F2k-laboratorio

F2k-keskus järjestää opiskelijaryhmille vierailuja fysiikan osastolla ja ilmakehätiedekeskus INARilla.

Varsinaisessa F2k-laboratoriossa esitellään kokeellista modernia fysiikkaa lukiolaisille. F2k:ssa tehdään näkymätön näkyväksi ja tutkitaan luonnon mysteerejä (erityisesti valon ja aineen luonnetta ja näiden vuorovaikutusta).

Peruskoululaisille tarkoitetut laboratoriovierailut ovat kehitteillä syksyn 2018 aikana. Yläkoululaisetkin ovat tervetulleita tutkimusosastovierailuille, missä suosittelemme ilmakehätiedevierailua. Tutkimusosastovierailutkin ovat kuitenkin tietotasoltaan ensisijaisesti lukiolaisille tarkoitettuja. Varsinaisia peruskouluvierailuja järjestetään keväästä 2019 alkaen uusien laboratoriotöiden parissa.

Lue alta lisää tietoja ja ota yhteyttä tiedekasvatuskoordinaattori Tapio Rasaan!

F2k-laboratoriossa tutustutaan kokeellisesti ilmiöihin, jotka johtivat klassisesta fysiikasta nykyfysiikkaan.

Modernissa fysiikassa tärkeitä teemoja ovat mm. valon, aineen ja varauksen kvantittuminen. Esimerkiksi kokeet elektronin ominaisvarauksesta ja valosähköisestä ilmiöstä liittyvät lukion viimeisten kurssien sisältöihin, eikä niihin usein löydy kouluista välineitä. Niinpä laboratorio soveltuu erityisen hyvin lukion modernin fysiikan tai sähkömagnetismin kurssin yhteyteen.

Tutustu työohjeisiin, töiden tavoitteisiin, käytännön asioihin ja sovi vierailu! Vierailu voidaan järjestää myös englanniksi (ota normaalisti yhteyttä) tai ruotsiksi (lisätiedot).

CERN-vierailuiden osalta yhteydenotto tapahtuu erillisellä lomakkeella.

Katso myös F2k:n lainattavat tarvikkeet.

F2k välittää fysiikanopettajan sijaisia. Voit lähettää sijaispyynnön yhteyshenkilölle tai suoraan sijaislistalle osoitteeseen fy-sijaiset@helsinki.fi.

Opintovierailullanne teille voidaan esitellä Kumpulan kampusta, fysiikan opiskelua ja fysiikan tutkimusta. Perehtyä voi hiukkaskiihdyttimeen, röntgentomografiaan (röntgenkuvaukseen ja 3D-mallinnukseen), hiukkasdetektorilaboratorioon, tähtitieteen laboratorioihin sekä ilmakehätieteiden tutkimukseen (INAR). Ilmakehätieteissä vierailuvaihtoehtoja ovat säätutka ja SMEAR-asema.

Toimintaa järjestetään lukio- ja yläkouluryhmille. Yläkoululaisille ja lukion ensimmäisen vuositason opiskelijoille suosittelemme ilmakehätieteisiin keskittyvää vierailua. Huomatkaa kuitenkin, että tutkimusosastovierailut ovat taustatietotasoltaan erityisesti lukioikäisille suunnattuja. Esittelijät ovat tutkimusosaston henkilökuntaa eivätkä välttämättä tunne kaikkien opiskelijaryhmien lähtötasoa. Siispä parasta onkin esittää ahkerasti kysymyksiä!

Jotkut tutkijat voivat järjestää lyhyitä luentoja tutkimusaloistaan, kun asiasta sovitaan hyvin etukäteen. Vierailun yhteydessä (kysy mahdollisuudesta vierailla koulullasi) on mahdollista järjestää myös F2k:n tiedettä yleisesti tarkastelevia luentoja (60 min) kaikenkokoisille lukioryhmille. Näiden aiheet ovat Biologiaa fyysikon silmin: hiili, elämä ja ilmastonmuutos sekä Ihminen ja maailmankaikkeus: tieteen- ja mielenfilosofiaa fyysikon silmin.

Modernin fysiikan työt (ensisijaisesti lukion 2. ja 3. vuositaso)

  • Valosähköinen ilmiö (pdf): Työssä mitataan fotonien irroittamien elektronien pysätysjännitteiden kautta Planckin vakio.
  • Elektronin ominaisvaraus (pdf). Työssä ohjataan elektronisuihku ympyräradalle magneettien avulla ja mitataan elektronin varaus. Samalla nähdään, miten revontulet syntyvät.
    • Kaksi työpistettä, 1-5 opiskelijaa per työpiste.)
      • Hyödyllisiä pohjatietoja: jännite, varatun hiukkasen liike sähkö- ja magneettikentässä, ympyräliike, käämin magneettikenttä.
  • Millikanin koe (pdf). Työssä tutustutaan laadullisesti Millikanin öljypisarakokeeseen, jolla määritettiin alkeisvaraus vuonna 1909.
    • (Tätä työtä ei suositella muille kuin Millikanin kokeesta erityisesti kiinnostuneille.)
  • Mustan kappaleen säteily (pdf). Työssä mitataan hehkulangan spektri ja tutustutaan mustan kappaleen säteilyn erityispiirteisiin.
    • (Laitteisto huollossa!)
  • Spektritutkimus (pdf). Työssä mitataan erilaisten valon lähteiden, kuten hehkulampun tai kaasupurkausputkien säteilyn spektriä ja spektriviivoja.
    • 1 työpiste, 1-6 opiskelijaa.
      • Tämä työ sopii kaikille opiskelijaryhmille.
  • Pohdittavaksi (pdf)

 

Ilmakehätieteisiin liittyviä kokeita/demonstraatioita (soveltuvat kaikille)

Hiilipuusalkku. Työssä tutustutaan laitteistoon, jossa hiilidioksidi-, valo- ja lämpötila-antureiden avulla toimiva virtuaalinen puu visualisoi hiilen sitoutumista ilmakehästä metsän biomassaan. Ilmiöön voi tutustua myös hiilipuu.fi -sivustolla. (2 työpistettä, 1-4 opiskelijaa.)

