Planering Fysik för BME, ht-12, lp 1+2 Våglära och optik Kurslitteratur: Göran Jönsson: Våglära och optik, Teach Support 2011 eller senare. markerar viktigt avsnitt, * markerar överkurs. En introduktionsföreläsning till fysikkursen för BME hålls måndagen den 1/10 kl. 8-10. Från och med den 3/10 är föreläsningarna gemensamma för BME och N. 1. PERIODISK SVÄNGNING Periodisk svängningsrörelse 12 1/10 Pendelrörelse 13 Svängningens energi 17 Dämpad svängning 20 2. TVUNGEN SVÄNGNING OCH RESONANS Egenfrekvens och resonans 32 3/10 * Odämpad tvungen svängning 32 * Dämpad tvungen svängning 36 * Vibrationspåverkan på kroppen 38 3. VÅGRÖRELSE Transversella och longitudinella vågor 42 Sfäriska och plana vågor 44 Ekvationen för en plan våg 46 Allmänna vågekvationen 48 8/10 * Vågfart i en sträng 49 Olika mekaniska vågtyper 51 4. INTERFERENS Superpositionsprincipen 59 Interferens mellan två vågor 60 Stående vågor 65 Svävning 69 10/10 * Fashastighet och grupphastighet 71 5. DOPPLEREFFEKT Hastighetsbestämning 81 Dopplereffekt hos ljud 82 Samma relativa hastighet 84 Dopplereffekt när det blåser 85 Dopplerskift hos ljus 86
Överljudsfart 87 Överljusfart 89 6. LJUDTRYCK, FART OCH INTENSITET * Amplitudbeteckningar 97 15/10 * Härledning av ljudtryck 97 * Härledning av ljudets fart 100 * Ljudets fart i en gas 101 * Fartens temperaturberoende 102 Ljudintensitet 104 *7. HÖRSEL OCH RÖST *8. REFLEKTION AV LJUD *9. MUSIKINSTRUMENT OCH LJUDÅTERGIVNING *10. FREKVENSANALYS 11. ELEKTROMAGNETISKA VÅGOR Det elektromagnetiska spektrumet 177 18/10 Ljusets fart 179 Maxwells ekvationer 181 Generering av radiovågor 181 Detektering av radiovågor 183 Elektromagnetiska vågor 185 Brytningsindex 189 Optisk väg 190 Dispersion 190 12. REFLEKTION OCH BRYTNING Partikel eller våg 196 Huygens princip 196 Geometrisk optik 198 Skugga 199 Brytningslagen 201 Reflektionslagen 203 29/10 Reflektans 204 Totalreflektion 206 Optisk tunneleffekt 207 Fiberoptik 208 * Prismor 210 * Regnbågen 213
13. AVBILDNING MED LINSER Sfäriska ytor 223 31/10 Brytning i en sfärisk yta 224 Tunna linser 229 Avbildning och förstoring 231 Parallella strålar 236 * Avbildningsfel 237 Två tunna linser 239 * Huvudplan 241 *14. PLANA OCH BUKTIGA SPEGLAR 15. OPTISKA INSTRUMENT Ögat 271 2/11 Färg och färgseende 274 Additiv och subtraktiv färgblandning 274 * Stereoskopiskt seende 277 Glasögon 279 * Skyddsglasögon 282 Kameran 282 Skärpedjup 288 Projektorer 291 Vinkelförstoring 293 Förstoringsglas 294 Mikroskopet 295 Keplerkikare 297 Fältkikare 300 Galileikikare 301 Teleskop 302 * Bländare och pupiller 303 16. BÖJNING OCH UPPLÖSNING Fysikalisk optik 315 5/11 Böjning 315 Fraunhofer- och Fresnelböjning 316 Böjning i en spalt 317 Böjning i en cirkulär öppning 320 Babinets princip 322 Upplösning hos optiska system 323 7/11 Digital upplösning 324 Vinkelupplösning 326 Längdupplösning 328
