Fizyka 1

stacjonarne

I stopnia

obowiązkowy

W 40/x; C 30/+;; L 10/+ Razem: 80

Matematyka 1, 2/ 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.

sem. II/ elektronika i telekomunikacja / wszystkie specjalności

prof. dr hab. inż. Jarosław Rutkowski

aktywność / obciążenie studenta w godz.

1. Udział w wykładach / 40

2. Udział w laboratoriach / 10

3. Udział w ćwiczeniach / 30

4. Udział w seminariach / -

5. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 20

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów / 20

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń / 30

8. Samodzielne przygotowanie do seminarium / -

9. Realizacja projektu / -

10. Udział w konsultacjach / 10

11. Przygotowanie do egzaminu / 10

12. Przygotowanie do zaliczenia / -

13. Udział w egzaminie / 2

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 172 / 6 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli: 1+2+3+4+9+10+13.=92 / 3,5 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową: 60 / 2 ECTS

Celem przedmiotu jest nauczyć rozumienia zjawisk fizycznych, zapo-znać z podstawowymi pojęciami i prawami fizyki z zakresu mechaniki, teorii drgań, fal mechanicznych, pola elektrostatycznego i magnetycz-nego. Nauczyć stosowania matematyki do ilościowego opisu zjawisk fizycznych zapoznać z ważniejszymi przyrządami pomiarowymi i pod-stawowymi metodami pomiarów wielkości fizycznych. Wyrównać róż-nice programowe i umiejętności studentów uzyskane podczas kursu fizyki w szkołach ponadpodstawowych.

Wykłady /metody dydaktyczne: metoda słowna z wykorzystaniem pre-zentacji multimedialnych / moduły 2 godzinne /

1. Wprowadzenie do przedmiotu. Metodologia fizyki: przedmiot fizyki, układy jednostek, układy współrzędnych. Metodologia pomiarów fi-zycznych: pomiar, rodzaje błędów (niepewności pomiarowych), obli-czanie niepewności pomiarowych, prawo przenoszenia niepewności pomiarowych. Test kompetencyjny z fizyki na poziomie szkoły ponad-podstawowej.

2. Kinematyka punktu materialnego. Ruch prostoliniowy jednostajny i jednostajnie zmienny. Prędkość średnia, prędkość chwilowa, przy-spieszenie punktu materialnego.

3. Wektory i skalary w fizyce. Operacje na wektorach. Wyznaczanie siły wypadkowej. Ruch w dwóch wymiarach na przykładzie rzutu uko-śnego.

4. Ruch w trzech wymiarach, parametryczne równania toru, prędkość, przyśpieszenie - przyspieszenie styczne i normalne do toru ruchu.

5. Niezmienniczość Galileusza. Układy inercjalne i nieinercjalne. Przy-kłady ruchów krzywoliniowych.

6. Fizyka relatywistyczna. Szczególna teoria względności: postulaty teorii względności, transformacja Lorentza i jej konsekwencje.

7. Dynamika punktu materialnego. Zasady dynamiki Newtona. Tarcie. Pęd, popęd. Analiza ruchu ciał na równi pochyłej.

8. Praca wykonywana przez siły stałe i zmienne, moc, energia kine-tyczna. Dynamika ruchu punktu materialnego po okręgu.

9. Dynamika bryły sztywnej. Ruch bryły sztywnej, środek masy, ruch w układzie środka masy, ruch obrotowy, ruch precesyjny. Twierdzenie Steinera. Moment bezwładności. II Zasada dynamiki ruchu obrotowe-go.

10. Zasady zachowania w mechanice. Zasada zachowania: pędu, momentu pędu, energii. Rola zasad zachowania w mechanice.

11. Pola zachowawcze na przykładzie pola grawitacyjnego. Pola sił. Potencjał, energia potencjalna. Pole grawitacyjne. I i II prędkość ko-smiczna. Prawa Keplera.

12. Mechanika relatywistyczna: relatywistyczna energia kinetyczna, energia całkowita. Czasoprzestrzeń jako element ogólnej teorii względności.

13. Drgania. Drgania swobodne: pojęcie drgań, drgania harmoniczne, drgania swobodne, składanie drgań harmonicznych, dudnienia. Drga-nia o kilku stopniach swobody. Drgania normalne.

14. Harmoniczne drgania nieswobodne: drgania tłumione, drgania wymuszone, rezonans.

15. Ruch falowy. Fale biegnące. Równanie fali. Przenoszenie energii przez fale. Fale stojące. Paczka falowa. Prędkość grupowa a prędkość fazowa. Dyspersja. Fale akustyczne.

16. Pole elektryczne w próżni: prawo Coulomba, natężenie pola, źródła pola elektrycznego: ładunki, dipole, kwadrupole. Prawo Gaussa, po-tencjał elektryczny, pojemność elektryczna, energia pola elektryczne-go.

17. Pole elektryczne w ośrodku: dielektryki i oddziaływanie pola elek-trycznego z materią, wektory opisujące pole elektryczne w materii. Kondensatory. Prąd elektryczny – definicja.

18. Pola magnetyczne prądów stałych. Indukcja magnetyczna. Ruch ładunków w polu magnetycznym. Siła elektrodynamiczna. Strumień magnetyczny.

19. Prawo Ampere’a, prawo Biota-Savarta-Laplace'a. Magnetyzm w materii: paramagnetyzm, ferromagnetyzm, pętla histerezy.

20. Indukcja elektromagnetyczna. Prawo Faraday’a, reguła przekory. Indukcyjność oraz samoindukcja. Energia pola magnetycznego. Uo-gólnione prawo Ampera - prąd przesunięcia. Równania Maxwella.

Ćwiczenia /metody dydaktyczne: rozwiązywanie zadań i problemów pod nadzorem wykładowcy / 2 godziny /

1. Kinematyka punktu materialnego. Ruch prostoliniowy jednostajny i jednostajnie zmienny. Położenie, droga, prędkość, przyspieszenie. Wprowadzenie pojęcia pochodnej.

2. Ruch krzywoliniowy: rachunek wektorowy, prędkość, przyśpiesze-nie. Układy inercjalne i nieinercjalne. Rzut poziomy i ukośny.

3. Zasady dynamiki Newtona: Rodzaje sił. Tarcie. Przykłady z równią pochyłą. Równanie ruchu.

4. Ruch po okręgu. Prędkość kątowa. Przyspieszenie styczne i do-środkowe.

5. Dynamika bryły sztywnej. Ruch w układzie środka masy, ruch obro-towy. Twierdzenie Steinera. Moment bezwładności. II Zasada dynami-ki ruchu obrotowego.

6. Zasady zachowania w mechanice. Zasada zachowania: pędu, mo-mentu pędu, energii.

7. Pola zachowawcze na przykładzie pola grawitacyjnego. Potencjał, energia potencjalna. Prawa Keplera. / Drgania harmoniczne swobod-ne. Rozwiązywanie równania drgań.

8. Drgania tłumione, drgania wymuszone, rezonans. Składanie drgań harmonicznych, dudnienie.

9. Praca kontrolna nr 1.

10. Fale. Równanie fali. Fale stojące. Paczka falowa. Prędkość gru-powa i prędkość fazowa fali.

11. Pole elektryczne. Prawo Coulomba, natężenie pola elektrostatycz-nego.

12. Prawo Gaussa, potencjał elektryczny, pojemność elektryczna.

13. Pola magnetyczne prądów stałych. Pole magnetyczne. Indukcja magnetyczna. Siła elektrodynamiczna. Strumień magnetyczny. Prawo Ampere’a, prawo Biota-Savarta-Laplace'a.

14. Indukcja elektromagnetyczna. Prawo Faraday’a, reguła przekory. Indukcyjność. Energia pola magnetycznego.

15. Praca kontrolna nr 2.

Laboratoria /metody dydaktyczne: pomiar wybranych zjawisk fizycz-nych. Zajęcia obejmują znajomość budowy stanowiska pomiarowego, wykonanie pomiarów oraz opracowanie wyników i wyciągnięcie wnio-sków / 2 godziny/.

1. ĆWICZENIE 1, Rozkład Gaussa.

2. ĆWICZENIE 8, Wyznaczenie współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa.

3. ĆWICZENIE 46, Wyznaczanie przyspieszenia grawitacyjnego za pomocą wahadła matematycznego.

4. ĆWICZENIE 47, Wyznaczenie stałej sprężystości sprężyny.

5. ĆWICZENIE 48, Badanie praw Kirchhoffa.

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

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, wielko-ści fizycznych, oddziaływań fundamentalnych /K_W02.

W2 / ma wiedzę w zakresie fizyki klasycznej oraz podstaw fizyki rela-tywistycznej /K_W03, K_W04.

