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. 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, 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, 4 MB) (version 24.08.20)

Kapitel 2 (PDF, 3 MB) (version 29.09.20)

Kapitel 3 (PDF, 28 MB) (version 24.10.19)

Kapitel 4 (PDF, 1 MB) (version 24.10.19)

Kapitel 5 (PDF, 5 MB) (version 24.10.19)

Kapitel 6 (PDF, 5 MB) (version 24.10.19)

Podcasts der Vorlesungen finden Sie finden Sie hier

Notizen aus der Vorlesung

Woche 1 Stunden 1 und 2 (PDF, 564 KB)

Woche 1 Stunden 3 und 4 (PDF, 427 KB)

Woche 2 Stunden 1 und 2 (PDF, 945 KB)

Woche 2 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)

Woche 3 Stunden 1 und 2 (PDF, 1 MB)

Woche 3 Stunden 3 und 4 (PDF, 547 KB)

Woche 4 Stunden 1 und 2 (PDF, 852 KB)

Woche 4 Stunden 3 und 4 (PDF, 5 MB)

Woche 5 Stunden 1 und 2 (PDF, 830 KB)

Woche 5 Stunden 3 und 4 (PDF, 602 KB)

Woche 6 Stunden 1 und 2 (PDF, 500 KB)

Woche 6 Stunden 3 und 4 (PDF, 493 KB)

Woche 7 Stunden 1 und 2 (PDF, 163 KB)

Woche 7 Stunden 3 und 4 (PDF, 645 KB)

Woche 8 Stunden 1 und 2 (PDF, 356 KB)

Woche 8 Stunden 3 und 4 (PDF, 722 KB)

Woche 9 Stunden 1 und 2 (PDF, 875 KB)

Woche 9 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)

Woche 10 Stunden 1 und 2 (PDF, 2 MB)

Woche 10 Stunden 3 und 4 (PDF, 2 MB)

Woche 11 Stunden 1 und 2 (PDF, 2 MB)

Woche 11 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)

Woche 12 Stunden 1 und 2 (PDF, 1 MB)

Woche 12 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)

Woche 13 Stunden 1 und 2 (PDF, 1 MB)

Woche 13 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)

Woche 14 Stunden 1 und 2 (PDF, 807 KB)

Woche 14 Stunden 3 und 4 (PDF, 1 MB)

Vorläufiger Plan Inhalt (in Semesterwochen):

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

Woche 2:  Phasen- und Gruppengeschwindigkeit; Dispersion, 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;

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

Gruppen-Einteilung für die Übungen (PDF, 60 KB)

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

Blatt 1 (PDF, 121 KB)

Blatt 2 (PDF, 95 KB)

Blatt 3 (PDF, 134 KB)

Blatt 4 (PDF, 106 KB)

Blatt 5 (PDF, 99 KB)

Blatt 6 (PDF, 108 KB)

Blatt 7 (PDF, 126 KB)

Blatt 8 (PDF, 271 KB)

Blatt 9 (PDF, 158 KB)

Blatt 10 (PDF, 134 KB)

Blatt 11 (PDF, 133 KB)

Blatt 12 (PDF, 143 KB)

Lösungen der Übungsblätter

Blatt 1 (PDF, 155 KB)

Blatt 2 (PDF, 140 KB)

Blatt 3 (PDF, 193 KB)

Blatt 4 (PDF, 159 KB)

Blatt 5 (PDF, 137 KB)

Blatt 6 (PDF, 162 KB)

Blatt 7 (PDF, 153 KB)

Blatt 8 (PDF, 488 KB)

Blatt 9 (PDF, 235 KB)

Blatt 10 (PDF, 202 KB)

Blatt 11 (PDF, 282 KB)

Blatt 12 (PDF, 417 KB)

Praktikum

Informationen zum ergänzenden Praktikum in den Semesterferien nach dem Frühlingssemester finden Sie hier.

Prüfung HS18 mit Lösungen (PDF, 819 KB)