Valtakunnalliset valinnaiset opinnot
Energia ja lämpö (FY3)
Moduulissa tutkitaan termodynaamisia systeemejä, energian siirtymistä systeemien välillä ja energian siirtymisen vaikutuksia. Keskeiset sisällöt liittyvät esimerkiksi energiantuotantoon, ilmastonmuutokseen ja rakentamiseen. Moduuli 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
Voima ja liike (FY4)
Moduulissa tarkastellaan tasaista ja muuttuvaa liikettä. Moduulissa 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
Jaksollinen liike ja aallot (FY5)
Moduulissa syvennetään edellisessä moduulissa omaksuttuja tietoja ja taitoja. Moduulissa perehdytään harmoniseen vuorovaikutukseen ja gravitaatiovuorovaikutukseen sekä niiden aiheuttamiin liikeilmiöihin. Moduulissa 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
Sähkö (FY6)
Moduulissa perehdytään keskeisimpiin sähköistä vuorovaikutusta kuvaaviin malleihin sekä sähköenergian ja sähkötekniikan käsitteisiin. Opiskelija saa perustiedot yksinkertaisten virtapiirien suunnittelusta ja tutkimisesta. Moduulissa 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
Sähkömagnetismi ja valo (FY7)
Moduulissa perehdytään sähkömagnetismiin ilmiöalueena, jossa sähköiset ja magneettiset vuorovaikutukset esiintyvät rinnakkain. Moduulissa käsitellään ajasta riippuvia sähkömagneettisia ilmiöitä, joista keskeisin on sähkömagneettinen induktio. Moduulissa 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
Aine, säteily ja kvantittuminen (FY8)
Moduulissa perehdytään kvanttifysiikan käsitteelliseen ja teoreettiseen rakenteeseen sekä niiden kokeelliseen pohjaan. Keskeistä on aineen rakenne ja perusvuorovaikutukset sekä se, miten nämä vaikuttavat aineen ominaisuuksiin. Moduuli 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
Paikalliset kirjaukset FY3-FY7
Kukin moduuli muodostaa oman opintojakson. Opintojaksot KE5 (Kemiallinen energia ja kiertotalous) ja FY6 (Sähkö) pyritään opiskelemaan samassa periodissa, jolloin sisällöistä voidaan muodostaa kokonaisuuksia.
Opintojaksojen arviointi
Arviointi perustuu opintojakson tavoitteisiin ja sisältöihin sekä opintojaksolla painottuviin laaja-alaisen osaamisen osa-alueisiin. Arviointi kohdistuu opiskelijan tietoihin, taitoihin sekä
työskentelyyn.
Opintojaksolla toteutetaan sekä formatiivista että summatiivista arviointia. Oppimista arvioidaan formatiivisesti opintojakson aikana opettajan antaman suullisen palautteen ja keskustelujen myötä. Palaute pyritään antamaan positiivisessa ja kannustavassa hengessä. Oppimista edistetään myös itse- ja vertaisarvioinnin keinoin. Summatiivinen arviointi koostuu kokeista, kotitehtävistä, mahdollisista välitesteistä tai muista arvioitavista töistä. Arvioinnin perusteet käydään läpi opintojakson alussa.
Arviointiasteikko on numeroarviointi (4-10).
Ohjelmistotaidot
Opiskelijat perehdytetään opintojaksojen aikana tarvittaviin ohjelmistoihin (mm. LoggerPro, GeoGebra, SpeedCruch) ja niiden hallintaan.
Laaja-alaisen osaamisen taidot
Kaikilla opintojaksoilla opetellaan käyttämään tieto- ja viestintäteknologiaa mittaustulosten käsittelyyn ja esittämiseen (monitieteinen ja luova osaaminen).
FY3 Energia ja lämpö (2op) Opiskelija oppii soveltamaan termodynamiikan käsitteitä eri enrgiatuotantomallien tarkastelussa ja kestävän tulevaisuuden rakentamisessa, jolloin eettinen ja ympäristöosaaminen vahvistuvat. Käsitteiden ja ilmiöiden ymmärtäminen auttavat osallistumaan yhteiskunnalliseen keskusteluun, jolloin myös yhteiskunnallinen osaaminen kasvaa.
FY4 Voima ja liike (2op) Opintojakson sisällöissä on voimakkaasti esillä liikkeen ja voiman tarkasletu eri liikuntalajeissa ja liikentteessä. Tässä yhteydessä pyritään kasvattamaan opiskelija hyvinvointiosaamista lisäämällä mielenkiintoa ja positiivsta asennetta eri liikunnan muotoja kohtaan. Käsitellään myös liikenneturvallisuutta. Vuorovaikutusosaamista pyritään lisäämään painottamalla yhdessä opiskelua sekä palautteen ja kannustuksen antamista.
FY5 Jaksollinen liike ja aallot (2op) Gravitaatio-jaksossa pohditaan, miten ihmisten maailmankuva on muuttunut historian saatossa ja mikä on ollut fysiikan kehittymisen merkitys siihen (Globaali- ja kulttuuriosaaminen). Ääni-jaksossa perehdytään mm. musiikin ja melun fysiikkaan myös hyvinvoinnin näkökulmasta (hyvinvointiosaaminen).
FY6 Sähkö (2op) Opintojaksolla perehdytään ympäritöystävällisiin energian tuotantotapoihin ja ledi-tekniikkaan (eettinen ja ympäristöosaaminen). Monitieteistä ja luovaa osaamista kehitetään perehtymällä joihinkin lääketieteessä käytettäviin laitteisiin (mm. defibrillaattori, EKG).
FY7 Sähkömagnetismi ja valo (2op) Opintojakson keskeisten sisältöjen (vaihtovirta, generaattori, sähköenergian siirtäminen) ymmärtäminen kannustaa ja mahdollistaa osallistumisen energiaa käsittelevään yhteiskunnalliseen keskusteluun (yhteiskunnallinen osaaminen).
FY8 Aine, säteily ja kvantittuminen (2op) Opitaan ionisoivan säteilyn lajit, synty ja vaikutuksen terveyteen sekä opitaan säteilyn turvallista käyttöä (hyvinvointiosaaminen).
Opitaan fuusio ja fissio energian tuotantotapoina, jolloin opiskelija ymmärtää paremmin yhteiskunnallista energiakeskustelua ja osaa perustella eri näkökulmia (yhteiskunnallinen osaaminen).