Detail předmětu

Fyzika 2

FEKT-BKC-FY2Ak. rok: 2018/2019

Předmět Fyzika 2 navazuje na předmět Fyzika 1. V rámci tohoto předmětu si studenti rozšíří znalosti z teorie kmitů a seznámí se se základními vlastnostmi vlnění a jeho popisem. Na obecnou teorii vln navazuje část věnující se elektromagnetickému vlnění a optice. Dále budou studenti seznámeni se základními pojmy a vztahy z termodynamiky. Závěrečné přednášky jsou věnovány základům kvantové mechaniky a jejím aplikacím v teorii laserů a pásové teorii pevných látek.
Teoretická cvičení se tematicky shodují s přednáškami a jsou zaměřena na rozvíjení schopnosti aplikace teoretických znalostí na řešení konkrétních fyzikálních úloh. V laboratorních cvičeních si studenti prakticky ověří některé fyzikální zákonitosti probírané v rámci přednášek.
Znalosti z předmětu Fyzika 2 budou studentům sloužit při studiu řady odborných předmětů, se kterými se setkají během dalšího studia.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. RNDr. Milada Bartlová, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyziky (UFYZ)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- charakterizovat harmonické kmity volné, tlumené a nucené, popsat různé příklady harmonických oscilátorů
- vysvětlit vznik a vlastnosti harmonických vln postupných a stojatých, popsat Dopplerův jev
- definovat vlastnosti elektromagnetických vln, vysvětlit pojem polarizace světla
- vysvětlit základní principy geometrické optiky, formulovat zákon odrazu a lomu
- popsat interferenci světla, demonstrovat na příkladech
- vysvětlit pojem difrakce, charakterizovat difrakční mřížku, vysvětlit princip holografie
- formulovat základní zákony termodynamiky, popsat princip tepelných strojů
- vysvětlit základní principy kinetické teorie plynů
- popsat fotoelektrický jev, Comptonův jev a důsledky z nich vyplývající pro dualismus vlna – částice
- formulovat Schrödingerovu rovnici, vysvětlit pojmy tunelový jev a kvantové pasti, popsat kvantově mechanický model atomu vodíku
- vysvětlit pojem spontánní a stimulovaná emise a princip laserů
- formulovat základní principy pásové teorie pevných látek
- na základě teoretických znalostí řešit základní úlohy z klasické a kvantové fyziky

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti z předmětu Fyzika 1 (základy klasické mechaniky, elektřiny a magnetismu), základy vektorové algebry, diferenciálního a integrálního počtu.
Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „pracovníka poučeného“ dle Vyhl. 50/1978 Sb., kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Zahrnují přednášky, numerická cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává domácí řešení souboru zadaných příkladů.

Způsob a kritéria hodnocení

Celkové hodnocení předmětu: max. 100 bodů.
Semestr:
- až 10 bodů za laboratorní cvičení
- až 25 bodů za 5 samostatných prací zadaných na tutoriálech.
Pro udělení zápočtu je nutné splnit povinnosti v laboratorním cvičení a odevzdat samostatné práce.
Zkouška:
- až 65 bodů za závěrečnou zkoušku
Zkouška je pouze písemná, skládá se z 5 částí: A-Kmity, vlny, B-Optika, C-Termodynamika, D-Moderní fyzika, E-Testové otázky. Pro úspěšné složení zkoušky je nutné získat z každé z částí A - D minimálně 5 bodů z 15 možných.

Osnovy výuky

1. Lineární harmonický oscilátor, tlumené kmity, nucené kmity. Kyvadla. Skládání kmitů.
2. Vlnění, vlnová rovnice, postupné harmonické vlny, energie přenášená vlněním.
3. Interference vln, stojaté vlny, akustika, Dopplerův jev.
4. Elektromagnetické vlny, polarizace, geometrická optika - odraz a lom, úplný odraz, optické zobrazování, optické přístroje.
5. Interference světla, koherence, Youngův pokus, interference na tenké vrstvě.
6. Difrakce, difrakční mřížky, rentgenová difrakce, holografie.
7. Nultý a první zákon termodynamiky, termodynamické děje, přenos tepla.
8. Kinetická teorie plynů - stavová rovnice ideálního plynu, vnitřní energie a teplota, molární tepelné kapacity.
9. Druhý zákon termodynamiky, entropie, tepelné stroje.
10. Meze klasické fyziky, fotoelektrický jev, Comptonův posuv, dualismus vlna-částice, vlnová funkce.
11. Schrödingerova rovnice, tunelový jev, kvantové pasti, atom vodíku,
12. Atomy s více elektrony. Spontánní a stimulovaná emise, lasery.
13. Pásová teorie pevných látek.

Učební cíle

- Vytvořit u studentů ucelený soubor poznatků o základních principech a zákonech vybraných partií klasické a kvantové fyziky.
- Rozvíjet schopnost řešit jednoduché fyzikální problémy matematickými metodami.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

Bartlová, M.: Fyzika 2 - sbírka příkladů (CS)
Fyzika 2. Studijní materiály k přednáškám, cvičením a laboratornímu cvičení. Stránka předmětu na eLearningu VUT.
Halliday D., Resnick R., Walker J.: Fyzika Vysoké učení technické v Brně Vutium, Prometheus Praha, 2000, 2003, 2006, 2013, 2019
Kheilová,M.,Liedermann,K,Tománek,P.,Zdražil,V: Kmity, Vlny, Optika, Termodynamika, Moderní fyzika E-text

Doporučená literatura

Hyperphysics: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html
Serway R., A.: Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics Saunders College Publishing, Philadelphia, London,..., 1996

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BKC-SEE bakalářský 2 ročník, zimní semestr, povinný