Alle Lernmaterialien für deinen Kurs Experimentalphysik 3: Optik und Quantenphänomene

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Universität Erlangen-Nürnberg

Bachelor of Science Physik

Prof. Dr.

2024

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Experimentalphysik 3: Optik und Quantenphänomene - Cheatsheet
Experimentalphysik 3: Optik und Quantenphänomene - Cheatsheet Lichtgeschwindigkeit und Brechungsindex Definition: Lichtgeschwindigkeit, bei etwa 300.000 km/s im Vakuum, wird durch den Brechungsindex eines Mediums verlangsamt. Details: Brechungsindex (\[n\]): Verhältnis von Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Geschwindigkeit im Medium \[n = \frac{c}{v}\], \[c\]= Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, \[v\]...

Experimentalphysik 3: Optik und Quantenphänomene - Cheatsheet

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Experimentalphysik 3: Optik und Quantenphänomene - Exam
Experimentalphysik 3: Optik und Quantenphänomene - Exam Aufgabe 3) Beugung am Einzelspalt Lichtbeugung an einem einzelnen Spalt. Beschreibe das Interferenzmuster, das entsteht, wenn monochromatisches Licht durch einen schmalen Spalt fällt. Bedingung für Minima: \(a \sin \theta = m \lambda\) , wobei m eine ganze Zahl (nicht Null), a die Spaltbreite, \(\lambda\) die Wellenlänge des Lichts und \(\the...

Experimentalphysik 3: Optik und Quantenphänomene - Exam

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Was ist der Brechungsindex \[n\] eines Mediums?

Welche Gleichung beschreibt die Lichtgeschwindigkeit in einem Medium?

Welche Phänomene treten aufgrund des Brechungsindex auf?

Wie entsteht das Interferenzmuster beim Doppelspalt-Experiment?

Welche Intensitätsverteilung beschreibt das Interferenzmuster beim Doppelspalt-Experiment?

Welche Quantenphänomene zeigen Interferenzmuster im Doppelspalt-Experiment?

Was beschreibt die Beugung am Einzelspalt?

Was ist die Bedingung für Minima bei der Beugung am Einzelspalt?

Wie lautet die Formel für die Intensitätsverteilung bei der Beugung am Einzelspalt?

Was ist ein Photon?

Nennen Sie drei Eigenschaften von Photonen.

Mit welcher Geschwindigkeit bewegen sich Photonen?

Was ist ein Laserresonator?

Wie lautet die Stabilitätsbedingung für den Resonator?

Wie wird der Freie Spektralbereich (FSR) eines Laserresonators berechnet?

Was beschreibt die Wellenfunktion \( \psi(x,t) \) in der Quantenmechanik?

Was gibt das Quadrat des Betrags der Wellenfunktion \( |\psi(x,t)|^2 \) an?

Was ist der Hamiltonoperator \( \hat{H} \) in der Schrödinger-Gleichung?

Was beschreibt die Heisenbergsche Unschärferelation?

Welche zentrale Formel steht im Mittelpunkt der Heisenbergschen Unschärferelation?

Was sind die Konsequenzen der Heisenbergschen Unschärferelation?

Was sind Quantenkorrelationen?

Wie wird eine starke Quantenkorrelation genannt, bei der Zustände von Teilchen trotz räumlicher Trennung miteinander verknüpft sind?

Welches Gleichungssystem wird genutzt, um Quantenkorrelationen zu messen?

Weiter

Diese Konzepte musst du verstehen, um Experimentalphysik 3: Optik und Quantenphänomene an der Universität Erlangen-Nürnberg zu meistern:

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Einführung in die Optik

Bietet eine grundlegende Einführung in die Konzepte und Prinzipien der Optik. Hierbei werden die grundlegenden Gesetze des Lichts und seiner Ausbreitung untersucht.

  • Lichtgeschwindigkeit und Brechungsindex
  • Reflexion und Brechung
  • Gesetz von Snellius
  • Dispersion und Spektralanalyse
  • Linsen und optische Instrumente
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02
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Wellenoptik

Untersucht die wellenartige Natur des Lichts und wie diese Phänomene wie Interferenz und Beugung hervorrufen. Hierbei wird die Lichtausbreitung als Welle behandelt.

