Seminář z kvantové fyziky pro učitele - NFUF829

• Anglický název: Seminar on quantum physics for teachers
• Zajišťuje: Katedra didaktiky fyziky (32-KDF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2024 do 2024
• Semestr: oba
• E-Kredity: 3
• Rozsah, examinace: 0/2, Z [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: nevyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Poznámka: předmět je možno zapsat mimo plán; předmět lze zapsat v ZS i LS
• Garant: RNDr. Zdeňka Koupilová, Ph.D.

Anotace

čeština

Seminář navazující a rozšiřující základní kurz kvantové fyziky pro učitelské obory fyziky (NFUF204 Úvod do kvantové mechaniky a kvantové teorie) zaměřený na možnosti výuky kvantové fyziky na středoškolské úrovni (tj. bez složitého matematického aparátu).

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (16.05.2024)

angličtina

Seminar extended the compulsory quantum mechanics course for future teachers study branches. It is aimed at the teaching methods of the quantum physics on the upper secondary (or high) school level (i.e. without complex mathematics).

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (01.06.2021)

Cíl předmětu

čeština

Seminář navazující a rozšiřující základní kurz kvantové fyziky pro učitelské obory fyziky (NFUF204 Úvod do kvantové mechaniky a kvantové teorie) zaměřený na možnosti výuky kvantové fyziky na středoškolské úrovni (tj. bez složitého matematického aparátu). V rámci semináře si posluchači sami vyzkouší možnosti aktivizujícího přístupu k výuce úvodních partií kvantové fyziky včetně jednoduchých demonstračních a žákovských experimentů, prohloubí své znalosti možností grafického znázorňování řešení kvantově mechanických problémů a správné interpretace obrázků a animací. Dle zájmu mohou být do semináře zařazeny i populární témata, se kterými se mohou posluchači ve své budoucí praxi setkat - kvantová teleportace, kvantová kryptografie apod.

Během semináře je kladen důraz na aktivní zapojení posluchačů, využití moderní audio-vizuální výpočetní techniky, ale i jednoduchého modelování. Seminář je určen zejména pro studenty fyzikálních studijních oborů zaměřených na vzdělávání, ale je otevřen i studentům studijního programu Fyzika na MFF UK a chemie a biologie PřF UK.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (16.05.2024)

angličtina

Seminar extended the compulsory quantum mechanics course for future teachers study branches. It is aimed at the teaching methods of the quantum physics on the upper secondary (or high) school level (i.e. without complex mathematics).

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (01.06.2021)

Podmínky zakončení předmětu

Podmínkou získání zápočtu je aktivní účast na seminářích. Při absenci vyšší než 30 % musí student vypracovat uloženou domácí práci.

Charakter získání zápočtu vylučuje opakování.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (01.06.2021)

Literatura

čeština

Skála, L. Úvod do kvantové mechaniky. 1. vyd. Praha: Academia, 2005.

Pišút, J.; Zajac R. O atómoch a kvantování. 1. vyd. Bratislava: Alfa, 1983.

Štoll, I. Fyzika pro gymnázia. Fyzika mikrosvěta. 3. přeprac. vyd. Praha: Prometheus, 2006.

Feynman R. P.; Leighton R. B.; Sands M. Feynmanovy přednášky z fyziky s řešenými příklady 3/3. 1. vyd. Praha: Fragment, 2002.

Halliday, D.; Resnick, R.; Walker, J. Fyzika - část 5: Moderní fyzika. 1. vyd. Brno: Vutium, 2006.

Feynman, R. Neobyčejná teorie světla a látky. 1. vyd. Praha: AURORA, 2001.

Brant, S.; Dahmen, H. D.; Stroh, T. Interactive Quantum Mechanics. New York: Springer-Verlag, 2003.

Belloni, M.; Christian, W.; Cox, A. J. Physlet Quantum Physics. An Interactive Introduction. Pearson, Prentice Hall, New Jersey, 2006.

Brandt, S.; Dahmen H. D. The picture book of quantum mechanics. 2nd ed. New York: Springer, 1994.

Peres, A. Quantum Theory: Concepts and Methods. Kluwer Academic Publishers, 1995.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (16.05.2024)

angličtina

Skála, L. Úvod do kvantové mechaniky. 1. vyd. Praha: Academia, 2005.

