Course syllabus
Kurs-PM
FUF040 Kvantfysik lp1 HT22 (6 hp)
Kursen ges av institutionen för Fysik. Länk till kursplanen i Studieportalen: Studieplan
Kontaktuppgifter
Examinator: Tom Blackburn, tom.blackburn@physics.gu.se
Räkneövningsledare: Christoffer Olofsson, christoffer.olofsson@physics.gu.se
Kursrepresentanter (Tf): Sofia Danielson Damne (damne@student.chalmers.se), Pontus Lindgren (pontusli@student.chalmers.se)
Kursrepresentanter (Kf): Simon Andersson (simum@student.chalmers.se), Nils Larsson (nilslars@student.chalmers.se)
Syfte
Denna första kurs syftar till att deltagaren ska bekanta sig med kvantfysikens grundläggande principer och experimentella nödvändighet samt utveckla baskunskaper som följande kurser ska bygga på. Deltagaren ska genom kursen skaffa sig de matematiska och konceptuella verktygen för att beskriva fysikaliska system i ett kvantmekaniskt sätt och tillämpa dessa verktyg för att förutsäga praktiskt relevanta kvantmekaniska fenomen. Kursen syftar vidare till att ta fram kopplingen mellan kvantmekaniska begrepp och klassisk fysik, kemi och teknologiska tillämpningar. Betoningen ligger på problemlösning.
Schema
Kurslitteratur
"Introduction to Quantum Mechanics" av David J. Griffiths
Upplägg
Föreläsningarna kommer följa det här schemat:
- Experimentell bakgrund: varför behövs kvantfysik?
- Sannolikhet och sannolikhetsamplituder
- Tillstånd och vågfunktioner
- Position- och rörelsemängdsoperatorer samt Hamiltonianen
- Mätning och väntevärden
- Tidsberoende och tidsoberoende Schrödingerekvationer
- Fria partiklar
- Endimensionella potentialer: bundna tillstånd, spridning och tunnling
- Den harmoniska oscillatorn (*)
- Tidsoberoende störningsteori (*)
- Rotationer, rörelsemängdsmoment och spinn (*)
- Väteatomen (*)
Jag kommer skriva en kort sammanfattning av varje föreläsning på Canvas. De, tillsammans med inspelningarna, ska uppdateras löpande under kursen i Modules. Du kan också hitta förra årets sammanfattningar där (engelska bara).
I räkneövningarna går vi genom problem som bygger på innehållet i de föregående föreläsningarna och ska förbereda er för inlämningsuppgifter. På grund av tidsbrist är det inte möjligt att inlämningarna ska täcka ämnen som markeras med (*) i listan ovan. Då ska duggan fokusera på dessa.
På kursens sista veckan gör vi mer redovisning inför duggan.
Lärandemål
- Beskriva kvantmekaniska system genom att använda kvanttillstånd, vågfunktioner och sannolikhetsamplituder.
- Förutsäga partikelrörelse i endimensionella och tredimensionella (sfäriskt symmetriska) potentialer, inklusive "partikel i en låda", den harmoniska oscillatorn och väteatomen.
- Förklara kvantmekaniska fenomen med hjälp av vågfunktionens kollaps, interferens och osäkerhetsprincipen.
Examination
Inlämningsuppgifter (20 % x 3), obligatorisk dugga (40 %) och frivillig muntlig tentamen. För att bli godkänd krävs minst 40 % av totala poängen i både inlämningsuppgifterna och duggan separat. Får du 40% i inlämningsuppgifterna och 40% i duggan så får du (minst) betyg 3 (Pass). Högre betyg baseras på din sammanlagda poäng: 60% = 4 (Pass with credit), 80% = 5 (Pass with distinction).
Inlämningsuppgifter
Den största komponenten är inlämningsuppgifterna, större övningar som testar och utvecklar kunskap du har skaffat från föreläsningar och räkneövningar. De räknas alla lika.
- Hur många inlämningsuppgifter finns det?
