AP Physics B - Freehold Regional High School District

186
FREEHOLD REGIONAL HIGH SCHOOL DISTRICT OFFICE OF CURRICULUM AND INSTRUCTION Science AP Physics B COURSE DESCRIPTION Grade Level: 10-12 Department: Science Course Title: AP Physics Credits: 5.0 Course Code: 042450 Board of Education adoption date: August 22, 2011

Transcript of AP Physics B - Freehold Regional High School District

Page 1: AP Physics B - Freehold Regional High School District

FREEHOLD REGIONAL HIGH SCHOOL DISTRICT

OFFICE OF CURRICULUM AND INSTRUCTION

Science

AP Physics B

COURSE DESCRIPTION

Grade Level: 10-12 Department: Science

Course Title: AP Physics Credits: 5.0

Course Code: 042450

Board of Education adoption date: August 22, 2011

Page 2: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Board of Education

Mr. Heshy Moses, President Mrs. Jennifer Sutera, Vice President

Mr. Carl Accettola Mr. William Bruno

Mrs. Elizabeth Canario Mrs. Kathie Lavin

Mr. Ronald G. Lawson Mr. Michael Messinger Ms. Maryanne Tomazic

Mr. Charles Sampson, Superintendent

Ms. Donna M. Evangelista, Assistant Superintendent for Curriculum and Instruction

Curriculum Writing Committee

Mr. Joseph Santonacita Ms. Erin Siebenmann

Supervisors

Ms. Kim Fox

Ms. Marybeth Ruddy Ms. Angelique Gauthier

Ms. Stacie Ferrara Ms. Denise Scanga

Mr. Timothy O’Boyle

Page 3: AP Physics B - Freehold Regional High School District

AP Physics B- Introduction Introduction  

 

Course Philosophy  

Advanced Placement Physics B is qualitatively and quantitatively high level physics course.  Fundamental Physics topics are revisited but covered in greater depth and detail.  Advanced level topics are also introduced and explored.   Major conceptual areas to be covered include magnetism and electromagnetic theory, atomic and nuclear physics, kinetic theory and thermodynamics, fluid statics and dynamics as well as an in depth review of the topics covered in the Lab Physics or Honors Lab Physics courses. Concepts and skills are introduced, refined and reinforced by lectures, demonstrations, and laboratory experiences. Problem solving and technical reading are two of the outside activities required for the successful development of these topics.   Computers as well as PASCO Equipment and specialized software are emphasized for their value as research and investigative tools.   Advanced Placement Physics B is intended for students of exceptional ability who are serious about broadening their understanding of the physical world.  This course will provide excellent preparation for continued study of science at the college level, and will fully prepare students for the Advanced Placement Physics B Exam.   Advanced Placement Physics conforms to the curriculum as suggested by The Advanced Placement Committee of the College Board.   It is designed to be the equivalent of a non‐calculus based College Level Physics Course. 

 

Course Description  

The AP Physics B course will begin with observations of objects in motion.  The focus will be on multiple representations of motion, the mechanics of moving objects and using the scientific method to solve real world problems.  As the course progresses, we hope the students will gain an understanding that the same basic principles and models govern the motion of all objects.   They will gain this understanding through the use of various laboratory activities involving scenarios and examples that demonstrate these principles.   We hope students will also gain a practical understanding of the gravitational force as a universal force and that energy takes many forms and is a property of many substances associated with heat, light, electricity, mechanical motion, sound, nuclei, and the nature chemicals.    Students will explore the nature of waves and how their movement impacts us every day and come to have an understanding that waves have energy and can transfer energy when they interact with matter.  During the study of charges, magnetic properties, and electromagnetism, students will be exposed to electromagnetic forces and how they affect matter and energy.   Students will hopefully also gain an understanding of the nature of light, its properties, basic optics and how light interacts with matter by transmission, absorption and scattering. Students’ understanding will be evaluated through methods such as pre‐ and post‐test analysis, lab activities, projects, mid‐term and final course assessment. 

 

Page 4: AP Physics B - Freehold Regional High School District

 

Course Map and Proficiencies/Pacing  

Course Map  

Relevant Standards 

Enduring Understandings 

Essential Questions Assessments 

Diagnostic  Formative  Summative 

5.1 A‐D 

The scientific process of experimental design allows students to develop ideas, test possible explanations, critically analyze data, and communicate the outcomes. 

How is the scientific process utilized to develop ideas and answer scientific questions?  What is the difference between a prediction and a hypothesis?  How do you account for evidence that supports your hypothesis?   How do you account for evidence that conflicts with your hypothesis? 

Pre‐test    Lab safety pre‐lab    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research based surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in  Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

5.1 A‐D 

Mathematics is a tool used to model objects, events, and relationships in the natural and designed world. 

How can quantitative data and mathematics be used to help represent real world phenomena? 

How can you manipulate data to decipher quantitative relationships?  How is reliable data collected and interpreted in an experiment? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

Page 5: AP Physics B - Freehold Regional High School District

5.1 A‐D 5.2 E  

 The same basic principles & models can describe the motion of all objects. 

How can an object’s motion and change in motion be represented verbally, physically, graphically, and mathematically? 

For an object traveling in two dimensions, (i.e. a projectile) how can the object’s motion and change in motion be represented verbally, physically, graphically, and mathematically? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

5.1 A‐D 5.2 E 

External, unbalanced forces are required to change a system’s motion. 

How are Newton’s Laws of Motion applied to describe the motion of an object or system?   

What are the similarities and differences between different types of forces?   

How can the forces exerted on an object or system be represented verbally, physically, graphically and mathematically? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

Page 6: AP Physics B - Freehold Regional High School District

5.1 A‐D 5.2 E 

An object that exerts a force on a second object will have an equal and opposite force exerted on it by the second object. 

How are Newton’s Laws of Motion applied to describe the motion of an object or system?   

What are the similarities and differences between different types of forces?   

How can the forces exerted on an object or system be represented verbally, physically, graphically and mathematically?  What does it mean for an object to be in translational equilibrium? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

5.1 A‐D 5.2 E 

For an object that travels at a constant speed in a circle, a net external force must be exerted towards the center. 

What is necessary for an object to travel in a circular path? 

How can the orbits of the planets of our solar system be simplified? 

How does circular motion relate to simple harmonic motion? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

Page 7: AP Physics B - Freehold Regional High School District

5.1 A‐D 5.2 E 

An object in translational and rotational equilibrium has a net force of zero and a net torque of zero.  

How can the torques exerted on an object or system be represented physically and mathematically? 

What does it mean for an object to be in rotational equilibrium? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

5.1 A‐D 5.2 E 5.4 A 

A gravitational interaction is a universal force exerted between all objects with mass. 

How does gravitational force differ from other forces?    How does mass and distance affect the gravitational force of object acting on another object? 

What is the difference between mass and weight? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

Page 8: AP Physics B - Freehold Regional High School District

5.1 A‐D 5.2 D‐E 5.4 A 

For a closed system of objects during a collision, momentum is conserved and energy can be transferred. 

How can an object’s momentum be represented verbally, physically, graphically and mathematically?   How is the momentum of an object changed, and how can this change be represented verbally, graphically and mathematically? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes  Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

5.1 A‐D 5.2 C‐E 

Momentum is a physical quantity that only moving objects have. 

How can an object’s momentum be represented verbally, physically, graphically and mathematically?   How is the momentum of an object changed, and how can this change be represented verbally, graphically and mathematically? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

Page 9: AP Physics B - Freehold Regional High School District

5.1 A‐D 5.2 C‐E  

Energy is a system's ability to do or change something. 

How can the energy of an object be represented verbally, physically, graphically and mathematically? 

How can the conservation of energy in a system be represented verbally, physically, graphically and mathematically? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

5.1 A‐D 5.2 C‐E 

Work is a transfer of energy into and out of a system. 

How does work done by and on a system affect the total energy of the system? 

How can the conservation of energy in a system be represented verbally, physically, graphically and mathematically? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

Page 10: AP Physics B - Freehold Regional High School District

5.1 A‐D 5.2 B‐E  

Energy is conserved for a closed system of objects. 

How can the conservation of energy in a system be represented verbally, physically, graphically and mathematically?  What are the characteristics of a simple harmonic oscillator?  What is the first law of thermodynamics? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

5.1 A‐D 5.2 A‐E 

Heating (cooling) is a transfer of energy into and out of a system. 

How does the heating/cooling process occur? 

How does the heating process affect by and on a system affect the total energy of the system? 

How can the conservation of energy in a system be represented verbally, physically, graphically and mathematically? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

Page 11: AP Physics B - Freehold Regional High School District

5.1 A‐D 5.2 A‐E 

The kinetic theory model can be used to describe the relationship between gas particles, pressure, temperature, and volume. 

How do you represent pressure, volume and temperature of a number of gas particles verbally, physically, graphically and mathematically?  How do you determine the efficiency of a closed system? How are pressure and temperature understood on the microscopic level and macroscopic level? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

5.1 A‐D 5.2 C,D,E 

The frequency of a wave is determined by the source, the speed is determined by the medium it propagates through. 

How can the model of a simple harmonic oscillator be related to the model of a wave?  How are mechanical waves created?   How do mechanical waves propagate through a medium?  How does wavelength relate to speed and frequency? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

Page 12: AP Physics B - Freehold Regional High School District

5.1 A‐D 5.2 C,D,E 

Electromagnetic waves have a dual nature, they can be considered to be both a wave and a particle. 

How do mechanical waves differ from electromagnetic waves?  What experiments demonstrate the particle and wave nature of light?  How have previous models and understanding of light contributed to the current model of light?    

How can the characteristics of light be represented verbally, physically, graphically, and mathematically? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

5.1 A‐D 5.2 C 

The same basic principles and models govern the behavior of waves when they interact with matter and with other waves 

How are the properties of waves affected when waves interact? 

What is the relationship between the physical quantities and perceived qualities of sound?   

How do the physical quantities and perceived qualities of sound change depending on the relative motions of the source and the observer?  

How can the characteristics of an image produced by an optical device be represented verbally, graphically and mathematically?

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes    Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports 

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

Page 13: AP Physics B - Freehold Regional High School District

5.1 A‐D 5.2 D, E 

A charged body produces an electric field that mediates the interactions between the body and other charges. 

How can charged particles, the electric fields they produce and the interaction between those fields be represented verbally, graphically and mathematically?   How is the structure and properties of matter determined by the strength of electrical charges and electric field they produce?  

What is the relationship between electrical field forces and the energy of charged particles moving within the electric field? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

5.1 A‐D 5.2 D, E 

   

Electrical circuits provide a mechanism of transferring electrical energy 

  

How does electric potential cause the movement of electrons in an electric circuit?    How do basic circuit components produce heat, light and sound from electrical energy?    How does the arrangement of basic circuit components in series and parallel affect the function of those components?  

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

Page 14: AP Physics B - Freehold Regional High School District

5.1 A‐D 5.2 D, E   

Magnetic fields are produced by permanent magnets and electric currents, which mediate interactions between magnetic materials and moving charges.   

  

How can magnets and the magnetic field they produce be represented verbally, graphically and mathematically?    How can the relationship between electric currents and magnetic fields be represented physically, graphically and mathematically?    What conditions are required in order to induce an electric current from a magnetic field, and vice versa? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

5.1 A‐D 5.2 A‐E 

Small amounts of matter can be converted to energy during nuclear interactions. 

What is the difference between fission and fusion?   How do the concepts of energy, work, and momentum relate to nuclear interactions? 

Pre‐test    Brainstorming topics    Pre‐lab assessments    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.)    Anticipatory sets (opening questions and activities) 

Quizzes   Daily checks for understanding    Using interactive white boards for instant feedback    Journaling and reflective writing    Lesson closure questions    Daily homework assessment   Current events in Physics    Portfolio of works in progress   Progress reports

Marking period project    Questions on specific topics    Post unit test    Lab reports    Research Based Surveys (FCI, FMCI, ECCE, FMCE, CSEM, CSE, CSM, MBT, etc.) 

 

 

 

Page 15: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Proficiencies and Pacing  

Unit Title  Unit Understanding(s) and Goal(s) Recommended Duration 

All Units: Science Skills 

The scientific process of experimental design allows students to develop ideas, test possible explanations, critically analyze data, and communicate the outcomes. 

