lu.se

Nationellt resurscentrum för fysik

Institutionen för Fysik, Lunds universitet

Denna sida på svenska This page in English

Krav

Boken innehåller många utmärkta frågor och uppgifter. Utnyttja repetitionssidorna och diskussionfrågorna i varje kapitel! Diskutera med varandra och fråga om ni inte med förenade krafter kan lösa dem.

Baskrav

För godkänt på kursen förväntar jag att ni kan 

  • Relativitetsteori: Tidsdilatation, längdkontraktion, relativistisk rörelsemängd, E=Mc2 och koppling till kärnors bindningsenergi, fission och fusion
  • Fotoelektriska effekten: Kunna ta fram Plancks konstant och utträdesarbete ur experimentella data. Veta varför detta är ett "kritiskt experiment".
  • Bohrs atommodell: Kunna härleda energinivåerna för vätelika system i Bohrs atommodell genom att utnyttja "planetmodellen" i kombination med de Broglie-våglängden.
  • Partikel i låda: Kunna bestämma möjliga vågfunktioner och energinivåer i en en-dimensionell låda.
  • Väteatomen: Känna till de olika kvanttalen för vågfunktionen. Veta hur Pauliprincipen tillsammans med kvanttalen kan ge en kvalitativ förklaring av periodiska systemet.
  • Känna till de fyra växelverkningarna och deras styrkeordning, räckvidd och mellan vilka partiklar de verkar. Förstå deras roll i olika fenomen och kunna identifiera vilken växelverkan som är huvudaktör i olika situationer.

För en kurs på denna nivå bör ni också kunna ytterligare några aspekter:

  • beräkna sannolikheten att hitta en partikel i viss del av en oändlig potentiallåda
  • beskriva skillnader mellan lösningar för ändlig och oändlig potential låda
  • om ni får ett uttryck för en vågfunktion i väte, kunna beräkna sannolikheten att hitta elektronen inom ett visst avstånd från kärnan.

men jag kommer inte att kräva detta på tentamen.

För väl godkänt förväntar jag att ni behärskar ytterligare några områden inom kursens innehåll.

