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04_Werner Heisenberg.pdf
Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg Fakultät für Physik und Astronomie
Version 2012.1/v10
2012.1/v10
Klausurreglung:
Version 2011.2/v8
Klausur und Nachholklausur stellen nur einen Prüfungsversuch im Sinne der Prüfungsordnung dar. Für PEP1 muss die Nach- holklausur im Falle der Wiederholung des Moduls als 30min mündliche Prüfung abgelegt werden, da diese Modulprüfung als Orientierungsprüfung gilt und das Nichtbestehen das Studium beendet.
Korrektur der Literaturhinweise in der Modulbeschreibung
Änderung der Formatierung um direkte Sprünge im Dokument zu erlauben (Barrierefreiheit).
Version 2012.1/v9
-UKInf2 vom Sommer ins Wintersemester -Klausurregelung in PMP2 und PMP3
-Kompetenzerwerborientierte Darstellung der Lernziele für Ba- chelorstudiengangslehrveranstaltungen der Fakultät
2012.1/v9
Pflichtprogramm Physik und Mathematik
1.1. Pflichtmodule im Fach Physik
1.2. Pflicht- und Wahlpflichtmodule im Fach Mathematik
2. Wahlpflichtmodule Übergreifende Kompetenzen
2.1. Übergreifende Kompetenzen: Übersicht
2.2. Persönlichkeitsbezogene Schlüsselkompetenzen
2.3. Berufsbezogene
2.4. Fachspezifische
2.4.1. Zusatzqualifikationen
2.4.2. Zusatzqualifikationen Mathematik
2.4.3. Zusatzqualifikationen Wissenschaftliches Rechnen
2.4.4. Zusatzqualifikationen Elektronik
2.4.5. Zusatzqualifikationen Informatik
2.4.6. Zusatzqualifikationen Chemie
2.4.7. Zusatzqualifikationen
2.4.8. Zusatzqualifikationen
2.4.9. Zusatzqualifikationen Physiologie
3. Wahlpflichtmodule Physik
3.1. Wahlpflichtmodule
3.2. Wahlpflichtmodule
3.3. Wahlpflichtmodule Astronomie und Astrophysik
3.4. Wahlpflichtmodule
3.5. Wahlpflichtmodule Physik der kondensierten Materie
3.6. Wahlpflichtmodule
3.7. Wahlpflichtmodule Teilchenphysik
3.8. Wahlpflichtmodule
3.9. Wahlpflichtmodule Medizinische Physik
Vertiefungsfach Informatik
4. Wahlmodule aus Nachbarbereichen der Physik
5. Modellstudienpläne
1. Pflichtprogramm Physik und Mathematik
Das Pflichtprogramm in Physik und Mathematik des Bachelorstudiengangs soll die erforderlichen Grundkenntnisse vermitteln, die für eine vertiefte Einarbeitung in For- schungs- oder Anwendungsbereiche der Physik gebraucht werden. In Bezug auf die Physikausbildung sind das Pflichtprogramm und die hier zu belegenden Module voll- ständig festgelegt; in der Mathematik hingegen können Bachelorstudenten ab dem 2. Semester zwischen den mehr anwendungsbezogenen Modulen PMP2 und PMP3 (Mathematik für Physiker) oder zwei weiteren Grundmodulen der Mathematik (PMA2 und PMA3) wählen (siehe Kapitel 1.2). Die im Pflichtprogramm in den verschiedenen Semestern von Studierenden des Bachelorstudiengangs zu belegenden Module sind in Tabelle 1 anhand eines Modelstudienplans zusammengefasst. Die sich daraus ergebende (fest zugeordnete) Zahl an Leistungspunkte ist in der mit „Summe LP“ benannten der Zeile von Tabelle 1 angegeben. Die letzte Zeile der Tabelle zeigt dann die für die Wahlpflicht- und Wahlmodule noch zur Verfügung stehenden Punk- te. Hierbei ist zu bemerken, dass im ersten Semester empfohlen wird, die verblei- benden 7 freien Leistungspunkte mit dem Mathematischen Vorkurs (UKV) sowie dem Basiskurs „Schlüsselkompetenzen“ (UKS1) aus dem Wahlpflichtprogramm abzude- cken.
In den Tabellen 2 und 3 sind die Module des Pflichtprogramms Physik und Mathema- tik noch einmal aufgeführt. Die aufgeführten Module insbesondere im 4. 5. und 6. Semester können zeitlich so verschoben werden, dass im 5. Semester ein Auslands- aufenthalt ohne Zeitverlust möglich ist. Dies setzt aber voraus, dass im Auslandsse- mester ca. 30 Leistungspunkte im Wahlpflicht- und Wahlbereich erworben werden, falls keine geeigneten Module angeboten werden, die den Modulen im Pflichtpro- gramm entsprechen.
