Syllabus

Credits: 5

Schedule: 26.02.2019 - 09.04.2019

Teacher in charge (valid 01.08.2018-31.07.2020): 

Petri Salo (luennot)
Jani Sainio (laboratoriotyöt)

Teaching Period (valid 01.08.2018-31.07.2020): 

IV kevät (2018-2019, 2019-2020)

Learning Outcomes (valid 01.08.2018-31.07.2020): 

Kurssin suoritettuaan opiskelija osaa

1. suorittaa fysikaalisia mittauksia ja analysoida saamiaan tuloksia,
2. selittää valon interferenssi- ja diffraktiokuvioiden intensiteettijakauman muodostumisen,
3. ratkaista yksinkertaisia kvanttimekaanisia systeemejä Schrödingerin yhtälön avulla,
4. tunnistaa atomien ja kiinteän aineen ominaisuuksia pohjautuen kvanttimekaniikkaan,
5. kertoa suppean suhteellisuusteorian perustan sekä vaikutuksen fysikaalisiin suureisiin,
6. kuvata ydinfysiikkaan ja radioaktiivisuuteen liittyvät keskeisimmät fysikaaliset ilmiöt.

Content (valid 01.08.2018-31.07.2020): 

Aina välttämätön aines:

Tietäminen: Interferenssi ja diffraktio sekä röntgendiffraktio; Schrödingerin yhtälö, kvanttimekaniikan todennäköisyysluonne, Heisenbergin epätarkkuusperiaate, aalto-hiukkas-dualismi ja fotoni; Kvanttiluvut, Paulin kieltosääntö, jaksollinen järjestelmä ja spin; Kiinteän aineen rakenne, sidostyypit ja energiavyörakenne; Suppea suhteellisuusteoria: suhteellisuusperiaate ja valon nopeus tyhjiössä; Radioaktiivisuus ja hajoamislaki, ydinreaktiot ja sidosenergia.

Soveltaminen: Interferenssi ja diffraktio kaksoisraossa, hilassa ja ohuessa kalvossa; Hiukkanen potentiaalikaivossa, diskreetti energiaspektri ja nollapiste-energia; Hiukkasen sironta potentiaalivallista ja tunneloituminen; Atomin emissio- ja absorptiospektrit; Johteet, puolijohteet ja eristeet; Hiukkasen lepomassa ja relativistinen energia; Fuusio ja fissio.

Tarpeellinen ja täydentävä aines:

Tietäminen: Mustan kappaleen säteily, valosähköinen ilmiö, Comptonin sironta, vetyatomi; Aineen magneettiset ominaisuudet; Sähkönjohtuminen metalleissa ja puolijohteissa;  Suppea suhteellisuusteoria: ajan, paikan ja samanaikaisuuden suhteellisuus, relativistinen energia ja liikemäärä sekä Lorentz-muunnos; Radioaktiivisen säteilyn eri lajit.

Soveltaminen: Interferenssi- ja diffraktiokuvion intensiteettijakauma; Kvanttimekaaninen harmoninen värähtelijä; Molekyylin värähtelyspektri; Laserin toimintaperiaate; Puolijohdekomponentit; Ionisoiva säteily, sen biologiset vaikutukset ja siltä suojautuminen.

Details on the course content (applies in this implementation): 

Luento	Aihepiiri	Lisätietoa
9. viikko TI-luento	Johdanto Interferenssi	Kurssikäytänteet. Johdanto. Interferenssi kaksoisraossa ja ohuissa kalvoissa. Intensiteettijakauma. (Giancoli § 34)
9. viikko KE-luento	Diffraktio	Diffraktio raossa. Intensiteettijakauma. Diffraktiohila. Röntgendiffratio. (Giancoli § 35)
10. viikko TI-luento	Suhteellisuus-teoriaa	Suppea suhteellisuusteoria. Samanaikaisuuden, ajan ja paikan suhteellisuus. Lorentz-muunnos. Liikemäärä. Energia. (Giancoli § 36)
10. viikko KE-luento	Johdatus kvanttifysiikkaan	Mustan kappaleen säteily, valosähköinen ilmiö yms. Valon hiukkasluonne, fotoni. Elektronin aaltoluonne. (Giancoli § 37)
11. viikko TI-luento	Kvantti-mekaniikkaa I	Aaltofunktio. Heisenbergin epämääräisyysperiaate. Schrödingerin yhtälö. Vapaa hiukkanen. (Giancoli § 38)
11. viikko KE-luento	Kvantti-mekaniikkaa II	Hiukkanen potentiaalikuopassa. Energian kvanttituminen. Potentiaalivalli. Tunneloituminen. (Giancoli § 38)
12. viikko TI-luento	Atomin rakenne I	Kvanttimekaaninen atomimalli. Vetyatomi. Kvanttiluvut. (Giancoli § 39)
12. viikko KE-luento	Atomin rakenne II. Molekyylit	Magneettinen momentti. Spin. Paulin kieltosääntö. Magneettiset materiaalit. (Giancoli § 39, 28) Sidokset. Molekyylien spektri. (Giancoli § 40)
13. viikko TI-luento	Kiinteä aine	Sidokset. Vyörakenne. Metallit ja puolijohteet. Diodi ja transistori. (Giancoli § 40)
13. viikko KE-luento	Radioaktiivisuus. Ydinfysiikkaa	Sidosenergia. Radioaktiivinen hajoaminen. Hajoamislaki ja ajoitus.(Giancoli § 41) Ydinreaktiot. Fissio ja fuusio. (Giancoli § 42)
14. viikko TI-luento	Kertaus	Tentin käytännön asioita. Kerrataan kurssin aihepiirit.
14. viikko KE-luento	VARALLA	Jos joku luennoista joudutaan peruuttamaan, niin tämä luento korvaa peruuntuneen tunnin.

