1. Modultitel und Modulnummer:

Modul 7 und 7a: Theoretische Physik II

2. Lehrveranstaltungen des Moduls:

Vorlesung (4 SWS), Übung (2 SWS), betreut in Kleingruppen

3. Modulverantwortliche(r):

Verantwortlich sind die Lehrenden, Professor(inn)en und Dozent(inn)en der Theoretischen Physik im Wechsel

4. Lehrinhalte:

In der Veranstaltung geht es hauptsächlich um die Beschreibung von Phänomenen im Mikrokosmos, also um Vorgänge, die unserer direkten sinnlichen Erfahrung nicht zugänglich sind und zu deren Beschreibung unsere Alltagserfahrungen nicht taugen. Daher muss hier noch zusätzlich vermittelt werden, wie ein Begriffsrahmen gefunden werden kann, mit dessen Hilfe die experimentellen Daten über diese Vorgänge interpretiert bzw. erklärt werden können.

Schwerpunkte der Veranstaltung sind:

Empirische Hinweise auf Notwendigkeit und wesentliche Strukturen einer Quantenechanik: Die Korpuskularnatur des Lichts, Strukturen der Quantenmechanik am Beispiel des Polarisationsfreiheitsgrades, Feld- (Wellen-) Eigenschaften von Teilchen, die Schrödingergleichung,

Der Formalismus der Quantenmechanik: Die Axiome der Quantenmechanik (Zustände, Observable, Messung, Zeitentwicklung), Darstellungs- und Transformationstheorie, Bilder der Zeitentwicklung, Quantisierung, Unbestimmtheitsrelationen, gemischte Zustände,

Quantenmechanische Eigenarten anhand von eindimensionalen Problemen: Schrödinger-Gleichung mit stückweise konstanten Potentialen, Tunneleffekt, Bindung, der harmonische Oszillator,

Symmetrien in der Quantenmechanik, der Drehimpuls: Darstellung von Symmetrietransformationen, Noether-Theorem, Translationen und Drehungen, Eigenwerte und Eigenvektoren des Drehimpulses, der Bahndrehimpuls, der Spin, Addition von Drehimpulsen,

Potentialprobleme im Dreidimensionalen: Teilchen im sphärisch symmetrischen Potential, freies Teilchen, das Coulomb-Potential, Schwerpunkt- und Relativkoordinaten, das Wasserstoffatom

Identische Teilchen: (Anti-) Symmetrie der Wellenfunktion, Pauli-Prinzip, Systeme von nicht-wechselwirkenden identischen Teilchen, Periodensystem der Elemente.

Stationäre Störungstheorie: Störungsrechnung für nicht-entartete Zustände, Störungsrechnung im Fall von Entartung, der Stark-Effekt im Wasserstoffatom.

5. Kompetenzen:

Die Veranstaltung hat das Ziel, die Studierenden in die theoretischen Grundlagen der Quantenphysik einzuführen. Sie schließt unmittelbar an die Vorlesung Theoretische Physik I an und hat das allgemeine Ziel zu vermitteln:

- das Verständnis für die mathematische Formulierung von Naturgesetzen

- die Erkenntnis, dass und wie physikalische Theorien imstande sind, zahlreiche Naturphänomene in einem einheitlichen (Begriff-) Rahmen zu erklären;

- die Fähigkeit, aus wenigen Naturgesetzen mit Hilfe geeigneter (Rechen-) Techniken eine Beschreibung von Naturvorgängen abzuleiten.

6. Anzahl Einzelleistungen:

Eine benotete Einzelleistung

7. Erbringungsformen:

Klausur

8. Voraussetzungen für die Vergabe von Leistungspunkten:

Bestehen der Klausur (über Vorlesung und Übung), regelmäßige aktive Teilnahme: begleitend zur Vorlesung muss eine Nacharbeitung anhand von Physik- (Standard) Lehrbüchern erfolgen. Zu den Übungen müssen Aufgaben bearbeitet und in den Übungen vorgerechnet werden, die Übungsaufgaben werden jeweils eine Woche vorher ausgegeben.

9. Arbeitsaufwand und Leistungspunkte:

Modul 7:

Struktur des Lehrangebots

Semester

Aufwand

(Stunden)

Aufwand Einzelleistungen

(LP)

LP

Kontakt-stunden

Selbst-studium

benotet

nbenotet

Theoretische Physik II (V)

4*

60

60

2

6

Übung zur Vorlesung

4*

30

60

3

Gesamt

9

*: wird Physik im Masterstudiengang als Fortsetzung des Nebenfachstudiums Physik aus dem Bachelorstudiengang mit Profil Lehramt Gymnasium und Gesamtschule (FSB 4.2.2) studiert, so wird die Veranstaltung für das 2. Fachsemester empfohlen.

Modul 7a:

Struktur des Lehrangebots

Semester

Aufwand

(Stunden)

Aufwand Einzelleistungen

(LP)

LP

Kontakt-stunden

Selbst-studium

benotet

unbenotet

Theoretische Physik II (V)

4

60

60

3

7

Übung zur Vorlesung

4

30

60

3

Gesamt

10

10. Teilnahmevoraussetzungen und Vorkenntnisse:

Modul 6 bzw. 6a

11. Modultyp und Verwendbarkeit des Moduls:

Modul 7:

Pflichtmodul für den Bachelorstudiengang mit Kernfach Physik (FSB 5.1)

Pflichtmodul für den Bachelorstudiengang mit Nebenfachfach Physik Profil Lehramt Gymnasium und Gesamtschule (FSB 6.1)

Pflichtmodul für den Studiengang Master of Education (FSB 4.1.1 bzw. 4.2.2)

Modul 7a:

Pflichtmodul für den Bachelorstudiengang mit Nebenfach Physik Profil Physikalische Kompetenzen für Nicht-Physiker (FSB 6.3)

12. Dauer des Moduls/Angebotsturnus:

Jährlich, im Sommersemester