PřF:F6030 Kvantová mechanika - Informace o předmětu
F6030 Kvantová mechanika
Přírodovědecká fakultapodzim 2010
- Rozsah
- 3/2/0. 5 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
- Vyučující
- doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc. (přednášející)
RNDr. Eva Kutálková, Ph.D. (cvičící) - Garance
- doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc.
Ústav fyziky a technologií plazmatu – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc. - Rozvrh
- Po 13:00–13:50 Fs1 6/1017, Po 14:00–14:50 Fs2 6/4003, Út 11:00–12:50 F4,03017, Čt 8:00–9:50 F3,03015
- Předpoklady
- F4050 Úvod do fyziky mikrosvěta || F4060 Úvod do fyziky mikrosvěta || F4100 Úvod do fyziky mikrosvěta
- Omezení zápisu do předmětu
- Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
- Mateřské obory/plány
- Učitelství fyziky pro střední školy (program PřF, M-SS)
- Cíle předmětu
- Předmět je úvodním vysokoškolským kurzem nerelativistické kvantové mechaniky. Opírá se o znalost experimentálních předpokladů a fyzikálně-historických souvislostí vzniku této discipliny nabytých v kurzu Obecné fyziky (předmět Úvod do fyziky mikrosvěta). Poněvadž je určen především budoucím učitelům fyziky, klade se v něm hlavní důraz na důkladné objasnění základních pojmů, představ a idejí kvantové mechaniky. Podrobně jsou komentovány nejenom jejich vzájemné, ale i širší souvislosti s hlavním záměrem přesvědčivě ukázat, že (a jak) byl lidský rozum zvládnout oblast přírody nedostupnou přímému smyslovému vnímání až do míry umožňující vědecké a technické aplikace. Nedílnou součástí předmětu je i jejich diskuse a analýza možností elementarizace jejich výkladu na středoškolskou úroveň.
Na konci kurzu by student měl být schopen porozumět, vysvětlit a prakticky používat: postuláty a matematický aparát kvantové mechaniky včetně jejich/jeho fyzikální interpretace; Schrödingerovu rovnici a její jednoduché aplikace; přibližné metody kvantové mechaniky; základní představy kvantového popisu souborů stejných mikroobjektů; základní představy chemické vazby; vzájemný vztah mezi vysokoškolskou a středoškolskou verzí kvantové mechaniky. - Osnova
- 1. Matematický aparát kvantové mechaniky a jeho fyzikální interpretace (vlnová funkce a vektor stavu, princip superpozice, hermiteovské operátory, rozvoj do vlastních funkcí, reprezentace, fyzikální veličiny v kvantové mechanice, měření v mikrosvětě, střední hodnoty fyzikálních veličin, princip neurčitosti).
- 2. Schrödingerova rovnice (časový vývoj stavu mikroobjektu, obecná Schrödingerova rovnice, fyzikální důsledky Schrödingerovy rovnice, příčinnost v kvantové mechanice, stacionární Schrödingerova rovnice, vlastnosti stacionárních stavů).
- 3. Nejjednodušší aplikace kvantové mechaniky (skokové modely potenciálu - termoemise, autoemise, kontaktní potenciál, radioaktivita, přeměna jader, molekuly a jejich interakce, pásový model pevných látek; harmonický oscilátor, souvislost mezi degenerací energiových hladin a symetrií problému).
- 4. Přibližné metody (nespojité potenciály, WKB aproximace, odhad charakteristik základního stavu vázaného mikroobjektu, poruchová metoda, variační metoda).
- 5. Moment hybnosti v kvantové mechanice (komutační relace a vlastní hodnoty, kvantování a degenerace, geometrická interpretace, skládání momentů hybnosti).
- 6. Mikroobjekt v centrálně symetrickém poli (rozptylové a vázané stavy, kvantování energie a momentu hybnosti, radiální a úhlová hustota pravděpodobnosti).
- 7. Atom vodíku (energiové spektrum, grafické znázornění nábojové hustoty v atomu vodíku, hybridizace).
- 8. Spin (spinová hypotéza, Sternův-Gerlachův experiment, Pauliho rovnice, spinové efekty v atomu vodíku).
- 9. Kvantověmechanický popis mnohačásticových systémů (princip nerozlišitelnosti, výměnná interakce, systémy bosonů a fermionů, Pauliho vylučovací princip, jednočásticová aproximace, metoda selfkonzistentního pole, víceelektronové atomy, Mendělejevova periodická tabulka, chemická vazba).
- 10. Kvantová mechanika na vysoké a střední škole (přehled nejfrekventovanějších elementarizovaných postupů a jejich kritická analýza).
- Literatura
- SKÁLA, Lubomír. Úvod do kvantové mechaniky. Vyd. 1. Praha: Academia, 2005, 281 s. ISBN 8020013164. info
- PIŠÚT, Ján, Ladislav GOMOLČÁK a Vladimír ČERNÝ. Úvod do kvantovej mechaniky. 2. vyd. Bratislava: Alfa, 1983, 551 s. info
- Wichman, Eyvind H. Quantum Physics (Berkeley Physics Course, Vol.IV). New York: McGraw-Hill Book Company. (Ruský překlad: Kvantovaja fizika. Moskva: Nauka, 1974.)
- CELÝ, Jan. Základy kvantové mechaniky pro chemiky. Vyd. 1. Brno: Rektorát UJEP, 1981, 176 s. info
- CELÝ, Jan. Základy kvantové mechaniky pro chemiky. Vyd. 1. Brno: Rektorát UJEP, 1983, 161 s. info
- LACINA, Aleš. Cvičení z kvantové mechaniky pro posluchače učitelství fyziky. Vyd. 1. Brno: Rektorát UJEP, 1989, 103 s. ISBN 8021000678. URL info
- Výukové metody
- Přednáška a cvičení; dvě písemné kontrolní práce v průběhu semestru.
- Metody hodnocení
- Zkouška: písemná a ústní
- Informace učitele
- Přístup ke zkoušce je pro posluchače denního studia podmíněn splněním požadavků stanovených ve cvičení: 1. Aktivní účast (max. 3 neúčasti). 2. Alespoň 60% úspěšnost na dvou písemkách v průběhu semestru (možnost dvou opravných termínů).*** Podmínky pro podání přihlášky ke zkoušce pro studenty kombinovaného studia: 1. Absolvování tří konzultací během semestru, v rámci nichž bude probrána logická struktura discipliny, okomentováno její zpracování v doporučené studijní literatuře a zadány požadavky pro samostatnou práci nahrazující cvičení (pokud je student neabsolvuje prezenčně spolu s posluchači denního studia). 2. Úspěšné absolvování dvou prezenčních kontrolních písemných prací shrnujících přibližně první třetinu, resp. první dvě třetiny sylabu předmětu.
- Další komentáře
- Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
- Statistika zápisu (podzim 2010, nejnovější)
- Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2010/F6030