Undervisningsbeskrivelse for: gsfya403 S13/14 Fysik B->A, STX Fag: Fysik B->A, STX Niveau: A Institution: Københavns VUC - Sankt Petri Passage 1 (280103) Hold: Fysik B-A 4 uger Termin: August 2013 Uddannelse: STX Lærer(e): Kristian Jerslev (KRJE) Forløboversigt (7): 1 10.07.13 Mekanik 2 18.07.13 Elektriske og Magnetiske Felter 3 19.07.13 Relativitetsteori 4 22.07.13 Kvantefysik 5 29.07.13 Partikelfysik 6 31.07.13 Eksperimentelt projekt 7 01.08.13 Eksamensinformation og repetition Samlet materialeliste Litteratur: 1) Claussen, Both, Hartling: Spektrum - Fysik II, Gyldendal, 2007, 2. oplag: s160-162 og 186-204 2) Esben Klinkby: Partikelfysik - ved Esben Klinkby, Notesæt: s4-41 3) Gunnar Gunnarsson: Den Specielle Relativitetsteori, 2012, Notesæt: s1-19 4) Morten Brydensholt, Tommy Gjøe, Claus Jessen, Ole Keller, Jan Møller, Jens Vaaben: Orbit BA, Systime, 2012, 2. oplag: s245-271, 273-331, 341-350, 361-396 og 461-488 5) Torben Benoni: Elektriske og Magnetiske Felter - tillæg til FysikABbogen 2, Systime, 2011, 1. oplag: s51-58 Andet: 6) Københavnerfortolkningen, film CSC LUDUS Web Side 1 af 8
Forløb 1: Mekanik Omfang: 48 lektioner Start: 10.07.13 Mekanik Forløbet har indeholdt følgende faglige elementer: Uafhængighedsprincippet. Skråt kast. Gnidningsmodstand, herunder Stokes lov og v 2 -loven samt udledning af sidste. Cirkelbevægelse, herunder jævn cirkelbevægelse og udledning af centripetalkraften. Kurvekørsel. Harmonisk bevægelse, herunder Hookes lov samt lodrette svingninger. Energiforhold under harmonisk svingning, herunder udledning af den potentielle energi i en fjeder. Impulsbevarelse i én og to dimensioner, herunder elastisk og uelastisk stød, Q- værdi, og impulstilvækst fra varierende kraft. Energiforhold for bevægelse i tyngdefeltet, herunder ydre kræfters arbejde og konservative felter. Krafters effekt. Newtons gravitationslov. Tidevand. Tyngdeaccelerationen. Frit fald og vægtløshed. Mekanisk energi i tyngdefeltet, herunder udledning af formlen for gravitationel potentiel energi. Undvigelseshastighed. Cirkelbevægelse i tyngdefeltet. Mekanisk energi for legemer i tyngdefeltet, herunder virialsætningen for cirkelbevægelse. Planetbaner og Keplers love. Kort omtale af almen relativitetsteori og Sorte hullers Schwarzchildradius. Holdet har i forløbet gennemført følgende laboratorieøvelser, hvor alle øvelser har resulteret i rapporter: Det skrå kast, hvor holdet har undersøgt forskellige aspekter ved det skrå kast. Gnidningsmodstand, hvor holdet har undersøgt dynamisk gnidning på vandret og skråt plan. Svingninger, hvor holdet har arbejdet med forskellige aspekter ved harmonisk svingning for fjedre. Impulsbevarelse, hvor holdet har undersøgt en-dimensionelt elastisk og uelastisk CSC LUDUS Web Side 2 af 8
Impulsbevarelse, hvor holdet har undersøgt en-dimensionelt elastisk og uelastisk stød samt undersøgt 2-dimensionelt elastisk stød. I forbindelse med laboratoriearbejdet har holdet arbejdet med dataopsamling ved hjælp af både elektroniske hjælpemidler samt egne hjælpemidler i form af mobiltelefoner. Holdet er også blevet introduceret til usikkerhedsberegning ud fra min/max-metoden og har inddraget denne i arbejdet med rapporterne. I arbejdet med v 2 -loven har holdet lavet simuleringer af Skydiving ved hjælp af computerudstyr og derigennem arbejdet med frit fald med luftmodstand samt terminalhastigheder. Som afslutning på forløbet har holdet lavet et større teoretiske projekt, hvor de har arbejdet med aspekter af Newtons gravitationslov på ellipsebaner