Mathematics is a tool used to model objects, events, and relationships in the natural and designed world

Technology is an application of scientific knowledge used to meet human needs and solve human problems 

At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will develop problem‐solving, decision‐making and inquiry skills and will understand how people, discoveries and events have contributed to the advancement of science and technology. 

 Throughout year 

Unit 1: Kinematics 

The same basic principles & models govern the motion of all objects.  At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will be able to describe and interpret motion using multiple representations. 

 2‐3 weeks 

Unit 2: Forces 

External, unbalanced forces are required to change a system’s motion. 

Forces exerted between objects are interactions between those objects, where each object exerts a force during the interaction. 

Systems in equilibrium experience a zero net force and have constant velocity in an inertial reference frame so that in order to change an object's motion, an unbalanced and external force(s) must be exerted on the object. 

When an object exerts a force on another object, the second object will exert a force that is equal in magnitude and opposite in direction on the first object. 

Accelerating systems are directly proportional to the net force exerted on a system and inversely proportional to the mass of the system. 

At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand Newton's Laws and apply them to predict how a system's motion will be affected by forces. 

 2‐3 weeks 

Page 16: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 3: Two Dimensional Motion 

The same basic principles & models govern the motion of all objects, when considering multiple dimensions. 

All physical quantities will behave either as a vector or scalar quantity. 

 At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will be able to apply kinematics and Newton's Laws to objects moving in two dimensions and understand how they affect a systems' motion in two dimensions.

 1 week 

Unit 4: Circular Motion & Universal Law of Gravitation 

The same basic principles & models govern the motion of all objects when considering multiple dimensions. 

For an object to move in circular motion with constant velocity, the net force and acceleration must be directed towards the center of the circle and perpendicular to the circular path. 

Gravitational force is a universal force of attraction between masses and this force is proportional to the product of the masses and inversely proportional to the distance squared. 

At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand that a net external force must be directed toward the center of a circular path to keep an object traveling in circular motion.   2. Students will understand that all objects with mass exert forces on other object with mass and sometimes these forces can cause an object to travel in a circular path. 

 2 weeks 

Unit 5: Momentum 

In order to for an object to undergo a change in momentum, an unbalanced and external force(s) must be exerted on the object over a period of time. 

Momentum is conserved in a closed system. 

At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand that momentum is conserved in a closed system.

 2 weeks 

Unit 6: Work & Energy 

Energy takes many forms; these forms can be grouped into types of energy that are associated with the motion of mass (kinetic energy), and the energy associated with the position of an object in a field (potential energy). 

Energy is a property of many substances and is associated with heat, light, electricity, mechanical motion, sound, nuclei, and the nature of a chemical. Energy is transferred in many ways. 

The total mass‐energy is conserved in a closed system. 

At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand that energy is conserved within a system. 

 2 weeks 

Page 17: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 7: Torque & Equilibrium 

An object in rotational equilibrium has a net torque of zero and has no angular acceleration.

Torque is the product of a force exerted perpendicularly to an object at some distance from a pivot point.  At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand that a net external torque is required for an object to change its rotational motion. 

 1 week 

Unit 8: Fluid Dynamics 

External, unbalanced forces are required to change a system’s motion. Energy is conserved for a closed system of objects.  At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand how forces affect the motion of fluids.

 2 week 

Unit 9: Thermodynamics 

Energy is a system's ability to do or change something.Work is a transfer of energy into and out of a system. Energy is conserved for a closed system of objects. Heating and cooling are a transfer of energy into and out of a system. The kinetic theory model can be used to describe the relationship between gas particles, pressure, temperature, and volume. 

At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand what matter is and how forces and energy affect the properties and internal motion of a system. 

 2‐3 weeks 

Unit 10: Electrostatics 

A charged body produces an electric field that mediates the interactions between the body and other charges. Energy is conserved for a closed system of objects. External, unbalanced forces are required to change a system’s motion.  At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand electromagnetic forces and how they affect matter and energy. 

 2 weeks 

Unit 11: Electric Fields 

A charged body produces an electric field that mediates the interactions between the body and other charges. Energy is conserved for a closed system of objects. External, unbalanced forces are required to change a system’s motion.  At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand that the presence of electric fields affect the space around an object of charge by exerting forces on objects of charge located within the field. 

 2 weeks 

Page 18: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 12: Circuits 

Electrical circuits provide a mechanism of transferring electrical energy. A charged body produces an electric field that mediates the interactions between the body and other charges. Energy is conserved for a closed system of objects. 

At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand the function of circuit components and how current, voltage and resistance are related. 

 1‐2 weeks 

Unit 13: Capacitors & RC Circuits 

Electrical circuits provide a mechanism of transferring electrical energy. A charged body produces an electric field that mediates the interactions between the body and other charges. Energy is conserved for a closed system of objects. 

At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand the function of capacitors and resistors within a circuit. 

 1 week 

Unit 14: Electromagnetism 

Magnetic fields are produced by permanent magnets and electric currents, which mediate interactions between magnetic materials and moving charges.   At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will gain an understanding of electromagnetic forces and how they affect matter and energy.

 2‐3 weeks 

Unit 15: Simple Harmonic Motion 

Simple harmonic motion is a transform of energy within a system such as an oscillating spring or pendulum.  At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand the characteristics and properties of systems in simple harmonic motion. 

 1 week 

Unit 16: Mechanical Waves 

Waves, including sound and seismic waves, waves on water, and light waves, have energy and can transfer energy when they interact with matter. 

Sound is a transfer of energy through a medium in the form of a compression wave. 

Mechanical waves require a medium in order to propagate. 

At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand the characteristics and properties of wave motion and mechanical waves, including sound. 

 2‐3 weeks 

Page 19: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 17: Light 

Light behaves as an electromagnetic wave or a particle depending on the observer.  At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand the nature of light and its characteristics and properties. 

 1‐2 weeks 

Unit 18: Geometric Optics 

Light interacts with matter by transmission (including refraction), absorption, or scattering (including reflection). 

To see an object, light from that object‐ emitted or scattered from it‐ must enter the eye. 

Optical devices are materials that transmit or reflect light to produce images of the object from which the light comes. 

At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand how light interacts with different materials (optical devices) and how images are produced. 

 1‐2 weeks 

Unit 19: Atomic Physics 

Small amounts of matter can be converted to energy during nuclear interactions. For a closed system of objects during a collision, momentum is conserved and energy can be transferred. Work is a transfer of energy into and out of a system.  At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand the wave‐particle duality of photons and other high energy particles. 

 1‐2 weeks 

Unit 20: Nuclear Physics 

Small amounts of matter can be converted to energy during nuclear interactions. For a closed system of objects during a collision, momentum is conserved and energy can be transferred. Work is a transfer of energy into and out of a system.  At the conclusion of this unit students will be able to: 1. Students will understand that there are nuclear forces at the subatomic level and how these subatomic particles interact with these forces. 

 1 week 

  

   

Page 20: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Laboratory List  

Unit 1: Kinematics 

One Dimensional Car Lab (1 hrs)  Objectives:  a. to develop a set of equations which can predict the position and velocity of a battery powered toy car. b. to learn how to derive information from the slope. 

One Dimensional Freefall (2 hrs) Objectives: a. to develop a set of equations which can predict the position, velocity and acceleration of a free falling object. b. to learn how to derive information from the slope of and area under a graph. c. to learn how to apply error analysis, instrumental uncertainty 

Unit 2: Forces 

Forces at Equilibrium (1 hr) Objectives: a. to demonstrate that force is a vector quantity. b. to show that when a system is at equilibrium that opposite forces must be equal. 

Derivation of Newton’s Second Law (2 hr) Objectives: a. to examine what happens as the acceleration as the mass of an object changes under a constant net external force b. to examine what happens to an isolated system as the mass is held constant while the magnitude of the net external force changes. 

Frictional Force (1 hr) Objectives: a. To learn how to determine the coefficient of friction between two surfaces. b. To determine what characteristics affect the frictional force between two surfaces. 

 

 

 

Page 21: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 3: Two Dimensional Motion 

Two Dimensional Freefall (2 hr) Objectives: a. to demonstrate that displacement, velocity and acceleration are vector quantities. b. to determine the relationship the range and height of a projectile fired at any arbitrary angle. c. to determine the angle at which a projectile will achieve maximum range and maximum height d. to predict the location of a horizontally fired object 

Unit 4:  Circular Motion and Universal Law of Gravitation 

Centripetal Acceleration (1 hrs) Objectives: a. to determine the relationships between the centripetal force acting on an object and the three independent variables; mass, velocity and radius. b. to demonstrate the importance of running a controlled experiment allowing only a single variable in a lab to vary at a time.  Derivation of Gravitational Constant g (1/2 hr) Objectives: a. to experimentally determine the gravitational constant g using force diagrams and masses b. to learn how to apply error analysis, instrumental uncertainty 

Unit 5: Momentum 

Momentum Conservation (1 hr) Objectives: a. to show that in a closed system, a system in which there are no outside forces, the total vector momentum remains constant. b. to compare elastic collisions, inelastic collisions and explosions. 

Unit 6: Work & Energy 

Hooke’s Law & conservation of energy (2 hr) Objective: a. to develop and verify Hooke's Law for springs The amount that a spring stretches or compresses is directly proportional to the magnitude of the applied force. b. to demonstrate the Law of Energy Conservation The total mechanical energy in a closed system [a system where there are no unaccounted for outside forces] remains constant, although the energy can change from one form to another as a spring is fired from a ring stand to a height above the ground. 

 

Page 22: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 7: Torque 

Torque & Equilibrium (1 hr) Objectives: a. To show that the torque acting on system can be calculated by taking the product of the perpendicular distance between the point of application of an applied force and the magnitude of that force. b. To demonstrate that for a system to be completely at equilibrium opposite torques, as well as opposite forces, must be equal. 

Unit 8: Fluids 

Bernoulli’s principle  Objective: Utilizing Bernoulli’s principle and projectile motion take a canister with holes in the bottom determine the location where the water will hit the floor. 

Buoyancy Forces Objective: Experimentally determine Archimedes principle. 

Unit 9: Thermodynamics 

Objective:  Students will determine the time it takes the for a heat bring a system to equilibrium 

Unit 10: Electrostatics 

The Charge Model (3 hrs) Objectives: to develop the charge model through a series of small experiments by via rubbing (and not rubbing) various objects (i.e. PVC pipe, glass rods, fur, wool, etc.) together and making observations as these objects are brought near each other. From these observations students reason about what is going on a microscopic level 

 

 

 

 

 

Page 23: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 11:  Fields 

Electric Field and Electric Potential Field (2 hrs) Objective: a. determine the electric potential as a function of distance from a point [spherical] source. b. determine the direction of greatest change in potential near a point [spherical] source. c. calculate the electric field strength as a function of distance from a point [spherical] source. d. Relate the electric field strength to the greatest rate of change of the potential. 

Unit 12: Circuits 

DC Electric Circuits (9 hrs) Objectives: a. To differentiate the potential difference generated by an electrochemical cell related to the number of cells connected in series to those connected in parallel b. To demonstrate how a voltmeter is connected in an electrical circuit c. To demonstrate how an ammeter be used in an electrical circuit. d. To examine how current changes through electrical junctions inside an electrical circuit, parallel and series parts. e. To determine the relationship among the potential differences across each light bulb and the potential difference across the battery in a series circuit and in a parallel circuit f. How is the current flow through a circuit related to the voltage applied and the resistance of the circuit element? (Ohm’s Law) g. How is the total resistance of resistors used in series and in parallel related to the separate resistances? h. To determine the internal resistance of a battery. i. How is the resistance of a wire related to the length of the wire, to the cross section (The cross section of a wire is the circular area exposed when the wire is cut cleanly.) and to the temperature of the wire, and the resistivity of a material. j. To measure the power delivered to the load in a circuit, and determine the conditions will maximum power be delivered and under what conditions will the delivery of that power be most efficient. k. To develop the relationship between the heat delivered by an electrical circuit, the amount of current supplied, the voltage supplied and the time? (Joule’s Law) 

 

 

Page 24: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 13: Capacitors / RC circuits 

Capacitors & Capacitance (2 hrs) Objective: a. Measure the capacitance of a parallel plate capacitor. b. To determine the capacitance of two capacitors in parallel. c. To determine the capacitance of two capacitors in series 

Unit 14: Electromagnetism 

1. Magnetic Field Strength (1hr) Objective: to measure the strength of a magnetic field as a function of distance from a current carrying wire through the use of a Hall Effect device. 2. Magnetic Deflection (1 hr) Objective: a. to measure the effect of a uniform magnetic field on a moving beam of charged particles and to show the magnetic force on a moving charged particle is given by the cross product of the magnetic field and velocity times the magnitude of the charge 3. Magnetic Force on a current carrying wire (1 hr) Objective: a. To determine the direction and the magnitude of the magnetic force exerted on a current carrying wire while sitting in a uniform magnetic field. 4. Magnetic Force between Current Carrying wires (1 hr) Objectives: a. to determine the relationship between the magnetic field near a current carrying wire and the distance from that wire (i.e. to verify the BiotSavart Law and/or Ampere’s Law). b. to measure both the magnitude and direction of the magnetic force between two current carrying wires. 

