Kvantmekanik 1. Ny kursplan

Transkript

1 UMEÅ UNIVERSITET Institutionen för fysik Ledningsgruppen p.8 15 Ärende: Ny kursplan Kvantmekanik 1. Ny kursplan Basdata Benämning på kursen Kvantmekanik 1. Engelsk översättning av kursens benämning: Quantum Mechanics 1. Högskolepoäng 6. Kurskod 5FY156. Ansvarig institution Institutionen för fysik. Ämnesgrupp Fysik. Huvudområde Fysik. Utbildningsnivå Grundnivå. Fördjupning i förhållande till examensfordringarna G2F. Grundnivå, har minst 60 hp kurs/er på grundnivå eller minst två års sammanlagda studier som förkunskapskrav. Utbildningsområde Tekniskt. Naturvetenskapligt. Betygsgrader Underkänd (U), Godkänd (3), Icke utan beröm godkänd (4), Med beröm godkänd (5). Ev. programtillhörighet Kursen kan läsas inom civilingenjörsprogrammet i teknisk fysik, kandidatprogrammet i fysik och tillämpad matematik, masterprogrammet i fysik och som fristående kurs. Ev. medverkande institutioner

2 Innehåll Fastställande Kursplanen är fastställd av Teknisk naturvetenskapliga fakultetsnämnden 2015 xx xx. Kursplanen gäller fr.o.m. H15. Beslut och riktlinjer Kursen kan läsas inom civilingenjörsprogrammet i teknisk fysik, kandidatprogrammet i fysik och tillämpad matematik, masterprogrammet i fysik och som fristående kurs. Innehåll Kursen behandlar grundläggande kvantmekanik med tillämpningar. Den inleds med fundamentala begrepp, postulat och resultat, såsom hermitska operatorer, Hilbertrum, superpositionsprincipen, sannolikhetstolkningen, osäkerhetsrelationen och Schrödingerekvationen. Sedan studeras problem i en dimension med tillämpningar på bl.a. harmonisk oscillator, varvid stegoperatorer introduceras, och tunnlingsfenomen. Efter detta studeras Schrödingerekvationen för tredimensionella system med väteatomen som huvudexempel. I samband med detta behandlas också rörelsemängdsmoment och spinn och enklare spinnande system studeras. Sedan behandlas system med identiska partiklar och Pauliprincipen, och som exempel ges en översiktlig beskrivning av flerelektronatomer. Tidsoberoende störningsräkning studeras därefter och som tillämpning behandlas finstruktur i väteatomen och Zeemaneffekt. Slutligen ges en översiktlig sammanfattning av kvantmekanikens betydelse för modern teknologi. Kursen omfattar en teoridel om 5,5 hp och en experimentell laborationsdel om 0,5 hp. Kursens mål (förväntade studieresultat) För att uppfylla målen för kunskap och förståelse ska den studerande efter genomgången kurs kunna: redogöra för kvantmekanikens grundläggande begrepp och postulat, såsom hermitska operatorer, Hilbertrum, superpositionsprincipen, sannolikhetstolkningen och Schrödingerekvationen, samt kunna beskriva och härleda centrala resultat såsom t.ex. osäkerhetsrelationen och egenskaper hos egenvärden och egentillstånd för hermitska operatorer, redogöra för kvantmekaniskt rörelsemängdsmoment och spinn samt kunna härleda centrala resultat om dessas egenskaper, beskriva egenskaper hos system av identiska partiklar, härleda och redogöra för väteatomens struktur, inklusive dess finstruktur, redogöra för tidsoberoende störningsräkning samt kunna härleda korrektioner av energier och vågfunktioner. För att uppfylla målen för färdighet och förmåga ska den studerande efter genomgången kurs kunna: lösa kvantmekaniska problem i en dimension med tillämpningar på bl.a. tunnlingsfenomen och harmonisk oscillator, tillämpa stegoperator, genomföra beräkningar på väteatomen och andra sfäriskt symmetriska system, genomföra beräkningar på enklare system med spinnande partiklar, applicera tidsoberoende störningsräkning på olika system, utföra mätningar på atomära spektra samt analysera egenskaper hos dessa, kommunicera resultat av experiment och presentera erhållna resultat i skriftlig och muntlig form.

