Formularz WKAP_v2.1
Autor:
prof. dr hab. inż. Magdalena Załuska-Kotur
Fizyka i laboratorium eksperymentu (FIZ) Physics and experiment laboratory
Poziom kształcenia: I stopień
Forma i tryb prowadzenia przedmiotu: stacjonarna Kierunek studiów: Elektronika
Specjalność: Elektronika i Fotonika Grupa przedmiotów:
Poziom przedmiotu: podstawowy Status przedmiotu: obowiązkowy Język przedmiotu: polski
Semestr nominalny: 1
Minimalny numer semestru: 1
Wymagania wstępne, zalecane przedmioty poprzedzające: -- Limit liczby studentów: 150
Powód zgłoszenia przedmiotu: modyfikacja i unowocześnienie programu studiów dla kierunku Elektronika, zmiana specjalności EiK na Elektronika i Fotonika.
Cel przedmiotu:
Celem przedmiotu Fizyka jest zapoznanie słuchaczy z podstawowymi zagadnieniami z dziedziny fizyki ogólnej i kwantowej, niezbędnymi dla dalszego procesu kształcenia na kierunku Elektronika. Przedmiot jest prowadzony w formie wykładu oraz zajęć laboratoryjnych. Wykład jest ukierunkowany przede wszystkim na poznawanie i rozumienie ważnych zjawisk fizycznych, lecz z możliwie minimalnym wykorzystaniem zaawansowanego aparatu matematycznego. Dzięki takiemu podejściu stanowi optymalne podłoże dla zdobywania dalszych, bardziej sformalizowanych, umiejętności.
Towarzyszące wykładowi zajęcia laboratoryjne mają na celu przede wszystkim nabycie umiejętności świadomego planowania eksperymentu i logicznej interpretacji uzyskanych danych pomiarowych.
Treść kształcenia:
Opis wykładu:
• Obszar zainteresowań fizyki, metody badań. Działy fizyki, fundamentalne teorie i zakres ich zastosowania. Krótkie przypomnienie praw Newtona - wprowadzenie podstawowych pojęć i ich związek z różnymi działami fizyki.
• Elektrodynamika I. Wstęp - zakres opisywanych zjawisk i ich związek z innymi teoriami. Elektrostatyka - ładunek jako źródło pola elektrycznego. Prawo Coulomba, pole elektryczne (wektory i pola wektorowe).
• Elektrodynamika II. Prawo Gaussa i jego konsekwencje. Dielektryki. Stała dielektryczna. Magnetostatyka - pole magnetyczne, własności magnetyczne materii.
Podatność magnetyczna.
• Elektrodynamika III. Ruch ładunku w polu elektrycznym. Potencjał. Prąd jako źródło pola magnetycznego. Zjawisko nadprzewodnictwa.
• Elektrodynamika IV Pole elektromagnetyczne. Prawo Faradaya – prąd indukowany polem magnetycznym. Ruch ładunku w polu magnetycznym. Siła Lorentza.
• Elektrodynamika V. Prawo Ampere’a i prąd przesunięcia jako domkniecie równań Maxwella. Konsekwencje wynikające z prawa Ampere’a. Powstanie fali elektromagnetycznej.
• Fale I. Pojęcie i opis fali. Fale mechaniczne i elektromagnetyczne. Różnica pomiędzy zjawiskami falowymi i cząstkowymi. Zakres stosowalności optyki geometrycznej.
• Fale II. Dyfrakcja i interferencja fal, obserwowalne efekty związane z tymi zjawiskami. Różnice pomiędzy światłem i dźwiękiem. Absorbcja fal elektromagnetycznych przez materię. Atomowa budowa materii.
• Fale III. Emisja spontaniczna i wymuszona. Akcja laserowa. Różnice pomiędzy światłem słonecznym i laserowym.
• Kwanty I. Kwanty światła. Dualizm korpuskularno-falowy. Energia i pęd fotonów.
Zjawiska potwierdzające korpuskularną naturę światła.
