VÝUKA FYZIKY NA FAKULTĚ ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ VUT V BRNĚ. Pavel Koktavý

Transkript

1 VÝUKA FYZIKY NA FAKULTĚ ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ VUT V BRNĚ Pavel Koktavý Ústav fyziky Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně

2 Představení FEKT Vysoké učení technické v Brně Fakulty (8) Fakulta architektury (FA) Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií (FEKT) Fakulta chemická (FCH) Fakulta informačních technologií (FIT) Fakulta podnikatelská (FP) Fakulta stavební (FAST) Fakulta strojního inženýrství (FSI) Fakulta výtvarných umění (FaVU)

3 Představení FEKT Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Na FEKT studuje v současnosti přibližně 4000 studentů ve všech formách studia. Nový areál FEKT se nachází v Brně Králově Poli na ulici Technická.

4 Představení FEKT Ústavy FEKT (12) Ústav automatizace a měřicí techniky (UAMT) Ústav biomedicínského inženýrství (UBMI) Ústav elektroenergetiky (UEEN) Ústav elektrotechnologie (UETE) Ústav fyziky (UFYZ) Ústav jazyků (UJAZ) Ústav matematiky (UMAT) Ústav mikroelektroniky (UMEL) Ústav radioelektroniky (UREL) Ústav teoretické a experimentální elektrotechniky (UTEE) Ústav telekomunikací (UTKO) Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky (UVEE)

5 Představení FEKT Studijní programy (prezenční, kombinovaná forma) Bakalářské studium (3 roky) Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídicí technika EEKR Biomedicínská technika a bioinformatika (FEKT LF MU) BTBIO-A Angličtina v elektrotechnice a informatice AJEI-H Audio inženýrství (FEKT - JAMU) Audio-J Magisterské studium (2 roky) Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídicí technika Biomedicínské inženýrství a bioinformatika Doktorské studium (4 roky) Elektrotechnika a komunikační technologie Biomedicínské technologie a bioinformatika

6 Přijímací řízení Přijímací řízení pro bakalářský studijní program, prezenční forma Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídicí technika (přijato 840) Přijímací zkouška: matematika fyzika, matematika základy informatiky Biomedicínská technika a bioinformatika (přijato 124) Přijímací zkouška: biologie matematika Angličtina v elektrotechnice a informatice (přijato 64) Přijímací zkouška: matematika anglický jazyk Audio inženýrství (přijato 62) Přijímací zkouška: talentová zkouška a matematika fyzika nebo matematika základy informatiky Prominutí přijímací zkoušky Příklad pro EEKR: Přípravný kurz z matematiky (1, 2), Přípravný kurz z fyziky (1, 2), Maturita z matematiky nebo z fyziky (1, 2), Národní srovnávací zkoušky (percentil 60), průměr na střední škole < 2

7 Zastoupení typů středních škol u přijatých studentů Přijímací řízení

8 Přijímací řízení Podíl přijatých studentů s maturitou z matematiky nebo fyziky

9 Přijímací řízení Typický student přijatý na FEKT Absolvoval SPŠ. Nematuroval z fyziky. Neskládal přijímací zkoušku z fyziky.

10 Výuka fyziky Zařazení fyziky ve studiu Fyzika je součástí povinného teoretického základu: Matematika Fyzika Teoretická elektrotechnika Fyzika je nezbytnou prerekvizitou pro řadu dalších navazujících předmětů: Elektrotechnika Měření v elektrotechnice Měření fyzikálních veličin Mikroelektronika a technologie součástek Elektromagnetická kompatibilita Elektroakustika Elektronika a biosenzory

11 Výuka fyziky Úkoly fyziky na FEKT Fyzika (resp. i další předměty teoretického základu) by měla pomoci studentům zvládnout přechod ze střední školy, pomoci sjednotit (upevnit) fyzikální (technické) znalosti studentů na dostatečné úrovni, navýšit tyto znalosti o vysokoškolské partie, které jsou potřeba jak pro studium dalších předmětů, tak o oblasti, které by měl ovládat bakalář nebo inženýr. Studenti na FEKT nepřicházejí studovat fyziku, pro kvalitního bakaláře nebo elektroinženýra je ale fyzikální základ nezbytný.

