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Rechnernutzung in der Physik - Wintersemester 2011/12

Prof. G. Quast, eMail: G.Quast [at] kit(dot)edu
Prof. M. Steinhauser, eMail: matthias.steinhauser [at] kit(dot)edu
Dr. A. Mildenberger, eMail: admin [at] physik.kit(dot)edu
Dipl.-Phys. Jens Hoff, eMail: jens [at] particle.uni-karlsruhe(dot)de
Dr. M. Zeise, eMail: manuel.zeise [at] kit(dot)edu

Organisatorisches

  • Vorlesung: Di, 11.30-13.00 Uhr - Lehmann HS.
  • Übungszeiten mit Tutoren:
    Montags und Dienstags, voraussichtlich 14:00-18:00 Uhr im Poolraum FE-06 (Flachbau Physik).
    Die Anzahl der Tutoren während der Praktikumszeiten:
     Montag Dienstag
    14:00-15:0066
    15:00-16:0067
    16:00-17:0056
    17:00-18:0033
  • Kriterium zur erfolgreichen Teilnahme
    Die Erfüllung folgender beider Punkte ist notwendig für die erfolgreiche Teilnahme.
    1. Programmtestate: Auf den Übungsblättern sind Aufgaben mit dem Wort Programmtestat gekennzeichnet. Ihre Lösung, der Quelltext/Code und evtl. algorithmische Ideen sind während der Übungszeiten einem Tutor vorzustellen. 80% der Pflichtaufgaben des Semesters sind erforderlich. Aktualisierung 30.01.2012: 11 von 14 Programmtestaten (78,57%) sind ausreichend.
    2. Handschriftliche Ausarbeitungen: Bei einigen Aufgaben gibt es die Möglichkeit eine kurze schriftliche Ausarbeitung anzufertigen, die von den Tutoren korrigiert wird. Umfang sollen etwa ein bis zwei Seiten sein.
    Die Vorlesung teilt sich inhaltlich in drei Blöcke, im Block eins werden zwei schriftliche Ausarbeitungen erwartet, im zweiten und dritten Block jeweils drei Ausarbeitungen.
    Die Ausarbeitungen sind jeweils bis Freitags 11.30 Uhr nach dem zugehörigen Testattermin in den Briefkasten im Erdgeschoss des Hochhauses einzuwerfen. Auf dem Blatt ist rechts oben Name, Vorname und Matrikelnummer zu notieren. Es wird ein Link angeboten werden, der es ermöglicht, den Stand der Ausarbeitungstestate einzusehen. Dort ist dann auch vermerkt, falls ein Tutor Nachbesserungen für erforderlich hält. Kontaktieren Sie dann bitte den Tutor per Mail, die Adresse ist dann angegeben.
    Ausdrucke von Graphen oder geforderte Programmausgaben darf die Ausarbeitung enthalten; Herleitungen, Erklärungen und Vorgehensdarstellungen sind handschriftlich zu verfassen. Die Protokolle werden nicht zurückgegeben.
  • Poolraumkonto
    Zur Teilnahme an den praktischen Übungen benötigen Sie ein Konto im Poolraum der Fakultät Physik. Bitte beantragen oder verlängern Sie Ihr Poolraumkonto bis spätestens 21.10.2011. Geben Sie dabei bitte unbedingt in dem Auswahlfeld an, dass Sie diesen Kurs besuchen möchten.
    Neu beantragte Konten müssen erst freigeschaltet werden: Sie können dies entweder in der ersten Übung oder bereits vorher in den Öffnungszeiten mit Poolraum-Hiwi vornehmen lassen.
  • Anmeldung zur Leistungsverbuchung
    Für Bachelor-Studierende ist die Anmeldung im Studierendenportal nötig, die Anmeldung ist bis 31.01.2012 geöffnet. Die Abmeldung kann bis 12.02.2012 erfolgen. Der Kurs ist nicht benotet.
  • Leistungsverbuchung / Scheine
    Bachelor-Studierende (Physik): Die Ergebnisse wurden mittlerweile dem Studienbüro übermittelt.
    Diplom-Studierende und nicht-angemeldete BSc-Studenten: Scheine können ab sofort im Sekretariat des EKP, Zimmer 9-3 abgeholt werden.

Falls jemand mit dem eigenen Rechner an Übungsaufgaben arbeiten möchte: Auf dieser Extraseite stehen einige Informationen zur Verfügbarkeit der Software, die hier im Kurs verwendet wird.

Link: Online Status: Testate und Auswertungen

Aktuell: 11 von 14 Programmtestaten sind ausreichend.

Inhalt

Der Stoff der Vorlesung unterteilt sich im Wesentlichen in drei Abschnitte.

Im ersten Teil liegt der Schwerpunkt auf der Rechnerhardware und der computergestützten Datenaufnahme.

Der zweite Block der Vorlesung beschäftigt sich mit Computeralgebra, wobei der Schwerpunkt auf Mathematica liegen wird. Neben rein analytischen Zugängen werden auch numerische Verfahren zur Lösung von physikalischen Fragestellungen betrachtet. Es werden physikalische Anwendungen aus der klassischen Mechanik und Quantenmechanik diskutiert.

Der dritte Teil der Vorlesung befasst sich mit statistischen Methoden zur Datenanalye. Nach einer Einführung in das Datenanlysepaket Root werden Grundlagen der Statistik besprochen. Einen Schwerpunkt bildet die Monte-Carlo-Methode zur Simulation und Überprüfung statistischer Verfahren. Behandelt werden weiter die Chi^2 -Methode zur Anpassung von Modellen an Messdaten sowie einfache Hypothesentests.

Literatur

Hardware-Teil:
Bringschulte, Ungerer, Mikrocontroller und Mikroprozessoren, Springer
Bähring, Mikrorechnertechnik, Springer
aktuelle Informationen über Prozessoren, Chip-Sätze etc. im Internet
Programmierung: Wikibook: C++-Programmierung (deutsch) und Wikibook: C++ Programming (english)
Computeralgebra-Teil:
Roman Maeder, Programming in Mathematica, Addison Wesley
Christian H. Weiß, Mathematica kompakt: Einführung - Funktionsumfang - Praxisbeispiele, Oldenbourg
Robert L. Zimmerman, Fredrick I. Olness, Mathematica for physics, Addison Wesley
Documentation Center von Mathematica
Datenanalyse-Teil:
G. Bohm, G. Zech, Einführung in Statistik und Messdatenanalyse für Physiker, DESY eBook, pdf
V.Blobel, E.Lohrmann, Statistische Methoden der Datenanalyse, Teubner
G.Cowen, Statistical data analysis, Oxford Science Publications
R.Barlow, Statistics, Wiley
S.Brandt, Datenanalyse, Spektrum akademischer Verlag
W.H.Press, Numerical Recipes in C, Cambridge University Press
sowie eigene Skripte

Übungsblätter

Vorlesungsfolien

Vorlesungsbeispiele