Valtakunnalliset valinnaiset opinnot
Opintojaksot:
Nimi: Energia ja lämpö
Koodi: FY3
Laajuus: 2 op
Oppiaineet: Energia ja lämpö (FY3)
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
Laaja-alainen osaaminen
Monitieteinen ja luova osaaminen
- Opiskelija osaa tutkia aineen termodynaamiseen tilaan ja olomuodon muutoksiin liittyviä ilmiöitä.
- Opiskelija osaa soveltaa termodynamiikan käsitteitä ja malleja energiantuotannon ratkaisujen tarkastelussa ja kestävän tulevaisuuden rakentamisessa.
Eettisyys ja ympäristöosaaminen
- Opiskelija osaa soveltaa termodynamiikan käsitteitä ja malleja energiantuotannon ratkaisujen tarkastelussa ja kestävän tulevaisuuden rakentamisessa.
Arviointi
Opintojakso arvioidaan numerolla. Arviointiin vaikuttavat monipuoliset näytöt sekä aktiivinen työskentely opintojakson aikana.
Paikallinen lisäys opintojaksoon
Moduulin tavoitteena on ymmärtää lämpöilmiöitä jokapäiväisessä elämässä. Moduuli antaa valmiuksia seurata ja osallistua energiakeskusteluun yhteiskunnassa. Moduulin keskeisiä sisältöjä ovat työn ja energian käsitteet, lämpöopin systeemin tilanmuuttujat ja olomuodon muutokset. Moduulissa on mahdollista perehtyä kotitalouksien energiankäyttöön. Moduulin aikana mahdollisesti käydään tutustumassa paikalliseen lämpövoimalaitokseen.
Opintojaksot:
Nimi: Voima ja liike
Koodi: FY4
Laajuus: 2 op
Oppiaineet: Voima ja liike (FY4)
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
Laaja-alainen osaaminen
Laaja-alainen osaaminen opintojaksossa:
Monitieteinen ja luova osaaminen
- Opiskelija osaa tuottaa ja analysoida graafisia esityksiä mittausaineistosta.
Hyvinvointiosaaminen
- Opiskelija tuntee voimaan ja liikkeeseen liittyviä turvallisuusnäkökohtia.
Vuorovaikutusosaaminen
- Opiskelija osaa tutkia kokeellisesti voimaan ja liikkeeseen liittyviä ilmiöitä mahdollisten ryhmätöiden avulla
- Opiskelija osaa tuottaa ja analysoida graafisia esityksiä mittausaineistosta.
Arviointi
Opintojakso arvioidaan numerolla. Arviointiin vaikuttavat monipuoliset näytöt sekä aktiivinen työskentely opintojakson aikana.
Paikallinen lisäys opintojaksoon
Moduulin tavoitteena on, että opiskelija oppii ymmärtämään, soveltamaan ja tutkimaan kokeellisesti voimaan ja liikkeeseen liittyviä ilmiöitä. Moduulilla käsitellään mekaanisen energian ja liikemäärän säilymislakeja. Moduulilla tarkastellaan mm. suoraviivaista liikettä, Newtonin lakeja, voiman momenttia ja törmäyksiä. Moduulissa opitaan liikenneturvallisuuden kannalta keskeistä ymmärrystä renkaiden ja tien välisen kitkan sekä ajonopeuden vaikutus pysähtymismatkaan.
Opintojaksot:
Nimi: Jaksollinen liike ja aallot
Koodi: FY5
Laajuus: 2 op
Oppiaineet: Jaksollinen liike ja aallot (FY5)
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
Laaja-alainen osaaminen
Laaja-alainen osaaminen opintojaksossa
Monitieteinen ja luova osaaminen
- Opiskelija osaa mallintaa planetaarista liikettä ympyräliikkeenä.
- Opiskelija perehtyy värähtely- ja aaltoliikkeen perusteisiin tutkimalla mekaanista värähtelyä ja ääntä.
- Opiskelija osaa kuvata jaksollista liikettä fysikaalisilla ja matemaattisilla käsitteillä.
- Opiskelija osaa mallintaa mekaanista värähtelyä ja ääntä jaksollisena liikkeenä.
Hyvinvointiosaaminen
- Opiskelija perehtyy värähtely- ja aaltoliikkeen perusteisiin tutkimalla mekaanista värähtelyä.
- Opiskelija osaa mallintaa mekaanista värähtelyä ja ääntä jaksollisena liikkeenä.
Arviointi
Opintojakso arvioidaan numerolla. Arviointiin vaikuttavat monipuoliset näytöt sekä aktiivinen työskentely opintojakson aikana.
