四学期开始选修这个辅修课程(假设 8 学期或 4 年制本科课程为标准格式)。选修这门课程的学生需要熟悉基础工程数学(基础线性代数、复数、概率和统计)和高中物理(牛顿定律、光学、热力学),以及编程基础知识(简单的算术运算,
课程背景 统计力学解释热力学并能够根据分子计算材料特性。 当热力学刚刚发展起来时,人们并不知道物质是由分子组成的!因此,热力学定律的起源也是未知的。 (1) 热力学并没有告诉我们定义材料的状态函数是什么,E(S,V,N) 还是 F(T,V,N) 还是 G(T,P,N) 还是 H(S,P,N) 等。这些函数是热力学定律的输入数据,必须针对每种材料进行测量。我们不能使用热力学来计算这些函数。 (2) 热力学也没有基本的微观基础——它基于经验假设。第二定律和熵特性的存在基于经验假设,通常是“热量不会自发地从一个物体流向另一个更热的物体。”为什么这是真的?热力学无法回答这个问题。统计力学给出了答案,而且非常简单。1874 年,奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼 (Ludwig Boltzmann) 提出了著名的熵假说,将宏观(热力学)世界与微观世界联系起来:𝑆= 𝑘 𝐵 𝑙𝑛 Γ 。其中 Γ 是可能状态的数量(与约束条件一致),𝑘 𝐵 是玻尔兹曼常数。因此,我们所要做的就是计算分子可能处于多少种状态,这就可以得出熵(从中可以得到所有其他热力学函数,如 F、G、H、Ω )。因此,如果分子是已知的(因此它们的相互作用也是已知的,等等),那么就可以得到所有的热力学函数,并且可以预测所有材料在不同过程中的性质和行为。第二定律 ΔS 宇宙 > 0 是玻尔兹曼假设的必然结果,也是合乎逻辑的。很明显,这一定律完全是材料分子性质的结果。它解释了时间之箭,这是牛顿和量子力学基本自然定律中缺失的,这些定律表现出 t→-t 不变性(想象一下台球桌上两个球的碰撞——如果你倒着播放这部电影,你不会知道,因为牛顿定律仍然适用)。基于分子的工程设计。因此,统计力学提供了微观和宏观、分子世界和材料世界之间的联系。因此,它为现代分子工程时代打开了大门,这是化学工程的现在和未来的核心。统计力学使我们能够设计分子(甚至构建全新的分子,如聚合物),这些分子将构成具有所需特性的新材料,构建利用分子应用于传感和其他新技术的纳米级设备,或了解活细胞中的分子机制,从而指导疾病的治疗和预防。统计分析的计算技术。当然,统计力学是关于统计学。它是统计分析的科学,其概念和工具旨在分析和理解涉及大量变量的复杂随机过程。当今用于解决涉及大量变量的统计问题的计算方法库主要诞生于统计力学领域。如今,这些方法不仅用于分子系统的研究,还用于从大脑神经回路到人工智能再到数据科学的各种应用。