Кафедра общей физики предлагает следующие темы курсовых

Кафедра общей физики предлагает следующие темы курсовых работ
для студентов второго курса на 2010/2011 уч. год
1. Методика преподавания физики
(доктор физ.-мат. наук, профессор Владимир ИвановичНиколаев)
Методологические работы в общем курсе физики по темам

Метод аналогий в общем курсе физики

Обратные задачи в общем курсе физики

Задачи-«капканы» в общем курсе физики
2. Эффект Грейзена-Зацепина-Кузьмина и космические лучи в области сверхвысоких
энергий (доктор физ.-мат. наук, профессор Леонид Григорьевич Деденко, к. 4-54,
939-34-38, или корпус высоких энергий, 939-24-37)
Предлагается представить обзоры энергетического спектра космических лучей в области
энергий 1019 ─ 2∙1020 эВ и теплового спектра реликтовых фотонов по материалам статей.
Рассмотреть взаимодействия этих реликтовых фотонов с протонами в области сверхвысоких
энергий космических лучей. Получить формулу для энергии протонов, при которой начинаются
процессы фоторождения пионов (эффект Грейзена-Зацепина-Кузьмина).
3. Глобальная навигационная спутниковая система (докт. физ.-мат. наук, профессор
Леонид Григорьевич Деденко, к. 4-54, 939-34-38, или корпус высоких энергий 939-24-37)
Представить обзор спутниковых навигационных систем по материалам статей и сайтов в
интернете. Получить формулы и сделать оценки изменения темпа хода часов на спутниках из-за
изменения гравитационного потенциала на орбите спутников и лоренцевского замедления
времени из-за движения спутников относительно часов на поверхности Земли.
4. Рамка с током в магнитном поле (доктор физ.-мат. наук, доцент Владимир Иванович
Козлов)
Исследуются кинематические, динамические и энергетические характеристики движения
рамки с током в магнитном поле, в частности, потенциальная функция тока.
5. Радиоспектроскопия магнитных материалов (доктор физ.-мат. наук, доцент
Владимир Иванович. Козлов)
Ознакомление с физическими основами магнитного резонанса, основами техники
наблюдения резонансных эффектов в магнитных материалах. Представление об электронном
парамагнитном резонансе (ЭПР), ферромагнитном резонансе (ФМР), антиферромагнитном
резонансе (АФМР), спин-волновом резонансе (СВР), резонансе магнитостатических волн (МСВ),
ядерном магнитном резонансе (ЯМР). Возможности радиоспектроскопии в определении
важнейших характеристик магнитных материалов: намагниченности, анизотропии,
однородности и др.
6. Компьютерное сопровождение лекционных демонстраций (канд. физ.-мат. наук,
доцент Сергей Борисович Рыжиков, кабинет физических демонстраций, 939-10-81)
Большинство лекционных демонстраций имеет качественный характер. Однако многие из
них допускают компьютерное моделирование происходящих в них процессов. Например,
известно, что двигатель Стирлинга имеет ограниченное число режимов работы в зависимости от
температур нагревателя и холодильника и от нагрузки. Рассмотрев конкретную модель двигателя
с заданными параметрами теплообменника, можно рассчитать изменение давлений в цилиндрах,
найти оптимальные условия работы двигателя. Конкретная демонстрация для компьютерного
моделирования выбирается при собеседовании со студентом, желающим выполнить подобную
работу.
1
7. Создание настольной демонстрационной установки «Маятник Фуко» (канд.
физ.-мат. наук, доцент Михаил Владимирович Семёнов, кабинет физических
демонстраций, 939-11-19).
Целью данной работы является создание настольной демонстрационной установки –
автоколебательного маятника Фуко, и измерение угловой скорости вращения плоскости его
колебаний относительно Земли.
В прошлом году был создан макет установки, но он нуждается в доработке. При дальнейшей
работе над нашим маятником необходимо будет добиться автоколебаний при частоте
возбуждения 50 Гц, что позволит упростить установку, исключив из нее генератор звуковой
частоты и используя питание от обычной сети переменного тока. Необходимо также будет
смонтировать всю установку в виде отдельного модуля на стандартной подставке и снабдить ее
прозрачным ограждением от потоков воздуха, которые искажают движение маятника Фуко при
показе в большой аудитории.
8. Создание учебно-методических комплектов для подготовки школьников к
экспериментальным турам олимпиад высокого уровня по физике
(канд. физ.-мат. наук, ст. преп. Алексей Александрович Якута, кабинет физических
демонстраций, 939-11-19).
