Fyzika se zaměřením na vzdělávání

Doporučený průběh studia

Předměty povinné jsou vytištěny tučně, povinně volitelné předměty normálním písmem, doporučené volitelné předměty kurzívou.

V následujících studijních plánech jsou uvedeny jen některé doporučené volitelné předměty. S nabídkou dalších volitelných předmětů jsou studenti seznamováni na začátku každého semestru na schůzce katedry didaktiky fyziky.

Hlavní studijní plán (maior)

1. rok studia

¹ Místo jednoho z předmětů NTVY014, NTVY015, NTVY016, NTVY017 je možné si zapsat Letní výcvikový kurz NTVY018 nebo Zimní výcvikový kurz NTVY019. Tyto kurzy může student absolvovat kdykoli v průběhu studia.

² Výuka anglického jazyka NJAZ070, NJAZ072 v rozsahu 0/2 v každém semestru je určena pro středně pokročilé a pokročilé. Pro začátečníky a mírně pokročilé jsou určeny předměty NJAZ071, NJAZ073 s rozsahem výuky 0/4 v každém semestru.

³ Kurz je organizován jednorázově zpravidla v letním semestru.
Informace jsou vždy před začátkem semestru na http://physics.mff.cuni.cz/vyuka/zfp/ .

2. rok studia

¹ Místo jednoho z předmětů NTVY014, NTVY015, NTVY016, NTVY017 je možné si zapsat Letní výcvikový kurz NTVY018 nebo Zimní výcvikový kurz NTVY019. Tyto kurzy může student absolvovat kdykoli v průběhu studia.

² Výuka anglického jazyka NJAZ074, NJAZ090 v rozsahu 0/2 v každém semestru je určena pro středně pokročilé a pokročilé. Pro začátečníky a mírně pokročilé jsou určeny předměty NJAZ075, NJAZ089 s rozsahem výuky 0/4 v každém semestru.

³ Povinnou zkoušku z anglického jazyka NJAZ091 je možné absolvovat v ZS nebo v LS.

3. rok studia

Povinně volitelné předměty (minimálně 4 kredity)

Přidružený studijní plán (minor)

1. rok studia

¹ Kurz je organizován jednorázově zpravidla v letním semestru.
Informace jsou vždy před začátkem semestru na http://physics.mff.cuni.cz/vyuka/zfp/ .

2. rok studia

3. rok studia

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce

Student musí prokázat znalost základních veličin, jejich souvislostí, metod měření, fyzikálních zákonů a jejich důsledků a vztahu experimentálních a teoretických výsledků. Musí též prokázat schopnost aplikovat tyto znalosti na řešení úloh a na vysvětlení jevů z běžného života i technické praxe.

1. Mechanika
Kinematika hmotného bodu, soustav hmotných bodů a tuhého tělesa. Základní dynamické veličiny, impulzové věty, zákony zachování. Inerciální a neinerciální soustavy, setrvačné síly. Rovnováha soustav hmotných bodů a těles, princip virtuální práce. Pohybové rovnice: 2. Newtonův zákon, Lagrangeovy rovnice 2. druhu, Hamiltonovy rovnice. Variační formulace pohybových rovnic klasické mechaniky. Pohyby částic a těles: pohyb pod vlivem odporové síly, pohyb v poli centrální síly, částice v elektrickém a magnetickém poli, srážky (rozptyl); setrvačníky. Kmity: skládání kmitů, tlumené, vynucené a vázané kmity, rezonance; malé kmity soustav hmotných bodů. Příklady systémů, v nichž může vzniknout deterministický chaos. Postupné a stojaté vlnění, rovnice struny. Dopplerův jev. Základy mechaniky kontinua: deformace, napětí, reologické vlastnosti látek. Rovnováha a pohyb ideálních a vazkých tekutin.

