FUF 1 (Fysiske Undervisningsforsøg, Grundkursus) (F,Ø) Udgave: Lektionsplanen Forår 2007 NAT Kursusnavn: FUF 1 (Fysiske Undervisningsforsøg, Grundkursus)

Præsentationer af emnet: "FUF 1 (Fysiske Undervisningsforsøg, Grundkursus) (F,Ø) Udgave: Lektionsplanen Forår 2007 NAT Kursusnavn: FUF 1 (Fysiske Undervisningsforsøg, Grundkursus)"— Præsentationens transcript:

1 FUF 1 (Fysiske Undervisningsforsøg, Grundkursus) (F,Ø) Udgave: Lektionsplanen Forår 2007 NAT Kursusnavn: FUF 1 (Fysiske Undervisningsforsøg, Grundkursus) (F,Ø) Skemagruppe: A Semester: Kandidatstudiet, men tilbydes også på sidste år af bacheloruddannelsen. Institutter: NBI Kontaktpersoner: Malte Olsen, tlf. 35 32 04 36, email: malte@fys.ku.dk eller email: fuf@fys.ku.dk Formål: At give den studerende kendskab til et bredt udsnit af det forsøgsapparatur og de forsøg, som anvendes i fysikundervisningen i gymnasiet, på HF og på kurser på tilsvarende niveauer, samt kendskab til demonstrationsforsøg på videregående uddannelser. Desuden at sætte den studerende i stand til at kunne udvælge, opstille og udføre en forsøgsrække til illustration af et givet emne eller område af fysikken, samt give en skriftlig og mundtlig gennemgang af helheden. Teoriniveauet skal være på gymnasieplan eller 1. års fysik på universiteterne. Den studerende skal på alle trin kunne foretage relevante overvejelser over laboratoriesikkerhed. Indhold: Demonstrationsforsøg, projektforsøg og elevøvelser. Der udarbejdes øvelsesvejledninger. Der afleveres enkeltmandsrapporter med en minimal illustrerende teori samt kritisk stillingtagen til forsøgenes anvendelighed til undervisning. Der udføres usikkerhedsberegning og fejlanalyse på passende niveau. Der skal afholdes mindst et foredrag over et aftalt emne med vægten på demonstrationsforsøg. Emnekredsen er indenfor gymnasiets pensum dog incl. projekter, større skriftlige opgaver mm. Ved kursets indledning indgår en lektion omkring brandslukningsmateriel og dettes anvendelser. Desuden vil de personlige værnemidler, der er til rådighed, blive gennemgået, samt forholdsregler ved uheld (herunder flugtveje) ulykker og personskade. Endeligt vil laboratoriets installationer, deres rette brug og el.- sikkerhed ved laboratoriearbejdet blive gennemgået. Øvrige arbejdsmiljøaspekter bearbejdes løbende i vekselvirkning med vejlederne i forbindelse med de relevante forsøg. I øvelserne kræves det, at de studerende har gennemarbejdet sikkerhedsaspekterne forud for øvelsen, og at disse også indgår i rapporteringen over øvelsen. Ved anvendelse af stoffer og kemikalier skal de studerende gennemarbejde kemikaliebrugsanvisningen. I eksamensrapporten skal de sikkerhedsmæssige aspekter herunder anvendelse af personlige værnemidler behandles i sammenhæng med de forsøg, som de er en forudsætning for. Undervisningssproget er dansk, men kursuslederen kan give dispensation til andre sprog i rapporterne. Lærebøger: FUF - eksperimenter noter samt udlånte firmavejledninger på det anvendte apparatur (sprog i hovedsagen dansk engelsk og tysk) Tilmelding: E-mail: fuf@fys.ku.dk senest 15/12 til forårssemesteret. Der skal gives følgende oplysninger: Navn, adresse, telefonnummer, CPR-nummer, E- mail, studiet påbegyndt år og forventes afsluttet år og hvor ECTS ønskes anvendt (fysik 3 eller kandidatstudiet) Faglige forudsætninger: 1. og 2. år af fysik fagligt grundprogram incl. støttekurser bestået. Formelle krav: Der kræves et fremmøde til et antal eksperimentelle aktiviteter, som svarer til alle de krævede og afholdelse af et foredrag. For at kunne kompensere for et eventuelt enkelt fravær vil der blive afholdt en enkel ekstra øvelsesgang. Eksamensform: Kurset er bestået når der foreligger 5 godkendte rapporter dækkende de 9 øvelsesaktiviteter (herunder mindst 1 øvelsesvejledning og 1 øvelse med PC-målinger) samt er afholdt 1 godkendt foredrag. Kursushjemmeside: Kursushjemmesiden administreres af: Se liste Bemærkninger: FUF 1 og FUF 2 giver når FUF 2 er bestået i alt 7,5 Undervisningssprog: Kun dansk Sidst redigeret: 1/11-2006malte@fys.ku.dkfuf@fys.ku.dk Se liste Eksempler på eksisterende målbeskrivelser: Lev Davidovich Landau (1934) [Pensum-defineret] Malte Olsen (1976)[Operationelt defineret]

