Valtakunnalliset valinnaiset opinnot
FY3 Energia ja lämpö (2 op)
Opintojaksolla tutkitaan termodynaamisia systeemejä, energian siirtymistä systeemien välillä ja energian siirtymisen vaikutuksia. Keskeiset sisällöt liittyvät esimerkiksi energiantuotantoon, ilmastonmuutokseen ja rakentamiseen. Opintojakso antaa valmiuksia osallistua ympäristöä ja teknologiaa koskevaan keskusteluun ja päätöksentekoon.
Yleiset tavoitteet
- syventää ymmärrystään energiasta fysiikan keskeisenä käsitteenä
- osaa tutkia aineen termodynaamiseen tilaan ja olomuodon muutoksiin liittyviä ilmiöitä
- osaa soveltaa termodynamiikan käsitteitä ja malleja energiantuotannon ratkaisujen tarkastelussa ja kestävän tulevaisuuden rakentamisessa
- tunnistaa energiatasapainon ja lämmönsiirtymisen merkityksen ilmastonmuutoksessa.
Keskeiset sisällöt
- voima vuorovaikutuksen voimakkuuden mittana
- mekaaninen työ
- termodynaaminen systeemi ja tilanmuuttujat
- lämpötila, paine ja hydrostaattinen paine
- energian säilyminen, sisäenergia, energian siirtyminen ja lämpömäärä
- aineen lämpeneminen ja jäähtyminen sekä olomuodon muutokset
- lämpölaajeneminen
- kaasujen tilanmuutokset ja ideaalikaasun tilanyhtälö
Opiskelija harjoittelee opintojakson aikana seuraavia taitoja:
Tutkimisen taidot
- havaintojen tekeminen arkielämän ilmiöstä ja havaintojen kirjaaminen
- graafinen integrointi (s,F)-koordinaatiostossa
- uuden taulukkosarakkeen laskeminen (esim. 1/V tai PΔt)
- mittauksen tekeminen tietokoneavusteisesti
- simulaatioiden käyttäminen (esim. kaasun paineen tutkimiseen rakenneosasten tasolla)
- suoran yhtälö, jossa on vakiotermi p = ρgh + p0
- kääntäen verrannollisuus graafisesti p = vakio·1/V
- ideaalikaasun tilanyhtälöstä suureen ratkaiseminen
- useita termejä sisältävän suureyhtälön ratkaiseminen
Laaja-alainen osaaminen
Laaja-alaisen osaamisen osa-alueista painottuvat hyvinvointiosaaminen sekä monitieteinen ja luova osaaminen. Laaja-alaista osaamista arvioidaan opiskelijan kykynä ymmärtää oman toimintansa vaikutus ympäristön näkökulmasta.
Arviointi
Opintojaksolla toteutetaan sekä formatiivista että summatiivista arviointia painottaen opintojakson keskeisiä tavoitteita ja sisältöjä. Formatiivinen arviointi on lähinnä opiskelijaa opinnoissa eteenpäin, tavoitteiden saavuttamista kohti auttavaa, ei-dokumentoitavaa palautetta. Opiskelijan oppimista ja laaja-alaisen osaamisen kehittymistä tuetaan opintojakson aikana antamalla palautetta esimerkiksi opiskelijan työskentelystä vuorovaikutustilanteissa tai kriittiseen tiedonhakuun liittyvissä tehtävissä. Opiskelun aikaisen palautteen tarkoituksena on ohjata opiskelijaa tulemaan tietoiseksi työskentelytavoistaan ja vuorovaikutustaidoistaan esimerkiksi ongelmanratkaisutehtävän yhteydessä. Summatiivinen arviointi koostuu esimerkiksi opiskelijan tuotoksista ja/tai tavoitteisiin pohjautuvaa osaamista mittaavista kokeista saaduista arvosanoista.
FY4 Voima ja liike (2 op)
Opintojaksolla tarkastellaan tasaista ja muuttuvaa liikettä. Opintojaksolla perehdytään voimaan olennaisena kappaleiden välisiä vuorovaikutuksia kuvaavana suureena ja siihen, miten Newtonin II lakia käytetään mallinnettaessa voiman vaikutusta liiketilan muutokseen. Energiaa ja liikemäärää tarkastellaan mekaniikan keskeisinä käsitteinä ja säilyvinä suureina.
Yleiset tavoitteet
- osaa tutkia kokeellisesti voimaan ja liikkeeseen liittyviä ilmiöitä
- osaa tuottaa ja analysoida graafisia esityksiä mittausaineistosta
- ymmärtää säilymislakien merkityksen fysiikassa
- tuntee voimaan ja liikkeeseen liittyviä turvallisuusnäkökohtia.
Keskeiset sisällöt
- tasainen ja tasaisesti kiihtyvä suoraviivainen liike
- kappaleiden vuorovaikutus ja voima sekä Newtonin lait
- voimien yhteisvaikutus, voimakuvio ja liikeyhtälö
- paino ja kitka
- liike-energia, potentiaalienergia ja mekaaninen energia
- mekaanisen energian säilyminen ja mekaniikan energiaperiaate
- liikemäärä, impulssi, liikemäärän säilyminen ja yksiulotteiset törmäykset
Opiskelija harjoittelee opintojakson aikana seuraavia taitoja:
Tutkimisen taidot
- kuvaajan tangentti
- piirto-ohjelmien tarkoituksenmukainen käyttö
- voimakuvion piirtäminen
- toisen asteen polynomin sovittaminen mittauspisteisiin
- toisen asteen suureyhtälöiden ratkaiseminen
- vektorisuureet ja vektorimerkintöjen käyttö
- suorakulmaisen kolmion trigonometria
Laaja-alainen osaaminen
Laaja-alaisen osaamisen osa-alueista vuorovaikutus- ja hyvinvointiosaaminen korostuvat tällä opintojaksolla esimerkiksi urheilun ja liikenteen teemojen kautta. Laaja-alaista osaamista arvioidaan kokeellisten ryhmätöiden avulla.
Arviointi
Opintojaksolla toteutetaan sekä formatiivista että summatiivista arviointia painottaen opintojakson keskeisiä tavoitteita ja sisältöjä. Formatiivinen arviointi on lähinnä opiskelijaa opinnoissa eteenpäin, tavoitteiden saavuttamista kohti auttavaa, ei-dokumentoitavaa palautetta. Opiskelijan oppimista ja laaja-alaisen osaamisen kehittymistä tuetaan opintojakson aikana antamalla palautetta esimerkiksi opiskelijan työskentelystä vuorovaikutustilanteissa tai kriittiseen tiedonhakuun liittyvissä tehtävissä. Opiskelun aikaisen palautteen tarkoituksena on ohjata opiskelijaa tulemaan tietoiseksi työskentelytavoistaan ja vuorovaikutustaidoistaan esimerkiksi ongelmanratkaisutehtävän yhteydessä. Summatiivinen arviointi koostuu esimerkiksi opiskelijan tuotoksista ja/tai tavoitteisiin pohjautuvaa osaamista mittaavista kokeista saaduista arvosanoista.FY5 Jaksollinen liike ja aallot (2 op)
Opintojaksolla syvennetään edellisellä opintojaksolla omaksuttuja tietoja ja taitoja. Opintojaksolla perehdytään harmoniseen vuorovaikutukseen ja gravitaatiovuorovaikutukseen sekä niiden aiheuttamiin liikeilmiöihin. Opintojaksolla tutkitaan ja mallinnetaan ääntä ja ääni-ilmiöitä mekaanisina aaltoliikkeinä.
Yleiset tavoitteet
- osaa mallintaa planetaarista liikettä ympyräliikkeenä
- perehtyy värähtely- ja aaltoliikkeen perusteisiin tutkimalla mekaanista värähtelyä ja ääntä
- osaa kuvata jaksollista liikettä fysikaalisilla ja matemaattisilla käsitteillä
- osaa mallintaa mekaanista värähtelyä ja ääntä jaksollisena liikkeenä.
Keskeiset sisällöt
- momentti ja kappaleen kiertyminen
- tasapaino kiertymisen suhteen yksinkertaisissa tilanteissa
- tasainen ympyräliike ja normaalikiihtyvyys
- gravitaatiolaki ja planetaarinen liike
- jaksollinen liike, jaksonaika, taajuus ja amplitudi
- harmoninen voima ja värähtelyliike sekä harmonisen voiman potentiaalienergia
- mekaanisten aaltojen synty, eteneminen ja heijastuminen
- mekaanisten aaltojen diffraktio ja interferenssi sekä seisovat aallot
- ääni aaltoliikkeenä, äänen intensiteettitaso, äänen ominaisuudet ja eteneminen
Opiskelija harjoittelee opintojakson aikana seuraavia taitoja:
TVT-taidot
- sinifunktio
- aaltoilmiöiden mallintaminen
- logaritmiyhtälön käyttö
Laaja-alainen osaaminen
Laaja-alaisen osaamisen tavoitteista tällä opintojaksolla painottuu monitieteellinen ja luova osaaminen. Laaja-alaista osaamista arvioidaan opiskelijan kykynä löytää yhtymäkohtia muihin tieteisiin.
Arviointi
Opintojaksolla toteutetaan sekä formatiivista että summatiivista arviointia painottaen opintojakson keskeisiä tavoitteita ja sisältöjä. Formatiivinen arviointi on lähinnä opiskelijaa opinnoissa eteenpäin, tavoitteiden saavuttamista kohti auttavaa, ei-dokumentoitavaa palautetta. Opiskelijan oppimista ja laaja-alaisen osaamisen kehittymistä tuetaan opintojakson aikana antamalla palautetta esimerkiksi opiskelijan työskentelystä vuorovaikutustilanteissa tai kriittiseen tiedonhakuun liittyvissä tehtävissä. Opiskelun aikaisen palautteen tarkoituksena on ohjata opiskelijaa tulemaan tietoiseksi työskentelytavoistaan ja vuorovaikutustaidoistaan esimerkiksi ongelmanratkaisutehtävän yhteydessä. Summatiivinen arviointi koostuu esimerkiksi opiskelijan tuotoksista ja/tai tavoitteisiin pohjautuvaa osaamista mittaavista kokeista saaduista arvosanoista.FY6 Sähkö (2 op)
Opintojaksolla perehdytään keskeisimpiin sähköistä vuorovaikutusta kuvaaviin malleihin sekä sähköenergian ja sähkötekniikan käsitteisiin. Opiskelija saa perustiedot yksinkertaisten virtapiirien suunnittelusta ja tutkimisesta. Opintojaksolla käsitellään myös sähköturvallisuutta ja tutustutaan sähkötekniikan sovelluksiin.
Yleiset tavoitteet
- osaa tutkia kokeellisesti sähköön liittyviä ilmiöitä ja tehdä sähköopin perusmittauksia
- osaa käyttää kentän ja potentiaalin käsitteitä sähkökentän kuvaamisessa
- tuntee sähkölaitteisiin ja sähköenergian siirtoon liittyviä turvallisuusnäkökohtia.
Keskeiset sisällöt
- jännite ja sähkövirta tasavirtapiireissä
- resistanssi ja Ohmin laki
- sähköteho ja Joulen laki
- vastusten kytkennät ja Kirchhoffin lait
- akut ja akun latauspiiri
- Coulombin laki ja homogeeninen sähkökenttä
- potentiaalienergia ja potentiaali homogeenisessa sähkökentässä
- kondensaattori ja kondensaattorin energia
- puolijohteet, diodi ja LED komponentteina virtapiirissä
- sähköturvallisuus: sulake, suojausluokitus ja läpilyöntilujuus
Opiskelija harjoittelee opintojakson aikana seuraavia taitoja:
Tutkimisen taidot
- sähkökytkentöjen tekeminen
- jännitteen ja virran mittaaminen
- sähköturvallisuudesta huolehtiminen
- kytkentäkaavioiden laatiminen
- potentiaalikäyrän piirtäminen
Laaja-alainen osaaminen
Laaja-alaisen osaamisen tavoitteista opintojaksolla painottuvat yhteiskunnallinen osaaminen ja hyvinvointiosaaminen. Laaja-alaista osaamista arvioidaan sähköturvallissuden ja sähköntuotannon teemojen kautta.
Arviointi
Opintojaksolla toteutetaan sekä formatiivista että summatiivista arviointia painottaen opintojakson keskeisiä tavoitteita ja sisältöjä. Formatiivinen arviointi on lähinnä opiskelijaa opinnoissa eteenpäin, tavoitteiden saavuttamista kohti auttavaa, ei-dokumentoitavaa palautetta. Opiskelijan oppimista ja laaja-alaisen osaamisen kehittymistä tuetaan opintojakson aikana antamalla palautetta esimerkiksi opiskelijan työskentelystä vuorovaikutustilanteissa tai kriittiseen tiedonhakuun liittyvissä tehtävissä. Opiskelun aikaisen palautteen tarkoituksena on ohjata opiskelijaa tulemaan tietoiseksi työskentelytavoistaan ja vuorovaikutustaidoistaan esimerkiksi ongelmanratkaisutehtävän yhteydessä. Summatiivinen arviointi koostuu esimerkiksi opiskelijan tuotoksista ja/tai tavoitteisiin pohjautuvaa osaamista mittaavista kokeista saaduista arvosanoista.FY7 Sähkömagnetismi ja valo (2 op)
Opintojaksolla perehdytään sähkömagnetismiin ilmiöalueena, jossa sähköiset ja magneettiset vuorovaikutukset esiintyvät rinnakkain. Opintojaksolla käsitellään ajasta riippuvia sähkömagneettisia ilmiöitä, joista keskeisin on sähkömagneettinen induktio. Opintojaksolla tarkastellaan myös sähkömagneettista säteilyä ja erityisesti sen tutuinta lajia, valoa. Sähkömagnetismiin perustuvien sovellusten tarkastelussa keskitytään niiden merkitykseen yhteiskunnan kehityksen mahdollistajana.
Yleiset tavoitteet
- ymmärtää induktioilmiön keskeisen merkityksen sähkömagnetismissa
- ymmärtää sähköenergian tuotannon ja siirron fysikaaliset perusteet ja merkityksen yhteiskunnan toiminnan kannalta
- tunnistaa sähkömagneettisen säteilyn lähteitä ja vaikutuksia
- ymmärtää valon sähkömagneettisena ilmiönä.
Keskeiset sisällöt
- ferromagnetismi ja magneettinen dipoli
- magneettinen vuorovaikutus ja magneettikenttä
- varatun hiukkasen liike homogeenisessa sähkö- ja magneettikentässä
- virtajohtimen magneettikenttä ja kahden virtajohtimen välinen voima
- sähkömagneettinen induktio, Lenzin laki ja pyörrevirrat
- generaattori, vaihtovirran synty, muuntaja ja energian siirto sähkövirran avulla
- sähkömagneettinen säteily ja sen spektri sekä mustan kappaleen säteilyn spektri
- valon heijastuminen, taittuminen ja kokonaisheijastuminen
- valon interferenssi ja diffraktio
- valon polarisaatio kvalitatiivisesti
Opiskelija harjoittelee opintojakson aikana seuraavia taitoja:
TVT-taidot
- piirto-ohjelmien tarkoituksenmukainen käyttö
Laaja-alainen osaaminen
Opintojaksolla painottuvat laaja-alaisen osaamisen osa-alueista eettisyys ja ympäristöosaaminen sekä yhteiskunnallinen osaaminen. Laaja-alaista osaamista arvioidaan sähköenergian tuotannon ja tiedonsiirron teemojen kautta.
Arviointi
Opintojaksolla toteutetaan sekä formatiivista että summatiivista arviointia painottaen opintojakson keskeisiä tavoitteita ja sisältöjä. Formatiivinen arviointi on lähinnä opiskelijaa opinnoissa eteenpäin, tavoitteiden saavuttamista kohti auttavaa, ei-dokumentoitavaa palautetta. Opiskelijan oppimista ja laaja-alaisen osaamisen kehittymistä tuetaan opintojakson aikana antamalla palautetta esimerkiksi opiskelijan työskentelystä vuorovaikutustilanteissa tai kriittiseen tiedonhakuun liittyvissä tehtävissä. Opiskelun aikaisen palautteen tarkoituksena on ohjata opiskelijaa tulemaan tietoiseksi työskentelytavoistaan ja vuorovaikutustaidoistaan esimerkiksi ongelmanratkaisutehtävän yhteydessä. Summatiivinen arviointi koostuu esimerkiksi opiskelijan tuotoksista ja/tai tavoitteisiin pohjautuvaa osaamista mittaavista kokeista saaduista arvosanoista.FY8 Aine, säteily ja kvantittuminen (2 op)
Opintojaksolla perehdytään kvanttifysiikan käsitteelliseen ja teoreettiseen rakenteeseen sekä niiden kokeelliseen pohjaan. Keskeistä on aineen rakenne ja perusvuorovaikutukset sekä se, miten nämä vaikuttavat aineen ominaisuuksiin. Opintojakso käsittelee kvanttifysiikan teknologisia sovelluksia sekä sitä, miten kvanttifysiikka ilmenee alkeishiukkastason ilmiöistä nanomittakaavaan ja aina kosmisen mittakaavan ilmiöihin saakka. Tarkastelun kohteena ovat myös erilaiset radioaktiiviseen hajoamiseen, ionisoivaan säteilyyn ja kvantittumiseen perustuvat teknologiat.
Yleiset tavoitteet
- tuntee ionisoivan säteilyn vaikutukset ja tutustuu säteilyn turvalliseen käyttöön
- tutustuu kvanttifysiikkaan perustuvaan maailmankuvaan alkeishiukkasfysiikasta kosmologiaan
- ymmärtää kvantittumiseen perustuvan teknologian merkityksen nyky-yhteiskunnassa.
Keskeiset sisällöt
- energian kvantittuminen aineen ja säteilyn vuorovaikutuksessa
- fotoni sähkömagneettisen säteilykentän kvanttina
- atomin rakenne, atomin elektronien kvanttitilat ja aaltomekaanisen atomimallin periaate
- kvantittumiseen perustuva teknologia: laser ja kvanttirakenteet
- atomiytimen rakenne ja muutokset, radioaktiivinen hajoaminen
- ydinreaktiot, massan ja energian ekvivalenssi, ytimen sidosenergia
- ydinvoima, fissio ja fuusio
- hajoamislaki
- ionisoivan säteilyn lajit ja biologiset vaikutukset sekä soveltaminen lääketieteessä ja teknologiassa
- hiukkasfysiikan standardimalli
- maailmankaikkeuden kehitys
Opiskelija harjoittelee opintojakson aikana seuraavia taitoja:
TVT-taidot
- piirto-ohjelmien tarkoituksenmukainen käyttö
- eksponenttifunktion sovittaminen
- simulaatioiden käyttö
Laaja-alainen osaaminen
Laaja-alaisen osaamisen tavoitteista tällä opintojaksolla painottuvat hyvinvointiosaaminen sekä monitieteellinen ja luova osaaminen. Monitieteellistä ja luovaa osaamista arvioidaan opiskelijan kykynä ymmärtää tieteenalan kehitystä. Hyvinvointiosaamista arvioidaan kykynä ymmärtää säteilyn merkitys terveydenhoidossa.