STUDIENPLAN PHYSIK LEHRAMT DER UNIVERSITÄT TÜBINGEN

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Stand: Juli 1995

Auf der Morgenstelle 10

D - 72076 Tübingen

Telefon: 07071/2976412

Telefax: 07071/29 5400

Erläuterungen zu den Pflichtveranstaltungen

des Studienplans Physik-Lehramt

Dieser Studienplan beschreibt nur die Pflichtveranstaltungen für den Studiengang Physik-Lehramt. Die Zuordnung der Lehrveranstaltungen zu den jeweiligen Semestern ist eine Empfehlung. Bei Veranstaltungen mit beschränkter Teilnehmerzahl (z.B. Praktika) kann eine Verschiebung erforderlich werden. Die Aufzählung der Themenbereiche in den einzelnen Veranstaltungen ist als Leitfaden zu verstehen. Einzelne Bereiche können natürlich aktualisiert oder ersetzt werden.

1. Semester

(Wintersemester)

Experimentalphysik I :

4stündige Vorlesung

Mechanik: Kinematik, Newtonsche Axiome, Gravitation, Schwingungen, Trägheitskräfte, Inertial- und Nichtinertialsysteme, Erhaltungssätze für Energie, Impuls und Drehimpuls, Mechanik des Starren Körpers (Kreisel), Mechanik deformierbarer Medien (Elastizität). Fluidstatik, Fluiddynamik, Schwingungen und Wellen. Thermische Physik: Temperatur und Ausdehnung, Gasgesetze, Thermische Energie, Hauptsätze, Phasenumwandlung, Lösungen, Transportphänomene, Kinetische Gastheorie nach Boltzmann und Maxwell, spezifische Wärmen, tiefe Temperaturen, Elektrostatik: Coulomb- und Gauß-Gesetz, Wirbelfreiheit des Feldes, Potential, Spannung, Elementarladung, elektrische Eigenschaften der Materie.

Ergänzung zur Experimentalphysik I:

1stündige Vorlesung

Die Ergänzungsstunde dient der Vertiefung von ausgewählten Themen der Vorlesung Experimentalphysik I.

Rechenübungen zur Experimentalphysik I:

2stündig

Übungen zu den Themen der Vorlesung Experimentalphysik I.

Für Studierende, die nicht Mathematik in der Fächerkombination haben:

Mathematik I für Naturwissenschaftler:

4stündige Vorlesung + 2stündige Übungen

2. Semester

Experimentalphysik II:

4stündige Vorlesung

Elektrodynamik: Strom, Magnetfeld, Induktion, Verschiebungsstrom, Maxwell-Gleichungen, technische Anwendungen (R, L, C, Wechselstrom), elektro-magnetische Wellen, Poyntingvektor, Magnetische Eigenschaften der Materie, Mechanismen der Stromleitung (Gase, Flüssigkeiten, Festkörper, Vakuum), technische Anwendungen (Röhren, Halbleiterbauelemente). Optik: Reflexion und Brechung, Optische Instrumente, Dispersion, Polarisation, Interferenz, Beugung, Auflösungsvermögen, Wärmestrahlung, Bohrsches Atommodell, Röntgenstrahlung, Höhenstrahlung.

Ergänzungen zur Experimentalphysik II:

1stündige Vorlesung

Die Ergänzungsstunde dient der Vertiefung von ausgewählten Themen der Vorlesung Experimentalphysik II.

Rechenübungen zur Experimentalphysik II:

2stündig

Übungen zu den Themen der Vorlesung Experimentalphysik II.

Physikalisches Anfängerpraktikum I:

(8 stündig)
Versuche aus den Gebieten Mechanik, Elektrizität und geometrische Optik.
Für Studierende, die nicht Mathematik in der Fächerkombination haben:

Mathematik II für Naturwissenschaftler:

4stündige Vorlesung + 2stündige Übungen.

3. Semester

Experimentalphysik III (Grundlagen der Quantenphysik):

4stündige Vorlesung

Atomistik der Materie und der Elektrizität: Kinetische Gastheorie, Verteilungsfunktionen mit Boltzmannstatistik, Brownsche Bewegung, Avogadro-Konstante, Freie Weglänge, Wirkungsquer-

schnitte bei Streuprozessen, Elementarladung, e/m von Elektronen, Massenspektrometer, Elemente der relativistischen Mechanik. Wellen und Quanten: Dipolstrahlung, Atome als Lichtquellen, Wechselwirkung von Strahlung und Materie: Absorption, Dispersion, Streuung, Photoeffekt, Comptoneffekt, Schwarzer Strahler, Röntgen-, Elektronen- und Neutroneninterferenzen, Welle-Teilchen-Dualismus, Unschärferelation. Schrödinger-Gleichung: Anwendungen auf einfache, eindimensionale Probleme, Grundzüge der quantenmechanischen Behandlung des Zentralfeldproblems (Wasserstoffatom); Spin und magnetisches Moment des Elektrons, Atomspektren, Periodisches System, Zeeman-Effekt.

