Fizyka ogólna IV WM-FI-S1-E4-FO4
Celem wykładu jest przekazanie wiedzy na temat głównych teorii i doświadczeń z zakresu fizyki współczesnej / fizyki mikroświata.
Program przedmiotu (30 h wykładu i 30 h ćwiczeń rachunkowych):
1-3. Elektron w skończonej studni potencjału. Dwu- i trójwymiarowe pułapki elektronów. Inne pułapki elektronów: nanokryształy, kropki kwantowe, zagrody kwantowe. Funkcja falowa elektronu. Gęstość prawdopodobieństwa detekcji elektronu.
4. Potencjał schodkowy dla energii elektronu wyższej/niższej od wysokości progu.
5. Potencjał w postaci bariery.
6. Modele atomów: Thomsona, Rutherforda, Bohra (postulaty Bohra), Bohra-Sommerfelda współczesny. Atom wodoru: poziomy energetyczne, serie w widmie emisyjnym, liczby kwantowe.
7. Podstawowe właściwości atomów. Doświadczenie Francka-Hertza - potwierdzenie dyskretnych stanów stacjonarnych postulowanych w modelu Bohra.
8-10. Atom w polu magnetycznym - anomalne zjawisko Zeemana, normalne zjawisko Zeemana. Atom w silnym zewnętrznym polu magnetycznym - zjawisko Paschena-Backa. Atom w polu elektrycznym - zjawisko Starka.
11-12. Budowa układu okresowego. Promieniowanie rentgenowskie i numerowanie pierwiastków - doświadczenie Mosleya. Spin elektronu. Doświadczenie Sterna-Gerlacha. Zakaz Pauliego. Reguły Hunda.
13-14. Teoria pasmowa ciał stałych. Właściwości elektryczne ciał stałych: izolatory, półprzewodniki (poziomy donorowe i akceptorowe), metale, nadprzewodniki. Dioda półprzewodnikowa. Tranzystor.
15. Lasery i światło laserowe. Emisja spontaniczna i wymuszona, inwersja obsadzeń. Laser helowo-neonowy. Laser argonowy.
Opis przygotował: Paweł Pęczkowski
Dyscyplina naukowa, do której odnoszą się efekty uczenia się
Grupa przedmiotów ogólnouczenianych
Koordynatorzy przedmiotu
Opis nakładu pracy studenta w ECTS
Poziom przedmiotu
Punkty ECTS
Symbol/Symbole kierunkowe efektów uczenia się
Typ przedmiotu
Wymagania wstępne
Efekty uczenia się
a) Wiedza. Student posiada wiedzę z zakresu zjawisk i praw fizyki atomowej i podstaw fizyki ciała stałego:
W01 - zna istotę podstawowych zjawisk fizycznych występujących w przyrodzie (FIZ_W02),
W02 - zna najważniejsze prawa i zasady w fizyce mikroświata (FIZ_W03),
W03 - wie na czym polega metoda badań eksperymentalnych (FIZ_W04),
W04 - wie na czym polega ścisły opis zjawisk i eksperymentów fizycznych (FIZ_W05),
W05 - zna terminologię, nomenklaturę, zwyczajowe konwencje i jednostki fizyczne stosowane w fizyce atomowej (FIZ_W06),
W06 - zna podstawowe zasady mechaniki kwantowej i ich zastosowanie do opisu struktury i właściwości atomów i cząstek (FIZ_W07).
b) Umiejętności. Student w sposób jasny potrafi zinterpretować i opisać zjawiska jądrowe, atomowe. Rozumie istotę i specyfikę fizyki atomowej i jądrowej oraz podstaw fizyki ciała stałego. W oparciu o posiadaną wiedzę umie zastosować aparat matematyczny do rozwiązywania zadań rachunkowych:
U01 - posiada umiejętności rozumowania i ścisłego opisu zjawisk fizycznych zachodzących w fizyce atomowej (FIZ1_U01),
U02 - potrafi formułować problemy oraz wykorzystywać metodykę badań fizycznych do ich rozwiązywania (FIZ1_U04),
U03 - potrafi wykorzystywać formalizm matematyczny do opisu zjawisk fizycznych zachodzących w fizyce atomowej (FIZ1_U05).
c) Kompetencje społeczne. Student wie, na czym polegają procesy zachodzące w atomach:
K01 - formułuje pytania, służące pogłębieniu własnego zrozumienia danego tematu (FIZ1_K02),
K02 - potrafi formułować opinie na temat podstawowych zagadnień fizyki mikroświata (FIZ1_K06).
