Valtakunnalliset valinnaiset opinnot
Energia ja lämpö (FY3) 2 op
Opintojaksossa 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
Opintojakson tavoitteena on, että opiskelija
- 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
Opintojakson keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavissa temaattisissa yhteyksissä: energiantuotanto, rakentaminen ja energia kotona, ilmastonmuutos sekä lämpövoimakone.
Keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavilla kokeilla: absoluuttisen nollapisteen määrittäminen (ekstrapolointi), veden ominaishöyrystymislämmön määrittäminen ja Boylen lain todentaminen.
Laaja-alainen osaaminen
Opintojaksolla nousee esiin yhteiskunnallinen osaaminen. Tätä laaja-alaisen osaamisen osa-aluetta voidaan kehittää esimerkiksi tutkimus- ja tiedonhakutehtävillä.
Opintojakson arviointi
Opintojakso arvioidaan numeerisesti asteikolla 4-10 fysiikan arviointikriteereiden mukaisesti, jotka on kuvattu tarkemmin fysiikan yleisessä osiossa. Arviointi kohdistuu fysiikan yleisten tavoitteiden saavuttamiseen opintojaksokohtaisia tavoitteita ja keskeisten sisältöjen hallintaa painottaen ja perustuu monipuoliseen näyttöön sekä opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Opintojakson formatiivinen arviointi tukee ja ohjaa opiskelijan oppimista opintojakson aikana. Summatiivisella arvioinnilla todennetaan opiskelijan kurssin aikana tapahtunutta opintojakson tavoitteiden mukaista osaamista. Arvioinnin tukena voi käyttää myös itsearviointia, joka voidaan toteuttaa esimerkiksi osana opiskelijan omaa oppimispäiväkirjaa. Formatiiviseen arviointiin voi ottaa mukaan lisäksi esimerkiksi oppilas- ja ryhmätöiden vertaiskommentointia.
Voima ja liike (FY4) 2 op
Opintojaksossa tarkastellaan tasaista ja muuttuvaa liikettä. Opintojaksossa 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
Opintojakson tavoitteena on, että opiskelija
- 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
Opintojakson keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavissa temaattisissa yhteyksissä: vesi- ja tuulivoima, liikenne sekä urheilu.
Keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavilla kokeilla: putoamiskiihtyvyyden määrittäminen, kitkakertoimen määrittäminen ja kappaleeseen vaikuttavien voimien määrittäminen.
Laaja-alainen osaaminen
Opintojaksolla nousee esiin vuorovaikutusosaaminen. Tätä laaja-alaisen osaamisen osa-aluetta voidaan kehittää esimerkiksi laborointi- ja ryhmätöillä.
Opintojakson arviointi
Opintojakso arvioidaan numeerisesti asteikolla 4-10 fysiikan arviointikriteereiden mukaisesti, jotka on kuvattu tarkemmin fysiikan yleisessä osiossa. Arviointi kohdistuu fysiikan yleisten tavoitteiden saavuttamiseen opintojaksokohtaisia tavoitteita ja keskeisten sisältöjen hallintaa painottaen ja perustuu monipuoliseen näyttöön sekä opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Opintojakson formatiivinen arviointi tukee ja ohjaa opiskelijan oppimista opintojakson aikana. Summatiivisella arvioinnilla todennetaan opiskelijan kurssin aikana tapahtunutta opintojakson tavoitteiden mukaista osaamista. Arvioinnin tukena voi käyttää myös itsearviointia, joka voidaan toteuttaa esimerkiksi osana opiskelijan omaa oppimispäiväkirjaa. Formatiiviseen arviointiin voi ottaa mukaan lisäksi esimerkiksi oppilas- ja ryhmätöiden vertaiskommentointia.
Jaksollinen liike ja aallot (FY5) 2 op
Opintojaksossa syvennetään edellisessä opintojaksossa omaksuttuja tietoja ja taitoja. Opintojaksossa perehdytään harmoniseen vuorovaikutukseen ja gravitaatiovuorovaikutukseen sekä niiden aiheuttamiin liikeilmiöihin. Opintojaksossa tutkitaan ja mallinnetaan ääntä ja ääni-ilmiöitä mekaanisina aaltoliikkeinä.
Yleiset tavoitteet
Opintojakson tavoitteena on, että opiskelija
- 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
Opintojakson keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavissa temaattisissa yhteyksissä: heiluri, soittimet, akustiikka ja äänentoisto, melun haittavaikutukset ja kuulon suojaaminen sekä ultraäänikuvaus.
Keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavilla kokeilla: heilurin heilahdusajan määrittäminen, äänen nopeuden määrittäminen ja äänen taajuusanalyysi.
Laaja-alainen osaaminen
Opintojaksolla nousee esiin hyvinvointiosaaminen. Tätä laaja-alaisen osaamisen osa-aluetta voidaan kehittää esimerkiksi tutkimustehtävillä. Aiheita voisivat olla esimerkiksi ääni, kuulemisen fysiikka, kuulon suojaaminen melulta ja kuulovauriot.
Opintojakson arviointi
Opintojakso arvioidaan numeerisesti asteikolla 4-10 fysiikan arviointikriteereiden mukaisesti, jotka on kuvattu tarkemmin fysiikan yleisessä osiossa. Arviointi kohdistuu fysiikan yleisten tavoitteiden saavuttamiseen opintojaksokohtaisia tavoitteita ja keskeisten sisältöjen hallintaa painottaen ja perustuu monipuoliseen näyttöön sekä opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Opintojakson formatiivinen arviointi tukee ja ohjaa opiskelijan oppimista opintojakson aikana. Summatiivisella arvioinnilla todennetaan opiskelijan kurssin aikana tapahtunutta opintojakson tavoitteiden mukaista osaamista. Arvioinnin tukena voi käyttää myös itsearviointia, joka voidaan toteuttaa esimerkiksi osana opiskelijan omaa oppimispäiväkirjaa. Formatiiviseen arviointiin voi ottaa mukaan lisäksi esimerkiksi oppilas- ja ryhmätöiden vertaiskommentointia.
Sähkö (FY6) 2 op
Opintojaksossa perehdytään keskeisimpiin sähköistä vuorovaikutusta kuvaaviin malleihin sekä sähköenergian ja sähkötekniikan käsitteisiin. Opiskelija saa perustiedot yksinkertaisten virtapiirien suunnittelusta ja tutkimisesta. Opintojaksossa käsitellään myös sähköturvallisuutta ja tutustutaan sähkötekniikan sovelluksiin.
Yleiset tavoitteet
Opintojakson tavoitteena on, että opiskelija
- 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
Opintojakson keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavissa temaattisissa yhteyksissä: yksinkertaiset sähkölaitteet, aurinkokenno tasajännitelähteenä ja sähköenergian varastoiminen.
Keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavilla kokeilla: mittauksia komponenttien toiminnasta virtapiirissä ja pariston sisäisen resistanssin kokeellinen määrittäminen.
Laaja-alainen osaaminen
Opintojaksolla nousee esiin eettisyys ja ympäristöosaaminen. Tätä laaja-alaisen osaamisen osa-aluetta voidaan kehittää esimerkiksi tutkimustehtävillä. Aiheita voisivat olla esimerkiksi erilaisten sähköisten valolähteiden fysiikka hehkulampusta LED -valaisimiin tai erilaisten akkujen vertaileminen älypuhelimesta sähköautoihin.
Opintojakson arviointi
Opintojakso arvioidaan numeerisesti asteikolla 4-10 fysiikan arviointikriteereiden mukaisesti, jotka on kuvattu tarkemmin fysiikan yleisessä osiossa. Arviointi kohdistuu fysiikan yleisten tavoitteiden saavuttamiseen opintojaksokohtaisia tavoitteita ja keskeisten sisältöjen hallintaa painottaen ja perustuu monipuoliseen näyttöön sekä opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Opintojakson formatiivinen arviointi tukee ja ohjaa opiskelijan oppimista opintojakson aikana. Summatiivisella arvioinnilla todennetaan opiskelijan kurssin aikana tapahtunutta opintojakson tavoitteiden mukaista osaamista. Arvioinnin tukena voi käyttää myös itsearviointia, joka voidaan toteuttaa esimerkiksi osana opiskelijan omaa oppimispäiväkirjaa. Formatiiviseen arviointiin voi ottaa mukaan lisäksi esimerkiksi oppilas- ja ryhmätöiden vertaiskommentointia.
Sähkömagnetismi ja valo (FY7) 2 op
Opintojaksossa perehdytään sähkömagnetismiin ilmiöalueena, jossa sähköiset ja magneettiset vuorovaikutukset esiintyvät rinnakkain. Opintojaksossa käsitellään ajasta riippuvia sähkömagneettisia ilmiöitä, joista keskeisin on sähkömagneettinen induktio. Opintojaksossa tarkastellaan myös sähkömagneettista säteilyä ja erityisesti sen tutuinta lajia, valoa. Sähkömagnetismiin perustuvien sovellusten tarkastelussa keskitytään niiden merkitykseen yhteiskunnan kehityksen mahdollistajana.
Yleiset tavoitteet
Opintojakson tavoitteena on, että opiskelija
- 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
Opintojakson keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavissa temaattisissa yhteyksissä: hiukkaskiihdytin, tuulivoima ja optinen tiedonsiirto.
Keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavilla kokeilla: magneettivuon tiheyden määritys käämin sisällä, valon heijastumisen ja taittumisen tutkiminen rajapinnassa sekä laserin aallonpituuden määrittäminen hilan avulla.
Laaja-alainen osaaminen
Opintojaksolla nousee esiin monitieteinen ja luova osaaminen. Tätä laaja-alaisen osaamisen osa-aluetta voidaan kehittää esimerkiksi tutkimustehtävillä ja ryhmätöillä.
Opintojakson arviointi
Opintojakso arvioidaan numeerisesti asteikolla 4-10 fysiikan arviointikriteereiden mukaisesti, jotka on kuvattu tarkemmin fysiikan yleisessä osiossa. Arviointi kohdistuu fysiikan yleisten tavoitteiden saavuttamiseen opintojaksokohtaisia tavoitteita ja keskeisten sisältöjen hallintaa painottaen ja perustuu monipuoliseen näyttöön sekä opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Opintojakson formatiivinen arviointi tukee ja ohjaa opiskelijan oppimista opintojakson aikana. Summatiivisella arvioinnilla todennetaan opiskelijan kurssin aikana tapahtunutta opintojakson tavoitteiden mukaista osaamista. Arvioinnin tukena voi käyttää myös itsearviointia, joka voidaan toteuttaa esimerkiksi osana opiskelijan omaa oppimispäiväkirjaa. Formatiiviseen arviointiin voi ottaa mukaan lisäksi esimerkiksi oppilas- ja ryhmätöiden vertaiskommentointia.
Aine, säteily ja kvantittuminen (FY8) 2 op
Opintojaksossa 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
Opintojakson tavoitteena on, että opiskelija
- 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
Opintojakson keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavissa temaattisissa yhteyksissä: säteilyturvallisuus, säteilyn käyttö lääketieteessä, ilmastonmuutos ja kasvihuoneilmiö.
Keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavilla kokeilla: spektrin mittaaminen, spektrin muutoksen tarkastelu fluoresenssi-ilmiössä, mittaukset laser-diodeilla ja opintojakson aihepiiriin liittyvät simulaatiot.
Laaja-alainen osaaminen
Opintojaksolla nousee esiin globaali ja kulttuuriosaaminen. Tätä laaja-alaisen osaamisen osa-aluetta voidaan kehittää esimerkiksi tutkimustehtävillä ja ryhmätöillä, joiden aiheina voisi käsitellä fysiikan isoja kansainvälisiä hankkeita, kuten Cernin LHC sekä fuusioreaktoriprototyyppi ITER.
Opintojakson arviointi
Opintojakso arvioidaan numeerisesti asteikolla 4-10 fysiikan arviointikriteereiden mukaisesti, jotka on kuvattu tarkemmin fysiikan yleisessä osiossa. Arviointi kohdistuu fysiikan yleisten tavoitteiden saavuttamiseen opintojaksokohtaisia tavoitteita ja keskeisten sisältöjen hallintaa painottaen ja perustuu monipuoliseen näyttöön sekä opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Opintojakson formatiivinen arviointi tukee ja ohjaa opiskelijan oppimista opintojakson aikana. Summatiivisella arvioinnilla todennetaan opiskelijan kurssin aikana tapahtunutta opintojakson tavoitteiden mukaista osaamista. Arvioinnin tukena voi käyttää myös itsearviointia, joka voidaan toteuttaa esimerkiksi osana opiskelijan omaa oppimispäiväkirjaa. Formatiiviseen arviointiin voi ottaa mukaan lisäksi esimerkiksi oppilas- ja ryhmätöiden vertaiskommentointia.