課程資訊
課程名稱
近代物理
Modern Physics 
開課學期
104-2 
授課對象
學程  奈米科技學程  
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
星期二7,8,9(14:20~17:20) 
上課地點
博理113 
備註
總人數上限:100人 
Ceiba 課程網頁
http://ceiba.ntu.edu.tw/1042EE3015_mp1 
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。因此將先介紹此物理原理發現的歷史與思想背景,然後說明新物理原理之內容,進而討論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較理想的宇宙和世界觀。近代物理對現代生活和科技有極重大的影響,例如相對論的影響有天文學、太空探測、宇宙觀、核能發電、核戰威脅、…等;而量子力學的影響有半導體工程、IC、電腦、雷射、光譜、光電工程、光纖通訊、網際網路、光資訊、原子分子物理、材料、化學、化工、能源科技、…等。

各章綱要如下:

1. 物理的演進: (1)物理學家為什麼會想到這些物理原理? (2)如何分辨這些原理是對或錯?

2. 相對論: (1) 為什麼會想到相對論? (2) 相對論的基本假設,為什麼採用這樣的假設? (3)時空性質(4)電磁相對效應(5)質能互換

3. 波之粒子性質(1)光線、光波、或光子? (2)光之量子性質(3)Compton效應(4)重力紅位儀(5)黑洞

4. 粒子之波動性質(1)為什麼電子不會掉進原子核內? (2) de Broglie物質波(3)電子繞射(4)測不準原理

5. 原子結構(1)原子核尺寸(2)原子光譜(3)Bohr氫原子模型

6. 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

7. 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

8. 多電子原子(1)電子自旋(2)不共容原理(3)週期表(4)LS及jj藕合(5)Auger電子

9. 分子(1)分子鍵(2)氫分子(3)旋轉能階(4)振動能階

10. 統計力學(1)Maxwell-Boltzmann分佈 (2)Bose-Einstein分佈 (3)Fermi-Dirac分佈 (4)黑體輻射

11. 固體與半導體(1)離子晶體(2)共價晶體(3)金屬(4)帶理論

近代物理以電機系學生為授課對象,為大二、大三、大四複選必修課程。學程半年,共三學分。

 

課程目標
(1) 透過探討物理學家尋找物理原理的過程,瞭解那些原理不夠好以及為什麼不夠好;那些原理到目前為止似乎不錯,以及有沒有需要更好的原理。
(2) 藉由物理學家的經驗,幫助我們未來在找答案時,可以更得心應手。
(3) 藉由目前已找到的較理想物理答案,運用在日常生活和工業生產當中,為自己和人類創造更多福址。 
課程要求
期中考40% , 期末考40% , 作業20% 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
另約時間 備註: email: lincf@ntu.edu.tw 
指定閱讀
教科書: Arthur Beiser所著 `Concepts of Modern Physics`.
成績計算方式: 期中考40% , 期末考40% , 作業20% (暫定) 
參考書目
待補 
評量方式
(僅供參考)
   
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
2/23  Introduction to Modern Physics
1. 物理的演進: (1) 物理學家為什麼會想到這些物理原理? (2) 如何分辨這些原理是對或錯?
2. Chapter 1: 相對論 (1) 為什麼會想到相對論?  
第2週
3/01  Chapter 1 (1) 為什麼會想到相對論? (2) 相對論的基本假設,為什麼採用這樣的假設? (3)時空性質(4)電磁相對效應(5)質能互換 
第3週
3/08  Chapter 1 Relativity:
1.4 Length contraction
1.5 Twin paradox
1.6 Electricity and magnetism
1.7 Relativistic momentum
1.8 Mass and energy
1.9 Energy and momentum 
第4週
3/15  Chapter 1
1.10 General relativity

Chapter 2
2.1 Electromagnetic Waves
2.2 Black Body Radiation
2.3 Photoelectric Effect 
第5週
3/22  Chapter 2
2.4 What is Light
2.5 X-rays
2.6 X-ray Diffraction
2.7 Compton Effect
2.8 Pair Production
2.9 Photons and Gravity 
第6週
3/29  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
3.8 Uncertainty Principle II
3.9 Applying the Uncertainty Principle
 
第8週
4/12  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9週
4/19  Midterm (期中考) 
第10週
4/26  Chapter 5
5.1 Quantum Mechanics
5.2 The Wave Equation
5.3 Schrodinger 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11週
5/03  5.9 Finite Potential Well
5.10 Tunnel Effect 
第12週
5/10  Chapter 6
6.1 Schrodinger's equation for the hydrogen atom
6.2 Separation of variables
6.3 Quantum numbers
6.4 Principal quantum number
6.5 Orbital quantum number
6.6 Magnetic quantum number
6.7 Electron probability density
6.8 Radiative transitions
6.9 Selection rules
6.10 Zeeman effect 
第13週
5/17  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
7.9 X-ray spectra 
第15週
5/31  Chapter 8
8.1 The molecular bond
8.2 Electron sharing
8.3 The H2+ molecular ion
8.4 The hydrogen molecule
8.5 Complex molecules
8.6 Rotational energy levels
8.7 Vibrational energy levels
8.8 Electronic spectra of molecules 
第16週
6/07  Chapter 9
Statistical mechanics 
第17週
6/14  Chapter 10
The solid state 
第18週
6/21  期末考
Chapter 5 ~ Chapter 10