2 Du er her: Fysik 325 - FUF 1 (Fysiske Undervisningsforsøg, Grundkursus) (F,Ø) GRUNDKURSUS MÅLSÆTNINGFysik 325 - FUF 1 (Fysiske Undervisningsforsøg, Grundkursus) (F,Ø)GRUNDKURSUS MÅLSÆTNING At give den studerende kendskab til et bredt udsnit af det forsøgsapparatur og de forsøg, som anvendes til fysikundervisningen i gymnasiet, på HF og på kurser på tilsvarende niveauer. Desuden at give den studerende kendskab til demonstrationsforsøg på videregående uddannelser. Den studerende skal kunne bruge de redskaber, der anvendes i fysik i gymnasiet herunder dataopsamlingsredskaber. At sætte den studerende i stand til at kunne underbygge eksperimenter på et teoriniveauet på gymnasieplan eller 1. år fysik på universiteterne. At give den studerende indsigt i sikkerhed ved laboratoriearbejde herunder el.-sikkerhed. Den studerende skal på alle trin kunne foretage relevante overvejelser over sikkerheden i laboratoriet. Den studerende skal desuden have almindeligt kendskab til risici ved arbejde med stærkstrøm, og sikkerhedsmæssig fornuftig adfærd i forhold til sådanne opstillinger. At sætte den studerende i stand til at kunne udvælge, opstille og udføre en forsøgsrække til illustration af et givet emne eller område af fysikken, samt give en skriftlig og mundtlig gennemgang af helheden. At sætte den studerende i stand til at kunne skrive øvelsesvejledninger og forholde sig til indholdet af rapporter til gymnasiebrug. OPNÅELSE AF MÅLSÆTNINGEN  Gennem udvælgelse og laboratorieafprøvning (tomandshold) af forsøg. Herunder anvendes sædvanligt fysikapparatur, de tilhørende vejledninger fra producenter m.fl. som de kendes i gymnasiet og HF. Desuden udvælgelse og afprøvning af demonstrationsforsøg, forsøg såvel til målinger af fysiske størrelser, som til elevøvelser eller i projekter (større sammenhængende emner, tematisk undervisning, tilvalgsmoduler, større skriftlige arbejder mm.). Der skal foretages sikkerhedsovervejelser før forsøg gennemføres  Ved i sin almindelige forsøgsvirksomhed at vise forståelse af de gældende regler for laboratoriets sikkerhed. Desuden undervise med information om sikkerhed ved stærkstrøm, opbygning af almindelige elektriske anlæg mm. I sin gennemførelse og beskrivelse af forsøgene skal den studerende vise forståelse for de arbejdsmiljømæssige forhold.  Gennem selvstændig udvælgelse og gennemførelse af demonstrationsforsøg som illustration af stoffet ved de videregående uddannelser.  Ved kritisk at foretage personlige notater om gennemførte forsøg, evt. databehandling af resultaterne, udførte grafer, tabeller, usikkerhedsregning mm. samt forbinde forsøgene med en rimelig, men begrænset, teoretisk behandling af stoffet. Resultatet dokumenteres i form af en rapport med personlig stillingtagen og kommentar til forsøgenes anvendelse og værdi.  At beskrive forhold vedrørende laboratoriesikkerhed i rapporterne.  Ved i et vist omfang at have opsøgt og opstillet forsøg fundet i litteraturen som illustration til et opgivet emne.  Ved at have udarbejdet en forsøgsbeskrivelse svarende til gymnasiets studenterøvelser. Den kombineres med et eksempel på den tilhørende rapport, hvor der sker databehandling af forsøgsresultater (herunder foretaget normal usikkerhedsberegning, behandlet fejlkilder, foretaget udjævning og statistik) svarende til gymnasiets studenterrapporter.  Ved at anvende elektronisk datafangst i gymnasiesammenhæng herunder anvendelse af interface og transducere.  Ved hvert forsøg at tage stilling til forsøgets anvendelighed og anvendelsesområde.  Ved at have forbundet et givet emne med tilhørende forsøg og fremstillet helheden i foredragsform ved anvendelse af audiovisuelle hjælpemidler, samt forsøgs ‑ og demonstrationsapparatur, med stor vægt lagt på demonstration og gennemførelse af forsøgene og kun mindre vægt på længere teoretiske udredninger (som i fornødent omfang skal foretages, niveau gymnasieplan). Cf. Undervisning I praksis (UIP), FKOPUB PP.180-6, Forsvarskommandoen 1985.

3 Kursusbeskrivelse for Mangepartikel Fysik 1, v. Jens Paaske og Georg M. Bruun, Niels Bohr Institutet (Udkast april 2007) Kursusnavn: Mangepartikelfysik I ECTS-points: 7,5 Skemagruppe: B Semester: Blok 2 Varighed: 7 uger Institutter: NBIfAFG Kontaktpersoner: Jens Paaske, e-mail: paaske@fys.ku.dk og Georg Bruun, e-mail: bruun@nbi.dk Tid og sted: efterår. Samlet oversigt over tid og sted for alle kurser indenfor Lektionsplanen Efterår 2006 NAT Undervisningsperiode: Uge 46 - 2 (pånær juleferien, uge 51-52)paaske@fys.ku.dk bruun@nbi.dkefteråroversigt Lærebøger: Henrik Bruus and Karsten Flensberg: "Many-Body Quantum Theory in Condensed Matter Physics", Oxford Faglige forudsætninger: Fysik fagligt grundprogram Eksamensform: 4 timers skriftlig tag-hjem eksamen Bedømmelsesform: 7-trins skala, intern censur

4 Faglige forudsætninger: (Landau theoretical minimum) Mathematics 1: You must know how to calculate integrals and solve usual differential equations, how to work with vector and tensor analysis. Mechanics: Landau-Lifshitz I, except sections 27, 29, 30, 37, 51 Classical field theory: Landau and Lifshitz II, except sections 50, 54-57, 59-61, 68, 70, 74, 77, 97, 98, 102, 106, 108, 109, 115-119 Mathematics 2: The theory of functions of complex variables, calclulation of integrals by means of residue, solution of equations by contour integrals, calculation of asymptotics of these integrals, special functions (Bessel, elliptic, gamma, orthogonal polynomials) Quantum mechanics: Landau-Lifshitz III (1989) except sections 29, 49, 51, 57, 77, 80, 84, 85, 87, 88, 90, 101, 104, 105, 106-110, 114, 138, 152 Quantum Electrodynamics: Landau-Lifshitz IV (1980) except sections 9, 14-16, 31, 35, 38-41, 46-48, 51-52, 55, 57, 66-70, 82, 84-85, 87, 89-91, 95-97, 100-101, 106-109, 112, 115-144 Statistical Physics I: Landau-Lifshitz V except sections 22, 30, 50, 60, 68, 70, 72, 79, 80, 84, 95, 99, 100, 125-127, 134-141, 150-153, 155-160 Mechanics of Continuous Media: Gydrodynamics-Landau-Lifshitz VI (1986) except sections 1, 13, 14, 21, 23, 25-27, 28, 30-32, 34-48, 53-59, 63, 67-78, 80, 83, 86-88, 90, 91, 94-141 and Theory of elasticity-Landau-Lifshits VII (1987) except sections 8, 9, 11-21, 25, 27-30, 32-47 Electrodynamics of Continuous Media: Landau-Lifshitz VIII (1982) except sections 1-5, 9, 15, 16, 18, 25, 28, 34-35, 42-44, 56-57, 61-64, 69, 74, 79-81, 84, 91-112, 123, 126 Statistical Physics II: Landau-Lifshitz IX (1978),sections needed: 1-5, 7-18, 22-27, 29, 36-40, 43-48, 50, 55-61, 63-65, 69 Physical Kinetics: Landau-Lifshitz X (1979), sections needed: 1-8, 11, 12, 14, 21, 22, 24, 27-30, 32-34, 41-44, 66-69, 75, 78-82, 86, 101. A good deal of faith… Formål: Kurset stiler efter at forklare alle reproducerbare fysiske fænomener som simple konsekvenser af Kondo-effekten. Indhold: Der fokuseres i særlig grad på Kondo-effekten og dens indflydelse på samfundet omkring os. EARLY DRAFT