Physikalisches Anfängerpraktikum II:

(8stündig)

Versuche aus den Gebieten Elektrizität, Interferenzoptik und Angewandte Physik.

Theoretische Physik I (Theoretische Mechanik):

4stündige Vorlesung + 2stündige Übungen.

Newtonsche Mechanik, konservatives Kraftfeld, zentrales Kraftfeld, (Keplerproblem), Zwangsbedingungen, D'Alembertsches Prinzip, Lagrange-Formalismus, Hamilton'sches Prinzip, Kinematik des starren Körpers, Scheinkräfte, Hamilton-Mechanik, Kanonische Transformationen, Poisson-Klammern, Symmetrieeigenschaften und Konstanten der Bewegung, Beispiel für dynamische Systeme. Spezielle Relativitätstheorie. Stabilität und Chaos.

4. Semester

Experimentalphysik IV (Struktur der Materie):

4stündige Vorlesung
Kerne: Nuklidkarte, -Streuung und Kernradien, Kernmassen, Tröpfchenmodell. Kerninstabilität, radioaktiver Zerfall, Kernspaltung und Kernenergie. Wechselwirkung von Strahlung und Materie, Detektoren, Fundamentale Wechselwirkungen. Leptonen, Neutrinoexperimente, Myonzerfall. Hadronen, Pion, Deltaresonanz, Seltsame Teilchen. Quarks. Deuteron und Kernkräfte.

Festkörper: Kristallstruktur, Symmetrie und Strukturbestimmung, Bindungskräfte, Gitterschwingungen, Thermische Eigenschaften des Gitters, Fermigas freier Elektronen. Transporteigenschaften in Metallen, Energiebänder und Fermiflächen, Halbleiter, Anwendungen, Supraleiter.

B. Zwischenprüfung

Die Zwischenprüfung erstreckt sich auf folgende Fächer:

A: Experimentalphysik: Experimentalphysik I - III, Rechenübungen I, II, Physikalisches Anfängerpraktikum I, II

B: Theoretische Physik: Theoretische Mechanik

Als Leistungsnachweis im Grundstudium sind zu erbringen:

Experimentalphysik: erfolgreiche Teilnahme an den Rechenübungen zur Experimentalphysik I und II sowie die erfolgreiche Teilnahme am Physikalischen Anfängerpraktikum I + II.

Theoretische Physik: Übungsschein zur Theoretischen Mechanik.

Mathematik: Nachweis der erfolgreichen Teilnahme an 2 Übungen zur "Mathematik für Naturwissenschaftler", für Studierende, die nicht Mathematik in der Fächerkombination haben .

Die Zwischenprüfung wird mündlich als Einzelprüfung durchgeführt. Die Dauer der mündlichen Prüfung beträgt im Fach Experimentalphysik etwa 45 Minuten, im Fach Theoretische Mechanik etwa 30 Minuten.

C. Hauptstudium

5. Semester

Experimentalphysik V (Festkörperphysik):

4stündige Vorlesung

Strukturfaktor, Debye-Waller-Faktor, Mössbauer-Effekt, periodisches Potential, Quanten-Hall-Effekt, experimentelle Bestimmung von Fermiflächen, dielektrische Eigenschaften des Elektronengases und von Nichtleitern, Ferroelektrizität, Phasenübergänge 2. Ordnung, Dia- und Paramagnetismus, Ferro- und Antiferrromagnetismus, magnetische Resonanz, Gitterfehler.

Theoretische Physik (Quantenmechanik):

4stündige Vorlesung mit 2stündigen Übungen

Zustände und Operatoren, Meßvorgänge, Schrödinger-Gleichung in verschiedenen Darstellungen, stationäre Lösungen, Bezug zur klassischen Mechanik, Hilbertraum, Drehimpulszustände, harmonischer Oszillator. Wasserstoffatom, Mehrelektronensysteme, Pauliprinzip, Wasserstoffmolekül, Bändermodell, Störungstheorie.

6. Semester

Experimentalphysik VI (Atomphysik):

4stündige Vorlesung

Stationäre Zustände von Ein- und Mehrelektronenatomen: Grob- und Feinstruktur des H-Atoms, relativistische Korrekturen, Spin-Bahn-Kopplung, Lamb-Shift. Singulett- und Triplett-Systeme beim He-Atom; Zentralfeldnäherung bei Vielelektronenatomen, LS-, jj- und intermediäre Kopplung. Atome in statischen Feldern: Zeeman-Effekt, Paschen-Back-Effekt, Stark-Effekt, Hyperfeinstruktur und Isotopie-Effekte: Magnetische Dipol- und elektrische Quadrupol-Kopplung, Hyperfeinstruktur im äußeren Magnetfeld, Massen- und Volumeneffekt bei der Isotopieverschiebung, Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Strahlungsfeld: Spontane und induzierte Übergänge, Übergangswahrscheinlichkeiten, mittlere Lebensdauer angeregter Atome, Linienform von Spektrallinien, Auswahlregeln, Zweiquantenprozesse, Laser, Maser, Mehratomsysteme: Molekülbau, Clusterbildung, Rotations-, Schwingungs- und Bandenspektren von Molekülen. Atomare Stoßprozesse: Anregung und Ionisation durch Elektronenstoß, Zwischenatomare Stöße, Einfluß auf die Lichtemission, Experimentelle Methoden in der Atomphysik.

