Studiewijzer_tgo2015
advertisement
Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica BSc Natuur- en Sterrenkunde Studiewijzer TGO 2015/2016 v26/02 BACHELOR NATUUR- EN STERRENKUNDE Vak Studiejaar, Periode Coördinators Docent(en) Studielast (EC) Vakcode : Trillingen, Golven en Optica, 2014/15 : Jaar 1, Sem 1/2, Periode 3-4 : dr M. Vreeswijk (algemeen) : dr T. Hijmans (werkcollege) : prof dr Johannes F. de Boer : dr Marcel Vreeswijk :6 : 5092TRGL6 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 1 Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica BSc Natuur- en Sterrenkunde eigenschappen van trillingen en golven zoals effecten als interferentie en buiging. Uiteindelijk zal de nadruk liggen op de eigenschappen van licht en de optische instrumenten. De brekingsindex van een materiaal zal behandeld worden vanuit atomair perspectief. Ook zullen enkele klassieke experimenten de revue passeren ter illustratie van de theorie, inclusief het concept van de laser. 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: 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 (gedwongen) 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 fase en groepssnelheid. Deze fenomenen kunnen herkennen in gegeven situaties en de relevante wiskundige technieken of beschrijvingen kunnen toepassen in de context van dit vak. Het principe van Huygens en het principe van Fermat kunnen uitleggen en toepassen. Kunnen uitleggen hoe de Fresnel coëfficiënten zijn afgeleid. Deze zelf afleiden, gegeven de relevante wetten uit de electrodynamica. De Fresnel coëfficiënten toepassen op polarisatie toestanden van licht. De werking kunnen uitleggen en wiskundig beschrijven van optische elementen zoals spleten en tralies gebaseerd op Fraunhofer diffractie en de werking van de FabryPerot trilholte. 3. Onderwijsvormen Hoorcollege en Werkcollege. Het is zeer gewenst op aanwezig te zijn op de hoor en werkcolleges en bij te dragen aan de intellectuele interactie. 2 Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica BSc Natuur- en Sterrenkunde Ook zullen we gebruik maken van digitale stemmogelijkheden met mobile-phone of laptop. Instructies volgen tijdens college. (We gebruiken shakespeak, internet interface als er een vraag is geactiveerd: shakeq.com met inlogcode uva9177.) 4. Academische vorming en vaardigheden Dit is een theorie-vak zonder verslaglegging of presentaties. 5. Literatuur Boek: Optics van E.Hecht – de laatste International Edition (minstens de Fourth Edition, zie studiegids. Neem contact op als je een hogere editie gebruikt) Waarschuwing: In dit boek van Hecht heeft de uitgever twee bladzijde nummers gedrukt en hoofdstukken in de text anders genummerd dan de inhoudsopgave. Ik verwijs altijd naar de inhoudsopgave die de bladzijdenummers onderaan de pagina gebruikt. Dus als ik verwijs naar Hecht H6.3, kijk je in de inhoudsopgave waar H6 begint. Je vindt dan blz 220 (onderaan pagina). Zoek vanaf daar naar paragraaf 3. De bedoelde paragraaf H6.3 vind je op blz 229 en die heet dan 4.3, wat je verder kunt negeren. Syllabus ‘Trillingen en Golven’ en bijbehorend werkboek. (te koop). Let op: in de syllabus staan soms verwijzingen naar Giancoli, negeer die. Slides zijn beschikbaar op BB – op de slides staat verwijzingen naar de behandelde stof. 6. Rooster en opbouw vak Het rooster is te vinden op: https://datanose.nl/#course[38599] In de periode Januari is het vak intensief geroosterd met 2xhoorcollege, 2xwerkcollege. Tussendoor is een deeltoets (deeltentamen A) geroosterd. In de periode Februari-Maart loopt het vak door met 1 hoorcolle en 1 werkcollege per werk. In deze periode zijn ook twee tussentoetsen voorzien. Er is uiteraard ook een afsluitend tentamen (of deeltentamen B, zie onder). 