Undervisningsbeskrivelse

Stamoplysninger til brug ved prøver til gymnasiale uddannelser
Termin(er) 2017/18 - 2018/19
Institution Odense Katedralskole
Fag og niveau Fysik B
Lærer(e) Nikolai Holt
Hold 2017 Fy/z (1z Fy, 2z Fy)
Oversigt over gennemførte undervisningsforløb
Titel 1 01. Klassisk mekanik
Titel 2 02. Mekanisk energi
Titel 3 03. Termisk energi
Titel 4 04. Lyd og bølger
Titel 5 05. Lys og bølger
Titel 6 06. Kvante- og kernefysik
Titel 7 07. Radioaktivitet
Titel 8 08. Elektricitet og magnetisme
Titel 9 09. Verdensbilledet

Beskrivelse af de enkelte undervisningsforløb (1 skema for hvert forløb)
Titel 1 01. Klassisk mekanik

Vejen til fysik B2
Knud Erik Nielsen og Esper Fogh
Forlaget HAX, 1. udgave, 3. oplag, 2011
Side 7-18, 166-177, 182-192 (ikke infinitesimaldelene).

Kinematik - note
Nikolai Holt
Side 1-5.

Deltagerne er blevet introduceret til de gængse begreber tid, sted, hastighed og acceleration. Bevægelsesligningerne med og uden konstant acceleration er blevet udledt i forbindelse med bevægelse i én dimension. Der er blevet talt om, at en tilbagelagt strækning kan bestemmes som arealet under en graf, hvor hastigheden er afbildet som funktion af tiden (dog udelukkende for konstant acceleration). De fire kendte kræfter (tyngdekraft, elektromagnetisk kraft, stærke kernekraft og svage kernekraft) er blevet nævnt og inden for disse kategorier har deltagerne arbejdet med tyngdekraften, normalkraften, friktionskraften (både statisk og dynamisk er omtalt), luftmodstand og opdrift (med afsæt i begrebet tryk og trykforskelle). I forbindelse med friktionskræfter blev bevægelse på et vandret plan og bevægelse på et skråplan studeret nærmere. Som afrunding på forløbet har deltagerne diskuteret forskellige problemstillinger i grupper med afsæt i nogle bilag.

Øvelser:
Udendørsmålinger af hastigheder.
Trillende bold (demonstration).
Det frie fald - videoanalyse.
Det frie fald - fotogates.
Test af aktion-reaktion (induktiv øvelse).
Sammenhæng mellem tyngdekraft og masse.
Tryk ned gennem væskesøjle (demonstration).
Bestemmelse af friktionskoefficienter (dynamisk).
Luftmodstand på kaffefilter.
Opdrift med Archimedes' lov.

Evaluering:
Spørgeskema med efterfølgende diskussion af hovedpunkter.
Indhold
Omfang Estimeret: 25,00 moduler
Dækker over: 25 moduler
Særlige fokuspunkter
Væsentligste arbejdsformer
Titel 2 02. Mekanisk energi

Vejen til fysik AB1
Knud Erik Nielsen og Esper Fogh
Forlaget HAX, 1. udgave, 4. oplag, 2011
Side 80-85.

Vejen til fysik B2
Knud Erik Nielsen og Esper Fogh
Forlaget HAX, 1. udgave, 3. oplag, 2011
Side 192-198.

Mekanisk energi - note
Nikolai Holt
Side 1-5.

Med afsæt i den klassiske mekanik er deltagerne blevet introduceret for kræfters arbejde med henblik på energianalyser af bevægelser. Den kinetiske energi og potentielle energi er blevet indført for bevægelse i et tyngdefelt nær Jorden, ligesom der er argumenteret for, at den mekaniske energi (som summen af de to energiformer) er bevaret i situationer, hvor kun tyngdekraften er virkende. Det er også blevet diskuteret, at der må være andre virkende ikke-konservative kræfter (begreb ikke anvendt) i tilfælde af, at den mekaniske energi ikke er bevaret. Som eksempler herpå, har deltagerne stiftet bekendtskab med friktion og luftmodstand (også set i den klassiske mekanik).

