Detail předmětu

Fyzika 2

FEKT-BPC-FY2AAk. rok: 2021/2022

Předmět Fyzika 2 navazuje na předmět Fyzika 1. V rámci tohoto předmětu se studenti seznámí 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, základům jaderné fyziky a využití fyzikálních principů v lékařství.
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

Zajišťuje ústav

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- 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
- objasnit radioaktivní rozpad jádra
- popsat princip rentgenu a magnetické rezonance
- 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 mgnetismu), 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, cvičení odb. základů, cvičení na počítači a laboratoře. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává 6 laboratorních zpráv a domácí řešení souboru zadaných příkladů.

Způsob a kritéria hodnocení

- až 20 bodů za laboratorní cvičení
- až 15 bodů za numerické cvičení (3x test 5 bodů)
Podmínkou udělení zápočtu je odměření všech přidělených laboratorních úloh, odevzdání protokolů, vypracování Semestrální práce a získání minimálně 12 bodů ze všech bodovaných aktivit během semestru.
- 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. Vlnění, vlnová rovnice, postupné harmonické vlny, energie přenášená vlněním.
2. Interference vln, stojaté vlny, akustika, Dopplerův jev.
3. Elektromagnetické vlny, polarizace, geometrická optika - odraz a lom, úplný odraz, optické zobrazování, optické přístroje.
4. Interference světla, koherence, Youngův pokus, interference na tenké vrstvě.
5. Difrakce, difrakční mřížky, rentgenová difrakce, holografie.
6. Nultý a první zákon termodynamiky, termodynamické děje, přenos tepla.
7. Kinetická teorie plynů - stavová rovnice ideálního plynu, vnitřní energie a teplota, molární tepelné kapacity.
8. Druhý zákon termodynamiky, entropie, tepelné stroje.
9. Meze klasické fyziky, fotoelektrický jev, Comptonův posuv, dualismus vlna-částice, vlnová funkce.
10. Schrödingerova rovnice, tunelový jev, kvantové pasti, atom vodíku.
11. Atomy s více elektrony. Spontánní a stimulovaná emise, lasery.
12. Pásová teorie pevných látek.
13. Základy jaderné fyziky. Využití fyzikálních principů v lékařství.

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

Halliday D., Resnick R., Walker J.: Fyzika Vysoké učení technické v Brně, Vutium, Brno, 2014, Překlad 8. orig. vydání (CS)
Halliday D., Resnick R., Walker J.: Fyzika Vysoké učení technické v Brně Vutium, Prometheus Praha, 2000, 2003, 2006, 2014 (CS)
Fyzika 2. Studijní materiály k přednáškám, cvičením a laboratornímu cvičení. Stránka předmětu na eLearningu VUT. (CS)
Kheilová,M.,Liedermann,K,Tománek,P.,Zdražil,V: Kmity, Vlny, Optika, Termodynamika, Moderní fyzika E-text (CS)
Halliday D., Resnick R., Walker J.: Fyzika, 2. vydání, VUTIUM, Brno, 2013, dotisk 2019 (CS)

Doporučená literatura

Serway R., A.: Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics Saunders College Publishing, Philadelphia, London,..., 1996 (EN)
Hyperphysics: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html (EN)
Lepil O., Bednařík M., Hýblová R.: Fyzika pro střední školy 1. díl, Prometheus, Praha, 2012 (CS)
Lepil O., Bednařík M., Hýblová R.: Fyzika pro střední školy 2. díl, Prometheus, Praha, 2012 (CS)

eLearning

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-BTB bakalářský, 1. ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Typy vln. Postupné harmonické vlny v bodové řadě, rovinná a kulová vlna. Energie přenášená harmonickým vlněním.
Superpozice a Interference harmonických vln, stojaté vlny. Zvukové vlny. Dopplerův jev.
Povaha světla. Zákony geometrické optiky: Odraz a lom světla. Základy vláknové optiky.
Interference světelných vln: Podmínky interference, Youngův pokus, interference na tenkých vrstvách.
Ohyb světla na štěrbině, difrakční mřížka. Polarizace světla. Holografie.
Teplota, teplotní roztažnost. Teplo, měrné tepelné kapacity.
První princip termodynamiky. Některé aplikace prvního principu.
Přenos tepla. Druhý princip termodynamiky, tepelné motory a čerpadla.
Meze klasické fyziky.
Kvantování energie. Absorpce, stimulovaná a spontánní emise. Lasery.
Krystalická struktura pevných látek. Pásová teorie pevných látek. Vodivost vodičů, izolantů a polovodičů. Supravodivost.
Jaderná fyzika. Vlastnosti atomových jader, modely jádra, radioaktivní rozpad.
Využití fyzikálních principů v lékařství. Lasery, RTG záření, rentgenová tomografie, radioaktivní datování.

Cvičení na počítači

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Experimenty s ultrazvukem.
Termodynamické experimenty, Stirlingův motor.
Teplotní záření, Stefanův-Boltzmanův zákon.
Fotoelektrický jev, Planckova konstanta.
Experimenty s RTG zářením.
Experimenty s radioaktivitou.

eLearning