Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica BSc Natuur

Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
Studiewijzer
BACHELOR NATUUR- EN STERRENKUNDE
Vak
Studiejaar, Periode
Coördinators
Docent(en)
Studielast (EC)
Vakcode
: Trillingen, Golven en Optica, 2013/14
: Jaar 1, Sem 2, Periode 4
: dr M. Vreeswijk (algemeen)
: drs P. Vlaanderen (praktikum)
: dr T. Hijmans (werkcollege)
: prof Ben van Linden van den Heuvell
: dr Marcel Vreeswijk
:6
: 5092TRGL6
1
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
1. Globale inhoud
De eigenschappen van trillingen en golven bepalen veel verschijnselen van onze dagelijks
leven, zowel microscopisch als macroscopisch. Dit vak beschrijft de elementaire
eigenschappen van trillingen en golven zoals effecten als interferentie en buiging.
Uiteindelijk zal de nadruk liggen op de optische eigenschappen van licht en de interactie
met materie. Ook zullen enkele klassieke experimenten de revue passeren ter illustratie van
de theorie.
Dit vak moet gezien worden als een basisvak in het Natuur- en Sterrenkunde curriculum. De
wiskundebasis die is aangelegd in het eerste semester wordt toegepast en uitgediept, zoals
het oplossingen van differentiaalvergelijkingen en het werken met complexe getallen. De
basis van nieuwe wiskundige principes, zoals Fourier analyse, wordt aangeleerd. Deze basis
is relevant voor veel vakken, maar moet met name gezien worden als inleiding op de
Quantum Mechanica.
2. Leerdoelen
De student moet:






Kunnen uitleggen wat trillingen en golven zijn en deze wiskundig kunnen beschrijven,
specifiek in de context van de simpele harmonische trilling en gedempte trilling alsmede
het toepassen van de golfvergelijking en het opstellen van differentiaalvergelijkingen
gegeven een natuurkundig trillingen/golf probleem. De wiskundige omschrijving omvat
de basis van Fourier-analyse en complexe oplossingen.
Kunnen uitleggen van fenomenen als reflectie, interferentie, staande golven, resonantie,
diffractie, refractie en begrippen als dispersie en groepssnelheid.
De bovengenoemde begrippen herkennen en wiskundige technieken kunnen toepassen
op geluid, licht en elektrische circuits in de context van dit vak.
De werking kunnen uitleggen en wiskundig beschrijven van optische elementen zoals
spleten en tralies.
Het principe van Huygens kunnen uitleggen en de experimenten van Young en de
interferometer van Michelson kunnen beschrijven.
Een toegewezen experiment kunnen uitvoeren en hier schriftelijk verslag van doen.
3. Onderwijsvormen
Hoorcollege (2x per week), Werkcollege (2x per week), Praktikum (1 dagdeel per week).
Academische basisvaardigheden, met name verslaglegging, komen aan bod bij het tutoraat (enkele
sessies) en zijn gekoppeld aan het Praktikum.
2
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
4. Aanwezigheid
Op de Praktika en Tutoraat geldt een strikte aanwezigheidsplicht.
Het is zeer gewenst op aanwezig te zijn op de hoor en werkcolleges en bij te dragen aan de
intellectuele interactie.
5. Academische vorming en vaardigheden
Praktikumvaardigheden worden gevormd tijdens de praktika. Het bereikte begrip wordt
beoordeeld aan de hand van de verslaglegging in de vorm van een logboek en een verslag.
Het verslag wordt op wetenschappelijke schrijfvaardigheid beoordeeld in het Tutoraat.
6. Literatuur




Boek: D.C. Giancoli, `Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics’,
International Edition 4, ISBN 0136074804, Pearson Higher Education, 2008;
elektronische opgaven,
Syllabus en werkboek. (te koop)
Slides zijn beschikbaar op BB
Praktikumhandleidingen op BB.
7. Rooster en opbouw vak
Het rooster is te vinden op:
https://datanose.nl/#course[15315]
Samenvattend is er wekelijks 2xhoorcollege, 2xwerkcollege, 1 dagdeel praktikum.
Daarnaast wordt er zo’n acht uur per week zelfstudie verwacht aan voorbereiding van
college en praktika en het maken van oefen-opgaves buiten de werkcolleges. Bovendien
zullen wekelijks digitale huiswerkoefeningen worden aangeboden, tweemaal een digitale
tussentoets en eenmalig een papieren huiswerkopgave.
Voor de digitale oefenopgaven moet je je aanmelden met Giancoli-Mastering Physics op
cursus: ID=TGOVREESWIJK2014 , titel=TGO_2014. Deze aanmelding is ook noodzakelijk
voor deelname aan de tusentoetsen.
8. Toetsing
(*) Praktika en logboek worden beoordeeld door praktikumstaf conform de maatstaven van het vak
Natuur- en Sterrenkundigpraktikum I. Het beoordelingsmodel voor het praktikumverslag dat
gebruikt wordt door de tutoren is te vinden in de bijlage.
