Wybrane zagadnienia z mechaniki kwantowej
advertisement
Nazwa przedmiotu: Wybrane zagadnienia z mechaniki kwantowej Selected aspects of quantum mechanics Kierunek: Kod przedmiotu: Rodzaj przedmiotu: Fizyka Techniczna P.K.B.55. Poziom studiów: forma studiów: Rok: I studia stacjonarne Semestr: I studia II stopnia kierunkowy obowiązkowy Rodzaj zajęć: Liczba godzin/tydzień: Liczba punktów: Wyk. Ćwicz. Lab. Sem. Proj. 2, 1, 1, 0, 0 5 ECTS I KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU C1. Przekazanie studentom wiedzy z zakresu algebry operatorów. Podstawy formalizmu mechaniki kwantowej C2. Zapoznanie studentów z nierelatywistyczną mechaniką kwantową Schrödingera C3. Przekazanie studentom wiedzy na temat modelu pasmowego ciał stałych WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI 1. Wiedza z podstaw fizyki 2. Wiedza z metod rozwiązywania równań różniczkowych EFEKTY KSZTAŁCENIA EK1 – zna elementy algebry operatorów EK2 – zna podstawy formalizmu mechaniki kwantowej EK3 – zna postulaty mechaniki kwantowej EK4 – potrafi rozwiązać niezależne od czasu równanie Schrödingera EK5 – posiada wiedzę z zakresu budowy atomu i potrafi rozwiązać równanie Schrödingera dla atomu wodoru EK6 – posiada wiedzę z zakresu statystyki kwantowej 1 EK7 – zna typy wiązań w cząsteczkach i ciałach stałych oraz model pasmowy ciał stałych TREŚCI PROGRAMOWE Forma zajęć – WYKŁADY W1 – Wybrane elementy algebry operatorów W2 – Funkcja stanu i jej probabilistyczna interpretacja, wartości własne i funkcje własne wielkości fizycznych, wartości średnie wielkości fizycznych W3 – Funkcja stanu i jej probabilistyczna interpretacja, wartości własne i funkcje własne wielkości fizycznych, wartości średnie wielkości fizycznych W4 – Mechanika kwantowa Schrödingera. Postulaty mechaniki kwantowej W5 –Niezależne od czasu równanie Schrödingera, hamiltonian W6 –Niezależne od czasu równanie Schrödingera, hamiltonian W7 – Potencjał schodkowy i w postaci bariery W8 – Potencjał schodkowy i w postaci bariery W9 – Potencjał w kształcie studni prostokątnej W10 – Potencjał w kształcie studni prostokątnej W11 – Kwantowa teoria atomu, liczby kwantowe, okresowy układ pierwiastków W 12 – Kwantowa teoria atomu, liczby kwantowe, okresowy układ pierwiastków W 13 – Nierozróżnialność i statystyka kwantowa. Kwantowe funkcje rozkładu. Gaz fotonowy i fononowy W 14 – Nierozróżnialność i statystyka kwantowa. Kwantowe funkcje rozkładu. Gaz fotonowy i fononowy W 15 – Wiązania atomów w cząsteczkach i w ciele stałym. Teoria pasmowa ciał stałych Liczba godzin 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 Forma zajęć –ćwiczenia rachunkowe. Studenci rozwiązują zadania, których tematyka jest skorelowana z wykładami WZK C1 –Elementy algebry operatorów WZK C2 – Niezależne od czasu równanie Schrödingera. Potencjał schodkowy WZK C 3 – Przechodzenie cząstek przez barierę potencjału WZK C4 – Ruch cząstki w prostokątnej studni potencjału WZK C5 – Kwantowy oscylator harmoniczny Liczba godzin 2 4 2 4 3 Forma zajęć –ćwiczenia laboratoryjne. Studenci wykonują cztery wybrane ćwiczenia z listy WZK L1 – symulacja ruchu cząstki poruszającej się w polu o potencjale schodkowym WZK L1 – symulacja przechodzenia cząstki przez barierę potencjału WZK L1 – ruch cząstki w prostokątnej studni potencjału WZK L1 – symulacja ruchu elektronu w atomie WZK L1 – symulacja ruchu elektronu w sieci periodycznej Liczba godzin 4 4 4 4 3 2 NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE 1. – wykład z zastosowaniem środków audiowizualnych 2. – wykład z symulacją doświadczeń SPOSOBY OCENY ( F – FORMUJĄCA, P – PODSUMOWUJĄCA) F1. – ocena umiejętności rozwiązywania zadań F2. – ocena umiejętności wykorzystania programów komputerowych P1. – ocena wiadomości na kolokwium zaliczeniowym P2 - ocena wiadomości na egzaminie ustnym P3. – ocena uśredniona z przygotowania się do ćwiczeń rachunkowych, laboratorium i egzaminu OBCIĄŻENIE PRACĄ STUDENTA Forma aktywności Godziny kontaktowe z prowadzącym Średnia liczba godzin na zrealizowanie aktywności 30W 15C 15L 60 h Zapoznanie się ze wskazaną literaturą 10 h Przygotowanie do ćwiczeń rachunkowych 20 h Przygotowanie do laboratorium 20 