Fysica: Electriciteit en Magnetisme

Transcriptie

1 Fysica: Electriciteit en Magnetisme Vrije Universiteit Amsterdam Faculteit der Exacte Wetenschappen Studiehandleiding Academisch jaar Studierichtingen: 1MNW (verplicht); vrije keuze andere richtingen. Let op: Mastering Physics opgaven maken voor hoorcollege is verplicht Course ID: MPUBACHS42418 Bezoek werkcollege is verplicht 1

2 Cursusinformatie Cursus naam: Code: X_ Periode: 5 Studiepunten: 3.0 Blackboard: FEW_X_430061_2012_150: Fysica en medische fysica 2 ( )_150 Verantwoordelijke docent: Prof.Dr. Wim Ubachs Room: 2.69, T , w.m.g.ubachs@vu.nl Werkcollege assistenten: Marica Marrese (m.marrese@vu.nl) Nelda Antonovaite (nelda.antonovaite@vu.nl) Yusaku Hontani (yusaku.hontani@vu.nl) Bacheloropleidingen: 1MNW, vrije keuze andere richtingen Cursus schema: 2

3 Cursusomschrijving Fysica en Medische Fysica behandelt de basisbegrippen uit de natuurkunde voor de studies MNW en SBI. Deel 2 gaat over Elektriciteit en Magnetisme en we behandelen: Elektrostatische kracht, het elektrische veld en de elektrische potentiaal. De wet van Gauss. Weerstanden, condensatoren en eenvoudige ketens. Magnetisme, het magnetische veld, magnetische eigenschappen van materialen. De lorentzkracht op bewegende ladingen. De wet van Ampère. Inductie en de wet van Faraday. Elektromagnetische trillingen. En daarmee komen ook vragen aan bod als: o Wat veroorzaakt een bliksem? o Waarom is geen magnetische veld buiten een toroide? o Waarom valt een metalen staaf langzamer dan een plastic staaf in een magnetisch veld? Literatuur Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, International edition, Douglas C. Giancoli, 4th edition Deze editie heeft in gele letters op grijs bovenaan Pearson International Edition staan; Zie: Het is noodzakelijk het boek vanaf het begin van de cursus in het bezit te hebben, inclusief een licentie voor Mastering Physics. Op het werkcollege mag geen elektronische versie van het boek worden gebruikt. De hoofdstukken 21 t/m 29 worden behandeld. 3

4 Verplichte aanwezigheid Hoorcolleges: Werkcolleges: Mastering Physics Het wordt zeer sterk aanbevolen de hoorcolleges bij te wonen. Het is verplicht elke week voor aanvang van het hoorcollege de Mastering Physics opgaven gemaakt te hebben en voor >60% correct beantwoord te hebben. Iedereen mag gebruik maken van een (1) uitzondering hierop en op deelname aan werkcollege. Cursusdoelen De basisbegrippen van elektriciteit en magnetisme kunnen uitleggen en deze kunnen toepassen in conceptuele vragen en rekenopgaven over dit onderwerp, in zowel bekende als nieuwe situaties. Academische vaardigheden Oordeelsvorming Scheiding hoofd- en bijzaken Vertaling begrippen wiskundige relaties Mondelinge presentatie Schriftelijke verslaglegging Groepswerk College responsiegroep ens het eerste college zal een responsiegroep worden gevormd, die problemen in een vroeg stadium van hun medestudenten hoort (of zelf constateert) en deze doorgeeft aan de betreffende docent. (Individuele studenten die extra ondersteuning nodig hebben, problemen van medische aard of andere problemen hebben om dit vak met goed gevolg af te leggen kunnen dit met de studieadviseur overleggen. Hiervoor is de college responsiegroep niet bedoeld.) Studielast (1 ec correspondeert met 28 uur studielast) Hoorcollege: 20 uur in totaal Werkcollege: 18 uur in totaal Voorbereiding hoorcollege (zelfstudie): 1,5 uur /week 10,5 uur in totaal Mastering Physics opgaven (zelfstudie): 1,5 uur /week 10,5 uur in totaal Opgaven maken (zelfstudie): 2 uur/week 14 uur in totaal Quiz en proeftentamen (zelfstudie): 4 uur 4 uur in totaal Tentamenvoorbereiding (zelfstudie): 15 uur 15 uur in totaal Tentamen: 2 uur 2 uur in totaal Het hoorcollege start met een quiz (conceptuele vragen), gevolgd door uitleg en wordt afgesloten met een oude tentamenvraag. Het laatste hoorcollege wordt besteed aan de Fysica 2 quiz (zie hieronder). In het werkcollege is het niveau van de vragen net iets hoger dan dat van tentamen. ens het laatste werkcollege wordt een proeftentamen besproken (dat vooraf gemaakt moet worden). Voorafgaand aan een hoorcollege wordt uitgegaan van 3 uur zelfstudie (incl. Mastering Physics opgaven). Na het college wordt uitgegaan van 2 uur zelfstudie (opgaven maken) voorafgaand op het werkcollege. 4