12 Výuka fyziky Výuka fyziky (UFYZ) v bakalářském studijním programu Elektrotechnika, elektronika, komunikační a řídicí technika Fyzika 1 (BFY1) 1. ročník, ZS Fyzika 2 (BFY2) 1. ročník, LS Biomedicínská technika a bioinformatika Fyzika 1 (AFY1) 1. ročník, ZS Fyzika 2 (AFY2) 1. ročník, LS Angličtina v elektrotechnice a informatice Fyzika v elektrotechnice (HFYZ) 1. ročník, ZS Audio inženýrství Fyzika pro ZRT (JFYZ) 1. ročník, ZS Fakulta informačních technologií Fyzika pro FIT (IFY) 1. ročník, LS, od 2015/16 bude volitelný předmět Studenti mohou v ZS 1. ročníku volitelně navštěvovat v Fyzikální seminář.

13 Výuka fyziky Osnova předmětů Fyzika 1 (BFY1) Základy mechaniky částic. Kinematika. Pohybová rovnice a její aplikace. Kmity. Práce, energie, výkon. Zákony zachování. Srážky. Gravitační a tíhové pole. Elektrostatické pole. Elektrický náboj, Coulombův zákon. Intenzita el. pole, siločáry. Bodový náboj a dipól v elektrickém poli. Gaussův zákon elektrostatiky. Kapacita. Elektrostatické pole v dielektriku. Energie elst. pole. Elektrický proud. rovnice kontinuity. Ohmův zákon. Elektromotorické napětí, práce a výkon elektrického proudu. Vedení proudu v látkách. Magnetické pole vyvolané proudem, Biotův-Savartův zákon, magnetické indukční čáry. Ampérův zákon celkového proudu. Silové působení magnetického pole. Gaussův zákon pro magnetické pole. Magnetické pole v látkách. Faradayův indukční zákon. Cívky a indukčnost. Střídavé proudy. Maxwellovy rovnice.

14 Výuka fyziky Fyzika 2 (BFY2) Kmity. Lineární harmonický oscilátor, tlumené kmity, nucené kmity. Kyvadla. Skládání kmitů. Vlny. Vlnová rovnice, postupné harmonické vlny, energie přenášená vlněním. Interference vln, stojaté vlny, akustika, Dopplerův jev. Elektromagnetické vlny. Polarizace. Optika. Geometrická optika odraz a lom, úplný odraz, optické zobrazování, optické přístroje. Interference světla, koherence, Youngův pokus, interference na tenké vrstvě. Difrakce, difrakční mřížky, rentgenová difrakce, holografie. Termodynamika. Zákony termodynamiky, termodynamické děje, přenos tepla. Kinetická teorie plynů stavová rovnice ideálního plynu, vnitřní energie a teplota, molární tepelné kapacity. Entropie, tepelné stroje. Kvantová a atomová fyzika. Fotoelektrický jev, Comptonův posuv, dualismus vlna-částice. Schrödingerova rovnice, tunelový jev, kvantové pasti. Atom vodíku, atomy s více elektrony. Spontánní a stimulovaná emise, lasery. Fyzika pevných látek. Pásová teorie pevných látek.

15 Výuka fyziky Fyzika pro ZRT (JFYZ) Audio inženýrství Úvod do studia fyziky. Fyzikální veličiny a jednotky. Vektory, komplexní čísla, diferenciální a integrální počet, vektorová analýza. Mechanika. Polohový vektor, rychlost, zrychlení. Pohyb po kružnici. Síla, hybnost. Newtonovy pohybové zákony. Práce, energie, výkon. Srážky. Kmity. Harmonické, tlumené a vynucené kmity. Skládání a rozklad kmitů. Vlny. Postupné vlnění. Energie přenášená vlněním. Vlnová rovnice. Ohyb. Odraz a lom. Superpozice a interference, stojaté vlny. Zvuk, Dopplerův jev. Elektrické pole. Coulombův zákon, intenzita, siločáry. Gaussův zákon elektrostatiky. Energie elst. pole, potenciál, napětí. Kapacita. Dielektrikum. Elektrický proud. Princip kontinuity. Ohmův zákon, elektrický odpor. Práce a výkon proudu. Elektrický zdroj, elektromotorické napětí. Jednoduché obvody. Magnetické pole. Síla v magnetickém poli. Hallův jev. Biotův-Savartův zákon. Ampérův zákon celkového proudu. Elektromagnetická indukce, indukčnost. Energie magnetického pole. Magnetické vlastnosti látek. Maxwellovy rovnice. Elektromagnetické vlny. Postupná vlna, polarizace. Energie. Vznik a šíření.

16 Výuka fyziky Formy výuky fyziky Přednáška 3 nebo 2 hodiny týdně (39 nebo 26 hodin za semestr ) Numerické cvičení 7 hodin za semestr Počítačové cvičení 6 hodin za semestr (resp. 13 hodin za semestr) Laboratorní cvičení 2 hodiny každý týdně nebo 2 hodiny za 14 dnů (26 nebo 13 hodin za semestr) Samostatné domácí úkoly, projekty

17 Výuka fyziky Znalosti potřebné pro studium základních kurzů fyziky Prerekvizity student by měl ovládat při nástupu na FEKT: Základy práce s fyzikálními veličinami, jednotkami a rovnicemi. Základní znalost pojmů a zákonů z oblasti mechaniky a jejich aplikace. Základní znalost pojmů a zákonů z oblasti elektřiny a magnetismu, aplikace. Výrazy, lineární rovnice, vektory, kartézský souřadný systém, goniometrické, exponenciální a mocninné funkce, znázornění základních funkčních průběhů. Korekvizity současné studium povinné matematiky: Řešení soustavy lineárních rovnic. Grafické znázornění funkčních průběhů. Derivace funkcí jedné a více proměnných, směrnice. Neurčitý a určitý integrál. Vektory báze, lineární kombinace, skalární a vektorový součin.

18 Výuka fyziky Výsledky studentů po 1. semestru, příklad pro ZS 2013/14 Fyzika 1 (BFY1) EEKR Fyzika 1 (AFY1) BTBIO-A Fyzika pro ZRT (JFYZ) AUDIO-J Fyzika v elektrotechnice (HFYZ) AJEI-H Zapsáno do předmětu Získalo zápočet Složilo úspěšně zkoušku 545 (85 %) 73 (79 %) 35 (74 %) 42 (63 %) 489 (76 %) 64 (70 %) 30 (64 %) 29 (43 %)

19 Výuka fyziky Časté problémy studentů ve fyzice Práce s výrazy, fyzikálními rovnicemi, veličinami, jednotkami. Využití matematického aparátu, matematická symbolika. Práce s vektorovými veličinami, sestavení vektorových rovnic, přechody ke skalární soustavám rovnic, skalární a vektorový součin. Přístup k řešení problémů často řeší něco jiného, než je zadáno. Řešení příkladů: Rozbor řešeného příkladu. Vysvětlení významu veličin použitých ve výpočtech. Interpretace výsledků. Zavádění diferenciálního a integrálního počtu do fyziky. Zobecňování zažitých postupů, změna postupů.

20 Závěr Významná část studentů, kteří přicházejí na FEKT, má pro tento typ školy nedostatečné fyzikální znalosti. To se často týká i schopných studentů. Často je problém studentů obecnější přístup k řešení problémů, volba postupů řešení. Část studentů se před příchodem na FEKT neprofiluje technickým směrem. Z pohledu fyziky jsou mezi přicházejícími studenty obrovské rozdíly. Prakticky neexistuje rozumně vysoká úroveň fyzikálních znalostí, kterou by ovládala převážná část nastupujících studentů. Část studentů (i schopných) začíná studium na takové výchozí úrovni, že reálně nejsou schopni v daném čase zvládnout požadovanou látku. Část studentů nezvládne přechod na tento typ školy a odchází. Absolvent vysoké školy technického zaměření se bez fyziky neobejde.