Tre (1, 2, 3). Varenda uppgift räknas lika. - Hur blir jag godkänd?
Du behöver skaffa minst 40% av totala poängen i inlämningsuppgifterna. Det är inte nödvändigt att skaffa 40% på varenda uppgift. - Om jag inte blir godkänd, är det möjligt att skriva om dem?
I detta fall behöver du lösa tre nya uppgifter. De släpps i början i januari 2023 och du får hela LP3 för att lösa dem. - Vilka resurser får jag använda för att lösa problemen?
Du får använda textböcker, föreläsningsanteckningar, material på nätet, samt diskussioner med dina kurskamrater för att lösa problemen. Det viktigaste är att du visar att du förstår den underliggande fysiken. Om du använder numerisk/beräknings mjukvara (t ex Matlab), bifoga ditt arbete så att det är tydligt hur du haft skaffat lösningarna. Material du skriver och lämnar in måste dock vara din egen arbete. Det är ett brott mot akademisk integritet att kopiera en annan students arbete eller att tillåta en annan student att kopiera ditt arbete. - Hur lämnas dem in?
Du får lägga dem i lådan "FUF040" som ligger på tredje våningen i Soliden eller bifoga en skannad PDF här i Canvas. Säkerställ att skanningen är klar. - Får vi lösningar?
Lösningar kommre ej publiceras. Vi ska dock gå igenom problemen under räkneövningar efter rättning.
Dugga
- Den andra komponenten är den obligatorisk duggan. Duggan ska fokusera på materialet som inte täcks av inlämningsuppgifterna.
- Duggan ska äga rum på förmiddagen, torsdag 20 oktober.
- Du får ta med dig Physics Handbook till duggan. Ingen annan hjälpmedel är tillåten. Tesen kommer med en sida med formuleringar.
- Du behöver inte göra något för att anmäla dig för duggan. Om du är registrerad på kursen kommer jag skicka dina detaljer till tentamensadministrationen.
- Du som behöver extra tid eller andra anpassningar, och har ett beslut från Nais, borde meddela mig direkt.
- Om du inte bli godkänd, eller vill plussa, kan du skriva om duggan på förmiddagen, torsdag 5 januari och under sommaren i augusti 2023.
Frivilligt muntlig tentamen
- Studenter som är nära gränsen på duggan, eller nära betygen 3/4 samt 4/5 gränser på sammanlagda poäng, kan ta en muntlig tentamen. De ska äga rum enligt överenskommelse under vecka 44.
- I första fallet är syftet att du visar att du har skaffat kunskapen som behövs för att bli godkänd. Du kommer få frågor om: formalism (probabilitetsamplituder, tillstånd, vågfunktioner samt operatorer), lösning av Schrödinger ekvationen, tolkning (interferens samt osäkerhetsprincipen), och minst ett av: störningsteori, Stern-Gerlach experimenten, och väteatomen. Frågorna kommer variera mellan studenter.
- Studenter som redan har blivit godkända och vill ha ett högre betyg måste visa att de har uppnått bra eller väldigt bra kunskap av kursens material.
- De som avklarar en muntlig tentamen ska ha sitt betyg höjt. De som inte avklarar denna kommer behålla samma betyg.
- Inga hjälpmedel är tillåtna.
Tillgänglighet
Alla föreläsningar och räkneövningar ska streamas på Zoom och spelas in. Du får välja själv vilken alternativ passar bäst. Kom ihåg att det kan ta lite extra tid att svara frågor om de sätts på Zoom. Vi gör vårt bästa för att ha koll på chatten.
Anpassning av examinationen är möjligt om det behövs. Du som har ett beslut från Nais kan kontakta mig i detta fall.
Förändringar sedan förra kurstillfället
Antal inlämningsuppgifter minskat från fyra till tre. Duggan ska fokusera på kursens sista delar. Kursen ska ges på svenska.
Course summary:
| Date | Details | Due |
|---|---|---|