h Przygotowanie do egzaminu 40 h Suma 150 h SUMARYCZNA LICZBA PUNKTÓW ECTS DLA PRZEDMIOTU 5 ECTS LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA 1. R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka kwantowa atomów, cząsteczek ciał stałych , jąder i cząstek elementarnych, PWN, Warszawa 1983 2. L. I. Schiff, Mechanika kwantowa, PWN, Warszawa 1997 3. A. S. Dawydow, Mechanika kwantowa, PWN, Warszawa 1969 4. P. W. Atkins, Molekularna mechanika kwantowa, PWN, Warszawa 1974 5. R. L. Liboffm, Wstęp do mechaniki kwantowej, PWN, Warszawa 1987 6. R. Shankar, Mechanika kwantowa, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007 PROWADZĄCY PRZEDMIOT ( IMIĘ, NAZWISKO, ADRES E-MAIL) prof. dr hab. Józef Zbroszczyk [email protected] 3 MACIERZ REALIZACJI EFEKTÓW KSZTAŁCENIA Cele przedmiotu Treści programowe Narzędzia dydaktyczne Sposób oceny C1 W, C 1 P2 EK2 EK3 Odniesienie danego efektu do efektów zdefiniowanych dla całego programu (PEK) K_W01 K_U01 K_W01 K_W 01 C1 C2 W, C W, C 1 1, 2 P1, P2 P1, P2 EK4 K_W01 C2 W, C 1, 2 EK5 K_W01 K_U01 K_W01 C1, C2 W, C 1, 2 F1, F2, P1, P2 F1, P2 C3 W, C 1, 2 F1, P2 K_W01 K_W14 K_U01 C3 W, C 1, 2 P1, P3 Efekt kształcenia EK1 EK6 EK7 II. FORMY OCENY – SZCZEGÓŁY EK1 zna elementy algebry operatorów EK2 zna podstawy formalizmu mechaniki kwantowej EK 3 zna postulaty mechaniki kwantowej EK 4 potrafi rozwiązać niezależne od czasu równanie Schrödingera EK 5 posiada wiedzę z zakresu budowy atomu i potrafi rozwiązać równanie Schrödingera dla atomu wodoru na ocenę 2 na ocenę 3 na ocenę 4 na ocenę 5 Student nie zna elementów algebry operatorów Student posiada fragmentaryczną wiedzę z algebry operatorów Student posiada uporządkowaną wiedzę z algebry operatorów Student nie zna podstaw formalizmu mechaniki kwantowej Student ma fragmentaryczną wiedzę na temat formalizmu mechaniki kwantowej Student ma pełną wiedzę na temat formalizmu mechaniki kwantowej Student posiada uporządkowaną i pogłębioną wiedzy wiedzę z algebry operatorów Student ma pełną i pogłębioną wiedzę na temat formalizmu mechaniki kwantowej Student nie zna postulatów Student zna niektóre mechaniki kwantowej postulaty mechaniki kwantowej Student zna postulaty mechaniki kwantowej Student posiada pogłębioną wiedzę na temat postulatów mechaniki kwantowej Student nie potrafi Student potrafi rozwiązać Student potrafi rozwiązać Student potrafi rozwiązać rozwiązać niezależnego od niezależne od czasu niezależne od czasu niezależne od czasu czasu równania równanie Schrödingera dla równanie Schrödingera równanie Schrödingera Schrödingera najprostszych przypadków i umie je powiązać z doświadczeniem Student nie posiada wiedzy Student posiada wiedzę Student posiada wiedzę Student posiada wiedzę z zakresu budowy atomu z zakresu budowy atomu, z zakresu budowy atomu z zakresu budowy atomu i nie potrafi rozwiązać ale nie potrafi rozwiązać i potrafi rozwiązać i potrafi rozwiązać równania Schrödingera dla równania Schrödingera dla równanie Schrödingera dla równanie Schrödingera dla atomu wodoru atomu wodoru atomu wodoru atomu wodoru oraz powiązać uzyskane wyniki z teorią Bohra 4 Student nie posiada wiedzy z zakresu statystyki posiada wiedzę z zakresu kwantowej statystyki kwantowej EK 6 EK 7 zna typy wiązań w cząsteczkach i ciałach stałych oraz model pasmowy ciał stałych Student nie zna typów wiązań w cząsteczkach i ciałach stałych oraz modelu pasmowego ciał stałych Student nie zna różnicy pomiędzy statystyką klasyczną i kwantową Student posiada wiedzę z zakresu statystyki kwantowej Student ma pogłębioną wiedzę z zakresu statystyki kwantowej i klasycznej Student zna model pasmowy ciał stałych Student zna typy wiązań w cząsteczkach i ciałach stałych oraz model pasmowy ciał stałych Student zna typy wiązań w cząsteczkach i ciałach stałych i model pasmowy ciał stałych oraz potrafi rozwiązać równanie Schrödingera dla cząstki poruszającej się w periodycznym potencjale III. INNE PRZYDATNE INFORMACJE O PRZEDMIOCIE 1. Wykłady i ćwiczenia rachunkowe i laboratoryjne odbywają się zgodnie z tygodniowym planem zajęć w salach Instytutu Fizyki 2. Konsultacje z przedmiotu – 2 h tygodniowo zgodnie z harmonogramem konsultacji 5