W3 / ma wiedzę na temat zasad przeprowadzania i opracowania wyni-ków pomiarów fizycznych, rodzajów niepewności pomiarowych i spo-sobów ich wyznaczania /K_W13.

U1 / potrafi wykorzystać poznane zasady i metody fizyki oraz odpo-wiednie narzędzia matematyczne do opisu właściwości fizycznych oraz związanych z nimi efektów przyczynowo-skutkowych pod wpły-wem oddziaływań zewnętrznych/ K_U01; K_U03

U2 / potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych i innych źródeł, potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich inter-pretacji oraz prawidłowo wyciągać wnioski / K_U01.

U3 / umie planować i przeprowadzać pomiary wybranych wielkości fizycznych i je opracować, a także zinterpretować wyniki w kontekście posiadanej wiedzy z fizyki / K_U01; K_U03; K_U12.

K1 / potrafi myśleć i działać w twórczy sposób / K_K01; K_K05.

K2 / potrafi pracować i współdziałać w grupie / K_K04.

Zaliczenie ćwiczeń (na ocenę) – warunkiem zaliczenia ćwiczeń jest zaliczenie na ocenę pozytywną dwóch pisemnych kolokwiów.

Ocena zaliczająca ćwiczenia jest średnią oceną z zaliczenia kolokwiów z uwzględnieniem aktywności na zajęciach (ocen uzyskanych w trakcie semestru z odpowiedzi ustnych).

Przedmiot zaliczany jest na podstawie egzaminu.

Ćwiczenia rachunkowe – zaliczenie ćwiczenie ćwiczeń rachunkowych odbywa się na podstawie ocen z 2 kolokwiów przeprowadzonych na ćwi-czeniach oraz aktywności studentów na zajęciach.

Ćwiczenia laboratoryjne – zaliczenie ćwiczenia laboratoryjnego wymaga uzyskania pozytywnej ocen ze sprawdzianu przed rozpoczęciem ćwiczenia, wykonania ćwiczenia i oddania pisemnego sprawozdania z ćwiczenia.

Egzamin przedmiotu jest prowadzany w formie pisemno-ustnej z wybra-nych zagadnień z wykładanego materiału. W ocenie końcowej uwzględniana będzie aktywność w testach sprawdzających.

Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest uzyskanie pozytywnych ocen z ćwiczeń rachunkowych i laboratoryjnych oraz egzaminu.

Osiągnięcie efektów W1, W2, U1, U2 weryfikowane jest podczas egzami-nu, natomiast efekty W1, W2, W3, U3, K1 i K2 sprawdzane są w trakcie realizacji ćwiczeń laboratoryjnych.

Wszystkie sprawdziany i referaty są oceniane wg następujących zasad:

ocena 2 – poniżej 50% poprawnych odpowiedzi;

ocena 3 – 50 ÷ 60% poprawnych odpowiedzi;

ocena 3,5 – 61 ÷ 70% poprawnych odpowiedzi;

ocena 4 – 71 ÷ 80% poprawnych odpowiedzi;

ocena 4,5 – 81 ÷ 90% poprawnych odpowiedzi;

ocena 5 – powyżej 91% poprawnych odpowiedzi.

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który posiadł wiedzę, umiejętno-ści i kompetencje przewidziane efektami kształcenia, a ponadto wykazuje zainteresowanie przedmiotem, w sposób twórczy podchodzi do powierzo-nych zadań i wykazuje się samodzielnością w zdobywaniu wiedzy, jest wy-trwały w pokonywaniu trudności oraz systematyczny w pracy.

Ocenę dobrą otrzymuje student, który posiadł wiedzę i umiejętności prze-widziane programem nauczania w stopniu dobrym. Potrafi rozwiązywać zadania i problemy o średnim stopniu trudności.

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który posiadł wiedzę i umiejętności przewidziane programem nauczania w stopniu dostatecznym. Samodzielnie rozwiązuje zadania i problemy o niskim stopniu trudności. W jego wiedzy i umiejętnościach zauważalne są luki, które potrafi jednak uzupełnić pod kierunkiem nauczyciela.

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który nie posiadł wiedzy, umie-jętności i kompetencji w zakresie koniecznych wymagań.

Na końcową ocenę składają się: ocena uzyskana na egzaminie, oceny z ćwiczeń laboratoryjnych oraz zaangażowanie i sposób podejścia studenta do nauki.