Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Physics 2
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RIMA-1-202-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Mechatronic Engineering with English as instruction language
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Angielski
Forma studiów:
Stacjonarne
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Wołoszyn Maciej (woloszyn@newton.fis.agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

This course provides the fundamental principles and processes of the physical world. Topics of the 2nd part (Physics 2) include concepts of waves, fluids, heat, electromagnetism, structure of matter.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student has a basic knowledge about the principles of classical and modern physics, physical quantities, fundamental interactions in nature, solid state physics, and applications of new materials in technology. IMA1A_W02 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W002 Student has a well-ordered knowledge about the basics of thermodynamics, electromagnetism, optics, wave and photon theory of electromagnetic radiation, and foundations of quantum mechanics. IMA1A_W02 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium,
Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W003 Student has a knowledge about performing measurements of physical quantities and analysing the results, possible measurement uncertainties and how to determine them. IMA1A_W07 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student is able to use known principles and methods of physics and the appropriate mathematical tools to solve typical problems concerning oscillations, waves, thermodynamics, electricity and magnetism, optics and the basics of quantum mechanics. IMA1A_U06, IMA1A_U01 Aktywność na zajęciach,
Egzamin,
Kolokwium
M_U002 Student is able to perform basic physical measurements, analyse and present their results. In particular, student can build a simple system based on standard measuring devices, in accordance with the specification, can determine the uncertainty of measurement results (direct and indirect), is able to assess the credibility of measurement results and interpret them in the context of physics knowledge. IMA1A_U01, IMA1A_U09, IMA1A_U02, IMA1A_U03 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student is able to accomplish projects and team tasks, and to collaborate in the group carrying out her/his part of the job. IMA1A_K05, IMA1A_K04 Sprawozdanie,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaangażowanie w pracę zespołu
M_K002 Student understands the need for continuous updating and expanding the knowledge of modern physics. IMA1A_K01, IMA1A_K07 Udział w dyskusji
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
90 45 30 15 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student has a basic knowledge about the principles of classical and modern physics, physical quantities, fundamental interactions in nature, solid state physics, and applications of new materials in technology. + + + - - - - - - - -
M_W002 Student has a well-ordered knowledge about the basics of thermodynamics, electromagnetism, optics, wave and photon theory of electromagnetic radiation, and foundations of quantum mechanics. + + + - - - - - - - -
M_W003 Student has a knowledge about performing measurements of physical quantities and analysing the results, possible measurement uncertainties and how to determine them. - - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student is able to use known principles and methods of physics and the appropriate mathematical tools to solve typical problems concerning oscillations, waves, thermodynamics, electricity and magnetism, optics and the basics of quantum mechanics. + + - - - - - - - - -
M_U002 Student is able to perform basic physical measurements, analyse and present their results. In particular, student can build a simple system based on standard measuring devices, in accordance with the specification, can determine the uncertainty of measurement results (direct and indirect), is able to assess the credibility of measurement results and interpret them in the context of physics knowledge. + + + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student is able to accomplish projects and team tasks, and to collaborate in the group carrying out her/his part of the job. - - + - - - - - - - -
M_K002 Student understands the need for continuous updating and expanding the knowledge of modern physics. + + + - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 227 godz
Punkty ECTS za moduł 8 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 90 godz
Przygotowanie do zajęć 90 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 45 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (45h):

1 Oscillation: harmonic force, free oscillations, simple pendulum, physical pendulum, energy in simple harmonic motion, damped harmonic oscillator, driven harmonic oscillator, resonance, equation of damped harmonic motion, amplitude and phase of driven oscillations.
2 Mechanical waves: types of waves, propagation of waves in space, group velocity, wave equation, energy transfer by waves, wave interference, standing waves, beats, amplitude modulation, the Doppler effect.
3 Fluid mechanics: pressure and density, Pascal’s law, Archimedes’ principle, general description of fluid flow, Bernoulli’s equation, dynamic lift force.
4 Kinetic theory of gases: ideal gas pressure, temperature, ideal-gas equation of state, zeroth law of thermodynamics, kinetic interpretation of temperature, rotational and vibrational degrees of freedom of hydrogen molecules, Poisson’s equation for the adiabatic process, measuring temperature, temperature scales, equipartition of energy.
5 Thermodynamics: the first law of thermodynamics, specific heat, specific heat at constant volume, specific heat at constant pressure, isothermal and adiabatic expansion, the mean free path, the Maxwell-Boltzmann distribution, van der Waals equation, reversible and irreversible processes, Carnot cycle, efficiency of a Carnot engine, thermodynamic temperature scale, entropy, entropy and disorder, equilibrium state, transport phenomena.
6 Electric field: electric charge, charge quantization, Coulomb’s law, superposition principle.
7 Gauss’s Law: electric flux, applications of Gauss’s law (long thin wire, uniformly charged conducting sphere, uniformly charged insulating sphere, infinite plane sheet of charge).
8 Electric potential: potential energy in the electric field, electric potential, calculating electric potential.
9 Capacitors and dielectrics: capacitance, electric-field energy, capacitor with dielectric, calculating capacitance, capacitors in series and parallel.
10 Electric current: Ohm’s law, derivation of Ohm’s law, energy and power in circuits, heat dissipation, circuits and electromotive force, Ohm’s law for a complete circuit, Kirchhoff’s rules, R-C circuits.
11 Magnetic field: magnetic field lines, direction of the magnetic field, motion of charges in magnetic field, cyclotron, magnetic force on a current-carrying conductor, magnetic force and torque on a current loop, magnetic dipole moment, the Hall effect.
12 Sources of magnetic field: magnetic field of a current-carrying conductor, Ampere’s law, examples (straight conductor, solenoid), interaction of parallel current-carrying conductors, the law of Biot and Savart (with examples).
13 Electromagnetic induction: Faraday’s law, Lenz’s law, inductance, transformers, self-inductance, magnetic-field energy, R-L circuits.
14 Electromagnetic oscillations: oscillations in L-C circuits, R-L-C series circuits, impedance of R-L-C series, resonance, power in AC circuits.
15 Maxwell’s equations: Gauss’ law for magnetic field, induced electric and magnetic fields.
16 Electromagnetic waves: electromagnetic spectrum, wave equation, propagation of electromagnetic waves, Poynting vector.
17 Geometric optics: reflection and refraction, index of refraction, dispersion of light, Fermat’s principle, law of reflection, law of refraction, optical devices (lenses, magnifier, microscope, telescope), the conditions of applicability of geometric optics.
18 Wave Optics: Huygens’s principle, interference, Young’s experiment, coherence of light waves, interference in thin films, interference of waves from many sources, polarization.
19 Diffraction: single-slit diffraction, light intensity in the diffraction pattern, interference and diffraction at two slits, diffraction grating, diffraction of X-rays, Bragg condition.
20 Light and quantum physics: thermal radiation, black body, classical theory of radiation, Planck radiation law, the photoelectric effect, Einstein’s quantum theory of the photoelectric effect, Compton scattering.
21 Relativity: Galilean coordinate transformation, Lorentz transformations, special theory of relativity.
22 The Bohr model: atomic spectra, the Bohr model of hydrogen atom, energy levels, the hydrogen spectrum.
23 Waves and particles: de Broglie waves, structure of atoms and matter waves.
24 Elements of quantum mechanics: wave functions, uncertainty principle, Schrödinger equation, quantum-mechanical description of the hydrogen atom and energy levels.

Ćwiczenia audytoryjne (30h):

Solutions of problems corresponding to the lectures are discussed during the classes. Assessment on the basis of written tests, activity and preparation for the classes.

Ćwiczenia laboratoryjne (15h):

A set of about 5-7 exercises is realized during the laboratories. For each activity, a report analyzing the results of measurements is prepared.
Examples of exercises:
- Estimation of uncertainty in laboratory measurements
- Physical pendulum
- Free-fall
- Young’s modulus
- Interference of acoustic waves
- Resistance thermometer and thermocouple
- Wheatstone bridge
- Capacitors (dielectric permittivity)
- Electrolysis
- Tangent galvanometer
- Refractive index for solids
- Semiconductor p-n junction

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia audytoryjne: Podczas zajęć audytoryjnych studenci na tablicy rozwiązują zadane wcześniej problemy. Prowadzący na bieżąco dokonuje stosowanych wyjaśnień i moderuje dyskusję z grupą nad danym problemem.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Pass / Fail Policy :
Classes: Based on the points collected during the classes. If below 50%, two more possibilities of passing the classes will be provided at the end of semester. Please note, that it is impossible to pass the classes if attendance is below 80% (without excuse).
Labs: Based on both the theoretical knowledge and the analysis of experimental data. Completion of all exercises is required.
Exams: To attend the final exam it is necessary to pass both the classes (including Physics 1 and Physics 2) and the laboratories.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia audytoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci przystępując do ćwiczeń są zobowiązani do przygotowania się w zakresie wskazanym każdorazowo przez prowadzącego (np. w formie zestawów zadań). Ocena pracy studenta może bazować na wypowiedziach ustnych lub pisemnych w formie kolokwium, co zgodnie z regulaminem studiów AGH przekłada się na ocenę końcową z tej formy zajęć.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:

[final grade] = 0.4 [exam] + 0.4 [classes] + 0.2 [labs]
where:
[exam] is the average result (in %) obtained during all exams taken,
[classes] is the number of points (in %) collected during the classes, not later than during the last classes in the semester,
[labs] is the number of points (in %) collected during the laboratories.
Positive final grade is awarded only when positive results of all the activities (classes, labs and exam) were obtained.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

All students are required to attend tutorial classes and labs (attendance will be noted).
Classes: It is impossible to pass the classes if attendance is below 80% (without excuse). In case of absences not exceeding the allowed 20%, it is required to independently study on the missed parts of material. If the absences were excused, there will be a possibility to collect points lost during the missed tests or midterm exams, but not later than during the last week of the classes.
Labs: Due to the nature of the labs, an additional possibility of making measurements that were not done due to excused absences is determined individually. Unexcused absence may prevent passing the labs.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Basic knowledge of undergraduate mathematical analysis is assumed.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1 Young H D, Freedman R A, University Physics
2 Halliday D, Resnick R, Walker J, Fundamentals of Physics
3 Serway R A, Jewett J W, Physics for Scientists and Engineers
4 Feynman R P, Leighton R B, Sands M L, The Feynman Lectures on Physics, http://www.feynmanlectures.caltech.edu/
5 Orear J, Physics
6 HyperPhysics, http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html, Georgia State University

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

N/A

Informacje dodatkowe:
  • For detailed information, please see http://newton.fis.agh.edu.pl/~woloszyn/phys/