Phy131 Physik III / Moderne Physik I
Inhalt und Unterlagen
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
Die Schlussprüfung ist schriftlich am Di 19.01.2027 von 13:30-15:30 in den Räumen 15G20 und 15G40.
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)
Überarbeitetes Skript Teil PHY131 (PDF, 84 MB) (Version 02.10.26) Teil PHY141 (PDF, 21 MB) (Version 02.10.26)
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, 62 MB) (version 27.07.26)
Kapitel 2 (PDF, 24 MB) (version 27.07.26)
Kapitel 3 (PDF, 54 MB) (version 27.07.26 )
Kapitel 4 (PDF, 94 MB) (version 27.07.26)
Kapitel 5 (PDF, 5 MB) (version 27.07.26)
Kapitel 6 (PDF, 3 MB) (version 27.07.26)
Podcasts der Vorlesungen finden Sie hier aus dem HS25 und hier fortlaufend aus dem HS26
Notizen aus der Vorlesung
Woche 1 Stunden 1 und 2 (PDF, 647 KB)
Woche 1 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)
Woche 2 Stunden 1 und 2 (PDF, 1 MB)
Woche 2 Stunden 3 und 4 (PDF, 970 KB)
Woche 3 Stunden 1 und 2 (PDF, 1 MB)
Woche 3 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)
Vorläufiger Plan Inhalt (in Semesterwochen):
Woche 1: Einleitung, Wellengleichungen;Phasen- und Gruppengeschwindigkeit; Dispersion,
Woche 2: Diffusionswellen; Optik; evaneszente Wellen;Interferenz;
Woche 3: Der Uebergang zur geometrischen Optik, Fraunhofer- und Fresnel Beugung; Fourier-Optik;
Woche 4: Relativität, Bezugssysteme, Michelson-Morley Experiment, Lorentz-Transformation, Längenkontraktion, Zeit-Dilatation,
Woche 5: Relativistische Geschwindigkeit, 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 harmonische Oszillator;Drehimpuls, Kugelfunktionen;
Woche 13: Rutherford Streuung; Das Bohr-Modell; die Schrödingergleichung im Coulomb-Potential; Quanten-Zahlen im Wasserstoff-Atom;
Woche 14: Balmer-Serie; Zusammenfassung; Fragestunde
Übungsblätter
Näherungen für Naturkonstanten und zahlenmässige Rechnungen (PDF, 78 KB)
Einteilung für die Übungsgruppen (PDF, 38 KB)
Lösungen der Übungsblätter
Praktikum
Informationen zum ergänzenden Praktikum in den Semesterferien nach dem Frühlingssemester finden Sie hier.