Fizyka 2

stacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 20/x ; C 10/+ ; L 10/+ ; Razem: 40 godz., 4 punkty ECTS

Matematyka 1, 2, 3/ wymagania wstępne: znajomość podstaw rachunku wektorowego i różniczkowego.

Podstawy metrologii / wymagania wstępne: znajomość istoty podstawowych metod pomiarowych oraz zasad użytkowania przyrządów analogowych i cyfrowych oraz wykonywania pomiarów bezpośrednich i pośrednich podstawowych wielkości elektrycznych.

Fizyka 1 / wymagania wstępne: znajomość podstawowych pojęć i praw fizycznych z zakresu z zakresu mechaniki, teorii drgań, pola elektrostatycznego, magnetycznego, fal mechanicznych i elektromagnetycznych.

Semestr trzeci / Kierunek studiów: wszystkie kierunki

- profil ogólnoakademicki

prof. dr hab. inż. Stanisław Kłosowicz

1. Udział w wykładach / 20

2. Udział w laboratoriach / 10

3. Udział w ćwiczeniach / 10

4. Udział w seminariach / -

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 20

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 20

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 10

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / -

9. Realizacja projektu / -

10. Udział w konsultacjach / 8

11. Przygotowanie do egzaminu / 10

12. Przygotowanie do zaliczenia / -

13. Udział w egzaminie / 2

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 110 godz. / 4 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+9+10+13): 50 godz. / 2 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową: 40 godz. / 1 ECTS

Celem przedmiotu jest nauczyć rozumienia zjawisk fizycznych, zapoznać z podstawowymi pojęciami i prawami fizyki z zakresu optyki, mechaniki kwantowej, fizyki ciała stałego i fizyki jądrowej. Nauczyć stosowania matematyki do ilościowego opisu zjawisk fizycznych zapoznać z ważniejszymi przyrządami pomiarowymi i podstawowymi metodami pomiarów wielkości fizycznych.

Wykłady /metody dydaktyczne: metoda słowna z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych

1. Optyka / 4 godziny / Optyka falowa: zasada Huygensa, dyfrakcja, interferencja, polaryzacja światła – stan i stopień polaryzacji, spójność fal. Ośrodki anizotropowe – elementy dwójłomne. Idea holografii. Optyka geometryczna: optyka geometryczna jako graniczny przypadek optyki falowej, zasada najmniejszego działania. Elementy optyczne: soczewki, zwierciadła, pryzmat, mikroskop, luneta.

2. Dualizm korpuskularno-falowy / 4 godziny / Korpuskularna natura fal elektromagnetycznych: promieniowanie termiczne (ciała doskonale czarnego), hipoteza Plancka, pojęcie kwantu, fotoefekt, efekt Comptona. Falowa natura materii i budowa atomu: doświadczenia Younga, dualizm korpuskularno-falowy i postulat de Broglie’a - fale materii. Model Bohra atomu wodoru, poziomy energetyczne i spektroskopia atomowa.

3. Fizyka kwantowa / 6 godzin / Wprowadzenie do mechaniki kwantowej: równanie Schrödingera, funkcja falowa i jej interpretacja, zasada nieoznaczoności Heisenberga. Cząstka w polu: cząstka w studni potencjału, bariera potencjału, efekt tunelowy. Wprowadzenie do teorii atomu: liczby kwantowe, spin i moment magnetyczny elektronu, magnetyzm elektronowy i magnetyzm atomowy, orbitalny moment pędu, zakaz Pauliego, układ okresowy pierwiastków.

4. Podstawy fizyki ciała stałego / 4 godziny / Pasmowa teoria przewodnictwa: pojęcie pasma energetycznego, model Kröniga-Penney’a, pasma przewodnictwa i pasma wzbronione. Podział ciał stałych: izolatory, półprzewodniki i przewodniki, koncentracja i ruchliwość nośników, przewodnictwo typu „n” i „p”, poziom Fermiego. Kwantowe generatory promieniowania: absorpcja, emisja spontaniczna i wymuszona. Budowa i działanie laserów. Właściwości promieniowania koherentnego.

5. Podstawy fizyki jądrowej / 2 godziny / Siły jądrowe, modele budowy jądra atomowego, promieniotwórczość, przemiany i reakcje jądrowe.

Ćwiczenia /metody dydaktyczne: rozwiązywanie zadań i problemów pod nadzorem wykładowcy

1. Optyka / 2 godziny / Zasada Huygensa, dyfrakcja, interferencja, polaryzacja światła. Optyka geometryczna - zasada najmniejszego działania. Elementy optyczne: soczewki, zwierciadła, pryzmat.