5 Faglige forudsætninger: Fysik fagligt grundprogram Formål: Kurset er en introduktion for både eksperimentalister og teoretikere til kvantefeltteoretiske metoder i fysikken med særlig vægt på faststoffysik. Kurset giver det brede fundament, som er nødvendigt for forståelsen af begreber og metoder anvendt i den moderne faststoffysik. Ydermere danner det et godt udgangspunkt for mere avancerede kurser og for deltagelse i forskningsarbejdet ved NBI. Indhold: Der fokuseres i særlig grad på elektrongasser i metaller og halvledere, fononer, elektron-fonon og elektron-elektron vekselvirkningen. I kurset introduceres teknikker som andenkvantisering, bevægelsesligningteknik for operatorer, mangepartikel Green funktioner ved endelige temperaturer, og Feynman diagrammer.

6 Læringsmål: Kurset forventes at bringe deltagerne i stand til at: 1.Beskrive et vekselvirkende kvantemekanisk mangepartikelsystem ved hjælp af andenkvantisering. 2.Kunne håndtere (fx. (anti)kommutere blandede produkter af) boson og fermion kvantefeltoperatorer i forskellige repræsentationer (Schrödinger, Heisenberg og Vekselvirknings billedet). 3.Forstå og anvende reel-tids og Matsubara Green-funktioner til løsning af vekselvirkende mangepartikelproblemer. 4.Forstå og anvende bevægelsesligningsmetoder for reel-tids Green funktioner. 5.Forstå og anvende Feynman-regler for perturbationsteori mht. potentialspredning samt elektron-elektron og elektron-fonon vekselvirkning, på et niveau som sætter deltageren istand til selv at udlede Feynman-regler for andre vekselvirkningsled. 6.Forstå og udarbejde detaljerne i og regulariseringen af grundtilstandenergien for den vekselvirkende elektrongas, herunder afskærmningen af den langtrækkende Coulomb vekselvirkning og dens Landau dæmpede plasmoner. 7.Beskrive enkelt-partikel-excitationerne i et vekselvirkende mangepartikelsystem i termer af renormaliserede quasipartikler, herunder at kunne beregne effektiv ladning, masse, Fermi-flade, Z-faktor og levetid. 8.Anvende samtlige af disse kundskaber i samspil til at løse relevante fysiske problemstillinger, herunder hovedsagligt problemer indenfor fysikken for faste stoffer, nanoskopiske kvantesystemer, kvantevædsker og kolde atomare gasser.

7 Læringsmål: Kurset forventes at bringe deltagerne i stand til at: 1.Beskrive et vekselvirkende kvantemekanisk mangepartikelsystem ved hjælp af andenkvantisering. 2.Kunne håndtere (fx. (anti)kommutere blandede produkter af) boson og fermion kvantefeltoperatorer i forskellige repræsentationer (Schrödinger, Heisenberg og Vekselvirknings billedet). 3.Forstå og anvende reel-tids og Matsubara Green-funktioner til løsning af vekselvirkende mangepartikelproblemer. 4.Forstå og anvende bevægelsesligningsmetoder for reel-tids Green funktioner. 5.Forstå og anvende Feynman-regler for perturbationsteori mht. potentialspredning samt elektron-elektron og elektron-fonon vekselvirkning, på et niveau som sætter deltageren istand til selv at udlede Feynman-regler for andre vekselvirkningsled. 6.Forstå og udarbejde detaljerne i og regulariseringen af grundtilstandenergien for den vekselvirkende elektrongas, herunder afskærmningen af den langtrækkende Coulomb vekselvirkning og dens Landau dæmpede plasmoner. 7.Beskrive enkelt-partikel-excitationerne i et vekselvirkende mangepartikelsystem i termer af renormaliserede quasipartikler, herunder at kunne beregne effektiv ladning, masse, Fermi-flade, Z-faktor og levetid. 8.Anvende samtlige af disse kundskaber i samspil til at løse relevante fysiske problemstillinger, herunder hovedsagligt problemer indenfor fysikken for faste stoffer, nanoskopiske kvantesystemer, kvantevædsker og kolde atomare gasser.

