- Nazwa przedmiotu:
- Fizyka kwantowa
- Koordynator przedmiotu:
- Prof. dr hab. Piotr Magierski, prof. nzw., magiersk@if.pw.edu.pl
- Status przedmiotu:
- Obowiązkowy
- Poziom kształcenia:
- Studia I stopnia
- Program:
- Fizyka Techniczna
- Grupa przedmiotów:
- Obowiązkowe
- Kod przedmiotu:
- 1050-FT000-ISP-4FKW
- Semestr nominalny:
- 4 / rok ak. 2018/2019
- Liczba punktów ECTS:
- 6
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- 1. godziny kontaktowe – 107 h; w tym
a) obecność na wykładach – 45 h
b) obecność na ćwiczeniach/laboratoriach – 30 h
c) obecność na egzaminie – 2 h
d) uczestniczenie w konsultacjach – 30 h
2. praca własna studenta – 50 h; w tym
a) przygotowanie do ćwiczeń i do kolokwiów – 15 h
b) zapoznanie się z literaturą – 30 h
c) przygotowanie do egzaminu – 5 h
Razem w semestrze 157 h, co odpowiada 6 pkt. ECTS
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 1. obecność na wykładach – 45 h
2. obecność na ćwiczeniach – 30 h
3. obecność na laboratoriach – 0 h
4. obecność na egzaminie – 2 h
5. uczestniczenie w konsulatacjach – 30 h
Razem w semestrze 107 h, co odpowiada 4 pkt. ECTS
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- -
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład45h
- Ćwiczenia30h
- Laboratorium0h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- Podstawy fizyki (1, 2), Mechanika klasyczna
- Limit liczby studentów:
- -
- Cel przedmiotu:
- Student zapoznaje się z mechaniką kwantową dla układu jednej i dwóch oddziałujących cząstek. Uczy się mechaniki falowej opartej na równaniu Schroedingera razem z elementami bardziej abstrakcyjnego sformułowania w przestrzeni Hilberta. Celem wykładu jest nauczenie studenta rozwiązywania konkretnych problemów kwantowo-mechanicznych takich jak: obliczania energii własnych dla prostych studni potencjału, wartości własnych obserwabli, itd. Ponadto na wykładzie student zapozna się z koncepcjami tworzącymi podstawy teorii kwantów, oraz z nieoczekiwanymi, a czasem sprzecznymi z intuicją przewidywaniami mechaniki kwantowej.
- Treści kształcenia:
- 1. Przegląd najważniejszych eksperymentów podważających fizykę klasyczną. Stara teoria kwantów.
2. Równanie Schroedingera. Probabilistyczna interpretacja funkcji falowej.
3. Operatory wielkości fizycznych. Funkcje własne i wartości własne.
4. Pomiar w mechanice kwantowej. Wartość oczekiwana. Twierdzenie Ehrenfesta. Zasada nieoznaczoności Heisenberga.
5. Liniowy oscylator harmoniczny. Energie i funkcje falowe stanów stacjonarnych.
6. Ruch w potencjale sferycznie symetrycznym. Operator momentu pędu.
7. Atom wodoru.
8. Abstrakcyjne sformułowanie mechaniki kwantowej. Przestrzeń Hilberta. Wektor stanu. Notacja 'bra' i 'ket' Diraca.
9. Operatory rzutowe. Ewolucja układu kwantowego jako transformacja unitarna. Iloczyn tensorowy przestrzeni Hilberta – stany splątane.
10. Operatory kreacji i anihilacji dla oscylatora harmonicznego.
11. Spinowy moment pędu. Ruch cząstki w polu magnetycznym. Zjawisko Zeemana. Równanie Pauliego.
12. Dodawanie momentu pędu w mechanice kwantowej.
13. Elementy mechaniki kwantowej wielu ciał. Nierozróżnialność cząstek. Fermiony i bozony. Zasada Pauliego.
14. Wariacyjne oszacowanie energii jonizacji atomu helu.
- Metody oceny:
- Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest zaliczenie ćwiczeń. Na ocenę z ćwiczeń składają się wyniki z kolokwiów (dwóch), ocena umiejętności rozwiązywania zadań domowych oraz aktywność na zajęciach. Szczegółowe wymagania przedstawia prowadzący ćwiczenia na pierwszych zajęciach. Ocena z przedmiotu = 1/2*(ocena z egzaminu) + 1/2*(ocena z ćwiczeń). Przewiduje się zwolnienie z egzaminu dla osób, które zdobędą na ćwiczeniach określoną liczbę punktów.
