Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu - Centralny punkt logowaniaNie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Fizyka kwantowa 1

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 0800-FIZKW1 Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (0533) Fizyka
Nazwa przedmiotu: Fizyka kwantowa 1
Jednostka: Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej
Grupy:
Punkty ECTS i inne: 9.00
Język prowadzenia: polski
Wymagania wstępne:

Student przystępujący do tego przedmiotu powinien:

1) znać podstawowe pojęcia algebry liniowej i analizy matematycznej, w szczególności, pojęcia: liczb zespolonych, przestrzeni liniowej, macierzy, pochodnej funkcji i całki,

2) posiadać elementarne umiejętności rachunkowe związane z tymi pojęciami,

3) mieć elementarne przygotowanie z zakresu mechaniki punktu materialnego – znać pojęcia pędu, momentu pędu, energii kinetycznej i potencjalnej.


Zalecane wcześniejsze zaliczenie przedmiotów:

Analiza matematyczna 1 i 2, Algebra 1 i 2, Fizyka ogólna 1

Całkowity nakład pracy studenta:

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli ( godz.):

- udział w wykładach – 45

- udział w ćwiczeniach – 45

- konsultacje z nauczycielem akademickim – 5


Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta ( godz.):

- przygotowanie do wykładu – 15

- przygotowanie do ćwiczeń – 30

- przygotowanie do egzaminu – 60

- przygotowanie do kolokwiów – 45


Łącznie: 245 godz.

Efekty uczenia się - wiedza:

Po zaliczeniu przedmiotu student

W1: zna elementy formalizmu mechaniki kwantowej;

W2: zna interpretację probabilistyczną, rolę równania własnego obserwabli, zależność spektrum dozwolonych energii układu od charakteru potencjału oddziaływania, zasadę Heisenberga;

W3: ma świadomość przybliżonego charakteru "ilościowych" odpowiedzi dla złożonych układów i rozumie nieodzowność stosowania kwantowego opisu dla uzyskania jakościowo poprawnych odpowiedzi na pytania dotyczące mikroświata.


Efekty te wpisują się w kierunkowe efekty kształcenia

K_W01 i K_W08 dla kierunku fizyka techniczna 1. stopnia oraz

K_W01 i K_W05 dla kierunków fizyka 1. stopnia oraz astronomia 1. stopnia.

Efekty uczenia się - umiejętności:

Student

U1: potrafi używając formalizmu matematycznego, przedstawiać podstawowe prawa fizyki kwantowej – K_U01 efekt kierunkowy dla fizyki 1. stopnia, fizyki technicznej 1. stopnia i astronomii 1. stopnia

U2: potrafi przewidzieć jakościowo podstawowe własności (przede wszystkim, rozkład dozwolonych energii) dla nieskomplikowanych układów i ilościowo dla najprostszych układów – K_U01 dla fizyki technicznej 1. stopnia, K_U03 dla fizyki 1. stopnia oraz K_U02 dla astronomii 1. stopnia

U3: rozumie potrzebę dalszego kształcenia – K_U09 dla fizyki 1. stopnia, K_U12 dla fizyki technicznej 1. stopnia,

U4: potrafi pracować samodzielnie – K_U10 dla fizyki 1. stopnia, K_U13 dla fizyki technicznej 1. stopnia.

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne:

K1: Student jest świadomy, że uzyskana wiedza w obszarze fizyki kwantowej jest niepełna – K_K01 efekt kierunkowy dla fizyki 1. stopnia, fizyki technicznej 1. stopnia oraz astronomii 1. stopnia.


Metody dydaktyczne eksponujące:

- pokaz

Metody dydaktyczne podające:

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

Metody dydaktyczne poszukujące:

- ćwiczeniowa

Skrócony opis:

Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z pojęciami i metodami fizyki kwantowej oraz rozwiązaniami dla kilku najprostszych układów modelowych.

Po zaliczeniu przedmiotu słuchacze mają ogólną wiedzę o kwantowej strukturze materii, umiejętność posługiwania się podstawowym formalizmem mechaniki kwantowej. Są przygotowani do rozumienia bardziej szczegółowych zajęć, np. z fizyki atomowo-molekularnej i fizyki ciała stałego.

Pełny opis:

Wykład jest elementarny – podaje pojęcia, podstawowe równania, interpretacje. Wprowadzone są podstawy formalizmu mechaniki kwantowej (falowej), w tym: równania własne obserwabli, równanie ewolucji - równanie Schroedingera "z czasem", zasada nieoznaczoności, zagadnienia dotyczące momentu pędu (w tym spinu), statystyka kwantowa. Omówione są standardowe, ważne przykłady modelowe układów jednocząstkowych, np. studnie potencjału, oscylator harmoniczny, elektron w polu kulombowskim (atom wodoropodobny). Szczegółowa lista tematów znajduje się w części przewidzianej dla danego cyklu.

Na ćwiczeniach zrezygnowano ze skomplikowanych zadań rachunkowych na rzecz prostych zadań i elementarnych przykładów wspomagających zrozumienie idei, pojęć i podstawowych zależności oraz wyrobienie intuicji. Ćwiczenia postępują za wykładem z niewielkim opóźnieniem.

Szczegółowa lista tematów:

1. Funkcja falowa (interpretacja), operatory, równanie własne (interpretacja wartości własnych),

2. Rozwiązanie równania Schroedingera (bez czasu) – dwa przykłady: cząstka swobodna i cząstka w pudle (nieskończona studnia potencjału),

3. Własności operatorów: komutacja, hermitowskość; własności wartości własnych i funkcji własnych operatora hermitowskiego ,

4. Rozwinięcie funkcji stanu w bazie funkcji własnych obserwabli (przypadek dyskretny i ciągły); prawdopodobieństwo otrzymania w pomiarze różnych wartości własnych,

5. Wartość oczekiwana, wariancja; jednoczesna jednoznaczna określoność dwóch wielkości fizycznych; zasada nieoznaczoności,

6. Zależność stanu układu od czasu – równanie Schroedingera z czasem; stany stacjonarne i niestacjonarne; stałe ruchu; "zasada nieoznaczoności" dla czasu i energii,

7. Oscylator harmoniczny,

8. Stany związane, niezwiązane i rezonansowe w modelu studnia-bariera potencjału – odniesienie do układów nietrwałych, samorozpadających się,

9. Moment pędu – dozwolone wartości (własne); składanie dwóch momentów pędu,

10. Cząstka w 3 wymiarach w polu sferycznie symetrycznym; atom wodoru,

11. Moment magnetyczny, spin, formalizm opisu spinu,

12. Sprzężenie spin-orbita,

13. Atom w polu magnetycznym – efekt Zeemana,

14. Atom w polu elektrycznym – efekt Starka,

15. Elementarna teoria przejść kwantowych – przejścia elektryczne dipolowe.

Literatura:

Literatura podstawowa:

1. R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka Kwantowa (PWN, Warszawa 1983)

2. L.I.Schiff, Mechanika kwantowa (PWN, Warszawa 1977, 1987))

Literatura uzupełniająca:

1. A.S.Davydov, Mechanika kwantowa (PWN)

2. R. Shankar, Mechanika kwantowa (PWN,Warszawa 2006)

Metody i kryteria oceniania:

Zaliczenie przedmiotu odbywa się na podstawie pozytywnej oceny z ćwiczeń rachunkowych oraz wyniku egzaminu.

Zaliczenie ćwiczeń rachunkowych odbywa się na podstawie aktywności na zajęciach oraz ocen z niezapowiedzianych ośmiu sprawdzianów (8x2 punkty) i zaplanowanych trzech kolokwiów (3x16 punktów). Nie przewiduje się poprawiania kolokwiów ani sprawdzianów.

Egzamin jest pisemny. Składa się z 42 prostych pytań sprawdzających wiedzę oraz umiejętność zastosowania jej do nieskomplikowanych układów. Odpowiedzi na poszczególne pytania oceniane są w skali 0-1.

Egzamin sprawdza osiągnięcie efektów W1, W2, W3, U1, U2, U3, U4, K1;

kolokwia – U1, U2, U3, U4;

sprawdziany – W1, W2, W3, U1, U3, U4, K1.

Kryteria zaliczenia

O ocenie z ćwiczeń decyduje liczba punktów zdobytych na sprawdzianach i kolokwiach. 50% punktów możliwych do zdobycia na kolokwiach oznacza pozytywne zaliczenie ćwiczeń. Oceny:

niedostateczny < 24 p.

24 p. =< dostateczny < 30 p.

30 p. =< dostateczny plus < 35 p.

35 p. =< dobry < 40 p.

40 p. =< dobry plus < 45 p.

45 p. =< bardzo dobry

Kryterium zaliczenia egzaminu jest liczba zdobytych na egzaminie punktów. Zdobycie co najmniej 50% oznacza pozytywne zaliczenie. Szczegółowy przydział ocen:

niedostateczny < 21 p.

21 p. =< dostateczny < 26 p.

26 p. =< dostateczny plus < 30 p.

30 p. =< dobry < 34 p.

34 p. =< dobry plus < 38 p.

38 p. =< bardzo dobry

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2017/18" (zakończony)

Okres: 2017-10-01 - 2018-02-25
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 45 godzin więcej informacji
Wykład, 45 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Mirosław Bylicki
Prowadzący grup: Mirosław Bylicki
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2018/19" (zakończony)

Okres: 2018-10-01 - 2019-02-24
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 45 godzin więcej informacji
Wykład, 45 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Mirosław Bylicki
Prowadzący grup: Mirosław Bylicki
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2019/20" (zakończony)

Okres: 2019-10-01 - 2020-02-28
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 45 godzin więcej informacji
Wykład, 45 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Mirosław Bylicki
Prowadzący grup: Mirosław Bylicki
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2020/21" (zakończony)

Okres: 2020-10-01 - 2021-02-21
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 45 godzin więcej informacji
Wykład, 45 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Mirosław Bylicki
Prowadzący grup: Mirosław Bylicki
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin
Uwagi:

W roku 2020/21 zajęcia prowadzone są zdalnie w formie spotkań synchronicznych na platformie Webex i w formie rozwiazywania zadań asynchronicznie na platformie moodle https://moodle7.fizyka.umk.pl/

(kurs i nazwie Fizyka kwantowa 1). Linki do spotkań online podane są w kursie na moodle.

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2021/22" (jeszcze nie rozpoczęty)

Okres: 2021-10-01 - 2022-02-27
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 45 godzin więcej informacji
Wykład, 45 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Mirosław Bylicki
Prowadzący grup: Mirosław Bylicki
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin
Uwagi:

W roku 2020/21 zajęcia prowadzone są zdalnie w formie spotkań synchronicznych na platformie Webex i w formie rozwiazywania zadań asynchronicznie na platformie moodle https://moodle7.fizyka.umk.pl/

(kurs i nazwie Fizyka kwantowa 1). Linki do spotkań online podane są w kursie na moodle.

Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu.