Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Podstawy fizyki 2
Koordynator przedmiotu:
Prof. dr hab. Marek Wasiucionek, prof. nzw, email: marek.wasiucionek@pw.edu.pl
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Fotonika
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
1050-FO000-ISP-2PF2
Semestr nominalny:
2 / rok ak. 2020/2021
Liczba punktów ECTS:
7
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
1. godziny kontaktowe – 113 h; w tym a) obecność na wykładach – 45 h b) obecność na ćwiczeniach – 60 h c) obecność na egzaminie – 3 h d) uczestniczenie w konsultacjach – 5 h 2. praca własna studenta – 50 h; w tym a) przygotowanie do ćwiczeń i do kolokwiów – 20 h b) zapoznanie się z literaturą – 15 h c) przygotowanie do egzaminu – 15 h Razem w semestrze 163 h, co odpowiada 7 pkt. ECTS
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
1. obecność na wykładach – 45 h 2. obecność na ćwiczeniach – 60 h 3. obecność na laboratoriach – 0 h 4. obecność na egzaminie – 3 h 5. uczestniczenie w konsultacjach – 5 h Razem w semestrze 113 h, co odpowiada 5 pkt. ECTS
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład45h
  • Ćwiczenia60h
  • Laboratorium0h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Podstawy Fizyki 1, Analiza Matematyczna 1
Limit liczby studentów:
brak
Cel przedmiotu:
Zapoznanie studentów z podstawowymi pojęciami, koncepcjami i aparatem matematycznym takich dziedzin fizyki jak: elektrodynamika, fale i zjawiska falowe, optyka falowa, wprowadzenie do fizyki współczesnej – elementy mechaniki kwantowej Inspirowanie studentów do czynnego udziału w dyskusji naukowej, do formułowania pytań w przypadku niejasności, do stawiania własnych hipotez dotyczących np. rozwiązywanych zadań, do pracy w małych zespołach.
Treści kształcenia:
Wykład i ćwiczenia rachunkowe Podstawy elektrodynamiki klasycznej, w tym: Elektrostatyka Podstawowe pojęcia i wielkości fizyczne elektrostatyki. Prawo Coulomba. Zasada superpozycji. Prawo Gaussa. Potencjał elektryczny. Energia układu ładunków. Pojemność elektryczna. Kondensatory. Energia pola elektrycznego. Dipole elektryczne. Pole elektryczne w ośrodkach materialnych. Polaryzacja dielektryczna. Ferroelektryczność i piezoelektryczność – podstawy fizyczne i zastosowania. Zjawiska transportu ładunku elektrycznego Prąd elektryczny. Prawo Ohma (w postaci makroskopowej i mikroskopowej). Przepływ prądu w obwodach elektrycznych – prawa Kirchhoffa. Przepływ prądu w elektrolitach. Model Drude’go-Lorentza przewodnictwa elektrycznego metali. Magnetostatyka Podstawowe pojęcia i wielkości fizyczne magnetostatyki. Prawo Biota-Savarta. Zasada superpozycji dla pola magnetycznego. Prawo Gaussa dla pola magnetycznego. Dipol magnetyczny – pole dipola i zachowanie się dipola w zewnętrznym polu magnetycznym. Siła Lorentza i siła elektrodynamiczna - podstawy i zastosowania. Zjawisko Halla. Właściwości magnetyczne materii. Indukcja elektromagnetyczna, równania Maxwella Prawo Faradaya, Zasada Lenza. Indukcja wzajemna i samoindukcja. Obwody RC, LC, RLC. Prawo Ampera-Maxwella. Równania Maxwella w postaci całkowej i różniczkowej. Fale i zjawiska falowe Klasyfikacja fal, równanie falowe, wyprowadzenie i rozwiązanie równań falowych; równanie fali elektromagnetycznej, superpozycja fal. Elementy optyki falowej. Interferencja i dyfrakcja fal; polaryzacja fal elektromagnetycznych, energia fali elektromagnetycznej. Podstawy rozchodzenia się fal elektromagnetycznych w ośrodkach materialnych. Elementy fizyki kwantowej promieniowanie ciała doskonale czarnego, zjawisko fotoelektryczne, zjawisko Comptona, dualizm korpuskularno falowy, zasada Heisenberga, równanie Schrödingera – sformułowanie i przykłady zastosowań.