8 Karakterbeskrivelse af læringsmål: Læringsdelmål12 (fremragende)7 (god)2 (tilstrækkelig) Den fremragende besvarelse demonstrerer... Den gode besvarelse demonstrerer... Den tilstrækkelige besvarelse demonstrerer... Tekniske færdigheder - overlegen sikkerhed i håndteringen af de basale kvantefeltteoretiske elementer. - evnen til at kombinere de forskellige Green funktions metoder, herunder f.eks. udnyttelsen af reel og imaginær tids metoder som to sider af samme sag. - en sikker anvendelse af Feynman regler, samt overblik til selv at udlede Feynman regler for nye vekselvirkninger. - solide færdigheder i andenkvantisering, herunder konstruktion og fortolkning af Hamiltonoperatorere lignende dem kurset har omhandlet. - solidt kendskab til og sikker anvendelse af Feynman regler for de tre basale vekselvirkninger diskuteret i kurset. -elementært kendskab til andenkvantisering, Fourier- transformation og kommutations- relationer for hhv. fermi og bose operatorere. - nogen kendskab til fremgangsmåder i behandlingen af simple kvante- mekaniske mangepartikel problemer, herunder basalt kendskab til tids- afhængig perturbationsteori, Green funktioner og bevægelses-ligninger. - nogen kendskab til Feynman regler for de tre basale vekselvirkninger. Fysisk forståelse - evnen til selvstændig fortolkning af en given Hamiltonoperator og de opnåede løsninger. - tillige omvendt at kunne opskrive en hamiltonoperator udfra en fysisk problemstilling formuleret i ord og tegninger. - evnen til at argumentere fysisk for hvad man måtte forvente af løsningen til et givent problem, og derfra at kunne afgøre hvilke approximationer måtte være nyttige og relevante. - god sans for fortolkning af en kvantefeltteoretisk problemstilling formuleret vha. andenkvantisering. - rimelig sikker fortolkning af opnåede resultater af længere og kortere beregninger. - forståelse af fysikken i de mest gængse approximationer. - nogen forståelse for hvilke slags partikler og vekselvirkninger indgår i et givent problem. - nogen forståelse for det fysiske indhold af en opnået løsning.

9 Læringsdelmål12 (fremragende)7 (god)2 (tilstrækkelig) Den fremragende besvarelse demonstrerer... Den gode besvarelse demonstrerer... Den tilstrækkelige besvarelse demonstrerer... Tekniske færdigheder - overlegen sikkerhed i håndteringen af de basale kvantefeltteoretiske elementer. - evnen til at kombinere de forskellige Green funktions metoder, herunder f.eks. udnyttelsen af reel og imaginær tids metoder som to sider af samme sag. - en sikker anvendelse af Feynman regler, samt overblik til selv at udlede Feynman regler for nye vekselvirkninger. - evnen til at tegne Feynman diagrammer for vilkårlige spredningsprocesser. - ubesværet brug af bevægelses- ligningsteknikken. - ubesværet håndtering af Matsubara summer. - solide færdigheder i andenkvantisering, herunder konstruktion og fortolkning af Hamiltonoperatorere lignende dem kurset har omhandlet. - demonstrerer kendskab til de tre forskellige tidsudviklingsbilleder. - en rimelig sikker anvendelse af (reel og imaginær tids) Green funktioner og deres bevægelses-ligninger. - solidt kendskab til og sikker anvendelse af Feynman regler for de tre basale vekselvirkninger diskuteret i kurset. - evnen til Feynman diagrammatisk fremstilling af de fra kurset kendte spredningsprocesser. - en rimelig sikker håndtering af de elementære Matsubara summer. - elementært kendskab til andenkvantisering, Fourier-transformation og kommutations- relationer for hhv. fermi og bose operatorere. - nogen kendskab til fremgangsmåder i behandlingen af simple kvante- mekaniske mangepartikel problemer, herunder basalt kendskab til tids- afhængig perturbationsteori, Green funktioner og bevægelses-ligninger. - nogen kendskab til Feynman regler for de tre basale vekselvirkninger. - kendskab til Feynman diagrammer, men ikke nødvendigvis evnen til diagrammatisk fremstilling af et givent led i en perturbationsrække. Fysisk forståelse - evnen til selvstændig fortolkning af en given Hamiltonoperator og de opnåede løsninger. - tillige omvendt at kunne opskrive en hamiltonoperator udfra en fysisk problemstilling formuleret i ord og tegninger. - evnen til at argumentere fysisk for hvad man måtte forvente af løsningen til et givent problem, og derfra at kunne afgøre hvilke approximationer måtte være nyttige og relevante. - god sans for fortolkning af en kvantefeltteoretisk problemstilling formuleret vha. andenkvantisering. - rimelig sikker fortolkning af opnåede resultater af længere og kortere beregninger. - forståelse af fysikken i de mest gængse approximationer. - nogen forståelse for hvilke slags partikler og vekselvirkninger indgår i et givent problem. - nogen forståelse for det fysiske indhold af en opnået løsning.