Theoretische Physik (Elektrodynamik):

4stündige Vorlesung mit 2stündigen Übungen

Elektrostatik, Randwertprobleme, Multipolmomente, Dielektrika, Magnetostatik, Maxwellgleichungen, magnetische Materialien, elektromagnetische Wellen, Wellen im Medium, Lorenzinvarianz der Elektrodynamik.

Physikalisches Praktikum III:

10stündig, ganztägig

Dieses Praktikum wird hier im 6. Semester aufgeführt, eine Teilnahme kann aber in jedem Semester des Hauptstudiums erfolgen.Vorherige Teilnahme an Vorlesung Quantenmechanik sehr zu empfehlen.

Experimente aus den Bereichen Kern-, Atom- und Festkörperphysik, z.B: Debye-Scherrer-Versuch, Barkla-Streuung, Linienspektren, Jodbandenspektren, Zeeman-Effekt, Faraday-Effekt, Neutronenaktivierung von Ag, Mößbauer-Effekt, Paritätsverletzung beim Beta-Zerfall, Elektronenresonanz. Kernresonanz, Halbleiterlaser.

7. Semester

Experimentalphysik VII (Kern- und Teilchenphysik):

4stündige Vorlesung

Globale Eigenschaften der Kerne, Stabilität der Kerne, Streuung, Geometrische Gestalt der Kerne, Elastische Streuung am Nukleon, Tiefinelastische Streuung, Quarks, Gluonen und starke Wechselwirkung, Teilchenerzeugung in e+e- Kollisionen, Schwache Wechselwirkung, das Standardmodell, Quarkonia, Mesonen aus leichten Quarks, Baryonen, Kernkraft, Aufbau der Kerne.

Theoretische Physik (Thermodynamik und Statistische Mechanik):

4stündige Vorlesung mit 2stündigen Übungen

Grundprinzipien der Statistik, Thermodynamische Größen (Zustandsgrößen und Potentiale), Thermodynamische Prozesse und Maschinen, Gibbs'sche Verteilung, Mikroskopische Berechnung der thermodynamischen Größen, Zustandssumme, Gleichverteilungssatz, Ideales Gas, Fermi- und Bose-Verteilung, Phasenübergänge.

Seminar

in Experimenteller oder Theoretischer Physik

8. Semester: Wissenschaftliche Arbeit, 1 Seminar

Wird die wissenschaftliche Arbeit im Fach Physik angefertigt, ist ein zweites Seminar in experimenteller oder theoretischer Physik erforderlich.

Pädagogischen Begleitstudium : Hier sind 2 Leistungsnachweise zu erbringen, davon kann einer durch die erfolgreiche Teilnahme an der fachdidaktischen Lehrveranstaltung der Fakultät für Physik während des Hauptstudiums abgedeckt werden.

Grundstudium

Semester Experimentalphysik Theoretische Physik Mathematik

1. Ex.Physik I 4 st. Vorlesung 4 st.

Rechen-Übungen 2 st. Übungen 2 st.

Ergänz. Stunde 1 st.

2. Ex.Phys. II 4 st. Vorlesung 4st.

Rechen-Übungen 2 st. Übungen 2st.

Ergänz. Stunde 1 st.

Praktikum I 8 st.

3. Ex. Physik III 4 st. Theoret. Mechanik 4 st. Ergänz. 2 st.

Praktikum II 8 st. Übungen 2 st.

4. Ex. Physik IV 4st.

Zwischenprüfung in Experimentalphysik und Theoretischer Mechanik

Hauptstudium

Semester Experimentalphysik Theoretische Mechanik Pädagogisches

Begleitstudium

5. Ex. Physik V 4 st. Quantenmechanik 4 st.

Übungen 2 st.

Methodik Physi-

6. Ex. Physik VI 4 st. Elektrodynamik 4 st. kalischer Demon-

Fortgeschr. Praktikum 10 st. Übungen 2 st. strationsversuche

Vorlesung 1 st.

7. Ex. Physik VII 4 st. Thermo-Dynamik 4 st. Seminar 2 st.

Übungen 2 st. Praktikum 1 st.

Seminar 2 st. Seminar 2 st.

Leistungsnachweise zur Zwischenprüfung: Anfänger-Praktikum I+II, Rechenübungen zurExperimentalphysik I + II Übungen zur Theoretische Mechanik, ggf. 2 Übungsscheine

"Mathematik für Naturwissenschaftler"

Leistungsnachweise im Hauptstudium: Fortgeschrittenenpraktikum

2 Übungsscheine aus dem Gebiet der Theoretischen Physik

1 oder 2 Seminarscheine

Stoffumfang im Staatsexamen: zusätzlich Experimentalphysik I - IV, 1 Vorlesung aus Experimentalphysik V - VII.

Theoretische Physik (Theoretische Mechanik, Quantenmechanik, Elektrodynamik, Thermodynamik).

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