Øvelser:
Fjederkraftens arbejde.
Mekanisk energi ved hoppende bold.
Mekanisk energi ved frit fald (demonstration, men deltagerne har selv arbejdet med timerstrimmel.).
Videoanalyse af eget selvvalgt forsøg, hvor den mekaniske energi blev studeret.

Evaluering:
Klassesamtal med opfølgning på foregående evaluering.
Indhold
Omfang Estimeret: 9,00 moduler
Dækker over: 9 moduler
Særlige fokuspunkter
Væsentligste arbejdsformer
Titel 3 03. Termisk energi

Vejen til fysik AB1
Knud Erik Nielsen og Esper Fogh
Forlaget HAX, 1. udgave, 4. oplag, 2011
Side 38-64.

Vejen til fysik B2
Knud Erik Nielsen og Esper Fogh
Forlaget HAX, 1. udgave, 3. oplag, 2011
Side 34-47.

Deltagerne er blevet introduceret for opbygningen af stof med henblik på en forståelse af begrebet termisk energi. I den forbindelse er temperaturbegrebet blevet forklaret med afsæt i molekyle/atombevægelse og der er talt om de forskellige tilstandsformer. Der er set på energiligning knyttet til opvarmning af stof samt energiligningerne knyttet til faseovergangene mellem tilstandsformerne.

Øvelser:
Specifik varmekapacitet for metal.
Specifik smeltevarme for is.
Specifik fordampningsvarme for vand (demonstration).
Blandingstemperatur.

Evaluering:
Klassesamtal med opfølgning på foregående evaluering.
Fysikprøve.
Indhold
Omfang Estimeret: 14,00 moduler
Dækker over: 14 moduler
Særlige fokuspunkter
Væsentligste arbejdsformer
Titel 4 04. Lyd og bølger

Orbit 2
Ole Keller m.fl.
Systime A/S, 1. udgave, 2. oplag, 1998
Side 126-129, 131-141, 143-144, 146-147, 150-152.

Vejen til fysik AB1
Knud Erik Nielsen og Esper Fogh
Forlaget HAX, 1. udgave, 4. oplag, 2011
Side 102-123.

Deltagerne er blevet introduceret til begrebet lyd med afsæt i en bølgemodeller med de dertil hørende begreber som frekvens, periode, bølgelængde, amplitude, hastighed, interferens og diffraktion. Forskellige bølgetyper (tværbølger, længdebølger samt en kombination heraf) er blevet introduceret under kategorien mekaniske bølger. Stående bølger på streng og i resonansrør (åbne, halvåbne og lukkede) er blevet diskuteret og formlerne for resonansfrekvenserne udledt. I forlængelse af ovenstående er lydstyrken blevet indført ligesom Dopplereffekten er blevet diskuteret (formlen for frekvensopfattelsen er blevet udledt).

Øvelser:
Guitaranalyse.
Lydens hastighed med stående bølger.
Lydens hastighed med mikrofoner (demonstration).
Strenganalyse (demonstration).
Konstruktion af mini-orgel.

Evaluering:
Skriftlig.
Indhold
Omfang Estimeret: 11,00 moduler
Dækker over: 11 moduler
Særlige fokuspunkter
Væsentligste arbejdsformer
Titel 5 05. Lys og bølger

Orbit 2
Ole Keller m.fl.
Systime A/S, 1. udgave, 2. oplag, 1998
Side 70-76, 79-83, 87-99.

Dobbeltspalte-eksperiment
Tegnefilm på ca. 5 min.
https://www.youtube.com/watch?v=DfPeprQ7oGc

Med afsæt i deltagernes kendskab til bølgebegrebet, er bølgemodellen for lys blevet introduceret med afsæt i en beskrivelse af dobbeltspalteeksperimentet. Herfra er gitterligningen blevet udledt og der blev snakket om det elektromagnetiske spektrum, ligesom brydningsloven for lys blev udledt og analyseret. I forlængelse heraf var der også fokus på totalrefleksion og dispersion. Deltagerne skulle med deres samlede viden slutteligt forsøge analysere forskellige hverdagsfænomener med afsæt i billeder.

Sidst i forløbet deltog deltagerne i et fællesarrangement ved diverse fysik/kemi forsøg udført af universitetsstuderende. Arrangementet havde en varighed på omtrent fem kvarter.

