Course Name: AP Physics C

29 downloads 210 Views 896KB Size Report
College Board AP Physics Lab Manual. Course Requirements: This course uses calculus extensively, therefore, completion or coenrollment in calculus is ...
Course Name: AP Physics C Mechanics Course Overview: This course covers Newtonian Mechanics with calculus methodology in depth.  Content areas covered  are listed in detail in the course outline below.  In addition to specific instructional goals, the following broad  instructional goals are addressed throughout the year: •

knowledge of physics concepts, theories, and phenomenon



development of inquiry skills and problem solving strategies, as well as ability to design and test  hypotheses independently



ability to analyze and interpret data, through graphs and other appropriate methods



comprehension of connections between physics and other disciplines and understanding of the  changing nature of science knowledge

Texts: Paul A. Tipler; Physics for Scientists & Engineers,  W. H. Freeman © 1999 4th edition. College Board AP Physics Lab Manual. Course Requirements: This course uses calculus extensively, therefore, completion or co­enrollment in calculus is required. Labs are an integral part of the course.  Approximately 20 percent of class time is devoted to lab  activities.  All labs are hands­on and student directed, unless otherwise noted.  All labs take one class period,  unless otherwise noted.  Students are provided with a problem or question and appropriate equipment, and then  work in small groups to devise an experiment that will address the problem or question.  Students are expected  to collect data that will lead to a conclusion.  Collaboration and peer assistance are critical to success in  labwork.  Each student is required to maintain a lab portfolio.

AP Physics C Outline

Instructional Days/Chapter

Problem Sets

  I. Newtonian Mechanics 50% A. Kinematics (including vectors, d, v,  a)      

1

Class Introductions/Policies

4

Chapter 3 Vectors

vector notation vector addition and multiplication one dimensional motion using the  kinematic equations two­dimensional motion, including  projectile motion

1. Motion in one dimension 2. Motion in two dimensions,                          including projectile  motion                          

B. Newton's laws of motion                       (including friction and  centripetal force) 

 

Error Analysis Slopes of Motion Graphs Graphing Data Review

5

Chapter 2 Kinematics

p. 172 #23, 25, 26, 28 p. 313 #5, 6, 8, 9  

Displacement, Speed, Velocity, Acceleration

Chapter 2 Problems:

 

Kinematic Equations Freefall Graphical Analysis of Velocity and  Acceleration

  Graphing Acceleration  Problem

5

Chapter 3, Two and Three Dimensional  Motion

 

Kinematics in Two Dimensions Projectiles Relative Velocity

5

Chapter 4 Forces

Limits and Derivatives

1. Static equilibrium (first law)

Newton's 1st Law

2. Dynamics of a single particle  (second law) 3. Systems of two or more bodies  (third law)

p 75 #5, 6, 7, 8, 10, 15,  16, 18, 19, 20

Newton's 2nd Law

#7, 12, 14, 20, 36, 39, 40,  57, 66, 72, 73, 76

chapter 3 Problems:

#33, 37, 39, 43, 47, 58,  64, 70, 77, 106    

Limit Activity Limits and Derivatives derivatives and kinematics,  Chapter 4 prob:  #16, 47, 49, 51, 55, 65, 68,  69, 78, 82, 95,

 

Newton's 3rd Law  

6

Chapter 5  Friction

chapter 5 problems:

Applications of Newton’s Laws Friction Dynamics of Circular Motion

 

 

#12, 15, 18, 21, 22, 28,  38, 42, 58, 76, 98

 

Drag Forces  

 

D. Work, energy, and power  

12

1. Work and work­energy theorem 2. Conservative forces and potential  energy 3. Conservation of energy

Chapter 6 Problems:

Work , Energy, and the Integral

#10, 14, 15, 27, 29, 43,  46, 62, 63, 68, 86, 93

Work ­ Energy Theorem

Conservative and Non­conservative Forces

4. Power

E. Systems of particles, linear  momentum  

Chapters 6 & 7  Work & Conservation of  Energy

The Conservation of Mechanical Energy Power Work Done by a Variable Force

9

1. Center of mass 2. Impulse and momentum 3. Conservation of linear  momentum, collisions

Chapter 8 Center of Mass, Impulse, &  Momentum Impulse­Momentum Theorem Conservation of Momentum