2. Dualizm korpuskularno-falowy / 2 godziny / Promieniowanie termiczne (ciała doskonale czarnego), hipoteza Plancka, fotoefekt, efekt Comptona. Doświadczenia Younga, postulat de Broglie’a - fale materii.

3. Fizyka kwantowa / 2 godziny / Równanie Schrödingera, funkcja falowa i jej interpretacja, zasada nieoznaczoności Heisenberga. Cząstka w studni potencjału, bariera potencjału, efekt tunelowy.

4. Wprowadzenie do teorii atomu / 2 godziny / liczby kwantowe, zakaz Pauliego, układ okresowy pierwiastków.

5. Podstawy fizyki ciała stałego / 2 godziny / Model Kröniga-Penney’a, pasma przewodnictwa i pasma wzbronione. Podział ciał stałych: izolatory, półprzewodniki i przewodniki, wyznaczanie koncentracji nośników w półprzewodnikach, położenie poziomu Fermiego. Praca kontrolna.

Laboratoria /metody dydaktyczne: pomiar wybranych zjawisk fizycznych. Zajęcia obejmują znajomość budowy stanowiska pomiarowego, wykonanie pomiarów oraz opracowanie wyników i wyciągnięcie wniosków.

1. ĆWICZENIE 31, Wyznaczanie stałej Rydberga i stałej Plancka z widma liniowego wodoru lub ĆWICZENIE 32, Badanie promieniowania ciała doskonale czarnego

2. ĆWICZENIE 38, Pomiar składowej poziomej ziemskiego pola magnetycznego, lub ĆWICZENIE 25, Badanie zjawiska Halla.

3. ĆWICZENIE 26, Pomiar współczynnika indukcji wzajemnej, lub ĆWICZENIE 22, Pomiar pętli histerezy magnetycznej.

4. ĆWICZENIE 29, Wyznaczanie ogniskowej soczewek cienkich za pomocą ławy optycznej, lub ĆWICZENIE 43, Wyznaczanie aberracji sferycznej soczewek i ich układów.

5. ĆWICZENIE 18, Wyznaczanie przerwy energetycznej germanu, lub ĆWICZENIE 19, Badanie charakterystyki diody półprzewodnikowej.

podstawowa:

1. Fizyka dla szkół wyższych – podręcznik internetowy: https://openstax.org, Wydawca - fundacja OpenStax działającą przy Rice University w USA

2. M. Demianiuk: Wykłady z fizyki dla inżynierów cz. I, II, i III, Wyd. WAT 2001

3. M. Demianiuk: Wybrane przykłady zadań do wykładów z fizyki dla inżynierów, Wyd. WAT 2002

4. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Podstawy fizyki. Cz. I-V, PWN, Warszawa, 2003

5. T. Kostrzyński, J. Rutkowska, K. Zubko: Ćwiczenia laboratoryjne w fizyki, Wyd. WAT 2008

uzupełniająca:

1. A. Rogalski: Podstawy fizyki dla elektroników, Wyd. WAT 2002

2. Z. Raszewski i inni: Fizyka ogólna. Przykłady i zadania z fizyki, cz. I., Rozwiązania i odpowiedzi do zadań z fizyki, cz.II. Wyd. WAT 1994

3. P. Hewitt, Fizyka wokół nas, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010

4. J. Walker, Podstawy fizyki, zbiór zadań, Wydawnictwo Nauko-we PWN, Warszawa 2005

Symbol i nr efektu modułu / efekt kształcenia / odniesienie do efektu kierunkowego

W1 / ma podstawową wiedzę na temat ogólnych zasad fizyki, wielkości fizycznych, oddziaływań fundamentalnych / K_W02

W2 / ma wiedzę w zakresie optyki, podstaw fizyki kwantowej, podstaw fizyki ciała stałego i fizyki jądrowej / K_W02

W3 / ma wiedzę na temat zasad przeprowadzania i opracowania wyników pomiarów fizycznych, rodzajów niepewności pomiarowych i sposobów ich wyznaczania / K_W15

U1 / potrafi wykorzystać poznane zasady i metody fizyki oraz odpowiednie narzędzia matematyczne do opisu właściwości fizycznych oraz związanych z nimi efektów przyczynowo-skutkowych pod wpływem oddziaływań zewnętrznych/ K_U01

U2 / potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł, potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji oraz prawidłowo wyciągać wnioski / K_U02

U3 / potrafi planować i organizować pracę indywidualna i w zespole / K_U03

U4 / umie przeprowadzić pomiary wybranych wielkości fizycznych i je opracować, a także zinterpretować w kontekście posiadanej wiedzy z fizyki / K_U21

K1 / potrafi myśleć i działać w twórczy sposób / K_K01

nie dotyczy