5 Fysica 2 quiz Het laatste hoorcollege (19 of 23 Mei) zal besteed worden aan de Fysica 2 quiz. Deze is gemodelleerd naar de NWO Wetenschapsquiz. In het begin van de cursus wordt de studenten gevraagd teams van 4 personen te vormen. Elk team moet voor 15 mei 9.00 uur een quiz vraag met 3 mogelijke antwoorden (waarvan 1 correct) inleveren bij de docent. Bespreek voor het inleveren je vraag met je werkcollege docent. Een goede vraag behandelt een concept uit de cursus op inzichtelijke wijze. Het niveau moet dusdanig zijn dat 60-70% van de studenten er goed op zou antwoorden, mits zij een adequate kennis van de stof hebben. Inleveren van de opgave geeft recht op deelname aan de quiz op 22 mei. Bij niet inleveren is het team van deelname uitgesloten. 10 Vragen worden geselecteerd voor de quiz. Bij de quiz hebben de teams 4 minuten om onderling te overleggen over elk van de 10 vragen en een teamantwoord te kiezen. Het door jouw team behaalde resultaat telt voor 20% mee in je eindcijfer. Calculus Mathematische methoden (MNW) of Lineaire algebra (SBI) Fysica en medische fysica 1 Toetsing en beoordeling Schriftelijk tentamen Fysica 2 quiz 85% gewicht 15% gewicht Bij de Fysica 2 quiz is het aantal correct gegeven antwoorden gelijk aan het cijfer. Bij het tentamen worden zowel conceptuele als rekenopgaven gesteld. Het boek mag niet gebruikt worden, wel wordt er een formuleblad verstrekt bij het tentamen. Wel en niet toegestaan bij het tentamen Grafische rekenmachine Gewone (wetenschappelijke) rekenmachine Pen Potlood Liniaal Geodriehoek / Alleen voor tekeningen en grafieken Het is niet toegestaan om tijdens het tentamen benodigdheden van andere studenten te lenen! Indeling werkcollege groepen Groep Naam Assistent 1. AA t/m HH Marica Marrese, Groep 1 2. II t/m NN Nelda Antonovaite, Groep 2 3. OO t/m ZZ Yusaku Hontani, Groep 3 Preciese indeling van de groepen volgt op Blackboard. Het is niet toegestaan van groep te wisselen! 5

6 HC Ma 15: Wet van Coulomb (ook in vectorvorm) kunnen toepassen om elektrostatische kracht te kunnen verbinden aan ladingen en afstanden tussen ladingen. Kunnen uitleggen wat bedoeld wordt met een elektrisch veld, inclusief weergave van elektrische veldlijnen in aanwezigheid van één of meerdere geleiders. Berekeningen kunnen doen voor geladen deeltjes in een elektrisch veld, inclusief de elektrische dipool. Elektrische lading, geleiders en isolators, elektrische polarisatie ( induced charge ) (Ch ) Bestudeer dit zelf. Ch : zelfstudie (15 ) Ch : doorlezen (30 ) MP: opgaven Ch. 21 (75 ) 1. Opzet college Fysica en Medische fysica 2 - D 2. Wet van Coulomb 21.5 D 3. Het elektrisch veld D en 4. Elektrische veldlijnen (+ geleiders) D (deels herhaling VWO) 5. Een geladen deeltje in een elektrisch veld D en 6. Elektrische dipool D en 7. Oude tentamenopgave - D HC in C121 6

7 WC di Verwerken leerstof Ch. 21 a.d.h.v. conceptuele vragen en rekenopgaven Elektrische lading, geleiders en isolators, elektrische inductie, Wet v. Coulomb, Elektrisch velden + toepassingen, Elektrische dipool (Ch ) 1. Bespreking Mastering Physics opgaven Ch P10 p P 49 p P74 p Conceptuele cartoon: NTQ_ELEC_STAT_2QA 6. P85 p. 590 Zie indeling WC op p. 4 van deze studiehandleiding en op Blackboard. Wisselen van groep is niet toegestaan. Groep-1 in WN-P647; Groep 2 in WN-C668; Groep 3 in WN-C624. 7

8 HC Wo Aan de hand van de Wet van Gauss het verband tussen elektrische lading en elektrisch veld kunnen beschrijven. Het begrip elektrische flux kunnen beschrijven en de totale flux door een gesloten oppervlak kunnen relateren aan de Wet van Gauss. De Wet van Gauss kunnen relateren aan de Wet van Coulomb. De Wet van Gauss kunnen toepassen op verschillende symmetrische geometrieën van elektrische geleiders en daaraan kunnen rekenen. Wet van Coulomb (21.5) Ch. 22: doorlezen (45 ) MP: opgaven Ch. 22 (75 ) 1. Elektrische flux 22.1 D 2. Wet van Gauss 22.2 D 3. Toepassingen Wet van Gauss 22.3 D en 4. Experimentele basis van Wetten van Gauss en Coulomb 22.4 D 5. Oude tentamenopgave - Uitwerkingen huiswerkopgaven zijn ter inzage aan begin van WC 2 beschikbaar voor controle. Opgaven worden niet besproken in het WC. HC in C121 8

9 WC Do Verwerken leerstof Ch. 22 a.d.h.v. conceptuele vragen en rekenopgaven Elektrische flux, Wet van Gauss, Toepassingen Wet van Gauss (Ch. 22) Ch. 21: P5, P28, P40, P74, P58, P63 (120 ) 1. Huiswerk Ch. 21 controleren S 2. Master Physics opgaven Ch. 22 bespreken 3. P4 p P 10 p Conceptuele vraag: Q8 p P24 p. 603 Zie indeling WC op p. 4 van deze studiehandleiding en op Blackboard. Wisselen van groep is niet toegestaan. Groep 1 in WN-F655; Groep 2 in WN-F630; Groep 3 in WN-S607 9

10 HC Ma De begrippen elektrische potentiaal, potentiaalverschil, het elektrisch veld kunnen definiëren, met elkaar in verband kunnen brengen, en kunnen toepassen in rekenopgaven. Elektrisch veld (21.6), Elektrische dipool (21.11) Ch. 23: doorlezen (45 ) MP: opgaven Ch. 23 (75 ) 1. Elektrische potentiële energie en potentiaalverschil 23.1 D 2. Relatie elektrische potentiaal en elektrisch veld 23.2 D 3. Elektrische potentiaal t.g.v. een puntlading 23.3 D 4. Elektrische potentiaal t.g.v. een willekeurige ladingsverdeling 23.4 D 5. Equipotentialen 23.5 D 6. Elektrische potentiaal t.g.v. dipool 23.6 D 7. Elektrisch veld bepaald uit V 23.7 D 8. Elektrostatische potentiële energie, de ev 23.8 D 9. Oude tentamenopgave - D Uitwerkingen huiswerkopgaven zijn ter inzage aan begin van WC 3 beschikbaar voor controle. Opgaven worden niet besproken in het WC. HC inc121 10

11 WC Di Verwerken leerstof Ch. 23 a.d.h.v. conceptuele vragen en rekenopgaven Elektrische potentiaal, potentiaalverschil en elektrisch veld (Ch , Ch en Ch ) Ch. 22: P1, P7, P15, P19, P23 (120 ) 1. Huiswerk Ch. 22 controleren S 2. Mastering Physics opgaven Ch. 23 bespreken 3. P16 p Conceptuele vraag: NTQ_ELEC_STAT_4QA 5. P40 p P60 p. 625 Zie indeling WC op p. 4 van deze studiehandleiding en op Blackboard. Wisselen van groep is niet toegestaan. Groep-1 in WN-P647; Groep 2 in WN-C668; Groep 3 in WN-C

12 HC wo VWO-stof elektriciteit ophalen/mobiliseren en uitbreiden met behandeling van condensator, inclusief RC-schakeling (conceptueel en toegepaste rekenopgaven). VWO-stof elektriciteit Kirchhoff s regels (behandeld in practicumhandleiding) Ch doorlezen (75 ) MP: opgaven Ch (75 ) Ch , : zelfstudie 1. Condensator & bepaling capaciteit D 2. Serie en parallelle condensatoren 24.3 D 3. Elektrische energieopslag 24.4 D 4. Diëlectricum 24.5 D 5. Wisselstroom 25.7 D 6. Stroomdichtheid en drift 25.8 D 7. EMF en klemspanning 26.1 D 8. Serie en parallelle EMF s, batterijen laden 26.4 D 9. RC-schakeling 26.5 D 10. Elektrische gevaren (voorbeeld) 26.6 D 11. Oude tentamenopgave D HC in C121 12

13 WC do Verwerken leerstof Ch a.d.h.v. conceptuele vragen en rekenopgaven Condensatoren, Elektrische stomen en weerstanden, en DC schakelingen (Ch ) Ch.23: P3, P10, P28, P44, P45 (80 ) Ch.25: P9, P10, P55 & Ch.26: P19 (40 ) 1. Huiswerk Ch. 23 controleren S 2. Mastering Physics opgaven Ch bespreken 3. Ch. 24: P6 p Ch. 24: P47 p Ch. 26: P48 p Overige werkcollege-opgaven Ch. 25 en 26 - Zie indeling WC op p. 4 van deze studiehandleiding en op Blackboard. Wisselen van groep is niet toegestaan. Groep 1 in WN-F655; Groep 2 in WN-F630; Groep 3 in WN-S

14 HC di Concepten en toepassingen (inclusief rekenopgaven) van (elektro)magnetisme ophalen en mobiliseren, uitgebreid met het magnetisch dipoolmoment. VWO-stof (elektro)magnetisme Uitprodukt (bij FMF1 herhaald) Ch. 27: doorlezen (45 ) MP: opgaven Ch. 27 (75 ) 1. Magneten, magnetische velden 27.1 D Elektrische stromen en magneetvelden 27.2 D 2. De Lorentzkracht op een stroomdraad 27.3 D 3. De Lorentzkracht op een bewegende lading 27.4 D 4. Draaimoment of stroomkring in een magneetveld, magnetisch dipoolmoment 27.5 D 5. Toepassingen: motoren, luidsprekers en galvanometer 27.6 D 6. Ontdekking en eigenschappen van het elektron 27.7 D 7. Het Hall effect 27.8 D 8. De massaspectrometer 27.9 D 9. Oude tentamenopgave - D HC in HG-15A33 14

15 WC vr Verwerken leerstof Ch. 27 a.d.h.v. conceptuele vragen en rekenopgaven (Elektro)magnetisme (Ch. 27) Uitprodukt (bij FMF1 herhaald) Ch. 24: P1, P15, P23, P46, P58 Ch. 25: P3, P14, P23, P44, P58 Ch: 26: P4, P22, P33, P42, P45 (zelf een selectie maken voor 120 ) 1. Huiswerk Ch controleren S 2. Mastering Physics opgaven Ch. 27 bespreken 3. P8 p Concept cartoon: NTQ_MAGNET_2QA 5. P19 p. 728 Zie indeling WC op p. 4 van deze studiehandleiding en op Blackboard. Wisselen van groep is niet toegestaan. Groep 1 in WN-C648; Groep 2 in WN-C629; Groep 3 in WN-C

16 HC di Kwalitatief en kwantitatief bronnen van magnetisme beschrijven. Magnetisme (Ch. 27) Elektrische potentiaal (Ch. 25) Wet van Gauss (Ch. 22) Elektrische lading en elektrisch veld (Ch. 21) Ch. 28: doorlezen (45 ) MP: opgaven Ch. 28 (75 ) 1. Magneetveld t.g.v. rechte stroomdraad 28.1 D Kracht tussen twee evenwijdige stroomdraden 28.2 D 2. Definitie van Ampère en Coulomb 28.3 D 3. Wet van Ampère 28.4 D en 4. Magneetveld van een solenoïde en toroïde 28.5 D 5. Wet van Biot-Savart 28.6 D en 6. Ferromagnetisme 28.7 D 7. Oude tentamenvraag - D HC inhg-15a33 16

17 WC di Verwerken leerstof Ch. 28 a.d.h.v. conceptuele vragen en rekenopgaven Bronnen van magneetvelden (Ch. 28) Magnetisme (Ch. 27) Ch. 27: P10, P15, P36, P54 (120 ) Boek 1. Huiswerk Ch. 27 controleren S Wie 2. Mastering Physics opgaven Ch. 28 bespreken 3. P14 p P31 p P37 p. 754 Zie indeling WC op p. 4 van deze studiehandleiding en op Blackboard. Wisselen van groep is niet toegestaan. Groep 1 in WN-F612; Groep 2 in WN-C638; Groep 3 in WN-C

18 HC di Elektromagnetische inductie kwalitatief en kwantitatief kunnen beschrijven Toepassingen van elektromagnetische inductie kwalitatief en kwantitatief kunnen beschrijven Bronnen van magneetvelden (Ch.28) Ch. 29: doorlezen (45 ) MP: opgaven Ch. 29 (75 ) 1. Geïnduceerde EMF 29.1 D 2. Wet van Faraday en wet van Lenz 29.2 D en 3. Geïnduceerde EMF bij een bewegende geleider 29.3 D 4. Elektrische generatoren 29.4 D 5. Transformatoren en vermogenstransmissie 29.6 D 6. Elektrisch veld opgewekt door een veranderende magnetische flux 29.7 D HC in HG-15A33 18

19 WC di Verwerken leerstof Ch. 29 a.d.h.v. conceptuele vragen en rekenopgaven Elektromagnetische inductie, Wet van Faraday, Wet van Lenz (Ch. 29) Ch. 28: P1, P21, P29, P35, P47 (120 ) Boek 1. Huiswerk Ch. 28 controleren S Wie 2. Mastering Physics opgaven Ch. 29 bespreken 3. P12 p Concept cartoon: NTQ_MAGNET_5QA 5. P17 p. 779 Zie indeling WC op p. 4 van deze studiehandleiding en op Blackboard. Wisselen van groep is niet toegestaan. Groep 1 in WN-F612; Groep 2 in WN-C638; Groep 3 in WN-C629 Quizvragen maken Quizvragen maken in teams. Uiterste inleverdatum: 15 mei 09:00 uur. 19

20 HC Wo Tentamenstof (Ch ) Ch Bestudering Ch (120 ) Ruimte voor opfrissen eerdere stof, opnieuw behandelen probleemstukken uit stof Vooral extra aandacht voor hoofdstukken 27, 28 en 29. HC inhg-13a33 20

21 WC vrij Tentamenstof (Ch ) oefenen a.d.h.v. proeftentamen Ch Bestuderen van Ch sduur 105 Ruimte voor extra bespreken moeilijke opgaven Extra opgaven te selecteren. Boek Wie volgende keer Bestuderen van Ch (tentamenvoorbereiding) (15 uur) Zie indeling WC op p. 4 van deze studiehandleiding en op Blackboard. Wisselen van groep is niet toegestaan. Groep 1 in WN-S623; Groep 2 in WN-C648; Groep 3 in WN-C

22 WC wo Opgaven van proeftentamen bespreken op WC uitleg. Daarvoor moet proeftentamengemaakt zijn. Ch Bestuderen van Ch Proeftentamen maken (120 ) sduur Proeftentamen nabespreken volgende keer Bestuderen van Ch (tentamenvoorbereiding) (15 uur) Zie indeling WC op p. 4 van deze studiehandleiding en op Blackboard. Wisselen van groep is niet toegestaan. Groep 1 in WN-C624; Groep 2 in WN-S623; Groep 3 in WN-C

23 HC vrij Inzicht geven in electriciteitsleer door Demonstraties Ch Ch. 29: P16, P32, P40, P50, P54 (120 ) Bestudering Ch (120 ) 1. Demonstratie experimenten Boek Wie 2. Mogelijk: beantwoorden vragen HC in HG-15A33 23

24 HC di Tentamenstof (Ch ) oefen a.d.h.v. door studententeams gemaakte quizvragen Ch Ch. 29: P16, P32, P40, P50, P54 (120 ) Bestudering Ch (120 ) Boek Wie QUIZ HC in HG-15A33 24

25 Vrijdag 2 juni tentamen in Groep 1 in WN-S607; Groep 2 in WN P647; Groep 3 in WN-P663. Hertentamen vrijdag T en T blok 3 25