Unit 15: Simple Harmonic Motion 

Simple Harmonic Motion (2 hrs) Objectives: a. to develop the concept of simple harmonic motion through the use of the simple pendulum and a simple mass spring system b. to determine which characteristics [arc length L, length l and mass m] affect the period of a simple pendulum and how they affect this period. c. to develop a set of equations which will predict the position, velocity and acceleration of a simple pendulum as a function of time. d. to measure the decay constant of a simple pendulum and use it to predict the amplitude of a simple pendulum as a function of time. e. to demonstrate the role of hypothesis 

Page 25: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 16: Mechanical Waves 

Objective: determine speed of sound in a closed end pipe 

Unit 17: Physical Optics / Light 

Objective: a. Determine the wavelength of laser utilizing a double slit diffraction then compare it to the actual wavelength. b. Determine the index of refraction of an unknown material 

Unit 18: Geometric Optics Objective: Determine the location of a real image 

Unit 19: Atomic & Nuclear Physics Objective:   a. Observational experiment using the Models of the Hydrogen Atom to examine the various models of the atom as they have evolved b. Observational experiment using the Photoelectric effect simulation  to examine stopping potential to the frequency. 

            

 

 

 

Page 26: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Basic Skills Basic Skills  

Enduring Understandings: The scientific process of experimental design allows students to develop ideas, test possible explanations, critically analyze data, and communicate the outcomes.  Mathematics is a tool used to model objects, events, and relationships in the natural and designed world 

Technology is an application of scientific knowledge used to meet human needs and solve human problems 

Essential Questions: What is Physics and how does it relate to other sciences and the real world?  Why is the safe and proper use of technology important? 

How is the scientific process utilized to develop ideas and answer scientific questions? 

What is the difference between a prediction and a hypothesis? 

How do you account for evidence that supports your hypothesis? How do you account for evidence that conflicts with your hypothesis? 

How can quantitative data and mathematics be used to help represent real world phenomena? 

How can you manipulate data to decipher quantitative relationships? 

How is reliable data collected and interpreted in an experiment? 

Unit Goals: Students will develop problem‐solving, decision‐making and inquiry skills and will understand how people, discoveries and events have contributed to advancement of science and technology.  Recommended Duration: Throughout the academic year‐ dispersed through the first two marking periods and reinforced in the second half of the year. 

Page 27: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested StrategiesSuggested Assessments  

What practices and habits will insure safety in the classroom and laboratory? 

Demonstrate self‐management skills; such as work ethic, dependability, promptness, the ability to set short and long terms goals, work cooperatively, use time efficiently and develop self‐evaluation skills. 

Lab safety contract   Safety signs and posters posted around the room   Pre‐labs  

Teacher model and student practice   Teacher lecture   Read through safety procedures 

Lab safety quiz  Pre‐lab Safety checks   Performance of lab activities properly

How is the scientific method used to answer questions and to solve problems?   How can results be best justified and explained to others?   Why is communication among the scientific community essential for presenting findings? 

Locate, develop, summarize, organize, synthesize and evaluate information. 

Use scientific inquiry to ask scientifically‐oriented questions, collect evidence, form explanations, connect explanations to scientific knowledge and theory, and communicate and justify explanations 

Develop critical thinking, decision‐making, problem‐solving skills and data analysis skills. 

Teacher and student editions of text approved by the district   Scientific/graphing calculators   Math book for algebraic and calculus reference and examples   Lab equipment   Data collection and analysis hardware and software   Interactive white boards   Access to computers and internet for sources such as:   Videos (internet, DVD and VHS) 

Thought experiments   Perform lab activities   Small group discussions   Class discussions   Reports and presentation of findings   Go through process for different topics (Teacher Model, student practice)

Lab reports (presentations or write up) 

What constitutes valid evidence and when do you know you have enough and the right kind of evidence?   What is precision, accuracy and error and uncertainty analysis? 

Determine if results are justifiable based on predictions and assumptions

Differentiate between precision and accuracy 

Apply uncertainty and error analysis to results. 

Data collected from experiments where outcome is predictable   Bulls eye and bean bags   Measuring tools and equipment such as rulers, meter sticks, clocks, stopwatches, scales.  

Evaluate measuring instruments and results   Evaluate data collected and results  Include and interpret meaning of error bars on graphs and percent error and uncertainty reports    

Quiz‐Recognizing precision, accuracy, error and uncertainty in data   Report analysis of error and uncertainty within lab reports

Page 28: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What are the basic units of measurement and the various prefixes used in the scientific community and why is it important that a common system is used? 

Use metric system (kg‐m‐s)   Recognize metric prefix meanings    Convert to base units 

Metric poster/chart or handout   Conversion sheets and practice worksheets   Text or supplemental materials   Example of when different measurements have lead to errors (Mars Rover) 

Practice with converting, identifying, and using scientific notation, significant figures, and proper rounding techniques  Class discussion

Pre‐test math and science skills   Homework‐practice 

How does scientific knowledge advance and build upon previous discoveries using the scientific method of problem solving and technology?   What is the importance of history in understanding scientific theories and the advancement of science? 

  Develop an understanding of the role that Physics serves as a foundation for many career opportunities in science and technology.   Properly and safely use technology and scientific equipment to collect and analyze data to help form scientific testable scientific hypotheses. 

Biographies on relevant physicists and mathematicians   Text or supplemental materials   Scientific journals or articles   Online sources   Different types of technology‐ older and newer apparatus 

Storytelling of physicists lives and works   Demonstrations of technology changes over time 

Closure & Reflections   Test questions (dispersed in Unit tests throughout the year) 

 What is Physics?   What is the role of physics in the world around us? 

Understand that the development of ideas is essential for building scientific knowledge.   Relate Physics to everyday life experiences and phenomena          

Textbook or supplemental material   Real world examples   Online sources 

Integrate real life experiences and phenomena into problems and questions such as sports, movies, driving, music, etc.   Class discussion   Integrate other disciplines into Physics problems and questions

 Survey‐ What is Physics   Real world problems 

 

 

 

Page 29: AP Physics B - Freehold Regional High School District

 

 

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading  

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing  

2008   Mathematics  Grade 12 MA.12.4.1 All students will develop number sense and will perform standard numerical operations and estimations on all types of numbers in a variety of ways.  

2008   Mathematics  Grade 12 MA.12.4.2 All students will develop spatial sense and the ability to use geometric properties, relationships, and measurement to model, describe and analyze phenomena.  

2008   Mathematics  Grade 12 MA.12.4.3 All students will represent and analyze relationships among variable quantities and solve problems involving patterns, functions, and algebraic concepts and processes.  

2008   Mathematics  Grade 12 MA.12.4.5 All students will use mathematical processes of problem solving, communication, connections, reasoning, representations, and technology to solve problems and communicate mathematical ideas.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.1.12.A Students understand core concepts and principles of science and use measurement and observation tools to assist in categorizing, representing, and interpreting the natural and designed world.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.1.12.B Students master the conceptual, mathematical, physical, and computational tools that need to be applied when constructing and evaluating claims.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.1.12.C Scientific knowledge builds on itself over time. 2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.1.12.D The growth of scientific knowledge involves critique and communication, which are 

social practices that are governed by a core set of values and norms.  2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and 

motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Technology  Grades: 9‐12 TEC.9‐12.8.1.12 All students will use digital tools to access, manage, evaluate, and synthesize information in order to solve problems individually and collaboratively and to create and communicate knowledge.  

2009   Technology  Grades: 9‐12 TEC.9‐12.8.2.12 All students will develop an understanding of the nature and impact of technology, engineering, technological design, and the designed world, as they relate to the individual, global society, and the environment.  

2009   21st Century Life and Careers  Grades: 9‐12 WORK.9‐12.9.1.12 All students will demonstrate the creative, critical thinking, collaboration, and problem‐solving skills needed to function successfully as both global citizens and workers in diverse ethnic and organizational cultures.  

 

 

 

 

 

 

 

Page 30: AP Physics B - Freehold Regional High School District

 

 

 

 

Differentiation Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

 

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs. Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation. Create multimedia presentations to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

College and Workplace Readiness  

Read and evaluate scientific articles Self reflection Presentations of ideas and findings Solve real world problems regarding motion Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word Use problems solving skills and scientific processes Time management and efficiency 

 

Page 31: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 01- Kinematics Unit 1: One Dimensional Kinematics  Enduring Understandings: The same basic principles & models govern the motion of all objects.   Essential Questions: How can a system's motion and change in motion be described? How can a system's motion be represented with words, physically, graphically and mathematically?   Unit Goals: Students will be able to describe and interpret motion using multiple representations.   Recommended Duration: 2‐3 weeks  Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills Resources and Materials  Suggested Strategies  Suggested Assessments  

How do we apply the scientific method in Physics? 

 Reinforce and continuously use scientific method and critical thinking processes

Make predictions, design and perform experiments to test models developed

Teacher and student editions of text approved by the district Supplemental materials such as: Physics Union Mathematics (PUM) Dick & Rae's Physics Demo Book Demo A Day Physics Toolbox Schaum's Outlines   Scientific/graphing calculators   Math book for algebraic and calculus reference and examples   Lab equipment   Data collection and analysis hardware and software   Interactive white boards   Access to Computers and internet for sources    Videos (internet, DVD and VHS) 

Interactive white boards   Group and individual work (Think Pair Share)   Class discussion with teacher guidance   Reading and outlining text/notes   Teacher modeling and student practice   Lab activities 

Pre‐tests/diagnostics  Lab activities and  reports (Performance, Presentations, Write Ups)   Quizzes   Checks for proper use of terms and ideas   Closures ("What have I learned today?", "Why do I believe it?", "ABC cards", "How does this relate to...?", "What still remains unclear?"   Homework   Review   Journaling (reflections and self evaluations)   AP exam sample problems   Test

Page 32: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What role does a reference frame play in determining the motion of an object? 

Determine if an object is moving and explain answer 

Videos (Reference Frames)   Time elapse photos 

Observe objects in videos and determine how it is possible for the object to appear moving in one scene but stationary in another scene 

Observations of teacher and students moving in various scenarios 

Describe changes in time elapse photos

Homework‐ Practice describing reference frames   Quiz‐ Describe the reference frame that would make an object appear as moving and another reference frame that would allow the object to be stationary 

How can motion be described and depicted? What different types of motion are there? 

Collect data from moving objects and analyze information in the form of graphs and tables   Find patterns in data and use these patterns to develop models and explanations 

Constant motion cars, rolling bowling balls, tickertape timer, stopwatches or clocks, motion sensors, markers or beanbags, graph paper, computers and data analysis software 

Collect data regarding the position and time of an object in motion   Use data to make graphs of position vs. time   Describe relationship using trend lines for data   Observe direction of motion and describe reference frame   Use multiple representations: Dot diagrams and graphs 

Draw and interpret graphs of objects (moving at constant rate)   Calculate slope of the trend line 

What is meant by magnitude and direction when describing motion?   What is meant by vector and scalar quantity?   What is the difference between vector and scalar quantities 

Recognize the importance of vectors and scalars in determining an object's motion   Draw and add vectors to find the resultant or missing component   Differentiate between resultant and vector components 

Graph paper, rulers, and protractors.   Text book or supplementary books with samples   City/town maps 

Use multiple representations: Motion diagrams and scaled diagrams   Use maps to find displacement, distance, and path lengths   Define terms 

Quiz‐ Identify physical quantities as vectors or scalars   Homework‐ Practice 

Page 33: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What are displacement, velocity, and acceleration?   What is the difference between instantaneous and average velocities?   How can an object's motion be represented? 