Paikallinen lisäys opintojaksoon
Moduulilla perehdytään ympyrä- ja värähdysliikkeeseen sekä gravitaatiovuorovaikutukseen. Aaltoliikkeen ominaisuuksiin tutustutaan äänen ilmiöiden, kuten heijastumisen, taittumisen ja interferenssi-ilmiöiden kautta. Akustiikkaan ja äänentoistoon liittyen moduulissa voidaan mahdollisesti vierailla Iisalmessa sijaitsevassa Genelec-yrityksessä.
Opintojaksot:
Nimi: Sähkö
Koodi: FY6
Laajuus: 2 op
Oppiaineet: Sähkö (FY6)
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
Laaja-alainen osaaminen
Laaja-alainen osaaminen opintojaksossa
Vuorovaikutusosaaminen
- Opiskelija osaa tutkia kokeellisesti sähköön liittyviä ilmiöitä ja tehdä sähköopin perusmittauksia.
Hyvinvointiosaaminen
- Opiskelija tuntee sähkölaitteisiin ja sähköenergian siirtoon liittyviä turvallisuusnäkökohtia.
Arviointi
Opintojakso arvioidaan numerolla. Arviointiin vaikuttavat monipuoliset näytöt sekä aktiivinen työskentely opintojakson aikana.
Paikallinen lisäys opintojaksoon
Moduulin tavoitteena on, että opiskelija oppii ymmärtämään, soveltamaan ja tutkimaan kokeellisesti sähköön liittyviä ilmiöitä. Moduulilla tutustutaan mm. yksinkertaisiin tasavirtapiireihin, niissä oleviin komponentteihin sekä sähköstaattiseen vuorovaikutukseen ja sähkökenttään. Laajempaa näkökulmaa sähköön ja erilaisiin sähkökomponentteihin saadaan mahdollisella yritysvierailulla paikallisiin tai lähikuntien yrityksiin.
Opintojaksot:
Nimi: Sähkömagnetismi ja valo
Koodi: FY7
Laajuus: 2 op
Oppiaineet: Sähkömagnetismi ja valo (FY7)
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
Laaja-alainen osaaminen
Laaja-alainen osaaminen opintojaksossa
Yhteiskunnallinen osaaminen sekä monitieteinen ja luova osaaminen
- Opiskelija ymmärtää sähköenergian tuotannon ja siirron fysikaaliset perusteet ja merkityksen yhteiskunnan toiminnan kannalta.
Hyvinvointiosaaminen
- Opiskelija tunnistaa sähkömagneettisen säteilyn lähteitä ja vaikutuksia.
Arviointi
Opintojakso arvioidaan numerolla. Arviointiin vaikuttavat monipuoliset näytöt sekä aktiivinen työskentely opintojakson aikana.
Paikallinen lisäys opintojaksoon
Moduulin tavoitteena on sähkömagneettisen induktion ja sähkömagneettisen aaltoliikkeen ominaisuuksien ja merkityksen oppiminen valon ja varauksellisten hiukkasten käyttäytymisen kautta. Moduulissa opitaan, ettei kaikki sähkömagneettinen säteily ole vaarallista sekä opitaan sen hyötykäyttökohteet.
Opintojaksot:
Nimi: Aine, säteily ja kvantittuminen
Koodi: FY8
Laajuus: 2 op
Oppiaineet: Aine, säteily ja kvantittuminen (FY8)
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
Laaja-alainen osaaminen
Laaja-alainen osaaminen opintojaksossa
Hyvinvointiosaaminen
- Opiskelija tuntee ionisoivan säteilyn vaikutukset ja tutustuu säteilyn turvalliseen käyttöön.
Yhteiskunnallinen osaaminen sekä eettisyys ja ympäristöosaaminen
- Opiskelija ymmärtää kvantittumiseen perustuvan teknologian merkityksen nyky-yhteiskunnassa.
- Opiskelija tuntee ionisoivan säteilyn vaikutukset ja tutustuu säteilyn turvalliseen käyttöön
Arviointi
Opintojakso arvioidaan numerolla. Arviointiin vaikuttavat monipuoliset näytöt sekä aktiivinen työskentely opintojakson aikana.
Paikallinen lisäys opintojaksoon
Moduulin tavoitteena on ymmärtää hiukkasten ja säteilyn dualistinen luonne, massan ja energian vastaavuus, energian kvantittumisen käsite, ytimen rakenne ja radioaktiivisuus sekä säteilyn lajit, säteilyturvallisuus ja säteilyn hyötykäyttö. Moduulissa voidaan tutustua esimerkiksi siihen, miten ionisoivaa säteilyä käytetään lääketieteessä sekä diagnostisissa että hoitotarkoituksissa. Samalla voidaan selvittää, miten näissä toimenpiteissä pidetään huolta potilaan ja henkilökunnan turvallisuudesta.