Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Fizyka 2 Rok akademicki: 2017/2018 Kod: EEL s Punkty ECTS: 5 Wydział: Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Kierunek: Elektrotechnika Specjalność: Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 2 Strona www: Osoba odpowiedzialna: dr hab. inż. Ślęzak Tomasz (slezak@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń) Wiedza M_W001 Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice zwłaszcza znaczenie fizyki ciała stałego dla zastosowań w elektrotechnice i elektronice; dostrzega wzajemne relacje pomiędzy teorią a eksperymentem EL1A_W08, EL1A_W05, Aktywność na zajęciach, Egzamin M_W002 Dysponuje aktualną wiedzą w dziedzinie fizyki współczesnej, zna aktualny stan badań, śledzi rozwój fizyki Aktywność na zajęciach, Egzamin M_W003 Ma wiedzę w zakresie elektryczności i magnetyzmu, równań Maxwella, fal elektromagnetycznych, optyki, oddziaływania promieniowania z materią oraz fizyki współczesnej, niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych w przyrodzie i technice, a w szczególności w elektrotechnice i elektronice EL1A_W08, Aktywność na zajęciach, Egzamin Umiejętności 1 / 7

2 M_U001 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień elektromagnetyzmu i mechaniki kwantowej EL1A_U02, EL1A_U03, Odpowiedź ustna, Sprawozdanie, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych, Zaangażowanie w pracę zespołu, Zaliczenie laboratorium M_U002 Zdobywa umiejętność planowania i przeprowadzania pomiarów wielkości fizycznych EL1A_W12, EL1A_U02, EL1A_U03, Odpowiedź ustna M_U003 Posiada praktyczną umiejętność analizy wyników pomiaru, sporządzania raportów i analizy EL1A_U12, EL1A_U03, Sprawozdanie M_U004 Posiada praktyczną umiejętność analizy wyników pomiaru, sporządzania raportów i analizy EL1A_W09, EL1A_U03, Odpowiedź ustna, Udział w dyskusji Kompetencje społeczne M_K001 Dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności praktycznych w opisie zjawisk fizycznych, EL1A_K01 Odpowiedź ustna, Udział w dyskusji M_K002 Student pracując w grupie postrzega konieczność współpracy przy wykonywaniu zadań laboratoryjnych i ponoszenia wspólnie odpowiedzialności za opracowanie i przedstawienie rezultatów swojej pracy EL1A_U04, EL1A_K03, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych M_K003 Student może w oparciu o nabyte praktyczne umiejętności podjąć działania planowania i realizacji nowych eksperymentów np. w obszarze elektrotechniki EL1A_K05, Udział w dyskusji Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład Ćwiczenia audytoryjne Ćwiczenia laboratoryjne Ćwiczenia projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice zwłaszcza znaczenie fizyki ciała stałego dla zastosowań w elektrotechnice i elektronice; dostrzega wzajemne relacje pomiędzy teorią a eksperymentem 2 / 7

3 M_W002 M_W003 Umiejętności M_U001 M_U002 M_U003 M_U004 Dysponuje aktualną wiedzą w dziedzinie fizyki współczesnej, zna aktualny stan badań, śledzi rozwój fizyki Ma wiedzę w zakresie elektryczności i magnetyzmu, równań Maxwella, fal elektromagnetycznych, optyki, oddziaływania promieniowania z materią oraz fizyki współczesnej, niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych w przyrodzie i technice, a w szczególności w elektrotechnice i elektronice Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień elektromagnetyzmu i mechaniki kwantowej Zdobywa umiejętność planowania i przeprowadzania pomiarów wielkości fizycznych Posiada praktyczną umiejętność analizy wyników pomiaru, sporządzania raportów i analizy Posiada praktyczną umiejętność analizy wyników pomiaru, sporządzania raportów i analizy Kompetencje społeczne M_K001 M_K002 M_K003 Dostrzega konieczność wykształcenia umiejętności praktycznych w opisie zjawisk fizycznych Student pracując w grupie postrzega konieczność współpracy przy wykonywaniu zadań laboratoryjnych i ponoszenia wspólnie odpowiedzialności za opracowanie i przedstawienie rezultatów swojej pracy Student może w oparciu o nabyte praktyczne umiejętności podjąć działania planowania i realizacji nowych eksperymentów np. w obszarze elektrotechniki / 7