3
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
(**) voor het tentamen dient minimaal een 5.0 te worden behaald alvorens huiswerk en
tussentoetsten worden meegewogen (mits dit een positief effect heeft, anders geldt het
tentamencijfer). Dit bepaalt het theoriecijfer. Het gewogen theoriecijfer moet uiteraard minstens
een 5.5 bedragen en telt 80% mee.
Onderdeel
Deadline
Weging Minimum
%
cijfer
Compen
seerbaar
Her
kansing
Practica
logboek, verslag*
2x Tussentoets
Mastering Physics
Rond wk3 en wk6
Papieren
Huiswerk
Week 3
Afsluitend
tentamen
Herkansing
Wordt
medegedeeld
20%
5.50
Nvt
10%
mits
positief
10%
mits
positief
60%80%
60%80%
nvt
Nvt
Blijft
staan
Blijft
staan
nvt
nvt
5.00(**)
Ja
5.00(**)
ja
Week 5
Blijft
staan
9. Fraude en plagiaat
Dit vak hanteert de algemene ‘Fraude- en plagiaatregeling’ van de UvA. Onder plagiaat of
fraude wordt verstaan het overschrijven van het werk van een medestudent dan wel het
kopiëren van wetenschappelijke bronnen (uit bijvoorbeeld boeken en tijdschriften en van
het Internet) zonder daarbij de bron te vermelden. Uiteraard is plagiaat verboden. Hier
wordt nauwkeurig op gecontroleerd en streng tegen opgetreden. Bij verdenking van
plagiaat wordt de examencommissie van de opleiding ingeschakeld. Wanneer de
examencommissie overtuigd is dat er plagiaat gepleegd is dan kan dit maximaal leiden tot
een uitsluiting van al het onderwijs van de opleiding voor een heel kalenderjaar. Zie voor
meer informatie over het fraude- en plagiaatreglement van de Universiteit van Amsterdam
www.uva.nl/plagiaat.
10.Aanmelding en aanvullende informatie
In het tweede semester moet je jezelf aanmelden via het systeem SIS. Zie voor meer
informatie hierover www.student.uva.nl/sis
Als je je aanmeldt voor een vak word je ook automatisch ingeschreven voor het
bijbehorende tentamen en voor eventuele andere toetsvormen van dat vak.
4
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
NB. Je hebt alleen recht om deel te nemen aan de herkansing van een vak als je ook aan het
eerste tentamen of eerste toetsmoment hebt deelgenomen en aan alle samenstellende
voorwaarden (o.a. aanwezigheidsplicht, verplichte opdrachten etc.) hebt voldaan.
Dit vak heeft een Blackboardsite. Hier vind je de noodzakelijke aanvullende informatie, zoals
de groepsindeling van de werkcolleges, de opdrachten. Bekijk de Blackboardsite dus met
grote regelmaat!
11.Contactinformatie
Communicatie over de hoor- en werkcolleges verlopen via Marcel Vreeswijk, voor praktika via Paul
Vlaanderen en voor het Tutoraat via Joelle Kessels en tijdelijk Simon Koolstra.
De TA’s verzorgen de werkcolleges en kijken het huiswerk na.
Coördinator/Docent
Naam :
Adres : Science Park 904, kamer
Tel.nr :
E-mail :
Marcel Vreeswijk
C4.261b en Nikhef H244
020 592 5088
[email protected]
Hoorcollegedocent
Naam :
E-mail :
Ben van Linden van den Heuvell
[email protected]
WerkcollegeCoordinator/Praktikumdocent
Naam :
Tom Hijmans
E-mail :
[email protected]
PraktikumCoordinator
Email :
Paul Vlaanderen
[email protected]
TutorCoordinator:
Joelle Kessels
[email protected]
Vervangend TutorCoordinator:
Simon Koolstra
[email protected]
TA’s
Joern Mahlstedt
[email protected]
5
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
Elinore de Jong
Teuntje Tijssen
Catherina Vermeulen
Lydia Brenner
12.
BSc Natuur- en Sterrenkunde
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Inhoud per College
Een overzicht staat op de inleidende slides van het eerste college. Om didactische redenen kan
hiervan afgeweken worden.
13.
Opgaven per werkcollege
Er zal wekelijks een set worden uitgekozen op basis van de vorderingen en vragen die opkomen
tijdens de sessies. Op de college-slides wordt verwezen naar de syllabus en Giancoli. Als vuistregel
worden de bijbehorende opgaven behandeld op de werkcolleges.
Sessie 1: Opgaven Taylor en complexe getallen, uit het werkboek opgaven 2.2, 2.4, 2.5 en 2.6. Als er
tijd over is (of voor de snelle student): 2.3 en of 2.7
Sessie 2: Opgaven over Vrije (gedempte) trilling in het LCR geval: werkboek 3.1, 3.4, 3.8 en 3.11. Tijd
over: opgave 3.7
14.