Regulamin ćwiczeń:
--------------------------
1) Obecność na ćwiczeniach jest obowiązkowa. W semestrze można mieć dwie nieusprawiedliwione nieobecności.
2) Na ćwiczeniach można zdobyć maksymalnie 24 punkty.
3) W semestrze odbywają się 2 kolokwia. Za jedno kolokwium można uzyskać 8 punktów. Terminy kolokwiów ustala prowadzący ćwiczenia i podaje minimum na dwa tygodnie przed terminem.
4) Pozostałych 8 punktów (tak zwane punkty za aktywność i quizy) przyznaje prowadzący na koniec semestru.
5) Udział w kolokwiach jest obowiązkowy. Nieobecność na kolokwium może być potraktowana jako usprawiedliwiona na podstawie zwolnienia lekarskiego lub w innych szczególnie istotnych okolicznościach losowych. Student posiadający takie usprawiedliwienie powinien zgłosić się do prowadzącego (nie później niż w terminie najbliższych zajęć) w celu ustalenia formy i terminu zaliczenia kolokwium - w przeciwnym przypadku prowadzący może nie zaliczyć kolokwium (wystawić 0 punktów) i uznać nieobecność na kolokwium za nieusprawiedliwioną.
6) Do zaliczenia ćwiczeń wymagane jest spełnienie następujących warunków: otrzymanie przynajmniej 5 punktów z każdego z kolokwiów, otrzymanie przynajmniej 13 punktów łącznie z kolokwiów i z aktywności, obecność na obu kolokwiach i co najwyżej dwie nieobecności nieusprawiedliwione. Punkty na ocenę przeliczane są według poniższej tabelki:
Punkty Ocena
0 ÷ 12 - 2.0
13 ÷ 14 - 3.0
15 ÷ 16 - 3.5
17 ÷ 18 - 4.0
19 ÷ 21 - 4.5
22 ÷ 24 - 5.0
7) Na zakończenie semestru odbywa się poprawa, której formę ustala prowadzący.
8) Niniejszy regulamin może być w każdej chwili zmieniony przez prowadzącego na korzyść studenta. Decyzję taką każdorazowo podejmuje prowadzący.
- Egzamin:
- tak
- Literatura:
- Literatura podstawowa:
1. L. Schiff, Mechanika kwantowa, PWN 1997
2. A.S. Dawydow, Mechanika kwantowa, PWN 1969
3. S. Shankar, Mechanika kwantowa, PWN 2006
4. L. Adamowicz, Mechanika kwantowa. Formalizm i zastosowania. Ofic.Wyd. PW 2005
Literatura uzupełniająca:
5. C. Cohen-Tanoudji, B.Diu, F. Laloe, Quantum Mechanics, vol. 1-2, Wiley-Interscience 2006
6. L.D. Landau, E.M. Lifszyc, Mechanika kwantowa, PWN 1979
7. I. Białynicki-Birula, M. Cieplak, Teoria kwantów, PWN 1991
8. A. Peres, Quantum Theory: Concepts and Methods, Kluwer Ac. Publ. 2002
9. R.B. Griffiths, Consistent Quantum Theory, Cambridge Univ. Press 2002
10. C. Białobrzeski, Podstawy poznawcze fizyki świata atomowego, PWN 1984
- Witryna www przedmiotu:
- http://www.if.pw.edu.pl/~magiersk/wyklady.html
- Uwagi:
- -
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Efekt FKW_W01
- Student zna podstawy mechaniki kwantowej i potrafi zastosować jej metody w celu wyjaśnienia zjawisk fizycznych w mikroświecie.
Weryfikacja: kolokwia i egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
FT1_W02
Powiązane efekty obszarowe:
X1A_W01, T1A_W01, T1A_W03
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Efekt FKW_U01
- Student potrafi zastosować metody mechaniki kwantowej do wyznaczenia własności niektórych prostych układów kwantowych
Weryfikacja: kolokwia
Powiązane efekty kierunkowe:
FT1_U06
Powiązane efekty obszarowe:
X1A_U01, X1A_U02, T1A_U07, T1A_U09
Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne
- Efekt FKW_K01
- Rozumie potrzebę kształcenia się przez całe życie
Weryfikacja: egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
FT1_K01
Powiązane efekty obszarowe:
X1A_K01, X1A_K05, T1A_K01