og regnet på kredsløb for stjerner i galakser i form af rotationskurver. Materialeliste for forløb: Mekanik 4) Morten Brydensholt, Tommy Gjøe, Claus Jessen, Ole Keller, Jan Møller, Jens Vaaben: Orbit BA, Systime, 2012, 2. oplag: s273-325, 330-331, 341-350 og 461-488 Forløb 2: Elektriske og Magnetiske Felter Omfang: 8 lektioner Start: 18.07.13 Elektriske og Magnetiske Felter I dette forløb har holdet arbejdet med følgende faglige aspekter: Elektriske ladninger og statisk elektricitet. Elektriske felter, herunder homogene elektriske felter og randfelter. Magnetiske felter, herunder omtale af Jordens magnetfelt og måling af magnetfelt med en Hall-sonde. Opløsning af vektorer i komposanter. Magnetfeltet omkring strømførende ledninger, herunder højrehåndsreglen, og diverse andre spolekonfigurationer. Gribereglen for B-feltets retning i spoler. Laplaces lov for ledere i et B-felt. Ladede partikler i et B-felt, herunder Lorentzkraften. Cirkelbevægelse for ladede partikler i B-felter. Snoede banekurver og polarlys. Induktion, herunder Faradays induktionslov, magnetisk flux og Lenz' lov. CSC LUDUS Web Side 3 af 8
Holdet har i forløbet arbejdet med følgende laboratorieøvelser, der alle har resulteret i en rapport: Laplaces lov, hvor holdet har undersøgt kraften på en leder i et homogent magnetfelt. Flade spolers magnetfelt og Jordens magnetfelt, hvor holdet har undersøgt B-feltet fra en flad spole og benyttet en sådan til at bestemme styrken af Jordens magnetfelt i København. Materialeliste for forløb: Elektriske og Magnetiske Felter 4) Morten Brydensholt, Tommy Gjøe, Claus Jessen, Ole Keller, Jan Møller, Jens Vaaben: Orbit BA, Systime, 2012, 2. oplag: s361-396 Forløb 3: Relativitetsteori Omfang: 8 lektioner Start: 19.07.13 Relativitetsteori I dette forløb har holdet arbejdet i grupper med et notesæt om speciel relativitetsteori. Fokus har ligget på kendskab til de relativistiske formler for beregning af masse, energi og impuls til brug i senere forløb. Holdet har i forløbet arbejdet med følgende faglige aspekter: Einsteins postulater om relativitetsprincippet og lysets fart. Tidsforlængelse. Tvillingeparadokset, hvor fokus har ligget på et forståelsesaspekt fremfor matematikken. Længdeforkortelse. Sammensætning af hastigheder. Relativistisk impuls og masse. Relativistisk energi. Relativistiske stødprocesser. Laboratorie- og hvilesystemet som referencerammer. Holdet har i forløbet udført en laboratorieøvelse om undersøgelsen af betaspektret for en beta-kilde, hvor de har undersøgt spredningen på energier, der udsendes fra en betakilde. Undervejs i undersøgelsen har de undersøgt, hvorvidt elektronerne bevæger sig relativistiske samt bestemt Q-værdien for henfaldet. CSC LUDUS Web Side 4 af 8
Gruppearbejde Laboratoriearbejde Skriftligt arbejde: rapport samt regneopgaver. Materialeliste for forløb: Relativitetsteori 3) Gunnar Gunnarsson: Den Specielle Relativitetsteori, 2012, Notesæt: s1-19 Forløb 4: Kvantefysik Omfang: 16 lektioner Start: 22.07.13 Kvantefysik Holdet har i forløbet beskæftiget sig med kvantefysikken og har dækket følgende faglige aspekter: Lys' partikel- og bølgeegenskaber, herunder Youngs dobbeltspalteeksperiment. Fotoelektrisk effekt. Partikler som bølger. de Broglie bølgelængde. Konsekvenser af fotonens ækvivalente masse: fotonens impuls, tryk og reflekteret tryk samt Comptonspredning. Københavnerfortolkningen. Heisenbergs usikkerhedsrelation. EPR-paradokset og skjulte variable. Aspects forsøg, herunder polarisation af fotoner. Kvantiseringen af energien for en partikel i en brønd. Hydrogenatomets kvantetal: n,l,m og disses betydning. Orbitalstruktur for atomer med flere elektroner. Paulis udelukkelsesprincip. Tunneleffekt. Holdet har arbejdet med en simuleringsøvelse af den fotoelektriske effekt, hvor de har undersøgt, hvordan bølge- og partikelmodellen for lys kan beskrive den. Som afslutning på det faglige forløb har holdet set filmen Københavnerfortolkningen. CSC LUDUS Web Side 5 af 8
