Zajęcia wyrównawcze z fizyki dla studentów Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Kierunek zamawiany Biotechnologia Liczba studentów: 24 Liczba grup: 2 (po 12 osób) Liczba godzin na grupę: 60 Liczba ćwiczeń: 20 (po 3h) Czas trwania: 10 tygodni (po 2 ćwiczenia = 6h w tygodniu) Semestr I Prowadzący: dr Joanna Szymanowska-Pułka (2gr x 30h = 60h), mgr Jerzy Karczewski (2gr x 30h = 60h) Kryteria przyjęcia: O przyjęciu na kurs decyduje ocena z fizyki na świadectwie maturalnym: w pierwszej kolejności będą przyjmowani studenci o najsłabszych ocenach. W przypadku, gdy liczba chętnych okaże się zbyt duża, przeprowadzony zostanie krótki test kwalifikacyjny, który umożliwi wytypowanie 24 studentów o najsłabszej znajomości fizyki. Cele: 1. Rozwinięcie umiejętności operowania podstawowymi pojęciami i wielkościami fizycznymi; 2. Nabycie umiejętności projektowania prostych modeli fizycznych i odnoszenia ich do rzeczywistych zjawisk; 3. Wykształcenie umiejętności rozwiązywania problemów i zadań z fizyki; 4. Nabycie umiejętności samodzielnego zdobywania wiedzy z różnych dziedzin fizyki; 5. Przygotowanie do studiów na kierunkach biologicznych; 6. Rozwinięcie umiejętności logicznego myślenia i wyciągania wniosków; 7. Wyrobienie umiejętności wykorzystania wiedzy teoretycznej w praktyce; 8. Dbałość o kulturę i precyzję wypowiedzi.
Sposób realizacji: Zajęcia typu ćwiczeniowego, w grupach 12-osobowych. Forma zajęć: krótka prezentacja z zastosowaniem metod audio-wizualnych wprowadzająca w zagadnienie, a potem ćwiczenia praktyczne, obejmujące rozwiązywanie problemów i zadań rachunkowych, w uzasadnionych przypadkach wspomaganych pokazami. Treści nauczania: 1. Ankieta sprawdzająca z fizyki (1h) Jednostki i wymiary (2h) 2. Pomiary, niepewności i błędy pomiarowe 3. Podstawowe pojęcia fizyczne Korzystanie z przedrostków i przeliczenia różnych rzędów wielkości, wyznaczanie jednostek pochodnych Metody obliczania niepewności pomiarowych, sporządzanie tabel i wykresów, wykonanie przykładowych pomiarów, opracowanie wyników na podstawie pomiarów Definicje podstawowych wielkości fizycznych: ruch, masa i siły, wielkości skalarne i wektorowe, składanie wektorów, energia i jej przekształcanie, zasady zachowania, pola fizyczne i przykłady - Weryfikacja stopnia opanowania wiadomości z fizyki na poziomie szkoły średniej - Poznanie jednostek fizycznych, w tym najczęściej stosowanych w biologii. - Nabycie umiejętności dobru i zamiany jednostek - Zapoznanie się z metodami przygotowania danych eksperymentalnych do opracowania i analizy ilościowej - Właściwe operowanie pojęciami i wielkościami fizycznymi, - Przypomnienie i uporządkowanie wiadomości o energii i zasadach zachowania i przekształcania, w szczególności w przyrodzie ożywionej
4. Opis ruchu, równania ruchu, rzuty, ruch po okręgu Wyznaczanie położenia, prędkości (średniej i chwilowej) i przyspieszenia w przypadku różnych rodzajów ruchu, graficzne przedstawianie zmian położenia i prędkości w czasie, analiza względności ruchu - Poznanie metod opisu ruchu, w tym żywych organizmów, różnorodność ruchu w przyrodzie, kinematyka wzrostu roślin, podejście Lagrange a i Eulera, wzrost a i morfogeneza organów 5. Cykle, drgania i ruch harmoniczny, fale mechaniczne (3 h ) 6. Pęd, zasady dynamiki, energia i praca 7. Siły zachowawcze i dyssypatywne, przemiany energii Porównanie ruchu harmonicznego prostego z ruchem po okręgu, wyznaczanie okresu wahadła matematycznego, analiza przemian energii mechanicznej w ruchu harmonicznym prostym, analiza powstawania i przenoszenia dźwięku, składanie fal mechanicznych, percepcja dźwięku Wykazanie związku między zmianą pędu a przyspieszeniem, wyznaczanie pracy wykonanej przez ciało, przykłady zamiany energii kinetycznej na potencjalną i odwrotnie, warunki równowagi i obliczanie momentu sił Wyznaczanie siły grawitacyjnej, pracy w polu grawitacyjnym, określenie związku między potencjałem i natężeniem pola grawitacyjnego, obliczanie siły tarcia, opis zjawisk cieplnych, wyznaczanie ciepła właściwego - Poznanie fizycznych postaw opisu drgań i fal, zjawisk oscylacyjnych i falowych w przyrodzie, w szczególności w żywych organizmach, zarówno roślinnych jak na różnych etapach organizacji - Wstęp do biomechaniki organów i tkanek, zasad organizacji wytrzymałościowej szkieletu organizmów i cytoszkieletu komórek - Wprowadzenie do zagadnień związanych z energetycznymi aspektami funkcjonowania i poruszania się żywych organizmów: siła nośna w lotach ptaków, opory ruchu zwierząt latających i pływających
8. Gazy, równanie stanu gazu doskonałego, przemiany termodynamiczne Wyznaczanie energii swobodnej, entalpii, entropii gazu doskonałego, porównanie gazu doskonałego z gazem rzeczywistym, opis zjawiska skraplania, określenie warunków nasycenia pary, sposoby wyznaczania wilgotności - Przygotowanie do studiowania zagadnień biotermodynamiki, w szczególności przemian energetycznych w procesach biochemicznych (np. hydroliza ATP, wymiana gazowa u roślin), zjawisk równowagowych i transportu w układach biologicznych 9. Ciecze, ciśnienie w cieczach, napięcie powierzchniowe 10 i 11. Naprężenia mechaniczne i odkształcenia materiałów (6 h) 12 i 13. Zjawiska cząsteczkowe w gazach i cieczach (6 h) Metoda obliczania ciśnień parcjalnych i ujemnych, wprowadzenie prawa Pascala, wyznaczanie poziomu cieczy w naczyniach kapilarnych, obliczanie siły wyporu, określanie potencjału wodnego Opis ciała sprężystego, wyznaczanie energii sprężystości, analiza własności ciał lepkosprężysto-plastycznych, badanie zależności naprężenia i odkształcenia od czasu dla materiałów rzeczywistych Metody wyznaczania lepkości, zastosowanie równania dyfuzji, opis zjawiska osmozy, wyznaczanie ciśnienia osmotycznego, zastosowanie metod potencjometrycznych do wyznaczania odczynu środowiska (ph), opis zjawisk elektrokinetycznych - Wprowadzenie do poznania stosunków wodnych u roślin, regulacji ciśnienia osmotycznego i zasad jego pomiaru (sonda ciśnieniowa), analizy transportu wody w roślinie (system waskularny), transpiracji i roli ujemnego ciśnienia w transporcie wody - Zapoznanie się z prawem Hooke a, sposobami obliczeń energii sprężystości, - Wprowadzenie do opisu własności mechanicznych materiałów biologicznych - Zapoznanie się ze specyfiką relacji naprężenieodkształcenie w tkankach roślinnych; epiderma jako tkanka wzmacniająca w korzeniach i organach pędowych roślin - Wprowadzenie do zagadnień związanych ze zjawiskami cząsteczkowymi w komórkach (lepkość cytoplazmy, zjawisko plazmolizy, ciśnienie osmotyczne - Wstęp do metod chromatografii cieczowej, elektroforezy
