Ensimmäisessä fysiikan jaksossa käsitellään maailmankaikkeutta, aineen rakennetta ja ydinenergiaa. Oppikirja s ja

Transkriptio

1 Fysiikka 1, 7. lk RUOKOLAHDEN KIRKONKYLÄN KOULU Ensimmäisessä fysiikan jaksossa käsitellään maailmankaikkeutta, aineen rakennetta ja ydinenergiaa. Oppikirja s ja Tämä dokumentin versio on päivätty 14. lokakuuta Uusin löytyy osoitteesta Johdanto: mitä fysiikka on? Fysiikka on kokeellinen luonnontiede, joka pyrkii luonnon matemaattiseen mallintamiseen. Toisin sanoen mitataan tai havainnoidaan luonnonilmiötä useita kertoja ja tehdään saatujen tulosten perusteella ilmiötä kuvaava matemaattinen esitys. Yläkoulussa matematiikan käsitteistö on varsin rajoittunutta, myös fysiikka rajoittuu paljon tästä syystä. Erityisesti seiskaluokan fysiikka ei juurikaan esittele matemaattisia malleja. Karkeasti ottaen fysiikka voidaan jakaa klassiseen (makroskooppiseen) ja moderniin (mikroskooppiseen) alueeseen. Viimeisen sadan vuoden ajan leijonanosa tutkimusesta on keskittynyt moderniin fysiikkaan, nykyään käytännössä kaikki tutkimus. Jos verrataan vaikkapa biologiaan, niin fysiikka liittyy elävien olentojen ohella myös muiden ilmiöiden tarkasteluun; esimerkiksi kivi tai salamanisku ovat fysiikan tutkimuskohteita. Kemiaan verraten taas fysiikka käsittelee myös atomien sisäistä rakennetta, kun kemia rajoittuu elektronitasolle. Mutta kaikki kolme sisältävät paljon yhtymäkohtia, mm. käsitteiden tarkan määrittelyn ja loogisen päättelyn. Oppikirjan rakenne ja kurssit Fysiikan ja kemian tunnit pidetään yhdelle oppiaineelle kerrallaan. Syksyllä fysiikkaa 3 h/vko, keväällä kemiaa 3 h/vko. Fysiikan oppikirja jakautuu seiskaluokan osalta kahteen erilliseen osaan eli kurssiin, jotka ovat I Maailmankaikkeus, aineen rakenne ja ydinenergia

2 II Aalto-oppi Arvostelusta ja tuntityöskentelystä Kotitehtävät vaikuttavat nostavasti arvosanaan. Tuntityöskentely 20 %, projekti 30 % ja koe 50 %. Tuntityöskentely voi vaikuttaa negatiivisesti, jos häiritsee muita. Hyvä tuntityöskentely ei ole sitä, että viittaa ja pyytää jatkuvasti vastauksia tai apua, koska silloin osoittaa, ettei jaksa lainkaan keskittyä. Hyvä tuntityöskentely on sitä, että mietittyään tehtävää kysyy siihen apua, selittää mitä on miettinyt, on tarkastanut kirjan takaa että oma vastaus ei ole oikein eikä ymmärrä miksi. Tunneilla keskustellaan oppikirjan aiheista, luetaan kirjaa sekä kirjoitetaan vihkoon oppimispäiväkirjaa siitä mitä tehtiin, ei itse muistiinpanoja; opetellaan lukemaan ja käyttämään aivoja. Tehtävien vastaukset kirjoitetaan vihkoon. Työskennellään joko itsenäisesti, koko luokan kanssa yhdessä tai pareittain. Lisäksi käytetään oheismateriaalina mm. tietokoneohjelmia, Olipa kerran keksijät -DVD:itä sekä muuta asiaan liittyvää. Kokeellisessa työskentelyssä harjoitellaan vihkoon mittauspöytäkirjan käyttöä. Pöytäkirjaan merkitään mittalaitteet päivämäärä ja mittausten kellonajat mittausten tekijät mitä mitattiin, tulokset havaintoja ja huomioita Kurssin tehtävät Yksi tehtäväsarja liittyy aina yhden tunnin teoria-asiaan. s. 12 1, 3 ja 4 s , 8 ja 9

3 s , 3 ja 7 s , 7 ja 12 s , 3, 9 s. 322 kertaustehtävät. Projekti Tehdään yhdessä tai pareittain selvitys sellaisesta kurssiin liittyvästa aiheesta, joka tuntuu omasta mielestä merkitykselliseltä. Aiheen saa keksiä itse tai sellaisen voi valita opettajan ehdottamasta listasta, esimerkiksi: ydinvoimalan toimintaperiaate voimalatyyppien vertailua, mm. minkä verran energiaa tuottavat ja miten suhtautuvat toisiinsa, vaikkapa tuulivoima vs. aurinkovoima tai tuulivoima vs. ydinvoima. Myös investointien suuruudet, mahdollisuudet tulevaisuudessa jne. kosmologia tutkimusalana Kuvaelma jostakusta merkittävästä alan henkilöstä (Stephen Hawking, Michio Kaku, Roger Penrose, Max Jammer tms.) avaruusluotaimet: tiedonsaanti avaruudesta tai jokin yksittäinen luotain ja mitä sillä on tehty tai mitä tietoa se on antanut avaruusmatka marsiin: mitä vaaditaan, mitkä ovat ongelmat, milloin tällaista on suunniteltu fysiikan filosofia: fysiikan ja uskonnon suhde, eri tutkijoiden suhtautuminen fysiikan filosofiaan nanotiede tai jokin nanotieteen sovellus tai tutkimusmenetelmä fysiikkaan liittyvät tietokoneohjelmat tai appit: kuvaus ominaisuuksista ja / tai arvostelu tietokoneet fysiikassa mikrofysiikka ja siihen liittyvä teoria tai mittaukset tai yksittäisen mittauksen kuvaus tai historian kannalta merkittävän mittaustapahtuman / kokeen kuvaus, esim. hubble

4 fysiikan historia ennen modernia fysiikkaa, yleisselvitys. modernin fysiikan historia, jokin fysiikan osa-alue tai ilmiö (hiukkasfysiikka, nanofysiikka, suprajohtavuus, atomivoimamikroskooppi,... ) Jokin isotooppi ja sen ominaisuudet Aineen rakenteesta tarkemmin atomitasolla, esimerkiksi alkeishiukkaset Ydinvoimalaonnettomuudet, Vahvat ja heikot vuorovaikukset yleisellä tasolla Tähtikuviot ja niiden sijoittuminen taivaalle Fukushiman ydinreaktoriturma ja siihen liittyvät yksityiskohdat: uutisointi, ydinvoimalan rakenne, onnettomuuden syyt tms. Projektin pituus on 1 2 sivua tietokoneella. Pitkä työ ei ole itseisarvo, vaan järkevän aiheen määrittely ja sen sopiva kuvailu. Projekti voi olla tyyliltään toiminnallinen, historiallinen, henkilökuva, uutisia vertaileva tai jotain muuta sopivaa. Ei ole pakko tulostaa; voi laittaa sähköpostilla opettajalle. Palautus viimeistään Projektin eteneminen Projektin ensimmäisestä versiosta annetaan oppilaille henkilökohtaista palautetta, jonka perusteella töitä parannellaan kohti haluttua päämäärää. Alussa ei ole syytä keskittyä typografiaan eli työn ulkoasuun lainkaan, vaan kirjoittaa esimerkiksi tekstitiedostoon hyvää tekstiä ja laittaa kuvat talteen samaan kansioon, kuin missä tekstitiedostokin on. Myöhemmin, sitten kun teksti alkaa olla valmis, keskitytään myös työn ulkoasuun. toisessa vaiheessa jokainen muokkaa esityksestä yhden sivun mittaisen tekstin, jossa viitteet kohdillaan. Kirjoitetaan tekstitiedostoon eli windowsin notepadiin ja otetaan kuvat erilleen, ts. laitetaan koko projekti yhteen kansioon jossa kuvat ja teksti erillisinä. Opetellaan myös pakkaamaan kansio 7-zip ohjelmalla ja lähettämään eteenpäin.

5 Sekalaisia huomioita oppikirjasta Muutamia huomionarvoisia seikkoja ja lisäyksiä oppikirjaan liittyen. Johdanto s s. 8 fysiikan avulla voimme ymmärtää luonnonilmiöitä, joo kyllä mutta vain fysiikan näkökulmasta ihmisen keksimän ad hoc matemaattisen mallin avulla. s. 9 suureen määrittely oleellinen; lisäksi kuva jossa SI-järjestelmän perussuureet pituus, massa ja aika sekä niiden yksiköt. s. 11 Nykyfysiikan pääteoriat, suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka... ovat vain kaksi matemaattista mallia pienille ja nopeille hiukkasille, jotka näyttäisivät kuvaavan tiettyjä luonnonilmiöitä suht tarkasti. Huomattavaa on se, että esimerkiksi lukioissa käsitellään vielä nykyäänkin noin 90 %:sti klassista fysiikkaa, eli ollaan noin sata vuotta ajasta jäljessä. g kar filosofia ihmisen pienuudesta, muurahainen-ihminen-iso avaruusolio Maailmankaikkeus, aineen rakenne ja ydinenergia, s. 292-> Maailmankaikkeuden synty lyhyesti hmm... luonnon pienin osa, kvantti... koostuuko maailma erillisistä hiukkasista vai ovatko näennäsesti erilliset hiukkaset kuitenkin yhdessä vaikuttavia? Tähän kysymykseen ei vielä tiedetä vastausta. Kokeellisesti on osoitettu, että myös kaukana olevat "kvantit", tarkemmin fotonit eli valohiukkaset, voivat vuorovaikuttaa keskenään. maailmankaikkeuden, avaruuden ja galaksien tutkimuksen ongelma: pitkät välimatkat ja huonot moottorit. Monet kosmologian teoreettiset ennusteet ovat luonteeltaan sellaisia, että kunnollista tietoa ei saada ainakaan seuraavaan sataan vuoteen jos koskaan... avaruuden suuruusluokkien hahmottaminen tärkeää, ei niinkään erilaiset keinotekoiset käsitteet kuten mm. sauvaspiraaligalaksi. Tosin pitää tietää, mitä galaksi tarkoittaa. Ja suurin piirtein, että aurinkokuntamme on osa linnunradan galaksia, jossa noin miljardia tähteä...! mars lennot: 9 kk kestäisi matka marsiin luotaimet, mm. nasa voyager pc: stellarium, ipad: solar walk, NASA

