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Experimentalphysik 3
Experimental Physics 3

Modul PH0003 [ExPh 3]

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom WS 2018/9 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
WS 2018/9WS 2017/8WS 2010/1

Basisdaten

PH0003 ist ein Semestermodul in Deutsch auf Bachelor-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Pflichtmodule im Bachelorstudiengang Physik (3. Fachsemester)
  • Module der Physik für Lehramtsstudierende

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
240 h 120 h 8 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH0003 ist Laura Fabbietti.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

1. Elektromagnetische Wellen
1.1 Fouriertransformationen
1.2 Phasen- und Gruppengeschwindigkeiten
1.3 Die Dispersion von Licht
2. Elektromagnetische Wellen an Grenzflächen
2.1 Das Huygenssche Prinzip
2.2 Transmission und Reflexion
2.3 Reflexion absorbierender Medien
2.4 Streuung von Licht
3. Geometrische Optik
3.1 Das Fermatsche Prinzip
3.2 Das Prisma
3.3 Die optische Abbildung
3.3.1 Kugelspiegel
3.3.2 Brechende Kugelflächen
3.3.3 Dünne Linsen
3.3.4 Dicke Linsen
3.3.5 Optische Instrumente (Das Auge, Fotoapparat, Mikroskop, Teleskope)
3.3.6 Abbildungsfehler
3.3.7 Adaptive Optik
4. Welleneigenschaften des Lichts
4.1 Fresnel- Kirchhoffsche Beugung
4.1.1 Beugung am Spalt
4.1.2 Beugung und Interferenz am Doppelspalt
4.1.3 Beugung und Interferenz am Gitter
4.1.4 Beugung an Kristallen
4.2. Kohärenz
4.2.1 Interferometer
4.2.2 Interferenz an dünnen Schichten
4.2.3 Optische Vergütung von Oberflächen
4.2.4 Das Fabry-Perot Interferometer
4.3 Das Auflösungsvermögen optischer Instrumente
4.4 Über die Abbesche Theorie der Bildentstehung, Fourieroptik
4.5 Holographie
4.6 Polarisation
4.6.1 Lineare Polarisation
4.6.2 Zirkulare Polarisation
4.6.3 Doppelbrechung
4.7 Einführung in die nichtlineare Optik
5. Quantenphänomene
5.1 Der Photoeffekt
5.2 Der Comptoneffekt
5.3 Bremsstrahlung
5.4 Röntgenstrahlung
5.5 Paarerzeugung
5.6 Über den Drehimpuls von Photonen
5.7 Strahlungsgesetze
5.7.1 Der schwarze Strahler
5.7.2 Die kosmische Hintergrundstrahlung
5.8 Der Laser
5.9 Materiewellen
5.9.1 Wellenpakete
5.9.2 Wahrscheinlichkeitsinterpretation

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage, die Gesetze der geometrischen Optik anzuwenden sowie die Funktionsweise und Limitationen einfacher optischer Instrumente zu verstehen. Desweiteren sind sie in der Lage, die Phänomene der Beugung und Interferenz zu verstehen und die daraus resultierende Anwendung von komplexen Instrumenten und Methoden, wie z.B. in der Holographie zu kennen. Die Studierenden können den Übergang von der klassischen Physik zur Quantenphysik beschreiben und diese Konzepte zur Lösung von Problemstellungen anwenden.

Voraussetzungen

PH0001, PH0002, MA9201, MA9202, MA9203

für Studierende des Bachelorstudiengangs Naturwissenschaftliche Bildung Mathematik / Physik: PH0001, PH0002, MA9935, MA9936

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Experimental Physics 3 in English Bandarenka, A. Mo, 14:00–16:00, PH HS1
VO 4 Experimentalphysik 3 Fabbietti, L. Mo, 08:30–10:00, MI HS1
Do, 12:15–13:45, MI HS1
sowie einzelne oder verschobene Termine
UE 2 Offenes Tutorium zu Experimentalphysik 3 Höffer von Loewenfeld, P. Rohr, C.
Leitung/Koordination: Fabbietti, L.
Di, 08:30–10:00, MW 1450
UE 2 Übung zu Experimentalphysik 3 Rohr, C.
Leitung/Koordination: Fabbietti, L.
Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

In der Vorlesung „Experimentalphysik“ werden die Inhalte im Vortrag und durch anschauliche Beispiele und begleitende Demonstrationsexperimente sowie durch Diskussion mit den Studierenden vermittelt. Dabei werden die Studierenden auch zur eigenständigen inhaltlichen Auseinandersetzung mit den behandelten Themen sowie zum Studium der zugehörigen Literatur motiviert.

