UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA(Segunda Universidad Fundada en el Perú)

Facultad de Ingeniería de Minas, Geología y CivilDepartamento Académico de Matemática y Física

Escuela de Formación Profesional de Ciencias Físico MatemáticasAv. Independencia s/n Huamanga Telf. 066-527226, 066-312510 Anexo 168

S Í L A B O

1. DATOS GENERALES

1.1. Nombre de la Asignatura : Física Moderna1.2. Código : FS - 4451.3. Créditos : 5.01.4. Tipo : Obligatorio1.5. Requisitos : Física III (FS-343)1.6. Plan de Estudios : 1998 (reajustado el 2003)1.7. Año y Semestre Académico : 2012 - I1.8. Duración : 16 semanas1.9. Periodo de inicio y término : Del 10 de setiembre al 27 de diciembre del 20121.10. Docente Responsable : Lic. Jaime H. Bustamante Rodríguez

E-mail:jhbustamante@ gmail. comPágina Web:http: // www. slideshare. net/ jaimeho/

1.11. N◦ de Horas de Clases SemanalesTeóricas : 04Resolución de Problemas : 03

1.12. LugarTeoría : I - 318Resolución de Problemas : I - 318

1.13. HorarioTeoría : Lunes 6 - 8 p. m., Miércoles 02 - 04 p. m.Resolución de Problemas : Jueves 4 - 5 p. m., Viernes 04 - 06 p. m.

2. SUMILLA

La asignatura de Física Moderna es de naturaleza teórico-práctico (resolución de problemas), cuyo propó-sito básico es presentar el estudio claro y válido de las propiedades de la gran mayoría de los sistemascuánticos importantes desde el punto de vista de la mecánica cuántica elemental. Se tratará de hacer én-fasis en las aplicaciones de la teoría más que en la teoría misma. Por lo tanto, este curso va más allá deldominio de la física clásica, porque explora el mundo microscópico del átomo, el núcleo y las partículaselementales.

3. OBJETIVOS

3.1. GENERALES

3.1.1. Comprensión, interpretación y explicación correcta de la cuantización de la naturaleza.3.1.2. Estudiar la mecánica cuántica siguiendo el proceso de su desarrollo histórico hasta el estableci-

miento de la ecuación de Schrödinger.3.1.3. Realizar un estudio general de las partículas fundamentales.3.1.4. Aplicar y complementar los conocimientos teóricos adquiridos con la resolución de problemas y

adquirir confianza en los resultados.3.1.5. Conocer ciertas aplicaciones modernas de interés científico y tecnológico.3.1.6. Incentivar el espíritu investigador del alumno universitario.3.1.7. Comprensión, interpretación y explicación correcta de los fenómenos físicos y de las leyes físicas

estudiadas en este curso.

3.2. ESPECÍFICOS

3.2.1. Estudiar las propiedades onda-corpúsculo de la materia.3.2.2. Estudiar la estructura del átomo.

1

3.2.3. Estudiar los modelos atómicos de Bohr y Sommerfeld.3.2.4. Estudiar diversas aplicaciones de la ecuación de Schrödinger y los modelos establecidos de las

órbitas atómicas y moléculas.3.2.5. Estudiar las propiedades y comportamiento del núcleo atómico.3.2.6. Estudiar, además de los protones, neutrones y electrones, otras partículas fundamentales que

existen en el átomo.3.2.7. Aplicar la teoría a problemas del mismo campo que ayuden a entender mejor los fundamentos de

la física clásica y moderna.

4. PROGRAMACIÓN DE CONTENIDOS

Clases Teóricas

Semanas Fechas Contenido Responsable

01 10/09/1214/09/12

EFECTO FOTOELÉCTRICO Y EFECTO COMPTONNaturaleza ondulatoria de la luz. Emisión y absorción dela luz: naturaleza corpuscular de la luz, características.Fotones. Efecto fotoeléctrico. Rayos X. Difracción de ra-yos x. Difracción de rayos x por una red de difracción.

