Laajuus: 5
Aikataulu: 26.02.2019 - 09.04.2019
Vastuuopettaja (voimassa 01.08.2018-31.07.2020):
Petri Salo (luennot)
Jani Sainio (laboratoriotyöt)
Opetusperiodi (voimassa 01.08.2018-31.07.2020):
IV kevät (2018-2019, 2019-2020)
Osaamistavoitteet (voimassa 01.08.2018-31.07.2020):
Kurssin suoritettuaan opiskelija osaa
- suorittaa fysikaalisia mittauksia ja analysoida saamiaan tuloksia,
- selittää valon interferenssi- ja diffraktiokuvioiden intensiteettijakauman muodostumisen,
- ratkaista yksinkertaisia kvanttimekaanisia systeemejä Schrödingerin yhtälön avulla,
- tunnistaa atomien ja kiinteän aineen ominaisuuksia pohjautuen kvanttimekaniikkaan,
- kertoa suppean suhteellisuusteorian perustan sekä vaikutuksen fysikaalisiin suureisiin,
- kuvata ydinfysiikkaan ja radioaktiivisuuteen liittyvät keskeisimmät fysikaaliset ilmiöt.
Sisältö (voimassa 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.
Tarkennukset kurssin sisältöön (koskee tätä kurssikertaa):
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. |
Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet (voimassa 01.08.2018-31.07.2020):
Luennot, laskuharjoitukset, laboratoriotyöt, tentti.
Tarkennetut arviointiperusteet ja -menetelmät ja tutustuminen arviointiin (koskee tätä kurssikertaa):
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).Työmäärä toteutustavoittain (voimassa 01.08.2018-31.07.2020):
Kontaktundervisning 50 h, sjävständig arbete 80 h.
Oppimateriaali (voimassa 01.08.2018-31.07.2020):
Douglas C. Giancoli, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics, 4th Edition, Pearson Prentice Hall.
Korvaavuudet (voimassa 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).
Kurssin kotisivu (voimassa 01.08.2018-31.07.2020):
https://mycourses.aalto.fi/course/search.php?search=PHYS-A1140
Esitiedot (voimassa 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.
Arvosteluasteikko (voimassa 01.08.2018-31.07.2020):
0-5
Ilmoittautuminen (voimassa 01.08.2018-31.07.2020):
Ilmoittautuminen WebOodissa.
Lisätietoja (voimassa 01.08.2018-31.07.2020):
Vastaavat kurssit PHYS-A2140 Aineen rakenne (CHEM) ja PHYS-A5140 Materiens struktur.