Tabelle 1: Grundmodule im Bachelor (Pflichtmodule, 129 LP/CP + 5 LP UK)
Pflichtmodu-
7LP (PEP1)
8LP (PTP1)
Experimentalphysik II 7LP (PEP2) Theoretische Physik II 8LP (PTP2)
7LP (PEP3)
8LP (PTP3)
7LP (PEP4) Theoretische Physik IV 8LP (PTP4)
7LP (PEP5)
4LP (PFP1)
12LP (PBA)
7LP (PFP2)
LP6 (PAP1)
7LP (PAP2)
2LP (PSEM)
Lineare Algebra I 8LP (PMA1)
Höhere Mathematik für Physiker II 8LP (PMP2) oder Analysis II* 8LP (PMA2)
Höhere Mathematik für Physiker III 8LP (PMP3) oder Analysis III* 8LP (PMA3)
keitsbezoge-
Basiskurs für ein nachhaltiges Studium 4LP (UKS1)
Präsentation (nur mit PSEM) 1LP (UKS2)
ne Schlüs-
selkompe-
* Studierende, die planen im zweiten Semester den stärker mathematischen orientierten Zweig mit den Modulen Analysis II (PMA2) und Analysis III (PMA3, Höhere Analysis) zu wählen, sollten im ersten Semester zusätzlich das Modul UKMath1 (Analysis I) absolvieren
Tabelle 2: Pflichtmodule Physik
Anfängerpraktikum I
Studienfach bzw. Studiengänge:
Anzahl der LP:
6/Woche
Veranstaltung in dem Modul:
• Vorlesung: klassische Mechanik, mechanische. Wellen, Thermodynamik und Statistik (4 SWS)
• Übung zur Vorlesung mit Hausarbeiten (2 SWS)
• Mechanik des Massenpunktes
• Mechanik des starren Körpers
• Mechanische Schwingungen
• Wärme und Thermodynamik: Phänomenologie der Wärmelehre, Thermodynamik und Statistik
Lernziele/Kompetenzen: Entwicklung des Verständnisses der experimentellen Grundlagen und deren mathematischer Beschreibung im Gebiet der klassischen Mechanik und Thermodynamik. Selbstständige Bearbeitung einfacher physikali- scher Probleme in diesen Gebieten.
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: Inhalt UKV
Nützliche Literatur: Die Literaturempfehlungen werden vom Dozenten bekannt ge- geben.
Besonderheiten: Übungen unter Einschluss von Hausarbeiten
Prüfungsmodalitäten: 2-3-stündige Klausur; 60% der Hausaufgaben (Teilnahme- voraussetzung für Klausur). Studierende, die die erste Klausur nicht bestanden ha- ben oder aus triftigem Grund an dieser nicht teilnehmen konnten, können an einer Nachholklausur (ebenfalls 2-3-stündig) teilnehmen. Klausur und Nachholklausur zählen im Sinne der Prüfungsordnung als nur ein Prüfungsversuch für das Modul. Studierende, die im zweiten Prüfungsversuch des Moduls die erste Klausur nicht bestanden oder nicht an der Klausur teilgenommen haben, müssen statt der Nach- holklausur eine 30minütige mündliche Prüfung ablegen. Zusatzprüfung nach §18 Abs. 5: - entfällt -
• Vorlesung: Transportprozesse, Elektrodynamik, Relativität (4 SWS)
• Elektrische Ströme
• Zeitlich veränderliche Felder
• Maxwell Gleichungen
• Spezielle Relativitätstheorie
Lernziele/Kompetenzen: Entwicklung des Verständnisses der experimentellen Grundlagen und deren mathematischer Beschreibung im Gebiet der Transportphä- nomene, von Ladungen, Strömen, Feldern und Wellen sowie der Grundlagen der relativistischen Physik. Selbstständige Bearbeitung einfacher physikalischer Prob- leme.in diesen Gebieten.
Notwendige/Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: Inhalt PEP1
Prüfungsmodalitäten: 2-3-stündige Klausur; 60% der Hausaufgaben (Teilnahme- voraussetzung für Klausur). Studierende, die die erste Klausur nicht bestanden ha- ben oder aus triftigem Grund an dieser nicht teilnehmen konnten, können an einer Nachholklausur (ebenfalls 2-3-stündig) teilnehmen. Klausur und Nachholklausur zählen im Sinne der Prüfungsordnung als nur ein Prüfungsversuch für das Modul. Zusatzprüfung nach §18 Abs. 5: Studierende, die nach §18 Abs. 5 im 3. Prü- fungsversuch des Moduls die erste Klausur nicht bestanden oder nicht an der Klau- sur teilgenommen haben, müssen statt der Nachholklausur eine 30minütige mündli- che Prüfung ablegen.
• Vorlesung: Optik, Quantenphysik, Quantenstatistik (4 SWS)
• Strahlungsgesetze
• Experimentelle Grundlagen der Quantenphysik
• Wellenmechanik und Schrödingergleichung
• Beispiele für Lösungen der Schrödingergleichung
• Quantenzustände, Superposition, Quanteninformation
• Quantenstatistik
Lernziele/Kompetenzen: Entwicklung des Verständnisses der Grundlagen der Op- tik und optischer Instrumente, der experimentellen Grundlagen der Quantenphysik und deren mathematischer Beschreibung. Selbstständige Bearbeitung einfacher physikalischer Probleme in diesen Gebieten.
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: Inhalt PEP1, PEP2, PTP1 und PTP2
• Vorlesung (4 SWS): Atom- und Molekülphysik
• Wasserstoffatom
• Experimentelle Evidenz für atomare Struktur
• Das Wasserstoffatom
• Drehimpuls, Operatoren
• Wasserstoffatom Feinstruktur
• Atom-Licht Wechselwirkung
• Einfluss magnetischer und elektrischer äußerer Felder
• Heliumatom
• Atome mit vielen Elektronen
• Molekülphysik
Lernziele/Kompetenzen: Entwicklung des Verständnisses der experimentellen Grundlagen und deren mathematischer Beschreibung im Gebiet der Atom- und Mo- lekülphysik. Selbstständige Bearbeitung einfacher physikalischer Probleme in die- sem Gebiet.
