Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu - Centralny punkt logowania
Strona główna

Fizyka ogólna 3 - fizyka falowa i optyka

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 0800-FOG3
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (0533) Fizyka Kod ISCED - Międzynarodowa Standardowa Klasyfikacja Kształcenia (International Standard Classification of Education) została opracowana przez UNESCO.
Nazwa przedmiotu: Fizyka ogólna 3 - fizyka falowa i optyka
Jednostka: Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej
Grupy:
Punkty ECTS i inne: 6.00 Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.

zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski
Wymagania wstępne:

- zaliczenie kursów "Fizyka ogólna 1" i "Fizyka ogólna 2"

- znajomość podstaw rachunku różniczkowego i całkowego oraz liczb zespolonych

Rodzaj przedmiotu:

przedmiot obowiązkowy

Całkowity nakład pracy studenta:

- godziny realizowane z udziałem nauczycieli: 40 h

- czas poświęcony na pracę indywidualną potrzebny do pomyślnego zaliczenia przedmiotu: 80 h

- czasy wymagany do przygotowania się i uczestnictwa w procesie oceniania: 45 h

- czas wymagany do odbycia obowiązkowych praktyk: 0 h

Efekty uczenia się - wiedza:

W1: posiada wiedzę o podstawowych koncepcjach, zasadach i teoriach oraz ich historycznym rozwoju w zakresie fizyki falowej i optyki (astronomia: K_W01, fizyka: K_W01, fizyka techniczna: K_W01)

W2: zna podstawowe prawa fizyki drgań i fal, optyki geometrycznej i falowej oraz fotometrii (astronomia: K_W05, fizyka: K_W05, fizyka techniczna: K_W02)


Efekty uczenia się - umiejętności:

U1: potrafi w sposób zrozumiały, używając formalizmu matematycznego, przedstawiać podstawowe prawa fizyki falowej i optyki (astronomia: K_U01, fizyka: K_U01, fizyka techniczna: K_U01)

U2: potrafi posługiwać się aparatem matematycznym w opisie procesów fizycznych z zakresu fizyki falowej i optyki (astronomia: K_U02, fizyka: K_U04)

U3: rozumie potrzebę dalszego kształcenia (astronomia: K_U11, fizyka: K_U09, fizyka techniczna: K_U12)

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne:

K1: zna ograniczenia własnej wiedzy (astronomia: K_K01, fizyka: K_K01, fizyka techniczna: K_K01)

Metody dydaktyczne eksponujące:

- pokaz

Metody dydaktyczne podające:

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

Metody dydaktyczne poszukujące:

- ćwiczeniowa
- obserwacji

Skrócony opis:

Zajęcia stanowią trzecią z czterech części cyklu "Fizyka ogólna" i poświęcony są wybranym zagadnieniom fizyki drgań i fal oraz optyki geometrycznej i falowej. Rozpoczynają się od opisu ruchu harmonicznego z uwzględnieniem drgań mechanicznych (w tym tłumionych i wymuszonych) i elektrycznych. Kolejnym zagadnieniem są fale, kolejno: mechaniczne (wraz z dyfrakcją i interferencją), akustyczne i elektromagnetyczne. Omówienie tych ostatnich, rozbudowane o elementy fizyki relatywistycznej, pozwala przejść do głównego obiektu zainteresowania zajęć. Jest nim światło, przedstawione zarówno za pomocą narzędzi optyki geometrycznej (podstawowe prawa, elementy i układy optyczne), jak i od strony optyki falowej (dyfrakcja, interferencja, polaryzacja).

Pełny opis:

W trakcie zajęć zostaną zaprezentowane następujące zagadnienia:

1) Ruch harmoniczny (drgania mechaniczne; siła harmoniczna; równanie jednowymiarowego oscylatora harmonicznego i jego rozwiązanie; energia w ruchu harmonicznym; wahadło matematyczne, fizyczne i torsyjne; składanie drgań, figury Lissajous)

2) Drgania mechaniczne tłumione i wymuszone (równania ruchu w obecności tłumienia i wymuszenia oraz ich rozwiązania; logarytmiczny dekrement tłumienia; rezonans mechaniczny i jego przykłady: wzrost amplitudy drgań wymuszonych, wahadła sprzężone, katastrofy)

3) Drgania elektromagnetyczne (obwody RL, RC, LC i RLC; wzór Thomsona; rezonans w obwodzie szeregowym RLC; cyklotron)

4) Fale mechaniczne I (powstawanie i rozchodzenie się fal; podział fal mechanicznych; podstawowe wielkości: amplituda i faza, długość i liczba falowa, okres i częstotliwość, prędkość; propagacja energii; równanie falowe)

5) Fale mechaniczne II (dyfrakcja fal; zasada Huygensa-Fresnela; prawo odbicia; zmiana fazy przy odbiciu; prawo załamania; zasada superpozycji; interferencja fal: fala stojąca, węzły i strzałki, dudnienia)

6) Fale akustyczne (propagacja fal dźwiękowych; dźwięk w muzyce europejskiej; cechy dźwięku: natężenie, głośność, barwa; prędkość dźwięku; rezonans akustyczny; zjawisko Dopplera; ultradźwięki i infradźwięki)

7) Fale elektromagnetyczne (właściwości i źródła; równania i prawa Maxwella; równanie falowe: wyprowadzenie, rozwiązanie; elektromagnetyczna fala płaska; wektor falowy a wektor Poyntinga; widmo fal elektromagnetycznych)

8) Elementy fizyki relatywistycznej (transformacje Galileusza; osobliwa cecha prędkości światła i historyczne próby wyznaczenia jej wartości; względność jednoczesności; transformacje Lorentza; kontrakcja długości; dylatacja czasu; pęd i energia w fizyce relatywistycznej)