Sidst i forløbet har holdet arbejdet med at løse Schrödingers ligning for en partikel i en boks. Holdet har i forbindelse med forløbet gennemført en laboratorieøvelse, hvor de har har undersøgt Heisenbergs usikkerhedsrelation ved hjælp af en laser og en enkeltspalte med variabel spalteafstand samt undersøgt Malus' lov om intensiteten af polariseret lys. Holdet har afleveret en rapport over denne øvelse. Materialeliste for forløb: Kvantefysik 1) Claussen, Both, Hartling: Spektrum - Fysik II, Gyldendal, 2007, 2. oplag: s160-162 og 186-204 4) Morten Brydensholt, Tommy Gjøe, Claus Jessen, Ole Keller, Jan Møller, Jens Vaaben: Orbit BA, Systime, 2012, 2. oplag: s245-271 og 325-329 6) Københavnerfortolkningen, film Forløb 5: Partikelfysik Omfang: 16 lektioner Start: 29.07.13 Partikelfysik Forløbet dækker kravene om fysikken i det 21. århundrede. Følgende faglige aspekter er dækket i forløbet: Kvarker, leptoner og spin. Standardmodellen. De fire fundamentelle kræfter: Gravitation, elektromagnetisk, stærk og svag vekselvirkning. Bærere af de fire fundamentelle kræfter: gravitoner, fotoner, gluoner samt Z og W +/- partikler. Kvarkers farver og anti-farver. Bevarede kvantetal: ladning, baryontal, leptontal, farveladning og flavours. Eksperimentelle bekræftelse på 3 kvark-familier. Kursorisk gennemgang af Standardmodellens mangler samt udvidelser til Standardmodellen. Acceleratorfysik. Detektorer, herunder forskellige typer af detektorer: boblekammeret, scientilationstællere, halvleder- og gasdetektorer, Cherenkovdetektorer, kalorimeterog myonkamre. CSC LUDUS Web Side 6 af 8
Kursisterne har også arbejdet med elementære Feynman-diagrammer og tegnet disse for simple reaktioner. Materialeliste for forløb: Partikelfysik 2) Esben Klinkby: Partikelfysik - ved Esben Klinkby, Notesæt: s4-41 5) Torben Benoni: Elektriske og Magnetiske Felter - tillæg til FysikABbogen 2, Systime, 2011, 1. oplag: s51-58 Forløb 6: Eksperimentelt projekt Omfang: 8 lektioner Start: 31.07.13 Eksperimentelt projekt Holdet har arbejdet selvstændigt i grupper om et eksperimentelt projekt, der involverede bungee-jump af Barbiedukker. De enkelte laboratoriegrupper har efterfølgende afleveret en større rapport om forsøget, hvori de har redegjort for benyttet teori, fremgangsmåde, måleresultater samt et uddybet afsnit om fejlkilder og usikkerheder i forsøget. Selvstændigt eksperimentelt arbejde Skriftligt rapportarbejde. Forløb 7: Eksamensinformation og repetition Omfang: 16 lektioner Start: 01.08.13 Eksamensinformation og repetition Holdet er blevet informeret om eksamen, eksamensforløb samt deres rettigheder. Holdet har yderligere set og arbejdet med eksempler på både teoretiske og eksperimentelle spørgsmål samt set eksempler på bilag, der kan benyttes ved den teoretiske eksamen. I forbindelse med eksamensinformationen har holdene gentaget flere af de forsøg, de har lavet undervejs i kurset for at prøve en situation, der ligner den eksperimentelle del af eksamen. CSC LUDUS Web Side 7 af 8
eksperimentelle del af eksamen. CSC LUDUS Web Side 8 af 8