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, 4371 KB) finden Sie hier (Version 09.08.19)

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, 5307 KB) (version 09.08.19)

Kapitel 2 (PDF, 3562 KB) (version 09.08.19)

Kapitel 3 (PDF, 28203 KB) (version 13.08.19)

Kapitel 4 (PDF, 2532 KB) (version 13.08.19)

Kapitel 5 (PDF, 4418 KB) (version 05.12.18)

Kapitel 6 (PDF, 5298 KB) (version 07.12.18)

Podcasts der Vorlesungen finden Sie hier

Notizen aus der Vorlesung

 

Vorläufiger Plan Inhalt (in Semesterwochen):

Woche 1: Einleitung, Kurzrepetition Thermodynamik, Wellenlehre und Optik

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

Woche 3: Fourier-Optik; Relativität, Bezugssysteme, Michelson-Morley Experiment, Lorentz-Transformation,  

Woche 4: Längenkontraktion, Zeit-Dilatation, Relativistische Geschwindigkeit  Impuls und Masse, 4er Vektoren, Elemente der relativistischen Elektrodynamik, 

Woche 5: Elemente der allgemeinen Relativitätstheorie; Pound-Rebka Experiment, GPS, Gravitationswellen; Die Grenzen der klassischen Physik; spezifische Wärmen, 

Woche 6: Strahlungsgesetze, Schwarzkörper-Strahlung; Die Quantenhypothese und das Planck'sche Strahlungsgesetz; 

Woche 7: der Photoelektrische Effekt; der Compton-Effekt; Dualismus von Welle und Teilchen; Elektronenbeugung; Interferenz von Einzelphotonen; de Broglie-Wellen;

Woche 8:  die Wellenfunktion; allgemeine Interferenzen, Fourier-Transformationen; Unschärferelation; Kontinuitätsgleichung für die Wellenfunktion

Woche 9:  Die Schrödinger-Gleichung und ihre Interpretation; Operatoren; Eigenwerte

Woche 10: Der Tunneleffekt; evaneszente Wellen; Anwendungen der Schrödinger-Gleichung im Potentialtopf

Woche 11: Der harmonische Oszillator; Rutherford Streuung

Woche 12: Das Wasserstoff-Atom; Das Bohr-Modell; die Schrödingergleichung im Coulomb-Potential; Balmer-Serie; Quanten-Zahlen im Wasserstoff-Atom;

Woche 13: Drehimpuls, magnetische Momente; Zeeman-Effekt; Spin; Stern-Gerlach Experiment;

Woche 14:   Zusammenfassung; Fragestunde

Übungsblätter

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.

Prüfung HS18 mit Lösungen (PDF, 819 KB)