7. Toetsing 3 Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica BSc Natuur- en Sterrenkunde De kolom met minimumcijfer is van toepassing op het ruwe cijfer van het betreffende onderdeel, dus voordat er eventuele andere onderdelen worden meegewogen. Voor een voldoende resultaat dient het eindcijfer minstens een 5.50 te bedragen. Naast de verrijking van je cijfer door de deelname aan tussentoetsen zijn er zijn twee hoofdroutes om het vak te halen. Route I: met twee deeltentamens A en B, of, II: 1 Tentamen. Route II volg je als je voor deeltentamen A minder dan een 5 hebt gescoord. Route I (A+B) Onderdeel Deeltentamen A (geroosterd als deeltoets in Jan.) Tussentoets 1 (geroosterd in Feb.-Mrt.) Tussentoets 2 (geroosterd in Feb.-Mrt.) Deeltentamen B (geroosterd als Tentamen) Eindcijfer Symbool Weging % Min. Cijfer Herka nsing A 40% van eindcijfer 5.0 Ja T1 15% + 85% deeltentamen B, mits positief effect. 15% + 85% verrijkt deeltentamen B, mits positief effect. (cijfer verrijkt met tussentoets). 60% van eindcijfer 40% A+ 60% verrijkt B T2 B Cijfer Nee Nee 5.0 Ja 5.5 Route II (Tentamen) Onderdeel Symbool Tussentoets 1 (geroosterd in Feb.-Mrt.) Tussentoets 2 (geroosterd in Feb.-Mrt.) T1 Tentamen T T2 Weging % 10% + 90% tentamen, mits positief effect. 10% + 90% verrijkt tentamen, mits positief effect. (cijfer verrijkt met tussentoetsen). 100% eindcijfer 4 Min. Cijfer Herka nsing Nee Nee 5.5 Ja Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica BSc Natuur- en Sterrenkunde Indien een tussentoets vervalt om rooster-technische redenen, wordt het enkelvoudige tussentoetsresultaat gebruikt. Op het tentamenmoment moet de student zelf aangeven of deeltentamen B, danwel het volledige Tentamen wordt gedaan. Het is zinloos om deeltentamen B af te leggen als deeltentamen A niet is behaald. Het hertentamen zal net zo verrekend worden als het tentamen. Het is niet mogelijk om deeltentamen A herkansen. Let op: de cijfers voor de tussentoets en deeltentamens zijn alleen geldig binnen het huidige studiejaar. Waar gaan de toetsen over? Alle stof die wordt behandeld kun je hieronder vinden onder punt “Inhoud per College”. Voor de tussentoetsen en deeltentamen A geldt dat deze alle voorgaande stof omvat. Ter college wordt hier nog specifieker over ingelicht. Deeltentamen B gaat over alle colleges die niet in deeltentamen A aan bod komen. Het Tentamen (route II) gaat over alle stof. 8. 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. 9. Aanmelding en aanvullende informatie Niet reguliere studenten moeten zich 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 de andere toetsvormen van dat vak. NB. Je hebt alleen recht om deel te nemen aan de herkansing van een vak als je ook aan het eerste tentamen hebt deelgenomen. 5 Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica BSc Natuur- en Sterrenkunde 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! 10.Contactinformatie Communicatie over de hoor- en werkcolleges verlopen via de vakcoordinator. 