9. Разработка компьютерных модельных демонстрационных программ по теме
«Электростатика» (ассистент Юрий Владимирович Старокуров, кабинет
физических демонстраций, 939-11-19).
10. Исследование свойство однодорожечного кода Грея (канд. физ.-мат. наук, ассистент
Давид Эдгарович Харабадзе, кабинет физических демонстраций)
Для создания абсолютных цифровых датчиков угла в настоящее время широко применяется
код Грея. Для упрощения конструкции и повышения ее надежности код Грея заменяется
однодорожечным кодом Грея. Теоретическая часть курсовой работы состоит в исследовании
свойств однодорожечного кода Грея. В частности, путей повышения точности датчика угла.
Экспериментальная часть курсовой работы состоит в создании усовершенствованного датчика
угла, сопрягаемого с персональной ЭВМ и внедрении его в задачи раздела "Механика" общего
физического практикума.
11. Моделирование виртуальных приборов в системе LabVIEW для учебного процесса
(канд. физ.-мат. наук, ассистент Нина Геннадьевна Ананьева, к. 5-51А, 939-14-39).
 Моделирование реальных приборов (определенных типов вольтметров, осциллографов,
генераторов напряжения и т.д.) на компьютере на языке графического программирования
LabVIEW для знакомства работы с приборами и создания виртуальных установок при домашней
подготовке к практикумам. Например, создать виртуальный аналог осциллографа С1-65А для 4
задачи ВТЭК.
 Создание измерительных модулей, сопряженных с компьютером (на базе LabVIEW) - для
автоматизации задач практикумов. Например, измерение температуры (термопарой или
терморезистором), автоматизированный сбор результатов и их обработка.
12. Нелинейная оптика фотонных кристаллов
(доктор физ.-мат. наук, профессор Борис Иванович Манцызов, 939-34-38)
Ознакомление с различными линейными и нелинейными оптическими явлениями,
возникающими при взаимодействии лазерного излучения с периодическими структурами, или
фотонными кристаллами: нелинейные уединенные волны, генерация нелинейных сигналов,
дифракционно-индуцированное деление импульсов, оптика фотонных кристаллов из
метаматериалов. Описание некоторых из этих задач можно найти в книге - Б.И.Манцызов
«Когерентная и нелинейная оптика фотонных кристаллов» (М., Физматлит, 2009).
2
13. Мёссбауэровская спектроскопия локально неоднородных систем
(доктор физ.-мат. наук профессор Вячеслав Серафимович Русаков,
кандидат физ.-мат. наук доцент Наталия Игоревна Чистякова к.1-38, 939-23-88)




Предлагается экспериментальная работа по одной из следующих тем:
Сверхтонкие взаимодействия и параметры мессбауэровского спектра.
Мёссбауэровский фазовый анализ.
Мёссбауэровские исследования структурного и валентного состояния атомов.
Мёссбауэровские исследования наносистем.
14. Оптическая спектроскопия материалов опто и микроэлектроники
(доктор физ.-мат. наук доцент Лев Павлович Авакянц,
к. 1-37, 939-23-88, lpamail@gmail.com, pavel_bokov@rambler.ru)
 Квантово-размерные эффекты в полупроводниковых гетероструктурах (доцент
Лев Павлович Авакянц)
Новый этап в развитии полупроводниковой опто- и микроэлектроники связан с применением
квантово-размерных гетероструктур, в том числе, дельта-легированных наноструктур, структур с
квантовыми ямами и сверхрешёток. Согласно теоретическим расчетам, локализация электронов
и фононов в таких структурах должна уменьшать электрон-фононное взаимодействие и тем
самым приводить к повышению подвижности электронов, а значит и быстродействия устройств
на их основе. Исследования изменений оптических свойств полупроводниковых наноструктур
вследствие квантово-размерных эффектов имеют фундаментальный характер и важны для
понимания физики локализованных состояний.
 Комбинационное рассеяние (КР) света в материалах опто- и микроэлектроники
(с.н.с. Анатолий Васильевич Червяков)
Актуальность исследования материалах опто и микроэлектроники методом КР обусловлена
тем, что основные тенденции современной электроники направлены на создание
полупроводниковых приборов с размерами порядка нескольких нанометров (в том числе и
интегрированных в микросхемы), диагностика которых традиционными методами (например,
эффект Холла) оказывается затруднительной. Анализ линий КР позволяет получать информацию
о структурных (степень совершенства кристаллической решетки, размеры нанокристаллов) и
электрофизических (концентрация свободных носителей и их подвижность) свойствах
приповерхностных слоев.