Fokusering av en laserstråle 330 17. INTERFERENS OCH BÖJNING Böjning eller interferens 344 Youngs dubbelspaltförsök 344 Interferens mellan N spaltöppningar 347 Transmissions- och reflektionsgitter 352 9/11 Spektrometrar 354 * Holografi 357 18. MULTIPELINTERFERENS Reflektans 368 Antireflexbehandling 368 Multipla reflektioner 371 Metallspeglar och dielektriska speglar 372 Interferens i tunna skikt 375 12/11 * Fabry-Perotinterferometern 378 * Interferensfilter 382 *19. INTERFEROMETRAR MED AMPLITUDDELNING 20. POLARISERAT LJUS Olika typer av polarisation 403 Malus lag 405 Polarisation vid reflexion 406 * Fresnels formler 407 * Polarisationsgrad 409 Polarisation genom spridning 410 Dikroism 413 * Dubbelbrytning 416 * Optisk aktivitet 419 * Flytande kristall display 420 * Spänningsoptik 421 Atomfysik Kurslitteratur: Göran Jönsson, Tillämpad atomfysik, Teach Support 2012. 1. HISTORIK Atomteori 9 Antiken 9 Relativ atomvikt 10 Elektrolys 12 Periodiska systemet 13 Ljusutsändning 16
Rotation och vibration 17 Röntgenstrålning och radioaktivitet 17 Kinetisk gasteori 18 Tekniska framsteg 20 Elektronen 20 Thomsons atommodell 21 Relativitetsteorin 21 Fotonen 22 Dualism 23 Rutherfords atommodell 23 Isotoper 25 Bohrs atommodell 25 Kvantmekanik 26 Framtid i miniatyr 27 2. RELATIVISTISK MEKANIK Klassisk mekanik 30 Inertialsystem 30 Galileis koordinattransformation 31 Eterns existens 33 Den speciella relativitetsteorin 36 16/11 Relativistiska effekter 37 Lorentztransformationen 41 Längdkontraktion 44 Tidsdilatation 46 Addition av hastigheter 49 Rörelsemängd och energi 50 19/11 Partiklar utan vilomassa 56 Dopplereffekt hos ljus 57 Fotonens massa 62 * Gravitationell rödförskjutning 63 Problemlösning 66 3. ELEKTRONEN Elektricitet 75 Elektrisk potential och spänning 75 Elektrolys 75 Katodstrålar och elektroner 77 Avlänkning i elektriskt fält 78 Avlänkning i magnetiskt fält 80 Specifik laddning 81 Elektronens laddning 82
Elektronens vågegenskaper 84 21/11 Davisson och Germers försök 87 Elektronmikroskop 90 4. ATOMERNAS STORLEK OCH MASSA Atomernas storlek 97 Braggreflektion 99 * Spridningsexperiment 103 Atomernas massa 106 Isotoper 106 Atomär massenhet 107 Masspektrometrar 108 Bainbridges masspektrometer 109 26/11 Atomkärnan 111 5. FOTONEN Det elektromagnetiska spektrumet 120 Temperaturstrålare 120 Plancks strålningslag 122 Stefan-Boltzmanns lag och Wiens lag 125 Fotoelektriska effekten 128 Ljusdetektorer 132 * Inre fotoelektrisk effekt 134 Excitation av atomer 135 * Comptonspridning 137 Heisenbergs obestämdhetsrelationer 142 6. BOHR-SOMMERFELDS ATOMMODELL 28/11 Atomspektroskopi 152 Vakuumvåglängder och vågtal 153 * Koncentrationsbestämning 154 Empiriska samband 156 Bohrs atommodell 159 Isotopskift 169 * Vätelika system 170 3/12 * Sommerfelds utvidgning 172 7. KVANTMEKANIK Klassisk mekanik kontra kvantmekanik 178 Vågfunktioner 179 Energin är kvantiserad 180 På jakt efter en vågfunktion 182
En komplex vågfunktion 185 Endimensionell låda 186 Potentialsteg med E > U 0 190 5/12 Potentialsteg med E < U 0 195 Tunnling 197 Alfasönderfall 199 Sveptunnelmikroskop 200 Tunneldiod 203 Tvådimensionell låda 204 Väteatomen 207 Centralfältsapproximation 211 *8. RIKTNINGSKVANTISERING* 9. DET PERIODISKA SYSTEMET Grundämnenas förekomst 229 Elektronskal 229 Paulis uteslutningsprincip 230 Skalens uppbyggnad 231 Underskal 232 * Det periodiska systemet 233 *10. KOPPLING AV RÖRELSEMÄNGDSMOMENT* 11. LASERFYSIK Ljuskällor 259 10/12 Stimulerad emission 260 Boltzmannfördelningen 261 Livstid vid spontan emission 263 Naturlig linjebredd och dopplerbredd 266 Einsteinkoefficienterna 268 Den första lasern 271 * Kristallasrar 272 He-Ne lasern 275 Resonanser i en laser 277 Enkelmodlaser 279 Gaslasrar 279 * Kontinuerligt avstämbara lasrar 280 Halvledarlasrar 281 12/12 Tillämpningar 283 12. RÖNTGENSTRÅLNING Röntgenundersökning 290
