Grundnivå / First Cycle

Transkript

1 FYSA12, Introduktion till universitetsfysik, med mekanik och ellära, 7,5 högskolepoäng Introduction to University Physics, with Mechanics and Electricity, 7.5 credits Grundnivå / First Cycle Fastställande Kursplanen är en skiss men ännu ej fastställd. Allmänna uppgifter Kursen är en obligatorisk kurs på grundnivå för en naturvetenskaplig kandidatexamen i fysik. Undervisningsspråk: Svenska (motsvarande kurs på engelska har koden FYSE12) Enstaka moment ges och examineras på engelska. Det omfattar högst 1 hp, i form av en laboration eller inlämningsuppgift. Huvudområde Fördjupning Fysik G1N, Grundnivå, har endast gymnasiala förkunskapskrav Kursens mål Efter genomgången kurs skall studenten kunna (utbildningsplanen i beskrivningen nedan hänvisar till utibldningsplanen för kandidatexamen i fysik vid Lunds universitet): Kunskap och förståelse (mot lärandemål 1 i utbildningsplanen) 1. Beskriva och använda mekaniken och elläran för att lösa konceptuella problem. 2. Beskriva och diskutera fysikens grundläggande idéer och förutsättningar. 3. Beskriva och härleda mekanikens och ellärans samband från grundläggande antaganden, såsom kausalitet och positivism. 4. Diskutera exempel inom mekaniken med hjälp av Newtons lagar. 5. Beskriva och diskutera enkla dynamiska system i linjär rörelse och rotation. 6. Beskriva elementära problem inom mekanik och ellära med hjälp av vektorer, skalärprodukt och vektorprodukt. 7. Resonera kring mekanik och ellära med avseende på deras användning i vår omgivning. 8. Redogöra teoretiskt för enklare elektriska kretsar med grundkomponenter. 9. Redogöra för uppkomsten av magnetfält, kopplingar mellan dessa och ström samt deras påverkan på laddningar. 10. Översiktligt förklara magnetiska material och deras tillämpningar. 11. Förklara växelströmmar, redogöra för deras uppkomst och hur grundkomponenterna beter sig i växelströmskretsar. Färdighet och förmåga 12. Använda de grundläggande begreppen och utföra beräkningar och lösa teoretiska problem i den mekanik och ellära som kursen innehåller (motsvarar lärandemål 2 och 3 i utbildningsplanen).

2 13. Utföra mätningar och genomföra med handledning laborationer i mekanik och ellära (motsvarar lärandemål 2 och 3 i utbildningsplanen) 14. Redogöra skriftligt för resultat från laborationer och beräkningar (motsvarar lärandemål 4 i utbildningsplanen). 15. Använda elektriska mätinstrument relevanta för kursen (motsvarar lärandemål 2 i utbildningsplanen) 16. Kritiskt analysera experimentella resultat och mätdata (lärandemål 2 i utbildningsplanen). Värderingsförmåga och förhållningssätt 17. Använda resonemang som bygger på mekanikens och ellärans begrepp när händelser skall beskrivas (lärandemål 6 i utbildningsplanen) 18. Redovisa vetenskapliga resultat på ett adekvat sätt med utgångspunkt från akademisk hederlighet och kunna redogöra vad detta begrepp innebär (lärandemål 6 i utbildningsplanen). 19. Redogöra för och diskutera etiska aspekter av användning av och arbete inom områden relevanta för kursen (lärandemål 6 och 7 i utbildningsplanen). 20. Diskutera risker och förutsättningar för elektricitet i samhället, speciellt vad det gäller elproduktion och -distribution (motsvarar lärandemål 6 och 7 i utbildningsplanen) Kursens innehåll Kursen består av tre delkurser: 1. Introduktion till att vara fysiker, 2 hp 2. Mekanik, 6,5 hp, uppdelat på 5,5 hp teori och 1 hp laborationer. 3. Ellära, 6,5 hp, uppdelat på 5,5 hp teori och 1 hp laborationer. I samtliga delkurser är laborativ verksamhet en viktig del. Delkurs 1 Introduktion till att vara fysiker, 2 hp I denna delkurs introduceras grundläggande begrepp och enklare mätmetoder i fysiken. Delkursen innehåller även en introduktion och fördjupning kring matematiska verktyg såsom vektorer och inledande differentialkalkyl. Akademisk hederlighet och laborativ säkerhet introduceras och är centrala begrepp I hela kursen. Delkurs 2 Mekanik, 6,5 hp I kursen behandlas kinematik och dynamik baserad på Newtonsk mekanik, med tillämpning på både linjär och rotations-rörelse. Viktiga begrepp är bevarandeprinciper, där begreppen energi, rörelsemängd och rörelsemängdsmoment introduceras och används för att beskriva kausaliteten, det vill säga dynamiken, mellan krafter och rörelseändring. Viktiga ämnesmässiga begrepp är: Kinematik Linjär rörelse en, två och tre dimensioner. Grundläggande storheter. Hastighet och acceleration, både momentan och medelvärde. Fritt fall. Första och andra derivatans matematik, och dess tillämpning inom mekaniken i form av derivering och integrering. Tolkning av läges-, hastighets- och accelerationsdiagram som funktion av tiden. Tredimensionell rörelse och vektorformalism. Cirkulär rörelse, med vinkelhastighet och acceleration. Dynamik Dynamiken beskrivs i kursen med så kallad Newtonsk mekanik. Newtons tre lagar, deras tillämpningar och konceptuella tolkning. Frikropparsdiagram. Partikeldynamik, friktion,

