Syllabus

OSAAMISTAVOITTEET

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.

Laajuus: 5

Aikataulu: 27.02.2024 - 17.04.2024

Vastuuopettaja (voimassa koko opetussuunnitelmakauden):

Vastuuopettaja (koskee tätä kurssikertaa): Petri Salo, Jani Sainio

Kurssin yhteystiedot (koskee tätä kurssikertaa):

Kurssin CEFR-taso (voimassa koko opetussuunnitelmakauden):

Opetuskieli ja suorituskielet (koskee tätä kurssikertaa):

Teaching language: Finnish. Languages of study attainment: Finnish, Swedish

SISÄLTÖ, ARVIOINTI JA KUORMITTAVUUS

Sisältö

• voimassa koko opetussuunnitelmakauden:

  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.

Toteutus, työmuodot ja arvosteluperusteet

• voimassa koko opetussuunnitelmakauden:

  Luennot, laskuharjoitukset, laboratoriotyöt, tentti.

• koskee tätä kurssikertaa

  
  

  
  

  Kurssin suorittaminen koostuu neljästä osasuorituksesta:
  

  • Luentojen esitehtävät (LE, max 10 p).
  • Laskuharjoitukset (LH, max 30 p).
    
  • Laboratoriotyöt (LB, max 20 p).
    
  • Tentti (T, max 40 p).
    

  
  

  Lopulliset pisteet saadaan laskemalla kaikki osasuorituspisteet yhteen (TOT=LE+LH+LB+T) ja pyöristämällä kahden numeron tarkkuuteen. Suurin mahdollinen pistemäärä on 100 p. Tenttiin tulee osallistua ja laboratoriotyöt tulee olla suoritetut kurssin läpäisemiseksi.

  LE- ja LH-pisteet ovat voimassa vuoden 2024 loppuun, mutta LB-pisteet ovat voimassa vuoden 2025 huhtikuun loppuun. Kurssin arvostelu tulee arviointikirjaan.
  

  HUOM. Vaikka vain laboratoriotyöt ja tentti ovat pakollisia, niiden pisteet yksistään tuskin riittävät kurssin läpäisemiseen.
  

  
  

  Alustavat arvosanarajat

  1 50 - 59 p
  2 60 - 69 p
  3 70 - 79 p
  4 80 - 89 p
  5 90 -100 p
  
  Pisterajat voivat joustaa vain alaspäin.
  

  
  

  Tentti

  Tentit järjestetään salitentteinä. Kurssitentti on huhtikuussa ja uusintatentit kesä- ja joulukuussa. Uusintatentteihin pitää ilmoittautua Sisussa.

  Kurssitentti on automaattisesti sekä suomeksi että ruotsiksi, mutta uusintatentit saa ruotsiksi ainoastaan, jos siihen on tarvetta. Tällöin pitää olla yhteydessä luennoitsijaan kaksi viikkoa ennen uusintatenttiä, jotta tentti ennätetään käännättää Aallon käännöspalvelussa.

  Tentissä saa olla mukana kirjoitusvälineet ja laskin, jossa ei ole internet-mahdollisuutta, sekä yksi A4-paperi itsetehtyjä muistiinpanoja. Taulukkokirjat ovat kiellettyjä. Lisätietoa kurssisivuilla lähempänä kurssitenttiä.

  Tenttialue kirjasta (Giancoli 5th Edition) luvut (Chapters) 34-42 (ei kappaleita 34.7-11, 35.7, 35.10, 35.12-13, 37.11-12, 39.8-9, 39.11, 41.11, 42.2, 42.7-11).
  

Työmäärä toteutustavoittain

• voimassa koko opetussuunnitelmakauden:

  Kontaktiopetusta 50 h, itsenäistä työskentelyä 80 h.

PERUSTIETOJA

Oppimateriaali

• voimassa koko opetussuunnitelmakauden:

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

Korvaavuudet

• voimassa koko opetussuunnitelmakauden:

  Korvaavuudet

Esitiedot

• voimassa koko opetussuunnitelmakauden:

  Esitiedot

LISÄTIETOJA

Lisätietoja

• voimassa koko opetussuunnitelmakauden:

  Opetuskieli : suomi

  Kurssi on mahdollista suorittaa ruotsiksi (videoluennot, harjoitusryhmät (H0XX_SV), laboratorioharjoitukset sekä tentti ruotsiksi).

  Kursen kan genomföras på svenska (videoföreläsningar, övningsgrupper (H0XX_SV), laboratorieövningar och tentamen på svenska).

  Opetusperiodi : 2022-2023 Kevät IV
  2023-2024 Kevät IV

  Ilmoittautuminen :

  Opetukseen ilmoittaudutaan Sisussa (sisu.aalto.fi).

Kurssin aikataulu

• 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. (G. § 35)
  10. viikko TI-luento	Suhteellisuusteoriaa	Suppea suhteellisuusteoria. Samanaikaisuuden, ajan ja paikan suhteellisuus. Lorentz-muunnos. Liikemäärä. Energia. (G. § 36)
  10. viikko KE-luento	Johdatus kvanttifysiikkaan	Mustan kappaleen säteily, valosähköinen ilmiö yms. Valon hiukkasluonne, fotoni. Elektronin aaltoluonne. (G. § 37)
  11. viikko TI-luento	Kvanttimekaniikkaa I	Aaltofunktio. Heisenbergin epämääräisyysperiaate. Schrödingerin yhtälö. Vapaa hiukkanen. (G. § 38)
  11. viikko KE-luento	Kvanttimekaniikkaa II	Hiukkanen potentiaalikuopassa. Energian kvanttituminen. Potentiaalivalli. Tunneloituminen. (G. § 38)
  12. viikko TI-luento	Atomin rakenne I	Kvanttimekaaninen atomimalli. Vetyatomi. Kvanttiluvut. (G. § 39)
  12. viikko KE-luento	Atomin rakenne II Molekyylit	Magneettinen momentti. Spin. Paulin kieltosääntö. Magneettiset materiaalit. (G. § 39, 28) Sidokset. Molekyylien spektri. (G. § 40)
  13. viikko TI-luento	Kiinteä aine	Sidokset. Vyörakenne. Metallit ja puolijohteet. Diodi ja transistori. (G. § 40)
  13. viikko KE-luento	Radioaktiivisuus Ydinfysiikkaa	Sidosenergia. Radioaktiivinen hajoaminen. Hajoamislaki ja ajoitus.(G. § 41) Ydinreaktiot. Fissio ja fuusio. (G. § 42)
  14. viikko TI-luento	PÄÄSIÄISLOMA	Lähiopetuksesta vapaa ajanjakso.
  14. viikko KE-luento	PÄÄSIÄISLOMA	Lähiopetuksesta vapaa ajanjakso.
  15. viikko TI-luento	Kertaus	Tentin käytännön asioita. Kerrataan kurssin aihepiirit.
  15. viikko KE-luento	VARALLA	Jos joku luennoista joudutaan peruuttamaan, niin tämä luento korvaa peruuntuneen tunnin.

  
  

Description