Chapter 7 Problems:

#6, 9, 12, 17, 29, 51, 82,  89, 95, 97  

Chapter 8 Problems:

#7, 9, 14, 18, 23, 33, 35,  49, 69, 89, 94, 112    

 

Collisions One and Two Dimensional Center of Mass

5

Chapter 14 Oscillations

Chapter 14 Problems

 

#6, 7, 10, 15, 22, 44, 55,  105, 107, 115

F. Oscillations and Gravitation  1. Simple harmonic motion                          (dynamics and energy  relationships)

Simple Harmonic Motion Simple Spring and SHM Reference Circle and SHM

 

2. Mass on a spring 3. Pendulum and other oscillations 4. body in orbit under influence of  gravitational forces

Energy and SHM The Pendulum

 

 

Stress, Strain, and Hooke's Law

 

C. Circular motion and rotation 

4

Chapter 12 Torque & Static Equilibrium

Chapter 12 problems:

1. uniform circular motion 2. Angular Momentum & its  Conservation 3. Torque & Rotational Statics  4. Rotational Kinematics &  Dynamics

Conditions for Equilibrum

  13

#4, 17, 22, 23, 30, 41, 45,  72, 75, 97

Static Equilibrium   Chapter 9 Rotational Kinematics & 

 

Dynamics Rotational Motion and Angular  Displacement Angular Velocity and Angular Acceleration Moment of Inertia

Chapter 9 Problems:

 

#5, 6, 7, 10, 13, 15

 

Newton's second law for Rotation Rotational Kinetic Energy Rolling Motion  

#23, 24, 30, 33, 35, 54,  60, 96, 99, 106  

   

5

Chapter 10 Conservation of Angular  Momentum Torque & Angular Momentum Conservation of Angular Momentum  

       

5

Chapter Eleven Gravitation

Chapter 10 Problems:

#23, 38, 50, 51, 52, 53,  77, 83  

 Chapter 11 problems:

Kepler's Laws Gravitational Potential Energy Gravitational Field  

#13, 18, 20, 43, 50, 55,  61, 63, 102, 105  

Labs: This course will utilize laboratory exercises 1­6 (7 labs) from the College Board AP Physics Lab Guide.  All  labs are student directed and discovery based.  In most cases students will just be given a goal, and the  necessary equipment to complete the assignment. Additional labs will be selected from the following: Labs/Demonstrations Displacement Vector Activity

Notes    

  Graphs of Motion Lab I Graphs of Motion Lab II

Lab: Using motion detectors to match graph shapes Video Analysis: use video of projectile motion and Logger Pro to analyze motion

  Projectile Motion Lab

 

  Velocity lab

 

 Atwood Machine Lab

Lab:

Lab: Projectile motion lab: find initial velocity of launcher measuring range, height, and launch  angle   Lab: Find instantaneous velocity of cart rolling down curved incline measuring avg. velocity with  decreasing time interval

Atwood Lab: Verify acceleration to mass relationship for Atwood machine

  Friction Lab

  Lab: Measure g on an incline lab: extrapolate g by measuring acceleration on incline, increasing  angle

Ballistic Pendulum Lab

Lab Ballistic Pendulum Lab: use cons of energy and momentum to find initial velocity

Conservation of Energy Lab

Lab : measure force constant of spring. Use spring to launch projectile to predict range using cons  of energy

Crash Test Bumper

Using the air tracks, a pulley, set of masses, and stop watches: Use force probes and motion detector to integrate force vs time graph to find impulse  

SHM lab

Lab: Analyze motion of spring oscillator using motion detector; fit equation to graph Turning Point Lab

Inertial Balance lab

Lab: calibrate inertial balance to find unknown mass

Lab ­ Torque    Rotational Inertia lab

Lab:   Use metersticks, masses, and The Principal of Moments to determine unknown masses.  

Second Law for Rotation Lab

use rotation apparatus to compare experimental and theoretical rotational inertia Lab: use rotation apparatus to relate linear acceleration of falling object to angular acceleration of  disk rotated by cord

Interactive computer demo

Lab: satellites and Kepler’s Laws