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 : Johannes de Boer [email protected] WerkcollegeCoordinator Naam : E-mail : Tom Hijmans [email protected] TA’s A: B: Mirte van der Eyden <[email protected]> C: Dirk Boonzajer Flaes [email protected] D: Mooij, Bram <[email protected]> E: Laura [email protected] <[email protected]> F: G: stephen skocpol [email protected] Lotte ter Haar <[email protected]> 6 Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica 11. BSc Natuur- en Sterrenkunde Inhoud per College Een zeer gedetailleerd overzicht staat op de inleidende slides van het eerste college. Hier volgt een globaal overzicht. Let op: de verwijzingen naar het boek Optics van Hecht hebben betrekking op Pierson International New Edition – Fourth Edition. (in de gewone internationale editie, ook de 4de, is H4 en H6 omgewisseld.) College Lit. 1) Simpele Harmonische Oscillator, Vrije-, Gedempte-, Gedwongentrilling. Complexe getallen! Syllabus S1, S2 en S3. 2) Gedwongen Trillingen en LCR kring, Phasoren, Resonatie Syllabus S4 3) Gekoppelde Trillingen Syllabus S5 4) Van gekoppelde Trillingen naar Golven. Superpositie en Staande golven. Syllabus S5, S7, Hecht H2 5) Zwevingen, Groepsnelheid, Dispersie, Voortplanting: Transmissie en Reflectie (1 dim, mechanisch) Syllabus S7 en Hecht H7 (t/m 7.2) DEELTENTAMEN A 6) Fourier synthese en analyse Syllabys S6 Hecht H7.3, H7.4 Hecht H11.1, H11.2.1 7) Licht en Materie, Voortplanting van Licht Hecht H3 (niet Maxwell) en Hecht H6 (t/m 6.5) 8) – Poneren Maxwell vgl. (inleiding, 3.1 tot 3.1.1, 3.1.5 (alleen 7 Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica BSc Natuur- en Sterrenkunde Maxwell vergelijkingen in de vrije ruimte, vgln 3.18-3.21), – Afleiden golfvergelijking uit Maxwell, 3D oplossing golf presenteren. Transversaliteit E-M golf afleiden, Maxwell is nodig. Sterkte Magnetisch veld en Electrisch veld. (3.2) – Energiedichtheid, pointing vector (3.3.1, 3.3.2, 3.3.3 tot ‘A Barrage of Photons’) 9) – Refraction, deels herhaling (6.4) – Fresnel coefficienten (6.6) – Inclusief evanescent wave (6.7) – Ook nog 6.11.1 doen. Vooral figuur 6.68 10) – Geometrische optica, hoe werkt lens uit Fermat, demonstraties lenzen met laser (5.1 5.2) en Fresnel coefficienten – Fiberoptics (5.6) – Polarizatie (8.1 (tot 8.1.5), 8.2 Twee gekruiste polarizatoren. 11) – Interferentie, Young twee spleet experiment, Newton ringen, Michelson, Sagnac, Inleiding, 9.1, 9.2, 9.3 (tot ‘The Fourier Perspective’), 9.4 (tot 9.4.2 ‘Real Fringes’), 9.8.3 (rotating Sagnac) 12) – Fabry perot afleiden: 9.6 (tot 9.6.1 Fabry-Perot Spectroscopy), (Demonstratie centimetergolven Klystron) Finesse, Interferentie 13) – Frauenhofer enkele spleet tot tralie spleten. (Demonstratie met laser) Diffractie ronde opening en resolutie. (10.1, 10.2 - 10.2.6 (tot p.472 (Dit is pagina 474 volgens de numering onderaan de bladzijde in het nieuwe book met blauwe kaft) ‘If the smallest ...’), 10.2.8) 14) – Simpel de laser (13.1 - 13.1.3 (tot p.597 (Dit is pagina 599 8 Studiewijzer Trillingen, Golven en Optica BSc Natuur- en Sterrenkunde volgens de numering onderaan de bladzijde in het nieuwe book met blauwe kaft) ‘A Survey of Laser Developments’)) DEELTENTAMEN B (of Tentamen) 12. Opgaven per werkcollege Er zal wekelijks een set worden uitgekozen op basis van de vorderingen en vragen die opkomen tijdens de sessies. Zie ook blackboard voor actuele informatie. 9