Bromsstrålning 291 Karakteristisk röntgenstrålning 293 Absorption och spridning av strålning 297 Röntgentomografi 299 Antipartiklar 302 Parbildning och annihilation 306 Positronkamera 307 Uppbromsning av strålning i materia 308 13. RADIOAKTIVIVITET Stabila isotoper 314 Vad består atomkärnan av? 316 Fyra naturkrafter 317 * Massdefekt 319 Fission 323 Fusion 324 Sönderfallslagen 327 Alfasönderfall 331 Betasönderfall 332 Gammastrålning 335 * Kolfjortonmetoden 336 * Kronologi 339 * Joniserande strålning 341
Räkneövningsplanering lp 1+2 Första övningen: 4/10 Förkunskaper: Kapitel 1 Räkneuppgifter: 1.1, 1.5, 1.6, 1.8, 1.16, 1.21 Diskussionsuppgifter: 1.24, 1.25, 1.26 Meningen med diskussionsuppgifterna är att du ska lära dig att prata fysik, dvs. förklara problem utan att göra några detaljerade beräkningar. Många av frågorna ställs och besvaras under föreläsningarna, men det finns också svar i facit. Andra övningen: 11/10 Förkunskaper: Kapitel 3 4 Räkneuppgifter: 3.3, 3.4, 3.5, 4.2, 4.4, 4.5, 4.8, 4.9 Diskussionsuppgifter: 3.11, 3.14, 3.17, 4.14, 4.15, 4.19, 4.21 Tredje övningen 17/10 Förkunskaper: Kapitel 5 och 7 Räkneuppgifter: 5.3, 5.8, 5.17, 5.6, 5.7, 5.11, 7.1, 7.2, 7.5 Diskussionsuppgifter: 5.20, 5.21, 5.25, 7.14, 7.16 Fjärde övningen 19/10 Förkunskaper: Kapitel 11 12 Räkneuppgifter: 11.4, 11.5, 11.7, 11.10, 11.11, 12.2, 12.5, 12.7, 12.10, 12.11 Diskussionsuppgifter: 11.13, 11.15, 12.19, 12.20, 12.23 Femte övningen 30/10 Förkunskaper: Kapitel 13 Räkneuppgifter: 13.3, 13.4, 13.7, 13.8, 13.17, 13.22, 13.11, 13.13, 13.28, Diskussionsuppgifter: 13.33, 13.35, 13.43 Sjätte övningen 6/11 Förkunskaper: Kapitel 15 16 Räkneuppgifter: 15.4, 15.5, 15.10, 15.13, 15.14, 15.27, 16.1, 16.2, 16.3, 16.8, Diskussionsuppgifter: 15.35, 15.39, 15.41, 16.33, 16.34, 16.37, 16.45 Sjunde övningen 8/11 Förkunskaper: Kapitel 16 17 Räkneuppgifter: 16.15, 16.24, 16.26, 17.2, 17.5, 17.7, 17.8, 17.14, 17.15 Diskussionsuppgifter: 16.46, 17.20 Åttonde övningen 13/11 Förkunskaper: Kapitel 18 Räkneuppgifter: 18.4, 18.5, 18.13, 18.14, 18.17, 18.19 Diskussionsuppgifter: 18.23, 18.25
Nionde övningen 15/11 Förkunskaper: Kapitel 20 och Kapitel 2 (Tillämpad atomfysik) Räkneuppgifter: 20.2, 20.3, 20.6, 2.3, 2.4a, 2.14 Diskussionsuppgifter: 20.19, 20.21, 2.26, 2.27 Tionde övningen 20/11 Förkunskaper: Kapitel 2 3 Räkneuppgifter: 2.1, 2.2, 2.8, 2.15, 2.17, 2.25, 3.4, 3.6, 3.8, 3.10, 3.12 Diskussionsuppgifter: 2.30, 2.31, 2.33, 3.13, 3.16 Elfte övningen 27/11 Förkunskaper: Kapitel 4 5 Räkneuppgifter: 4.1, 4.2, 4.4, 4.9, 4.14, 5.1, 5.2, 5.3, 5.5, 5.7 Diskussionsuppgifter: 4.16, 5.18, 5.19, 5.20, 5.27, 5.30 Tolfte övningen 4/12 Förkunskaper: Kapitel 6 Räkneuppgifter: 6.1, 6.2, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.12, 6.19 Diskussionsuppgifter: 6.23, 6.24, 6.25 Trettonde övningen 11/12 Förkunskaper: Kapitel 7 Räkneuppgifter: 7.1, 7.2, 7.3, 7.5, 7.6, 7.8, 7.9 Diskussionsuppgifter: 7.16 Fjortonde övningen 13/12 Förkunskaper: Kapitel 11 12 Räkneuppgifter: 11.2, 11.4, 11.7, 12.2, 12.3, 12.6, 12.11, 12.13 Diskussionsuppgifter: 11.11, 11.13, 12.19, 12.21, 12.22, 12.23