 Модуляционная спектроскопия полупроводниковых гетероструктур (ст.преп.
Павел Юрьевич Боков)
Исследования полупроводниковых структур методами фотолюминесценции и
спектроскопии поглощения сопряжены, как правило, с использованием низкотемпературной
(вплоть до жидкого гелия) техники. Поэтому в последнее время все большую популярность
приобретают методы модуляционной спектроскопии, особенно, электро и фотоотражение (ФО).
Метод спектроскопии фотоотражения позволяет бесконтактно определять величины встроенных
электрических полей и особенности их пространственного распределения в полупроводниковых
структурах, давать оценки концентрации носителей. Этот метод особенно интересен для
исследования квантово-размерных эффектов в полупроводниковых структурах, так как он
позволяет определять энергии межзонных переходов даже при комнатной температуре.
15. Спектроскопическое
исследование
межмолекулярных
взаимодействий
конденсированных средах
(канд. физ.-мат. наук доцент Виктор Илларионович Южаков, к. 1-82, 939-36-90)
в
Экспериментальное изучение спектров поглощения и люминесценции растворов
органических красителей с помощью оптических приборов. Проявления межмолекулярных
взаимодействией (агрегация молекул, влияние растворителя, перенос энергии электронного
возбуждения) в спектрально-люминесцентных характеристиках. Обзор литературы по основным
спектроскопическим проявлениям межмолекулярных взаимодействий.
3
16. Применение спектральных методов в экологических исследованиях
(канд. физ.-мат. наук ст. преп. Светлана Викторовна Пацаева, к. 1-82, 939-36-90,
spatsaeva@mail.ru)



Экспериментальная работа по одному из направлений:
Применение люминесцентных методов для изучения сложных природных комплексов,
Применение спектральных методов для мониторинга загрязнений воды и почвы,
Флуоресценция микроорганизмов.
17. Изменения фотосинтетического аппарата зелёного листа в онтогенезе.
Метод медленной индукции флуоресценции (МИФ).
(канд. физ.-мат. наук ст. преп. Инна Борисовна Полякова)
Работа посвящена теоретическому изучению устройства и работы фотосинтетического
аппарата листьев, влиянию различных факторов на эффективность его функционирования, в т.ч.
в процессе роста и дифференцировки. Изучение метода медленной индукции флуоресценции
(МИФ) как способа оценки работы фотосинтетического аппарата в процессе роста растений.
Обзор литературы.
18. Изучение наноалмазов оптическими методами
(канд. физ.-мат. наук ст. преп. Светлана Викторовна Пацаева, к. 1-82, 939-36-90,
spatsaeva@mail.ru)
Наноалмазы (ультрадисперсные алмазы) можно рассматривать как специфический
наноуглеродный материал, входящий в обширное и все более популярное семейство
наноуглеродных кластеров, состоящее из фуллеренов, нанотрубок, графенов. Алмазные
наночастицы обладают уникальными различными физико-химическими свойствами. Они могут
быть использованы для создания композиционных материалов, элементов наноэлектроники,
селективных адсорбентов и катализаторов, объектов медико-биологического использования.
Предлагается выполнить обзор литературы и экспериментальную работу по изучению
оптических свойств наноалмазов.
19. Статические магнитные структуры в тонких плёнках с одноосной анизотропией
(канд. физ.-мат. наук доцент Екатерина Викентьевна Лукашёва)
20. Получение тонких пленок методом Ленгмюра-Блоджетт (канд. физ.-мат. наук с.н.c
Сергей Николаевич Усманов)
Экспериментальная работа посвящена решению одной из задач нанотехнологии встраиванию молекул в различные упорядоченные структуры. Экспериментальная работа, цель
которой получение на поверхности жидкой фазы в Ленгмюр-Блоджетт ванне монослоя молекул и
осаждения на твердые подложки.
21. Получение магнитных структур в тонких анизотропных пленках феррит-гранатов
(канд. физ.-мат. наук с.н.c Сергей Николаевич Усманов)
Экспериментальная работа посвящена получению различных магнитных структур в
анизотропных монокристаллических пленках феррит-гранатов, наблюдению с помощью
магнитоооптических эффектов поведения магнитных структур при воздействии внешнего
магнитного поля.
22. Исследование новых низкоразмерных магнитных материалов (канд. физ.-мат. наук,
доцент НиколайЕгорович Сырьев, м.н.с. Виктория Евгеньевна Буравцова, к. 1-81,
939-33-79).