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: Inhalt PTP1, PTP2, PEP1-PEP3
• Vorlesung (4 SWS): Physik der Kondensierten Materie, Kernphysik, Teilchenphysik
• Physik der Kondensierten Materie (50%)
Struktur der Festkörper, Strukturbestimmung, Reale Festkörper, Gitterschwingungen, Elektronen im Festkörperpotential, Supraleitung, Halbleiter
• Teilchenphysik und Kernphysik (50%)
Grundlagen der Beschreibung, experimentelle Methoden, Struktur subatomarer Teilchen, Teilchenerzeugung in der e+ e- Vernichtung, schwache Wechselwirkung, Eigenschaften von Kernen, Kernzerfälle, Anwendungen der Kernphysik, Big Bang
Lernziele/Kompetenzen: Entwicklung des Verständnisses der experimentellen Grundlagen und deren mathematischer Beschreibung im Gebiet der Physik der Kondensierten Materie sowie der Teilchen- und Kernphysik. Selbstständige Bearbei- tung einfacher physikalischer Probleme in diesen Gebieten.
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: Inhalt PEP1-PEP3, PTP1-PTP4
• Vorlesung: klassische Mechanik und mathematische Methoden der theoretischen Physik
• Übung zur Vorlesung mit Hausarbeiten
• Trajektorie, Geschwindigkeit, Beschleunigung
• Newton’sche Axiome
• Gewöhnliche Differentialgleichungen, insbesondere lineare (†)
• Harmonischer Oszillator
• Taylorreihe, Beschreibung durch komplexe Zahlen (†)
• Systeme von Massenpunkten
• Impuls- und Drehimpulserhaltung
• Differential- und Integralrechnung reeller Funktionen mehrerer Veränderlicher, Vektorfelder, krummlinige Koordinatensysteme (†)
• Konservatives Kraftfeld
• Stokes’scher Satz (†)
• Matrix-Gruppen und -Darstellungen am Beispiel der Drehgruppe, Tensoren (†)
• Galilei-Transformationen
• Scheinkräfte
• Allgemeines Zentralkraftproblem und Keplerproblem
• Stellardynamik (*)
• Gravitation ausgedehnter Körper
• Gauß’scher Satz (†)
• Zusammenfassung: Vektoranalysis und Integralsätze im 3-dim. Raum (†)
• Zerfalls- und Stoßprozesse, Wirkungsquerschnitt
• Gekoppelte Oszillatoren, schwingende Saite und Membran
• Makromoleküle (*)
• Strings (in Teilchenphysik und Kosmos) (*)
• Mechanische Ähnlichkeit und Virialsatz
Die mit (†) gekennzeichneten Teile markieren die Mathematikinhalte, die einen wesentlichen Teil der Vorlesung ausmachen; die mit (*) gekennzeichneten Inhalte repräsentieren moderne Aspekte und können je nach Dozent variieren.
Lernziele/Kompetenzen: Beherrschung der Newton´schen Mechanik von Punktmassen und des starren Körpers, einschließlich der Newton‘schen Gravitation. Erwerb der grundlegenden mathematischen Kenntnisse und Fähigkeiten hierzu am Beispiel einfacher mechanischer Probleme. (Diese Kompetenzen sind zum Verständnis der Physikvorlesungen und zum Bearbeiten der Physikübungen in den ersten Semestern unerlässlich. Sie ergänzen die für die Kursvorlesungen in Theoretischer Physik notwendigen Mathematikkenntnisse.)
• Vorlesung: Analytische Mechanik und elementare Statistik und Thermody- namik
• Übung zur Vorlesung
Teilmodul 1: Analytische Mechanik
• Zwangsbedingungen
• Lagrange’sche Gleichungen 1. und 2. Art, Wirkungsprinzip
• Variationsrechnung (†)
• Symmetrien und Erhaltungssätze
• Noether-Theorem (†)
• Starrer Körper, Trägheitstensor, Kreisel
• Differentialformen (†)(*)
• Hamilton-Formalismus, Poisson-Klammer, Phasenraum, Liouville-Theorem
• Integrable und nichtintegrable Probleme, Chaos
• Partielle Differentialgleichungen (†)
• Physik der Kontinua und Felder, ideale Hydrodynamik
• Potenzialströmung, Navier-Stokes-Gleichung (*)
• Weiche Materie (*)
Teilmodul 2: Thermodynamik und statistische Physik
• Ensembles, Fluktuationen, statistische Grundkonzepte am Beispiel des idealen Gases
• Boltzmann-Verteilung
• Legendre-Transformation (†)
• Temperatur, mikroskopische Definition der Entropie
• 1. Hauptsatz, Carnot-Prozess, makroskopische Definition der Entropie, 2. Hauptsatz
• Thermodynamische Potenziale und Phasenübergänge
Lernziele/Kompetenzen: Beherschung der analytischen Mechanik der Punktmassen, des starren Körpers und der Kontinua. Die hier eingeführten Konzepte sind für die gesamte Theoretische Physik von zentraler Bedeutung. Erwerb elementarer Kenntnisse der Statistik und Thermodynamik.
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: Inhalt PTP1, PEP1
Prüfungsmodalitäten: 2-3-stündige Klausur über beide Teilgebiete, die beide ge- trennt bewertet werden und einzeln bestanden werden müssen; 60% der Hausauf- gaben (Teilnahmevoraussetzung für Klausur). Studierende, die die erste Klausur nicht bestanden haben oder aus triftigem Grund an dieser nicht teilnehmen konnten, können an einer Nachholklausur (ebenfalls 2-3-stündig) teilnehmen. Jede Teilprü- fung kann auch einzeln wiederholt werden kann. Die Bearbeitungszeit wird dann entsprechend angepasst. Klausur und Nachholklausur zählen im Sinne der Prüfungsordnung als nur ein Prü- fungsversuch für das Modul. Zusatzprüfung nach §18 Abs. 5: Studierende, die nach §18 Abs. 5 im 3. Prü- fungsversuch des Moduls die erste Klausur nicht bestanden oder nicht an der Klau- sur teilgenommen haben, müssen statt der Nachholklausur eine 30minütige mündli- che Prüfung ablegen.
