Licenciatura en Física CURSO

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Francisco Javier Parra Martínez
hace 6 años
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1 GUÍA DOCENTE TÉCNICAS EXPERIMENTALES DE FÍSICA CUÁNTICA Licenciatura en Física CURSO Gabriela Barenboim Francisco José Botella Olcina Vicente Giménez Gómez Pedro González Marhuenda Armando Pérez Cañellas Nuria Rius Dionis Arcadi Santamaria Luna Departamento de Física Teórica 1

2 I.- DADES INICIALS D'IDENTIFICACIÓ Nom de l'assignatura: Técnicas Experimentales de Física Cuántica Caràcter: Troncal Titulació: LICENCIADA/O EN FÍSICA Cicle: 1º Departament: Física Teórica Professor/a responsable: Nuria Rius Dionis : 1.5 ECTS,Teoría Grupo A. Vicente Giménez Gómez: 1.5 ECTS, Teoría Grupo B. Gabriela Barenboim: 6 ECTS, Laboratorio Grupo BL2. Francisco J. Botella Olcina: 6 ECTS, Laboratorio Grupo BL3. Pedro González Marhuenda: 6 ECTS, Laboratorio Grupo AL2. Armando Pérez Cañellas: 6 ECTS, Laboratorio Grupo AL1. Arcadi Santamaria Luna: 6 ECTS, Laboratorio Grupo BL1. II.- INTRODUCCIÓ A L'ASSIGNATURA Técnicas Experimentales de Física Cuántica es una asignatura troncal que se imparte durante todo el año académico. Comprende una introducción teórica que se imparte a principio de curso para familiarizar al alumno con la interpretación de los experimentos propuestos como prácticas de laboratorio. Dichas prácticas, que comienzan una vez acabada la introducción teórica, se realizan a lo largo del curso en el laboratorio de Física Cuántica. Estos contenidos permiten una primera introducción fenomenológica e histórica de los conceptos cuánticos que serán desarrollados formalmente en las asignaturas troncales de Física Cuántica y Mecánica Cuántica. 2

3 III.- VOLUM DE TREBALL TIPO DE ACTIVIDAD DESCRIPCIÓN HORAS Asistencia a clases teóricas magistrales teórico-prácticas: 3.5 horas/semana x 4 semanas 14 Estudio-preparación de clases teóricas Estudio-preparación del examen teórico 4 horas/semana x 4 semanas 6 horas 16 6 Realización del examen Asistencia a clases de laboratorio 2 horas Realización de experimentos en sesiones de laboratorio. Trabajo por parejas tutorizado por el profesor/a. 5 h/ sesión x 12 sesiones 60 Estudio-preparación previa de cada sesión 1.5 h/ sesión x 11 sesiones Libreta de prácticas Refleja el trabajo realizado sobre las prácticas, Trabajo en casa tanto en el laboratorio como en casa 5 h/ sesión x 12 sesiones 60 Estudio-preparación del examen de prácticas de 10 horas 10 laboratorio Sesión de examen 1 hora 1 Actividades complementarias Conferencia del ciclo de la facultad de física 2 TOTAL VOLUMEN DE TRABAJO IV.- OBJETIUS GENERALS El objetivo general es el fomento del método experimental, como parte del método científico, para el aprendizaje de la Física Cuántica. La realización de experimentos seleccionados permite una mayor comprensión conceptual de la misma, tanto desde el punto de vista de su desarrollo histórico como desde el punto de vista de la identificación de observables físicos (cuyos valores se pueden medir experimentalmente) y de su relación con las variables utilizadas en la formulación de la teoría. Se pretende que el alumno desarrolle la capacidad para plantearse problemas y su solución. V.- CONTINGUTS MÍNIMS 3

4 TEORIA 1. INTRODUCCIÓN Dominio de la física cuántica. Límites de aplicabilidad de la física clásica: la constante de Planck. Magnitudes de observables cuánticos: unidades naturales. Periodos de desarrollo de la teoría cuántica. 2. ONDAS Conceptos ondulatorios (repaso): ecuaciones de ondas, principio de superposición, interferencias. Interferencia producida por fuentes sincrónicas. Difracción de Fraunhofer por rendijas. Redes de difracción. Pulsaciones y paquetes de ondas. 3. ANTIGUA TEORÍA CUÁNTICA: NATURALEZA CUÁNTICA DE LA RADIACIÓN Y DE LA MATERIA Cuerpo negro. Calores específicos de los sólidos. Efecto fotoeléctrico. Rayos X. Efecto Compton. Producción y aniquilación de pares. Postulado de de Broglie. Difracción de electrones. Modelos atómicos. Crítica a la antigua teoría cuántica. PRÁCTICAS 1. Radiación de cuerpo negro. Verificación de la ley de Stefan-Boltzmann con un horno. 2. Radiación de cuerpo negro. Determinación de h a partir de la radiación de una bombilla incandescente. 3. Efecto fotoeléctrico. Electroscopio de Wulf. 4. Efecto fotoeléctrico. Medida del potencial de frenado. Determinación de h y de la frecuencia umbral. 5. Espectroscopía con red de difracción y espectroscopía de prisma con espectrogoniómetro. Serie de Balmer del hidrógeno y espectro del helio. 6. Experimento de Franck-Hertz con mercurio: cuantificación de los niveles de energía. 7. Rayos X. Espectro. Longitud de onda mínima y determinación de h. Picos característicos. 8. Difracción de electrones. Hipótesis de de Broglie y determinación de distancias interatómicas en el grafito. 9. Relación carga-masa del electrón. Tubo de rayos filiformes. VI.- DESTRESES QUE CAL ADQUIRIR. Conocer los procesos, técnicas e instrumentos de medida básicos en Física Cuántica. Desarrollar la intuición física sobre los conceptos cuánticos a través de la comprensión, mediante los mismos, de los procesos físicos implicados en los experimentos. Desarrollar la capacidad crítica mediante la interpretación razonada, a partir de la teoría cuántica, de los resultados experimentales. 4

