Pracownia fizyczna 1 cz.1

Znajomość wybranych działów fizyki (mechanika, ciepło i fizyka cząsteczkowa, elektryczność i magnetyzm, optyka oraz elementy fizyki współczesnej) na poziomie szkoły średniej rozszerzonym o treści przyswojone podczas odbytej części kursu fizyki (konieczne zaliczenia zajęć).

Wiedza i praktyczne umiejętności z zakresu matematyki niezbędne do zrozumienia ilościowych modeli zjawisk fizycznych a także opracowywania danych pomiarowych (metody algebry, analizy matematycznej i statystyki na poziomie obejmowanym przeprowadzonymi zajęciami na danym kierunku studiów - konieczne zaliczenia).

przedmiot obligatoryjny

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli ( 54 godz.):

- wykłady -12 h

- ćwiczenia -12 H

- udział w laboratorium – 30 h

Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta ( 92 godz.):

- przygotowanie do laboratorium – 4 h

- przygotowywanie sprawozdań– 46 h

- czytanie literatury– 18 h

- przygotowanie do sprawdzianów– 24 h

Łącznie: 146 godz. (5 ECTS)

W1 - posiada wiedzę w zakresie fizyki niezbędną do opisu oraz modelowania prostych zjawisk fizycznych i obiektów technicznych (astronomia: K_W01, fizyka: K_W01, fizyka techniczna: K_W01)

W2 - zna podstawowe prawa mechaniki punktu materialnego i bryły sztywnej, termodynamiki, optyki geometrycznej i falowej oraz fotometrii, elektryczności i magnetyzmu; potrafi opisać zjawiska i procesy fizyczne (astronomia: K_W05, fizyka: K_W05, fizyka techniczna: K_W02)

W3 - rozumie rolę eksperymentu fizycznego w metodologii badań naukowych; posiada świadomość ograniczeń technicznych i technologicznych aparatury w modelowaniu zjawisk fizycznych, obiektów technicznych i biologicznych (astronomia: K_W07, fizyka: K_W02, fizyka techniczna: K_W03)

W4 - zna jednostki układu SI i elementy teorii niepewności pomiarowych w zastosowaniu do eksperymentów fizycznych (astronomia: K_W04, fizyka: K_W03)

W5 - zna podstawowe pakiety oprogramowania użytkowego do analizy i opracowania danych (fizyka techniczna: K_W07)

W6 - zna podstawowe zasady ergonomii oraz bezpieczeństwa i higieny pracy (astronomia: K_W08, fizyka: K_W08, fizyka techniczna: K_W09)

U1 - posiada umiejętność wykonywania pomiarów podstawowych wielkości fizycznych i opracowywania wyników; ma świadomość stosowanych przybliżeń (astronomia: K_U02 i K_U03, fizyka: K_U02, fizyka techniczna: K_U02)

U2 - umie samodzielnie zorganizować i przeprowadzić eksperymenty fizyczne oraz zreferować ich wyniki (astronomia: K_U06, fizyka techniczna: K_U03)

U3 - posiada umiejętność analizy, opisu i przystępnego przedstawiania zjawisk fizycznych z zakresu mechaniki, ciepła, elektryczności, magnetyzmu i optyki (astronomia: K_U01, fizyka: K_U01, fizyka techniczna: K_U01)

U4 - potrafi samodzielnie wyszukiwać informacje w polskiej i anglojęzycznej literaturze fachowej i popularno-naukowej, a także w Internecie (astronomia: K_U09, fizyka: K_U04)

U5 - potrafi użytkować podstawowe pakiety oprogramowania umożliwiające analizę danych i prezentacji wyników (fizyka techniczna: K_U06)

K1 - zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia (astronomia: K_K01 fizyka: K_K01, fizyka techniczna: K_K01)

K2 - potrafi pracować samodzielnie i w zespole (astronomia: K_K02, fizyka: K_K05, fizyka techniczna: K_K03)

K3 - potrafi określać priorytety służące realizacji zadań (fizyka techniczna K_K04)

K4 - ma świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania, związaną z pracą zespołową (fizyka: K_K05, fizyka techniczna: K_K07)

- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład konwersatoryjny

- ćwiczeniowa
- doświadczeń
- klasyczna metoda problemowa
- laboratoryjna
- obserwacji

Głównym zadaniem uczestników jest wykonanie określonej liczby ćwiczeń laboratoryjnych obejmujących tematyką wybrane zagadnienia: mechaniczny oscylator harmoniczny z pomijalnym tłumieniem, momenty bezwładności brył sztywnych, własności mechaniczne materiałów lub substancji, cieplne własności substancji, zjawiska zachodzące w prostych obwodach elektrycznych, współczynniki załamania ośrodków optycznych. Ćwiczenia wykonywane są w dwuosobowych zespołach lub samodzielnie. Do wyznaczonego na dany dzień ćwiczenia studenci przygotowują się w oparciu o literaturę zaleconą w opisie udostępnionym na platformie Moodle oraz inne samodzielnie wybrane źródła. W trakcie zajęć uczestnicy przeprowadzają pomiary, a po nich przygotowują w domu pisemne sprawozdanie. Doświadczenia poprzedzone są krótkim cyklem wykładów i ćwiczeń na temat metod analizy danych pomiarowych.

