Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Fizyka Rok akademicki: 2013/2014 Kod: EAR n Punkty ECTS: 6 Wydział: Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Kierunek: Automatyka i Robotyka Specjalność: - Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: - Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 2 Strona www: Osoba odpowiedzialna: prof. nadzw. dr hab. Kołodziej Andrzej (kolodzie@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: prof. nadzw. dr hab. Kołodziej Andrzej (kolodzie@agh.edu.pl) 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 Student ma wiedzę w zakresie fizyki, obejmującą mechanikę, termodynamikę, optykę, elektryczność i magnetyzm, fizykę jądrową oraz fizykę ciała stałego, w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych występujących w typowych systemach dynamicznych oraz w ich otoczeniu. AR1A_W02, Egzamin, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych, Zaliczenie laboratorium M_W002 Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice; dostrzega wzajemne relacje pomiędzy teorią a eksperymentem. AR1A_W02, Egzamin M_W003 Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, szczególnej teorii względności, drgań i ruchu falowego, podstaw termodynamiki i hydrodynamiki. AR1A_U04, AR1A_U06, Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych Umiejętności M_U001 Umie udokumentować niepewność przeprowadzonych pomiarów, i napisać krytyczny raport. AR1A_U04, Sprawozdanie 1 / 5

2 Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład audytoryjne laboratoryjne projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne Inne terenowe E-learning Wiedza M_W001 M_W002 M_W003 Umiejętności M_U001 Student ma wiedzę w zakresie fizyki, obejmującą mechanikę, termodynamikę, optykę, elektryczność i magnetyzm, fizykę jądrową oraz fizykę ciała stałego, w tym wiedzę niezbędną do zrozumienia podstawowych zjawisk fizycznych występujących w typowych systemach dynamicznych oraz w ich otoczeniu. Zna i rozumie znaczenie fizyki jako nauki przyrodniczej, jej miejsce i rolę w dzisiejszej nauce i technice; dostrzega wzajemne relacje pomiędzy teorią a eksperymentem. Umie zastosować odpowiednie prawa i zasady fizyczne do rozwiązywania zagadnień z dynamiki, szczególnej teorii względności, drgań i ruchu falowego, podstaw termodynamiki i hydrodynamiki. Umie udokumentować niepewność przeprowadzonych pomiarów, i napisać krytyczny raport Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład 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 proste zadania rachunkowe i jest przygotowany do podjęcia bardziej złożonych problemów technicznych w oparciu o prawa fizyki. 1. Wstęp - teoria pomiarów. Pole elektryczne i prawo Gaussa Teoria błędów przypadkowych pomiaru. Przygotowanie raportu pomiarowego. Podstawowe pojęcia: ładunek, pole, potencjał, energia potencjalna, strumień. Dipol 2 / 5

3 elektryczny. Przykłady zastosowania prawa Gaussa (liniowy, powierzchniowy objętościowy rozkład ładunków). Pojemność. Dielektryki. 2. Prąd stały Prąd i prawo Ohma. SEM siła elektromotoryczna i opór wewnętrzny. Przewodnictwo elektryczne w metalach i półprzewodnikach. Prawa Kirchhoffa. Obwód RC. Pole magnetyczne. 3. Pole magnetyczne prądu Wektor indukcji B, siła Lorentza, siła elektrodynamiczna. Przykłady: efekt Halla, e/m, cyklotron. Prawo Ampera (nieskończenie długi przewodnik, solenoid), prawo Biota Savarta, 4. Indukcja prawo Faraday a i reguła Lenza. Indukcyjność i samoindukcja. Obwód RL, energia pola B, magnetyzm materii i jego zastosowania. 5. Równania Maxwella i fale elektromagnetyczne Operatory dywergencji i rotacji, przykłady zastosowań. Twierdzenie Stokesa. Magnetyzm materii, prąd przesunięcia. Indukowane pole B i E. Równanie falowe. Energia fali elektromagnetycznej, wektor Poyntinga. Widmo promieniowania elektromagnetycznego. 6. Optyka falowa Prawa optyki klasycznej. Zasada Fermata. Konstrukcja obrazu interferencyjnego i dyfrakcyjnego. Rozwiązywanie prostych zadań związanych z naturą falową światła. Interferencja w cienkich warstwach. Fotonika 7. Dualizm korpuskularno falowy i promieniowanie ciała doskonale czarnego Znaczenie koncepcji Plancka oraz Einsteina dla wyjaśnienia promieniowania ciała doskonale czarnego. Omówienie pojęcia kwantu promieniowania. Rozwiązywanie prostych zadań wykorzystujących pęd i energię fotonu. Fotony i fale materii. Wykorzystanie efektu fotoelektrycznego. Wyprowadzenie wzoru dla efektu Comptona. 8. Elementy fizyki jądrowej Model atomu wodoru. Emisja i absorpcja. Promieniowanie jądrowe oraz oddziaływania jądrowe. Pasmowa teoria przewodnictwa w metalach i półprzewodnikach. Elektrony i dziury. laboratoryjne laboratoryjne 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 niepewności wyników. 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. Drgania harmoniczne sprężyny wyznaczenie współczynnika sprężystości sprężyny i modułu sztywności materiału sprężyny. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z teorii sprężystości i drgań. Rezonans akustyczny obserwacja powstawania akustycznej fali stojącej. Pomiar rezonansu i prędkości dźwięku fali stojącej w rurze Quinckego dla powietrza i CO2. Wyznaczenie stosunku 3 / 5

4 cp/cv i liczby stopni swobody molekuł gazu. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z ruchu falowego, akustyki i termodynamiki gazów. Wyznaczanie charakterystyki różnych oporników Poznanie zakresu stosowalności prawa Ohma. Obliczenie temperatury włókna żarówki. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z przewodnictwa elektrycznego, metali półprzewodników i izolatorów. Badanie zależności mocy użytecznej od obciążenia Sprawdzenie prawa Ohma dla obwodu zamkniętego, wyznaczenie: rezystancji wewnętrznej, siły elektromotorycznej i mocy użytecznej. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości dotyczących obwodów elektrycznych prądu stałego. Mostek pojemnościowy Zapoznanie się z pomiarem nieznanej wartości pojemności kondensatora metodą mostka Wheatstone a. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości dotyczących kondensatorów w obwodach elektrycznych. Samoindukcja cewek wyznaczenie współczynnika samoindukcji cewki poprzez pomiar impedancji dla prądu zmiennego i rezystancji dla prądu stałego. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości dotyczących praw elektromagnetyzmu, w szczególności indukcji Faradaya. Drgania elektromagnetyczne obwodu RLC obserwacja przebiegów napięcia w obwodzie RLC. Wyznaczenie dekrementu tłumienia i oporu krytycznego. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości dotyczących drgań tłumionych i obwodów elektrycznych RLC. Współczynnik załamania światła dla ciał stałych wyznaczenie współczynnika załamania ciał stałych za pomocą mikroskopu metodą grubości pozornej. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z optyki geometrycznej, zasada Fermata. Badanie zjawiska dyfrakcji i polaryzacji światła obserwacja obrazu dyfrakcyjnego światła laserowego dla pojedynczej szczeliny. Wyznaczenie szerokości szczeliny. Poznanie zjawiska polaryzacji światła. Sprawdzanie prawa Malusa. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z optyki falowej, ze szczególnym uwzględnieniem zjawisk interferencji, dyfrakcji, generowania akcji laserowej na przykładzie lasera gazowego i półprzewodnikowego. Poziomy energetyczne atomu wodoru. Stała Rydberga analiza spektralna widm emisyjnych otrzymanych w wyniku rozszczepienia na siatce dyfrakcyjnej. Wyznaczenie stałej Rydberga i energii jonizacji atomu wodoru. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z podstaw fizyki atomowej, ze szczególnym uwzględnieniem wzbudzonych stanów atomowych i modelu atomu Bohra. Wyznaczanie ruchliwości i koncentracji nośników prądu w półprzewodnikach metodą efektu Halla zapoznanie się ze zjawiskiem Halla, wyznaczenie koncentracji i ruchliwości nośników. Dyskusja i sprawdzenie wiadomości z elektromagnetyzmu, oddziaływania pola magnetycznego na ładunek (siła Lorentza), podstawowe wiadomości o półprzewodnikach samoistnych, domieszkowanych, ruchliwości i koncentracji nośników. Wyznaczanie współczynnika lepkości zapoznanie się z hydrodynamiką cieczy lepkiej, wyznaczanie współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa. Dyskusja i sprawdzenie znajomości praw hydrodynamiki 4 / 5

5 Sposób obliczania oceny końcowej Ocena końcowa obliczana jest zgodnie z regulaminem studiów, jako średnia ważona ocen: zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych oraz z egzaminu. Wymagania wstępne i dodatkowe Wymagana jest znajomość podstaw fizyki i matematyki w zakresie programu gimnazjum i liceum. Dodatkowo konieczne jest posiadanie umiejętności posługiwania się rachunkiem różniczkowym i całkowym w stopniu elementarnym. Zalecana literatura i pomoce naukowe 1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy Fizyki, t.1-5, PWN Warszawa, C. Kittel, Wstęp do Fizyki Ciała Stałego, PWN Warszawa E.M. Purcel, Elektryczność i Magnetyzm, PWN Warszawa R. Eisberg, R. Resnick, Fizyka kwantowa, PWN Warszawa Treść wykładu i dodatkowe materiały w tym przykłady zadań egzaminacyjnych umieszczane na stronie internetowej przedmiotu 6. Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych na stronie internetowej przedmiotu 7. A. Zięba, Pracownia Fizyczna, WFiTJ, Skrypt Uczelniany SU 1642, Kraków J. Wolny, Podstawy fizyki, AGH Kraków, 2007 Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu Nie podano dodatkowych publikacji Informacje dodatkowe Brak Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Przygotowanie do zajęć Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 24 godz 16 godz 60 godz 24 godz 30 godz 154 godz 6 ECTS 5 / 5