Huomaa! Kurssikuvaus vahvistetaan kahdeksi lukuvuodeksi kerrallaan ja esimerkiksi osaamistavoitteet, arviontimenetelmät ja keskeinen sisältö pysyvät pääsääntöisesti samana. Kullakin toteutuskerralla voidaan kuitenkin kurssiesitteen avulla tarkentaa ja muuttaa kurssin toteutustapaa, kuten kontaktiopetuksen järjestämistapaa, arviointimenetelmien painotusta tai materiaaleja.

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
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

    LuentoAihepiiriLisätietoa
    9. viikko
    TI-luento
    Johdanto Interferenssi
    Kurssikäytänteet. Johdanto. Interferenssi kaksoisraossa ja ohuissa kalvoissa. Intensiteettijakauma. (Giancoli § 34)
    9. viikko
    KE-luento
    DiffraktioDiffraktio raossa. Intensiteettijakauma. Diffraktiohila. Röntgendiffratio. (G. § 35)
    10. viikko
    TI-luento
    SuhteellisuusteoriaaSuppea suhteellisuusteoria. Samanaikaisuuden, ajan ja paikan suhteellisuus. Lorentz-muunnos. Liikemäärä. Energia. (G. § 36)
    10. viikko
    KE-luento
    Johdatus kvanttifysiikkaanMustan kappaleen säteily, valosähköinen ilmiö yms. Valon hiukkasluonne, fotoni. Elektronin aaltoluonne. (G. § 37)
    11. viikko
    TI-luento
    Kvanttimekaniikkaa IAaltofunktio. Heisenbergin epämääräisyysperiaate. Schrödingerin yhtälö.
    Vapaa hiukkanen. (G. § 38)
    11. viikko
    KE-luento
    Kvanttimekaniikkaa IIHiukkanen potentiaalikuopassa. Energian kvanttituminen. Potentiaalivalli. Tunneloituminen. (G. § 38)
    12. viikko
    TI-luento
    Atomin rakenne IKvanttimekaaninen atomimalli. Vetyatomi. Kvanttiluvut. (G. § 39)
    12. viikko
    KE-luento
    Atomin rakenne II MolekyylitMagneettinen momentti. Spin. Paulin kieltosääntö.
    Magneettiset materiaalit. (G. § 39, 28) Sidokset. Molekyylien spektri. (G. § 40)
    13. viikko
    TI-luento
    Kiinteä aineSidokset. Vyörakenne. Metallit ja puolijohteet. Diodi ja transistori. (G. § 40)
    13. viikko
    KE-luento
    Radioaktiivisuus YdinfysiikkaaSidosenergia. Radioaktiivinen hajoaminen. Hajoamislaki ja ajoitus.(G. § 41) Ydinreaktiot. Fissio ja fuusio. (G. § 42)
    14. viikko
    TI-luento
    PÄÄSIÄISLOMALähiopetuksesta vapaa ajanjakso.
    14. viikko
    KE-luento
    PÄÄSIÄISLOMA
    Lähiopetuksesta vapaa ajanjakso.
    15. viikko
    TI-luento
    KertausTentin käytännön asioita. Kerrataan kurssin aihepiirit.
    15. viikko
    KE-luento
    VARALLA
    Jos joku luennoista joudutaan peruuttamaan, niin tämä luento korvaa peruuntuneen tunnin.