Assessment Methods and Criteria (valid 01.08.2018-31.07.2020): 

Luennot, laskuharjoitukset, laboratoriotyöt, tentti.

Elaboration of the evaluation criteria and methods, and acquainting students with the evaluation (applies in this implementation): 

Kurssin suorittaminen koostuu neljästä osiosta:

• Luentojen esitehtävät (LE, max 20 p).
• Laskuharjoitukset (LH, max 30 p).
  
• Laboratoriotyöt (LB, max 20 p).
  
• Tentti (T, max 30 p).
  

Lopulliset pisteet saadaan laskemalla kaikki pisteet yhteen paitsi laskuharjoituspisteet, joista voi saada korkeintaan saman verran kuin mitä on tenttipisteitä. Suurin mahdollinen pistemäärä on 100 p. Matemaattisesti siis lopulliset pisteet ovat

P = LE + LB + T + min(LH, T)

Alustavat arvosanarajat (pisterajat voivat joustaa vain alaspäin):
1 45 - 54,9 p
2 55 - 64,9 p
3 65 - 74,9 p
4 75 - 84,9 p
5 85 - 100 p

LE- ja LH-pisteet ovat voimassa vuoden 2019 loppuun, mutta LB-pisteet ovat voimassa vuoden 2020 huhtikuun loppuun. Kurssin arvostelu tulee arviointikirjaan.

Tentti

Tentissä saa olla mukana muistiinpanovälineiden (=kynä ja kumi) lisäksi ylioppilaskirjoituksissa hyväksytty laskin. Taulukkokirjat ovat kiellettyjä; kaavakokoelma ja luonnonvakiot annetaan tenttipaperissa.

Tenttialue kirjasta

Luvut (Chapters) 34-42 (ei kappaleita 34.7, 35.6, 35.11-13, 36.2, 36.12-13, 37.11-12, 39.10, 41.11, 42.2, 42.7-10).

Workload (valid 01.08.2018-31.07.2020): 

Kontaktundervisning 50 h, sjävständig arbete 80 h.

Study Material (valid 01.08.2018-31.07.2020): 

Douglas C. Giancoli, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 4th Edition, Pearson Prentice Hall.

Substitutes for Courses (valid 01.08.2018-31.07.2020): 

Kurssi korvaa kurssin Tfy-3.1194 Fysiikka IIB tai Tfy-3.1254 Fysiikka IIB.
Kurssin voi korvata kahdella vanhalla fysiikan peruskurssilla, joista toinen on Tfy-3.1194 Fysiikka IIB tai Tfy-3.1254 Fysiikka IIB ja toinen mikä tahansa muu vanha fysiikan peruskurssi (Tfy-3.1xxx Fysiikka IA, Fysiikka IB, Fysiikka IIA tai Laboratoriotyöt).

 

Course Homepage (valid 01.08.2018-31.07.2020): 

https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=PHYS-A1140

Prerequisites (valid 01.08.2018-31.07.2020): 

Lukion pitkä matematiikka, lukion oppimäärän kurssi FY3, FY4, FY5, FY6, FY7 ja FY8 (LOPS 2003) tai FY3, FY4, FY5, FY6 ja FY7 (LOPS 2015) soveltuvin osin sekä Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 tai vastaavat tiedot.

Grading Scale (valid 01.08.2018-31.07.2020): 

0-5

Registration for Courses (valid 01.08.2018-31.07.2020): 

Ilmoittautuminen WebOodissa.

Further Information (valid 01.08.2018-31.07.2020): 

Vastaavat kurssit PHYS-A2140 Aineen rakenne (CHEM) ja PHYS-A5140 Materiens struktur.

Description

Registration and further information