6 s. 294 hyvä lyhyt idea suuruusluokista sekä valovuoden ja AU:n määritelmät. s. 295 tähtien toiminta on ydinfysiikkaa (fuusioreaktio), ei tarvitse osata tarkemmin kuin että vedyt yhdistyvät heliumiksi ja niin edelleen. s. 296 hyvä kuva aurinkokunnasta jako planeetat, tähdet, komeetta, asteroidit, meteoroidi jne. on riittävä. meteoroidin tapauksessa on riittävää ymmärtää että avaruudessa lentää kivikappaleita jotka törmäilevät sinne sun tänne. s. 298 gravitaatio: huomaa että painovoima on vain yksi gravitaation ilmenemismuoto luonnossa. Kvantti-gravitaatio on ollut tutkimuksessa ongelmallinen aihe, todennäköisesti vieläkin on. s. 299 tehtävässä 2 juuri turhaa tarkkuutta, kun mainitaan galaksijoukko ja galaksiryhmä... s. 302 kuva atomista on noin sata vuotta vanha huomattava yksinkertaistus aiheesta. sivulla myös tärkeät käsitteet atomi, molekyyli, ioni, protoni, neutroni, elektoroni ja vahva vuorovaikutus. Myös suuruusluokkavertailu atomin osien välillä s. 303 isotooppi, massaluku ja järjestysluku sekä alkuaineen merkintätapa ja radioaktiivisuus s. 305 maailmankaikkeuden rakenne yksinkertaistettuna pähkinänkuoressa. s. 306 optinen mikroskooppi ei riitä merkittävään suurennokseen. Ainetta voidaan tutkia esimerkiksi atomivoimamikroskooopilla (ks. oma artikkeli labratyö) s. 307 mikroaaltouunikysymys: jos se olisi älyttömän vaarallista niin tuskin olisi mikroja myynnissä. Toisaalta, 20-luvulla myytiin radioaktiivista suklaata... Enemmän mikroruoan syömisessä arveluttavat muut tekijät, mm. ruoan lisäaineet ja tuoreus. s. 308 sähkömagneettinen säteily, ks. aallot s. 45. sivulla 308 myös asiallinen kuva ionisoivasta ja ionisoimattomasta säteilystä. s hiukkassäteilyn eri tyypit: röntgen, gamma, alfa, beeta ja neutronisäteily s radioaktiivisuus eli atomiytimet, jotka eivät ole pysyviä vaan hajoavat pienemmiksi. esiintyy luonnossa ja keinotekoisesti. tärkeät käsitteet

7 aktiivisuus (hajoamista / sekunti, beqcuerel), puoliintumistaika ja säteilyannos (sievert; vuosittain keskimäärin 3,7 msv). Liian voimakas säteily / liian suuri säteilyannos aiheuttaa yleensä pysyviä kudosvaurioita; esimerkiksi palovaroitinta ei saa missään tapauksessa alkaa purkamaan. Paha juttu säteilyvaurioissa on se, että niitä ei huomaa kun ne tapahtuvat, ja ongelmat ilmenevät joskus vasta vuosien päästä. s. 313 Säteilyturvakeskus STUK s. 316 fuusio (yhdistyminen) ja fissio (hajoaminen); ydinvoimalaitoksissa fissiota, ei pääse niin suuriin energioihin. s erilaisia ydinvoimaloita, tosin muutaman rivin kappale ei riitä kuvaamaan toimintaperiaatetta riittävän selvästi. Käytetään u-235:ttä "polttoaineena"eli u-235 hajoaa pienemmiksi ytimiksi ja samalla vapautuu energiaa, joka muunnetaan sähköksi ja niin edelleen. ydinvoiman ja ydinpolttoaineen ongelmat: voitaisiinko korvata tuulivoimalla ja aurinkovoimalla? ongelmana on se että tekniikka kehittyy älyttömän kovalla vauhdilla, joten kukaan ei oikein halua investoida valtavia summia esimerkiksi Saharan osan peittämiseen aurinkopaneeleilla. Tuulivoima on lisäksi epävarma energian lähde ja aurinkopaneeleissa hyötysuhteet eivät pärjää esimerkiksi vesivoimalle. s. 319 tehtävä 2 älyttömän laaja.