\( \newcommand{\dd}{\mathrm{d}} \) \(\DeclareMathOperator{\sign}{sign} \) \(\newcommand{\pvec}[1]{\vec{#1}^{\,\prime}} \) \( \newcommand{\R}{\mathbb{R}} \) \( \newcommand{\ii}{\mathrm{i}} \) \( \newcommand{\dd}{\mathrm{d}} \)

Theoretische Physik 3 für das Lehramt L3

(Wintersemester 2019/2020)

Erwin Schrödinger

\begin{equation*} \begin{split} & \ii \hbar \partial_t \psi(t,\vec{r}) = \hat{H} \psi(t,\vec{r}), \\ & \Delta x \Delta p \geq \frac{\hbar}{2}. \end{split} \end{equation*}

Paul
              A. M. Dirac


Vorlesung

Hendrik van Hees
E-Mail: hees@th.physik.uni-frankfurt.de
Di 10:15h-11:00h PHYS 01.114
Do 10:15h-11:45h PHYS 01.114

Erste Vorlesung: Dienstag, 15.10.

Videoaufzeichung: Die Vorlesung wird im eLecture-Portal von StudiumDigitale aufgezeichnet:
Link zum Video


Evaluation

Die Evaluation der Vorlesung findet am Dienstag, 21.01. während der Vorlesungszeit elektronisch statt. Nähere Infos finden Sie hier [pdf]


Manuskript

Das Manuskript ist in Arbeit. Hier finden Sie immer die aktuelle Version:
Manuskript (Version vom 10.12.2019)


Präsentation

Raum, Zeit, Materie [pdf]


Übungen

Tutor: Thomas Mertz
E-Mail: mertz@itp.uni-frankfurt.de
Do 08:30-10:00 PHYS 02.222 (ACHTUNG: geänderte Zeit!)

Erste Übung: Donnerstag, 24.10.


Offenes Lernzentrum zur Theoretischen Physik 3 für L3

Tutor: Thomas Weatherby
E-Mail: weatherby@physik.uni-frankfurt.de
Di 11:15h-12:45 PHYS 02.222 (1. Termin: Dienstag 22.10.) (ACHTUNG: geänderte Zeit)

Allgemeine Informationen zum Lernzentrum [pdf]
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Allgemeines Lernzentrum des Fachbereichs Physik

Hier können Sie sich von Tutoren zu Vorlesung und Übung beraten lassen. Das Lernzentrum ist im Raum PHYS __.101 täglich von 14-18h geöffnet.


Studienleistungen

Unbenoteter Schein und Übungen: Anwesenheit (maximal zweimal unentschuldigtes Fehlen) im und aktive Teilnahme am Tutorium

Mündliche Prüfung (Modulprüfung Physikalische Modelle II): Zulassungsvoraussetzung: Erwerb des unbenoteten Scheins für Theoretische Physik 3

Prüfungsinhalte

Theoretische Physik III (Kapitelangaben beziehen sich auf mein Manuskript)

Kapitel 2 + 3

  • Zustände und Observablen (Hilbert-Raum-Formalismus, Bras und Kets, Wahrscheinlichkeitsinterpretation)
  • Polarissationsmessungen an Photonen
  • Hamilton-Operator und Dynamik
  • Operatoren für Ort, Impuls und Drehimpuls in der Wellenmechanik
  • Energieeigenwertprobleme (freies Teilchen, harmonischer Oszillator, Wasserstoffatom)
  • Kapitel 4

  • Einsteins Postulate zur Speziellen Relativitätstheorie
  • Lorentz-Transformation; Minkowski-Raum-Zeit-Diagramme
  • Kinematische Effekte (Relativität der Gleichzeitigkeit, Zeitdilatation/Zwillingsparadoxon, Längenkontraktion)
  • Speziell relativistische Mechanik massiver Teilchen (Eigenzeit, Energie, Impuls)
  • Energie-Impuls-Bilanz beim Teilchenzerfall und Zweiteilchenstößen

  • Übungen

    Blatt 1: Polarisationsmessungen an Photonen [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 2: Polarisation von Photonen in verschiedenen Orthonormalbasen; Gauß-Verteilungen [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 3: Rechnen mit Operatoren [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 4: Energieeigenzustände eines Teilchens im Potentialtopf [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 5: Gaußsches Wellenpaket für freies Teilchen [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 6: Harmonischer Oszillator im homogenen elektrischen Feld [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 7: Drehimpulseigenfunktionen für l=1 und l=2 [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 8: Drehoperator [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 9: Grundzustand des Wasserstoffatoms; Teilchen im Magnetfeld [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 10: Energieeigenszustände für ein Spin-1/2-Teilchen im homogenen Magnetfeld [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 11: Hintereinanderausführung von Lorentz-Transformationen; Additionsgesetz für Geschwindigkeiten [pdf]


    Online-Material

    Lehrbücher zur Theoretischen Physik 3

    Im folgenden finden Sie eine Auswahl von Links zu E-Books des Springer Verlags, die im Netz der GU frei zugänglich sind. Man kann auch außerhalb des Netzes der GU mittels VPN oder SOCKS-Proxy (z.B. via ssh) zugreifen. I.a. sind die Lehrbücher im pdf-Format vorhanden, manchmal auch im epub-Format. Erfahrungsgemäß sind wegen der Formeln nur die pdf-Versionen wirklich gut lesbar (sowohl online als auch ausgedruckt).

    Zum Selbersuchen von Physik-E-Books bei Springer:
    Springer Links oder im Katalog der Uni-Bibliothek Neues Suchportal der Uni-Bibliothek

    M. Bartelmann, et al., Theoretische Physik 1 - Mechanik, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (2018).
    M. Bartelmann, et al., Theoretische Physik 2 - Elektrodynamik, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (2018).
    M. Bartelmann, et al., Theoretische Physik 3 - Quantenmechanik, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg (2018).
    A. Einstein, Grundzüge der Relativitätstheorie, 7. Aufl., Springer, Berlin, Heidelberg (2009).
    A. Einstein, Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie, 24. Aufl., Springer, Berlin, Heidelberg (2009).

    J. J. Sakurai, S. Tuan, Modern Quantum Mechanics, Addison Wesley (1993)

    B. Schumacher, M. Westmoreland, Quantum Processes, Systems, and Information, Cambridge
    University Press, Cambridge, New York, Melbourne, Madrid, Cape Town, Singapore, Sao
    Paulo, Delhi, Dubai, Tokyo (2010)

    Lehbücher und populärwissenschaftliche Bücher über Grundlagen (Interpretationsprobleme) der Quantenmechanik

    D. Dürr, D. Lazarovici, Verständliche Quantenmechanik, Springer Spektrum, Berlin (2018)
    C. Friebe, et al., Philosophie der Quantenphysik: Zentrale Begriffe, Probleme, Positionen, 2. Aufl., Springer Spektrum, Berlin (2018)

    A. Zeilinger, Dance of the photons: from Einstein to quantum teleportation, Farrar, Straus and
    Giroux, New York (2010).

    P. Ball, Beyond weird, Bodley Head (2018)

    Schulbuch Physik (Oberstufe)

    J. Grehn, J. Krause, Metzler Physik, Sekundarstufe II, 4. Auflage, Schroedel (2007)

    Lehrbücher zur Mathematik

    S. Großmann, Mathematischer Einführungskurs für die Physik, 10. Aufl., Springer Verlag, Berlin, Heidelberg (2012)

    Didaktik-Lehrbuch (mit Kapiteln zu QM und SRT)

    H. Schecker et al, Schülervorstellungen und Physikunterricht, Springer Spektrum (2018)

    Vorlesungsmanuskripte

    H. van Hees, Skript zu "Mathematische Ergänzungen zur Theoretischen Physik 1" [pdf]

    W. Cassing, H. van Hees, Mathematische Methoden für Physiker [pdf]

    Homepage von Prof. H.-J. Lüdde mit vielen Links zu Manuskripten, E-Learning-Material etc. zu den Vorlesungen Theoretische Physik für das Lehramt L3 I-III


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    Letzte Änderung: 17. Januar 2020