Искусственно созданные наномультислойные структуры — многослойные магнитные
пленки металл-полупроводник с толщинами слоев в нанометровом диапазоне представляют
большой интерес для различных технологических применений и для фундаментальной физики.
4
Физические свойства наномультислойных систем, где толщина слоев порядка нескольких
нанометров, во многом определяются структурой и интерфейсными явлениями, в частности
непосредственными контактами между металлическими слоями, а также процессами диффузии
на границе раздела разнородных фаз, приводящими к образованию соединений
металл-полупроводник. Поэтому значительный интерес для исследования магнитных
наноструктур представляют магнитооптический метод и метод ФМР, так как они чувствительны
к изменениям магнитной и электронной структур, к наличию новых магнитных фаз, к
характерным размерам, форме и топологии нано-неоднородностей.
23. Черенковское излучение и его использование при создании мощных генераторов
микроволн (доктор физ.-мат. наук, профессор Александр Иванович Слепков,
939-30-38, кабинет физических демонстраций).
Теоретическая работа. Относится к области высокочастотной релятивистской электроники.
Основная идея состоит в том, что при определенных условиях в электродинамической структуре
может распространяться электромагнитная волна со скоростью меньшей скорости света, если
поток электронов будет иметь скорость больше скорости этой волны, то будет наблюдаться
излучение (черенковское) электронов. Этот эффект используется для создания генераторов
когерентного микроволнового излучения. Работа может состоять в написании теоретического
обзора, моделировании процессов взаимодействия электронного потока с полями
электродинамических структур с помощью разработанных ранее теоретических методов,
создании собственных программ численного моделирования.
24. Численное
моделирование
пространственно
развитых
периодических
электродинамических структур (доктор физ.-мат. наук, профессор Александр
Иванович Слепков 939-30-38, кабинет физ. демонстраций, aislepkov @physics.msu.ru;
канд. физ.-мат. наук, доцент Александр Семёнович Нифанов, 939-44-78, 939-14-41
учебная часть).
Теоретическая работа. Относится к области высокочастотной релятивистской электроники.
Предмет исследования – изучение колебаний и волн электромагнитного поля в периодических
электродинамических структурах с поперечными размерами, превышающими длину волны.
Работа может состоять в написании обзора используемых в электродинамике численных
методов, моделировании полей с помощью разработанных ранее теоретических методов,
создании собственных программ для численного моделирования.
25. Магнитные носители информации
(доктор физ.-мат. наук, профессор Петр Александрович Поляков, к. 5-52а)
26. Задача двух тел в релятивистской электродинамике
(доктор физ.-мат. наук, профессор Петр Александрович Поляков, к. 5-52а)
27. Аналитические методы решения задач электростатики и магнитостатики (доктор
физ.-мат. наук, профессор Петр Александрович Поляков, к. 5-52а)
28. Пондеромоторные силы
(кандидат физ.-мат. наук, ассистент Наталья Енчуновна Русакова)
29. Магнитные биосенсоры
(кандидат физ.-мат. наук, ассистент Дмитрий Вениаминович Вагин)
30. Самоорганизация магнитных систем
(кандидат физ.-мат. наук, ст. преп. Олег Петрович Поляков)
5
31. Экспериментальные методы создания наноразмерных объектов (доктор физ.-мат.
наук, старший научный сотрудник В.В.Попов, корпус коллективного пользования,
тел.222-30-86)
 Динамическая силовая литография как метод создания поверхностных рельефных микро- и





наноструктур.
Формирование высокоэффективных дифракционных оптических элементов (ДОЭ) методами
электронно-лучевой литографии.
Исследование параметров дифракционных оптических элементов с помощью методов
сканирующей зондовой микроскопии.
Расчет, изготовление и исследование оптических свойств субволновых микроструктур.
Реализация цифровых голограмм методами микролитографии.
Исследование фотолитографического и электрохимического методов формирования
рельефных микроструктур.
32. Теоретическое исследование формирования магнитных наноструктур на
поверхности металлов (канд. физ.-мат. наук ассистент Андрей Леонидович Клавсюк
klavsyuk@physics.msu.ru,канд. физ.-мат. наук ассистент Сергей Владимирович Колесников,
корпус коллективного пользования к. 202, тел. 8(915)469-79-34 )
На данный момент, наиболее перспективным и экономически выгодным методом создания
наноструктур видится самоорганизация наноструктур. Идея метода очень проста: необходимо
просто напылить атомы ферромагнетика на металлическую подложку и поместить образец на
некоторое время в специально подобранные условия. В результате, чего требуемые
наноструктуры образуются сами без видимых усилий со стороны человека! Однако реализовать
эту идею на практике оказывается не так-то просто. Оказывается, что эволюция системы атомов
на поверхности металла зависит от большого числа факторов, каждый из которых требует
подробнейшего исследования.
