Phy131 Physik III / Moderne Physik I

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. Ursprünge und Anwendungen der Lorentz-Transformationen kennen

2. Grundelemente der allgemeinen Relativitätstheorie verstehen

3. Strahlungsgesetze anwenden können und deren Ursprung kennen

4. Den Dualismus von Wellen- und Teilchenbeschreibung auf der mikroskopischen Ebene kennen und anwenden.

5. Die Schrödingergleichung auf verschiedene Probleme anwenden können

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, 5466 KB) finden Sie hier (Version 08.01.20)

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, 4962 KB) (version 27.09.19)

Kapitel 2 (PDF, 3578 KB) (version 10.10.19)

Kapitel 3 (PDF, 29559 KB) (version 24.10.19)

Kapitel 4 (PDF, 1157 KB) (version 24.10.19)

Kapitel 5 (PDF, 5749 KB) (version 24.10.19)

Kapitel 6 (PDF, 5468 KB) (version 24.10.19)

Podcasts der Vorlesungen finden Sie hier

Notizen aus der Vorlesung

Woche 1 Stunden 1 und 2 (PDF, 859 KB)

Woche 1 Stunden 3 und 4 (PDF, 1731 KB)

Woche 2 Stunden 1 und 2 (PDF, 2002 KB)

Woche 2 Stunden 3 und 4 (PDF, 3123 KB)

Woche 3 Stunden 1 und 2 (PDF, 952 KB)

Woche 3 Stunden 3 und 4 (PDF, 952 KB)

Woche 4 Stunden 1 und 2 (PDF, 1076 KB)

Woche 4 Stunden 3 und 4 (PDF, 927 KB)

Woche 5 Stunden 1 und 2 (PDF, 1770 KB)

Woche 5 Stunden 3 und 4 (PDF, 1319 KB)

Woche 6 Stunden 1 und 2 (PDF, 1320 KB)

Woche 6 Stunden 3 und 4 (PDF, 665 KB)

Woche 7 Stunden 1 und 2 (PDF, 1022 KB)

Woche 7 Stunden 3 und 4 (PDF, 784 KB)

Woche 8 Stunden 1 und 2 (PDF, 2138 KB)

Woche 8 Stunden 3 und 4 (PDF, 1398 KB)

Woche 9 Stunden 1 und 2 (PDF, 1328 KB)

Woche 9 Stunden 3 und 4 (PDF, 2179 KB)

Woche 10 Stunden 1 und 2 (PDF, 2302 KB)

Woche 10 Stunden 3 und 4 (PDF, 1940 KB)

Woche 11 Stunden 1 und 2 (PDF, 2398 KB)

Woche 11 Stunden 3 und 4 (PDF, 1931 KB)

Woche 12 Stunden 1 und 2 (PDF, 1551 KB)

Woche 12 Stunden 3 und 4 (PDF, 1834 KB)

Woche 13 Stunden 1 und 2 (PDF, 1389 KB)

Woche 13 Stunden 3 und 4 (PDF, 2065 KB)

Woche 14 Stunden 1 und 2 (PDF, 3149 KB)

Woche 14 Stunden 3 und 4 (PDF, 3524 KB)

Vorläufiger Plan Inhalt (in Semesterwochen):

Woche 1: Einleitung, Schwingungen, gekoppelte Schwingungen, Fourier-Zerlegung; Wellengleichungen;

Woche 2: Phasen- und Gruppengeschwindigkeit; Diffusionswellen; evaneszente Wellen, Optik; elektromagnetische Wellen; Der Uebergang zur geometrischen Optik;

Woche 3: Interferenz; Fraunhofer- und Fresnel Beugung; Fourier-Optik; Polarisation;

Woche 4: Relativität, Bezugssysteme, Michelson-Morley Experiment, Lorentz-Transformation, Längenkontraktion, Zeit-Dilatation,

Woche 5: Relativistische Geschwindigkeit, Impuls und Masse, 4er Vektoren, Elemente der relativistischen Elektrodynamik,

Woche 6: Elemente der allgemeinen Relativitätstheorie; Pound-Rebka Experiment, GPS, Gravitationswellen; Die Grenzen der klassischen Physik; spezifische Wärmen,

Woche 7: 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 Wasserstoff-Atom; Das Bohr-Modell; die Schrödingergleichung im Coulomb-Potential; Balmer-Serie;

Woche 14: Quanten-Zahlen im Wasserstoff-Atom; Zusammenfassung; Fragestunde

Übungsblätter

Gruppeneinteilungen (PDF, 32 KB)

Näherungen für Naturkonstanten und zahlenmässige Rechnungen (PDF, 78 KB)

Blatt 1 (PDF, 125 KB)