2. Elektřina, magnetismus a klasická elektrodynamika
Elektrostatika: Coulombův zákon, intenzita a potenciál, kapacita, kondenzátor, polarizace dielektrika, okrajové podmínky. Elektrický proud: rovnice kontinuity, Ohmův zákon, Kirchhoffovy zákony, práce a výkon elektrického proudu; výboj v plynech. Magnetické pole vodiče, Ampérův zákon, síla působící na vodič v magnetickém poli, magnetický moment smyčky, Faradayův indukční zákon, vlastní a vzájemná indukčnost. Magnetické pole v látce, magnetická polarizace. Střídavý proud, transformátor, obvody RLC. Oscilační obvod, rezonance. Maxwellovy rovnice, jejich vlastnosti a  základní důsledky. Kvazistacionární děje. Elektromagnetické potenciály, kalibrační transformace. Vlnová rovnice, elektromagnetické vlny; generování elektromagnetických vln, retardace. Energie a hybnost elektromagnetického pole. Meze klasické elektrodynamiky.

3. Optika
Rovinná elektromagnetická vlna. Vlastnosti optického záření: spektrální složení, mohutnost, polarizace, koherence, šíření ve vakuu. Interference. Průchod izotropním, dvojlomným a absorbujícím prostředím. Odraz a lom, rozptyl. Zobrazení zrcadlem a čočkou. Jednoduché optické přístroje. Lidské oko. Zdroje optického záření. Monochromátor, interferometr. Polarizační soustavy. Detektory optického záření.

4. Termodynamika, statistická fyzika a molekulová fyzika
Základní termodynamické veličiny (termodynamický i statistický přístup). Termodynamické postuláty a zavedení teploty. První termodynamický zákon a jeho důsledky. Vlastnosti ideálního a reálného plynu, jednoduché děje. Druhý termodynamický zákon a Carnotův cyklus. Fázový diagram a klasifikace fázových přechodů. Východiska statistické fyziky (fázový prostor, ergodická hypotéza, Liouvilleův teorém). Kanonický soubor a jeho rozdělení. Statistická rozdělení nerozlišitelných částic. Entropie z termodynamického i statistického pohledu. Ekvipartiční teorém. Zákony záření černého tělesa.

Maxwellovo-Boltzmannovo rozdělení rychlostí molekul plynu. Rozdělení molekul plynu v tíhovém poli a v libovolném konzervativním silovém poli (Boltzmannův zákon). Transportní jevy v plynech (hustota toku, srážky molekul, difúze, tepelná vodivost, viskózní tok). Vlastnosti povrchové vrstvy kapalin (molekulární tlak, povrchové napětí, kapilární jevy, kapilární tlak).

5. Atomová a kvantová fyzika
Vývoj názorů na chování objektů v mikrosvětě a na podstatu světla, experimentální důvody vzniku kvantové teorie. Optické spektrum atomu vodíku. Atomová hypotéza a modely atomu (Thomsonův, Rutherfordův, Bohrův, kvantově mechanický). Základní pojmy a postuláty kvantové mechaniky (vlnová funkce, operátory fyzikálních veličin a fyzikální význam jejich vlastních čísel a funkcí, popis měření v kvantové mechanice, relace neurčitosti). Schrödingerova rovnice (časová i bezčasová, jejich vzájemný vztah, ilustrace řešení pro vybrané jednoduché jednorozměrné případy). Základní myšlenky metod přibližného řešení úloh v kvantové mechanice, ilustrace na konkrétních příkladech. Orbitální a spinový moment hybnosti, magnetický moment atomu, spin-orbitální vazba. Systémy mnoha částic (popis systému mnoha částic, princip nerozlišitelnosti a jeho důsledky – Pauliho princip, bosony a fermiony, jednočásticové přiblížení a další metody řešení systémů více částic). Kvantový pohled na atomy a molekuly (atom vodíku, Mendělejevova periodická tabulka prvků, optická a rtg. spektra atomů, základy chemické vazby). Specifika chování objektů v mikrosvětě a přechod mezi klasickou a kvantovou mechanikou.

6. Teorie relativity
Pokusy vedoucí ke speciální teorii relativity (STR). Základní postuláty STR. Lorentzova transformace a její kinematické důsledky (kontrakce délek, dilatace času, relativita současnosti, skládání rychlostí a jejich aplikace). Kauzalita a STR. Hybnost a energie v STR, relativistická pohybová rovnice, ekvivalence hmotnosti a energie. Vztah klasické mechaniky a speciální teorie relativity.