  • Huygensches Prinzip
  • Interferenzmuster bei Doppelspalt-Experimenten
  • Beugung am Einzelspalt
  • Fresnel- und Fraunhofer-Beugung
  • Auflösungsvermögen optischer Systeme
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03
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Quantenoptik

Beschäftigt sich mit dem Verhalten von Licht auf quantenmechanischer Ebene, insbesondere der Wechselwirkung von Photonen mit Materie.

  • Grundlagen der Quantenmechanik
  • Photonen und ihre Eigenschaften
  • Quantisierte Energieniveaus
  • Elektron-Photon-Wechselwirkung
  • Nichtklassisches Licht und Quantenkorrelationen
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Laserphysik

Erklärt die physikalischen Grundprinzipien der Lasertechnologie und ihre Anwendungen in Wissenschaft und Technik.

  • Grundlagen der Laseremission
  • Populationsinversion
  • Laserresonatoren
  • Laserarten und ihre Anwendungen
  • Pulslaser und kontinuierliche Laser
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Prinzipien der Quantenmechanik

Vermittelt die fundamentalen Ideen und mathematischen Methoden der Quantenmechanik, die notwendig sind, um quantenmechanische Systeme zu analysieren.

  • Wellenfunktion und Schrödinger-Gleichung
  • Heisenbergsche Unschärferelation
  • Energieoperatoren und Eigenwerte
  • Tunneleffekt und Quantensprünge
  • Spin und Pauli-Prinzip
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Alles Wichtige zu diesem Kurs an der Universität Erlangen-Nürnberg

Experimentalphysik 3: Optik und Quantenphänomene an Universität Erlangen-Nürnberg - Überblick

Die Vorlesung Experimentalphysik 3: Optik und Quantenphänomene an der Universität Erlangen-Nürnberg richtet sich an Physikstudierende, die ihr Wissen in den Bereichen Optik und Quantenphänomene vertiefen möchten. Die Veranstaltung bietet Dir eine Kombination aus theoretischen Konzepten und praktischen Experimenten. Die Themen reichen von grundlegenden optischen Phänomenen bis hin zu komplexen quantenmechanischen Effekten und deren Anwendung in der modernen Forschung.

Wichtige Informationen zur Kursorganisation

Kursleiter: Prof. Dr.

Modulstruktur: Die Vorlesung Experimentalphysik 3 ist modular aufgebaut, wobei Theorie und Experiment sich abwechseln. Üblicherweise werden 4 SWS (Semesterwochenstunden) für Vorlesungen und 2 SWS für Übungen vorgesehen. Es gibt wöchentliche Vorlesungen und begleitende Übungen mit experimentellen Demonstrationen und theoretischen Konzepten im Bereich der Optik und Quantenphänomene.

Studienleistungen: Die Leistungskontrolle erfolgt durch eine schriftliche Prüfung am Ende des Semesters, die die gesamte Bandbreite der behandelten Themen abdeckt. Regelmäßige Teilnahme an den Übungen kann ebenfalls Bestandteil der Bewertung sein.

Angebotstermine: Dieses Modul wird im Wintersemester angeboten.

Curriculum-Highlights: Einführung in die Optik, Wellenoptik, Quantenoptik, Photonenstatistik, Laserphysik, Interferenz und Beugung, Prinzipien der Quantenmechanik, Quantentheorie, Photonen, Quantenmechanische Experimente, Quanteneffekte

So bereitest Du Dich optimal auf die Prüfung vor

Beginne frühzeitig mit dem Lernen, idealerweise schon zu Beginn des Semesters, um Dir die nötige theoretische Basis anzueignen.

Nutze verschiedene Ressourcen, wie Bücher, Übungsaufgaben, Karteikarten und Probeklausuren, um dein Wissen zu vertiefen.

Schließe Dich Lerngruppen an und tausche Dich mit anderen Studierenden aus, um gemeinsam Lösungsstrategien zu entwickeln.

Vergiss nicht, regelmäßige Pausen einzulegen und in diesen Zeiten komplett abzuschalten, um eine Überbelastung zu vermeiden.

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