Pierwsza części zajęć (12 h wykładu i 12 h ćwiczeń) poświęcona jest przedstawieniu procedur opracowania wyników pomiarów, które uczestnicy wykorzystują później do analizy uzyskanych przez siebie danych. Precyzowane są podstawowe pojęcia oraz wyrażenia stosowane do obliczenia niepewności pomiarowych a także inne niezbędne standardowe metody analizy, np. służące do weryfikowania zależności pomiędzy wielkościami fizycznymi.

Część druga (łącznie 30 h) to zajęcia laboratoryjne odbywane w I Pracowni Fizycznej IF UMK. Rozpoczynają się spotkaniem organizacyjnym (zapoznanie z regulaminem Pracowni i - jeśli stosowany - podział uczestników na dwuosobowe zespoły), po którym ustalony zostaje harmonogram zajęć i przydział ćwiczeń. W czasie kolejnych spotkań zadaniem uczestników jest wykonanie 8 ćwiczeń (2 wstępnych, a następnie 6 doświadczeń z zestawu głównego, obejmujących tematyką wybrane zagadnienia z mechaniki, ciepła i fizyki cząsteczkowej, elektryczności i magnetyzmu (z elementami elektroniki) oraz optyki (mechaniczny oscylator harmoniczny z pomijalnym tłumieniem w zastosowaniu do pośredniego wyznaczania wielkości fizycznych lub parametrów materiałowych, wyznaczanie momentów bezwładności układu brył sztywnych w zmiennych konfiguracjach, wyznaczanie własności mechanicznych materiałów lub substancji, wyznaczanie cieplnych własności substancji stałych, ciekłych lub gazowych, badanie zjawisk fizycznych zachodzących w prostych obwodach elektrycznych, wyznaczanie współczynników załamania ośrodków optycznych w doświadczeniach refrakcyjnych, z uwzględnieniem dyspersji, lub polaryzacyjnych). Szczegółowy wykaz wraz z opisami układów doświadczalnych i innymi materiałami pomocnymi w pracy jest udostępniany w kursie Moodle.

Do przydzielonego na dane spotkanie ćwiczenia studentki/studenci przygotowują się samodzielnie w oparciu o opis, zalecaną literaturę i inne wybrane przez siebie źródła. Na początku zajęć opiekunowie ćwiczeń sprawdzają każdorazowo przygotowanie merytoryczne uczestników w krótkim kolokwium wejściowym. Negatywna ocena z kolokwium uniemożliwia przystąpienie do wykonania ćwiczenia do momentu jej poprawy (miejsce i termin powtórnego sprawdzianu ustalane jest z opiekunem) - wykonanie ćwiczenia następuje wtedy w jednym z 2 końcowych spotkań cyklu zajęć.

Po przeprowadzeniu pomiarów studentki/studenci sporządzają indywidualnie sprawozdanie z wykonanego doświadczenia. Prawidłowo przygotowane opracowanie powinno zawierać następujące elementy:

- treści wprowadzające (przedstawienie celu ćwiczenia, krótki opis badanego zjawiska i/lub mierzonej wielkości fizycznej i wyjaśnienie zastosowanej metody pomiarowej),

- prezentację rezultatów pomiarów i niezbędnych obliczeń z uwzględnieniem niepewności;

- wnioski, w tym: porównanie wyników doświadczeń np. z dostępnymi danymi literaturowymi, lub/i ich interpretacja (np. identyfikacja materiałów, potwierdzenie oczekiwanych zależności pomiędzy wielkościami), ocena zastosowanej metody pomiarowej;

- dodatek ze szczegółami analizy danych i niepewności pomiarowych (tj. węzłowe etapy zastosowanych procedur obliczeniowych).

Sprawozdania składane są na platformie Moodle w terminie 1 tygodnia w postaci elektronicznej (plik PDF). Niedostarczenie sprawozdania w terminie traktowane jest tak samo jak nieprzygotowanie do zajęć - uniemożliwia przystąpienie do wykonywania ćwiczenia przydzielonego w danym dniu i oznacza konieczność odrobienia go w jednym z 2 terminów końcowych cyklu.

Opiekunowie dokonują przeglądu i oceny sprawozdań w terminie 1 tygodnia. W przypadkach poważnych braków lub błędów opracowania są zwracane do poprawy ze wskazaniem elementów które wymagają uzupełnienia lub korekty. Termin na przygotowanie poprawy jest ustalany z opiekunem (nie powinien on jednak przekraczać 2 tygodni).

Pojedyncze spotkanie w Pracowni trwa 3 h lekcyjne, dwa ostatnie przeznaczone są na odrabianie ćwiczeń których nie wykonano według harmonogramu z powodu nieobecności lub nieprzygotowania do zajęć.

