Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu - Centralny punkt logowaniaNie jesteś zalogowany | zaloguj się
katalog przedmiotów - pomoc

Fizyka dla informatyków cz.1

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 0800-FIZINF-1 Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Fizyka dla informatyków cz.1
Jednostka: Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej
Grupy:
Punkty ECTS i inne: 4.00
Język prowadzenia: polski
Wymagania wstępne:

Znajomość fizyki i matematyki na poziomie ogólnym liceum. W dalszej części wykładu - podstawy rachunku różniczkowego i całkowego.

Na ćwiczeniach wymagana będzie znajomość/ zdolność programowania w zakresie niezbędnym do przygotowania projektów - prostych symulacji wybranych procesów fizycznych

Rodzaj przedmiotu:

przedmiot obowiązkowy

Całkowity nakład pracy studenta:

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli ( 60 godz.):

- udział w wykładach – 30 godz.

- udział w ćwiczeniach – 30 godz.

 

Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta ( 60 godz.):

- przygotowanie do egzaminu – 30 godz.

- przygotowanie do ćwiczeń - 30 godz.

  Łącznie 120 godz. (4 ECTS)

Efekty uczenia się - wiedza:

W1: Student zna podstawowe prawa fizyki i rozumie ich uniwersalny charakter. W szczególności umie podać i omówić

- prawo powszechnego ciążenia

- zasady dynamiki Newtona

- Prawo Coulomba

- równoważność pracy i energii

- prawo zachowania energii

- prawo zachowania pędu; momentu pędu

- prawo Ohma

- zasady Kirchhoffa

- prawa elektrolizy i zasadę działania akumulatora

- prawa Maxwella (Gaussa, p. indukcji Faradaya, p. Ampera) - postać całkowa

- prawa optyki geometrycznej


W2: Ma elementarną wiedzę o

- fizycznych podstawach opisu wybranych procesów fizycznych ważnych w pracy inżyniera informatyka,

- o skalach mas, odległości, temperatur, wielkości elektrycznych, właściwości materiałów i temperatur istotnych dla zrozumienia otaczającego świata.

W3: student ma zaawansowaną wiedzę dotyczącą

- zjawisko fali i jego opis

- pojecie interferencji fal

- pojecie polaryzacji fali

- zasady percepcji sygnałów wzrokowych i akustycznych

- pojęcie fali elektromagnetycznej

- widmo fal elektromagnetycznych

- postulaty mechaniki kwantowej (jakosciowo)

- efekt tumelowy

- pojęcie spinu elektronu

- pasmową teorię budowy ciała stałego

- pojęcie izolatora, przewodnika , półprzewodnika

- umie opisać sposób działania silnika na prąd stały

- zasadę działania diody i tranzystora

- sposób produkcji układów scalonych

- zasadę zapisu i odczytu informacji na DVD

- sposób tworzenia obrazu na ekranie LCD

- zasadę wysyłania fali EM (WiFi ) i jej odbioru (układ LC, rezonanas)

- zasadę zapisu magnetycznego informacji

- efekt GMR i jego znaczenie w zapisie informacji na HD

- zjawisko całkowitego wewnętrznego odbiciia

- zasadę działania światłowodów

- problemy związane z chłodzeniem procesorów i serwerowni


W4: Zna pojęcie Qbitu i nowe możliwości informatyki kwantowej


W5: Rozumie znaczenie niektórych zjawisk fizycznych dla przetwarzania informacji.

- działanie tranzystora polowego (efekt tunelowy)

- działanie ekranu LCD (polaryzacja światła w ciekłych kryształach)

- działanie diody LED i lasera półprzewodnikowego

- transmisja informacji w światłowodach

Powyższe efekty przedmiotowe realizują efekty kierunkowe K_W02 i K_W03

Efekty uczenia się - umiejętności:

U1: Potrafi numerycznie modelować proste zjawiska fizyczne i przygotować graficzną prezentację wyników, np.

- prezentacji lotu sateliity lub rakiety

- rzutu ukośnego


U2: Umie rozwiązać proste równanie różniczkowe, np. oscylatora harmonicznego czy układu LC

U3: umie prezentować dane na wykresach

U4: umie przekształcać proste wzory i interpretować zależności między wielkościami fizycznymi

U5: potrafi wyjaśnić podstawy fizyczne działania podstawowych komponentów komputera

U6: potrafi realizować zadania informatyczne pracując samodzielnie lub w zespole

Powyższe efekty przedmiotowe realizują efekty kierunkowe K_U01, K_U04, K_U06, K_U24


Efekty uczenia się - kompetencje społeczne:

K1: Potrafi wziąć udział w dyskusji na temat oraz ma świadomość złożoności procesów związanych z kształtowaniem zjawisk obserwowanych w środowisku naturalnym i faktu, że z podstawowych praw fizyki wynika, że każda działalność człowieka wymagająca przetwarzania energii i informacji musi zmieniać bilans energetyczny w środowisku oraz prowadzić do zmian jego fizycznych i chemicznych charakterystyk. (K_K04. K_K06)

K2: Rozumie potrzebę redukcji zapotrzebowania na energię przy przetwarzaniu informacji (miniaturyzacja, nowa elektronika)

K3: ma poczucie odpowiedzialności za końcowy efekt

działań zespołu zadaniowego (K_K02)

K4: rozumie znaczenie fizyki i konieczności kontynuowania badań podstawowych jako warunku postępu technologii informatycznych (K_K06)


Metody dydaktyczne:

Wykład prowadzony jest w dużym tempie, z użyciem typowych prezentacji PowerPoint, a wykładane treści ilustrowane są w dużym stopniu zestawami pokazów zjawisk i układów fizycznych. W pokazy angażowani są studenci, wykład ma częściowo charakter konwersatoryjno-problemowy.

Metody dydaktyczne eksponujące:

- pokaz

Metody dydaktyczne podające:

- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład konwersatoryjny

Metody dydaktyczne poszukujące:

- doświadczeń
- obserwacji
- projektu

Metody dydaktyczne w kształceniu online:

- gry i symulacje
- metody rozwijające refleksyjne myślenie
- metody wymiany i dyskusji

Skrócony opis:

W ramach kursu fizyki dla informatyki stosowanej przedstawiona zostanie scena zdarzeń: opis Wszechświata w skali makro i mikro. Na tej podstawie będą przypomniane podstawowe jednostki i rzędy wielkości opisu zjawisk fizycznych. Pokazane zostanie znaczenie fizyki dla rozwoju techniki i technologii oraz przypomniane podstawowe prawa: mechaniki, elektryczności i magnetyzmu, optyki, termodynamiki. Wprowadzone będą główne pojęcia mechaniki kwantowej.

Omówiona będzie budowa materii w zakresie wymaganym do zrozumienia działania tranzystora i zapisu magnetycznego. Przedstawione zostaną sposoby zapisu informacji (dyski magnetyczne, pamięci FLASH), przesyłania informacji (światłowody), wizualizacji informacji (ekrany LCD i LED). Podkreślona zostanie rola eksperymentów symulacyjnych w nauce i technice.

Pełny opis:

1. Świat wokół nas: skale wielkości fizycznych we Wszechświecie (elementy kosmologii, STW) i mikroświecie (przykłady zjawisk kwantowych). Nanoświat - rozmiary i budowa atomu. Cząstki elementarne. Kwarki.

2. Obszary fizyki: fizyka klasyczna a kwantowa. Fizyka relatywistyczna a nierelatywistyczna.

3. Przypomnienie praw mechaniki klasycznej. Wektory a skalary. Prawa dynamiki Newtona. Pęd. Praca. Moc. Równoważność pracy i energii. Pojęcie pola skalarnego i wektorowego.

4. Podstawowe zjawiska kwantowe, omówienie postulatów mechaniki kwantowej, efekt fotoelektryczny. Funkcja falowa. Efekt tunelowy.

