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

Theoretische Physik 3 für das Lehramt L3

(Wintersemester 2018)

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
Mo 12:15h-13:45h PHYS 01.114
Do 12:15h-13:00h PHYS 01.114

Erste Vorlesung: Montag, 15.10.

Videoaufzeichung: Die Vorlesung wird im eLecture-Portal von StudiumDigitale aufgezeichnet:
StudiumDigitale: Videos zur Vorlesung


Evaluation

Die Evaluation zur Vorlesung und Übung findet am 14.01. von 12:00-14:00h auf elektronischem Wege statt. Genauere Informationen finden Sie im folgenden pdf.


Manuskript

Das Manuskript ist in Arbeit. Hier finden Sie immer die aktuelle Version:
Manuskript (Version vom 29.01.2019)


Präsentation

Raum, Zeit, Materie [pdf] (in Arbeit, Version vom 04.02.2019)


Übungen

Tutorin: Nadja Krenz
E-Mail: krenz@th.physik.uni-frankfurt.de
Mo 10:00h-12:00h PHYS 01.114

Tutor: Jan Rais
E-Mail: rais@th.physik.uni-frankfurt.de
Do 13:00-15:00h PHYS __.101 (Achtung: seit 25.10. geändert!)

Erste Übung: Montag 22.10. bzw. Donnerstag 25.10.


Offenes Lernzentrum zur Theoretischen Physik 3

Tutor: Thomas Weatherby
E-Mail: weatherby@physik.uni-frankfurt.de
Termin: Mittwoch 10:00h-12:00h in PHYS 02.222

Hier können die Inhalte der Vorlesung und des Tutoriums diskutiert und Fragen beantwortet werden.


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: Zirkulare Polarisation von Photonen, Gaußintegrale [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 3: Gaußsches Wellenpaket [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 4: Operatorgymnastik, Heisenbergbild [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 5: Energieeigenzustände für Teilchen in Potentialtopf [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 6: Harmonischer Oszillator in elektrischem Feld; Energieeigenfunktionen [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 7: Kugelflächenfunktion für $l=1$ und $l=2$ [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 8: Drehimpuls und Drehungen [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 9: Mittlerer Radius des Wasserstoffatoms, Teilchen im Magnetfeld [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 10: Teilchen im homogenen Magnetfeld [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 11: Hintereinanderausführung von Lorentz-Boosts, Addition von Geschwindigkeiten [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 12: Geometrie im Minkowskiraum, Garagenparadoxon [pdf]; Lösungen [pdf]
    Blatt 13: Relativistisches Teilchen im homogenen elektrischen und magnetischen Feld; Energie-Impuls-Bilanz beim Compton-Effekt [pdf]; Lösungen [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: 14. Februar 2019