02 17/09/1221/09/12

Difusión de la radiación electromagnética por un electrónlibre: El efecto Compton. Espectro de líneas y espectroscontinuos. Dualidad onda-partícula.

03 24/09/1228/09/12

PRODUCCIÓN DE PARESInteracción de la radiación con la materia. Producción depares. Aniquilación de pares. Absorción de fotones.

1er Examen Parcial

04 01/10/1205/10/12

NATURALEZA ONDULATORIA DE LAS PARTÍCULASOndas de Broglie. Difracción de partículas. Paquetes deondas. El principio de incertidumbre.

05 08/10/1212/10/12

EL EXPERIMENTO DE RUTHERFORDEl modelo nuclear del átomo. Montaje experimental. Pa-rámetro de impacto y ángulo de dispersión. Fórmula dedispersión de Rutherford.

Jaime Bustamante R.

06 15/10/1219/10/12

EL MODELO DE BOHR Y DE SOMMERFELDEl modelo planetario. Espectros atómicos. El modelo deBohr: Postulados. El modelo de Bohr: Estados de la ener-gía atómica. La constante de Rydberg y las series espec-trales. El modelo de Bohr y el principio de corresponden-cia.

07 22/10/1226/10/12

Átomos hidrogenóideos. Corrección para el movimientonuclear. El experimento de Franck-Hertz y su interpreta-ción. Las reglas de cuantización de Wilson y Sommerfeld.La teoría relativista de Sommerfeld.

2do Examen Parcial

08 29/10/1202/11/12

LA ECUACIÓN DE SCHRÖDINGERLa radiación del cuerpo negro. La ley de Wien. La teoríade Rayleigh y Jeans. La distribución de probabilidad deBoltzmann.

09 05/11/1209/11/12

La teoría de Planck. Los postulados de la mecánica cuán-tica. Funciones de onda. La ecuación de Schrödinger. Co-rriente de probabilidad. La ecuación de Schrödinger inde-pendiente del tiempo. El Hamiltoniano. Operadores. Valo-res promedios o esperados.

10 12/11/1216/11/12

El pozo de potencial. La partícula en una caja tridimen-sional. Aplicaciones de la ecuación de Schrödinger: el os-cilador armónico clásico, el oscilador armónico mecano-cuántico, el efecto tunel, potenciales periódicos y el mo-delo de Kronig-Penney.

2

Semanas Fechas Contenido Responsable

11 19/11/1223/11/12

ESTRUCTURA ATÓMICALa teoría de Schrödinger del átomo de hidrógeno. El áto-mo de hidrógeno. La ecuación de onda: separación devariables. La ecuación azimutal. La ecuación polar. Laecuación radial. La función de onda completa. El númerocuántico orbital l. El número cuántico magnético ml.

12 26/11/1230/11/12

El operador del momento angular. El momento magnéticodel átomo de hidrógeno. Un átomo en un campo magné-tico externo. El efecto Zeeman normal. El número total deestados.

3er Examen Parcial

13 03/12/1207/12/12

LAS FUNCIONES DE ONDA DEL ÁTOMO DE HIDRÓ-GENOLas funciones de onda del átomo de hidrógeno. La distri-bución de probabilidad radial. Dependencia de la proba-bilidad angular.

14 10/12/1214/12/12

SPIN DEL ELECTRÓNSpin intrínseco. El momento angular del spin. El experi-mento de Stern-Gerlach. Energía de la interacción spin-orbital-estructura fina. Momento angular total. Espectrosatómicos. Espectros moleculares. El principio de exclu-sión de Pauli. Átomos de 2 electrones. La tabla periódica.

Jaime Bustamante R.

15 17/12/1221/12/12

MOLÉCULAS Y MATERIA CONDENSADATipos de enlaces moleculares. Espectros moleculares.Estructura de lo sólidos. Bandas de energía. El modelode electrones libres para metales semiconductores. Dis-positivos semiconductores. Superconductividad.