Thematische Leerwijzer
De tentamenstof bestaat uit de syllabus en de volgende hoofdstukken uit Giancoli: H15, H32, H34 en
H35. Op de slides, aan het eind van iedere sessie, zijn de leerdoelen per college vermeld, getiteld
“wat heb ik geleerd”. Hier doen we een poging om van de belangrijkste onderwerpen aan te geven
en of je ze moet kennen of toepassen. “Kennen” houdt in deze context in dat je een onderwerp niet
zelf hoeft af te leiden, maar wel moet kunnen opschrijven, uitleggen of gebruiken in een
beschrijving. “Toepassen” betekent dat je het onderwerp wiskundig moet kunnen gebruiken, al dan
niet in een afleiding.
Op BB is een oefententamen beschikbaar en bovendien zijn de opgaves uit het werkboek zeer
representatief voor het tentamen.
Onderwerp
kennen
6
toepassen
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
Trillingen
Wiskundige basis (kettingregel, integreren, Taylor, etc)
x
Complexe rekenwijze (Euler-notatie etc)
x
DV vrije (gedempte) en gedwongen harm. oscillator (mech enRCL)
x
Oplossing DV van HO (algemeen en met begincondities)
Q-factor
x
x
Energie van HO, E=1/2 m v(max)^2 = ½ k A^2 etc.
Complexe impedantie (wet van Ohm)
x
x
x
x
Opstellen stelsel DV’s voor stelsel gekoppelde osc.
x
Oplossen stelsel DV’s voor twee gekoppelde osc.
x
Golven
Klassieke golfvergelijking
x
Oplossing golfvergelijking (algemeen en met randcondities)
Wat zijn lopende en staande golven?
x
x
x
Reflectie golven aan open en vast uiteinde
x
Reflectie en transmissie golven in touw bij overgang naar ander
medium
x
Golfsnelheid in gespannen snaar
x
Relatie voortplantingssnelheid, k-vector en golflengte
x
x
Wat is dispersie
x
x
Fasesnelheid en groepssnelheid
x
x
Fourier reeksen + berekening Fouriercoeficienten
x
Energie en getransporteerd vermogen bij een golf
x
7
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
Optica
Wet van Snell
x
Polarisatie
x
Principe van Huygens
x
Voortplanting van licht als EM golf.
x
Voortplanting van licht in materie uitleggen
x
Reflectie en Breking beredeneren
x
x
x
Optellen van (licht)golven
X
Fermatt’s principe
x
Randvoorwaarden E en B/mu veld opstellen (gegeven de polarisatie
van E, B velden in een figuur)
x
Fresnel Coefficienten Amplitude en Intensiteit afleiden (gegeven de
polarisatie van E, B velden in een figuur)
X
X
Brewsterhoek
x
x
Interferentie licht bij (dubbele) spleet/tralie afleiden.
x
X
Diffractie licht bij (dubbele) spleet afleiden.
x
X
Herkennen Fourier integralen in afleiding diffractie spleet
x
8
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
Bijlage: beoordelingsmodel Praktikumverslag
Gewicht
Correcte informatie
De weergegeven informatie is inhoudelijk correct.
1,5
Theorie en formules
Indien nodig wordt de juiste theorie of formule op de juiste
plek in het verslag verwerkt.
0,5
Samenvatting
De samenvatting is geschreven volgens de eisen die in de
handleiding beschreven zijn.
0,5
Inleiding
Alle relevante onderdelen van de inleiding zijn aanwezig en
goed uitgewerkt.
Meetmethode en
opstelling
Alle relevante onderdelen van de meetmethode en opstelling
zijn aanwezig en beknopt beschreven.
1
1,25
De methode en opstelling worden zodanig beschreven dat
het experiment controleerbaar en repliceerbaar is.
Structuur
Inhoud
Vaardigheden
Resultaten
De resultaten worden weergegeven volgens de eisen die in
de handleiding beschreven zijn. Denk hierbij aan de
aannames die je hierbij hebt gedaan.
1,5
Discussie en
Alle relevante onderdelen van de discussie zijn aanwezig en
goed uitgewerkt.
1
conclusie
In de conclusie wordt de onderzoeksvraag beantwoord en
wordt het verslag op een logische manier afgerond.
9
Formeel
Vorm
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica
BSc Natuur- en Sterrenkunde
Wetenschappelijk
taalgebruik
Er is correct wetenschappelijk Nederlands taalgebruik
gehanteerd (zakelijk, bondig en helder) in de juiste
werkwoordtijd.
1,5
Tekstuele
samenhang
Het verslag is tekstueel samenhangend en de verschillende
(sub-)onderdelen van de tekst volgen elkaar logisch op.
0,5
Titel
Het verslag heeft een informatieve titel.
0,25
Figuren/Tabellen
De belangrijkste resultaten worden in figuren of tabellen
weergegeven en zijn op de in de handleiding beschreven
wijze opgemaakt.
0,5
10