Metody oceny:
Punktacja łączna (max 100 pkt) jest sumą punktów z ćwiczeń (max 50 pkt) i egzaminu pisemnego (max 50 pkt). Do zaliczenia przedmiotu muszą być spełnione łącznie dwa warunki: zaliczone ćwiczenia (min 25 pkt) oraz zaliczona część teoretyczna (min. 25 pkt), na którą składa się egzamin końcowy (pisemny, max 42 pkt) i 8 sprawdzianów wykładowych (max 8 pkt). Ocena łączna zależy od sumy punktów wg relacji: <50 pkt – 2; 50-60 – 3; 61-70 – 3,5; 71-80 – 4; 81-90 – 4,5, 91-100 – 5.
Egzamin:
tak
Literatura:
1. W. Bogusz, J. Garbarczyk, F. Krok, „Podstawy Fizyki”, (5. Wyd.) OW PW 2016, (podstawowy podręcznik) 2. wersje PDF materiałów wykładowych 3. J. Garbarczyk, M. Wasiucionek, T.K. Pietrzak, „Zadania i przykłady z fizyki”, OW PW, 2017 (podstawowy zbiór zadań) 4. J.R. Griffiths, “Elektrodynamika klasyczna”, PWN, Warszawa 2006 5. W. Greiner, „Classical electrodynamics”, Springer (dostępny elektronicznie przez konto w BG PW – e- baza Springer)
Witryna www przedmiotu:
www.if.pw.edu.pl/~mwas (zakładka PF2)
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Efekt PF2_W01
Ma wiedzę w zakresie podstawowych pojęć, obiektów i wielkości fizycznych elektrostatyki. Zna podstawowe prawa elektrostatyki - prawo Coulomba i prawo Gaussa dla pola elektrycznego. Zna pojęcie potencjału elektrycznego i energii pola. Ma wiedzę na temat dipoli elektrycznych. Zna podstawowe definicje i związki dotyczące pola elektrycznego w ośrodkach materialnych. Zna przykłady technicznych zastosowań dielektryków, ferro-, piezo- i piroelektryków oraz elektretów. Zna podstawowe pojęcia dotyczące przepływu prądu elektrycznego, w tym prawo Ohma i prawa Kirchhoffa. Zna podstawy teorii przewodnictwa elektrycznego metali.
Weryfikacja: krótkie sprawdziany wykładowe, egzamin końcowy
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_W02, FOT_W04
Powiązane efekty obszarowe: X1A_W01, T1A_W02, X1A_W01, X1A_W07, T1A_W02
Efekt PF2_W02
Zna podstawowe pojęcia i wielkości fizyczne używane w magnetostatyce. Ma podstawową wiedzę na temat prawa Biota-Savarta, prawa Gaussa dla pola magnetycznego i prawa Ampera. Ma podstawową wiedzę na temat dipoli magnetycznych. Zna pojęcia siły Lorentza i siły elektrodynamicznej, ich przykłady i zastosowania. Ma podstawową wiedzę na temat właściwości magnetycznych materii.
Weryfikacja: krótkie sprawdziany wykładowe, egzamin końcowy
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_W02
Powiązane efekty obszarowe: X1A_W01, T1A_W02
Efekt PF2_W03
Zna doświadczalne podstawy zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Ma wiedzę na temat prawa Faradaya oraz zasady Lenza. Ma ugruntowaną wiedzę na temat równań Maxwella i ich sensu fizycznego.
Weryfikacja: krótkie sprawdziany wykładowe, egzamin końcowy
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_W02, FOT_W04
Powiązane efekty obszarowe: X1A_W01, T1A_W02, X1A_W01, X1A_W07, T1A_W02
Efekt PF2_W04
Ma podstawową wiedzę na temat fal i zjawisk falowych, optyki oraz podstaw fizyki współczesnej: wczesnej fizyki kwantowej.
Weryfikacja: krótkie sprawdziany wykładowe, egzamin końcowy
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_W02
Powiązane efekty obszarowe: X1A_W01, T1A_W02

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Efekt PF2_U01
Potrafi zastosować prawa elektrostatyki do rozwiązywania standardowych problemów fizycznych. Umie zastosować prawa Ohma i praw Kirchhoffa. Umie wykorzystać prawa magnetostatyki do obliczenia indukcji pola magnetycznej prostych układów prądów.