• Kwanty II. Cząstka jako fala w ujęciu kwantowym. Kwantowanie energii. Efekty potwierdzające falową naturę cząstek. Związek pomiędzy materią i kwantami światła. Stany splątane - kot Schodingera.
• Termodynamika I. Związek ciepła z energią. Pierwsza i druga zasada termodynamiki.
Silniki cieplne jako podstawowe źródło energii użytkowej. Entropia i śmierć cieplna wszechświata.
• Termodynamika II. Ogrzewanie i chłodzenie materii. Pojemność cieplna i rozszerzalność. Pojęcie zera bezwzględnego. Różnice pomiędzy stanami skupienia.
• Fizyka bardzo dużych i bardzo małych obiektów. Teoria grawitacji i czarne dziury.
Model standardowy i bozon Higgsa.
Laboratorium:
Podstawowym celem zajęć laboratoryjnych jest przekazanie ich uczestnikom informacji, w jaki sposób należy zaplanować, przeprowadzić i podsumować eksperyment – na przykładzie prostych doświadczeń z dziedziny fizyki, zrozumiałych dla absolwenta szkoły średniej.
Tematy zajęć w laboratorium nie są bezpośrednio związane z tematyką wykładów, a ich podstawowym celem nie jest sprawdzanie wiedzy nabytej podczas wykładów. Tematy ćwiczeń mogą być różne w poszczególnych grupach laboratoryjnych, a w szczególnych przypadkach mogą być też zaproponowane przez słuchaczy. Zadaniem słuchaczy jest przygotowanie się do zajęć w warstwie teoretycznej na podstawie zaleconej literatury, a następnie aktywne uczestniczenie w zajęciach w laboratorium. Zajęcia są prowadzone w kilkuosobowych zespołach laboratoryjnych.
Przewidziane są cztery spotkania, których charakter jest opisany poniżej:
1. Zajęcia o charakterze demonstracyjnym. W czasie zajęć prowadzący pokazuje, w jaki sposób należy przejść od postawionego problemu do zaplanowania i wykonania eksperymentu, a następnie zanotowania zebranych wyników. Ocenie podlega opracowanie tych wyników, dokonywane przez zespoły laboratoryjne po zakończeniu zajęć w laboratorium.
2. Ćwiczenie wykonywane przez słuchaczy według ustalonego planu, z bieżącą pomocą prowadzącego zajęcia. Głównym, podlegającym ocenie zadaniem słuchaczy jest prawidłowe zebranie, zanotowanie i opracowanie wyników uzyskanych w trakcie przeprowadzonych pomiarów i obserwacji.
3. Celem zajęć jest zaplanowanie i przeprowadzenie eksperymentu dotyczącego zadanego tematu, wykonane pod nadzorem i przy pomocy prowadzącego.
4. Samodzielne przeprowadzenie eksperymentu, wybranego z puli tematów zaproponowanych przez prowadzących zajęcia. Zadaniem zespołu laboratoryjnego jest prawidłowe opracowanie kompletnej dokumentacji przeprowadzonych działań.
Przykładowe tematy ćwiczeń laboratoryjnych:
1. Wyznaczenie ciężaru właściwego piasku bez wagi, posiadając szklankę, słój z wodą i linijkę - prawo Archimedesa.
2. Badanie zależności częstotliwości drgań wahadła od jego długości, kształtu, masy oraz amplitudy drgań. Obserwacja zjawiska rezonansu mechanicznego. Przekaz energii mechanicznej.
3. Określenie współczynnika załamania oleju jadalnego, gdy ma się do dyspozycji naczynie szklane, wskaźnik laserowy, papier milimetrowy i linijkę.
4. Znalezienie ogniskowej soczewki skupiającej. Określenie współczynnika załamania materiału, z którego wykonano soczewkę.
5. Fale elektromagnetyczne. Zbadanie długości fali promieniowania mikrofalowego
używanego w kuchenkach. Określenie długości fale świetnej przy użyciu interferencji na płycie CD.