3 För att uppfylla målen för värdering och förhållningssätt ska den studerande efter genomgången kurs kunna: visa samarbetsförmåga med andra personer i laborativ miljö, reflektera över och värdera sin egen insats vid laborationsarbete. Behörighetskrav Univ: Kvantfysik, 4,5 hp, eller motsvarande. Undervisningens uppläggning Undervisningen bedrivs i form av lektionsundervisning, räkneövningar och handledning vid laborationer. Laborationer är obligatoriska moment i kursen. Student som missat eller inte kunnat slutföra ett obligatoriskt utbildningsmoment vid kurstillfället ska beredas möjlighet att slutföra det vid ett senare kurstillfälle. För mer information, se Regler för betyg och examination på grund och avancerad nivå, dnr: FS Examination Examinationen på kursens teorimoment sker normalt individuellt i form av en skriftlig salstentamen vid kursens slut samt genom frivillig presentation av problemlösningar. På provet sätts något av betygen Underkänd (U), Godkänd (3), Icke utan beröm godkänd (4) eller Med beröm godkänd (5). På frivilliga presentationer av problemlösningar sätts poäng som även är giltiga vid omprov och uppsamlingsprov. Examinationen på kursens laborativa moment sker normalt i grupp (där individuell bedömning kan ske) i form av skriftlig och muntlig rapportering. På kursens laborativa moment sätts något av betygen Underkänd (U) eller Godkänd (G). På hela kursen sätts något av betygen Underkänd (U), Godkänd (3), Icke utan beröm godkänd (4) eller Med beröm godkänd (5). För att bli godkänd på hela kursen krävs att både det skriftliga provet och de obligatoriska momenten är godkända. Under förutsättning att kursens laborativa moment är godkänt blir betyget på hela kursen detsamma som på det skriftliga provet. Den som godkänts i ett prov får inte undergå förnyat prov för högre betyg. En student som utan godkänt resultat har genomgått två prov för en kurs eller en del av en kurs, har rätt att få en annan examinator utsedd, om inte särskilda skäl talar emot det (HF 6 kap. 22 ). Begäran om ny examinator ställs till prefekten för Institutionen för fysik. För mer information, se Regler för betyg och examination på grund och avancerad nivå, dnr: FS Tillgodoräknande Student har rätt att få prövat om tidigare utbildning eller motsvarande kunskaper och färdigheter förvärvade i yrkesverksamhet kan tillgodoräknas för motsvarande utbildning vid Umeå universitet. Ansökan om tillgodoräknande skickas in till Studentcentrum/Examina. Mer information om tillgodoräknande finns på Umeå universitets studentwebb, och i högskoleförordningen (6 kap). Ett avslag på ansökan om tillgodoräknande kan överklagas (Högskoleförordningen 12 kap) till Överklagandenämnden för högskolan. Detta gäller såväl om hela som delar av ansökan om tillgodoräknande avslås.

4 Kurslitteratur David J. (David Jeffery) Griffiths Introduction to Quantum Mechanics 2. ed.: Upper Saddle River, NJ : Pearson Prentice Hall : c2005, 1995 ISBN: (häftad) Se bibliotekskatalogen Album Laborationsinstruktioner. Föreskrifter vid övergångar Kursen ersätter den tidigare kursen Kvantmekanik 1 C 6 hp (5FY053) och kan inte tas med i examen tillsammans med denna. Övriga föreskrifter Motiv 1. Beskriv varför kursen inrättas Kursen ersätter den tidigare kursen Kvantmekanik 1 C 6 hp (5FY053). Kursen 5FY053 har under flera år samlästs med kursen Kvantmekanikens grunder C 7,5 hp (5FY055). I samband med utvärderingen av det senaste kurstillfället för 5FY053 och 5FY055 framkom synpunkter om att kursplanerna borde ses över och att skillnaderna mellan kurserna borde förtydligas. Jämfört med kurserna 5FY053 och 5FY055 har därför framförallt beskrivningen av innehåll, förväntade studieresultat och examination bearbetats, utvecklats och förtydligats. Kursen Kvantmekanik 1 6 hp (5FY156) täcker behov inom framförallt civilingenjörsutbildningen i teknisk fysik men även inom kandidatprogrammet i fysik och tillämpad matematik och inom masterprogrammet i fysik. Antalet inresande freemover och avtalsstudenter på kursen är ofta högt. Utbildningarnas behov i kombination med institutionens kompetens inom området är huvudsakliga motiv för att inrätta kursen. 2. Ange om kursen ersätter en annan kurs Kursen ersätter den tidigare kursen Kvantmekanik 1 C 6 hp (5FY053). 3. Relatera kursen till närliggande kurser inom eller utom fakulteten Kursen är en baskurs inom civilingenjörsutbildningen i teknisk fysik. Kursen kräver en inledande kurs i kvantfysik. Kursen är förkunskapskrav bl.a. till kurserna Atom och molekylfysik 7,5 hp (5FY006), Statistisk fysik 1 4,5 hp (5FY076) och Kvantmekanik 2 7,5 hp (5FY160). 4. Beskriv lärarkompetensens bredd och djup i relation till den föreslagna kursen och vilka eventuella behov av nyanställningar som föreligger. För yrkesutbildningar ska lärarnas professionskompetens beaktas Kursen bemannas 2015 med professor Michael Bradley och doktoranderna Robin Ekman, Alexey Klechikov och Markus Nyberg. Bemanningen av kursen kommer inte att kräva någon nyanställning, befintlig kompetens bedöms vara ändamålsenlig och mycket god. 5. Beskriv hur man säkerställer att studenterna når de lärandemål (FSR) som finns

5 upprättade Kunskapsredovisningen sker normalt i form av ett skriftligt prov vid kursens slut och genom rapportering av laborationer. De examinerande uppgifterna utformas med utgångspunkt i kursens förväntade studieresultat. 6. Ange om inrättandet av den nya kursen kommer att medföra att annan kurs avvecklas Kursen ersätter den tidigare kursen Kvantmekanik 1 C 6 hp (5FY053). Inga kurstillfällen för 5FY053 kommer att skapas fr.o.m Beskriv om utbildningen får konsekvenser för andra institutioner/fakulteter I och med att kursen ersätter en tidigare liknande kurs bedömer vi att den nya kursen inte kommer att medföra några speciella konsekvenser för andra institutioner/fakulteter.