課程資訊
課程名稱
近代物理
Modern Physics 
開課學期
105-1 
授課對象
電機資訊學院  電機工程學系  
授課教師
林清富 
課號
EE3015 
課程識別碼
901 38100 
班次
 
學分
全/半年
半年 
必/選修
選修 
上課時間
星期四2,3,4(9:10~12:10) 
上課地點
博理114 
備註
總人數上限:50人 
Ceiba 課程網頁
http://ceiba.ntu.edu.tw/1051EE3015_ 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
核心能力與課程規劃關聯圖
課程大綱
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課程概述

近代物理指的是20世紀(1900年以後)所發展出的物理,與1900年以前所發展的古典物理有相當大的不同。本課程內容主要介紹相對論及量子的基本觀念及應用,尤其是如何從相對論得出電磁交互作用之方程式,以及量子力學所描述的物理世界。其他內容尚有波之粒子性質、粒子之波動性質、原子結構、氫原子之量子力學理論、多電子原子、分子、統計力學、固體之介紹。
在每章節的開始將簡單介紹此物理原理發現的歷史背景,進而由實驗證明此原理的結果,並提出問題與同學討論。配合教科書與講義,循序漸進,希望能讓大家建立一個正確的世界觀。最後一周我們將介紹21世紀所面對的宇宙大中小尺度謎團,以及可能解決的統一架構。
本課程各章節如下 :

1.相對論(1)基本假設(2)時空性質(3)電磁相對效應(4)質能互換 (5)廣義相對論
2.波之粒子性質(1)光之量子性質(2)Compton 效應(3)量子擦拭器(4)量子糾纏態的投射與替換 (5)量子遠距傳送 (6)量子真相(7)重力紅位移(8)黑洞
3.粒子之波動性質(1)de Broglie物質波(2)電子繞射(3)測不準原理
4.原子結構(1)Rutherford原子模型(2)原子譜線(3)Bohr氫原子模型(4)
雷射
5.量子力學(1)海森堡矩陣量子力學(2)薛丁格方程式
(3)波函數之或然率解釋(4) 薛丁格方程式之解
6.氫原子之量子理論(1)數學解(2)角動量(3)輻射躍遷(4)Zeeman效應
7.多電子原子(1)電子自旋(2)不共容原理(3)總角動量(4)LS 及jj藕合
(5)Auger電子
8.分子(1)分子鍵(2)氫分子(3)旋轉能階(4)振動能階
9.統計力學(1)Maxwell-Boltzmann 分佈(2)Bose-Einstein分佈
(3)Fermi-Dirac分佈(4)三種分佈函數的應用
10.固體(1)離子晶體(2)共價晶體(3)金屬(4)帶理論(5)半導體元件(6)超導電性
 

課程目標
為雷射原理、固態物理、半導體元件物理打下基礎,以瞭解近代奈米電子及光電元件工作原理 
課程要求
預修科目 :工程數學,普通物理

成績評量方式 : 期中考30% , 期末考30% , 作業40% 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
 
指定閱讀
待補 
參考書目
教科書: 上課講義
Arthur Beiser, “Concepts of Modern Physics”, 6th ed.
參考書目: 主要參考書:
1. R. S. Elliott, “Electromagnetics”, 1967.
2. R. M. Eisberg, “Fundamentals of Modern Physics”,
3. N. Herbert, “Quantum Reality”.
 
評量方式
(僅供參考)
   
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
9/15  中秋節 
第2週
9/22  Introduction to Modern Physics 
第3週
9/29  Chapter 1: Relativity 
第4週
10/06  Chapter 1
HW1 Assignment 
第5週
10/13  Chapter 2: 2.1 Electromagnetic waves/ 2.2 Blackbody radiation/ 2.3 Photoelectric effect 
第6週
10/20  Chapter 2: 2.4 What is light/ 2.5 X-ray/ 2.6 X-ray diffraction/ 2.7 Compton effect/ 2.8 Pair production/ 2.9 Photons and gravity  
第7週
10/27  10/25 (補課):
Chapter 3: 3.1 De Broglie waves/ 3.2 Waves of what?/ 3.3 Describing a wave/ 3.4 Phase and group velocities/ 3.5 Particle diffraction/ 3.6 Particle in a box/ 3.7 Uncertainty principle I

10/27 Chapter 4:
4.1 The nuclear atom/ 4.2 Electron orbits/ 4.3 Atomic spectra/ 4.4 The Bohr atom/ 4.5 Energy levels and spectra/ 4.6 Correspondence principle/ 4.7 Nuclear motion/ 4.8 Atomic excitation/ 4.9 The laser 
第8週
11/03  停課 
第9週
11/10  Chapter 5:
5.1 Quantum mechanics/ 5.2 The wave equation/ 5.3 Shrodinger equation: time-dependent form/ 5.4 Linearity and superposition/ 5.5 Expectation values/ 5.6 Operators/ 5.7 Shrodinger equation: steady-state form/ 5.8 Particle in a box/ 5.9 Finite potential well/ 5.10 Tunnel effect 
第10週
11/17  Chapter 6:
6.1 Shrodinger's equation for the hydrogen atom
6.2 Separation of variables 
第11週
11/24  Midterm (9:10-12:10) 
第12週
12/01  6.3 Quantum numbers/
6.4 Principal quantum number/
6.5 Orbial quantum number
6.6 Magnetic quantum number
6.7 Electron probability density/
6.8 Radiative transitions/
6.9 Selection rules/
6.10 Zeeman efffect 
第13週
12/08  Chapter 7:
7.1 Electron spin/
7.2 Exclusion principle/
7.3 Symmetric and antisymmetric wave functions/
7.4 Periodic table/
7.5 Atomic structures/
7.6 Explaining the periodic table/
7.7 Spin-orbit coupling/
7.8 Total angular momentum 
第14週
12/15  HW3 Assignment
Chapter 7: 7.9 X-Ray Spectra
Chapter 8: 8.1 The molecule bond/ 8.2 Electron sharing/ 8.3 The H2 molecular ion/ 8.4 The hydrogen molecule/ 8.5 Complex molecules 
第15週
12/22  Chapter 8:
8.6 Rotational energy levels/ 8.7 vibrational energy levels/ 8.8 Electronic spectra of molecules  
第16週
12/29  HW4 Assignment
Chapter 9:
9.1 Statistical distributions/ 9.2 Maxwell-Boltzmann statistics/ 9.3 Molecule energies in an ideal gas 
第17週
1/05  Chapter 10 
第18週
1/12  Final Exam