Define key terms regarding the motion of an object   Draw motion diagrams to represent a given scenario  Interpret displacement, velocity and acceleration vs. time graphs   Apply the mathematical and graphical relationships between position, time, velocity and acceleration 

Text book or supplementary book with examples and problems 

Use multiple representations: Motion Diagrams and Graphs 

Derive mathematical expressions for velocity using position and time 

Quiz‐ Draw and interpret motion diagrams and graphs that represent constant and changing motion 

How do displacement, time interval, velocity and acceleration relate to each other?   How do you analyze the relationship of velocity to acceleration?   How do you interpret instantaneous/average velocity and acceleration graphically?   How do you depict constant and changing velocity graphically?   How are slope and area applied to graphical representations of motion? 

Apply the mathematical concepts of slope and area between the curve and time axis to analyze displacement, velocity and acceleration for a position vs. time, velocity vs. time and acceleration vs. time graphs 

Fan carts, friction cars, motion sensors, tickertape timers, stopwatch, clock, markers or beanbags, graph paper, computers and data analysis software 

  

   

Collect data regarding the position and time of an object in motion 

Use data to make graphs of position and velocity vs. time 

Describe relationship using trend lines for data 

Derive mathematical expressions for acceleration 

Use multiple representations: Motion diagrams and graphs 

Quiz‐ Position, displacement, velocity, speed, acceleration, clock reading, time 

  

Group presentation‐ Constant vs. Changing Velocity 

  

Page 34: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How are horizontal motion and vertical motion different? How are they similar?   How does the pull of the Earth and air resistance affect the acceleration of falling objects? 

Compare and contrast horizontal motion and motion of a freely falling object 

Different shaped objects, tickertape timer, motion sensors, graph paper, computers and data analysis software. 

Collect data of freely falling objects and graph data to find relationships   Compare graphs with the graphs of objects in constant motion and with changing motion   Use multiple representations: Motion diagrams, graphs   Determine what factors affect the motion of a freely falling object

 Lab report‐ Freefall 

How do students represent and analyze a system of two moving objects, for constant velocity and acceleration? 

Apply the mathematical and graphical relationships between position, time, velocity and acceleration to a two bodied system   Derive mathematical expressions for velocity, acceleration and displacement 

Textbook or supplemental book with examples or problems 

Derive expressions for predicting distance of an accelerating object with time and without time as a variable 

Predict and test the meeting of two moving objects (passing cars or hikers) 

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.a The motion of an object can be described by its position and velocity as functions of time and by its average speed and average acceleration during intervals of time.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.1 Compare the calculated and measured speed, average speed, and acceleration of an object in motion, and account for differences that may exist between calculated and measured values.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.b Objects undergo different kinds of motion (translational, rotational, and vibrational).      

 

 

 

Page 35: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners. Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

 

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs. Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation. Create multimedia presentation to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

College and Workplace Readiness  

Read and evaluate scientific articles Self reflection Presentations of ideas and findings Solve real world problems regarding motion Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint, and Word Use problems solving skills and scientific processes Time management and efficiency 

 

 

 

Page 36: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 02- Forces Unit 2: Forces

 

  

Enduring Understandings: External, unbalanced forces are required to change a system’s motion. 

Forces exerted between objects are interactions between those objects, where each object exerts a force during the interaction. 

Systems in equilibrium experience a zero net force and have constant velocity in an inertial reference frame so that in order to change an object's motion, an unbalanced and external force(s) must be exerted on the object. 

When an object exerts a force on another object, the second object will exert a force that is equal in magnitude and opposite in direction on the first object. 

Accelerating systems are directly proportional to the net force exerted on a system and inversely proportional to the mass of the system. 

Essential Questions: What are Newton's Laws of Motion and how do they affect a system's motion? 

What are the different types of forces? How are they different? How are they the same? 

How can the forces exerted on a system be represented physically, graphically, mathematically and with words? 

 Unit Goals: Students will understand Newton's Laws and apply them to predict how a system's motion will be affected by forces.   Recommended Duration: 2‐3 weeks 

 

 

Page 37: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies Suggested Assessments  

How do we apply the scientific method in Physics? 

 Reinforce and continuously use scientific method and critical thinking processes 

Make predictions, design and perform experiments to test models developed 

Teacher and student editions of text approved by the district Supplemental Materials such as: Physics Union Mathematics (PUM) Dick & Rae's Physics Demo Book Demo a Day Physics Toolbox Schaum's Outlines  Scientific/graphing calculators   Math book for algebraic and calculus reference and examples   Lab equipment   Data collection and analysis hardware and software   Whiteboards   Access to Computers and internet for sources   Videos (internet, DVD and VHS) 

Interactive white boards   Group and individual work (Think Pair Share)   Class discussion with teacher guidance   Reading and outlining text/notes   Teacher modeling and student practice   Lab activities 

Pre‐tests/diagnostics  Lab activities and reports (Performance, Presentations, Write Ups)  Quizzes   Checks for proper use of terms and ideas   Closures ("What have I learned today?", "Why do I believe it?", "ABC cards”, “How does this relate to...?", "What still remains unclear?"   Homework   Review   Journaling (reflections and self evaluations)   AP Exam sample problems  Test

How can you physically/pictorially represent the forces exerted on a system?   How are balanced and unbalanced forces represented?   How do you determine the net force on an object? 

Identify a system and external objects that interact with it   Differentiate between types of interactions and how to label and draw them in physical representations   Use vectors to represent the vector quantity of force   Draw force and motion diagrams to represent a given scenario   Identify situations of equilibrium and when they are not 

Online applet: Phet.colorado.edu (vectors)   Graphing paper, rulers and protractors   White boards   Textbook or supplemental material with examples and problems.   Calculators 

Drop different weighted objects into students’ hands and have students describe what they experience   Use online applets of vectors to show direction and approximated magnitudes for physical quantities (motion diagrams‐ change in velocity, acceleration and force)   Observations of objects being pushed and pulled   Use online applets of vectors to show direction and approximated magnitudes for physical quantities (motion diagrams‐ change in velocity, acceleration and force)

Quiz on force diagrams and physical representations of interactions of a system   Homework on force diagrams   Practice AP problems   Closures and reflections 

Page 38: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How does Newton's First law relate to constant motion?   How can the relationship between mass, net force, and acceleration be represented mathematically?   What is the cause and effect relationship between net force, mass and acceleration as described in Newton's Second Law? 

Determine the mathematical relationship between the mass of an object, the forces exerted on it and the acceleration of theobject   Determine net force on an object in motion and at rest and predict the magnitude and direction of acceleration 

  Lab Equipment such as spring scales, bathroom scales, carts with mass, pulleys, and string.   Computers, data collection hardware (motion and force sensors) and software   Graphing programs, graph paper, calculators   Interactive white boards 

Collect data on the change in velocity of a constant and variable mass cart being pulled by constant and changing forces, analyze data and report findings   Derive mathematical expression for the relationship between the different variables  

Quiz (qualitative) on Newton's 1st law of motion   Lab Report on the relationships found during lab activities   Practice AP problems   Quiz on Newton's 2nd Law of motion 

What is Newton's Third Law?   How can any side of a tug of war win if Newton's 3rd Law is true? 

Identify force pairs and understand that these pairs and understand that these pairs are two separate objects exerting forces on each other with potentially different net force magnitude and direction 

Lab equipment such as spring scales, force sensors, skateboards or chairs with wheels   Textbook or supplemental material with examples and problems  

Collect data from two sensors, one pushing and one receiving the push, pull and when both push or pull   Tug of war between members of the class or video

Whiteboard presentations for 3rd Law   Closure‐Think about it and explain: How can a horse attached to a cart ever move anywhere?

What is the difference between a field force and a contact force? 

Identify different types of forces and their effects on motion 

Visual mapping and charts for organization   Textbook or supplemental material with examples and problems 

Teacher Lecture  Class discussion   List types of interactions and match with field or contact type

Quiz‐ Differentiate between types of interactions 

What is gravitational interaction and what object exerts the gravitational force in everyday life?   How can it be calculated?  

Determine what object exerts a force on a falling object   Identify the objects involved in gravitational interactions with the Earth   Define and differentiate between mass and weight 

Real world experience, objects to drop and hang, spring scales   Calculator   Graph paper/program 

Formulate expression for the force the Earth exerts on different mass hanging objects when suspend from a spring scale or set on a bathroom scale 

Homework on gravitational force and calculation of object's weight 

Page 39: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What are the types of friction?   Why does friction occur? 

Identify the factors (coefficient of friction and the normal force) that affect the frictional interactions 

Lab equipment such as blocks, spring scales, different textured surfaces, and incline planes.   Microscopic view (pictures) of different surfaces   Calculators 

Pull blocks across different surfaces using force sensor or sensitive spring scale and collect data like force required to start block moving and to keep moving   Find angle at which a shoe or other object will slip down an inclined plane    Use normal and frictional forces to calculate coefficient of friction

Closure‐ Describe a world without friction. When is it ok to assume it's negligible and when is it not?    Homework on coefficient of friction practice    Quiz: Explain why there are different coefficients of friction 

What is the role of inertial and non‐inertial reference frames in applications of Newton's Laws? 

Recognize Newton's Laws do not apply to objects in an accelerated reference frame 

Video of different scenarios in different reference frames   Examples of real world scenarios 

Lecture/teacher modeling of non‐inertial and inertial reference frames   Observe and describe interaction in different scenarios   Draw force diagrams for accelerating objects   Class discussion   Examine systems in different reference frames and conclude which reference frames obey Newton's Laws

Closure‐Reflection   Homework‐ Describe systems in inertial and non‐inertial reference frames   Quiz on difference between inertial and non‐inertial reference frames 

How can Newton's Laws, force diagrams, and motion diagrams be utilized to represent various applications, such as, but not limited to, inclines, elevators, etc?   How do students represent and analyze a system of two or more objects, for constant velocity and acceleration? 

Solve for different variables for objects in motion using Newton's Laws of Motion 

School elevator, large spring scale and hanging mass, bathroom scale and student volunteer.   Atwood machines, incline planes, pulleys, masses 

Collect data of scale reading change when inside an elevator   Predict acceleration for a two body system: example an Atwood Machine  Analyze problems using inclined planes 

Interactive white board presentations of findings   Practice problems 

Page 40: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the role of a "point particle", "massless string" and a "frictionless pulley"? 

Recognize that "massless strings" and "frictionless pulleys" connect objects without external consequences 

Textbook or supplemental material with examples and problems 

Lecture and class discussion  Evaluate assumptions during problem solving process 

Proper use of assumptions and models in problems and activities 

  

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces. 2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.a The motion of an object can be described by its position and velocity as functions of time and by its 

average speed and average acceleration during intervals of time.  2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.1 Compare the calculated and measured speed, average speed, and acceleration of an object in motion, 

and account for differences that may exist between calculated and measured values.  2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.b Objects undergo different kinds of motion (translational, rotational, and vibrational). 2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.c The motion of an object changes only when a net force is applied. 2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.3 Create simple models to demonstrate the benefits of seatbelts using Newton's first law of motion. 2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.d The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and 

inversely on the mass of the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.4 Measure and describe the relationship between the force acting on an object and the resulting acceleration.  

 

 

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners. Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

 

Page 41: AP Physics B - Freehold Regional High School District

 

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation. Create multimedia presentation to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

College and Workplace Readiness  

Read and evaluate scientific articles Self reflection Presentations of ideas and findings Solve real world problems regarding Newton's Laws and there affect on a system's motion Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word Use problems solving skills and scientific processes Time management and efficiency 

 

Page 42: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 03- Two Dimensional Motion Unit 3: Two Dimensional Motion

 

 

Enduring Understandings: The same basic principles & models govern the motion of all objects, when considering multiple dimensions. 

All physical quantities will behave either as a vector or scalar quantity. 

Essential Questions: How can a system's motion and change in motion be described? 

How can a system's motion be represented in words, physically, graphically and mathematically? 

Unit Goals: Students will be able to apply kinematics and Newton's Laws to objects moving in two dimensions and understand how they affect a systems' motion in two dimensions.   Recommended Duration: 1 week  

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 43: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies Suggested Assessments  

How do we apply the scientific method in Physics? 