• Vorlesung: Elektrodynamik
• Maxwellsche Gleichungen
• Elektrostatik und Magnetostatik
• Multipolentwicklung, Kugelflächenfunktion (†)
• Vollst. Funktionensysteme, Fourieranalyse, Fourierintegral (†)
• Maxwellsche Gleichungen in Materie
• Kovariante Formulierung, Eichinvarianz
• Lagrangedichte-Elektrodynamik
• Formulierung der E-Dynamik mit Differentialformen, höhere Form-Felder (*)
• Teilchen in Wechselwirkung mit Feldern
• Wellen in Materie
• Felder bewegter Ladungen
• Greensfunktionen, Funktionentheorie (†)
• Dipolstrahlung
• Thomson-Streuung und Synchrotronstrahlung
• Geometrische Optik
• Polyelektrolyte, DNA (*)
Die mit (†) gekennzeichneten Teile markieren die Mathematikinhalte, die einen wichtigen Teil der Vorlesung ausmachen; die mit (*) gekennzeichneten Inhalte repräsentieren moderne Aspekte und können je nach Dozent variieren.
Lernziele/Kompetenzen: Entwicklung des Verständnisses elektrischer und magnetischer Felder und der elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Materie. Beherrschung der Speziellen Relativitätstheorie als Grundlage eines großen Teils der modernen Physik und der lorentz-kovarianten Formulierung der Maxwell-Gleichungen.
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: Inhalt PTP1, PTP2, PEP1 und PEP2
• Vorlesung: Quantenmechanik
• Widersprüche zwischen Erfahrung und klassischer Physik
• Postulate der Quantenmechanik
• Hilbertraum, Zustände, Operatoren
• Unschärferelation
• Bewegung im Zentralpotenzial, Drehimpuls, Spin
• Potenzialstreuung
• Mehrteilchenprobleme
• Schrödinger- vs. Heisenbergbild
• Zeitabhängige und zeitunabhängige Störungsrechnung mit Beispielen
• Variationsverfahren
• Symmetrien und Invarianzen
• Supersymmetrie (*)
• Dichtematrix, Messprozess
• Pfadintegral
Die mit (*) gekennzeichneten Inhalte repräsentieren moderne Aspekte und können variieren.
Lernziele/Kompetenzen: Erwerb des Verständnisses der grundlegenden Konzepte der Einteilchen-Quantenmechanik und deren wichtigsten Anwendungen. Beherrschung des Fundaments für ein grundlegendes Verständnis der mikroskopischen Welt.
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: Inhalt PTP1-PTP3, PEP1-PEP3
Phys. Praktikum für Anfänger I
Blockveranstaltung, 4 Wochen in der vorlesungsfreien Zeit. Kontaktstunden 25 h/Woche Vorbereitungszeit 20 h/Woche
• Einführung in die Messtechnik und Datenauswertung
• Durchführung von 16 phys. Versuchen zur Mechanik, Wärmelehre, Elekt- rodynamik und Optik mit Protokollierung der Ergebnisse
• Ausarbeitung eines Protokolls zu jedem phys. Versuch
Lernziele/Kompetenzen: Selbstständige Einarbeitung in eine experimentelle Fragestellung. Beherrschen der experimentellen Messtechnik, der Datenanalyse und der graphische Darstellung. Erstellen von quantitativen Auswertungen von Messdaten mit Fehlerrechnung. Beherrschen der Protokollierung der Ergebnisse sowie deren kritischen Würdigung.
Für jeden Versuch muss in einem Gespräch mit der Betreuerin bzw. dem Betreuer der Nachweis erbracht werden, dass die bzw. der Studierende sich ausreichende Grundkenntnisse zum Versuchsaufbau und zur physikalischen Fragestellung ange- eignet hat.
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: Inhalt PEP1, PEP2, UKBI3
Besonderheiten: Die Protokollierung erfolgt parallel zur Versuchsdurchführung
Prüfungsmodalitäten: Protokollausarbeitung und mündliches Kolloquium zu jedem Versuch. Jeder Versuch muss mit mindestens ausreichend (4,0) bewertet worden sein. Prüfungswiederholung: Wiederholung des Praktikums innerhalb eines Jahres. Zusatzprüfung nach §18 Abs. 5: nicht möglich
Phys. Praktikum für Anfänger II
• Praktikum halbtägig im Semester (Teil I) und der vorlesungsfreien Zeit (Teil II); insgesamt 20 Nachmittage (20 x 5 Stun- den)
• Einführung in die Datenauswertung und Darstellung
• Ausarbeitung von Versuchsbeschreibungen (Hausarbeiten)
• Durchführung von 18 fortgeschrittenen phys. Versuchen zur Mechanik, Elektrodynamik, Thermodynamik, Optik, Wellen-, Atom- , Kern- und Quantenphysik mit Protokollierung der Ergebnisse
• Ausarbeitung einer Dokumentation zu jedem phys. Versuch mit Proto- koll und Auswertung (Hausarbeit)
Lernziele/Kompetenzen: Selbstständige Einarbeitung in eine experimentelle Fragestellung. Beherrschen der experimentellen Messtechnik, der Datenanalyse und der graphische Darstellung. Erstellen von quantitativen Auswertungen von Messdaten mit Fehlerrechnung. Beherrschung der Protokollierung der Ergebnisse sowie deren kritische Würdigung.
Teilnahmevoraussetzungen: PAP1 Für jeden Versuch muss in einem Gespräch mit der Betreuerin bzw. dem Betreuer der Nachweis erbracht werden, dass die bzw. der Studierende sich ausreichende Grundkenntnisse zum Versuchsaufbau und zur physikalischen Fragestellung ange- eignet hat.