Jeweils passend zu den Vorlesungsinhalten bietet das „Offene Tutorium“ die Gelegenheit zum Selbst- und Gruppenrechnen im Großgruppenformat. Betreut durch mehrere Tutoren werden gemeinsam jene Aspekte des Stoffes wiederholt, die zum Lösen von konkreten Aufgaben gebraucht werden; Lösungsideen, -wege und -strategien werden vorgestellt und gemeinsam erprobt.

In den Übungen lernen die Studierenden in Kleingruppen nicht nur den Lösungsweg nachzuvollziehen, sondern Aufgaben auch selbstständig zu lösen. Hierzu werden Aufgabenblätter angeboten, die die Studierenden zur selbstständigen Kontrolle sowie zur Vertiefung der gelernten Methoden und Konzepte bearbeiten sollen. In den Übungen werden die unter der Woche gerechneten Aufgaben von den Studierenden und einer/m wissenschaftlichen Mitarbeiter(in) an der Tafel vorgerechnet und besprochen. Die Übung bietet auch die Gelegenheit zur Diskussion und weitergehende Erläuterungen zum Vorlesungsstoff und bereitet konkret auf die Prüfungen vor.

Die Vorlesung in englischer Sprache ist ein freiwilliges  Zusatzangebot. In kompakter Form werden einige Themen der wesentlich umfangreicheren deutschsprachigen  Pflichtvorlesung abgehandelt. Es bieten sich also eine etwas anderer Perspektive auf einzelne Stoffelemente und ein intensiver erster Kontakt mit Fachenglisch.

Die verschiedenen Lernformate sind eng verzahnt und befinden sich im ständigen Austausch.

Medienformen

Tafelanschrieb bzw. Präsentation,
Demonstrationsexperimente (Erklärungen zum Download),
Beispielvideos (z.T. zum Download),
Vorlesungsmitschrift zum Download,
Übungsaufgaben (Fallbeispiele) und Lösungen zum Download

Literatur

W. Zinth, H.J. Körner; Experimentalphysik III, Oldenbourg-Verlag
W. Demtröder: Experimentalphysik 2 & 3, Springer-Verlag, 3. Auflage
E. Hecht, A. Zajac; Optics, Addison-Wesley Verlag
H. Haken, H.C. Wolf: Atom- und Quantenphysik, Springer Verlag, 8. Auflage

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine schriftliche Klausur von 90 Minuten Dauer statt. Darin wird exemplarisch das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe durch Rechenaufgaben und Verständnisfragen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Konstruieren Sie den Strahlengang in einem Galilei Fernrohr und berechnen Sie dessen vertikale Vergrößerung bei gegebenen Linsenradien.
  • Im reflektierten Licht einer Seifenblase beobachtet man maximal gelbes Licht unter einem Winkel von 45°. Bestimmen Sie die Dicke der Seifenblase.
  • Das Lichtquant (0,003 nm) wird an einem ruhenden Elektron unter einem Winkel von 90° elastisch gestreut. Wie groß ist die de-Broglie-Wellenlänge des Rückstoß-Elektrons?

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Auf die Note einer bestandenen Modulprüfung in der Prüfungsperiode direkt im Anschluss an die Vorlesung (nicht auf die Wiederholungsprüfung) wird ein Bonus (eine Zwischennotenstufe "0,3" besser) gewährt (4,3 wird nicht auf 4,0 aufgewertet), wenn die/der Studierende die Mid-Term-Leistung bestanden hat, diese besteht aus

  • dem bestehen der freiwilligen Zwischenklausur während des Semesters
  • Vorbereiten von mindestens 50% der Hausaufgaben zum Vorrechnen in der Übung

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Aktuell zugeordnete Prüfungstermine

Derzeit sind in TUMonline die folgenden Prüfungstermine angelegt. Bitte beachten Sie neben den oben stehenden allgemeinen Hinweisen auch stets aktuelle Ankündigungen während der Lehrveranstaltungen.

Titel
ZeitOrtInfoAnmeldung
Prüfung zu Experimentalphysik 3
Mo, 18.2.2019, 10:30 bis 12:00 MW: 0001
CH: 21010
bis 15.1.2019 (Abmeldung bis 11.2.2019)
Mo, 15.4.2019, 10:30 bis 12:00 00.02.001
MI: 00.02.001
bis 1.4.2019 (Abmeldung bis 8.4.2019)
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