Einführung in die Struktur der Materie

Organisationseinheit
Freie Universität Berlin/Physik/Institut für Experimentalphysik

Zugangsvoraussetzungen

Erfolgreiche Absolvierung des Moduls „Grundlagen der Experimentalphysik“

Qualifikationsziele

Die Studentinnen und Studenten können grundlegende Erkenntnisse und Besonderheiten der Quantenmechanik benennen: Sie kennen die statistische Interpretation der Wellenfunktion und ihren Zusammenhang mit der Schrödinger-Gleichung sowie die Eigenschaften des quantenmechanischen Messprozesses. Sie können wichtige historisch bedeutende Experimente für diese Erkenntnisse benennen und klassifizieren: Sie können diese Experimente und ihre Fragestellung beschreiben und erklären und sie in den Erkenntniskontext einordnen. Sie sind in der Lage, aus einer gegebenen Situation ein physikalisches Modellsystem abzuleiten und dieses zu analysieren: Sie können die Notwendigkeit einer quantenmechanischen Betrachtung beurteilen, für einfache Modellsysteme die Schrödinger-Gleichung aufstellen und die Lösungen interpretieren. Sie können diese Lösungen auf Bausteine der Materie anwenden, klassische und quantenmechanische Phänomene und Methoden unterscheiden und vergleichen. Sie sind in der Lage, physikalische Zusammenhänge auf unterschiedlichem Abstraktionsniveau zu erklären: Sie können Sachverhalte mit anschaulichen Modellvorstellungen erklären und daraus abstrakte quantenmechanische Beschreibungen ableiten und damit argumentieren sowie dazu Experimente beschreiben und erklären. Sie können Eigenschaften und Phänomene der Umwelt und der Materie auf Erkenntnisse der Quantenmechanik zurückführen und sind in der Lage, ausgewählte Themen selbstständig zu vertiefen und diese erklärend vorzutragen.

Inhalte

Quantenmechanisches Weltbild (Vorlesung 1 und Übung 1): Historischer Erkenntnisweg anhand ausgewählter Experimente (wie z. B. Schwarzer Körper, Fotoeffekt, Franck-Hertz-Versuch, Doppelspaltversuch, H-Spektrum, Stern-Gerlach-Experiment), Messprozess, stat. Interpretation, Unschärferelation, Schrödinger-Gleichung und Materiewellen (Eigenschaften von Materiewellen, Energiequantisierung)
Struktur der Materie (Vorlesung 2 und Übung 2): Grundlagen der Quantenmechanik (Lösung der Schrödinger- Gleichung für ausgewählte Modellpotenziale); Anwendung auf Kerne, Atome, Moleküle, Festkörper

Lehr- und Lernformen

Aktive Teilnahme

Integrierte Veranstaltung 1
2 SWS
verpflichtete Teilnahme

Bearbeiten von Übungsaufgaben, Präsentationen

Übung 1
1 SWS
verpflichtete Teilnahme

Bearbeiten von Übungsaufgaben, Präsentationen

Vorlesung 2
2 SWS
Teilnahme empfohlen

Bearbeiten von Übungsaufgaben, Präsentationen

Übung 2
1 SWS
Teilnahme empfohlen

Bearbeiten von Übungsaufgaben, Präsentationen

Aufwand

Präsenzzeit IV1	30 Stunden
Vor- und Nachbereitung IV1	15 Stunden
Präsenzzeit Ü1	15 Stunden
Vor- und Nachbereitung Ü1	30 Stunden
Präsenzzeit V2	30 Stunden
Vor- und Nachbereitung V2	15 Stunden
Präsenzzeit Ü2	15 Stunden
Vor- und Nachbereitung Ü2	30 Stunden
Prüfungsvorbereitung und Prüfung	60 Stunden

Modulprüfung
Mündliche Prüfung (etwa 30 Minuten)

Differenzierte Bewertung
differenzierte Bewertung

Modulsprache
Deutsch

Arbeitsaufwand (Stunden)
240

Leistungspunkte (LP)
8

Dauer des Moduls
Zwei Semester

Häufigkeit des Angebots
Einmal im Studienjahr, Beginn in jedem Sommersemester

Verwendbarkeit

Physik