Øvelser:
Bestemmelse af brydningsindeks og totalrefleksion.
Bølgelængden af laserlys i luft og vand.
Afstandskvadratloven for lys.
Rilleafstand på CD og hårtykkelse.
Lys fra mobiltelefon.
Lyssammensætning via spektrometer (demonstration).
Lysledersnørebånd (gruppediskussion).

Evaluering:
Fælles snak på klassen.
Indhold
Omfang Estimeret: 14,00 moduler
Dækker over: 14 moduler
Særlige fokuspunkter
Væsentligste arbejdsformer
Titel 6 06. Kvante- og kernefysik

Vejen til fysik B2
Knud Erik Nielsen og Esper Fogh
Forlaget HAX, 1. udgave, 3. oplag, 2011
Side 48-57, 105-115.

Orbit 2
Ole Keller m.fl.
Systime A/S, 1. udgave, 2. oplag, 1998
Side 101-119.

Dokumentar: In Search for Giants - Part 1 (om atomets opdagelse og opbygning)
Dokumentar: Københavnerfortolkningen.

Forløbet tog afsæt i en beskrivelse af atomets opbygning, hvorefter vi så på partikel/bølgedualiteten, altså behovet for også at have en partikelmodel for lys. Deltagerne så dokumentaren Københavnerfortolkningen, hvorfra vi så nærmere på Bohrs model for lys med afsæt i hydrogenatomet. Der blev regnet på Balmerserien med afsæt i Rydbergformlen, hvor de fundne bølgelængder efterfølgende blev fundet via måling af en hydrogengas ved brug af et spektrometer. Herfra blev atomkernen studeret ved at se på massedefekter med tilhørende bindingsenergier samt Q-værdier for kerneprocesser. Afslutningsvis skulle deltagerne analysere forskellige bilag med afsæt i den lærte teori.

Øvelser:
Bestemmelse af bølgelængder fra hydrogengas (demonstration).
Indhold
Omfang Estimeret: 10,00 moduler
Dækker over: 10 moduler
Særlige fokuspunkter
Væsentligste arbejdsformer
Titel 7 07. Radioaktivitet

Vejen til fysik B2
Knud Erik Nielsen og Esper Fogh
Forlaget HAX, 1. udgave, 3. oplag, 2011
Side 58-67, 70-78.

Med afsæt i deltagernes kendskab til kernefysikken er de forskellige henfaldstyper blevet gennemgået, for betahenfaldene på kvarkniveau. I den forbindelse er isotopbegrebet blevet diskuteret, ligesom kernekortet er blevet studeret og anvendt. For konkrete henfald har eleverne udregnet processernes Q-værdier og betydningen disse energier er blevet diskuteret/repeteret fra foregående forløb. Herfra har deltagerne set på henfaldsloven, begrebet aktivitet, halveringstid, afstandskvadratloven samt absorptionsloven. Som afrunding på forløbet har deltagerne arbejdet med nogle eksamensopgaver fra A-niveau for at eleverne kunne se små anvendelse af radioaktivitet. I den sammenhæng blev metoden omkring kulstof-14 metoden også diskuteret og brugt på "aldersbestemmelse".

Øvelser:
Absorption af stråling.
Afstandskvadratloven for stråling (demonstration).
Halveringstiden for Ba*-137 (demonstration).
Simulering af radioaktivt henfald.

Evaluering:
Samtale på klassen omkring emnet samt strategien for det kommende forløb omkring elektricitet.
Indhold
Omfang Estimeret: 10,00 moduler
Dækker over: 10 moduler
Særlige fokuspunkter
Væsentligste arbejdsformer
Titel 8 08. Elektricitet og magnetisme

Vejen til fysik AB1
Knud Erik Nielsen og Esper Fogh
Forlaget HAX, 1. udgave, 4. oplag, 2011
Side 187-203, 210-211.

Atomer og elektricitet - note
Nikolai Holt
Side 1-8.

Film/dokumentar: Shock and Awe: The Story of Electricity (varighed ca. 3 timer).