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: PEP1- PEP3, UKBI3
Phys. Fortgeschrittenen-Praktikum I
Praktikum im Semester oder in der vorlesungsfreien Zeit in 4 Blöcken zu 4 Halbtagen (4 x 5 Stunden).
Durchführung von 4 Experimenten zur Erlernung von Messtechnik, Proto- kollierung und Datenauswertung moderner Experimente in den Gebieten Mechanik und Vakuum, Elektronik und Datenerfassung, Optik sowie Kern- und Teilchenphysik.
Lernziele/Kompetenzen: Selbstständiger Aufbau von Messaparturen. Beherrschung des Umgangs mit Instrumenten und Programmen (optische Bank, optische Komponenten, Digitaloszilloskope, Datenerfassungssysteme, Elektronik). Führen eines Laborbuchs mit Dokumentation der Messergebnisse parallel zur Versuchsdurchführung.
Teilnahmevoraussetzungen: PAP1, PAP2 Für jedes Experiment muss in einem Gespräch mit der Betreuerin bzw.dem Be- treuer der Nachweis erbracht werden, dass die bzw. der Studierende sich ausrei- chende Grundkenntnisse zum Versuchsaufbau und zur physikalischen Fragestel- lung angeeignet hat.
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: Inhalt PEP1-PEP4, Blockkurse UKB* zu Datenanalyse, Programmierung, Numerische Methoden.
Besonderheiten: Die Protokollierung erfolgt parallel zur Versuchsdurchführung. Die 4 Experimente können online gebucht werden sowohl während der Vorle- sungszeit als auch in der vorlesungsfreien Zeit.
Prüfungsmodalitäten: Protokoll und ein mündliches Kolloquium zu jedem Versuch. Jeder Versuch muss abschließend mit mindesten ausreichend (4,0) bewertet wor- den sein. Prüfungswiederholung: Wiederholung einzelner Versuche innerhalb eines Jahres. Zusatzprüfung nach §18 Abs. 5: nicht möglich
Phys. Fortgeschrittenen-Praktikum II
90 (gesamt)
• Praktikum im Semester oder in der vorlesungsfreien Zeit in 4 Blöcken zu 4 Halbtagen (4 x 5 Stunden)
6 LP/CP
• Seminarvortrag zu einem Versuch (30 Minuten)
1 LP/CP
Durchführung von 4 Physikalischen Experimenten an Instituten der Fa- kultät und Max-Planck-Instituten aus 4 verschiedenen Forschungsgebie- ten der Fakultät. Die Experimente sind forschungsnah und nutzen eine Instrumentierung, die auch in den Forschungslabors genutzt wird. Expe- rimente werden angeboten zur Atom- und Molekülphysik, Astrophysik, Kern- und Teilchenphysik, Physik der Kondensierten Materie und Um- weltphysik.
Lernziele/Kompetenzen: Durchführung forschungsnaher Experimente. Beherrschung des (teilweise) selbstständigen Aufbaus der Messapparaturen. sowie der Auswertung der Messergebnisse z.T. unter Nutzung moderner Programmsysteme. Durchführung der Ausarbeitung der Ergebnisse in Form einer kleinen Publikation.
Teilnahmevoraussetzungen: PAP1, PAP2 Für jedes Experiment muss in einem Gespräch mit dem Betreuer der Nachweis erbracht werden, dass der Studierende sich ausreichende Grundkenntnisse zum Versuchsaufbau und zur physikalischen Fragestellung angeeignet hat.
Nützliche Literatur Die Literaturempfehlungen werden vom Dozenten bekannt ge- geben.
Besonderheiten: Die 4 Experimente können online gebucht werden sowohl wäh- rend der Vorlesungszeit als auch in der vorlesungsfreien Zeit.
Prüfungsmodalitäten: Schriftliche Ausarbeitung (Hausarbeit) und ein mündliches Abschlusskolloquium zu jedem Experiment. Jedes muss abschlieβend mit mindes- tens ausreichend (4.0) bewertet worden sein. Prüfungswiederholung: Wiederholung einzelner Experimente innerhalb eines Jah- res. Zusatzprüfung nach §18 Abs. 5: nicht möglich
Seminarvortrag (2 LP/CP):
• Ausarbeitung eines Vortrags zu einem Thema der Physik oder eines an- grenzenden Gebiets mit schriftlicher Dokumentation (Handout) und münd- liche Präsentation
• Aktive Teilnahme an allen Vorträgen des Seminars
Im Seminar werden ca. 12 Vorträge aus einem zusammenhängenden Ge- biet der Physik oder eines Nachbargebiets von verschiedenen Studieren- den gehalten.
Lernziele/Kompetenzen: Einarbeitung in ein Thema. Literaturrecherche und Aus- wahl. Ausarbeitung eines Vortrags (60 Minuten) und mündliche Präsentation.
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: Inhalt UKS1
Nützliche Literatur: Einführende Literatur für jeden Vortrag wird vom Dozenten ausgesucht.
Besonderheiten: Schlüsselkompetenz Präsentation (UKS2) ist in das Pflichtsemi- nar integriert.
Prüfungsmodalitäten: Bewertung des Vortrags und der schriftlichen Ausarbeitung. Wiederholungsprüfung: Erneute Ausarbeitung und Präsentation eines anderen Seminarthemas innerhalb eines Jahres. Zusatzprüfung nach §18 Abs. 5: nicht möglich
Arbeit unter Anleitung
Veranstaltungen in dem Modul:
(selbstständige
Themas)
Kolloquium zur Bachelorarbeit (Präsentation der Arbeit und Prüfungsge- spräch)
• Einarbeitung in eine wissenschaftliche Fragestellung der Physik oder ei- nes angrenzenden Gebiets unter Anleitung.
• Erarbeitung der dafür notwendigen Techniken und Spezialkenntnisse so- wie der allgemeinen physikalischen Grundlagen des Gebietes.