 Reinforce and continuously use scientific method and critical thinking processes   Make predictions and design and perform experiments to test the models developed 

 Teacher and student editions of text approved by the district Supplemental Materials such as: Physics Union Mathematics (PUM) Dick & Rae's Physics Demo Book Demo a Day Physics Toolbox Schaum's Outlines   Scientific/graphing calculators   Math book for algebraic and calculus reference and examples   Lab equipment   Data collection and analysis hardware and software   Interactive white boards   Access to computers and internet for sources   Videos (internet, DVD and VHS) 

Interactive white boards   Group and individual work (Think Pair Share)   Class discussion with teacher guidance   Reading and outlining text/notes   Teacher modeling and student practice   Lab activities 

Pre‐tests/diagnostics  Lab activities and  Reports (Performance, Presentations, Write Ups)  Quizzes   Checks for proper use of terms and ideas   Closures ("What have I learned today?", "Why do I believe it?", "ABC cards", "How does this relate to...?", "What still remains unclear?"   Homework   Review   Journaling (reflections and self evaluations)   AP exam sample problems  Test

What is projectile motion and in ideal conditions, what are the horizontal and vertical motions of a projectile? 

Recognize that projectile motion includes acceleration in the vertical direction and constant velocity in the horizontal direction 

Ball, ballistics cart with track   Apparatus for dropping and projecting ball simultaneously   Video of object in projectile motion (projected onto whiteboard)  

Observe object in vertical motion, horizontal motion and then combine for projectile motion   Use different reference frames to determine what type of motion the object has to different observers   Mark positions during object's time of flight   Use multiple representations like motion diagrams to analyze motion         

Quiz‐ Identify objects undergoing projectile motion 

Page 44: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Why is the shape of the trajectory of an object in projectile motion parabolic? 

Draw horizontal and vertical motion diagrams for an object in projectile motion   Draw the force and motion diagrams of an object in projectile motion and use it to explain the motion diagrams   Apply vectors to projectile motion to demonstrate parabolic shape and determining resultant velocities 

Textbook and supplemental materials   Video of object in motion 

Combine horizontal and vertical motion diagrams into one vector (tip to tail) diagram Teacher lecture and class discussion 

Quiz‐ Parts of the Projectile's Path   Proper use of terms 

What variables affect the range, altitude and time of flight? 

Identify the variables that affect range, time of flight and altitude   Draw and label the range, trajectory and altitude of an object in projectile motion   Apply previously derived kinematics equations to multidimensional motion   Calculate different variables pertaining to projectile motion 

Online applet  Lab equipment such as: projectile launchers and accessories, motion sensors, computer hardware and software for data collection and analysis.   Calculators 

Use of applet to change available variables and observe and collect data to find relationships between variables   Draw path of projectile and label locations of predictable variables for ideal situations   Test findings with actual projectile launchers   Teacher model/student practice with problems

Lab Performance Assessment (Projectile Launchers‐ Calculate angle and initial velocity to launch projectile a given range.)   Problem solving 

  

 

 

 

 

 

 

Page 45: AP Physics B - Freehold Regional High School District

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST 

Writing

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E 

It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces. 

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.a 

The motion of an object can be described by its position and velocity as functions of time and by its average speed and average acceleration during intervals of time.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.1 

Compare the calculated and measured speed, average speed, and acceleration of an object in motion, and account for differences that may exist between calculated and measured values.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.b 

Objects undergo different kinds of motion (translational, rotational, and vibrational). 

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.2 

Compare the translational and rotational motions of a thrown object and potential applications of this understanding.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.c 

The motion of an object changes only when a net force is applied. 

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.d 

The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and inversely on the mass of the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.4 

Measure and describe the relationship between the force acting on an object and the resulting acceleration.  

 

 

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners. Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

 

      

Page 46: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs. Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation. Create multimedia presentation to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

College and Workplace Readiness  

Read and evaluate scientific articles Self reflection Presentations of ideas and findings Solve real world problems regarding motion, specifically projectile motion Use of professional computer programs such as Microsoft  Excel, PowerPoint and Word Use problems solving skills and scientific processes Time management and efficiency 

 

Page 47: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 04- Circular Motion & Universal Law of Gravitation Unit 4: Circular Motion & Universal Law of Gravitation  

Enduring Understandings: The same basic principles & models govern the motion of all objects when considering multiple dimensions. 

For an object to move in circular motion with constant velocity, the net force and acceleration must be directed towards the center of the circle and perpendicular to the circular path. 

Gravitational force is a universal force of attraction between masses and this force is proportional to the product of the masses and inversely proportional to the distance squared. 

Essential Questions: What is necessary for an object to travel in a circular path and to maintain that path? 

How is the velocity and change in velocity used to predict the path of an object in circular motion? 

How is gravitational force defined and conceptualized? 

What is Newton's Universal Law of Gravitation? 

What is the difference between gravitational force and field? 

How is the gravitational field determined in the space around and through an object with mass? 

How are mass and weight different? 

Unit Goals: Students will understand that a net external force must be directed toward the center of a circular path to keep and object traveling in circular motion. 

Students will understand that all objects with mass exert forces on other objects with mass and sometimes this force will cause an object to travel in a circular path. 

 Recommended Duration: 2 weeks 

 

Page 48: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies  Suggested Assessments  

How do we apply the scientific method in Physics? 

 Reinforce and continuously use scientific method and critical thinking processes   Make predictions, design and perform experiments to test models developed 

Teacher and student editions of text approved by the district Supplemental Materials such as: Physics Union Mathematics (PUM) Dick & Rae's Physics Demo Book Demo a Day Physics Toolbox Schaum's Outlines   Scientific/graphing calculators   Math book for algebraic and calculus reference and examples   Lab equipment   Data collection and analysis hardware and software   Interactive white board   Access to Computers and internet for sources    Videos (internet, DVD and VHS) 

Interactive white board   Group and individual work (Think Pair Share)   Class discussion with teacher guidance   Reading and outlining text/notes  Teacher modeling and student practice   Lab activities  

Pre‐tests/diagnostics  Lab activities and reports (Performance,  Presentations, Write Ups)   Quizzes   Checks for proper use of terms and ideas   Closures ("What have I learned today?", "Why do I believe it?", "ABC cards", "How does this relate to...?", "What still remains unclear?"   Homework   Review   Journaling (reflections and self‐evaluations)   AP Exam sample problems  Tests

What is necessary for an object to maintain circular motion?   What is the direction of the net force and acceleration on an object that is in circular motion? 

Recognize an object's motion as circular motion   Give and explain circular motion and the forces that allow objects to maintain that motion   Use components to determine the net force that keep an object in circular motion   Determine factors that affect the object's circular path 

Textbook or supplemental material  Ball, rubber mallet, ring with removable section and small ball (or videos of scenarios)   Online sources for applets, problems, simulations and videos: PhET ActivPhysics  

Students try to move a spherical object (like a bowling ball) in a circular path using only a rubber mallet   Class discussion   Predict motion of a ball moving around the inside of a ring if a piece of the ring is removed   Derive mathematical expression using known variable to solve for unknown variables   Practice using math expressions   

Closure & reflections   Quiz‐ Circular motion (horizontal plane)  Problems   Check for proper use of terms and explanations during lessons 

Page 49: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the difference between the concepts of centripetal and centrifugal force? 

Differentiate between centripetal and centrifugal motion   Realize that there is no object exerting a force directed away from the center of the circle 

Bucket with string attached, water   Videos/simulations of amusement park rides and other real world examples 

Teacher swings bucket filled with water in vertical circle (and/or horizontal circle above head)  Students observe and try to explain why water does not fall out of bucket   Class discussion   Draw force diagrams and motion diagrams for water inside bucket  Students move arms in wide vertical circle at side of their body and describe experience. Students try to explain feeling and draw force diagram for hand

Closure‐ What does the concept of centrifugal force actually represent?   Amusement park physics problems‐ Ferris wheels, gravitrons, teacups, scrambler, looping starship 

What is the difference between horizontal and vertical circular motions? 

Differentiate between circular paths that are in the horizontal plane and those in the vertical plane   Determine what factors (like gravitational force) affect the plane in which the circular motion takes place 

Whirligig apparatus, spring scale, pendulum bob (or hanging mass) attached to string 

Lab Activity‐ The Whirligig.Students predict and test the centripetal acceleration of an object attached to a string and moves in circular motion while it is also attached to a counterweight   Draw force diagrams for an object moving in a vertical circle and calculate the tension in the string at different points in its path.

Presentation of whirligig findings   Quiz‐ Circular motion (vertical plane)   Homework & practice 

What is the Universal Law of Gravitation and what physical variables does it depend on?  

Relate gravity (gravitational force) to Newton's 3rd Law   Determine the variables that affect the gravitational force when using ULOG   Recognize that the gravitational force is an attractive force is strongest in macro situations  

Graphing programs/paper   Calculators   Textbook or supplemental materials   Henry Cavendish and torsion balance information 

Class discussion about Newton's 3rd law and the pull between Earth and an apple  Compare the accelerations and the masses of the two objects   Graph and find relationships between gravitational force and distance between objects and graph force and product of mass   Calculate the weight of an object at these different locations    

Closure‐ Calculate the gravitational force between students and explain why we do not see the effects of this gravitational force   Homework & practice   Quiz‐ ULOG 

Page 50: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is a gravitational field and what are the factors that affect the field strength?  

Differentiate between gravitational force, the resulting acceleration of an object, and the mechanism that causes the attraction, the field   Use Einstein's analogy of the alteration of space‐time to explain how two objects can interact without touching each other   Calculate the gravitational field strength at different points/locations around the Earth and on other Planets 

Stretch fabric in frame (to hold taut), spheres of different masses (like marbles, ball bearings, golf ball, ping pong ball, etc.)   Elegant Universe video hour 1 part 2 & 3 What's the Matter with Gravity video   PhET simulation‐ Fields     

Use stretchy cloth and different mass objects sitting on the fabric to demonstrate the warping of space‐time   Using weight, Newton's 2nd law and ULOG, solve for gravitational strength at different locations   Watch videos of explanations of fields and effects caused by fields with visualizations   Class discussion    Calculate gravitational field strength vector for different scenarios and locations 

Closure & reflections   Quiz‐ Calculating the gravitational field strength   Practice problems 

Why do we consider acceleration due to the gravitational pull of the Earth to be constant when in actuality it is not? 

Identify when acceleration due to gravity can be considered constant and when it is not   Recognize that gravitational force can be the cause for an object's circular path 

Textbook or supplemental material   Interactive white board   Calculators   Data mass and radius of different planets as well as Earth 

Derive expression to solve for the acceleration due to the gravitational pull of an object using ULOG and compare to the gravitational field strength at the same location   Calculate the acceleration of an object at different locations above the Earth's surface using gravitational field strength and ULOG  

Homework & practice   Problem solving   Quiz‐ Acceleration of an object due to gravitational force. 

What are Kepler's three planetary laws and who will they be used (including assumptions) to predict planetary motion? 

Apply Universal Law of Gravitation and Circular motion to determine Kepler's 3rd Law   Approximate planetary motion to circular motion around the Sun 

Prefabricated data (or actual data) of planetary orbits   Calculators   Graphing programs/paper   Textbook or supplemental material 

Teacher Lecture (history of Kepler's laws and the trouble with obtaining Tycho's data)   Plot data on graph and add trend line. Find slope to get relationship between radius of orbit and period of orbit. Check with derivation using circular motion and ULOG math expressions   Class discussion of findings   Predict and test for Earth and moon  

Closure‐ What assumptions do we make when using Kepler's Laws?   Quiz‐ Kepler's 3rd Law   Homework & practice 

  

Page 51: AP Physics B - Freehold Regional High School District

 

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.a The motion of an object can be described by its position and velocity as functions of time and by its 

average speed and average acceleration during intervals of time.  2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.1 Compare the calculated and measured speed, average speed, and acceleration of an object in motion, 

and account for differences that may exist between calculated and measured values.  2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.b Objects undergo different kinds of motion (translational, rotational, and vibrational). 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.c The motion of an object changes only when a net force is applied. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.d The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and 

inversely on the mass of the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.4 Measure and describe the relationship between the force acting on an object and the resulting acceleration.  