14 Atom, jądro atomowe, cząsteczka Elementarny model atomu i jego poziomy energetyczne, opis zjawiska promieniotwórczości, metody detekcji promieniowania, klasyfikacja wiązań międzycząsteczkowych, energia wiązania a trwałość struktury cząsteczkowej - Poznanie fizycznych metod badania cząsteczek: spektroskopia, analiza rentgenowska - Podstawy opisu biologicznych skutków promieniowania jonizującego 15 Pole elektryczne, ładunek i prąd elektryczny 16 Pola i siły magnetyczne Wyznaczanie siły wzajemnego oddziaływania dwóch ładunków elektrycznych, określenie i wyznaczanie natężenia i potencjału pola elektrycznego, wyznaczanie pojemności elektrycznej kondensatorów, oporu elektrycznego i analiza zależności oporu od temperatury, obliczanie pracy wykonanej przez ładunek, analiza źródeł prądu i obwodów elektrycznych Ruch ładunku elektrycznego w polu magnetycznym, przewodnik w polu magnetycznym, indukcja magnetyczna, własności magnetyczne materiałów - Wprowadzenie do zagadnień biologicznych związanych z działaniem pola elektrycznego i przepływu prądu Wyznaczanie potencjału spoczynkowego, czynnościowego, potencjał elektrokinetyczny - Fizyczne podstawy stosowania metody patchclamp - Wprowadzenie do opisu mechanizmu przenoszenia sygnału w układzie nerwowym, opisu budowy i funkcjonowania narządów i komórek uczestniczących w percepcji bodźca elektrycznego (ryby elektryczne) - Wstęp do spektrometrii masowej - Wprowadzenie do opisu wpływu pól magnetycznych na organizmy żywe - Zasada funkcjonowania narządów magnetycznych
17 i 18 Optyka geometryczna i falowa (6 h) Analiza biegu promieni w zwierciadłach i soczewkach, wyznaczanie ogniskowej, - Podstawowe wiadomości umożliwiające korzystanie z przyrządów optycznych powiększenia, zapoznanie się z zasadą działania prostych przyrządów optycznych (lupa, luneta, teleskop), opis zjawiska dyfrakcji i interferencji, powstawanie aberracji 19 Mikroskopy i metody mikroskopowe - Przygotowanie do badań z wykorzystaniem różnego typu mikroskopów 20 Energia i środowisko (2 h) Ankieta sprawdzająca z fizyki (1 godz.) Obliczanie powiększenia i rozdzielczości, wyznaczanie apertury numerycznej, zapoznanie się z zasadą działania mikroskopów świetlnych (w tym konfokalnego) i elektronowych (skaningowego i emisyjnego) Określenie źródeł energii dla Ziemi i ich wydajności, oszacowanie ilości energii na Ziemi w oparciu o stałą słoneczną, przyczyny i skutki efektu cieplarnianego oszacowanie ilości energii zatrzymanej przez warstwę gazu cieplarnianego, zasada działania kolektorów słonecznych - Kształtowanie umiejętności całościowego patrzenia na żywy organizm funkcjonujący w określonym środowisku, pozyskiwanie informacji o otoczeniu, transportu energii do i przekaz ujemnej entropii z otoczenia - Zbadanie stopnia opanowania wiadomości i umiejętności z fizyki po zakończeniu kursu
UWAGI: 1. Szczegółowy rozkład zajęć z podaniem terminów, godzin i sal będzie dostosowywany na bieżąco do planów zajęć studentów i możliwości korzystania z sal dydaktycznych na Wydziale 2. Kolejność zajęć może ulec zmianie w związku z aktualnymi potrzebami studentów i możliwościami realizacji tematu przez prowadzących w określonym terminie 3. Studenci uczestniczący w kursie otrzymają materiały pomocnicze do zajęć, w tym instrukcje z zadaniami oraz odpowiedzi. Materiały będą umieszczane na podanej stronie internetowej