5 VII.- HABILITATS SOCIALS O TRASVERSALS Habilidad para realizar un trabajo metódico riguroso. Habilidad para argumentar razonadamente. Habilidad para trabajar en equipo. Habilidad para la comunicación científica, tanto oral como escrita. VIII.- TEMARI I PLANIFICACIÓ TEMPORAL Número TEORÍA Semanas 1+2 INTRODUCCIÓN + ONDAS 1 3 ANTIGUA TEORÍA CUÁNTICA 3 PRÁCTICAS DE LABORATORIO Número Sesiones 1 Introducción al laboratorio de Física Cuántica 1 2 Cuerpo Negro: Ley de Stefan-Boltzmann 1 3 Cuerpo Negro: Determinación de la constante de Planck 1 4 Efecto fotoeléctrico: Espectroscopio de Wulf 1 5 Efecto fotoeléctrico: Medición del potencial de frenado y determinación de la constante de Planck 1 6 Espectroscopia: Serie de Balmer. Espectro del helio 2 7 Experimento de Franck-Hertz con mercurio 1 8 Rayos X: espectro, determinación de la constante de Planck y picos característicos 2 9 Difracción de electrones: determinación de distancias entre planos atómicos del grafito 1 10 Determinación de la relación carga-masa del electrón Reserva IX.- BIBLIOGRAFIA DE REFERÈNCIA M. Alonso y E. J. Finn: Física, vols. II y III. Ed. Fondo Educativo Interamericano R. Eisberg y R. Resnick: Física Cuántica, Ed- Limusa C. Sánchez del Río: Física Cuántica, vol. I, Ed. Eudema Universidad 1991 P. A. Tipler: Física Moderna, Ed. Reverté 1980 X.- CONEIXEMENTS PREVIS 5

6 En cuanto a la parte práctica se supone que el alumno conoce algunas técnicas generales de recogida y tratamiento de datos experimentales (medidas, errores, representaciones gráficas, ajustes...) por haber cursado otras asignaturas de técnicas experimentales, en particular la de Física General. En cuanto a la parte teórica la introducción de los conceptos cuánticos se basa fundamentalmente en conocimientos previos adquiridos en las asignaturas de Física General, Mecánica y Ondas, y Termodinámica. XI.- METODOLOGIA La asignatura consta de dos partes con metodología bien diferenciada: (i) (ii) Clases teóricas del tipo lección magistral las cuatro primeras semanas del curso para todos los estudiantes de un grupo. Sesiones de prácticas de laboratorio, 12 a lo largo del curso, de asistencia obligatoria, para subgrupos con un máximo de 16 alumnos que se subdividen en conjuntos de dos por práctica (el laboratorio dispone de ocho prácticas montadas más algunas de reserva). En éstas los alumnos llevan a cabo experimentos según un guión establecido. Cada alumno o conjunto de dos alumnos ha de elaborar su libreta de prácticas en la que incluirán sus medidas experimentales, la elaboración de resultados y la interpretación detallada de los mismos. El profesor tutela y evalúa directamente el trabajo de los alumnos, tanto en lo referente a la comprensión de los conceptos físicos implicados en los experimentos como en cuanto a la realización de los mismos y de la libreta de prácticas. XII.- AVALUACIÓ DE L APRENENTATGE La evaluación de las clases teóricas se hará mediante un examen cuya fecha estará establecida en el calendario general de exámenes de la Facultad de Física. El examen se calificará sobre 3 (nota máxima). La evaluación de las prácticas de laboratorio se hará mediante: i) evaluación continuada en el laboratorio, sesión a sesión, en la forma especificada en el apartado anterior, que se calificará sobre 4 (nota máxima). ii) examen final individual que se calificará sobre 3 (nota máxima). El examen final consistirá en una presentación o prueba que debe realizar el alumno sobre una o varias prácticas realizadas. Si la nota obtenida en la parte teórica es inferior a 1 o si la nota obtenida en la parte práctica (suma de las notas de i) y ii)) es inferior a 3.5 el alumno será suspendido. En otro caso la nota de la asignatura será la suma de las notas de la parte teórica y de la parte práctica. 6

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