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Dieses Modul gibt eine Einführung in die Grundlagen der modernen Physik, also insbesondere der Relativitätstheorie und der Quantenmechanik. Sie wird im FS fortgesetzt durch PHY141 Physik IV, die speziellere Gebiete der angewandten Quantenmechanik behandelt.
Das Modul besteht aus einer Vorlesung (4 Lektionen pro Woche), wöchentlichen Uebungen (jede Woche zwei Stunden Besprechung). Das Modul wird mit einer Prüfung Anfang Januar abgeschlossen und ergibt im Total 8ECTS.
Lernziele: Am Ende der Veranstaltung sollten Studierende folgende Fähigkeiten erworben haben:
1. Wellen mit Dispersion mathematisch und physikalisch beschreiben können
2. Wellentransport von evaneszenten und propagierenden Wellen unterscheiden können
3. Den Übergang von der Wellenoptik zur geometrischen Optik mathematisch beschreiben können
4. Ursprünge und Anwendungen der Lorentz-Transformationen kennen
5. Die relativistischen Energie-Impuls-Beziehungen kennen und anwenden können
6. Den Zusammenhang zwischen Elektrodynamik und Relativitätstheorie beschreiben können
7. Grundelemente der allgemeinen Relativitätstheorie verstehen
8. Strahlungsgesetze anwenden können und deren Ursprung kennen
9. Den Dualismus von Wellen- und Teilchenbeschreibung auf der mikroskopischen Ebene kennen und anwenden.
10. Die Schrödingergleichung auf Potentialstufen und Potentialtöpfe anwenden können
11. Harmonische Oszillatoren quantenmechanisch beschreiben
12. Drehimpulse quantenmechanisch beschreiben
13. Das Wasserstoff-Atom mit Hilfe der Schrödingergleichung quantitativ beschreiben
Leistungsnachweis:
- genügende Note in der Schlussprüfung. Zusätzlich 60 % der Uebungen sinnvoll bearbeitet
Literatur:
Die in der Vorlesung gezeigten Folien sind unten verfügbar.
Ein Skript zu den Vorlesungen Physik III und IV (PDF, 10 MB) finden Sie hier (Version 08.06.20)
Weitere Literatur:
- Demtröder, Experimentalphysik 3, Springer
- Feynman lectures Band 3, Addison-Wesley
- Mayer-Kuckuck, Atomphysik, Täubner
- McMurray, Quantum Mechanics, Prentice Hall
In der Vorlesung gezeigte Powerpoint Folien:
Kapitel 1 (PDF, 97 MB) (version 30.09.24)
Kapitel 2 (PDF, 4 MB) (version 18.10.24)
Kapitel 3 (PDF, 64 MB) (version 12.07.24)
Kapitel 4 (PDF, 1 MB) (version 12.07.24)
Kapitel 5 (PDF, 5 MB) (version 12.07.24)
Kapitel 6 (PDF, 3 MB) (version 12.07.24)
Podcasts der Vorlesungen finden Sie finden Sie hier aus dem HS20 und hier fortlaufend aus dem HS24
Notizen aus der Vorlesung
Woche 1 Stunden 1 und 2 (PDF, 476 KB)
Woche 1 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)
Woche 2 Stunden 1 und 2 (PDF, 983 KB)
Woche 2 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)
Woche 3 Stunden 1 und 2 (PDF, 507 KB)
Woche 3 Stunden 3 und 4 (PDF, 655 KB)
Woche 4 Stunden 1 und 2 (PDF, 476 KB)
Woche 4 Stunden 3 und 4 (PDF, 261 KB)
Woche 5 Stunden 1 und 2 (PDF, 696 KB)
Woche 5 Stunden 3 und 4 (PDF, 928 KB)
Vorläufiger Plan Inhalt (in Semesterwochen):
Woche 1: Einleitung, Wellengleichungen; Phasen- und Gruppengeschwindigkeit; Dispersion, Diffusionswellen;
Woche 2: Optik; evaneszente Wellen, Interferenz; Der Uebergang zur geometrischen Optik;
Woche 3: Fraunhofer- und Fresnel Beugung; Fourier-Optik; Relativität, Bezugssysteme
Woche 4: Michelson-Morley Experiment, Lorentz-Transformation, Längenkontraktion, Zeit-Dilatation, Relativistische Geschwindigkeit
Woche 5: relativistischer Impuls und Masse, 4er Vektoren, Elemente der relativistischen Elektrodynamik,
Woche 6: Elemente der allgemeinen Relativitätstheorie; Pound-Rebka Experiment, GPS, Gravitationswellen;
Woche 7: Die Grenzen der klassischen Physik; spezifische Wärmen, Strahlungsgesetze, Schwarzkörper-Strahlung und Treibhauseffekt; Die Quantenhypothese und das Planck'sche Strahlungsgesetz;
Woche 8: der Photoelektrische Effekt; der Compton-Effekt; Dualismus von Welle und Teilchen; Elektronenbeugung; Interferenz von Einzelphotonen;
Woche 9: de Broglie-Wellen; die Wellenfunktion; allgemeine Interferenzen, Fourier-Transformationen;
Woche 10: Unschärferelation; Kontinuitätsgleichung für die Wellenfunktion; Die Schrödinger-Gleichung und ihre Interpretation; Operatoren; Eigenwerte;
Woche 11: Der Tunneleffekt; evaneszente Wellen; Anwendungen der Schrödinger-Gleichung im Potentialtopf
Woche 12: Der Tunneleffekt; Der harmonische Oszillator;
Woche 13: Drehimpuls, Kugelfunktionen; Rutherford Streuung; Das Wasserstoff-Atom; Das Bohr-Modell; die Schrödingergleichung im Coulomb-Potential;
Woche 14: Balmer-Serie; Quanten-Zahlen im Wasserstoff-Atom; Zusammenfassung; Fragestunde
Übungsblätter
Einteilung für die Übungsgruppen (PDF, 55 KB)
Näherungen für Naturkonstanten und zahlenmässige Rechnungen (PDF, 78 KB)
Lösungen der Übungsblätter
Praktikum
Informationen zum ergänzenden Praktikum in den Semesterferien nach dem Frühlingssemester finden Sie hier.