3 cirkulär dynamik. Fundamentala krafter. Arbete, kinetisk och potentiell energi. Energins bevarande. Gravitation med tillämpningar, till exempel flykthastighet, Keplers lagar och mörk materia. Elastiska krafter och energidiagram. Rörelsemängd och förutsättningar för dess bevarande. Impuls. Introduktion till inelastiska och elastiska kollisioner. Raketrörelse. Rotationsdynamik Partikel- och stelkroppsrotation. Rörelsemängdsmoment och förutsättningar för dess bevarande. Analogin mellan linjär och rotationsdynamik. Rotationsenergi. Parallellaxelsteoremet. Vridmoment och vinkelacceleration. Statik Villkor för jämvikt. Tyngdpunkt och dess förhållande till masscentrum. Fluidmekanik Bernoullis lag och Arkimedes princip. Delkurs 3 Ellära, 6,5 hp Elektrostatik elektrisk laddning, Coulombs lag, elektrisk fältstyrka, superpositionsprincipen och superposition av punktladdningsbidrag, fältlinjer, elektriska dipoler, elektriskt flöde, Gauss sats (visa och formulera samt exempel med vissa givna geometrier), elektrisk potential, elektrisk potentiell energi, ekvipotentialytor, kapacitans, kondensatorer och hur de hanteras i enkla elektriska kretsar, laddnings polarisation, dielektrika, elektrostatisk energi samt kondensatorer. Elektrisk ström och kretsteori Ström, strömtäthet, resistititet, resistans och dess temperaturberoende, resistorn och hur den hanteras i elektriska kretsar, Ohms lag, Kirchhoffs lagar, Joules lag, elektromotorisk spänning (EMS), upp- och urladdning av kondensator (RC-kretsar), kretsanalys, el-motorn, elektriska mätinstrument och hur de används/kopplas. Magnetiska fält Flödestäthet, magnetisk kraftverkan på laddade partiklar, magnetisk kraftverkan på strömförande ledare, Gauss lag för magnetfält, Biot-Savarts lag, vridmoment på strömförande slinga i magnetfält, magnetiska dipoler, Amperes lag på integralform (fomulera samt exempel med givna geometrier), Halleffekt och att mäta magnetiska fält, magnetisk polarisation samt orientering om magnetiska material (särskilt ferromagnetiska material). Elektromagnetisk induktion Faradays och Lenz' lagar, ömsesidig och självinduktans, generatorn, rörelse EMS, virvelströmmar, LR-kretsar, det magnetiska fältets energi, inducerade elektriska fält. Maxwells ekvationer Alla Maxwells ekvationer på integralform tas fram och särskild tonvikt läggs vid Gauss och Amperes lag med exempel. Växelström Begreppet växelström, likriktning, resistanser och reaktanser, LRC-krets, resonans, effekt, elsäkerhet och ideal transformator Kursens genomförande