Weryfikacja: kartkówki i prace domowe na ćwiczeniach, kolokwia, egzamin końcowy
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_U02, FOT_U03, FOT_U20
Powiązane efekty obszarowe: X1A_U01, X1A_U02, T1A_U01, T1A_U02, T1A_U09, InzA_U01, InzA_U06, X1A_U01, T1A_U01, T1A_U02, T1A_U07, InzA_U01, X1A_U03, T1A_U02, T1A_U14, InzA_U03
Efekt PF2_U02
Potrafi wyjaśnić przyczyny zjawiska indukcji elektromagnetycznej. Umie zapisać i rozwiązać równanie Faradaya oraz wykorzystać regułę Lenza do obliczenia natężenia prądu w wybranych sytuacjach. Umie zapisać równania Maxwella w postaci całkowej i różniczkowej. W wybranych przypadkach umie te równania rozwiązać.
Weryfikacja: kartkówki i prace domowe na ćwiczeniach, kolokwia, egzamin końcowy
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_U01, FOT_U02, FOT_U03, FOT_U12
Powiązane efekty obszarowe: X1A_U01, X1A_U05, T1A_U01, X1A_U01, X1A_U02, T1A_U01, T1A_U02, T1A_U09, InzA_U01, InzA_U06, X1A_U01, T1A_U01, T1A_U02, T1A_U07, InzA_U01, X1A_U03, T1A_U13, T1A_U16, InzA_U01
Efekt PF2_U03
Umie zapisać równania falowe w wybranych 1-, 2- i 3-wymiarowych przypadkach. Umie posługiwać się wzorami na obraz interferencyjny i dyfrakcyjny przy rozwiązywaniu standardowych zadań. Umie opisać, uzasadnić zjawiska polaryzacji fali elektromagnetycznej w wybranych przypadkach
Weryfikacja: kartkówki i prace domowe na ćwiczeniach, kolokwia, egzamin końcowy
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_U01, FOT_U02, FOT_U03, FOT_U20
Powiązane efekty obszarowe: X1A_U01, X1A_U05, T1A_U01, X1A_U01, X1A_U02, T1A_U01, T1A_U02, T1A_U09, InzA_U01, InzA_U06, X1A_U01, T1A_U01, T1A_U02, T1A_U07, InzA_U01, X1A_U03, T1A_U02, T1A_U14, InzA_U03
Efekt PF2_U04
Umie zinterpretować wzór Plancka oraz wyprowadzić prawa Stefana-Boltzmanna i prawo przesunięć Wiena. Potrafi rozwiązać zagadnienia związane ze zjawiskami: Comptona i fotoelektrycznym. Umie obliczyć promienie orbity i energię elektronu w atomie wodoru. Umie wykorzystać zasadę nieoznaczoności Heisenberga do rozwiązania wybranych problemów. Umie zapisać równanie Schrödingera w prostych sytuacjach: cząstka swobodna, nieskończona studnia potencjału, kwantowy oscylator harmoniczny
Weryfikacja: kartkówki i prace domowe na ćwiczeniach, kolokwia, egzamin końcowy
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_U09, FOT_U14
Powiązane efekty obszarowe: X1A_U03, T1A_U08, T1A_U09, InzA_U07, InzA_U08, X1A_U04, T1A_U07, T1A_U09

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Efekt PF2_K01
Rozumie potrzebę i posiada umiejętność samodzielnego wyszukiwania informacji naukowych z fizyki z dostępnych wiarygodnych źródeł w formie papierowej i elektronicznej.
Weryfikacja: prace domowe
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_K01, FOT_K04, FOT_K07
Powiązane efekty obszarowe: X1A_K01, T1A_K01, X1A_K02, T1A_K03, T1A_K04, X2A_K03, T1A_K04, InzA_K02
Efekt PF2_K02
Umie rozwiązywać problemy fizyczne samodzielnie oraz w małych zespołach. Posiada potrzebę i umiejętność uczestniczenia w dyskusji naukowej. Ma podstawową zdolność formułowania wybranych problemów fizycznych i własnych propozycji ich rozwiązania. Ma podstawową umiejętność prezentacji wyników swojej pracy.
Weryfikacja: prace domowe
Powiązane efekty kierunkowe: FOT_K01, FOT_K02, FOT_K04, FOT_K07
Powiązane efekty obszarowe: X1A_K01, T1A_K01, X1A_K06, T1A_K02, X1A_K02, T1A_K03, T1A_K04, X2A_K03, T1A_K04, InzA_K02