4 Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład Równania Maxwella. Poprawka Maxwella do prawa Ampere a. Prawo Ampere a Maxwella w postaci całkowej i różniczkowej. Prąd rzeczywisty a prąd przesunięcia. Ciągłość prądu w obwodzie zawierającym kondensator. Równania Maxwella w postaci całkowej i różniczkowej. Fale elektromagnetyczne, optyka falowa. Generowanie i rozchodzenie się fal elektromagnetycznych, równanie fal elektromagnetycznych, transport energii przez fale elektromagnetyczne. Doświadczenie Younga, interferencja światła, spójność fal świetlnych. Dyfrakcja światła. dyfrakcja. Dyfrakcja na jednej szczelinie, interferencja na wielu szczelinach, siatki dyfrakcyjne i ich zastosowania, dyfrakcja promieni X. Polaryzacja światła, polaryzacja liniowa, wytwarzania światła spolaryzowanego. Światło a fizyka kwantowa. Promieniowanie termiczne, rozkład widmowy promieniowania, prawo Stefana- Boltzmanna, hipoteza Plancka. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne. Efekt Comptona. Struktura atomu i fale materii. Widma atomowych i cząsteczkowe. Model Bohra atomu wodoru. Stany energetyczne i widmo atomu wodoru. Korpuskularno-falowa struktura materii, hipoteza de Broglie a, doświadczenie Davissona Germera, fale de Broglie a. Elementy mechaniki kwantowej. Funkcja falowa, równanie Schroedingera, zasada nieoznaczoności, teoria Schroedingera atomu wodoru, interpretacja funkcji falowej, kwantowanie wielkości fizycznych, liczby kwantowe. Orbitalny moment pędu i spin elektronu, zasada Pauliego, układ okresowy pierwiastków, promienie X, lasery. Materia skondensowana. Rodzaje kryształów (rodzaje wiązań), poziomy i pasma energetyczne, metale i półprzewodniki, półprzewodniki domieszkowe, zastosowania półprzewodników, magnetyczne własności materii. Nowe materiały we współczesnej technice. Fizyka jądrowa. Budowa jądra atomowego, oddziaływanie nukleon-nukleon, rozpady jądrowe, reakcje jądrowe, oddziaływanie promieniowania jonizującego z materią. Ewolucja wszechświata, wprowadzenie do modelu standardowego. Ćwiczenia laboratoryjne Wahadła fizyczne Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z ruchem drgającym wahadła fizycznego. Wyznaczenie momentu bezwładności brył sztywnych przez pomiar okresu drgań wahadła oraz na podstawie wymiarów geometrycznych. Swobodne spadanie Cel ćwiczenia: Obserwacja swobodnego spadania przy użyciu elektronicznej rejestracji czasu przelotu kuli przez punkty pomiarowe. Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego. Moduł Younga 4 / 7

5 Cel ćwiczenia: Wyznaczenie modułu Younga metodą statyczną za pomocą pomiaru wydłużenia drutu z badanego metalu obciążonego stałą siłą. Współczynnik lepkości Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z własnościami cieczy lepkiej, wyznaczenie współczynnika lepkości metodą spadania kulki (metodą Stokesa). Dioda półprzewodnikowa Cel ćwiczenia: Poznanie własności warstwowych złącz półprzewodnikowych typu p-n. Wyznaczenie i analiza charakterystyk stałoprądowych dla różnych typów diod. Współczynnik załamania światła dla ciał stałych Cel ćwiczenia: Wyznaczenie współczynnika załamania światła dla ciał stałych metodą pomiaru grubości pozornej płytki za pomocą mikroskopu. Soczewki Cel ćwiczenia: Pomiar ogniskowych soczewki skupiającej i układu soczewek (skupiająca i rozpraszająca), obliczenie ogniskowej soczewki rozpraszającej. Obserwacja i pomiar wad odwzorowań optycznych. Pomiar ogniskowej soczewki okularów i obiektywu. Dyfrakcja światła na szczelinie pojedynczej i podwójnej Cel ćwiczenia: Pomiar natężenia światła w obrazie dyfrakcyjnym pojedynczej szczeliny i układu dwu szczelin. Wyznaczenie rozmiaru szczelin. Przerwa energetyczna w germanie Cel ćwiczenia: Wyznaczenie szerokości przerwy energetycznej przez pomiar zależności oporu monokryształu germanu od temperatury. Polarymetr Cel ćwiczenia: Pomiar kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji w roztworach cukru. Elektroliza Cel ćwiczenia: Wyznaczanie równoważnika elektrochemicznego miedzi oraz stałej Faradaya w doświadczeniu z elektrolizą wodnego roztworu CuSO4. Dozymetria promieniowania gamma Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z podstawami dozymetrii promieniowania jonizującego. Porównanie własności absorpcyjnych promieniowania gamma różnych materiałów. Efekt fotoelektryczny Cel ćwiczenia: Obserwacja efektu fotoelektrycznego: wybijania elektronów z metalu przez światło o różnej częstości (barwie). Pomiar energii kinetycznej wybitych elektronów umożliwia obliczenie wartości stałej Plancka oraz pracy wyjścia elektronów. Modelowanie pola elektrostatycznego Cel ćwiczenia: Poznanie podstawowych wielkości opisujących pole elektrostatyczne. Wyznaczenie powierzchni ekwipotencjalnych i wektorów natężenia pola elektrycznego na płaszczyźnie dla różnych konfiguracji elektrod. Interferencja fal akustycznych Cel ćwiczenia: Wyznaczenie prędkości dźwięku w gazach metodą interferencji fal akustycznych, przy użyciu rury Quinckego. Wyznaczenie wartości Cp/CV dla badanych gazów. Prawo Malusa Cel ćwiczenia: Zapoznanie się ze zjawiskiem polaryzacji światła widzialnego i 5 / 7

