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Instructor's Manual to Physics Laboratory Experiments by Jerry D. Wilson, Cecilia A. Hernández

By Jerry D. Wilson, Cecilia A. Hernández

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Elementarteilchenphysik von den Grundlagen zu den modernen Experimenten; mit 51 Tabellen, 88 Übungen mit Lösungshinweisen

Dieses Lehrbuch bietet eine systematische Einf? hrung, von den Grundlagen zu den modernen Experimenten bis hin zu den j? ngsten Entwicklungen des Gebiets. Experimentelle Hilfsmittel wie Beschleuniger und Detektoren werden zu Beginn besprochen. Dann folgen die Symmetrieprinzipien und ihre Anwendungen.

Elements de Mécanique quantique - Tome 1

I Les origines de los angeles Th´eorie quantique
I. 1. Les strategies de los angeles body classique
(I. 1. 1) constitution corpusculaire de los angeles mati`ere
(I. 1. 2) Nature ondulatoire de los angeles lumi`ere
(I. 1. three) Le d´eterminisme de l. a. body classique
I. 2. Ondes ´electromagn´etiques et quanta de lumi`ere
I. three. los angeles nature ondulatoire de l. a. mati`ere
(I. three. 1) Les spectres de raies et les ondes de Louis de Broglie
(I. three. 2) Description quantique d’une particule libre : le paquet d’ondes
I. four. Dualit´e onde-corpuscule de l. a. lumi`ere et de los angeles mati`ere
I. five. Exercices sur les bases exp´erimentales de los angeles m´ecanique quantique
II Syst`emes quantiques simples
II. 1. Etat quantique d’une particule libre
(II. 1. 1) Fonction d’onde
(II. 1. 2) Courant de probabilit´e
(II. 1. three) Valeur moyenne et ´ecart quadratique moyen
(II. 1. four) Op´erateur “impulsion” dans l’espace des coordonn´ees
II. 2. Particule dans un potentiel ind´ependant du temps
(II. 2. 1) recommendations stationnaires
(II. 2. 2) Quantification de l’´energie
II. three. l. a. barri`ere de potentiel finie : l’effet tunnel
II. four. Le puits quantique
II. five. L’oscillateur harmonique
(II. five. 1) M´ethode de r´esolution polynˆomiale
(II. five. 2) M´ethode des op´erateurs de cr´eation et de destruction
II. 6. Appendice : Fonction g´en´eratrice des polynˆomes d’Hermite et oscillateur harmonique
(II. 6. 1) Orthonormalit´e des fonctions 'n(x) de l’oscillateur harmonique
(II. 6. 2) Valeurs moyennes et probabilit´e de transition
III Fondements de los angeles th´eorie quantique
III. 1. Equation de Schr¨odinger et ses propri´et´es
(III. 1. 1) Spectre de l’op´erateur hamiltonien et element de vue du calcul vectoriel
(III. 1. 2) Le vecteur d’´etat de l’espace d’Hilbert E et ses propri´et´es
(III. 1. three) Repr´esentation des coordonn´ees |ri
(III. 1. four) Repr´esentation des impulsions |pi
(III. 1. five) formula matricielle : Repr´esentation des ´etats d’´energie
(III. 1. 6) D´eg´en´erescence d’un niveau d’´energie
III. 2. constitution de l’espace de Hilbert "H et produits tensoriels d’espaces
III. three. Le processus de mesure et sa description quantique
(III. three. 1) Commutateurs et grandeurs physiques simultan´ement mesurables
(III. three. 2) Grandeurs physiques non simultan´ement mesurables : G´en´eralisation des kinfolk d’incertitude
de Heisenberg
III. four. L’´equation d’´evolution
III. five. Les diff´erents sch´emas en m´ecanique quantique
(III. five. 1) Le sch´ema de Schr¨odinger
(III. five. 2) Le sch´ema de Heisenberg
(III. five. three) Le sch´ema d’interaction
III. 6. L’op´erateur de densit´e
III. 7. Int´egrale premi`ere et sym´etrie
(III. 7. 1) Observables compatibles et constantes du mouvement
(III. 7. 2) Sym´etrie et constante du mouvement
(III. 7. three) G´en´erateur d’une transformation de sym´etrie
(III. 7. four) Sym´etrie de translation
III. eight. Sym´etrie par rapport aux variations de particules identiques, les “bosons” et les “fermions”
III. nine. M´ethodes d’approximation pour los angeles r´esolution de l’´equation de Schr¨odinger
(III. nine. 1) Th´eorie de perturbation
(III. nine. 2) M´ethode variationnelle lin´eaire
III. 10. Conclusions : Postulats de los angeles body quantique
III. eleven. Appendice : Le cadre math´ematique de l’espace de Hilbert "H
IV Les moments angulaires en th´eorie quantique
IV. 1. Fonctions propres et valeurs propres du second cin´etique orbital : M´ethode polynˆomiale
IV. 2. Sym´etrie de rotation et second angulaire
IV. three. M´ethode alg´ebrique : Les op´erateurs d’´echelle
IV. four. Repr´esentation matricielle des op´erateurs du second angulaire
IV. five. Le spin d’une particule
(IV. five. 1) Le second magn´etique de l’´electron
(IV. five. 2) Exp´erience de Stern et Gerlach
(IV. five. three) Vecteur d’´etat et op´erateur de spin
(IV. five. four) Pr´ecession du spin dans un champ magn´etique
(IV. five. five) Composition de deux moments angulaires
IV. 6. Appendice : Fonctions sp´eciales associ´ees au second angulaire
(IV. 6. 1) Polynˆomes de Legendre
(IV. 6. 2) Les harmoniques sph´eriques
V Particules dans un champ de strength central
V. 1. Le probl`eme de deux particules en th´eorie quantique
(V. 1. 1) Potentiel `a sym´etrie sph´erique
(V. 1. 2) Vibrations et rotations d’une mol´ecule
V. 2. L’atome hydrog´eno¨ıde
(V. 2. 1) Fonction d’onde totale et ses propri´et´es
V. three. constitution superb des atomes alcalins
(V. three. 1) Interactions spin-orbite
(V. three. 2) Corrections relativistes
V. four. Effet de Zeeman des atomes alcalins
(V. four. 1) Atome plac´e dans un champ magn´etique quelconque
(V. four. 2) Effet Zeeman anomal
(V. four. three) Effet Paschen-Back
V. five. Etats quantiques de los angeles mol´ecule diatomique
V. 6. Appendice : Propri´et´es des fonctions sp´eciales de l’atome hydrog´eno¨ıde
(V. 6. 1) Les polynˆomes de Laguerre associ´es
VI Transitions entre ´etats stationnaires
VI. 1. Mouvement d’une particule charg´ee soumise `a un champ ´electromagn´etique
(VI. 1. 1) Le hamiltonien du syst`eme
(VI. 1. 2) motion d’un champ magn´etique constant
(VI. 1. three) Invariance de jauge
VI. 2. Perturbations non stationnaires
(VI. 2. 1) R`egle d’or de Fermi
VI. three. Le rayonnement dipolaire
VI. four. Corrections multipolaires
VI. five. Expression quantique des coefficients d’Einstein
VI. 6. Coefficients d’absorption
VI. 7. R`egles de s´election et le spectre optique d’atome `a un ´electron
(VI. 7. 1) Les r`egles de s´election d’un oscillateur harmonique et d’un atome hydrog´eno¨ıde r´ealiste
VII advent `a l. a. th´eorie quantique non-relativiste des syst`emes
de particules identiques
VII. 1. Le formalisme g´en´eral
VII. 2. program `a l’atome d’h´elium
(VII. 2. 1) interplay d’´echange et magn´etisme
VII. three. L’approximation du champ self-consistant de Hartree et de Hartree-Fock
VIII creation `a l. a. th´eorie quantique de l. a. diffusion par un
potentiel
VIII. 1. part efficace de diffusion
(VIII. 1. 1) part efficace diff´erentielle dans le syst`eme du laboratoire
(VIII. 1. 2) Interpr´etation classique et loi de Rutherford
VIII. 2. Traitement stationnaire
(VIII. 2. 1) Equation int´egrale de l. a. diffusion et answer “approch´ee” : “Approximation de Born”
(VIII. 2. 2) Le r`egle d’Or de Fermi et l’approximation de Born
(VIII. 2. three) M´ethode des ondes partielles
Livres de r´ef´erence
– J. L. Basdevant, M´ecanique quantique, ellipses, 1986.
– J. Hladik, M´ecanique quantique, ´editions Masson, Paris, 1997.
Bibliographie
– D. Blokintsev, Principes de m´ecanique quantique, ´editions Mir, Moscou, 1981.
– J. M. L´evy-Leblond, F. Balibar, Quantique. Rudiments, Inter-Editions, Paris, 1984.
– Cl. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Lalo¨e, M´ecanique quantique, tomes I & II, Hermann, 1980.
– E. Merzbacher, Quantum Mechanics, John Wiley, third ed. , 1998.
– S. Gasiorowicz, Quantum Physics, John Wiley, 1997.
– L. D. Landau, E. M. Lifshitz, Quantum Mechanics, Pergamon Press, third ed. , 1981.
– V. ok. Thankappan, Quantum Mechanics, John Wiley, 2d ed. , 1993.
– A. B. Wolbarst, Symmetry and Quantum Mechanics, Van Nostrand Reinhold Comp. , 1977.
– W. Louisell, Radiation and noise in Quantum Electronics, McGraw-Hill, 1964.
– A. Z. Capri, Nonrelativistic Quantum Mechanics, Benjamin/Cummings, 1985.
– J. J. Sakurai, smooth Quantum Mechanics, Benjamin/Cummings, 1985.
– W. Greiner, B. M¨uller, Quantum Mechanics, vol. I & II, Hermann, 1980.
– T. Fliessbach, Quantenmechanik, Spektrum Akademischer Verlag, 1995.
– R. W. Robinett, Quantum Mechanics, Oxford college Press, 1997.

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Example text

As the instructor, it is your option to include or omit this section. It is considered to be instructive for most students to be at least introduced to statistical analysis. , this section should probably not be omitted for students of physics and engineering). (b) Of particular importance is the section on Graphical Representation of Data. , they turn in lousy graphs). 6, Graph A) instead of smooth curves, etc. It is strongly recommended that major emphasis be placed on proper graphing procedures.

It would be wise in your lab introduction to suggest that one partner catch the upgoing weight just after the other hits the floor and that people stand back when the weights are in motion to avoid injury. Two sets of instructions have been included in the experimental procedure for this experiment. The first set (steps 1 through 5 in part A and steps 1 through 3 in part B) assumes that the friction and the equivalent mass of the pulley are small enough to be ignored. The second set (steps la through 6a in part A and steps lb through 4b in part B) makes corrections in the theoretical expression and calculations for the friction force and mass of the pulley to be accounted for in the analysis.

Physics Laboratory Experiments 8e Instructor’s Manual 61 due to the weight of the ring times the sine of the angle of tip. You can suggest that they tip the balanced table to see if they can observe any effect. ANSWERS TO EXPERIMENT QUESTIONS 1. The analytical method should be more accurate. The accuracy of the graphical method is limited by the width of the pencil line and the accuracy to which a scale and protractor can be read. With 8 or more figure accuracy on the calculator, the analytical method should be limited only by the accuracy of the input data.

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