Literatura podstawowa:

- H. Szydłowski, "Pracownia fizyczna", wyd. IX, PWN, Warszawa 1997 (lub inne wydanie)

- H. Szydłowski, "Pracownia fizyczna wspomagana komputerem", wyd. X, PWN, Warszawa 2003

- T. Dryński, "Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki", wyd. VI, PWN, Warszawa 1977 (lub inne wydanie)

- A. Bielski, R. Ciuryło, "Podstawy metod opracowania pomiarów", wyd. II, Wydawnictwo Naukowe UMK, Toruń 2001

- B. Ziętek, "Opracowanie wyników pomiaru", Wydawnictwo Naukowe UMK, Toruń 1997

- J.R. Taylor, "Wstęp do analizy błędu pomiarowego", PWN, Warszawa 1999

- "Teoria pomiarów", praca zbiorowa pod red. H. Szydłowskiego, PWN, Warszawa 1981

- S. Brandt, "Analiza danych", PWN, Warszawa 1998

- R. Nowak, "Statystyka dla fizyków", PWN, Warszawa 2002

Literatura uzupełniająca:

- D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, "Podstawy fizyki", t. 1-5, PWN, Warszawa 2007

- S. Szczeniowski, "Fizyka doświadczalna. Cz. 1, Mechanika i akustyka", PWN, Warszawa 1980

- S. Szczeniowski, "Fizyka doświadczalna. Cz. 2, Ciepło i fizyka cząsteczkowa", PWN, Warszawa 1976

- S. Szczeniowski, "Fizyka doświadczalna. Cz. 3, Elektryczność i magnetyzm", PWN, Warszawa 1980

- S. Szczeniowski, "Fizyka doświadczalna. Cz. 4, Optyka", PWN, Warszawa 1983

- S. Szczeniowski, "Fizyka doświadczalna. Cz. 5, Fizyka atomu", PWN, Warszawa 1976

- S. Szczeniowski, "Fizyka doświadczalna. Cz. 6, Fizyka jądra i cząstek elementarnych", PWN, Warszawa 1974

- C. Kittel, W.D. Knight, M.A. Ruderman, "Mechanika", PWN, Warszawa 1975

- E.M. Purcell, "Elektryczność i magnetyzm", PWN, Warszawa 1971

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

- E.H. Wichmann, "Fizyka kwantowa", PWN, Warszawa 1975

- F. Reif, "Fizyka statystyczna", PWN, Warszawa 1975

- J. Domański, "Domowe zadania doświadczalne z fizyki", Prószyński i S-ka, Warszawa 1999

- J. Domański, J. Turło, "Nieobliczeniowe zadania z fizyki", Prószyński i S-ka, Warszawa 1997

- P.J. Mohr, B.N. Taylor, D.B. Newell, Rev. Mod. Phys. 80 (2008), 633

Warunkiem zaliczenia zajęć jest terminowe zakończenie przewidzianej liczby ćwiczeń: pomyślnych wyników kolokwiów wejściowych (poprzedzających 6 ćwiczeń w głównej części zajęć) oraz uzyskanie pozytywnych ocen wszystkich (8) sprawozdań. Oceny poszczególnych elementów ustalane są w skali punktowej.

Sprawdziany (kolokwia) wstępne mogą być ocenione jako:

- niezaliczone (przystąpienie do wykonania ćwiczenia w bieżącym terminie jest wtedy niemożliwe),

- zaliczone - opiekunowie oceniają wtedy poziom przygotowania w skali od 0 (wystarczający) do 50 (wzorowy).

Sprawozdania są oceniane w skali punktowej od 0 do 150 z podziałem związanym ze stopniem istotności elementów:

- część wprowadzająca - maksymalnie 50 pkt.,

- prezentacja wyników (w tym niepewności) - maksymalnie 60 pkt.,

- wnioski - maksymalnie 40 pkt.

Niezależnie od punktacji po przeglądzie oryginalnej wersji sprawozdania, w razie stwierdzenia braku wymaganych treści lub poważnych błędów merytorycznych, opiekunowie mogą zwrócić materiał do korekty. W tych przypadkach maksymalna ocena obniżana jest o 30 pkt. (tj. maksymalnie 120 pkt. za wzorowe, ale poprawiane opracowania). Ocena końcowa sprawozdania niższa niż 70 pkt. jest podstawą do niezaliczenia ćwiczenia, czego konsekwencją jest konieczność powtórzenia wykonania go (w całości) w jednym z 2 końcowych terminów cyklu zajęć (w określonych okolicznościach może zostać przydzielone inne, zastępcze ćwiczenie).

Ocena końcowa z zajęć Pracowni w standardowej skali ustalana jest na podstawie sumy punktów uzyskanych za kolokwia i sprawozdania według schematu:

Punktacja      Ocena

powyżej 1400      5

od 1300 do 1400      4.5

od 1050 do 1299      4

od  800 do 1049      3.5

od   560 do   799      3

poniżej 560     2 (zajęcia niezaliczone)

Sposób weryfikacji efektów kształcenia:

- kolokwia wstępne: W1, W2, W3, W4, W6, U4, K1

- sprawozdania: W4, W5, U1, U2, U3, U5, K1, K2, K3, K4

brak