Valtakunnalliset valinnaiset opinnot

FY3 Energia ja lämpö (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. 

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. 

Yhteys laaja-alaisen osaamisen kokonaisuuksiin:  

  • yhteiskunnallinen osaaminen  
  • eettisyys ja ympäristöosaaminen 

Opintojakson arviointi

Numeroarviointi asteikolla 4 – 10. 

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. Summatiivinen arviointi koostuu esimerkiksi opiskelijan tuotoksista ja/tai tavoitteisiin pohjautuvaa osaamista mittaavista kokeista saaduista arvosanoista.

Opintojakson arviointi perustuu monipuoliseen näyttöön sekä opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Arvioinnissa voidaan käyttää myös itse- ja vertaisarviointia sekä ryhmätuotosten arviointia. Erilaisten kirjallisten tuotosten lisäksi voidaan arvioida opiskelijan kokeellisen työskentelyn taitoja sekä esimerkiksi tiedon hankintaa ja tutkimisen taitoja. Laaja-alainen osaaminen arvioidaan osana opintojakson formatiivista ja summatiivista arviointia. 

FY4 Voima ja liike (2op)

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. 

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 mekaniikantyö-energiaperiaate
  • liikemäärä, impulssi, liikemäärän säilyminen ja yksiulotteiset törmäykset

Opintojakson keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavissa temaattisissa yhteyksissä: vesi- ja tuulivoima, liikenne sekä urheilu. Liikenneturvallisuuden kannalta keskeisiä ovat mm. jarrutukseen ja pysähtymiseen tarvittavat matka ja aika. 

Keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavilla kokeilla: putoamiskiihtyvyyden määrittäminen, kitkakertoimen määrittäminen ja kappaleeseen vaikuttavien voimien määrittäminen. 

Yhteys laaja-alaisen osaamisen kokonaisuuksiin: 

  • Monitieteinen ja luova osaaminen 
  • Vuorovaikutusosaaminen 

Opintojakson arviointi

Numeroarviointi asteikolla 4 – 10. 

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. Summatiivinen arviointi koostuu esimerkiksi opiskelijan tuotoksista ja/tai tavoitteisiin pohjautuvaa osaamista mittaavista kokeista saaduista arvosanoista.

Opintojakson arviointi perustuu monipuoliseen näyttöön sekä opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Arvioinnissa voidaan käyttää myös itse- ja vertaisarviointia sekä ryhmätuotosten arviointia. Erilaisten kirjallisten tuotosten lisäksi voidaan arvioida opiskelijan kokeellisen työskentelyn taitoja sekä esimerkiksi tiedon hankintaa, kysymysten muodostamista, ongelmanratkaisuprosessin kuvaamista ja tutkimisen taitoja. Laaja-alainen osaaminen arvioidaan osana opintojakson formatiivista ja summatiivista arviointia. 

FY5 Jaksollinen liike ja aallot (2op)

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.

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. 

Yhteys laaja-alaisen osaamisen kokonaisuuksiin: 

  • yhteiskunnallinen osaaminen 
  • vuorovaikutusosaaminen 

Opintojakson arviointi

Numeroarviointi asteikolla 4 – 10. 

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. Summatiivinen arviointi koostuu esimerkiksi opiskelijan tuotoksista ja/tai tavoitteisiin pohjautuvaa osaamista mittaavista kokeista saaduista arvosanoista.

Opintojakson arviointi perustuu monipuoliseen näyttöön sekä opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Fysiikan tietoja ja niiden soveltamista voidaan osoittaa eri tavoin, kuten selittämällä, graafisesti mallintamalla ja matemaattisia malleja käyttämällä. Erilaisten tuotosten lisäksi arvioidaan opiskelijan työskentelyä, esimerkiksi kysymysten muodostamista, ongelmanratkaisuprosessin kuvaamista ja tutkimisen taitoja. Arvioinnissa otetaan huomioon taito työskennellä kokeellisesti, hankkia tietoa ja soveltaa sitä. 

FY6 Sähkö (2op)

Opintojakson 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. 

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 jaKirchhoffinlait 
  • 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. 

Yhteys laaja-alaisen osaamisen kokonaisuuksiin: 

  • eettisyys ja ympäristöosaaminen 

Arviointi: 

Numeroarviointi asteikolla 4 – 10. 

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. Summatiivinen arviointi koostuu esimerkiksi opiskelijan tuotoksista ja/tai tavoitteisiin pohjautuvaa osaamista mittaavista kokeista saaduista arvosanoista.

Opintojakson arviointi perustuu monipuoliseen näyttöön sekä opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Arvioinnissa voidaan käyttää myös itse- ja vertaisarviointia sekä ryhmätuotosten arviointia. Erilaisten kirjallisten tuotosten lisäksi voidaan arvioida opiskelijan kokeellisen työskentelyn taitoja sekä esimerkiksi tiedon hankintaa ja tutkimisen taitoja. Laaja-alainen osaaminen arvioidaan osana opintojakson formatiivista ja summatiivista arviointia. 

FY7 Sähkömagnetismi ja valo (2op)

Opintojaksossa 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.  

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 määrittäminen käämin sisällä, valon heijastumisen ja taittumisen tutkiminen rajapinnassa sekä laserin aallonpituuden määrittäminen hilan avulla. 

Yhteys laaja-alaisen osaamisen kokonaisuuksiin:  

  • monitieteinen ja luova osaaminen 
  • eettisyys ja ympäristöosaaminen  

Opintojakson arviointi

Numeroarviointi asteikolla 4 – 10. 

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. Summatiivinen arviointi koostuu esimerkiksi opiskelijan tuotoksista ja/tai tavoitteisiin pohjautuvaa osaamista mittaavista kokeista saaduista arvosanoista.

Opintojakson arviointi perustuu monipuoliseen näyttöön sekä opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Arvioinnissa voidaan käyttää myös itse- ja vertaisarviointia sekä ryhmätuotosten arviointia. Erilaisten kirjallisten tuotosten lisäksi voidaan arvioida opiskelijan kokeellisen työskentelyn taitoja sekä esimerkiksi tiedon hankintaa ja tutkimisen taitoja. Laaja-alainen osaaminen arvioidaan osana opintojakson formatiivista ja summatiivista arviointia. 

FY8 Aine, säteily ja kvantittuminen (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. 

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. 

Yhteys laaja-alaisen osaamisen kokonaisuuksiin:  

  • Hyvinvointiosaaminen 
  • Yhteiskunnallinen osaaminen 

Arviointi: 

Numeroarviointi asteikolla 4 – 10. 

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. Summatiivinen arviointi koostuu esimerkiksi opiskelijan tuotoksista ja/tai tavoitteisiin pohjautuvaa osaamista mittaavista kokeista saaduista arvosanoista.

Opintojakson arviointi perustuu monipuoliseen näyttöön sekä opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Arvioinnissa voidaan käyttää myös itse- ja vertaisarviointia sekä ryhmätuotosten arviointia. Erilaisten kirjallisten tuotosten lisäksi voidaan arvioida opiskelijan kokeellisen työskentelyn taitoja sekä esimerkiksi tiedon hankintaa, kysymysten muodostamista, ongelmanratkaisuprosessin kuvaamista ja tutkimisen taitoja. Laaja-alainen osaaminen arvioidaan osana opintojakson formatiivista ja summatiivista arviointia.