• Bearbeitung des Themas und schriftliche Ausarbeitung.
• Vorbereitung eines Vortrags zur Bachelorarbeit.
• Vorbereitung auf ein Prüfungsgespräch über die Themen der Bachelorar- beit, deren erweiterten physikalischen Kontext, sowie die zugehörigen Grundlagen der Physik.
• Mündliche Präsentation (15. Min.) und Prüfungsgespräch (30 Min.)
Lernziele/Kompetenzen: Demonstration der Fähigkeit zur selbstständigen Bearbei- tung eines begrenzten Themas aus einem Gebiet der Physik oder angrenzender Gebiete nach wissenschaftlichen Methoden. Erarbeitung vertiefter Kenntnisse der physikalischen Grundlagen des Gebietes sowie eines zusammenhängenden Ver- ständnisses der theoretischen und experimentellen Konzepte und Methoden der Physik. Beherrschung der schriftlichen Ausarbeitung und mündlichen Darstellung der Fragestellung, ihres physikalischen Kontextes, sowie der Methoden und Ergeb- nisse im Forschungsgebiet.
Teilnahmevoraussetzungen: Studienleistung von insgesamt 142 LP/CP (Bachelor-Prüfungsordnung §13 Abs. 2) Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: Gute Grundkenntnisse im Gebiet der Ba- chelorarbeit Nützliche Literatur: Wird vom Dozenten bekannt gegeben. Besonderheiten: Die Arbeit muss innerhalb von 12 Wochen nach Ausgabe des Themas abgegeben werden. Das Kolloquium muss innerhalb von 4 Wochen nach Abgabe der Bachelorarbeit durchgeführt werden. Das Kolloquium ist grundsätzlich öffentlich; es kann auf Wunsch des Kandidaten im geschlossenem Rahmen stattfin- den.
Prüfungsmodalitäten: Bewertung der Bachelorarbeit und des Kolloquiums durch 2 Prüferinnen bzw. Prüfer. Die beiden Teile werden unabhängig benotet, für die Ge- samtnote zählt die schriftliche Ausarbeitung 2/3, das Kolloquium 1/3. Wiederholungsprüfung: Das Kolloquium kann innerhalb von 4 Wochen einmal
wiederholt werden. Bei ungenügender schriftlicher Ausarbeitung oder endgültigem Nichtbestehen des Prüfungsgespräches: Bearbeitung eines neuen Themas. Zusatzprüfung nach §18 Abs. 5: nicht möglich
Durch diese Module soll die bzw. der Studierende bzw. die Studierende die grundle- genden mathematischen Kenntnisse und Kompetenzen erwerben, die für ein erfolg- reiches Physikstudium unerlässlich sind.
Es werden 2 Kurse alternativ angeboten:
1. Höhere Mathematik für Physiker: PMA1, PMP2 und PMP3
2. Mathematik für Studierende mit starker theoretisch- mathematischer Ori- entierung: PMA1, PMA2 und PMA3. In diesem Fall wird allerdings dringend
der übergreifenden Kompetenzen zu absolvieren, um alle wesentlichen für ein Physikstudium erforderlichen Themen abzudecken.
weiterführende Mathematikvorlesungen im Rahmen
Bem.: Die im Folgenden angegebenen Modulbeschreibungen sind mit der Mathema- tik abgesprochen; die Inhalte gelten aber vorbehaltlich der entgültigen Zustimmung durch die Fakultät für Mathematik und Informatik.
Tabelle 3: Pflicht- und Wahlpflichtmodule Mathematik
Höhere Mathematik für Physiker III
Analysis III*
*identisch mit dem Modul „Höhere Analysis“
Physik, Informatik. Mathematik
• Lineare Operatoren
• Innenprodukträume
• Multilineare Algebra
Lernziele: Grundkenntnisse über grundlegende Themen der Linearen Algebra. Selbstständige Bearbeitung einfacher mathematischer Probleme aus dem Themenbereich.
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: –
Nützliche Literatur: G. Fischer, Lineare Algebra; weitere Literaturempfehlungen werden vom Dozenten bekannt gegeben. Besonderheiten: –
Prüfungsmodalitäten: siehe Modulbeschreibung der Mathematik Zusatzprüfung nach §18 Abs. 5: 2-stündige Klausur
• Metrische und Topologische Grundbegriffe, Konvergenz
• Differentialrechnung im n-dimensionalen Raum
• Vektoranalyis
• Integrationstheorie, Hauptsatz der Differential- und Integralrechnung
• Systeme gewöhnlicher Differentialgleichungen
Lernziele: Grundlegende Begriffe der Differential- und Integralrechnung. Selbstständige Bearbeitung von Problemen aus dem Themenbereich.
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: Inhalt PMA1
Prüfungsmodalitäten: Lösung von Übungsaufgaben und benotete 2-stündige Klau- sur; Studierende, die die erste Klausur nicht bestanden haben oder aus triftigem Grund an dieser nicht teilnehmen konnten, können an einer Nachholklausur (eben- falls 2-stündig) teilnehmen. Klausur und Nachholklausur zählen im Sinne der Prü- fungsordnung als nur ein Prüfungsversuch für das Modul.
Zusatzprüfung nach §18 Abs. 5:
2-stündige Klausur.
• Integralsätze: Satz von Stokes, Satz von Cauchy
• Elemente der Funktionentheorie
• Residuensatz
• Hilberträume
• Fouriertransformation
Lernziele: Kenntnis fortgeschrittener mathematischer Methoden der Physik und ihrer mathematischen Grundlagen. Selbstständige Bearbeitung von Problemen aus dem Themenbereich.