6. Wyznaczenie sprawności baterii słonecznej.
7. Obserwacja zjawiska interferencji ultradźwięków. Pomiar prędkości fali ultradźwiękowej.
8. Wykrywanie biegunów magnetycznych:
- za pomocą obserwacji linii sił pola magnetycznego używając opiłków żelaza - określenie liczby biegunów np. w magnesie na lodówkę,
- określając kierunek indukowanego prądu.
9. Prosty transformator: porównanie prądu indukowanego w transformatorze bez rdzenia i z rdzeniem. Badanie zależności indukowanego napięcia lub prądu od liczby zwojów.
10. Pomiar siły magnetycznej za pomocą lewitujących magnesów umieszczonych na wspólnej osi.
11. Badanie ruchu magnesu w miedzianej i plastikowej rurze - oszacowanie siły, która powstaje w wyniku oddziaływania prądów wirowych na magnes poprzez pomiar czasu spadania.
12. Analiza toru ruchu magnesu po płycie miedzianej - wyjaśnienie przy użyciu indukowanych prądów wirowych i reguły Lentza.
13. Badanie efektu Dopplera poprzez pomiar częstotliwości dudnienia po dodaniu sygnału nadajnika i odbiornika.
Egzamin: tak
Literatura:
Hewitt P.: „Fizyka wokół nas”, PWN 2015
Halliday D., Resnick R., Walker J.: „Podstawy Fizyki”, PWN 2015, wyd. 2
Feynmann R., Leighton R., Matthew S.: „Feynmanna wykłady z fizyki”, PWN 2019
Wymiar godzinowy zajęć: W C L P
2 - 1 (45h/sem.)
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów kształcenia (opis):
1. Liczba godzin kontaktowych – 45 godz., w tym - obecność na wykładach: 30 godz.,
- obecność na laboratoriach: 15 godz.
2. Praca własna studenta – 30 godz., w tym - przygotowanie do laboratorium: 10 godz., - przygotowanie do egzaminu: 20 godz.
Łączny nakład pracy studenta wynosi 75 godz., co odpowiada 3 pkt ECTS.
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich: 1,8 pkt ECTS, co odpowiada 45 godz. kontaktowym.
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym: 0,6 pkt ECTS, co odpowiada 15 godz. ćwiczeń laboratoryjnych.
Efekty uczenia się:
efekty uczenia się student, który zaliczył przedmiot:
forma zajęć/
technika kształcenia
sposób weryfikacji
(oceny)*
odniesienie do efektów uczenia się dla programu WIEDZA
Ma wiedzę w zakresie fizyki klasycznej oraz podstaw fizyki relatywistycznej i kwantowej.
wykład egzamin
K1_W02 Ma uporządkowaną, podbudowaną
teoretycznie wiedzę w zakresie pól i fal elektromagnetycznych.
wykład egzamin
K1_W06
UMIEJĘTNOŚCI
Potrafi wykorzystać poznane metody oraz modele matematyczne i probabilistyczne do analizy podstawowych zagadnień fizycznych i technicznych oraz do obróbki danych
doświadczalnych.
laboratorium praca w laboratorium,
sprawozdanie K1_U02
Potrafi wykorzystać poznane zasady i metody fizyki oraz odpowiednie narzędzia
matematyczne do rozwiązywania typowych zadań z mechaniki, termodynamiki, fizyki statystycznej, elektryczności, magnetyzmu, optyki i podstaw mechaniki kwantowej.
laboratorium praca w laboratorium, sprawozdanie
K1_U03
Potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych oraz innych źródeł, także w języku angielskim; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie..
laboratorium praca w laboratorium,
sprawozdanie K1_U04
Stosuje zasady bezpieczeństwa i higieny pracy. laboratorium praca w
labratorium K1_U20 KOMPETENCJE SPOŁECZNE
Rozumie potrzebę uczenia się przez całe życie;
potrafi inspirować i organizować proces uczenia się innych osób.
wykład, laboratorium
egzamin, praca w laboratorium
K1_K01 Potrafi współdziałać i pracować w grupie,
przyjmując w niej różne role.
laboratorium praca w
laboratorium K1_K03