16 24/12/1228/12/12

PARTÍCULAS FUNDAMENTALESCargas y fuerzas. Los números cuánticos de las partícu-las elementales. Interacciones de las partículas elemen-tales: antipartículas, clases de interacciones, interaccio-nes y leyes de conservación. La familia de las partículaselementales: fotones, leptones, hadrones. Origen de loselementos: el enigma de los elementos, distribución ac-tual de los elementos, nucleosíntesis primordial. La for-mación de los elementos en las estrellas. Las superno-vas y el proceso . Explosiones de los núcleos galácticos.Quarks y el camino óctuple. El modelo estándar y el másallá. El universo en expansión. El principio del tiempo.

4to Examen Parcial

Sesiones prácticas (Resolución de Problemas)

No

PracticaFechas Contenido Docente Recurso

01 10/09/1214/09/12

EFECTO FOTOELÉCTRICO Y EFECTOCOMPTON.

mota

02 17/09/1221/09/12

EFECTO FOTOELÉCTRICO Y EFECTOCOMPTON

tiza

03 24/09/1228/09/12 PRODUCCIÓN DE PARES J. Bustamante R. pizarra

04 01/10/1205/10/12

NATURALEZA ONDULATORIA DE LASPARTÍCULAS

bibliografía

3

No

PracticaFechas Contenido Docente Recurso

05 08/10/1212/10/12 EL EXPERIMENTO DE RUTHERFORD applets

06 15/10/1219/10/12

EL MODELO DE BOHR Y DE SOMMER-FELD

Equipos delaboratorio

07 22/10/1226/10/12

EL MODELO DE BOHR Y DE SOMMER-FELD

08 29/10/1202/11/12 LA ECUACIÓN DE SCHRÖDINGER mota

09 05/11/1209/11/12 LA ECUACIÓN DE SCHRÖDINGER tiza

10 12/11/1216/11/12 LA ECUACIÓN DE SCHRÖDINGER J. Bustamante R. pizarra

11 19/11/1223/11/12

ESTRUCTURA ATÓMICA bibliografía

12 26/11/1230/11/12 ESTRUCTURA ATÓMICA applets

13 03/12/1207/12/12

LAS FUNCIONES DE ONDA DEL ÁTO-MO DE HIDRÓGENO

equipos delaboratoriode física

14 10/12/1214/12/12 SPIN DEL ELECTRÓN

15 17/12/1221/12/12

MOLÉCULAS Y MATERIA CONDENSA-DA

16 24/12/1228/12/12 PARTÍCULAS ELEMENTALES

5. METODOLOGÍA Exposición y explicación del profesor con participación activa de los estudiantes. Algunostópicos del curso serán dados a los alumnos como tarea, los cuales deberán ser sustentados.

Metodología aplicada: Deductiva - Inductiva

Modo: Colectivo - Expositivo - Interactivo

Procedimientos e instrumentos de evaluación: Procedimiento colectivo - individual.

Instrumentos de Evaluación: exámenes parciales y monografías.

RECURSOS DIDÁCTICOS

Medios y materiales utilizados: visuales, gráficos, computadora personal, internet

6. SISTEMA DE EVALUACIÓN En las evaluaciones se tomarán en cuenta el aspecto cognitivo, desarrollode habilidades, destrezas y actitudes. Para este fin se tendrá en cuenta los siguientes instrumentos deevaluación:

04 exámenes parciales (EP). Obligatorios y cancelatorios. La inasistencia se calificará con la nota de cero.Tendrán un peso de 0.2 cada uno.

4

01 examen sustitutorio (ES). Comprende toda la asignatura. Será opcional y eliminará la nota más baja delos exámenes parciales.

Promedio de sustentación de trabajos (PST). Las sustentaciones de los trabajos dan lugar a las notas res-pectivas y de las cuales se obtienen el promedio. Tendrá peso 0.1.