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: Inhalt PMA1, PMP2
• Lineare Differentialgleichungen
• Richtungsableitungen, partielle Ableitungen, Differential, Gradient
• Wegintegrale, Gradientenfelder, Integrabilitätsbedingung, komplexe Weg- integrale und Cauchy’scher Integralsatz
• Satz von der lokalen Umkehrabbildung und der impliziten Funktion, diffe- renzierbare Untermannigfaltigkeiten von R(n), Extremwerte mit Nebenbe- dingungen
• Das Riemann-Integral auf n-dimensionalen Intervallen, iterierte Integrati- on, Integration über Jordanbereiche, Transformationssatz
Lernziele: Einführung in die höhere Analysis. Eigenständige Bearbeitung mathematischer Probleme aus dem Themenbereich.
Nützliche Literatur: Die Literaturempfehlungen werden vom Dozenten bekannt gegeben. Besonderheiten: –
Prüfungsmodalitäten: s. Modulbeschreibung der Mathematik Zusatzprüfung nach §18 Abs. 5: 2-stündige Klausur
Analysis III (Höhere Analysis)
• Lebesque-Integral, L(p)-Räume
• Faltungsintegrale
• Orthonormalsysteme in Hilberträumen und Fourierreihen
• Differenzierbare Untermannigfaltigkeiten und das induzierte Maß
• Differentialformen und der Satz von Stokes
Lernziele: Einführung in die höhere Analysis. Selbstständiges Lösen von mathematischen Problemen aus dem Themenbereich
Notwendige/nützliche Vorkenntnisse: PMA1, PMA2 –
Nützliche Literatur: wird vom jeweiligen Dozenten angegeben Besonderheiten: –
Übergreifende Kompetenzen sind Studieninhalte, die den Studierenden diejenigen Fähigkeiten vermitteln sollen, die im heutigen Berufsleben (in- und außerhalb der Forschung) von wesentlicher Bedeutung sind. Das Angebot gliedert sich in drei Be- reiche: „Persönliche Schlüsselkompetenzen“, „berufsbezogene Schlüsselkompeten- zen“ und „fachspezifische Zusatzqualifikationen“. Insgesamt müssen die Studieren- den des Bachelorstudiengangs 20 Leistungspunkte aus dem Angebot „Übergreifende Kompetenzen“ belegen.
Im Bachelorstudium Physik werden für alle Studierende bereits im ersten Semester zwei zentrale Module aus dem Bereich „Übergreifende Kompetenzen“ angeboten. Sie bilden einen wichtigen Teil des Grundstudiums:
• der Basiskurs ‚Schlüsselkompetenzen für ein nachhaltiges Studium’
(UKS1),
• der mathematematische Vorkurs (UKV).
Beide Kurse beginnen in der Regel Ende September, drei Wochen vor Beginn der Vorlesungszeit; der Basiskurs wird im ersten Semester fortgesetzt. Dabei ist die Teil- nahme an diesen Kursen zwar nicht verpflichtend, wird aber nachdrücklich empfoh- len.
Über diese Kurse hinaus werden verschiedene Wahlmodule angeboten, die im Rah- men der „Übergreifenden Kompetenzen“ absolviert werden können. Die Teilnehmer- zahl bei diesen Kursen ist in der Regel begrenzt. Es besteht kein Anspruch auf Teil- nahme.
Persönlichkeitsbezogene Schlüsselkompetenzen
Die Vermittlung „persönliche Schlüsselkompetenzen“ soll die Studierenden unter an- derem befähigen
• das Studium zu organisieren und erfolgreich zu bewältigen
• wissenschaftliche Ergebnisse zu präsentieren und zu veröffentlichen
• Wissen anderen kompetent zu vermitteln
• andere zu beraten
Die Vermittlung „berufsbezogener Schlüsselkompetenzen“ soll die Studierenden un- ter anderem befähigen
• die Wissenschaftssprache Englisch besser zu beherrschen
• Computer zu programmieren
• Daten zu analysieren
• Teams zu organisieren
• Projekte erfolgreich zu managen
Dieser Bereich der Übergreifenden Kompetenzen soll den Studierenden fachspezifi- sche Qualifikationen außerhalb der Physik vermitteln, die für eine Berufsausübung von Vorteil sind. Hierzu gehören praxisnahe Fertigkeiten wie z.B.
• Computerphysik
oder solide Grundkenntnisse in Nachbargebieten der Physik wie Chemie, Biologie, Mathematik, Physiologie, die insbesondere zu besserem interdisziplinärem Arbeiten befähigen sollen.
Grundblöcke zu fachspezifischen Zusatzqualifikationen und Schlüsselkompe- tenzen
Die Tabellen zeigen die Gruppen von Wahlmodulen, die von der Physik und den Nachbarbereichen der Physik angeboten werden. Diese Angebote sind oft in mehre- re Teilmodule unterteilt, die alle absolviert werden müssen oder sollen.
Dieses Angebot ist nicht statisch, sondern wird sich im Laufe der Zeit weiter entwi- ckeln. Hierzu wird das Modulhandbuch durch die Fakultät für Physik und Astronomie laufend aktualisiert.