 

 

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners. Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

          

Page 52: AP Physics B - Freehold Regional High School District

 

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs. Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation. Create multimedia presentation to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

College and Workplace Readiness  

Read and evaluate scientific articles Self reflection Presentations of ideas and findings Solve real world problems regarding Universal Law of Gravitation and circular motion Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word Use problems solving skills and scientific processes Time management and efficiency 

 

Page 53: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 05- Momentum Unit 5: Momentum

 

  

Enduring Understandings: In order to for an object to undergo a change in momentum, an unbalanced and external force(s) must be exerted on the object over a period of time. 

Momentum is conserved in a closed system. 

Essential Questions: What is the momentum of an object? 

What is meant by conservation of momentum? 

What is the difference between impulse and momentum? 

Unit Goals: Students will understand that momentum is conserved within the system.  Recommended Duration: 2 weeks   

 

 

 

 

 

 

Page 54: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies  Suggested Assessments  

How do we apply the scientific method in Physics? 

 

Reinforce and continuously use scientific method and critical thinking processes 

Make predictions, design and perform experiments to test models developed 

 Teacher and student editions of text approved by the district  Supplemental Materials such as: Physics Union Mathematics (PUM) Dick & Rae's Physics Demo Book Demo a Day Physics Toolbox Schaum's Outlines   Scientific/graphing calculators   Math book for algebraic and calculus reference and examples   Lab equipment   Data collection and analysis hardware and software   Interactive white board   Access to Computers and internet for sources    Videos (internet, DVD and VHS)

Interactive white board   Group and individual work (Think Pair Share)   Class discussion with teacher guidance   Reading and outlining text/notes  Teacher modeling and student practice   Lab activities 

Pre‐tests/diagnostics  Lab activities and reports (Performance, Presentations, Write Ups)   Quizzes   Checks for proper use of terms and ideas   Closures ("What have I learned today?", "Why do I believe it?", "ABC cards", "How does this relate to...?", "What still remains unclear?"   Homework   Review   Journaling (reflections and self evaluations)   AP exam sample problems   Test

What is the momentum of an object, what factors does it depend on and how can it be calculated? 

Define what momentum is and be able to calculate it for various situations   Recognize that momentum is a physical quantity that only moving objects have   Compare and contrast an object's momentum and inertia 

Textbook or supplemental material   Calculators 

Teacher lecture  Review possible preconceptions of "impetus" and redirect to physical quantity of momentum   Class discussion   Teacher model & student practice  Rank momentum of objects     

Quiz‐ Qualitative and Quantitative Momentum   Homework‐ Practice with determining momentum 

Page 55: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How is Newton's 3rd and 2nd Law related to interacting (ex. collisions, explosions) objects?   What are the different types of collisions?   Is energy always conserved in collisions? 

Recognize that changes in momentum stem from forces exerted between objects over periods of time   Differentiate between the types of collisions based on conservation of momentum and energy and explain the resultant velocities 

Textbook or supplemental materials   Calculators   Videos for frame by frame analysis   Hover/Kick Disks, nearly frictionless charts with different types of bumpers   Online simulations regarding collisions and explosions 

Teacher lecture   Class discussion  Teacher model & student practice  Analyze motion of object's interacting‐ objects colliding with stationary objects and moving objects, glancing and head on, elastic and inelastic   

Report of findings for qualitative analysis of collisions and explosions   Closure & reflection   Practice problems   Quiz‐ Types of Collisions    

What causes a change in momentum?   What is the role of impulse and how does it differ from momentum? 

Define impulse as the cause of a system's change in momentum and identify a net external force as the cause for a change in motion 

Textbook or supplemental material   Real world examples (ex. egg toss, runaway toboggan, change of baseball's direction when hit by bat)    

Teacher lecture   Class discussion   Relate to real world scenarios 

Quiz‐ impulse vs. momentum   Closure‐ What is impulse and what is its relationship to momentum?    

How can you express Newton's 2nd Law as a function of time?   How can impulse and momentum be calculated to solve for the unknown variable?  

Express Newton's law as a function of time   Graphically determine impulse on a force and time graph  Mathematically determine impulse, force, time, momentum and velocity 

Textbook or supplemental material   Calculator   Graph paper or premade graphs and data 

Use Newton's 2nd Law and kinematics equation for constant acceleration to derive expression for impulse. Compare expression for that of a change in momentum based on a change in velocity 

CSI type problem, use information to figure out unknowns/real world problem   Quiz‐ Impulse problem solving 

What is the law of conservation of momentum and how does it apply to different collisions? 

Recognize that momentum is conserved in a closed system‐the total momentum before the event is equal to the total momentum after the event 

 Happy and sad balls and block of wood, motion sensors, frame by frame analysis   Fermi lab D‐Zero Detector slides, protractor, rulers, graphing paper   Pictures/posters of CERN and Fermi labs and information about laboratories and their work   Textbook or supplemental material   Calculator  

Observations of happy and sad balls as they interact with a stationary wood block.  Predict by calculating momentum and velocities from known/measurable variables. Test predictions with frame by frame analysis or motion sensors. Teacher lecture   Inform students of current works in collision chambers for high energy particle accelerators and colliders   Use actual data from Fermi labs to collect the mass of a neutrino by applying conservation of momentum and vector analysis      

Lab report   Homework & practice problems  Quiz‐ Conservation of momentum   Problems 

Page 56: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How can conservation of momentum be represented? 

Demonstrate knowledge of the law of conservation in multiple representations including, but not limited to, mathematical, pictorial and graphical 

Textbook or supplemental materials   Graph paper 

Teacher model & student practice  Demonstrate use of conservation bar charts 

Closure‐ Create story from given bar charts   Homework‐ Bar charts and mathematical representations of a scenario. 

  

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.D 

The conservation of energy can be demonstrated by keeping track of familiar forms of energy as they are transferred from one object to another.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E 

It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.D.d 

Energy may be transferred from one object to another during collisions. 

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.D.4 

Measure quantitatively the energy transferred between objects during a collision. 

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.a 

The motion of an object can be described by its position and velocity as functions of time and by its average speed and average acceleration during intervals of time.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.1 

Compare the calculated and measured speed, average speed, and acceleration of an object in motion, and account for differences that may exist between calculated and measured values.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.c 

The motion of an object changes only when a net force is applied. 

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.d 

The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and inversely on the mass of the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.4 

Measure and describe the relationship between the force acting on an object and the resulting acceleration.  

      

 

        

Page 57: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners. Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

 

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs. Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation. Create multimedia presentation to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

College and Workplace Readiness  

Read and evaluate scientific articles Self reflection Presentations of ideas and findings Solve real world problems regarding momentum Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word Use problems solving skills and scientific processes Time management and efficiency 

 

Page 58: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 06- Work & Energy  

Unit 6: Work & Energy  

  

Enduring Understandings: Energy takes many forms; these forms can be grouped into types of energy that are associated with the motion of mass (kinetic energy), and the energy associated with the position of an object in a field (potential energy). 

Energy is a property of many substances and is associated with heat, light, electricity, mechanical motion, sound, nuclei, and the nature of a chemical. Energy is transferred in many ways. 

The total mass‐energy is conserved in a closed system. 

Essential Questions: What is the relationship between work and energy? 

What is the law of conservation of energy and what does it mean? 

How can conservation of energy in a system be represented physically and mathematically? 

Unit Goals: Students will understand that energy and momentum are conserved within a system.   Recommended Duration: 2 weeks  

 

 

 

 

Page 59: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies  Suggested Assessments 

How do we apply the scientific method in Physics? 

 Reinforce and continuously use scientific method and critical thinking processes   Make predictions, design and perform experiments to test models developed 

 Teacher and student editions of text approved by the district Supplemental Materials such as: Physics Union Mathematics (PUM) Dick & Rae's Physics Demo Book Demo a Day Physics Toolbox Schaum's Outlines   Scientific/graphing calculators   Math book for algebraic and calculus reference and examples   Lab equipment   Data collection and analysis hardware and software   Interactive white boards   Access to Computers and internet for sources    Videos (internet, DVD and VHS) 

Interactive white boards   Group and individual work (Think Pair Share)   Class discussion with teacher guidance   Reading and outlining text/notes   Teacher modeling and student practice   Lab activities 

Pre‐tests/diagnostics  Lab activities and  reports (Performance, Presentations, Write Ups)   Quizzes   Checks for proper use of terms and ideas   Closures ("What have I learned today?", "Why do I believe it?", "ABC cards", "How does this relate to...?", "What still remains unclear?"   Homework   Review   Journaling (reflections and self evaluations)   AP exam sample problems   Test

What is a system and what is the importance of identifying the objects in a given system and its initial and final energy states? 

Identify the system and its initial and final states 

Textbook or supplemental material with examples of scenarios   Interactive white boards 

Class discussion  Draw physical representations (like diagrams or pictures) of scenario and circle the object(s) in the system. Draw before (initial state) and after pictures (final state).   List object(s) in the system and identify objects that interact with the system but are external   Practice problems

Closure‐ Choosing a system   Homework & practice   Design your own scenario 

Page 60: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is work and how is it related to energy?   What transfers energy in and out of a system?   How is work represented graphically, mathematically and physically? 

Calculate work and distinguish when it is being done on and system as opposed to when it is being done by a system   Relate the definition of work in a scientific setting and differentiate it from non‐scientific connotations   Examine work as a scalar product between the external forces exerted on a system and the displacement it was exerted over   Graphically determine work on a force and displacement graph   

Materials like clay or sand (for leaving indentations), objects of different mass (but similar shape and size), scale, meter sticks   Graph programs/paper   Calculators   Textbook or supplemental material   Interactive white boards    

Hold object (of measurable mass) at some height above clay ball or container of sand. Drop objects from a given height and make observations. Repeat by changing height or by changing mass of object. Compare impressions on clay or indent in sand   Class discussion   White boarding ideas as to factors that affect ability to change clay or sand's shape   Define ability to change clay or sand's shape as work   Change object(s) within the system and describe scenario and if work is being done on (+) or done by (‐) the system   Calculate work done by multiplying the force that is perpendicular to displacement of the system. Make graphs from data and check calculations

Closure & reflection   Homework   Presentation of ideas   Check for proper use of terms   Quiz‐ Work: Qualitative  Quiz‐ Work: Quantitative  Practice problems  

What is the relationship between kinetic and potential energy?   What are different types of potential energy?   What are the different forms of energy? 

Derive expressions for gravitational potential energy, kinetic energy, and spring potential energy   Demonstrate knowledge of the relationship between kinetic and potential energy using mathematical, pictorial and graphical representations   Differentiate the forms of energy and give real life examples of each 

Motion sensors, objects for dropping, computer software for collecting and analyzing data   Calculator   Textbook or supplemental material   Interactive white boards 

Use change in velocity to calculate work done and derive expression for Work‐Kinetic relationship. Measure mass and velocity to calculate kinetic energy   Use change in velocity to calculate work done and derive expression for Work‐Potential relationship Measure height and weight to calculate gravitational potential energy (near surface of Earth). Calculate for objects using Universal Law of Gravitation   Separate types of energy into different sections (motion vs. location)  

Homework & practice   Quiz‐ Kinetic Energy Quiz‐ Gravitational Potential Energy Quiz‐ Spring Potential Energy, etc.   Problem solving   Check for proper use of terms   Present mathematical expression derivation   

Page 61: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the difference between an energy transformation and an energy transfer?   What is the difference between a transfer of energy by a constant force and a varying force? 

Differentiate between energy transformations and energy transference and demonstrate this knowledge with real world applications 

Textbook or supplemental material   Online videos of Rube Goldberg machines   Rube Goldberg cartoons   Videos/applets/demonstrations with events where the force in constant and when varied. 

Use Rube Goldberg machines to identify different types of energy within the system and how one transforms to another   Change system so that each part of machine in individual and identify the energy transferred   Apply work to scenario and identify whether energy is being transferred into system or out of system   Use math, graphs and demonstrations to predict and test what should happen with amount of energy in a system when force exerted is constant and when it is varied during event

Group project‐ Design and build your own Rube Goldberg machine 

When do conservation laws apply to changing systems?   How does energy conservation relate to collisions? 

Apply the law of conservation of energy to describe changing systems   Understand the work‐energy theorem   Explain the law of conservation of energy and how energy is conserved only in a closed system  Represent conservation of energy using diagrams, graphics, and mathematical equations 

Motion sensors, object to lift and drop, computer and analysis software   Whiteboard   Graph paper    

Teacher model & student practice of energy bar charts. Identify object(s) in system, external object(s) interacting, initial and final states and the approximate amount of different types of energy during each state  Students calculate amount of work to lift an object to specific height. Drop object through sensor at known distance below. Predict speed of object as it passes through the sensor using conservation law and test using data from motion sensor

Lab report   Closure‐ Apply conservation of energy to collisions covered in momentum unit   Homework‐ Energy Bar Charts 

What is power and how is it calculated? 