4 Undervisningen utgörs av lektioner, föreläsningar, gruppövningar, räkneövningar, laborationer och projekt. En del av kursen, framför allt i delkurs 2, utgörs av blended learning och flipped classroom. Deltagande i laborationerna och introduktionsmöten, samt i moment som behandlar akademisk hederlighet och säkerhet är obligatoriskt. Kursens examination Kursen examineras i form av: Rapport på introduktionslaborationer, akademisk hederlighet och säkerhet inom första delkursen, som examinerar lärandemål 13,14,15, 16, 17 och 18. Motsvarar 2 hp. Skriftlig tentamen i mekanik vid slutet av delkurs 2, som examinerar lärandemål 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 12, 14, 16 och 17. Motsvarar 5 hp. Inlämnad obligatorisk gruppuppgift inom delkurs 2, med en etisk diskussion kring ett ämne med relevans för kursens övriga innehåll, som examinerar lärandemål 19. Är obligatorisk och motsvarar 0,5 hp. Skriftlig tentamen i ellära vid slutet av delkurs 3, som examinerar lärandemål 1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14,16, 17 och 20. Motsvarar 5,5 hp. Genomförda laborationer och skrivna laborationsrapporter i delkurs 2 och 3, som examinerar lärandemålen 13, 14, 15, 16, 17 och 18. Motsvarar vardera 1,5 hp. Betyg Betygsskalan omfattar betygsgraderna Underkänd, godkänd och väl godkänd. För godkänt på kursen krävs deltagande i alla obligatoriska moment (introduktionsmöten, föreläsningar om säkerhet och akademisk hederlighet, laborationer), samt godkänt på samtliga examinerande moment (tentamina, laborationer, laborationsrapporter och grupprapport). Tentamina och laborationsrapporter (där även genomförandet av laborationen vägs in) ges ett procentbetyg, där gränsen för godkänt är 50% på samtliga moment. För väl godkänt görs en sammanvägning, där poängen på momenten används som vikt. Gränsen för väl godkänt är 80%. Förkunskapskrav Grundläggande inklusive Matematik 4, Fysik 2, Kemi 1 och Engelska 2. Övrigt Denna kurs ges även i sin engelska version FYSE12 på vårterminen. Denna kurs kan inte räknas i en examen tillsammans med FYSE12, FYSA01, FYSA15, ÄFYC01 och motsvarande.

5 Utbildningsplanens mål för Kandidatexamen Kunskap och förståelse 1. visa kunskap och förståelse inom huvudområdet för utbildningen, inbegripet kunskap om områdets vetenskapliga grund, kunskap om tillämpliga metoder inom området, fördjupning inom någon del av området samt orientering om aktuella forskningsfrågor. Färdighet och förmåga 2. visa förmåga att söka, samla, värdera och kritiskt tolka relevant information i en problemställning samt att kritiskt diskutera företeelser, frågeställningar och situationer, 3. visa förmåga att självständigt identifiera, formulera och lösa problem samt att genomföra uppgifter inom givna tidsramar, 4. visa förmåga att muntligt och skriftligt redogöra för och diskutera information, problem och lösningar i dialog med olika grupper, och 5. visa sådan färdighet som fordras för att självständigt arbeta inom det område som utbildningen avser. Värderingsförmåga och förhållningssätt 6. visa förmåga att inom huvudområdet för utbildningen göra bedömningar med hänsyn till relevanta vetenskapliga, samhälleliga och etiska aspekter, 7. visa insikt om kunskapens roll i samhället och om människors ansvar för hur den används, och 8. visa förmåga att identifiera sitt behov av ytterligare kunskap och att utveckla sin kompetens.