Kursinnehåll

Område Moment
Ljusets kvantisering (38)
Fotoelektriska effektenKunna rita skisser av olika relationer mellan fotoström och ljusets intensitet och våglängd (frekvens). Kunna bestämma utträdesarbete ("work function") och Plancks konstant, h, från givna data. Förstå varför detta är ett nyckelexperiment i kvantfysiken. (38.1)
Compton-effektVeta att ljuset har impuls och att experimentella data kan förklaras genom att betrakta en kollision mellan en elektron och en foton, och utnyttja konservering av energi och rörelsemängd (38.3)
Värmestrålning, "svartkroppsstrålning" Kunna koppla till jordens strålningsbalans. Känna till Stefan-Boltzmann's lag och Wiens förskjutningslag.(39.5) 
Materievågor (39-40) 
de Broglie-vålängd Förstå varför den inte uppträder i makroskopiska fenomen. Förstå varför elektronmikroskop har bättre upplösning av optiska. Kunna uttrycket och kunna använda det. (39.1)
Bohr-atomen Kunna härleda energinivåerna för vätelika system i Bohrs atommodell med de Broglie-våglängden. Vilka postulat använde Bohr? Vilka fenomen kan förklaras? Vilka begränsningar finns? (39.2-3)
Tunnling Känna till fenomenet. Kunna använda formlerna (40.3-4)
Känna till STM och koppling mellan tunnling och fission 
Vågfunktioner "Förstå" vågfunktionens tolkning som sannolikhetsfördelning. Kunna beräkna sannolikheten att hitta en partikel i vissa områden när vågfunktionen är given (för specialfallen "partikel i låda" och vätelika system) (40.1-2)
Heisenbergs osäkerhetsrelation Både impuls/läge och energi-tid. Hur är den relaterad till våg-partikel-dualismen? Virtuella partiklar? Spridning i spalt. Partikel i låda och väteatomen. (39.6)
Kvantisering
Partikel i låda Kunna bestämma möjliga vågfunktioner i en låda. (40.2) (+40.3 kursivt)) Kunna bestämma energinivåerna i en 2-dimensionell och 3-dimensionell låda. (41.1-2)
Kvanttal Förstå hur man får fram kvanttalen för partikel i låda . Relation kvanttal - dimension (41.2). Känna till kvanttalen för elektrontillstånd i en atom. (41.3 -4 ) Relation till periodiska systemet. (41.6)
Elektronens spin Stern-Gerlachs experiment (41.5) . Kvantisering och mätprocessen. Polarisation. Spin och magnetism
Schrödinger-ekvationen Förstå att Schrödinger-ekvationen kan lösas och att lösnignarna ger information om atomens egenskaper.
Spektra Relation energinivåer - spektra. Veta att (och hur!) ljuset från en stjärna kan berätta om temperatur, hastighet bort från oss, kemisk sammansättning.
Röntgenspektra Beskriv ett spektrum (fig 41-23) , karaktäristiska röntgenspektra: vilka elektrontillstånd. Hur kan man uppskatta energien (se ocks fig 41.24). Periodiska systemet. Översiktligt förståelse av hur ett ämnes elektronstruktur relateras till makroskopiska egenskaper (41.7)
Periodiska systemetRelation till kvartal för väteatomen (41.6) Periodiska systemet för gaser och kemiska reaktioner. Röntgenspektra. Pauliprincipen. Elektronens spin. 
Kvantmystik "Dem som inte är chockad över kvantmekaniken har inte förstått den" sa Niels Bohr - varför?
Dubbelspalten Repetera. En-foton i taget vad händer. Våg-partikel-dualiteten (38.4)
KöpenhamnsskolanSchrödingers katt, "vågfunktionens kollaps", mätprocessen
EPR-paradoxen Kvantteleportation, etc
Fundamentala konstanter och absoluta mått
Icke-särskiljbarhet Vi tror att alla elektroner i universum har samma laddning och massa. Cs- klocka, meterdefinitionen.
Konstanternas storlek h, c, e, m, Hur skulle världen ändras om konstanterna vore annorlunda? Förutsättning för liv?
Kärnfysik
Fission / fusion l Kunna diskutera kärnreaktioner utgående från fig 43-6.
alfa- beta - gamma Översiktlig kännedom om nuklidkartan och sönderfalls-processer. Sönderfall och halveringstider.
Datering och doser Relation mellan sönderfallskonstant, aktivitet och halveringstid
Krafter och partiklar. Materiens uppbyggnad
Fyra växelverkningarKänna till de fyra och deras styrkeordning och mellan vilka partiklar de verkar. Förstå deras roll i olika fenomen och kunna identifiera vilken växelverkan som är huvudaktör i olika situationer. (44.3)
PartiklarVeta skillnaden mellan fermioner och bosoner, hadroner och leptoner. Känna till leptonfamiljen och veta att både hadron och leptontal konserveras. Partiklar/antipartiklar. Kvarkar (44.1 +44.3-4
Kraftförmedlare"Virtuella partiklar", fotoner, W, Z-bosoner, gluoner. Standardmodellen  (44.5 kursivt). 
KärnfysikKärnans egenskaper, uppbyggnad. Vad håller ihop atomkärnan. 43.1 Kunna tolka figur 43.2. Nuklidkartan (fig 43.4) och sönderfallsschema (43.3)
Halveringstid, radioaktivitet (43.4) och kärnreaktioner (43.6)
Strålningens påverkan på människan (43.5) 
Molekyler och kondenserad materiaRotation, vibration Energiband (42)
Kosmologi Big Bang - vilka observationer stöder denna teori? Hubbles lag. Mörk materia. Kosmisk bakgrundsstrålning (44.6-7)
Historiska aspekter
PersonerKänna till huvudpersonerna i kvantmekanikens utveckling och deras roll: Einstein, Curie (Pierre och Marie!), Rutherford, Bohr, Schrödinger, Heisenberg, Pauli, Feynman
(Det är inte förbjudet att lära sig om Planck, Becquerel, Compton, Dirac, Stern, Gerlach
UtvecklingVåg-partikeldualitet, Elektronspin, Atommodeller och Periodiska systemet, Manhattan-projektet
Instrumentering
Kännedom om några viktiga instrument och deras betydelse:

Röntgen
Spektroskop, MRI (43.1) Laser, acceleratorer, synkrotron ...
Veta hur man kan skilja spåren från olika partiklar (dimkammare etc) (44.2) 

Relativitetsteori (kap 37)
Speciella relativitetsteorinNyckelexperiment och postulat: Tidsdilatation, längdkontraktion, relativistisk rörelsemängd
E=Mc2: Koppling till kärnors bindningsenergi, fission och fusion
Allmäna relativitetsteorinRelation mellan acceleration och gravitation. Gravitationens påverkan på ljus och klockor. Svarta hål och något om deras egenskaper. (37.9)