Calculate power recognize that it is a change in energy or work within a given time frame. 

Stairs, students, calculator, meter stick or measuring tape, stopwatch/timer.   Whiteboard 

Collect data for walking upsteps. Calculate power and compare and contrast power of different students. Answer questions regarding power, force, time and "strength" of students   Derive expression for power regarding average velocity and average force

Closure‐ Power rating of students‐ Rank the class  Practice problems   Quiz‐ Power 

Page 62: AP Physics B - Freehold Regional High School District

 

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.C Knowing the characteristics of familiar forms of energy, including potential and kinetic energy, is useful in coming to the understanding that, for the most part, the natural world can be explained and is predictable.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.D 

The conservation of energy can be demonstrated by keeping track of familiar forms of energy as they are transferred from one object to another.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.D.a 

The potential energy of an object on Earth's surface is increased when the object's position is changed from one closer to Earth's surface to one farther from Earth's surface.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.D.1 

Model the relationship between the height of an object and its potential energy. 

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.D.d 

Energy may be transferred from one object to another during collisions. 

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.D.4 

Measure quantitatively the energy transferred between objects during a collision. 

      

 

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners. Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

 

 

 

Page 63: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs. Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation. Create multimedia presentation to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

College and Workplace Readiness  

Read and evaluate scientific articles Self reflection Presentations of ideas and findings Solve real world problems regarding work, energy and power Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word Use problems solving skills and scientific processes Time management and efficiency 

 

Page 64: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 07- Torque & Equilibrium  

Unit 7: Torque and Equilibrium  

  

Enduring Understandings: An object in rotational equilibrium has a net torque of zero and has no angular acceleration.  Torque is the product of a force exerted perpendicularly to an object at some distance from a pivot point.   Essential Questions: What is the relationship between angular acceleration, torque, and momentum of inertia? 

What factors affect moment of inertia for different objects? 

What is the relationship between torque, force and distance from a pivot point? 

Unit Goals: Students will understand that a net external torque is required for an object to change its rotational motion.   Recommended Duration: 1 week   

 

 

 

 

 

Page 65: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies  Suggested Assessments  

How do we apply the scientific method in Physics? 

 Reinforce and continuously use scientific method and critical thinking processes   Make predictions, design and perform experiments to test models developed 

 Teacher and student editions of text approved by the district Supplemental Materials such as: Physics Union Mathematics (PUM) Dick & Rae's Physics Demo Book Demo a Day Physics Toolbox Schaum's Outlines   Scientific/graphing calculators   Math book for algebraic and calculus reference and examples   Lab equipment   Data collection and analysis hardware and software   Interactive white boards   Access to Computers and internet for sources    Videos (internet, DVD and VHS) 

Interactive white board   Group and individual work (Think Pair Share)   Class discussion with teacher guidance   Reading and outlining text/notes   Teacher modeling and student practice   Lab activities 

Pre‐tests/diagnostics  Lab activities and  reports (Performance, Presentations, Write Ups)   Quizzes   Checks for proper use of terms and ideas   Closures ("What have I learned today?", "Why do I believe it?", "ABC cards", "How does this relate to...?", "What still remains unclear?"   Homework   Review   Journaling (reflections and self evaluations)   AP exam sample problems   Test

What factors affect the moment of inertia for a rotating object?   How can the moment of inertia be found for a rotating object? 

Determine what factors affect the moment of inertia for rotating objects   Calculate the moment of inertia for different objects 

Objects of different radii, mass and shape, incline plane, moment of inertia demo equipment  Video of plastic bottle filled with water and another with the same mass of snow (paer.rutges.edu)    Interactive white boards   Textbook or supplemental material   Calculator   Goo Tube 

Roll objects down an incline plane keeping certain variables in common but changing others to observe which objects reach the bottom first   Class discussion   Teacher lecture   Derive mathematical expressions for different object's moment of inertia   Practice solving problems regarding

 Closure‐ Compare and contrast moment of inertia and linear inertia   Homework & practice   Quiz‐ Moment of inertia  Explain anomalous observation of a covered goo tube as it rolls down an incline 

Page 66: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is torque?   What is a pivot point? 

Define torque as a force exerted perpendicularly at some distance from a pivot point (the point at which there is no motion) 

Torque demo equipment (T shaped handle with hooks for different placements of weights on the stem of the T), triple beam balance, scales   Interactive white boards   Textbook or supplemental material 

Students hold a handle and try to keep it horizontal as objects are attached at different locations from the handle. Students observe the locations when keeping it horizontal is most difficult.   Use objects' mass and location from handle to calculate torque.   Class discussion   Predict what will happen when objects of different mass is placed on a balance at a given location.   Locate the pivot point of different rotating objects. 

Quiz‐ Torque   Homework & practice   Closure & reflection    

How can torque and angular acceleration be calculated?   When is a system in equilibrium? 

Calculate torque and resulting angular acceleration   Differentiate between systems in equilibrium and those that are accelerating‐ an object in equilibrium will have no net torque and no angular acceleration but can still be rotating.   Apply both rotational and translational (linear) equilibrium to systems 

Meter sticks, pivot stands, brackets for meter sticks, hanging objects, scale   Calculators   Textbook or supplemental material    

Teacher lecture  Teacher model & student practice   Class discussion   Find the center of mass of a meter stick using torque and a pivot stand.   Identify objects as in equilibrium or changing motion for different scenarios.   Problem solving 

Lab report   Quiz‐ Torque and angular acceleration   Homework & practice   Project‐ Mobiles 

Page 67: AP Physics B - Freehold Regional High School District

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.b Objects undergo different kinds of motion (translational, rotational, and vibrational). 2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.c The motion of an object changes only when a net force is applied. 2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.d The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and 

inversely on the mass of the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.4 Measure and describe the relationship between the force acting on an object and the resulting acceleration.  

 

 

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners. Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

 

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs. Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation. Create multimedia presentation to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

Page 68: AP Physics B - Freehold Regional High School District

 

College and Workplace Readiness  

Read and evaluate scientific articles Self reflection Presentations of ideas and findings Solve real world problems regarding motion Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word Use problems solving skills and scientific processes Time management and efficiency 

 

Page 69: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 08- Fluid Dynamics Fluid Dynamics

 

 

Enduring Understandings: External, unbalanced forces are required to change a system’s motion. Energy is conserved for a closed system of objects.  Essential Questions: How can the conservation of energy in a system be represented verbally, physically, graphically and mathematically? How are Newton’s Laws of Motion applied to describe the motion of an object or system?   What are the similarities and differences between different types of forces?   How can the forces exerted on an object or system be represented verbally, physically, graphically and mathematically?   Unit Goals: Students will understand Bernoulli's principle as applied to fluids in motion. Students will understand Archimedes' principle as applied to submerged or partially submerged objects. Students will understand the effects of applying pressure to fluids. Students will understand how to describe what happens to fluids as they travel through pipes of various sizes. 

Recommended Duration: 2 weeks 

 

 

 

 

 

 

Page 70: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies  Suggested Assessments  

What is density and how can it be calculated? 

Calculate the density of a substance 

Explain why liquids are generally less dense than solids 

Explain why solid water is less dense than liquid water 

   

Variety of lab equipment that may be used throughout the year. Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, and glassware, rocks, pebbles, sand, water, food coloring, rubbing alcohol, ice, hotplates, balloons, perfume,  (or Bunsen burners), thermometers, graduated cylinders 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems 

Internet resource 

   

Observation experiment: Students will measure by displacement the volume and use a triple beam balance to measure the mass of an object, plot a mass vs. volume graph and determine the meaning of the slope  Measuring volumes using water displacement method vs. l x w x h  Problem solving session on densities 

Interactive white board presentation of derivation and subsequent discussion 

Data collection and analysis

Quizzes on making on graphing, qualitative and quantitative analysis on density 

Formative assessment tasks:  Multiple representations of density, graphically, qualitatively, visually and quantitatively 

Homework (collected and reviewed) 

Check students’ use of vocabulary and explanations throughout lessons 

Problem solving and board work 

Closure‐ “What have I learned today and why do I believe it?” 

Represent and Reason: Jeopardy questions, multiple representations, write your own physics problem 

Page 71: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is 

pressure? Explain what pressure is 

  

  

Variety of lab equipment that may be used 

throughout the year. Including but not limited 

to meter sticks, timers, scales of various sorts, 

and glassware, rocks, pebbles, sand, water, 

food coloring, rubbing alcohol, ice, hotplates, 

balloons, perfume,  (or Bunsen burners), 

thermometers, graduated cylinders 

Teacher and student editions of text approved 

by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and 

example problems and a chemistry book to 

reference thermodynamics and ideal gas law 

problems 

Internet resource 

 

 

 

Observational experiments:  Fill a water bottle with water and poke holes in the sides observe how the water exits the water bottle  Examine a container of water with no holes, divide the liquid up into 4 separate sections have students draw force diagrams of the liquids  Student discussion have students discuss how the water is being push by the other "layers" of water and the container (and the container pushing on the water) use this discussion to explain why the water exits the holes the way it did  Testing experiment: Insert a balloon attached to a light spring in a bell jar vacuum, determine how the air pushes on it and predict what will happen to the balloon after the air is evacuated  Bed of nails demonstration for pressure  Teacher modeling/lecture: on the quantitatively and qualitative concepts of pressure exerted by a fluid 

Interactive white board 

presentation of derivation 

and subsequent discussion

Data collection and 

analysis 

Quizzes on making on 

graphing, qualitative and 

quantitative analysis on 

pressure 

Formative assessment 

tasks:  

Multiple representations 

of pressure, graphically, 

qualitatively, visually and 

quantitatively 

Homework (collected and 

reviewed) 

Check students’ use of 

vocabulary and 

explanations throughout 

lessons 

Closure‐ “What have I 

learned today and why do 

I believe it?” 

Page 72: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What does pressure depend on? 

 Relate pressure, force exerted and surface area.  Explain how pressure is exerted on a submerged object  Relate pressure of a submerged object to the height and density of the fluid it is submerged in 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year. Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, and glassware, rocks, pebbles, sand, water, food coloring, rubbing alcohol, ice, hotplates, balloons, perfume,  (or Bunsen burners), thermometers, graduated cylinders 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems. 

Internet resource 

 

Examine a container of water with no holes, divide the liquid up into 4 separate sections have students draw force diagrams of the liquids. Observational Experiments:  Fill a water bottle with water and poke holes in the sides observe how the water exits the water bottle.  Student discussion have students discuss how the water is being push by the other "layers" of water and the container (and the container pushing on the water) use this discussion to explain why the water exits the holes the way it did.  Students must take note of the magnitude of the forces exerted.  The must recognize that the deeper in the fluid you go the greater the force exerted on that section thus the greater the pressure.   Teacher modeling/lecture: discuss how pressure is a function of submerged distance in a fluid.   Differentiate between gauge air pressure and actual pressure  Class discussion ‐ examine a cross‐sectional volume of a submerged section of water. Draw a force diagram of the submerged section and relate the forces exerted at the top to the forces exerted at the bottom.  Also compare the sideways forces.  Students will recognize that the forces exerted by the fluid from below are greater than the forces from above, however it remains in equilibrium because the Earth is also pulling down.  Students will then draw a force diagram for the water and write out Newton's 2nd law.  Applying the expression for pressure students will derive an expression of pressure as a function of height.  Problem solving session and determining the pressure of various fluids.

   

Interactive white board presentation of derivation and subsequent discussion 

Data Collection and analysis

Quizzes on making on graphing, qualitative and quantitative analysis on pressure 

Formative assessment tasks:  Multiple representations of pressure, graphically, qualitatively, visually and quantitatively. 

Homework (collected, checked, gone over in class)

Check students’ use of vocabulary and explanations throughout lessons 

Closure‐ “What have I learned today and why do I believe it?” 

Page 73: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How does a fluid exert an upward force on a submerged or partially submerged object? 