Formánek, J. Úvod do kvantové teorie, část I. a II. Praha: Academia, 2004

Formánek, J. Úvod do relativistické kvantové mechaniky a kvantové teorie pole, část 1., 2a a 2b. Praha: Academia, 2004

Pišút, J.; Zajac R. O atómoch a kvantování. 1. vyd. Bratislava: Alfa, 1983.

Štoll, I. Fyzika pro gymnázia. Fyzika mikrosvěta. 3. přeprac. vyd. Praha: Prometheus, 2006.

Feynman R. P.; Leighton R. B.; Sands M. Feynmanovy přednášky z fyziky s řešenými příklady 3/3. 1. vyd. Praha: Fragment, 2002.

Halliday, D.; Resnick, R.; Walker, J. Fyzika - část 5: Moderní fyzika. 1. vyd. Brno: Vutium, 2006.

Feynman, R. Neobyčejná teorie světla a látky. 1. vyd. Praha: AURORA, 2001.

Brant, S.; Dahmen, H. D.; Stroh, T. Interactive Quantum Mechanics. New York: Springer-Verlag, 2003.

Belloni, M.; Christian, W.; Cox, A. J. Physlet Quantum Physics. An Interactive Introduction. Pearson, Prentice Hall, New Jersey, 2006.

Brandt, S.; Dahmen H. D. The picture book of quantum mechanics. 2nd ed. New York: Springer, 1994.

Peres, A. Quantum Theory: Concepts and Methods. Kluwer Academic Publishers, 1995.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (01.06.2021)

Metody výuky

Seminář s aktivním zapojením studentů.

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (24.04.2023)

Sylabus

čeština

Témata probíraná na semináři jsou volena dle zájmu zapsaných studentů. Může se jednat například o následující témata:

1. Experimenty a problémy vedoucí ke vzniku a rozvoji kvantové fyziky, aktivizující metody jejich výkladu,

• atomová spektra, "odvození" Ritzova kombinačního principu z experimentálních dat,

• vnější a vnitřní fotoelektrický jev,

• Comptonův rozptyl,

• kvantování elektromagnetického záření, Planckův vyzařovací zákon,

• interferenční experimenty,

• vlnově-částicový dualismus,

• Sternův-Gerlachův pokus

2. Rekapitulace základních postulátů kvantové mechaniky, jejich nematematická formulace

3. Grafické znázornění řešení jednoduchých problémů kvantové mechaniky, praktické aplikace

4. Vybrané pokročilejší partie a jejich kvalitní zpřístupnění na středoškolské úrovni

• Diracova symbolika

• jiné než souřadnicové reprezentace kvantové mechaniky

• relativistická kvantová mechanika

• základní myšlenky kvantové teorie pole, Feynmanovy diagramy

• interpretace kvantové mechaniky

• testy kvantové mechaniky - ohyb molekul na mřížce, jednofotonové pokusy, which-way experimenty,...

• "populární témata" - kvantová kryptografie, kvantová teleportace, kvantové počítače,...

5. Využití her ve výuce kvantové fyziky

6. Konceptuální úlohy a testy konceptuálního pochopení základních zákonů kvantové fyziky

7. Výuka kvantové fyziky v mezinárodním kontextu

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (16.05.2024)

angličtina

1. Experiments leading to development of quantum physics, active learning methods of teaching these topics,

• atomic spectra, derivation of Ritz principle from experimental data

• photoelectric effect

• Compton scattering

• quantization of electromagnetic radiation

• interference experiments

• wave-particle dualism

• Stern-Gerlach experiment

2. Revision of basics axioms of quantum mechanics and their non-mathematical formulation

3. Visualization of solution of simple quantum mechanics systems, practical application

• potential well, step and barrier, tunneling

• harmonic oscillator

• spherical symmetric problems

• solution of Columbic potential and correct visualization of orbitals

4. Selected advanced topics and their teaching on the upper secondary school level

• Dirac notation

• various representation and interpretation of quantum mechanics

• relativistic quantum mechanics

• test of quantum mechanics

• famous topics - quantum cryptography, quantum teleportation, quantum computers

Poslední úprava: Houfková Jitka, RNDr., Ph.D. (01.06.2021)