Данная работа основана на совместном использовании метода молекулярной динамики (МД) и
кинетического метода Монте-Карло (КММК). Важно отметить, что, несмотря на свою
актуальность, данная работа не требует от студента 2-го курса знания квантовой механики и
представляется вполне посильной. От студента также не требуется специальных навыков
программирования, т.к. все вычисления планируется проводить на уже написанных
программных кодах.
33. Теоретическое исследование взаимодействия СТМ иглы с наноструктурами (канд.
физ.-мат. наук ассистент Андрей Леонидович Клавсюк klavsyuk@physics.msu.ru,канд.
физ.-мат. наук ассистент Сергей Владимирович Колесников, корпус коллективного
пользования к. 202, тел. 8(915)469-79-34 )
С изобретением сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), а так же других видов
сканирующих микроскопов открылась возможность изучать локальные характеристики с
пространственным разрешением в наноразмерном масштабе, недоступные для других методик.
Однако в некоторых случаях экспериментальные результаты СТМ отличаются от свойств
наноструктур в действительности. Данное изменение свойств наноструктур связано с сильным
взаимодействием с СТМ иглой. Таким образом, теоретическое исследование взаимодействия
СТМ иглы с наноструктурами на сегодняшний день является актуальной и востребованной
задачей. Теоретические исследования в данном направлении способны объяснить, в каких
случаях СТМ эксперименты близки к реальности, а в каких - нет.
34. Исследование эффекта фокусировки атомов при эмиссии с поверхности
монокристаллов (канд. физ.-мат. наук, доцент Владимир Николаевич Самойлов, к.
5-52а, 939-14-35)
Предлагается сделать обзор литературы по теме и/или провести расчеты с использованием
имеющегося пакета компьютерных программ с целью выяснить новые особенности фокусировки
6
атомов при их эмиссии с поверхности. Самостоятельное развитие компьютерных программ
расчета и любая инициатива приветствуются.
38. Аналитические и численные расчеты функции распределения распыленных атомов
(канд. физ.-мат. наук, доцент Владимир Николаевич Самойлов, к. 5-52а, 939-14-35)
Обзор литературы по теме и/или провести расчеты функции распределения распыленных
атомов по энергии и углам вылета с использованием разработанных аналитических методов или
численными методами для случаев двухкомпонентных мишеней и для трехмерного случая
эмиссии. Требования к студентам: способности к аналитическим расчетам
39. Расчеты трения скольжения на атомном уровне (канд. физ.-мат. наук, доцент
Владимир Николаевич Самойлов, к. 5-52а, 939-14-35)
Предлагается сделать обзор литературы по теме и/или провести расчеты с использованием
имеющегося пакета компьютерных программ (расчеты будут проводиться на мощных
компьютерных кластерах в Германии) с целью выяснить особенности трения скольжения
гладких поверхностей, в частности в присутствии молекул любриканта.
40. Исследование адгезии поверхностей на атомном уровне (канд. физ.-мат. наук,
доцент Владимир Николаевич Самойлов, к. 5-52а, 939-14-35)
Обзор литературы по теме и/или провести расчеты с использованием имеющегося пакета
компьютерных программ (расчеты будут проводиться на мощных компьютерных кластерах в
Германии) с целью выяснить особенности притяжения (адгезии) поверхностей друг к другу.
Необходимо рассчитать силу, которую необходимо приложить к поверхностям, чтобы
предотвратить их слипание.
41. Исследование смачивания и несмачивания поверхностей жидкостями (канд.
физ.-мат. наук, доцент Владимир Николаевич Самойлов, к. 5-52а, 939-14-35)
Расчеты с использованием имеющегося пакета компьютерных программ (расчеты будут
проводиться на мощных компьютерных кластерах в Германии) с целью выяснить особенности и
причины смачивания и несмачивания поверхностей жидкостями на атомном уровне.
42. Расчеты коэффициента теплового расширения наночастиц (канд. физ.-мат. наук,
доцент Владимир Николаевич Самойлов, к. 5-52а, 939-14-35)
Предлагается провести расчеты с использованием имеющегося пакета компьютерных
программ с целью выяснить особенности теплового расширения наночастиц на атомном уровне.
Проведение детального анализа литературы по теме приветствуется.
Зав. кафедрой общей физики
профессор
А.М.Салецкий
7