Optics and Waves 390-ERS-2OIF
Profil studiów: ogólnoakademicki
Forma studiów: stacjonarne
Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy (Moduł 1: Podstawy fizyki)
Dziedzina i dyscyplina nauki: Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych, Dyscyplina nauki fizyczne
Rok studiów/semestr: 2 rok/ 4 semestr
Wymagania wstępne: Elementy podstaw fizyki (elektryczność i magnetyzm - równania Maxwella) oraz matematyki (elementy rachunku różniczkowego i całkowego)
Liczba godzin zajęć dydaktycznych 105 godzin : wykład - 30, konwersatorium -45, laboratorium - 30 godz.
Metody dydaktyczne: wykład, pokaz, ćwiczenia rachunkowe, laboratorium, dyskusja, konsultacje,
Punkty ECTS: 10
Bilans nakładu pracy studenta: udział w zajęciach (wykłady - 30, konwersatorium - 45 laboratorium - 30 godz.) udział w konsultacjach (15
godz.), praca własna w domu i przygotowanie do zaliczeń oraz egzaminu.
Wskaźniki ilościowe: nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającym bezpośredniego udziału nauczyciela - 6.0 ECTS.
Zakres tematów:
1. Optyka geometryczna – pomiary prędkości światła, prawa odbicia i załamania, zasada Fermata.
2. Całkowite wewnętrzne odbicie, światłowody, dyspersja światła.
3. Zwierciadła sferyczne, soczewki cienkie.
4. Optyka geometryczna - podstawowe przyrządy optyczne, soczewki grube, camera obscura.
5. Drgania swobodne i wymuszone, równanie falowe, fale płaskie i kuliste, wektorowa natura fali elektromagnetycznej, prędkość fazowa i grupowa, efekt Dopplera, wzory Fresnela.
6. Interferencja światła - doświadczenie Younga, interferometr Michelsona, interferencja światła przy wielokrotnym odbiciu.
7. Długość spójności, spójność podłużna i poprzeczna, spójność czasowa i przestrzenna.
8. Dyfrakcja światła na pojedynczej szczelinie, dyfrakcja Fresnela i Fraunhofera.
9. Kryterium Raileigha, siatka dyfrakcyjna.
10. Płytka strefowa Fresnela, opis matematyczny Fresnela-Kirchoffa.
11. Falowy opis powstawania obrazu w mikroskopie, transformacje optyczne, filtracja przestrzenna, spektroskopia fourierowska.
12. Holografia
13. Polaryzacja światła, prawo Malusa, formalizm wektorów Jonesa, ćwierćfalówka.
14. Optyka ciała stałego, anizotropia optyczna, aktywność optyczna, magnetooptyczne efekty Faraday’a i Kerra.
15. Optyka kwantowa - promieniowanie termiczne, wzór Plancka, widma atomowe, lasery, zjawisko fotoelektryczne.
Rodzaj przedmiotu
Koordynatorzy przedmiotu
Efekty kształcenia
Student
1. rozumie fundamentalne znaczenie fizyki dla rozwoju technologicznego, gospodarczego i cywilizacyjnego K_W01
2. rozumie rolę modelu ilościowego i abstrakcyjnego opisu obiektu fizycznego oraz zjawiska fizycznego w zakresie podstawowych działów fizyki K_W02
3. uzyskuje świadomość wagi eksperymentu jako sposobu weryfikacji koncepcji teoretycznych oraz świadomość niepewności eksperymentalnych K_W03
4. ma wiedzę w zakresie podstawowych pojęć i formalizmu optyki oraz fizyki elektromagnetycznych zjawisk falowych a także teoretycznych modeli wybranych układów optycznych i falowych, zna i rozumie granice ich stosowalności - K_W14
5. zna sposoby eksperymentalnej weryfikacji praw i koncepcji fizycznych, zna budowę oraz zasady działania aparatury pomiarowej do wybranych doświadczeń z zakresu optyki i fizyki elektromagnetycznych zjawisk falowych - K_W15
6. umie analizować problemy z zakresu optyki i fizyki zjawisk falowych , znajdować i przedstawiać ich rozwiązania w oparciu o zdobytą wiedzę oraz przy wykorzystaniu poznanych narzędzi matematyki wykonywać analizy ilościowe i wyciągać wnioski jakościowe - K_U12
7. umie planować i wykonywać proste doświadczenia z zakresu optyki i fizyki zjawisk falowych , krytycznie analizować ich wyniki oraz je prezentować - K_U13
8. zna ograniczenia swojej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia, podnoszenia kompetencji zawodowych, osobistych i społecznych K_K01;
9. potrafi pracować w zespole przyjmując w nim różne role, w tym w szczególności rolę kierowniczą, potrafi przyjąć odpowiedzialność za realizowane zadanie zespołowe K_K02.
Kryteria oceniania
Zaliczenie konwersatorium uwzględnia: (i) wyniki kolokwiów z ćwiczeń rachunkowych; (ii) oceny aktywności w trakcie zajęć (iii) oceny z rozwiązywania zadań domowych.
Zaliczenie laboratorium uwzględnia: (i) merytoryczne przygotowanie do eksperymentu, w tym rozumienie działania zestawu doświadczalnego, (ii) rzetelność przeprowadzonych pomiarów; (iii) sposób opracowania wyników i dyskusji błędów pomiarowych; (iv) zdolność do współpracy w zespole laboratoryjnym.
Egzamin z wykładu składa się z części pisemnej i ustnej uwzględnia się znajomość efektów omawianych na wykładzie (zrozumienia pokazywanych eksperymentów) oraz wprowadzonych formalizmów do opisu wybranych zjawisk.
Literatura
Samuel J. Ling, Jeff Sanny, William Moebs, Fizyka dla szkół wyższych Tom II i III, (2018) Katalyst Education, ISBN-13 wersji PDF 978-83-948838-4-3, OpenStax Polska.
J.Ginter, Fizyka fal, PWN Warszawa 1993,
J.R.Meyer-Arendt, Wstęp do optyki; PWN Warszawa 1977.
Sz.Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, cz V, Optyka, PWN , Warszawa 1967.
A.Piekara, Nowe oblicze optyki, PWN Warszawa 1976,
Encyklopedia Fizyki Współczesnej, PWN, Warszawa 1983.
F.C Crawford, Fale, PWN, Warszawa 1972.
J.Petykiewicz, Optyka falowa. PWN Warszawa 1986.
R.P.Feynman, R.B.Leighton, M.Sands, Feymana wykłady z fizyki –1.2. Optyka. Termodynamika. Fale, wyd. VI, PWN Warszawa 2007.
Andrzej Kajetan Wróblewski, Historia Fizyki, Wydawnictwo Naukowe PWN 2007
W.Bolton, Zarys fizyki, PWN Warszawa 1982.
David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Podstawy fizyki. Tom 4, PWN 2008
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: