FC1028 Kmity, vlny, optika s experimenty

Pedagogická fakulta
jaro 2025
Rozsah
1/0/3. 16 hodin. 6 kr. Ukončení: zk.
Vyučováno kontaktně
Vyučující
Mgr. Jan Čech, Ph.D. (přednášející)
doc. RNDr. Petr Sládek, CSc. (přednášející)
Mgr. Tomáš Miléř, Ph.D. (cvičící)
Garance
Mgr. Jan Čech, Ph.D.
Katedra fyziky, chemie a odborného vzdělávání – Pedagogická fakulta
Kontaktní osoba: Jana Jachymiáková
Dodavatelské pracoviště: Katedra fyziky, chemie a odborného vzdělávání – Pedagogická fakulta
Předpoklady
FC1021 Mechanika s experimenty
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je určen pouze studentům mateřských oborů.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Cílem předmětu je získání přehledných vědomostí o tématu Kmity, Vlny, Optika na vysokoškolské úrovni. Důraz je kladen na logickou stavbu této vědní disciplíny a na získání znalostí a dovedností, potřebných pro výuku fyziky na základní škole Z těchto důvodů je do přednášky zařazeno větší množství jednoduchých pokusů a zdůrazněn vztah probírané látky k praxi, přírodě, domácnosti, technickým aplikacím apod.).
Vědomosti: Systematický přehled s porozuměním a schopností řešit základní úlohy z kmitů, vln a optiky s důrazem na aplikaci ve vzdělávání. Vazba probíraných témat na jevy v přírodě i každodenní praxi. Důležitost dodržování bezpečnosti práce a předpisů ve vztahu k optickým přístrojům a zdrojům záření (zejména LASERy) v školní/každodenní praxi.
Dovednosti: Dokázat identifikovat principy přírodních dějů a technických aplikací využívajících periodické děje a optiku. Provést aproximaci na bázi základních fyzikálních zákonů a následně výpočet jednoduchých aplikačních příkladů. Znát jednoduché školské experimenty a vztah probírané látky k praktickým aplikacím. Uvědomovat si fyzikální podstatu praktických aplikací a jevů, zejména v oblasti optiky. Dokázat provádět kvalifikovaný odhad hodnot.
Postoje: Osvojit si hodnoty objektivity a významu vědecké práce. Osvojit si přístupy racionálního a kritického nazírání na celospolečenské problémy optikou fyzikálního korektivu.
Výstupy z učení
Po absolvování předmětu by studující měli vědět a umět:
Základní pojmy a zákony periodických dějů ve fyzice, kmitů, vln a optiky a jejich aplikace na jednoduchých úlohách včetně aplikace základů diferenciálního a integrálního počtu
Identifikovat základní zákonitosti jevů, dějů a aplikací souvisejícich s kmity, vlnami a optikou (např. periodické děje, geometrická a vlnová optika, apod.)
Vyložit základní principy těchto jevů, dějů a technických aplikací teoreticky i za pomoci jednoduchých/modelových experimentů (myšlenkových, či demonstračních)
Osnova
  • I. Kmity.
  • 1. Harmonické kmity volné, tlumené a nucené.
  • 2. Superpozice dvou harmonických kmitů stejnosměrných a navzájem kolmých. Harmonická analýza kmitů.
  • 3. Spřažené kmity. Příčné kmity struny, podélné kmity tenké tyče. Kmity membrány a desky.
  • II. Vlny.
  • 1. Vznik a podstata postupného vlnění, vlnová rovnice. Energie postupného vlnění.
  • 2. Rovinná vlna, kulová vlna, šíření vln v prostoru. Interference vlnění. Odraz a lom vlnění na rovinném rozhraní dvou prostředí, ohyb vlnění. Dopplerův jev.
  • 3. Zvuk, základní charakteristiky tónu. Infrazvuk a ultrazvuk.
  • III. Optika
  • 1. Základní představy o světle. Vývoj názorů na podstatu světla, duální charakter světla. Měření rychlosti světla. Základní zákony šíření světla.
  • 2. Světlo jako elmg. vlna, její vlastnosti. Maxwellovy rovnice v optice a jejich řešení. Výkon přenášený elektromagnetickou vlnou, Poyntigův vektor. Polarizace elektromagnetické vlny.
  • 3. Fotometrie. Základní fotometrické pojmy, veličiny a jejich jednotky. Fotometrická rovnice, fotometry.
  • 4. Vzájemné působení světla a hmotného prostředí. Optické vlastnosti látek. Šíření světla anizotropním prostředím, dvojlom, optická aktivita, polarizace.
  • 5. Interference světla, podmínky pozorovatelné interference, Youngův pokus. Užití interference. Ohyb světla. Ohyb na štěrbině a na mřížce.
  • 6. Geometrická optika. Základní prvky zobrazovacích soustav, charakteristiky obrazu. Zobrazovací rovnice. Zrcadla, čočky. Jednoduché optické přístroje (lupa, dalekohled, mikroskop, lidské oko), základní pojmy z fyziologické optiky.
Literatura
    povinná literatura
  • HALLIDAY, David, Robert RESNICK a Jearl WALKER. Fyzika. 1. vyd. Brno, Praha: Vutium, Prometheus, 2001. ISBN 80-214-1868-0. info
    doporučená literatura
  • SLÁDEK, Petr a Jan KUČÍREK. Vlny : skriptum k přednášce Kmity a vlny pro studenty učitelství fyziky ve 2. ročníku na Masarykově univerzitě v Brně. 1. vyd. Brno: Masarykova univerzita v Brně, 2005, 72 s. ISBN 8021036672. info
  • SLÁDEK, Petr a Jan KUČÍREK. Kmity : skriptum k přednášce Kmity a vlny pro studenty učitelství fyziky ve 2. ročníku na Masarykově univerzitě v Brně. 1. vyd. Brno: Masarykova univerzita v Brně, 2005, 86 s. ISBN 8021036664. info
  • MALÝ, Petr. Optika. Vyd. 1. Praha: Karolinum, 2008, 361 s. ISBN 9788024613420. info
    neurčeno
  • LEPIL, Oldřich. Demonstrujeme kmity netradičně. 1. vyd. Praha: Prometheus, 1996, 55 s. ISBN 8071960284. info
  • HANÁK, Vojtěch. Kmity a vlny - multimediální učební text. Edited by Zdeněk Bochníček. 2011, 1 CD-ROM. URL info
  • MAIN, Iain G. Kmity a vlny ve fyzice. Translated by Josef Preinhaelter. [Vyd. 1.]. Praha: Academia, 1990, 346 s. ISBN 8020002723. info
  • LEPIL, Oldřich a Zdeněk KUPKA. Fyzika pro gymnázia : optika. 2. vydání. Praha: Prometheus, 1993, 167 stran. ISBN 8085849712. info
  • J. Peatross and M. Ware, Physics of Light and Optics, 2015 edition, available at optics.byu.edu; https://optics.byu.edu/textbook
Výukové metody
přednáška, početní cvičení a demonstrační experimenty; přednáška bude probíhat formou rozpravy na základě předchozího samostatného studia zadaného tématu s následným shrnutím (metoda převrácené třídy, peer-instruction, …)
Metody hodnocení
Zkouška (písemná, experimentální a ústní) s průběžným hodnocením v rámci semestru: - aktivní práce na seminářích (počítání modelových úloh) průběžné odpovědníky a písemné testy (min. 50% úspěšnost) - závěrečná písemná a ústní zkouška, jejíž součástí může být jednoduchý školský experiment (realizovaný či komentovaný).
Navazující předměty
Informace učitele
Systematický přehled vědní disciplíny naleznete např. na portálu HyperPhysics: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/index.html
Pro studenty na zahraniční stáži (ERASMUS aj.): Požadavky ke splnění předmětu budou individuálně nastaveny v kontextu absolvovaných předmětů na zahraniční stáži a také v souladu s cíli a výstupy z učení daného studijního programu.
Studijní opora
https://is.muni.cz/auth/ucitel/io/seznam?fakulta=1441;obdobi=9465;zuv=1531325;uvodnik=a
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2024.
  • Statistika zápisu (nejnovější)
  • Permalink: https://is.muni.cz/predmet/ped/jaro2025/FC1028