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Rechnernutzung in der Physik - Wintersemester 2016/17

Prof. Dr. G. Quast, eMail: G.Quast [at] kit(dot)edu
Prof. Dr. M. Steinhauser, eMail: matthias.steinhauser [at] kit(dot)edu
Dr. Th. Chwalek, eMail: thorsten.chwalek [at] kit(dot)edu
Dr. A. Hasselhuhn, eMail: alexander.hasselhuhn [at] kit(dot)edu
Dr. A. Mildenberger, eMail: admin [at] physik.kit(dot)edu

Organisatorisches

  • Vorlesung: Di, 11.30-13.00 Uhr - Lehmann HS.
    Erste Vorlesung ist am 18.10.2016.
  • Übungszeiten mit Tutoren:
    voraussichtlich Montags und Dienstags, jeweils 14:00-18:00 Uhr im Poolraum FE-06 (Flachbau Physik).
    Am Montag, 31.10.2016 finden keine Übungen statt.
    Die Anzahl der Tutoren während der Praktikumszeiten:
     Montag Dienstag
    14:00-15:0044
    15:00-16:0066
    16:00-17:0067
    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.
    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.
    Im ersten Block der Vorlesung ist eine akzeptierte Ausarbeitung nötig, im zweite und dritten Teil jeweils drei.
    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.
  • Angepasste Kriterien zur erfolgreichen Teilnahme für Studierende des Lehramts Physik:
    1. Programmtestate: 60% der Pflichtaufgaben.
    2. Ausarbeitungen: Block 1: eine, Block 2: zwei, Block 3: zwei akzeptierte Ausarbeitungen.
    Im Online-System erscheinen diese angepassten Quoten nicht, da der Studiengang nicht hinterlegt ist.
  • Angepasste Kriterien zur erfolgreichen Teilnahme für Studierende nach PO 2015, die bereits die Computergestützte Datenauswertung (CgDA) erfolgreich absolviert haben:
    1. Programmtestate: 80% der Pflichtaufgaben ab Übungsblatt 5.
    2. Ausarbeitungen: Block 1: keine, Block 2: drei, Block 3: drei akzeptierte Ausarbeitungen.
    Es entfallen also die Leistungsnachweise der ersten vier Übungsblätter.
    Bitte melden Sie sich kurz per Email bei A. Mildenberger, wenn Sie diese Regelung in Anspruch nehmen möchten.
    Im Online-System erscheinen die angepassten Quoten nicht, da der Studiengang nicht hinterlegt ist.
  • 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 20.10.2016. 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
    Zu diesem Kurs ist die Anmeldung im Studierendenportal notwendig. Die Anmeldung wird noch eingerichtet. Der Kurs ist nicht benotet.

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

Inhalt

Der Stoff der Vorlesung ist in drei Abschnitte unterteilt.

Im ersten, kurzen Teil liegt der Schwerpunkt auf der Rechnerhardware/Betriebssysteme/Datenformate und der Skriptsprache Python. In den Übungen lernen Sie Python kennen.

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. Es werden Grundlagen der Statistik besprochen. Hierbei kommen Python und das Paket Root zum Einatz. 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.
Ein kürzerer Unterabschnitt dieses Teils wird sich auch mit Computerarchitekturen, Datenerfassung und kollaborativer Softwareentwicklung beschäftigen.

Literatur

Datenformate und Python-Teil:
Python:
Python-Kurs
Offizielles Python Tutorial
Numpy User Guide
Das Referenzbuch zu Numpy
Anleitung zur Matplotlib (Python-Plotbibliothek).
Computeralgebra-Teil:
Andrey Grozin, Introduction to Mathematica for Physicists, Springer
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. Online Version des Buchs
M. Erdmann, T. Hebbeker, Moderne Methoden der Datenanalyse, Springer-Lehrbuch
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
Zu Computerhardware:
Bringschulte, Ungerer, Mikrocontroller und Mikroprozessoren, Springer
Bähring, Mikrorechnertechnik, Springer
aktuelle Informationen über Prozessoren, Chip-Sätze etc. im Internet
LabVIEW:
Erste Schritte mit LabVIEW

Übungsblätter

Vorlesungsfolien

Vorlesungsbeispiele