5. Oscylator harmoniczny jako podstawowy model w fizyce.

6. Pojęcie fali, fale poprzeczne i podłużne. Polaryzacja fal. Zjawisko interferencji.

7. Dźwięki, elementy akustyki. Transformata Fouriera.

8. Prąd elektryczny. Prawo Ohma. Prawo Ampera. Pojęcie indukcji magnetycznej. Strumień indukcji magnetycznej. Siła Lorentza. Silnik elektruczny

9. Prawo indukcji Faraday'a. Pojęcie SEM.

10. Równania Maxwella - omówienie jakościowe postaci całkowej. Układ LC.

Fala elektromagnetyczna. Widmo promieniowania fal EM. Komunikacja radiowa.

11. Przewodniki, izolatory, półprzewodniki, teoria pasmowa ciała stałego. Nośniki ładunku w półprzewodnikach. Dioda, tranzystor.

12. Zjawisko elektroluminescencji. Dioda LED, laser półprzewodnikowy. Tranzystor polowy. Pamięci FLASH.

13. Ferromagnetyzm. Zjawisko GMR. Zapis informacji na dyskach.

14. Elementy optyki: całkowite wewnętrzne odbicie, budowa i zasada działania światłowodów.

15. Zasada działania monitorów LCD i LED.

16. Pojęcie Qbitu, czy przyszłość należy do informatyki kwantowej?

Na ćwiczeniach realizowane są zagadnienia będące ilustracją treści omawianych na wykładzie.

Literatura:

1. Paul G. Hewitt, "Fizyka wokół nas", PWN, Wwa 2001

2.D.Halliday, J.Walker, R. Rensnick, "Podstawy Fizyki t1-t5, PWN, Wwa 2015

3.Jay Orear, "Fizyka", t1, t2, PWN Warszawa, 2015

4. W. Nowak "Fizyka przetwarzania informacji" - skrypt wewnętrzny UMK (pdf)

Metody i kryteria oceniania:

UWAGA, z racji pandemii w oku 20/21 wykład zdalny i egzamin w formie testu zdalnego

Egzamin weryfikuje efekty W1-W5, K1, K2, K4

Sprawdziany na ćwiczeniach oraz wykonanie projektu weryfikują efekty U1-U6, K3

O zaliczeniu egzaminu decyduje uzyskanie minimum połowy punktów.

Egzamin jest pisemny w formie testu oraz częściowo zadań otwartych.

Wynik egzaminu podnosi się o (+1) za pomyślne (>4) zaliczenie projektu programistycznego realizowanego na ćwiczeniach.

Kryteria oceniania dla egzaminu

50-60% - ocena: 3

60-70% - ocena: 3+

70-80% - ocena: 4

80-90% - ocena: 4+

90-100% - ocena 5

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie ocen z dwóch kolokwiów oraz prezentacji komputerowej symulacyjnego projektu zespołowego (3-4 osoby),

Skala ocen dla każdego kolokwium (% punktów maksymalnych do uzyskania):

50-60% - ocena: 3

60-70% - ocena: 3+

70-80% - ocena: 4

80-90% - ocena: 4+

90-100% - ocena 5

Praktyki zawodowe:

brak

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2017/18" (zakończony)

Okres: 2017-10-01 - 2018-02-25
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Wiesław Nowak
Prowadzący grup: Andrzej Karbowski, Andrzej Kędziorski, Wiesław Nowak, Łukasz Pepłowski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2018/19" (zakończony)

Okres: 2018-10-01 - 2019-02-24
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Wiesław Nowak
Prowadzący grup: Andrzej Karbowski, Andrzej Kędziorski, Wiesław Nowak, Łukasz Pepłowski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2019/20" (zakończony)

Okres: 2019-10-01 - 2020-02-28
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Wiesław Nowak
Prowadzący grup: Andrzej Karbowski, Andrzej Kędziorski, Wiesław Nowak, Łukasz Pepłowski
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Egzamin
Ćwiczenia - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Egzamin

Zajęcia w cyklu "Semestr zimowy 2020/21" (zakończony)

Okres: 2020-10-01 - 2021-02-21
Wybrany podział planu:


powiększ
zobacz plan zajęć
Typ zajęć: Ćwiczenia, 30 godzin więcej informacji
Wykład, 30 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Wiesław Nowak
Prowadzący grup: Andrzej Karbowski, Andrzej Kędziorski, Wiesław Nowak, Łukasz Pepłowski
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.