1 Trabajo: EL EXPERIMENTO DE RUTHERFORD

2 Trabajo: MOLÉCULAS Y MATERIA CONDENSADA

Nota final (NF). La nota mínima aprobatoria es 11 (once) y se obtiene:

NF = 0,2(1EP+2EP+3EP+4EP )+0,1(PST )0,9

7. REQUISITOS DE APROBACIÓN

Asistencia obligatoria a teoría y resolución de problemas

Participación activa en teoría y práctica con responsabilidad e iniciativa

Presentar y sustentar los exámenes parciales y/o sustitutorios y trabajos asignados.

Obtener una nota promedio final (NF) de 11 (once) en el sistema vigesimal

BIBLIOGRAFÍA

[1] Acosta, V. et al. (1975) Curso de Física Moderna. 1ra ed. México. Edit. Harla.

[2] Beiser, A. (1970) Conceptos de Física Moderna. 1ra ed. México. Edit. McGraw-Hill.

[3] Eisberg, R. (1973) Fundamentos de Física Moderna. 1ra ed.México. Edit. Limusa-Wiley,S. A.

[4] Eisberg, R. y Resnick, R. (1978) Física Cuántica. Limusa, México.

[5] Feynman, R. et al. (1983) The Feynman Lectures on Physics. 16th Printing. U. S. A. Edit. Addison-WesleyPublishing Company Vol. II.

[6] Sears, F. y Zemansky, M. (1999) Física Universitaria. 9na ed. México. Edit. Addison Wesley Longman deMéxico, S. A. de C. V. Vol. II.

[7] Serway, R. (1972) Física Universitaria. 4ta ed. México. Edit. McGraw-Hill. Vol. II.

[8] Tipler, P. (1972) Física Moderna. 1ra ed. Barcelona. Edit. Reverté. S.A.

[9] Wichmann, E. (1979) Física Cuántica. Barcelona. Edit. Reverté, S. A.

[10] Young, D. (1973) Fundamentos de Óptica y Física Moderna. . 1ra ed. México. Edit. McGraw-Hill.

PÁGINAS WEB[1] http://physuna.phs.uc.edu/suranyi/Modern_physics/modern_physics.html

[2] http://www.whfreeman.com/modphysics/WEBLNKS.HTM#ch1

[3] http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=53

[4] http://www.espasoft.esgratis.net/ (buscador de videos)

[5] http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-06_03.htm

[6] http://ocw.mit.edu/OcwWeb/Physics/index.htm?gclid=CJ3EtfDZ_osCFRw8gQodbw6jwg

[7] http://galileo.phys.virginia.edu/classes/252/

[8] http://www.colorado.edu/physics/2000/index.pl

[9] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/class/p3401.html

[10] http://hypertextbook.com/physics/

[11] http://www.uam.es/departamentos/ciencias/matematicas/docencia/iperal

5

[12] http://www.molwick.com/es/gravedad/aa1-630-relatividad.html

[13] http://www.fismod.unican.es/

[14] http://www.explora.cl/otros/fisica2005/fmoderna.html

[15] http://es.geocities.com/fisicaultramoderna/FUM/Pre1930/FisicaModerna.htm

[16] http://www.ugr.es/~amaro/depart.html

Ayacucho, setiembre del 2012

“La Física es realmente indispensable para nuestros propósitos,

puesto que fuerza a la mente a llegar a la verdad;

por el ejercicio del pensamiento puro”

“Cuéntamelo y lo olvidaré,

muéstramelo y lo recordaré,

déjame hacerlo y lo entenderé”

Confucio, 551 - 479 a. C.

“Lo que tenemos que aprender,

lo aprendemos haciendo”

Aristóteles, 384 - 322 a.C.

“El que aprende y aprende,

y no practica lo que sabe,

es como el que ara y ara y nunca siembra”

Platón, 427 - 347 a. C.

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