Kryteria oceniania
Ćwiczenia:
- W ramach ćwiczeń z przedmiotu Fizyka IV Student/-ka jest zobowiązan(y)/-a wykonać w czasie trwania semestru projekty / zadania rachunkowe wykonywane podczas ćwiczeń (50% oceny);
- 1 kolokwium pisemne w trakcie semestru w ramach zaliczenia ćwiczeń (zaliczenie kolokwium - 51%), nie przewiduje się poprawy kolokwiów (50% oceny);
Ocena pozytywna z ćwiczeń przy zaliczonych projektach / zadaniach rachunkowych wykonywanych podczas ćwiczeń i 1 kolokwium. Dopuszczone są 3 nb. bez usprawiedliwienia na ćwiczeniach.
Wykład:
- Końcowy egzamin pisemny (osoby dopuszczone do egzaminu pisemnego z zaliczonymi ćwiczeniami. Egzamin ustny (po zaliczeniu ćwiczeń i egzaminu pisemnego): 3 zadania / pytania: (1 zadania / pytanie = 3.0, 2 zadania / pytania = 4.0, 3 zadania / pytania = 5.0)
Dla wszystkich efektów przyjmuje się następujące kryteria oceny we wszystkich formach weryfikacji:
ocena 5.0: osiągnięty w pełni (bez uchwytnych niedociągnięć),
ocena 4.5: osiągnięty niemal w pełni i nie są spełnione kryteria przyznania wyższej oceny,
ocena 4.0: osiągnięty w znacznym stopniu i nie są spełnione kryteria przyznania wyższej oceny,
ocena 3.5: osiągnięty w znacznym stopniu – z wyraźną przewagą pozytywów – i nie są spełnione kryteria przyznania wyższej oceny,
ocena 3.0: osiągnięty dla większości przypadków objętych weryfikacją i nie są spełnione kryteria przyznania wyższej oceny,
ocena 2.0: nie został osiągnięty dla większości przypadków objętych weryfikacją.
Praktyki zawodowe
Nie ma praktyk zawodowych
Literatura
[1] Robert Eisberg, Robert Resnick, Fizyka kwantowa, atomów, cząsteczek, ciała stałego, jąder i cząstek elementarnych, PWN, Warszawa, 1983.
[2] Jerzy Ginter." Fizyka fal. Fale w ośrodkach jednowymiarowych. Fale w ośrodkach niejednorodnych", t.1, PWN, Warszawa, 1993.
[3] Jerzy Ginter." Fizyka fal. Promieniowanie i dyfrakcja. Stany związane", t.2, PWN, Warszawa, 1993.
[4] Hermann Haken, Hans C. Wolf, "Fizyka molekularna z elementami chemii kwantowej", PWN, Warszawa, 1998.
[5] Hermann Haken, Hans C. Wolf, Atomy i kwanty. Wprowadzenie do współczesnej spektroskopii atomowej, PWN, Warszawa, 2002.
[6] David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, "Podstawy fizyki", t.5, PWN, Warszawa, 2007.
[7] Paweł Pęczkowski, "Tajemnicza mechanika kwantowa. Doświadczenia ukazujące korpuskularno-falową naturę materii", t.1, Oficyna Wydawnicza ŁOŚGraf, Warszawa, 2011.
[8] Paweł Pęczkowski, "Tajemnicza mechanika kwantowa. Doświadczenia ukazujące kwantowe własności atomów i cząstek elementarnych", t.2, ICMB, Warszawa, 2015.
[9] Zofia Leś, Podstawy fizyki atomu, PWN, Warszawa, 2021.
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: