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. 2020/2021
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