9) Podstawowe prawa optyki geometrycznej (promień świetlny; zasada Fermata; prawo odbicia i załamania światła; współczynnik załamania; całkowite odbicie wewnętrzne; miraże; złudzenia optyczne)

10) Elementy optyczne I (rodzaje obrazów; zwierciadło płaskie, wklęsłe i wypukłe; równanie zwierciadła; konstrukcja obrazów; powiększenie; aberracje)

11) Elementy optyczne II (pryzmat, kąt najmniejszego odchylenia; powierzchnia sferyczna: tworzenie obrazów, równanie; soczewka: rodzaje, równanie szlifierzy soczewek, równanie Gaussa, konstrukcja obrazów, moc optyczna, korekcja wad wzroku, soczewka cienka a gruba)

12) Przyrządy optyczne (odległość dobrego widzenia; przyrządy: lupa, lornetka, mikroskop optyczny, teleskop soczewkowy i zwierciadłowy)

13) Fotometria energetyczna i dyspersja chromatyczna (światłość i strumień świetlny; natężenie oświetlenia; fotometr Bunsena; rozszczepienie światła białego; opis ilościowy dyspersji; spektrometr pryzmatyczny; zjawiska meteorologiczne)

14) Dyfrakcja i interferencja światła (rozwój poglądów na naturę światła; doświadczenie Younga; spójność światła; interferencja w cienkich warstwach; interferometr Michelsona; dyfrakcja światła na jednej i dwóch szczelinach oraz na otworze kołowym; siatka dyfrakcyjna)

15) Polaryzacja światła (światło niespolaryzowane a spolaryzowane; prawo Malusa; polaryzacja przy odbiciu, kąt Brewstera; polaryzacja przy załamaniu, dwójłomność; skręcenie płaszczyzny polaryzacji)

Literatura:

Literatura podstawowa:

1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, "Podstawy fizyki", t. 2-4, PWN, Warszawa 2007 (lub nowsze wydanie)

2. R. Feynman, R.B. Leighton, M. Sands, "Optyka, termodynamika, fale" ("Feynmana wykłady z fizyki", t. 1.2), PWN, Warszawa 2011

Literatura uzupełniająca:

1. S. Szczeniowski, "Optyka" ("Fizyka doświadczalna", cz. 4), PWN, Warszawa 1983

2. F.C. Crawford, "Fale", PWN, Warszawa 1975

3. W. Gorzkowski, A. Szymacha, "Pola i ruch", WSiP, Warszawa 1986

4. S.R. Brzostkiewicz, "W kręgu astronomii", Nasza Księgarnia, Warszawa 1988

5. "Fizyka dla szkół wyższych", praca zbiorowa, OpenStax, tłumaczenie polskie Katalyst Education,

http://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szkół-wyższych-tom-1, http://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szkół-wyższych-tom-2, http://openstax.org/details/books/fizyka-dla-szkół-wyższych-tom-3

6. E. Hecht, "Optics", Addison Wesley, San Francisco 2002

7. B. Crowell, "Optics", http://lightandmatter.com

Metody i kryteria oceniania:

Metody oceniania - weryfikacja efektów:

- egzamin pisemny - W1, W2, U1, U2

- egzamin ustny - W1, W2, U1, U2, U3, K1

- kolokwia - W2, U2

Kryteria oceniania - wykład:

Wykład kończy się egzaminem. Warunkiem koniecznym do przystąpienia do egzaminu jest wcześniejsze zaliczenie ćwiczeń. Egzamin ma formę pisemną i zawiera zarówno pytania otwarte, jak i zamknięte. Ocena z części pisemnej zależy od liczby zdobytych punktów następująco:

> 25 pkt bdb (5.0)

24-25 pkt db+ (4.5)

21-23 pkt db (4.0)

19-20 pkt dst+ (3.5)

15-18 pkt dst (3.0)

< 15 pkt ndst (2.0)

Studenci, którzy otrzymają ocenę pozytywną z części pisemnej, względnie zabrakło im do oceny dostatecznej nie więcej niż 10% maksymalnej liczby punktów (zdobyli 12-14 pkt), mają prawo przystąpić do (nieobowiązkowej) części ustnej. Pomyślny przebieg egzaminu ustnego będzie oznaczał poprawę oceny z części pisemnej o co najwyżej cały stopień.

Praktyki zawodowe:

nie dotyczy

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2021/22" (zakończony)

Okres: 2022-02-21 - 2022-09-30
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 40 godzin więcej informacji
Wykład, 40 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Winicjusz Drozdowski
Prowadzący grup: Katarzyna Bielska, Winicjusz Drozdowski, Dorota Kowalska
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2022/23" (zakończony)

Okres: 2023-02-20 - 2023-09-30
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 40 godzin więcej informacji
Wykład, 40 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Winicjusz Drozdowski
Prowadzący grup: Katarzyna Bielska, Winicjusz Drozdowski, Dorota Kowalska
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2023/24" (w trakcie)

Okres: 2024-02-20 - 2024-09-30
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 40 godzin więcej informacji
Wykład, 40 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Winicjusz Drozdowski
Prowadzący grup: Katarzyna Bielska, Winicjusz Drozdowski, Dorota Kowalska
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2024/25" (jeszcze nie rozpoczęty)

Okres: 2025-02-24 - 2025-09-30
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Ćwiczenia, 40 godzin więcej informacji
Wykład, 40 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Winicjusz Drozdowski
Prowadzący grup: Katarzyna Bielska, Winicjusz Drozdowski, Dorota Kowalska
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu.
ul. Jurija Gagarina 11, 87-100 Toruń tel: +48 56 611-40-10 https://usosweb.umk.pl/ kontakt deklaracja dostępności mapa serwisu USOSweb 7.0.3.0-2 (2024-04-26)