MK_3, IM_1stop_S, Fizyka

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu FIZYKA
Inżynieria Materiałowa
Studia I stopnia
Przedmiot:
Rodzaj przedmiotu:
Kod przedmiotu:
Rok:
Semestr:
Forma studiów:
Rodzaj zajęć i liczba godzin
w semestrze:
Wykład
Ćwiczenia
Laboratorium
Projekt
Liczba punktów ECTS:
Sposób zaliczenia:
Język wykładowy:
FIZYKA
Podstawowy/obowiązkowy/fakultatywny
IM 1 S 0 1 03-0_1
I
1
Studia stacjonarne/Studia niestacjonarne
60
30
0
30
0
5
Egzamin/zaliczenie
Język polski
Cel przedmiotu
C1 Zdobycie wiedzy z podstawowych obszarów fizyki klasycznej.
C2 Zapoznanie z elementami opisu materii przez fizykę współczesną.
Zdobycie umiejętności w zakresie: rozpoznawania i analizy zjawisk fizycznych oraz
rozwiązywania zagadnień technicznych w oparciu o prawa fizyki.
Zdobycie umiejętności przeprowadzania pomiarów podstawowych wielkości
C4
fizycznych, opracowywania wyników pomiarów i określania niepewności pomiarowej.
C3
Wymagania wstępne w zakresie wiedzy, umiejętności i innych kompetencji
1
2
Posiada wiedzę w zakresie programowym fizyki liceów ogólnokształcących i w szkół
zawodowych.
Zna podstawy rachunku wektorowego, różniczkowego i całkowego.
Efekty kształcenia
W zakresie wiedzy:
EK 1
Ma wiedzę w zakresie fizyki klasycznej z mechaniki, hydrodynamiki,
termodynamiki, elektryczności i magnetyzmu oraz optyki.
EK 2
Ma podstawową wiedzę z fizyki relatywistycznej.
Zna podstawowe zagadnienia związane z mechaniką kwantową i jej związkiem
z budową materii.
Posiada podstawową wiedzę o budowie materii.
EK 3
EK4
W zakresie umiejętności:
EK5
Potrafi wykorzystać zasady i metody mechaniki oraz odpowiednie narzędzia
do rozwiązywania typowych zagadnień z mechaniki oraz pomiarów
podstawowych wielkości mechanicznych.
EK6
EK7
EK8
Potrafi zastosować prawa i metody elektrodynamiki do pomiarów wielkości
elektrycznych i magnetycznych.
Potrafi wykorzystać poznane zasady i metody fizyki fal do rozwiązywania
typowych zadań z optyki i akustyki.
Potrafi zinterpretować uzyskane rezultaty pomiarów podstawowych wielkości
fizycznych.
W zakresie kompetencji społecznych:
EK9
Umie pracować w zespole i ponosić odpowiedzialność za wspólnie realizowane
zadania.
Treści programowe przedmiotu
Forma zajęć – wykłady
Treści programowe
W1
W2
W3
W4
W5
W6
W7
W8
W9
Wprowadzenie. Zjawiska fizyczne. Wielkości fizyczne podstawowe i pochodne.
Działania na wektorach. Pomiary w fizyce.
Kinematyka. Opis ruchu prostoliniowego oraz w dwu i trzech wymiarach.
Względność ruchu. Transformacja Galileusza. Układy odniesienia. Transformacja
prędkości i przyspieszenia. Ruch jednostajny i zmienny po okręgu.
Dynamika punktu materialnego. Wielkości dynamiczne, siła i pęd. Zasady
dynamiki Newtona. Podstawowe siły w przyrodzie. Inercjalne i nieinercjalne układy
odniesienia. Siły bezwładności w ruchu prostoliniowym i obrotowym. Zasady
zachowania pędu i energii. Moment siły. Moment pędu. Pole grawitacyjne.
Natężenie i potencjał pola. Związek między siłą grawitacji i potencjałem
grawitacyjnym. Energia potencjalna. Energia kinetyczna. Praca. Zasada zachowania
energii mechanicznej. Związek pracy i sił zachowawczych.
Elementy mechaniki bryły sztywnej. Środek mas układu wielu cząstek. Ruch środka
mas. Zderzenia ciał. Ruch obrotowy bryły sztywnej. Moment siły. Moment pędu.
Moment bezwładności. Twierdzenie Steinera. Prawa ruchu obrotowego bryły
sztywnej. Zasada zachowania momentu pędu. Energia kinetyczna w ruchu
obrotowym. Ruch postępowo-obrotowy bryły sztywnej.
Elementy mechaniki relatywistycznej. Kinematyka relatywistyczna. Stałość
prędkości światła. Dylatacja czasu. Transformacje Galileusza i Lorentza. Paradoks
bliźniąt. Dynamika relatywistyczna. Relatywistyczne dodawanie prędkości.
Zależność masy od prędkości. Masa i energia. Związek energii z pędem.
Ruch drgający i falowy. Drgania swobodne, tłumione i wymuszone. Superpozycja
drgań harmonicznych, dudnienia, modulacja. Przemiany energii w ruchu drgającym.
Zjawisko rezonansu. Rodzaje i opis fal. Wielkości charakteryzujące ruch falowy.
Równanie fali płaskiej. Równanie fali sferycznej i kolistej. Interferencja i dyfrakcja fal.
Źródła spójne. Fale stojące. Prędkość fazowa i grupowa. Paczki falowe. Analiza
Fouriera.
Elektryczność i magnetyzm. Elementy elektrostatyki. Ładunek i prąd elektryczny.
Natężenie i gęstość prądu elektrycznego. Opór elektryczny i opór elektryczny
właściwy. Prawo Ohma – obraz klasyczny i mikroskopowy. Praca i moc prądu.
Ciepło Joule’a. Pole magnetyczne. Wektor indukcji magnetycznej. Siła Lorentza.
Prawo Biota-Savarta. Prawo Ampere’a. Solenoidy i toroidy.
Optyka falowa. Zasada Huygensa-Fresnela. Ugięcie fal. Odbicie fali. Prawo odbicia.
Załamanie fali. Prawo załamania. Rozszczepienie światła. Natężenie fali. Fale
elektromagnetyczne. Promieniowanie widzialne. Interferencja światła.
Doświadczenie Younga. Dyfrakcja. Polaryzacja światła. Prawo Malusa.
Optyka geometryczna. Zasada Fermata. Odbicie i załamanie światła. Całkowite
W10
W11
W12
W13
W14
W15
wewnętrzne odbicie. Zwierciadła. Soczewki, układy soczewek. Równanie soczewki
cienkiej. Zdolność zbierająca układu soczewek. Soczewki grube. Przyrządy optyczne.
Aberracja sferyczna i chromatyczna. Dyspersja światła normalna i anomalna.
Elementy hydrodynamiki. Statyka płynów. Zmiany ciśnienia z głębokością.
Ciśnienie hydrostatyczne. Opis ruchu cieczy wg. Lagrange’a, wg. Eulera. Rodzaje
przepływu cieczy. Równanie ciągłości. Równanie Bernoulliego. Wzór Newtona (siła
lepkości). Wydajność strumienia cieczy.
Termodynamika. Kinetyczno-molekularny model gazu doskonałego.
Fenomenologiczne prawa gazowe. Energia wewnętrzna. I zasada termodynamiki.
Zasada ekwipartycji energii. Ciepło właściwe gazu. Gazy rzeczywiste. Rozkład
prędkości cząsteczek. Rozkład Maxwella.
Podstawy fizyki kwantowej. Promieniowanie temperaturowe. Model ciała
doskonale czarnego. Prawo Kirchhoffa. Prawo Wiena. Prawo Stefana-Boltzmanna.
Zależność zdolności emisyjnej ciała doskonale czarnego od długości fali i
temperatury. Kwant energii promieniowania. Wzór Palncka. Zjawisko
fotoelektryczne zewnętrzne. Doświadczenie Lenarda. Wzór Einsteina. Zjawisko
Comptona. Dualizm korpuskularno-falowy.
Elementy fizyki atomowej. Doświadczenie Balmera. Widmo liniowe wodoru.
Ewolucja modelu atomu. Postulaty Bohra. Doświadczenie Francka-Hertza.
Skwantowane poziomy energetyczne atomów. Emisja i absorpcja promieniowania
przez atomy. Wzbudzania atomów i cząstek. Emisja spontaniczna. Rozkład
elektronów w atomie. Liczby kwantowe. Zasada Pauliego.
Elementy budowy materii. Budowa ciał stałych. Periodyczne uporządkowanie
atomów. Sieć krystaliczna. Wskaźniki Millera. Proste struktury krystaliczne.
Prawo Bragga. Wiązania w kryształach. Metody określania struktury ciał
krystalicznych. Dyfrakcja rentgenowska, promieniowanie synchrotronowe.
Falowe właściwości cząstek. Hipoteza fal materii de Broglie’a. Statystyczna
interpretacja fal materii wg. Borna. Zasada nieoznaczoności Heisenberga. Postulaty
fizyki kwantowej. Zjawisko tunelowe.
Forma zajęć – ćwiczenia
Treści programowe
ĆW1
ĆW2
Forma zajęć – laboratoria
Treści programowe
L1
L2
L3
L4
L5
L6
L7
L8
L9
L10
Metody opracowania wyników pomiarów i określania niepewności pomiarowej.
Wyznaczanie Modułu Younga.
Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego.
Wyznaczanie momentu bezwładności brył nieregularnych.
Badanie ruchu wahadła sprężynowego.
Pomiary oporu elektrycznego.
Wyznaczanie elementów LC metodą rezonansu.
Wyznaczanie długości fal świetlnych.
Wyznaczanie współczynnika załamania.
Wyznaczanie współczynnika lepkości.
Forma zajęć – projekt
Treści programowe
P1
P2
Metody dydaktyczne
1
2
3
Wykład tradycyjny wspomagany narzędziami multimedialnymi.
Samodzielne wykonywanie doświadczeń.
Praca w zespołach.
Obciążenie pracą studenta
Średnia liczba godzin na zrealizowanie
Forma aktywności
aktywności
Godziny kontaktowe z wykładowcą,
63
w tym:
Godziny kontaktowe z wykładowcą,
realizowane w formie wykładu i
60
laboratorium– łączna liczba godzin w roku
akademickim
Godziny kontaktowe z wykładowcą,
realizowane w formie konsultacji i egzaminu
3
– łączna liczba godzin roku akademickim
Praca własna studenta, w tym:
72
Samodzielne przemyślenie treści wykładu –
20
łączna liczba godzin roku akademickim
Przygotowanie się do laboratoriów– łączna
15
liczba godzin roku akademickim
Samodzielne wykonanie sprawozdań
15
doświadczeń wykonanych w laboratorium
Przygotowanie się do kolokwiów i egzaminu
22
Łączny czas pracy studenta
135
Sumaryczna liczba punktów ECTS dla
5
przedmiotu:
Liczba punktów ECTS w ramach zajęć
o charakterze praktycznym (ćwiczenia,
3
laboratoria, projekty)
Literatura podstawowa
1
3
4
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy fizyki, tomy 1-5, PWN, Warszawa, 2003.
A. K. Wróblewski, J. A. Zakrzewski, Wstęp do fizyki, tom 1 i 2, Wyd. Naukowe PWN,
Warszawa, 1984.
A. Januszajtis, Fizyki dla politechnik, tomy 1-3, PWN, Warszawa, 1986-1991.
C. Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego, Wyd. Naukowe PWN, Warszawa, 1991.
1
2
3
C. Kittel, W. D. Knight, M. A. Ruderman, Mechanika, PWN, Warszawa, 1975.
E. M. Purcell, Elektryczność i magnetyzm, PWN, Warszawa, 1974.
F. Crawford, Fale, PWN, Warszawa, 1974.
2
Literatura uzupełniająca
Macierz efektów kształcenia
Odniesienie
danego efektu
kształcenia do
Cele
Efekt
Treści
Metody
efektów
kształcenia zdefiniowanych przedmiotu programowe dydaktyczne
dla całego
programu
(PEK)
EK 1
IM1A_W02
C1
EK 2
IM1A_W02
IM1A_W02
IM1A_W05
IM1A_W06
IM1A_W02
IM1A_W05
IM1A_W06
IM1A_W02
IM1AJJ08
IM1AJJ20
IM1AJJ22
IM1A_W02
IM1AJJ08
IM1AJJ20
IM1AJJ26
IM1A_W02
IM1AJJ08
IM1AJJ20
IM1AJJ08
IM1AJJ20
IM1A_K03
C2
W1-4, W6-12,
L2-10
W1,W5
C2,C3
EK 3
EK 4
EK 5
EK 6
EK 7
EK 8
EK 9
Metody
oceny
1, 2
O1, O3
1
O3
W12-15,
1
O3
C2,C4
W13-15
1
O3
C1,C3
W2-4, W6,
L3-5
1, 2
O1, O2, O3
C1,C3
L6, L7
2, 3
O2, O3
C1,C3
W7-10, L8, L9
1, 2
O1, O3
C3,C4
W1, L1-10
1, 2, 3
O2, O3
C4
L1-10
2, 3
O3
Metody i kryteria oceny
Symbol
metody
oceny
O1
O2
O3
Opis metody oceny
Próg zaliczeniowy
Zaliczenie ustne z laboratorium
50%
Sprawozdania z wykonanych doświadczeń laboratoryjnych,
Egzamin
100%
60%
Autor
Dr Dariusz Chocyk
programu:
Adres e-mail:
[email protected]
Jednostka
Katedra Fizyki Stosowanej WM PL
organizacyjna: