Fysiikan perusteet

Opastus

Kurssisarja on erilainen kuin monet muut yliopistokurssit. Tavallisesti yliopistossa kurssien suorittaminen perustuu tenttiin, mutta Fysiikan perusteet -kurssit voi ja kannattaa suorittaa ilman tenttiä tekemällä kurssin aikana ahkerasti työtä.

Tutustu kurssin toimintaperiaatteisiin etukäteen!

Kurssin suorittaminen

Kukin kursseista on jaettu viiteen osaan, moduuliin, joiden aihepiirit kattavat kurssin osaamistavoitteet. Jokaisen moduulin voi suorittaa tasolla 0-3 joko keräten suorituspisteitä kurssin aikana tai vaihtoehtoisesti tentillä. Näiden perusteella kurssista saa arvosana asteikolla 0-5.

Kurssit suositellaan suoritettavaksi osallistumalla opetukseen ja tekemällä tehtäviä kurssin aikana. Tällöin kunkin moduulin suoritustaso määräytyy näiden rajojen mukaisesti:

  • taso 3: 42 suorituspistettä
  • taso 2: 36 suorituspistettä
  • taso 1: 24 suorituspistettä
  • taso 0: alle 24 suorituspistettä

Kurssin kokonaisarvosana puolestaan selviää laskemalla yhteen kaikkien moduulien suoritustasot, jolloin arvosana määräytyy näin:

  • arvosana 5: 13 tasoa
  • arvosana 4: 11 tasoa
  • arvosana 3: 9 tasoa
  • arvosana 2: 7 tasoa
  • arvosana 1: 5 tasoa tai 0 yhdestä moduulista
  • arvosana 0: alle 5 tasoa tai 0 enemmän kuin yhdestä moduulista

Parhaan arvosanan voi saada suorittamalla kolme moduulia tasolla 3 ja muut kaksi moduulia tasolla 2 (3+3+3+2+2 = 13). Kurssista pääsee läpi suorittamalla kaikki moduulit tasolla 1. Huomaa, että jättämällä yhden moduulin suorittamatta (taso 0), voi saada korkeintaan arvosanan 1 riippumatta muiden moduulien suoritustasoista. Kurssista ei pääse läpi jos kaksi tai useampi moduuli on suorittamatta. Tällä on tarkoitus varmistaa, että kaikkiin kurssin aihealueisiin tutustutaan.

Mekaniikan perusteet (FFYS5020)

Osaamistavoitteet

Kurssin suorittanut opiskelija osaa

Sisältö

Kurssi on jaettu viiteen moduuliin:

  • 1: johdanto fysiikkaan ja yksiulotteinen liike
  • 2: säilymislait
  • 3: voima, impulssi ja työ
  • 4: kolmiulotteinen liike
  • 5: pyörimisliike

Keskeiset kurssilla opittavat ja harjoiteltavat asiat (suluissa moduuli, johon aihe liittyy):

  • suuruusluokkien arviointi (1)
  • tulosten arviointi yksikkö- ja raja-arvotarkastelun avulla (1)
  • kuvaajien piirtäminen ja lukeminen (1)
  • skalaari- ja vektorisuureiden tunnistaminen, vektorin skalaarikomponenttien päättely (1,4)
  • vektorien peruslaskutoimitukset graafisesti ja komponenteilla laskien, piste- ja ristitulo (3,4,5)
  • derivaatan ja integraalin laskeminen sekä graafinen määrittäminen (1)
  • kappaleen paikan, nopeuden ja kiihtyvyyden määrittäminen, kun jokin näistä tunnetaan (1)
  • kappaleen liike-energian sekä painovoiman ja harmonisen potentiaalienergian laskeminen, liikkeen ratkaiseminen energian säilymislain avulla (2)
  • kappaleen liikemäärän laskeminen, törmäävien kappaleiden liikkeen ratkaiseminen liikemäärän säilymislain avulla (2,4)
  • tasossa liikkuvan ja pyörivän liikkeen kulmaliikemäärän laskeminen (5)
  • voiman, impulssin ja työn välinen yhteys ja näiden laskeminen suoraan liikkuville kappaleille (3,4)
  • tasossa liikkuvan kappaleen liikeradan laskeminen dynamiikan peruslain avulla (4,5)
  • voiman ja kiihtyvyyden suunnan sekä kappaleen nopeuden välinen yhteys (1,3,4,5)
  • voiman momentin laskeminen, pyörimisliikkeen peruslaki (5)

Täydentävää tietoa:

  • intensiivisten ja ekstensiivisten suureiden idea (2)
  • sisäenergian idea (2)
  • irreversiibeliyden idea (2)
  • massakeskipisteen idea (2)
  • vapaakappalekuvion piirtäminen (3)
  • voima-vastavoimaparien tunnistaminen (3)
  • mekaaninen tasapaino (3,5)
  • gradientin idea ja laskeminen (4)
  • viivaintegraalin idea ja laskeminen (4)
  • konservatiivisuuden idea (2,4)
  • ympyräliikkeen kuvaus napakoordinaatistossa (5)
  • vierivän kappaleen liikkeen ratkaiseminen (5)
  • pyörimisliikkeen vektorikuvauksen idea (5)

Linkit ja ilmoittautuminen

Opiskelu

Lukutehtävät

Uusiin asioihin tutustutaan Perusall-järjestelmässä olevasta opetusmonisteesta ennen niiden käsittelyä luennoilla.

Lukutehtävä pitää tehdä aina aikatauluun merkityn päivän iltana klo 23 mennessä. Perusall valvoo mm. lukemiseen käytettyä aikaa, mutta luetun pohtiminen pitää osoittaa myös keskustelemalla luetusta. Järjestelmä hyväksyy suorituksia vielä aikarajan jälkeenkin, mutta ei välttämättä anna enää täysiä pisteitä.

Kuhunkin moduuliin liittyy neljä lukutehtävää:

  • 1.1: johdanto
  • 1.2: paikka ja nopeus
  • 1.3: liikkeen kuvauksen matematiikkaa
  • 1.4: kiihtyvyys
  • 2.1: säilyvät suureet, energia
  • 2.2: energian eri muodot
  • 2.3: liikemäärä
  • 2.4: impulssi, massakeskipiste
  • 3.1: Newtonin lait, vapaakappalekuva
  • 3.2: vuorovaikutuksia
  • 3.3: voima, impulssi ja työ
  • 3.4: työ ja energia
  • 4.1: koordinaatisto, dynamiikka
  • 4.2: liikemäärä, työ suorassa liikkeessä
  • 4.3: työ kaarevalla reitillä
  • 4.4: kentät
  • 5.1: ympyräliike
  • 5.2: pyörimisliike
  • 5.3: momentti, kulmaliikemäärä
  • 5.4: pyöriminen kolmessa ulottuvuudessa
Luennot

Luennoilla on melko vähän perinteistä luennointia. Pääasiassa luennoilla pohditaan lukutehtävissä opitun fysiikan merkitystä ja harjoitellaan sen soveltamista. Kunkin moduulin ensimmäisellä luennolla käydään läpi sarja lyhyitä kysymyksiä. Toisella luennolla pohditaan laajempia kysymyksiä.

Luentoajat ovat:

  • ma 9-11 (etäopetus)
  • ke 10-12 (etäopetus)
  • ensimmäinen etäluento ma 31.8. klo 9.15 Discordissa

Kaikki luentomateriaali ilmestyy tänne:

Harjoitukset

Harjoituksissa fysiikan teoria pyritään yhdistämään todellisiin fysikaalisiin ilmiöihin. Niinpä harjoituksissa on monenlaisia tehtäviä: kokeiden analysointia, simulaatioita sekä laskuja. Tehtävien ratkaisu aloitetaan ensimmäisissä harjoituksissa opettajan johdolla. Ratkaisut palautetaan aikanaan ja tarkastetaan toisissa harjoituksissa.

Harjoitukset pidetään kahdessa ryhmässä. Ryhmää saa toivoa Villessä ilmoittautumisen yhteydessä. Harjoitusajat ovat:

  • ryhmä 1: pe 10-12 (etäopetus)
  • ryhmä 2: pe 12-14 (etäopetus)

Harjoitustehtävät ja niihin liittyvä materiaali ilmestyy tänne.

Yhdessä tutkittavien tehtävien lisäksi Villessä on runsaasti lisätehtäviä, joita voi laskea omaan tahtiin. Näissä tehtävissä tietokone kertoo heti, menikö lasku oikein.

Tentit ja tulokset

Kurssi suositellaan suoritettavaksi kurssin aikana tehtäviä tehden, jolloin tenttiin ei tarvitse osallistua. Tentti on vaihtoehtoinen suoritustapa, jos normaali osallistuminen kurssille ei ole mahdollista.

Huom. poikkeustilasta johtuen tenttejä ei toistaiseksi järjestetä. Tentit järjestetään tilanteen jälleen sen salliessa, ja kurssin aikana kerätyt osasuoritukset ovat voimassa toistaiseksi.

Muuta materiaalia
  • Algodoo
    • ohjelmisto
    • mekaniikan simulaatioympäristö
    • Windows, Mac, iPad
    • Algodoo on simulaatioympäristö, johon voi luoda erilaisia kappaleita sekä määrätä näihin vaikuttavat fysiikan lait kuten vetovoiman, kitkan, kimmoisuuden, ilmanvastuksen, taitekertoimen jne. Kappaleita voi asetella ja liikuttaa vapaasti tai systeemin voi antaa kehittyä itsekseen siihen luotujen sääntöjen mukaisesti. Näin voit sekä tutkia todellisuutta vastaavaa fysiikkaa virtuaalisessa ympäristössä että muokata ympäristössä vallitsevia fysiikan lakeja, mitä todellisuudessa ei voi tehdä.
  • kurssin Fysiikan peruskurssi 1 opetusmoniste
    • sivuaineopiskelijoiden likimain vastaavan kurssin opetusmoniste
  • opetus.tv
    • Suomenkielisiä lukio- ja yliopistotason videoluentoja fysiikasta.
  • Khan Academy
    • Englanninkielisiä videoluentoja fysiikasta.

Termodynamiikan perusteet (FFYS5021)

Osaamistavoitteet

Kurssin suorittanut opiskelija osaa

Sisältö

Kurssi on jaettu viiteen moduuliin:

  • 1: klassinen suhteellisuus
  • 2: suppea suhteellisuusteoria
  • 3: jatkuvan aineen fysiikkaa
  • 4: hiukkasista koostuvan aineen fysiikkaa
  • 5: termodynamiikka

Keskeiset kurssilla opittavat ja harjoiteltavat asiat (suluissa moduuli, johon aihe liittyy):

  • suhteellisuusperiaatteen idea (1,2)
  • massakeskipistekoordinaatiston ja inertiaalikoordinaatiston idea (1,2)
  • sisäenergian laskeminen hiukkasten liike-energiana (1,4)
  • tapahtuman idea, tapahtumien koordinaattien laskeminen Lorentz-muunnoksella (2)
  • energian ja liikemäärän laskeminen lähellä valonnopeutta (2)
  • aineen perusolomuodot ja niiden väliset muutokset (3)
  • jatkuvan virtauksen idea, jatkuvuusyhtälö (3)
  • ideaalikaasumalli ja ideaalikaasun tilanyhtälö (3,4)
  • paineen, lämpötilan sekä entropian mikroskooppinen ja makroskooppinen luonne, näiden laskeminen ideaalikaasulle (3,4)
  • fysikaalisten differentiaaliyhtälöiden idea (3)
  • vapausasteiden ja energian ekvipartitioperiaatteen idea, ideaalikaasun ominaislämpökapasiteetin sekä sisäenergian laskeminen (4)
  • termodynamiikan pääsäännöt, entropian kasvun idea (3,4,5)
  • ideaalikaasun termodynaamiset perusprosessit ja niiden kuvaaminen pV-diagrammilla, adiabaattilaki, ideaalikaasun tilanmuuttujien laskeminen (5)
  • työn ja lämmön laskeminen ideaalikaasuprosesseissa, lämpövoimakoneen idea, hyötysuhde ja sen rajoittuneisuuden idea (5)

Täydentävää tietoa:

  • ekvivalenssiperiaatteen, näennäisvoimien ja epäinertiaalisuuden idea (1)
  • hiukkasten liike-energian jakautuminen sisäenergiaksi ja liike-energiaksi makrotasolla (1,4)
  • aikadilataation, pituuskontraktion ja samanaikaisuuden suhteellisuuden idea (2)
  • kokoonpuristumattoman, pyörteettömän virtauksen paineen ja nopeuden laskeminen (3)
  • lämmönjohtavuus, lämpövuon laskeminen (3)
  • lämpölaajenemisen laskeminen (3)
  • 1. kertaluvun differentiaaliyhtälön ratkaiseminen yritteellä tai separoimalla (3)
  • mikro- ja makrotilojen idea, entropian kasvun mikroskooppinen perusta (4)
  • kvasistaattisuuden idea (5)
  • ominaislämpökapasiteetit vakiopaineessa ja vakiotilavuudessa (5)
  • entropian muutosten laskeminen muille kuin ideaalikaasulle, entropiadiagrammi (5)
  • Carnot'n kiertoprosessi ja hyötysuhteen yläraja (5)

Linkit ja ilmoittautuminen

Opiskelu

Lukutehtävät

Uusiin asioihin tutustutaan Perusall-järjestelmässä olevasta opetusmonisteesta ennen niiden käsittelyä luennoilla.

Moduuliin 1 liittyy kaksi lukutehtävää, muihin moduuleihin neljä:

  • 1.1: inertiaali- ja epäinertiaalikoordinaatistot
  • 1.2: energian ja liikemäärän suhteellisuus
  • 2.1: valonnopeuden absoluuttisuus, suhteellisuusteoria
  • 2.2: ajan ja pituuden suhteellisuus
  • 2.3: Lorentz-muunnos, avaruusaika
  • 2.4: energia ja liikemäärä suhteellisuusteoriassa
  • 3.1: nesteet ja kaasut, paine ja noste
  • 3.2: virtausmekaniikkaa
  • 3.3: lämpötila, lämpökapasiteetti, lämmönjohtavuus, differentiaaliyhtälö
  • 3.4: ideaalikaasu, tilanyhtälöt
  • 4.1: ideaalikaasun hiukkasmalli
  • 4.2: vapausasteet
  • 4.3: mikro- ja makrotilat
  • 4.4: entropia
  • 5.1: termodynaamisia prosesseja
  • 5.2: energia erilaisissa prosesseissa
  • 5.3: entropia erilaisissa prosesseissa
  • 5.4: lämpövoimakoneet
Luennot

Luentoajat ovat:

  • ma 9-11 (etäopetus)
  • ke 10-12 (etäopetus)

Kaikki luentomateriaali ilmestyy tänne:

Harjoitukset

Harjoitusajat ovat:

  • ryhmä 1: pe 10-12 (etäopetus)
  • ryhmä 2: pe 12-14 (etäopetus)

Harjoitustehtävät ja niihin liittyvä materiaali ilmestyy tänne.

Yhdessä tutkittavien tehtävien lisäksi Villessä on runsaasti lisätehtäviä, joita voi laskea omaan tahtiin. Näissä tehtävissä tietokone kertoo heti, menikö lasku oikein.

Tentit ja tulokset

Tenttiajat ovat auki.

Tulokset ilmestyvät tänne.

Muuta materiaalia
  • Suhteellisuuspeli
    • Velocity Raptor
    • Selaimessa toimiva peli, jossa täytyy käyttää hyväksi suhteellisuusteoreettisia ilmiöitä.
  • Idealikaasu
    • applet
    • ideaalikaasusimulaatio
    • Java-ohjelma (vaatii selaimessa Javan sallimisen)
    • Selaimessa toimiva simulaatio, jossa ideaalikaasua esittää 2000 hiukkasta. Kaasua voi puristaa ja lämmittää, ja simulaattori mittaa samalla muutoksia systeemissä.
  • kurssin Fysiikan peruskurssi 3 opetusmoniste
    • sivuaineopiskelijoiden likimain vastaavan kurssin opetusmoniste

Sähkömagnetismin perusteet (FFYS5022)

Osaamistavoitteet

Kurssin suorittanut opiskelija osaa

Sisältö

Kurssi on jaettu viiteen moduuliin:

  • 1: sähkövaraus ja -kenttä
  • 2: potentiaali ja kapasitanssi
  • 3: virtapiiri
  • 4: magnetismi
  • 5: sähkömagnetismi

Keskeiset kurssilla opittavat ja harjoiteltavat asiat (suluissa moduuli, johon aihe liittyy):

  • sähkövaraus, varauksen säilymislaki, sähköinen vuorovaikutus, dipoli (1)
  • sähkökentän määritelmä ja kuvaaminen vektoreina ja kenttäviivoilla, sähkökentän laskeminen pistemäisille ja symmetrisille varauksille (1)
  • potentiaalin määritelmä ja sen yhteys sähkökenttään, toisen piirtäminen tai laskeminen, kun toinen tunnetaan (2)
  • gradientin idea ja laskeminen (2)
  • viiva- ja pintaintegraalin idea (2,4)
  • kondensaattorin idea ja kapasitanssin määritelmä, kapasitanssien yhdistäminen (2)
  • sähkövirran ja resistanssin idea ja määritelmä, Ohmin laki sähkövirralle, resistanssien yhdistäminen (3)
  • Kirchhoffin säännöt, potentiaalien ja virtojen laskeminen tasavirtapiirissä (3)
  • liikkuvien varausten, sähkövirtojen ja dipolien magneettikentän ja magneettisen voiman suunnan päättely oikean käden säännöllä (4)
  • kestomagneettien rakenteen ja niiden välisen vuorovaikutuksen idea (4)
  • induktiojännitteen ja virran laskeminen induktiolailla, pyörteisten sähkökenttien ja muuttuvan magneettikentän yhteys (5)
  • käämin idea ja induktanssin määritelmä (5)
  • RC- ja RL-piirien idea, nopeiden ja hitaiden muutosten tunnistaminen (3,5)

Täydentävää tietoa:

  • sähkövuon määritelmä ja sen yhteys kenttäviivoihin (1)
  • viiva- ja pintaintegraalin laskeminen (2,4)
  • sähkökentän laskeminen pistemäisille ja symmetrisille varauksille (1,2)
  • sähkökenttä ja potentiaali eristeissä, polarisoitumisen idea (1,2)
  • virrantiheyden idea, sähkövirran ja virrantiheyden välinen yhteys, resistanssin mikroskooppinen perusta ja Ohmin laki virrantiheydelle (3)
  • potentiaalin ja virran ratkaiseminen ajan funktiona RC- ja RL-piirissä (3,5)
  • magneettikentän ja magneettisen voiman laskeminen symmetrisessä systeemissä (4)
  • dipoliin kohdistuvan voiman momentin sekä sen potentiaalienergian laskeminen (4)
  • magnetismin suhteellisuusteoreettisen alkuperän idea, sähkömagneettisen kentän suhteellisuus (5)
  • induktion mikroskooppinen perusta eri koordinaatistoissa (5)
  • pyörteisten magneettikenttien ja muuttuvan sähkökentän välinen yhteys (5)

Linkit ja ilmoittautuminen

Opiskelu

Lukutehtävät

Uusiin asioihin tutustutaan Perusall-järjestelmässä olevasta opetusmonisteesta ennen niiden käsittelyä luennoilla.

Kurssi on jaettu viiteen moduuliin:

  • 1: sähkövaraus ja -kenttä
  • 2: potentiaali ja kapasitanssi
  • 3: virtapiiri
  • 4: magnetismi
  • 5: sähkömagnetismi

Kuhunkin moduuliin liittyy neljä lukutehtävää:

  • 1.1: varaus, sähköinen vuorovaikutus
  • 1.2: sähkökenttä
  • 1.3: sähkövuo, Gaussin laki
  • 1.4: symmetrisiä sähkökenttiä
  • 2.1: potentiaalienergia, potetiaali
  • 2.2: potentiaali ja sähkökenttä
  • 2.3: dielektrisyys, kapasitanssi
  • 2.4: jännitelähde, kondensattori
  • 3.1: sähkövirta, virrantiheys, resistanssi
  • 3.2: tasavirtapiiri
  • 3.3: muuttuva virtapiiri
  • 3.4: energia virtapiirissä
  • 4.1: magneetit
  • 4.2: magneettikenttä
  • 4.3: Amperen laki
  • 4.4: dipolit
  • 5.1: sähkömagneettinen induktio
  • 5.2: sähkömagneettisen kentän suhteellisuus, Faradayn laki
  • 5.3: induktanssi, magneettikentän energia
  • 5.4: sähkömagnetismin peruslait eli Maxwellin yhtälöt
Luennot

Luentoajat ilmoitetaan myöhemmin.

Kaikki luentomateriaali ilmestyy tänne:

  • johdanto
  • 1.1: sähkövaraus ja -kenttä
  • 1.2: sähkövaraus ja -kenttä
  • 2.1: potentiaali ja kapasitanssi
  • 2.2: potentiaali ja kapasitanssi
  • 3.1: virtapiiri
  • 3.2: virtapiiri
  • 1-3: testi (sähkökenttä, potentiaali, virtapiiri)
  • 4.1: magnetismi
  • 4.2: magnetismi
  • 2-4: testi (potentiaali, virtapiiri, magnetismi)
  • 5.1: sähkömagnetismi
  • 5.2: sähkömagnetismi
  • 3-5: testi (virtapiiri, sähkömagnetismi)
Harjoitukset

Harjoitusajat ilmoitetaan myöhemmin.

Harjoitustehtävät ja niihin liittyvä materiaali ilmestyy tänne.

Tentit ja tulokset

Tenttiajat ilmestyvät tänne.

Myös tulokset ilmestyvät tänne.

Muuta materiaalia

Aaltoliikkeen perusteet (FFYS5023)

Osaamistavoitteet

Kurssin suorittanut opiskelija osaa

Sisältö

Kurssi on jaettu viiteen moduuliin:

  • 1: jaksollinen liike
  • 2: yksulotteinen aaltoliike
  • 3: kolmiulotteinen aaltoliike
  • 4: kvanttimekaaniset aallot
  • 5: kvantittuminen

Keskeiset kurssilla opittavat ja harjoiteltavat asiat (suluissa moduuli, johon aihe liittyy):

  • amplitudin, jaksonajan, taajuuden, kulmataajuuden, aallonpituuden, aaltoluvun ja vaiheen määritelmät ja niiden väliset matemaattiset yhteydet (1,2)
  • yhdistettyjen värähtelyiden amplitudin ja vaiheen laskeminen ja määrittäminen vaiheenosoittimilla (1,3)
  • aaltofunktion matemaattinen ja graafinen kuvaus, aaltojen superpositioperiaate, aaltojen käyttäytyminen rajapinnoilla, heijastuminen ja taittuminen (2,3)
  • Fourier-analyysin idea, Fourier-muunnoksen kuvaajan tulkitseminen (1,2,4)
  • dispersion idea ja siitä johtuvat ilmiöt, vaihe- ja ryhmänopeuden laskeminen (2,4)
  • seisovien aaltojen idea, sallittujen värähtelyjen määrittäminen (2,5)
  • värähtelyjen ja aaltojen energia, energiatiheys ja intensiteetti (1,2,3)
  • interferenssin ja diffraktion idea ja siitä johtuvat ilmiöt (3)
  • sädeoptiikan ja sädekaavioiden piirtämisen idea (3)
  • fotonimallin idea, valon klassisen ja kvanttimekaanisen mallin erot valosähköisessä ilmiössä ja kaksoisrakokokeessa (4)
  • kompleksilukujen perusominaisuudet, kompleksinen eksponenttifunktio (1,4,5)
  • kvanttimekaanisen aaltofunktion ja aaltolukuesityksen idea, hiukkasen paikan, liikemäärän, liike-energian ja kokonaisenergian tai niiden todennäköisyysjakaumien laskeminen (4)
  • epätarkkuusperiaatteen idea (4)
  • kvantittumisen idea, sallittujen värähtelyjen määrittäminen, kvanttilukujen idea ja lukumäärä yksi- ja kolmiulotteisessa systeemissä (2,5)
  • kvanttimekaanisen atomimallin idea, elektronin ominaistilat ja niiden energiat vetyatomissa (5)

Täydentävää tietoa:

  • likimain harmoninen liike, approksimaatio sarjakehitelmillä (1)
  • vaimennetun ja pakotetun värähtelyn sekä resonanssin idea (1)
  • aaltofunktion laskeminen Fourier-kertoimista (1,2,4)
  • aaltoyhtälön idea, valonnopeuden ja sähkömagnetismin peruslakien välinen yhteys (2,3)
  • Doppler-ilmiön idea ja Doppler-siirtyneiden taajuuksien laskeminen (2)
  • polarisaation idea, polarisaattorin vaikutus aallon intensiteettiin (3)
  • kaksoisraon, hilan ja leveän raon läpi kulkevan valon intensiteettijakauman laskeminen (3)
  • interferometrin idea (3)
  • kvanttimekaniikan ja atomimallin kehitykseen johtaneita kokeellisia tuloksia (4,5)
  • epätarkkuusperiaatteen perustelu Fourier-analyysin avulla (2,4)
  • stationaaristen ja ei-stationaaristen tilojen idea (5)
  • Schrödingerin yhtälö, ominaistilojen ja energioiden laskemisen periaate (5)
  • elektronin aaltofunktion radiaali- ja kulmariippuvat osuudet, kiertoliike ytimen ympäri sekä kulmaliikemäärä (5)
  • spinin idea, Paulin sääntö, usean elektronin atomien rakenteen idea, spektroskooppinen notaatio (5)

Linkit ja ilmoittautuminen

Opiskelu

Lukutehtävät

Uusiin asioihin tutustutaan Perusall-järjestelmässä olevasta opetusmonisteesta ennen niiden käsittelyä luennoilla.

Kurssi on jaettu viiteen moduuliin:

  • 1: jaksollinen liike
  • 2: yksulotteinen aaltoliike
  • 3: kolmiulotteinen aaltoliike
  • 4: kvanttimekaaniset aallot
  • 5: kvantittuminen

Kuhunkin moduuliin liittyy neljä lukutehtävää:

  • 1.1: harmoninen värähtely, vaihe
  • 1.2: värähtelijän energia, likimain harmoninen liike
  • 1.3: yhdistetyt värähtelyt
  • 1.4: resonanssi
  • 2.1: aaltopulssit, aallon nopeus
  • 2.2: sinimuotoiset aallot, energia, superpositio
  • 2.3: rajapinnat, seisovat aallot
  • 2.4: dispersio, Doppler-ilmiö, aaltoyhtälö
  • 3.1: intensiteetti, aaltorintamat, polarisaatio
  • 3.2: interferenssi
  • 3.3: sähkömagneettiset aallot, sädeoptiikka
  • 3.4: aalto-optiikka
  • 4.1: valosähköinen ilmiö, fotoni
  • 4.2: kaksoisrakokoe, aaltofunktio
  • 4.3: todennäköisyystulkinta
  • 4.4: superpositio, epätarkkuusperiaate
  • 5.1: seisovat aallot, ominaistilat
  • 5.2: Schrödingerin yhtälö, paikasta riippuva potentiaali
  • 5.3: atomi, elektronin etäisyys ytimestä
  • 5.4: atomi, elektronin kiertoliike
Luennot

Luentoajat ilmoitetaan myöhemmin.

Kaikki luentomateriaali ilmestyy tänne:

  • johdanto
  • 1.1: jaksollinen liike
  • 1.2: jaksollinen liike
  • 2.1: yksiulotteinen aaltoliike
  • 2.2: yksiulotteinen aaltoliike
  • 3.1: kolmiulotteinen aaltoliike
  • 3.2: kolmiulotteinen aaltoliike
  • 1-3: testi (jaksollinen liike, aaltoliike)
  • 4.1: kvanttimekaaniset aallot
  • 4.2: kvanttimekaaniset aallot
  • 2-4: testi (aaltoliike, kvanttimekaaniset aallot)
  • 5.1: kvantittuminen
  • 5.2: kvantittuminen
  • 3-5: testi (kolmiulotteinen aaltoliike, kvanttimekaniikka)
Harjoitukset

Harjoitusajat ilmoitetaan myöhemmin.

Harjoitustehtävät ja niihin liittyvä materiaali ilmestyy tänne.dot: Harjoitustehtävät

Tentit ja tulokset

Tenttiajat ilmestyvät tänne.

Myös tulokset ilmestyvät tänne.

Muuta materiaalia
  • Aallot ketjussa
    • applet
    • yksiulotteinen aaltosimulaatio
    • JavaScript-ohjelma (pitäisi toimia myös kosketusnäytöillä)
    • Selaimessa toimiva simulaatio, jossa hiukkasista koostuvan ketjun toista päätä voi heiluttaa ja näin luoda aaltoja.
  • Aallot tasossa
    • applet
    • JavaScript-ohjelma (pitäisi toimia myös kosketusnäytöillä)
    • Selaimessa toimiva simulaatio, joka toimii piirto-ohjelman tavoin. Tasoon voi piirtää aaltojen lähteitä, seiniä ym. ja ohjelma simuloi aaltojen käyttäytymisen näin rakennetussa ympäristössä.
  • kurssin Fysiikan peruskurssi 4 opetusmoniste
    • sivuaineopiskelijoiden likimain vastaavan kurssin opetusmoniste

Opettajat

Kurssien vastuuopettajana toimii yliopistonlehtori Teemu Hynninen. Lisäksi jokaisella kurssilla on tavallisesti yksi jatko-opiskelija apuopettajana. Opettajiin voi ottaa yhteyttä sähköpostitse (tavallisesti etunimi.sukunimi@utu.fi) tai henkilökohtaisesti luennoilla, harjoituksissa. Teemua voi tulla myös tapaamaan huoneelle 040 (Wihurin fysiikantutkimuslaboratorio, Quantumin 0. kerros).

FAQ

Usein kysyttyjä kysymyksiä.

Pitääkö opetella kaavat ulkoa?

Ei! Fysiikassa ei pidä opetella oikeastaan mitään ulkoa. Tärkeämpää on ymmärtää, miten ilmiöt toimivat, millaiset fysiikan lait niitä kuvaavat ja miten näitä lakeja sovelletaan. Opit kyllä tärkeät asiat harjoittelun myötä ulkoa aivan itsestään.

Kurssilla ei ole mitään tehtäviä, joissa ei saisi käyttää apuna oppimateriaalia. Materiaalista ei ole kuitenkaan hyötyä, jos et osaa käyttää sitä. Lue siis opetusmonistetta ja muuta materiaalia niin, että osaat löytää tarvitsemasi tiedon sieltä myöhemmin uudelleen.

Onko tentti pakollinen, jos haluaa parhaan arvosanan?

Ei! Kurssit voi suorittaa arvosanalla 5 ilman tenttiä. Tentti on olemassa niille, jotka eivät ole voineet osallistua opetukseen esimerkiksi sairastumisen vuoksi. Tällöinkin tentissä riittää vastata vain kurssin aikana suorittamatta jääneisiin moduuleihin liittyviin tehtäviin.

Mitä luennoille ja harjoituksiin pitää ottaa mukaan?

Luennoilla ja harjoituksissa saa käyttää kaikkea mahdollista materiaalia, joten kannattaa ottaa mukaan ainakin laite, jolla pääset verkkoon lukemaan opetusmonistetta tai omat muistiinpanot monisteessa käsitellyistä asioista. Näiden lisäksi tarvitset kirjoitusvälineet ja laskimen. Taulukkokirjoistakin voi olla joskus hyötyä, mutta ei niitä oikeasti tarvita.

Mitä tenttiin saa ottaa mukaan?

Tentissä on sallittu kirjoitusvälineet, mikä tahansa laskin sekä yhdelle A4-paperille (molemmin puolin, käsin tai koneella) kirjoitetut muistiinpanot. Muistiinpanot on sallittu, koska mitään ei tarvitse osata ulkoa. Lisäksi muistiinpanojen laatiminen on opettavaista toisin kuin koko opetusmonisteen tai kirjan ottaminen mukaan. Taulukkokirjat on kielletty siksi, että varsinkin MAOL-taulukot ovat aivan liian suppeat yliopistofysiikan tarpeisiin, eikä niihin tukeutuminen enää riitä.

Miksi kurssien työmäärä on niin suuri?

Fysiikan opiskelu ei ole faktojen muistamista vaan taitojen opettelua ja uusien ajattelumallien omaksumista. Ymmärtäminen ei tapahdu hetkessä eikä taitoja opi harjoittelematta, joten opiskelu vaatii työtä.

Kurssit ovat 5 op, mikä vastaa n. 130 h työtä. Kurssit on mitoitettu niin, että lukion oppimäärän hyvin osaava opiskelija saa tällä työmäärällä hyvän arvosanan käymättä tentissä. Jos et ole opiskellut koko lukion fysiikan oppimäärää tai osa lukion opeista on unohtunut, vaadittu työmäärä on todennäköisesti tätä suurempi. Vastapainona tehtävien suureen määrään kurssista voi saada jopa parhaan arvosanan käymättä lainkaan tentissä.

Eikö tenttiminen ole helpompaa kuin tehtävien tekeminen?

Ei oikeasti. Tenttimismahdollisuus on olemassa poissaolojen korvaamista ja arvosanan korottamista varten, mutta kurssia ei ole tarkoitettu suoritettavaksi tenttimällä. Kurssin aikana saa paljon pisteitä aktiivisuuden ja yrittämisen perusteella, jotta voisitte keskittyä oppimaan eikä vain suorittamaan kurssia. Epäonnistumiset ja väärinkäsitykset kuuluvat oppimiseen, eikä niistä ole tarkoitus rankaista. Tentissä pisteitä saa kuitenkin ainoastaan näyttämällä osaamisensa, ja koska tentti ei ole kurssin ensisijainen suoritustapa, tentit ovat varsin vaativia.

Voiko poissaoloja korvata?

Opetukseen osallistumista ei voi korvata vaan yhdessä tehtävät aktiviteetit edellyttävät läsnäoloa. Pisteytys on kuitenkin suunniteltu niin, että opetuksesta voi olla pois jonkin verran ja silti on mahdollista saada hyvä arvosana ilman tenttiä. Heikko suoritus yhdessä moduulissa ei vaikuta muiden moduulien arvosteluun, ja jos jokin moduuli jää suorittamatta kurssin aikana, sen voi käydä suorittamassa tentissä tekemällä vain kyseisen moduulin tehtävän.

Saako ryhmätehtäviä tehdä yksin?

Jotkin tehtävät edellyttävät ryhmätyöskentelyä joko teknisistä tai pedagogisista syistä. Ryhmätyöskentely on tavallista asiantuntijatehtävissä, koska ryhmä pystyy suoriutumaan paljon vaikeammista tehtävistä kuin yksilöt, ja sitä on syytä harjoitella. Ei riitä että itse osaat fysiikkaa, vaan sinun pitää pystyä myös ilmaisemaan omat ajatuksesi muille. Lisäksi ryhmässä työskentely edistää oppimista, koska pienessä ryhmässä jokainen voi saada välitöntä palautetta omille ajatuksilleen, mikä ei onnistu suuressa luentoryhmässä tai yksin.

Jos et mitenkään pysty toimimaan ryhmässä, kurssit voi aina suorittaa tenttimällä. Tästä kannattaa neuvotella ensin luennoitsijan kanssa.

Twitter @perusfyssa

valid html | updated on 2020-10-26