Vista previa

Περιεχόμενο μαθήματος

Οι θεματικές ενότητες του μαθήματος επικεντρώνονται σε βασικά φαινόμενα του Ηλεκτρομαγνητισμού και της Οπτικής. Παρακάτω παρουσιάζεται συνοπτικά το περιεχόμενο των εν λόγω θεματικών ενοτήτων, οι οποίες εντάσσονται στη διδακτέα και εξεταστέα ύλη και πρόκειται να διερευνηθούν πειραματικά στο πλαίσιο του μαθήματος.

1. Ηλεκτροστατική: Φόρτιση με τριβή. Ηλεκτροσκόπιο. Ηλεκτρική Θωράκιση. Πυκνωτές-Διηλεκτρικά. Εφαρμογές Διηλεκτρικών. Πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο.

2. Δυναμικός Ηλεκτρισμός: Σύνδεση αντιστατών. Εξάρτηση της Ηλεκτρικής Αντίστασης από τη Θερμοκρασία. Ασφάλεια-Βραχυκύκλωμα. Αποτελέσματα του Ηλεκτρικού Ρεύματος.

3. Μαγνητισμός: Πηγές Παραγωγής Μαγνητικού Πεδίου. Πειραματική περιγραφή μαγνητικού πεδίου. Διαμαγνητικά υλικά. Παραμαγνητικά υλικά. Σιδηρομαγνητικά υλικά. Μαγνήτιση - Απομαγνήτιση Σιδηρομαγνητικού υλικού. Δύναμη Lorentz.

4. Ηλεκτρομαγνητισμός: Δυνάμεις σε Μαγνητικό Πεδίο. Το Φαινόμενο της Μαγνητικής Επαγωγής. Το φαινόμενο της Αυτεπαγωγής. Συντονισμός σε κύκλωμα RLC. Μετασχηματιστές και εφαρμογές. Γεννήτριες Ηλεκτρικής Τάσης. Κινητήρες. Φορά του Επαγωγικού Ρεύματος - Κανόνας του Lenz. Ρεύματα Πεδήσεως.

5. Υψίσυχνα Ρεύματα - Ηλεκρικές Εκκενώσεις: Υψίσυχνα ρεύματα. Συντονισμός σε κύκλωμα LC. Μετασχηματιστής Tesla. Σωλήνες Εκκένωσης.

6. Οπτική: Ανάκλαση, Ολική Ανάκλαση και Διάθλαση του Φωτός. Ανάλυση του Φωτός. Συμβολή και Περίθλαση του Φωτός. Πόλωση του Φωτός. Διπλή Διάθλαση. Πλακίδια Καθυστέρησης Φάσης. Φωτοελαστικότητα.

Μαθησιακοί στόχοι

Με την επιτυχή παρακολούθηση του μαθήματος, οι φοιτητές/τριες θα έχουν αναπτύξει:

• Εμπειρία στο σχεδιασμό και την εκτέλεση πειραμάτων, με στόχο την επίδειξη και την κατανόηση θεμελιωδών φυσικών αρχών στα πεδία του Ηλεκτρομαγνητισμού και της Οπτικής.
• Εξοικείωση και εμπειρία στη χρήση εργαστηριακού εξοπλισμού, μέσω της ενεργού συμμετοχής στο σχεδιασμό και την εκτέλεση των πειραμάτων.
• Ικανότητες συνεργασίας και αποδοτικού καταμερισμού ευθυνών, καθώς το μάθημα προϋποθέτει το συντονισμό μικρών ομάδων (έως 5 άτομα) για την αποτελεσματική εκτέλεση και παρουσίαση των πειραμάτων.
• Ικανότητα εντοπισμού και αξιοποίησης διαδραστικού εκπαιδευτικού υλικού από διαδικτυακές πηγές, με σκοπό την εμβάθυνση στις φυσικές έννοιες που μελετώνται στο μάθημα.
• Ικανότητα αξιοποίησης των διαθέσιμων οργάνων ή/και πειραματικών διατάξεων ενός σχολικού εργαστηρίου, με σκοπό την επίδειξη και κατανόηση βασικών φυσικών φαινομένων σε μαθητές και των τριών σχολικών βαθμίδων (Δημοτικό, Γυμνάσιο, Λύκειο).
• Εμπειρία διδασκαλίας σε μη ακαδημαϊκό περιβάλλον, μέσα από οργανωμένες δραστηριότητες ή παρουσιάσεις.

Μέθοδοι διδασκαλίας

Το εργαστηριακό μάθημα πραγματοποιείται σε ομάδες φοιτητών/τριών στο εβδομαδιαίο τρίωρο διδασκαλίας. Ο διδάσκων/ουσα πραγματοποιεί δύο τρίωρα διδασκαλίας ανά εβδομάδα, ανάλογα με τον αριθμό φοιτητών/τριών που θα επιλέξουν το μάθημα.

Σε κάθε τρίωρο, οι φοιτητές/τριες καλούνται να σχεδιάσουν και να εκτελέσουν πειράματα που σχετίζονται με μία συγκεκριμένη θεματική ενότητα της διδακτέας ύλης. Στην αρχή κάθε τρίωρου, παρουσιάζεται συνοπτικά το βασικό θεωρητικό υπόβαθρο των πειραμάτων που πρόκειται να σχεδιασθούν και να διεξαχθούν στη συνέχεια. Δεδομένου ότι το μάθημα απευθύνεται σε φοιτητές/τριες του τελευταίου έτους σπουδών, η συμμετοχή τους ενθαρρύνεται μέσω ερωτήσεων και συζήτησης. Αυτό το μέρος του μαθήματος θα εμπλουτίζεται με κατάλληλο οπτικοακουστικό υλικό, όπως διαγράμματα, προσομοιώσεις ή βίντεο πραγματικών πειραμάτων, με στόχο την πληρέστερη κατανόηση των φυσικών φαινομένων υπό μελέτη.

Ιδιαίτερη βαρύτητα δίνεται στην κατάλληλη προετοιμασία των φοιτητών/τριών πριν από κάθε μάθημα. Οδηγός στην προετοιμασία και τη διδασκαλία είναι οι σημειώσεις του μαθήματος (διαθέσιμες στο πεδίο Έγγραφα). Επιπλέον, θα δίνεται στους φοιτητές/τριες η δυνατότητα διερεύνησης συμπληρωματικών πειραμάτων ή/και προσομοιώσεων, σχετικών με την ύλη κάθε ενότητας.

Για την εκτέλεση των πειραμάτων, οι φοιτητές/τριες θα χωρίζονται σε μικρότερες ομάδες, τα μέλη των οποίων θα συνεργάζονται στον σχεδιασμό και την υλοποίηση των πειραμάτων, υπό την εποπτεία της διδάσκουσας.

Ύστερα από την επιτυχή ολοκλήρωση κάθε πειράματος, θα ακολουθεί συζήτηση μεταξύ των φοιτητών/τριών και της διδάσκουσας, με στόχο: (α) την εις βάθος κατανόηση των φυσικών αρχών που διέπουν τα παρατηρούμενα φαινόμενα, (β) τη σύνδεση των φαινομένων αυτών με εκφάνσεις της καθημερινής ζωής και (γ) την ερμηνεία πιθανών αποκλίσεων των πειραματικών αποτελεσμάτων από τις θεωρητικές προβλέψεις, καθώς και τη διερεύνηση τροποποιήσεων ή βελτιώσεων για την εξάλειψή τους.

Επιπλέον, οι φοιτητές/τριες θα ενθαρρύνονται να σχεδιάσουν και να παρουσιάσουν την τελευταία εβδομάδα των μαθημάτων ένα πρωτότυπο πείραμα σχετικό με τη διδακτέα ύλη, στοχεύοντας στην ανάπτυξη δεξιοτήτων πειραματικού σχεδιασμού, κριτικής σκέψης και επιστημονικής παρουσίασης. Παράλληλα, με τον τρόπο αυτό, εμπλουτίζεται το σύνολο των πειραμάτων επίδειξης για τα επόμενα ακαδημαϊκά έτη, με ενδιαφέρουσες προτάσεις πειραμάτων που σχεδιάστηκαν από τους ίδιους τους φοιτητές/τριες.

Μέθοδοι αξιολόγησης

Επαρκής προετοιμασία και συμμετοχή κατά τη διάρκεια των μαθημάτων (παρακολούθηση, συμμετοχή στις διαλέξεις, συνεργασία στις ομάδες). Προαιρετική παρουσίαση εργασίας (Project) σχετικής με τις θεματικές ενότητες του μαθήματος. Πρακτική Εξέταση στο Εργαστήριο. Τελική Γραπτή Εξέταση.

Η τελευταία εβδομάδα των μαθημάτων αφιερώνεται στην Πρακτική Εξέταση των φοιτητών/τριών στο χώρο του εργαστηρίου. Κάθε φοιτητής/τρια καλείται εντός 1.5 ώρας, να εκτελέσει 2-3 πειράματα (επιλεγμένα τυχαία) από το σύνολο των πειραμάτων που καλύφθηκαν κατά τη διάρκεια του εξαμήνου και να αναπτύξει γραπτώς το θεωρητικό υπόβαθρο για την ερμηνεία των φαινομένων που παρατηρούνται. Η βαθμολογία της Πρακτικής Εξέτασης καθορίζεται σε ποσοστό εξήντα τοις εκατό (60%) από την επιτυχή εκτέλεση και παρουσίαση των πειραμάτων και σε ποσοστό σαράντα τοις εκατό (40%) από την πληρότητα της γραπτής θεωρητικής τους ανάλυσης.

Ο τελικός βαθμός του μαθήματος προκύπτει σε ποσοστό εβδομήντα τοις εκατό (70%) από το βαθμό της Πρακτική Εξέτασης και σε ποσοστό τριάντα τοις εκατό (30%) από την επίδοση στην Τελική Γραπτή Εξέταση, η οποία πραγματοποιείται στο αμφιθέατρο κατά την εξεταστική περίοδο του εαρινού εξαμήνου ή την επαναληπτική εξεταστική περίοδο του Σεπτεμβρίου.

Υποχρεώσεις Φοιτητών

Η παρακολούθηση του μαθήματος είναι υποχρεωτική και λαμβάνονται παρουσίες σε κάθε μάθημα. Συστηματικές απουσίες ενδέχεται να οδηγήσουν σε αποκλεισμό από την τελική εξέταση. Σε περίπτωση δικαιολογημένης απουσίας, δεν προβλέπεται η αναπλήρωση του μαθήματος, καθώς οι θεματικές ενότητες, και κατά συνέπεια οι πειραματικές διατάξεις, διαφοροποιούνται κάθε εβδομάδα.

Προτεινόμενα συγγράμματα

-  Βιτωράτος Ε., Γεωργά Σ., Πειράματα Επίδειξης Φυσικής ΙΙ, Σημειώσεις Μαθήματος. Πανεπιστήμιο Πατρών, 1987.

-  G. Hewitt, Οι έννοιες της φυσικής. Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, 2018.

- R. Freedman & H. D. Young, Πανεπιστημιακή Φυσική με Σύγχρονη Φυσική, Τόμος Β: Ηλεκτρομαγνητισμός - Οπτική - Σύγχρονη Φυσική. Εκδόσεις Παπαζήση, 2019.

- R. A. Serway & J. W. Jewett, Φυσική για Επιστήμονες και Μηχανικούς - Ηλεκτρισμός και μαγνητισμός, Φως και Οπτική, Σύγχρονη φυσική. Εκδόσεις Κλειδάριθμος, 2013.

- D. Halliday, R. Resnick και J. Walker, Φυσική, Τόμος B΄: Ηλεκτρομαγνητισμός, Οπτική, Σύγχρονη Φυσική. Εκδόσεις Gutenberg, 2021.