Deltagerne er blevet introduceret til atomets opbygning, herunder hvad der giver anledning til en elektrisk strøm i en leder. Begreberne strømstyrke, spændingsforskel, modstand og effekt er behandlet grundigt både eksperimentelt og teoretisk. Hertil har deltagerne set på serie- og parallelkoblinger, ligesom begrebet resistivitet er indført. Den 3 timer lange dokumentar blev set i etaper (sidste del hjemme), og omhandler alt fra den historiske opdagelse af ladninger over i en bredere forståelse af elektrisk til teknologiske anvendelser i dag. Som afrunding på forløbet omkring den indledende del omkring de elektriske grundbegreber har deltagerne arbejdet med et eksperimentelt projekt inden for elektricitet og kodning af sensorer. Et Arduinosæt blev anvendt, hvor små elektriske kredsløb blev opbygget, dog under vejledning. I den forbindelse blev der i de forskellige kredsløb arbejdet med temperatursensorer (NTC-termistorer), lyssensorer (LDR-fotoresistorer) samt ultralydssensorer. Desuden blev der lavet et lille kredsløb med transistor, ensretterdiode og DC-motor, som så kunne styres via en knap eller termistor. Projektet blev afviklet over flere moduler med en samlet varighed på omkring 6 klokketimer, hvorefter der blev snakket de enkelte kredsløb. I forbindelse med NTC-termistoren udarbejdede deltagerne en Steinhart-Hart karakteristik som skulle anvendes i forbindelse med programmeringen af Arduinoen. Som afrunding på forløbet fik deltagerne indblik i den grundlæggende forståelse bag ferromagnetisme og der blev kort snakket om transformation af spænding.

Øvelser:
Joules lov.
Karakteristik og effektkurve for batteri.
Karakteristik og effektkurve for glødepære.
Karakteristik og effektkurve for resistor.
Serie- og parallelkoblinger af resistorer.
Resistivitet.
Kraft fra elektromagnet.
Magnetfelt i en spole.
Transformation af spænding ved brug af spoler og jernkerne (demonstration).
Eksperimentelt projekt: Arduinoøvelser, herunder Steinhart-Hart karakteristik af den anvendte termistor.
Indhold
Omfang Estimeret: 22,00 moduler
Dækker over: 22 moduler
Særlige fokuspunkter
Væsentligste arbejdsformer
Titel 9 09. Verdensbilledet

Vejen til fysik AB1
Knud Erik Nielsen og Esper Fogh
Forlaget HAX, 1. udgave, 4. oplag, 2011
Side 7-29, 155-186.

Vejen til fysik B2
Knud Erik Nielsen og Esper Fogh
Forlaget HAX, 1. udgave, 3. oplag, 2011
Side 124-138, 142-165.

Film/dokumentar:
The Universe - Beyond The Big Bang.
Den bevægede Jord.

Deltagerne har beskæftiget sig med en beskrivelse af universet med henblik på teorien omkring Big Bang samt en begrundelse for denne model med afsæt i blandt andet Edwin Hubbles opdagelser. Der er blevet snakket lidt om en modificering af Newtons gravitationslov med Einsteins rumtidsforståelse (dog kun det som nævnes i dokumentaren "The Universe - Beyond the Big Bang"). Dannelsen af de tidligere partikler og grundstoffer er blevet diskuteret ligesom dannelsen af stjerner og galakser er blevet omtalt (inklusiv grundstofdannelse i stjerner - specielt fokus på proton-protonkæde og trippel-alfaprocessen). Stjernes død samt dannelsen af de ekstra tunge grundstoffer blev også inddraget ligesom snakke omkring supernovaer, sorte huller og neutronstjerner. Herefter blev der arbejdet med den nære astronomi, hvor forskellige historiske verdensbilleder (inklusiv det nuværende) blev studeret. I forlængelse heraf snakkedes og Keplers love og ikke mindst Newtons gravitationslov (allerede kendt fra mekanikforløbet). Planetdata fra databogen blev undersøgt med henblik på en eftervisning af Keplers 3. lov. Som afrunding på forløbet beskæftigede deltagerne sig med observerbare naturfænomener som formørkelser, tidevand, nord- og sydlys, årstider etc. I mindre grupper blev der udarbejdet populærvidenskabelige artikler inden for et selvvalgt emne af interesse inden for det naturvidenskabelige verdensbillede.

Øvelser:
Marsbanekonstruktion.
Indhold
Omfang Estimeret: 12,00 moduler
Dækker over: 12 moduler
Særlige fokuspunkter
Væsentligste arbejdsformer