Maapallon lämpöabsorptio. Tämä työ yhdistelee fysiikan ja maantieteen oppisisältöjä. Työ käsittelee auringon säteilyn absorptiota (imeytymistä) sekä pienessä mittakaavassa että globaalilla skaalalla sekä tämän merkitystä ilmastonmuutoksen kannalta.

Pilvi pullossa. Ilmakehässä pilvet syntyvät lämpimän ilman kohotessa alempaan paineeseen, jolloin ilma viilenee ja laajenee. Ilman viilentyessä saavutetaan kastepiste, jolloin ilman vesimolekyylit tiivistyvät ilmassa olevien tiivistymisytimien pinnalle. Sama ilmiö voidaan tuottaa ja havainnoida pienemmässä mittakaavassa. Näin syntyy "pilvi pullossa". (Demonstraatio, tehdään INARin tiloissa.)

Nanohiukkashavaintoja appelsiinin avulla. Ilman pienhiukkasilla on suuri vaikutus ilmastoon ja ihmisten terveyteen. Kun kuoritaan appelsiini, ilmaan leviää tuttu ja voimakas sitruksen tuoksu. Tämän tuoksun aiheuttaa kuorimisen yhteydessä appelsiinista emittoituneet hapettuvat orgaaniset yhdisteet. Ilmassa nämä emittoituneet kaasut reagoivat muodostaen pienhiukkasia, jotka voidaan havaita esimerkiksi kondensaatiohiukkaslaskurilla. (Demonstraatio, tehdään INARin tiloissa.)

Perinteisempiä kokeita

Signaalien induktio (pdf). Työssä tutkitaan indusoituneita vaihtovirtasignaaleja oskiloskoopin avulla. Ideana on terävöittää ymmärrystä Lenzin laista: miten sisäänmenevä ja ulostuleva signaali liittyvät toisiinsa? Tässä signaalilla tarkoitetaan jännitettä ajan funktiona ensiö- ja toisiokäämissä. (Kaksi työpistettä, 1-4 opiskelijaa per työpiste.) Hyödyllisiä pohjatietoja: induktio, vaihtovirta, magneettivuo, derivaatta

Kokeita tyhjiössä. Tässä demonstraatiossa tarkastellaan, kuuluuko tyhjiössä ääntä ja mitä normaali vaahtokarkkiastronautille tapahtuu ilmanpaineen poistuessa.

Äänen nopeus. 1 työpiste, 1-4 opiskelijaa. Tässä nopeassa kokeessa voidaan määrittää äänen nopeus ilmassa. Sopii kaikenikäisille, kun nopeuden käsite on tiedossa.

Töiden taustaa

Katsaus F2k-töiden taustoihin. Osa 1 (pdf) ja Osa 2 (pdf).

 

 

Ennen vierailua

  • Valitse tehtävät työt (yhteyshenkilöltä eli koordinaattorilta voi kysyä suosituksia). Yksi ryhmä ehtii yleensä tehdä 2-3 työtä.
    • Elektronin ominaisvaraus ja valosähköinen ilmiö ovat kvantitatiivisia töitä, joissa suoritetaan tyypillisesti mittaussarja ja tulokset käsitellään joko paikan päällä tai vierailun jälkeen.
    • Muissa töissä tutustutaan ilmiöihin laadullisella tasolla ja apukysymysten avulla.
  • Käy laboratoriotöiden aihesisällöt läpi etukäteen opiskelijoittesi kanssa. Miettikää etukäteen myös, mihin tutkimuskysymyksiin laboratoriossa haette vastauksia. Koordinaattorilta voi kysyä vinkkejä aiheiden opetukseen.
  • Laboratoriossa on printattuja työohjeita, mutta voit myös tulostaa niitä itse opiskelijoille tutustuttavaksi.

Vierailun aikana

  • Vierailun rakenne on tyypillisesti: Fysiikan laitoksen ja fysiikan opiskelun esittely (15 min); töiden tekoa (esim. 60 min), mahdollisesti vierailu tutkimusosastolle (30-60 min).
    • Koordinaattori hakee ryhmän Physicum-rakennuksen aulasta, ellei toisin sovita.
    • Voitte myös tulla pelkästään tutkimusosastovierailulle. Vierailuun voi liittää myös lyhyen luentopaketin (ks. kohta Yleistä).
  • Opettaja ja F2k-laboratorion koordinaattori auttavat töiden tekemisessä.

Vierailun jälkeen

  • Koonti tuloksista ja opituista asioista.

F2k-laboratorio sijaitsee Helsingissä Kumpulan kampuksella Physicum-rakennuksen (Gustaf Hällströmin katu 2a) toisessa kerroksessa.

Yhteyshenkilö: Fysiikan tiedekasvatuksen koordinaattori Tapio Rasa

Ilmoitathan ryhmäsi koon, alustavaa tietoa aikatauluistanne ja haluatteko vierailla samalla jossain muussa kohteessa yliopistolla (ks. Yleistä).