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) sowie einem Praktikum als Blockkurs in der vorlesungsfreien Zeit (eine Woche im Januar). Das Modul wird mit einer schriftlichen Prüfung Anfang Januar abgeschlossen und ergibt im Total 10 ECTS. Für Studierende des Nebenfachs sowie des Hauptfachs für 120 ECTS gibt es das gleiche Modul auch ohne begleitendes Praktikum. Dieses hat die Nummer PHY139 und gibt im Total 8 ECTS.

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, sowie im Praktikum. Zusätzlich 60 % der Uebungen sinnvoll bearbeitet

Literatur:

Die in der Vorlesung gezeigten Folien sind unten verfügbar.

Weitere Literatur:

- Demtröder, Experimentalphysik 3, Springer

- Feynman lectures Band 3, Addison-Wesley

- Mayer-Kuckuck, Atomphysik, Täubner 

- Tipler, moderne Physik

- Haken, Wolf, Atom- und Quantenphysik

- R. Engfer, Skript zu den Vorlesungen Physik III und Atomphysik (PDF, 3430 KB)

In der Vorlesung gezeigte Powerpoint Folien:

Kapitel 1 (PDF, 2802 KB) (version 19.9.18)

Kapitel 2 (PDF, 3101 KB) (version 10.10.18)

Kapitel 3 (PDF, 27135 KB) (version 17.10.18)

Kapitel 4 (PDF, 1773 KB) (version 7.11.18)

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

Woche 1 Stunden 1 und 2 (PDF, 541 KB)

Woche 1 Stunden 3 und 4 (PDF, 744 KB)

Woche 2 Stunden 1 und 2 (PDF, 1209 KB)

Woche 2 Stunden 3 und 4 (PDF, 1990 KB)

Woche 3 Stunden 1 und 2 (PDF, 869 KB)

Woche 3 Stunden 3 und 4 (PDF, 2443 KB)

Woche 4 Stunden 1 und 2 (PDF, 1104 KB) 

Woche 4 Stunden 3 und 4 (PDF, 724 KB)

Woche 5 Stunden 1 und 2 (PDF, 1556 KB)

Woche 5 Stunden 3 und 4 (PDF, 1520 KB)

Woche 6 Stunden 1 und 2 (PDF, 2374 KB)

Woche 6 Stunden 3 und 4 (PDF, 1862 KB)

Woche 7 Stunden 1 und 2 (PDF, 1097 KB)

Woche 7 Stunden 3 und 4 (PDF, 1959 KB)

Woche 8 Stunden 1 und 2 (PDF, 3148 KB)

Woche 8 Stunden 3 und 4 (PDF, 1379 KB)

Woche 9 Stunden 1 und 2 (PDF, 1359 KB)

Woche 9 Stunden 3 und 4 (PDF, 2385 KB)

Woche 10 Stunden 1 und 2 (PDF, 489 KB)

Woche 10 Stunden 3 und 4 (PDF, 2474 KB)

Woche 11 Stunden 1 und 2 (PDF, 985 KB)

Woche 11 Stunden 3 und 4 (PDF, 986 KB)

Woche 12 Stunden 1 und 2 (PDF, 1348 KB)

Woche 12 Stunden 3 und 4 (PDF, 874 KB)

Woche 13 (PDF, 2400 KB)

Vorläufiger Plan Inhalt (in Semesterwochen):

Woche 1: Einleitung, Kurzrepetition Wellenlehre und Thermodynamik, Relativität, Bezugssysteme 

Woche 2: Michelson-Morley Experiment, Lorentz-Transformation, Längenkontraktion, Zeit-Dilatation, Relativistische Geschwindigkeit

Woche 3: Impuls und Masse, 4er Vektoren, Elemente der relativistischen Elektrodynamik

Woche 4: Elemente der allgemeinen Relativitätstheorie; Pound-Rebka Experiment, GPS, Gravitationswellen

Woche 5: Die Grenzen der klassischen Physik; spezifische Wärmen, Strahlungsgesetze, Schwarzkörper-Strahlung

Woche 6: Die Quantenhypothese und das Planck'sche Strahlungsgesetz; der Photoelektrische Effekt; der Compton-Effekt

Woche 7: Dualismus von Welle und Teilchen; Elektronenbeugung; Interferenz von Einzelphotonen; de Broglie-Wellen; die Wellenfunktion;

Woche 8:  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

Übungsgruppen Einteilung (PDF, 33 KB)

Blatt 1 (PDF, 118 KB)

Blatt 2 (PDF, 119 KB)

Blatt 3 (PDF, 101 KB)

Blatt 4 (PDF, 124 KB)

Blatt 5 (PDF, 130 KB)

Blatt 6 (PDF, 103 KB)

Blatt 7 (PDF, 142 KB)

Blatt 8 (PDF, 150 KB)

Blatt 9 (PDF, 123 KB)

Blatt 10 (PDF, 129 KB)

Blatt 11 (PDF, 100 KB)

Blatt 12 (PDF, 135 KB)

Lösungen der Übungsblätter

Blatt 1 (PDF, 143 KB)

Blatt 2 (PDF, 173 KB)

Blatt 3 (PDF, 149 KB)

Blatt 4 (PDF, 180 KB)

Blatt 5 (PDF, 160 KB)

Blatt 6 (PDF, 254 KB)

Blatt 7 (PDF, 203 KB)

Blatt 8 (PDF, 209 KB)

Blatt 9 (PDF, 190 KB)

Blatt 10 (PDF, 199 KB)

Blatt 11 (PDF, 386 KB)

Praktikum

Informationen zum Praktikum finden Sie hier.