Tabelle 4: Persönlichkeitsbezogene Schlüsselkompetenzen
Basiskurs für ein nachhaltiges Studium
Präsentation (integriert in PSEM)
Kurs für Tutoren und Durchführung eines Tutoriums
Tabelle 5: Berufsbezogene Schlüsselkompetenzen
UKBEng
Blockkurs: Englisch für Physiker
1 SS/WS
UKBI1
Blockkurs: Programmieren in C++
Blockkurs: Datenanalyse
UKBI3
Blockkurs: Einführung in Linux
Tabelle 6: Fachspezifische Zusatzqualifikationen
Zusatzqualifikation Allgemein
Practical Course: Numerical Methods
Practical Course: Statistical Methods
Zusatzqualifikation Mathematik
UKMath1
UKMath2
UKMath3
Zusatzqualifikation Wissenschaftliches Rechnen
UKWR1
UKWR2
Einführung in die Computer-Physik
Zusatzqualifikation Elektronik
Elektronik & Elektronik-Praktikum
UKEL2
Mikroelektronik & Elektronik-Praktikum
UKInf1 (IPR*)
UKInf2
UKInf3
UKInf4 (IAD)*
UKInf5 (IBN)*
UKInf6 (IDB)*
UKInf7 (ISE)*
UKInf8 (ITH)*
Zusatzqualifikation Chemie
UKChe
Zusatzqualifikation Biologie
UKBio1
Grundlagen der Zell- und Molekularbiologie (Vor- lesung Biologie II)
UKBio2
Methoden der molekularen Zellbiologie (Prakti- kum zur Biologie II)
UKPö1a
UKPö1b
UKPö2a
Zusatzqualifikation Physiologie
UKPhy1
Einführung in die Physiologie und medizinische Biophysik
UKPhy2
Zell- und molekularphysiologische Grundlagen der medizinischen Biophysik
* Diese Module sind dem Bachelor-Studiengang Informatik entnommen. Die Bezeichnung in Klam- mern ist die jeweilige Modulbezeichung im Bachelor-Modulhandbuch Informatik.
Basiskurs‚Schlüsselkompetenzen für ein nachhaltiges Studium’
Tutorium in kleinen Gruppen
• Blockveranstaltungen im Vorkurs (3 Wochen)
(2 LP/CP)
• Studienbegleitendes Tutorium, 14-tägig jeweils 2-4 Stunden
• Teil 1: Lerntechniken, Mitschrift, Vor- und Nachbereitung, Präsentation
• Teil 2: Zeitmanagement, wiss. Schreiben, Prüfungsvorbereitung, Diskurs
Lernziele/Kompetenzen: Vermittlung grundlegender Kenntnisse und Kompetenzen zur effektiven Bewältigung eines Studiums
Nützliche Literatur: Skript ist verfügbar
Besonderheiten: Das Modul wird nicht benotet
Prüfungsmodalitäten: Erstellung eines Lernportfolios, in dem sämtliche für das Modul erforderlichen Hausarbeiten dokumentiert sind; zusätzlich zwei Präsentatio- nen (20 Minuten).
Präsentation (integriert in Pflichtseminar)
Einführung in die Techniken der Präsentation. Evaluation der Vorträge und Feedback an die Vortragenden
• Einführung in Präsentationstechniken
• Evaluation und Feedback zu jedem Vortrag
Lernziele/Kompetenzen: Erlernen von Präsentations- und Vortragstechnik durch Feedback von Studenten und Dozenten.
Nützliche Literatur: -
Besonderheiten: Schlüsselkompetenz Präsentation ist in das Pflichtseminar (PSEM) integriert.
Workshop und Tutorium
• Planungsworkshop „Vermittlung der Inhalte des Basiskurses – Schlüssel- kompetenzen für ein nachhaltiges Studium (Blockveranstaltung)
• Durchführung eines Tutoriums “Basiskurs: Schlüsselkompetenzen für ein nachhaltiges Studium“
• Auswertungskolloquium (Blockveranstaltung)
• Methoden der Erwachsenenbildung; Teilnehmeraktivierung in Lehrveran- staltungen; Grundlagen der Didaktik; Reflektion der Führungsrolle bei der Leitung von Lehrveranstaltungen
• Auseinandersetzung mit den Inhalten des Basiskurses „Schlüsselkompe- tenzen für ein nachhaltiges Studieren“ und deren Umsetzung in eine Lehr- veranstaltung
• Durchführung eines Tutoriums „Basiskurs: Schlüsselkompetenzen für ein nachhaltiges Studium“
• Evaluation von Lehrveranstaltungen
• Auswertung und Reflexion des durchgeführten Tutoriums
Lernziele/Kompetenzen: Die Studierenden erwerben grundlegende didaktische Kompetenzen. Sie sind in der Lage, Tutorien zu planen und diese in professioneller Weise nach den Kriterien einer nachhaltigen Didaktik durchzuführen.
Teilnahmevoraussetzungen: UKS1
Nützliche Literatur: Die Literaturempfehlungen werden vom Dozenten bekannt gegeben.
Besonderheiten: Von den Teilnehmern wird die selbstständige Durchführung eines Tutoriums z.B. zum Kurs UKS1 erwartet. Die Teilnehmerzahl ist begrenzt, ein An- spruch auf Teilnahme besteht nicht.
Prüfungsmodalitäten: Tätigkeit als Tutor mit Evaluierung durch die Studierenden; Abschlussbericht; das Modul wird nicht benotet.
2.3. Berufsbezogene Schlüsselkompetenzen
Englisch für Physiker
ggf. Blockkurs
Schulung beispielsweise im Rahmen eines einwöchigen Blockkurses
• Englisch in Wissenschaft und Technik
• Englisch Schreiben und Präsentieren
• Argumentieren und Debatieren in Englisch
Lernziele/Kompetenzen: Erwerb von Englischkenntnissen für den Gebrauch in der Wissenschaft.
Prüfungsmodalitäten: Mündliche Mitarbeit und Hausarbeiten. Das Modul wird nicht benotet. Prüfungswiederholung: Kurswiederholung
Schulung im Rahmen eines einwöchigen Blockkurses
• Erste Programmierschritte – IDE Umgebungen
• Funktionen und Gültigkeitsbereiche
• Zeiger und Speicherverwaltung
• C++-Schablonen
• Klassenbibliotheken

References: §18
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 §13
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