Optics and Waves 390-ERS-2OIF
Profil studiów: ogólnoakademicki Forma studiów: stacjonarne Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Dziedzina i dyscyplina nauki: Dziedzina nauk ścisłych i przyrodniczych, Dyscyplina nauki fizyczne. Poziom kształcenia: studia pierwszego stopnia Rok studiów/semestr: 2. rok/4. semestr Punkty ECTS: 10 Wymagania wstępne: Elementy podstaw fizyki (elektryczność i magnetyzm - równania Maxwella) oraz matematyki (elementy rachunku różniczkowego i całkowego) Bilans nakładu pracy studenta: - udział w wykładach (30 godz.), - udział w konwersatoriach (45 godz.), - udział w laboratoriach (30 godz.), - udział w konsultacjach (15 godz.), - praca własna studenta w domu (100 godz.), Wskaźniki ilościowe: - nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela - 6.0 ECTS; - nakład pracy studenta związany z samodzielna pracą - 4.0 ECTS.
Zasady użycia sztucznej inteligencji (SI): Podczas zajęć dozwolone jest korzystanie z systemów SI w zakresie: 1. Tłumaczenia maszynowego tekstów źródłowych z języków obcych.
USOSweb: Szczegóły przedmiotu: 390-FS1-2OIF, w cyklu:
2. Wyszukiwania i organizowania źródeł naukowych. 3. Tworzenia symulacji i modelowania omawianych na wykładzie zjawisk fizycznych.
Podczas egzaminu niedozwolone jest korzystanie z systemów SI. W przypadku stwierdzenia naruszeń powyższych zasad, osoba kształcąca się może zostać pociągnięta do odpowiedzialności na podstawie odrębnych przepisów dyscyplinarnych.
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 Rayleigha, 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
Wiedza, absolwent zna i rozumie:
KP6_WG1 - w zaawansowanym stopniu, koncepcje, zasady i teorie właściwe dla fizyki w zakresie optyki i fal przewidzianym programem kształcenia;
KP6_WG2 - techniki matematyki wyższej w zakresie niezbędnym dla ilościowego opisu, zrozumienia oraz modelowania problemów fizycznych z zakresu optyki i fal o średnim poziomie złożoności;
KP6_WG3 oraz potrafi wytłumaczyć opisy prawidłowości, zjawisk i procesów fizycznych zakresie optyki i fal wykorzystujące języki matematyki, w szczególności potrafi samodzielnie odtworzyć podstawowe twierdzenia i prawa;
KP6_WG6 w zaawansowanym stopniu podstawowe aspekty budowy i działania aparatury naukowej stosowanej w badaniach z zakresu fizyki w zakresie optyki i fal;
KP6_WG7 w zaawansowanym stopniu zasady bezpieczeństwa i higieny pracy;
Umiejętności, absolwent potrafi:
KP6_UW1 analizować problemy z zakresu nauk fizycznych w zakresie optyki i fal oraz znajdować ich rozwiązania w oparciu o poznane twierdzenia i metody;
KP6_UW2 wykonywać analizy ilościowe oraz formułować na tej podstawie wnioski jakościowe;
KP6_UW3 planować i wykonywać proste badania doświadczalne lub obserwacje z zakresu fizyki w zakresie optyki i fal oraz analizować ich wyniki;
KP6_UW5 utworzyć opracowanie przedstawiające określony problem z fizyki w zakresie optyki i fal oraz sposoby jego rozwiązania;
KP6_UK1 w sposób przystępny przedstawić podstawowe fakty w ramach fizyki w zakresie optyki i fal,
KP6_UK2 posługiwać się aparatem matematyki wyższej i metodami matematycznymi fizyki w zakresie optyki i fal przy opisie i modelowaniu podstawowych zjawisk i procesów fizycznych, potrafi samodzielnie odtworzyć twierdzenia i równania opisujące podstawowe zjawiska i prawa przyrody, potrafi przeprowadzić dowody tych twierdzeń i praw;
KP6_UK5 dokonać krytycznej analizy wyników pomiarów, obserwacji lub obliczeń teoretycznych wraz z ilościową oceną dokładności wyników;
KP6_UO1 organizować pracę własną oraz zespołu;
KP6_UU1 uczyć się samodzielnie.
Kompetencje społeczne, absolwent jest gotów do:
KP6_KK1 krytycznej oceny posiadanej wiedzy i odbieranych treści;
KP6_KK3 przygotowywać wystąpienia ustne w języku polskim i języku angielskim, dotyczącym zagadnień szczegółowych, z wykorzystaniem podstawowych ujęć teoretycznych, a także różnych źródeł w zakresie optyki i fal;
KP6_KK4 podnoszenia kompetencji zawodowych i osobistych;
KP6_KK5 rozumienia społecznych aspektów praktycznego stosowania zdobytej wiedzy i umiejętności oraz związanej z tym odpowiedzialności;
KP6_KO1 odpowiedniego określania priorytetów służących realizacji określonego przez siebie lub innych zadania;
KP6_KO2 do zapoznawania się z literaturą naukową i popularnonaukową w celu pogłębiania i poszerzania wiedzy w zakresie optyki i fal, z uwzględnieniem zagrożeń przy pozyskiwaniu informacji z niezweryfikowanych źródeł, w tym z Internetu;
KP6_KR2 stosowania i propagowania zasad uczciwości intelektualnej w działaniach własnych i innych osób, do rozstrzygania problemów etycznych w kontekście rzetelności badawczej, do propagowania rozstrzygającej roli eksperymentu w weryfikacji teorii fizycznych, do stosowania metody naukowej w gromadzeniu wiedzy.
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.
Podczas zaliczeń i egzaminów stosuje się następującą skalę ocen
bardzo dobry 5 (100%- 91%)
dobry plus 4,5 (90% -81%)
dobry 4 (80% - 71%)
dostateczny plus 3,5 (70% - 61%)
dostateczny 3 (60% -51%)
niedostateczny 2 (50% - 0%) "
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: