Valtakunnalliset valinnaiset opinnot
Energia ja lämpö (FY3) 2 op
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
- saa valmiuksia osallistua ympäristöä ja teknologiaa koskevaan keskusteluun ja päätöksentekoon.
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
- Laaja-alainen osaaminen: Monitieteisyys, yhteiskunnallinen ja ympäristöosaaminen.
- Toteutus: Opiskelijat tutkivat kokeellisesti termodynamiikkaa sekä tutustuvat ilmastonmuutokseen ja energiankäyttöön.
- Arviointi: Kokeelliset tutkimukset, arvioitava työselostus ja osallistuminen keskusteluun. Summatiivinen ja formatiivinen arviointi.
Voima ja liike (FY4) 2 op
Tavoitteena on, että opiskelija
- osaa tutkia kokeellisesti voimaan ja liikkeeseen liittyviä ilmiöitä esimerkiksi liikenteen sekä urheilun yhteydessä
- 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
- Laaja-alainen osaaminen: Hyvinvointi-osaaminen , Vuorovaikutus, monitieteisyys.
- Toteutus: Opiskelijat keräävät mittausantureilla dataa, analysoivat ja esittävät tulokset graafisesti. Opiskelijat perehtyvät voimaan ja liikkeeseen liittyviin turvallisuusnäkökohtiin. Vuorovaikutustaitoja vahvistetaan ryhmätyöskentelyllä.
- Arviointi: Laboratoriotyöt, graafinen analyysi, työskentelyn dokumentointi. Summatiivinen ja formatiivinen arviointi.
Jaksollinen liike ja aallot (FY5) 2 op
Tavoitteena on, että opiskelija
- syventää edellisessä moduulissa omaksumiaan tietoja ja taitoja
- 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
- akustiikka ja äänentoisto, melun haittavaikutukset ja kuulon suojaaminen sekä ultraäänikuvaus.
- Laaja-alainen osaaminen: Monitieteisyys, hyvinvointi.
- Toteutus: Tutkitaan kokeellisesti ääntä ja värähtelyä. Hyvinvointiosaamista esimerkiksi tutustumalla kuulon suojaamiseen fysiikan näkökulmasta.
- Arviointi: Kokeelliset tutkimukset ja osallistuminen keskusteluun. Summatiivinen ja formatiivinen arviointi.
Sähkö (FY6) 2 op
Tavoitteena on, että opiskelija
- osaa tutkia kokeellisesti sähköön liittyviä ilmiöitä ja tehdä sähköopin perusmittauksia
- osaa käyttää kentän ja potentiaalin käsitteitä sähkökentän kuvaamisessa
- tuntee sähkölaitteisiin, sähkötekniikan sovelluksiin 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
- Laaja-alainen osaaminen: Vuorovaikutus, hyvinvointi, yhteiskunnallinen ja ympäristöosaaminen.
- Toteutus: Kokeellisesti tutustutaan sähköturvallisuuteen ja sähköenergian siirtoon liittyviin kysymyksiin. Vuorovaikutustaitoja vahvistetaan ryhmätyöskentelyllä.
- Arviointi: Kokeelliset tutkimukset, turvallisuusosaaminen, keskusteluihin osallistuminen. Summatiivinen ja formatiivinen arviointi.
Sähkömagnetismi ja valo (FY7) 2 op
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
- ymmärtää sähkömagnetismiin perustuvien sovellusten merkityksen yhteiskunnan kehityksen mahdollistajana.
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 energiansiirrossa
- sähkömagneettinen säteily ja sen spektri sekä mustan kappaleen säteilyn spektri
- valon heijastuminen, taittuminen ja kokonaisheijastuminen
- valon interferenssi ja diffraktio
- valon polarisaatio kvalitatiivisesti
- Laaja-alainen osaaminen: Hyvinvointiosaaminen, monitieteisyys, yhteiskunnallinen osaaminen.
- Toteutus: Opiskellaan sähköenergian tuotantoa ja siirtoa käytännön kokeiden ja yhteiskunnallisten keskustelujen kautta. Opiskelija perehtyy sähkömagneettisen säteilyn lajeihin ja niiden ominaisuuksiin sekä osaa arvioida niiden vaikutuksia.
- Arviointi: Kokeelliset tutkimukset ja osallistuminen keskusteluun. Summatiivinen ja formatiivinen arviointi.
Aine, säteily ja kvantittuminen (FY8) 2 op
Tavoitteena on, että opiskelija
- ymmärtää aineen rakenteen ja perusvuorovaikutukset sekä niiden vaikutukset aineen ominaisuuksiin
- 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
- Laaja-alainen osaaminen: Hyvinvointi, yhteiskunnallinen ja ympäristöosaaminen.
- Toteutus: Tutustutaan ionisoivan säteilyn vaikutuksiin ja turvallisuuteen, hyödynnetään esimerkkeinä säteilyn käyttö lääketieteessä. Perehdytään kvanttimekaniikan ja ydinfysiikan merkitykseen yhteiskunnassa.
- Arviointi: Summatiivinen ja formatiivinen arviointi.