6 sprawdzenie prawa Malusa. Mostek Wheatstone a Cel ćwiczenia: Mostek Wheatstone a jako przykład zastosowania praw Kirchoffa do opisu złożonych obwodów elektrycznych. Pomiar nieznanych oporów oraz ich połączeń szeregowych i równoległych. Kondensatory Cel ćwiczenia: Pomiar pojemności kondensatorów powietrznych i z warstwą dielektryka w celu wyznaczenia stałej elektrycznej ε0 i przenikalności względnych εr różnych materiałów. Busola stycznych Cel ćwiczenia: Zapoznanie się z budową i działaniem przyrządu nazwanego busolą stycznych. Wyznaczenie składowej poziomej ziemskiego pola magnetycznego. Drgania elektromagnetyczne obwodu LCR Cel ćwiczenia: Obserwacja drgań tłumionych i przebiegów aperiodycznych w obwodzie LCR. Pomiar i interpretacja parametrów opisujących obserwowane przebiegi napięcia U(t). Termometr oporowy i termopara Cel ćwiczenia: Wyznaczenie współczynnika temperaturowego oporu platyny. Pomiar charakterystyki termopary miedź konstantan. Sposób obliczania oceny końcowej Do egzaminu z przedmiotu dopuszczane są jedynie osoby posiadające ocenę pozytywną (co najmniej 3.0) z ćwiczeń laboratoryjnych. Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową niezbędne jest uzyskanie pozytywnej oceny z ćwiczeń laboratoryjnych oraz zaliczenia egzaminu z części wykładowej. Ocena końcowa obliczana jest jako średnia ważona ocen: zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych (40%), egzaminu (60%). Wymagania wstępne i dodatkowe Wymagana jest znajomość podstaw fizyki i matematyki w zakresie programu gimnazjum i liceum. Dodatkowo konieczne jest posiadanie wiedzy zdobytej podczas realizacji przedmiotu Fizyka I. Zalecana literatura i pomoce naukowe 1. Z. Kąkol Fizyka wykłady z fizyki, dostępne ze stron: ; 2. Z. Kąkol, J. Żukrowski symulacje komputerowe ilustrujące wybrane zagadnienia z fizyki dostępne ze stron: ; 3. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy Fizyki, t.1-5, PWN W-wa, 2012; 4. J. Orear, Fizyka, t. 1 i 2, WNT W-wa, 2015; 5. A. Zięba, Pracownia Fizyczna, WFiTJ, Skrypt Uczelniany SU 1642, Kraków Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu Nie podano dodatkowych publikacji Informacje dodatkowe Celem przedmiotu jest wykształcenie umiejętności opisu otaczającej rzeczywistości fizycznej za pomocą podstawowych praw i zasad. Student uzyskuje umiejętność rozumienia zjawisk fizycznych i ich znaczenia w przyrodzie i technice, potrafi rozwiązywać zagadnienia techniczne w oparciu o prawa fizyki, samodzielnie planuje i przeprowadza pomiary podstawowych wielkości fizycznych wraz z analizą 6 / 7

7 wyników i doświadczeń. w ramach modułu są prowadzone w formie wykładu (30 godzin) i ćwiczeń laboratoryjnych (30 godzin). Przewidziane są również konsultacje w formie zorganizowanej (15 godzin). Ćwiczenia laboratoryjne są obowiązkowe (wszystkie nieobecności muszą zostać odrobione w terminie uzgodnionym z prowadzącym) i mają na celu utrwalenie wiadomości zdobytych na wykładzie poprzez bezpośredni kontakt z eksperymentem fizycznym. Celem tych zajęć jest wykształcenie umiejętności planowania i przeprowadzania pomiarów wielkości fizycznych oraz praktyczne wykorzystanie wiedzy w zakresie opracowania wyników pomiarów i analizy. W ramach tych zajęć studenci samodzielnie wykonują doświadczenia fizyczne według harmonogramu oraz przygotowują sprawozdania z przebiegu ćwiczeń. Zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych odbywa się na podstawie sprawozdań i kolokwium z teorii. W ramach ćwiczeń laboratoryjnych studenci wykonują 8 spośród 21 ćwiczeń laboratoryjnych. Zestawy ćwiczeń są różne dla poszczególnych zespołów studenckich. Na praktyczne wykonanie doświadczeń w laboratorium poświęca się 24 godziny (3 godz x 8 ćwiczeń), a pozostałe 4 godziny są poświęcona na spotkanie przygotowujące do zajęć w laboratorium i zajęcia zaliczeniowe. Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Przygotowanie do zajęć Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 28 godz 28 godz 42 godz 28 godz 14 godz 140 godz 5 ECTS 7 / 7