Describe the buoyant force  Describe how a fluid can exert an upward net force on a submerged object  Explain why an object can float or sink  

Variety of lab equipment that may be used throughout the year 

Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, and glassware, rocks, pebbles, sand, water, food coloring, rubbing alcohol, ice, hotplates, balloons, perfume,  (or Bunsen burners), thermometers, graduated cylinders 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems. 

Internet resource 

 

Observational experiments: Fill a water bottle with water and poke holes in the sides observe how the water exits the water bottle.   Examine a container of water with no holes, divide the liquid up into 4 separate sections have students draw force diagrams of the liquids.  Student discussion have students discuss how the water is being push by the other "layers" of water and the container (and the container pushing on the water) use this discussion to explain why the water exits the holes the way it did.  Students must take note of the magnitude of the forces exerted.  The must recognize that the deeper in the fluid you go the greater the force exerted on that section thus the greater the pressure.   Teacher modeling/lecture: on how the fluid pushes on an object and how objects can float or sink  Class discussion examine a cross‐sectional volume of a submerged section of water. Draw a force diagram of the submerged section and relate the forces exerted at the top to the forces exerted at the bottom.  Also compare the sideways forces.  Students will recognize that the forces exerted by the fluid from below are greater than the forces from above, however it remains in equilibrium because the Earth is also pulling down.  Students will then draw a force diagram for the water and write out Newton's 2nd law.  Applying the expression for pressure students will derive an expression of pressure as a function of height.  Class discussion on why an object can float or sink  Problem solving session on forces exerted on submerged objects.

   

Interactive white board presentation of derivation and subsequent discussion 

Data collection and analysis

Quizzes on making on graphing, qualitative and quantitative analysis on buoyancy 

Formative assessment tasks:  Multiple representations of pressure, graphically, qualitatively, visually and quantitatively. 

Homework (collected and reviewed) 

Check students’ use of vocabulary and explanations throughout lessons 

Closure‐ “What have I learned today and why do I believe it?” 

Page 74: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What does the upward force on a on a submerged or partially submerged object depend on? 

Describe Archimedes' principle  Explain the factors of the buoyant force  Explain why an object can sink or float  Explain how partially submerged objects float 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, and glassware, rocks, pebbles, sand, water, food coloring, rubbing alcohol, ice, hotplates, balloons, perfume,  (or Bunsen burners), thermometers, graduated cylinders 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems. 

Internet resource 

Observational experiment:  Submerge various masses in water and oil.  Using the density of each water and oil, mass of the object submerged, density of the object submerged and the volume of the submerged part determine what factors affect the force exerted upwards on the object Class discussion the buoyant force exerted on an immersed object should equal the weight of the displaced fluid on the object (density of fluid multiplied by the volume)   Teacher modeling/lecture on the Historical background of Archimedes’ principle  Describe the conditions necessary for an object to float  Problem solving session on the buoyant force exerted on objects. 

Interactive white board presentation of derivation and subsequent discussion 

Data collection and analysis

Quizzes on making on graphing, qualitative and quantitative analysis on pressure 

Formative assessment tasks:  Multiple representations of pressure, graphically, qualitatively, visually and quantitatively. 

Homework (collected and reviewed) 

Check students’ use of vocabulary and explanations throughout lessons 

Closure‐ “What have I learned today and why do I believe it?”

What is fluid flow rate? 

Explain the assumptions of the fluid model  Relate the change in volume to the rate of flow  Explain the meaning of viscosity. 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, and glassware, rocks, pebbles, sand, water, food coloring, rubbing alcohol, ice, hotplates, balloons, perfume,  (or Bunsen burners), thermometers, graduated cylinders 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems. 

Internet resource 

 

Observational experiment:  Examine what happens to a fluid's speed as it changes from a smaller cross sectional area to a larger or vice versa (i.e. cover your hand over a faucet or open a greater hole in a gallon of water)  Bubble Tubes (Speed of an air bubble in liquids with different viscosities)   Teacher modeling/lecture on the change in volume through two different cross sectional areas and how it affects the speed of that fluid.  Problem solving session on the motion of a fluid and cross sectional area. 

Interactive white board presentation of derivation and subsequent discussion 

Quizzes on making on graphing, qualitative and quantitative analysis on fluid flow rate 

Formative assessment tasks:  Multiple representations of pressure, graphically, qualitatively, visually and quantitatively. 

Homework (collected, checked, gone over in class)

Check students’ use of vocabulary and explanations throughout lessons 

Closure‐ “What have I learned today and why do I believe it?”

Page 75: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What happens to the pressure exerted on a surface when a fluid moves across the surface? 

Describe how pressure changes across the surface in which it travels over   

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, and glassware, rocks, pebbles, sand, water, food coloring, rubbing alcohol, ice, hotplates, balloons, perfume,  (or Bunsen burners), thermometers, graduated cylinders 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems. 

Internet resource 

 

Observational experiments Blow over a piece of paper, observe what happens to the paper.  Place a straw in a glass of water, blow over the straw opening and observe what happens to the water in the straw.  Blow between two empty aluminum cans observe what happens to the two cans.  Using a straw blow underneath a folded index card, observe what happens to the card.  In each case the students will observe that the objects involved move to the place where the air is moving.    Class discussion students should recognize what that for the moving fluid the pressure decreases and the slower moving fluid has higher pressure.  Problem solving session on the how fluid flow pushes on the surface which it travels over.   

Interactive white board presentation of derivation and subsequent discussion 

Quizzes on making on graphing, qualitative and quantitative analysis on fluid moving across surfaces

Formative Assessment Tasks:  Multiple representations of pressure, graphically, qualitatively, visually and quantitatively. 

Homework (collected, checked, gone over in class)

Check students’ use of vocabulary and explanations throughout lessons 

Closure‐ “What have I learned today and why do I believe it?”

What is the relationship between fluid pressure, gravitational energy density, and kinetic energy density? 

Describe how energy conservation applies to fluids  Apply Bernoulli's principle to a moving liquid 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, and glassware, rocks, pebbles, sand, water, food coloring, rubbing alcohol, ice, hotplates, balloons, perfume,  (or Bunsen burners), thermometers, graduated cylinders 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems. 

Internet resource 

 

Derivation/teacher modeling use the conservation of energy and apply it to a volume of water that is traveling through a changing cross sectional area, height and speed/cross sectional area remains constant as a fluid travels from one place to the next.  Class discussion on Bernoulli's equation and how it applies to a moving fluid.  Problem solving sessions on applying Bernoulli's principle 

White Board Presentation of derivation and subsequent discussion 

Quizzes on making on graphing, qualitative and quantitative analysis on how energy conservation applies to fluid flow. 

Formative assessment tasks:  Multiple representations of pressure, graphically, qualitatively, visually and quantitatively. 

Homework (collected, checked, gone over in class)

Check students’ use of vocabulary and explanations throughout lessons 

Closure‐ “What have I learned today and why do I believe it?”

Page 76: AP Physics B - Freehold Regional High School District

 

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.d The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and 

inversely on the mass of the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.4 Measure and describe the relationship between the force acting on an object and the resulting acceleration.  

      

 

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners. Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

 

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs. Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation. Create multimedia presentation to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

Page 77: AP Physics B - Freehold Regional High School District

College and Workplace Readiness  

Read and evaluate scientific articles Self reflection Presentations of ideas and findings Solve real world problems regarding motion Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word Use problems solving skills and scientific processes Time management and efficiency 

 

Page 78: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 09- Thermodynamics Unit 9: Thermodynamics  

Enduring Understandings:  Energy is a system's ability to do or change something. Work is a transfer of energy into and out of a system. Energy is conserved for a closed system of objects. Heating and cooling are a transfer of energy into and out of a system. The kinetic theory model can be used to describe the relationship between gas particles, pressure, temperature, and volume. 

Essential Questions:  How can the energy of an object be represented verbally, physically, graphically and mathematically?  How does work done by and on a system affect the total energy of the system? What is the first law of thermodynamics? How does the heating/cooling process occur? How does the heating process affect by and on a system affect the total energy of the system? How can the conservation of energy in a system be represented verbally, physically, graphically and mathematically? How do you represent pressure, volume and temperature of a number of gas particles verbally, physically, graphically and mathematically? How do you determine the efficiency of a closed system? How are pressure and temperature understood on the microscopic level and macroscopic level? 

Unit Goals:  Explain the process of heating and cooling. Differentiate between thermal energy, heat and temperature. Relate pressure, volume and temperature in the ideal gas model. Apply conservation of energy to physical thermodynamic systems. Apply the laws of thermodynamics to physical systems. Explain the concept of entropy. 

Recommended Duration: 2‐3 weeks 

 

Page 79: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies  Suggested Assessments  

What is the model for an ideal gas? 

Understand and state the assumptions of the kinetic theory model of an ideal gas    Apply the kinetic theory model of an ideal gas and quantitatively connect the model to the pressure of an ideal gas in a container 

   

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, and glassware, rocks, pebbles, sand, water, food coloring, rubbing alcohol, ice, hotplates, balloons, perfume,  (or Bunsen burners), thermometers, graduated cylinders 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems. 

Internet resources 

 

  

Kinetic Theory of ideal gas lab activities:

Rubbing alcohol lab students watch rubbing alcohol disappear and devise possible explanations as to why it may have disappeared.  Students then must test their ideas by designing experiments for each possible explanation. 

They will develop the idea that particles are small and randomly moving in all directions. 

Testing experiments: 

Students will use the ideas developed to predict what will happen in the following testing experiments 

Gases: What will happen to perfume sprayed in front of room, using the ideas previously developed. 

Liquids: What will happen to a drop of food coloring in water, using the ideas previously developed. 

Use different temperature water to show how rate of motion depends on energy (temperature) 

Lecture/Teacher Modeling on assumptions for the kinetic theory model of an ideal gas.

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Class discussion on the significance assumptions for the kinetic theory model of an ideal gas.  

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments 

White board presentation of data and subsequent discussion 

Data collection and analysis 

Quizzes on making kinetic theory and ideal gas 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy questions, Write your own physics problem for an ideal gas 

Page 80: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is pressure (microscopically and macroscopically)? 

Understand and explain how pressure is exerted on a container  Quantitatively and qualitatively explain pressure on a macroscopic and microscopic level 

   

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, and glassware, rocks, pebbles, sand, water, food coloring, rubbing alcohol, ice, hotplates, balloons, vacuum, freezer, ice,  (or Bunsen burners), thermometers, graduated cylinders 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems. 

 

 

Observational experiment: Take a balloon and predict what will happen to it when it is placed in a freezer, at higher altitude, in a warm setting and in a vacuum.  Students will relate this to kinetic theory and pressure outside the balloon  Class discussion on pressure and what occurs microscopically and how it is represented macroscopically  Demonstrations: bed of nails, students see how a bed nails can increase the surface area a force is exerted on object over  Quantitative analysis of pressure problems, discussion of the unit pascals (N/m2) 

Interactive white board presentation of derivation and subsequent discussion of observational experiments

Quizzes on making on qualitative and quantitative analysis on pressure. 

Formative assessment tasks: Multiple representations of ideal gas processes and pressure, qualitatively, visually and quantitatively. 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Check students’ use of vocabulary and explanations throughout lessons 

Closure‐ “What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?”

What is the relationship between temperature and the average kinetic energy of a particle in an ideal gas? 

For an ideal gas, quantitatively and qualitatively relate temperature and the average kinetic energy of a particle in an ideal gas  Compare and contrast the idea of average kinetic energy for a particle in an ideal gas and temperature 

   

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems 

 

Derivation:  examine a particle traveling in a cube shaped container making an elastic collision with the wall.  Students will use the concepts of pressure, impulse momentum, a pressure vs. temperature graph to derive an expression that relates the kinetic energy of one particle to the temperature of the ideal gas.  

Lecture/teacher modeling on how temperature and average kinetic energy of a particle of ideal gas are related, KE = 3/2kT 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Class discussion on the significance of temperature being a measure of average kinetic energy for a particle in an ideal gas 

Interactive white board presentation of derivation and subsequent discussion 

Data collection and analysis 

Quizzes on making on graphing, qualitative and quantitative analysis on pressure, average kinetic energy, and temperature. 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Check students’ use of vocabulary and explanations throughout lessons 

Closure‐  “What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?”    

Page 81: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the relationship between thermal energy, temperature, and the number of atoms in an ideal gas? 

For an ideal gas, quantitatively and qualitatively relate temperature and the thermal energy of a number of particles in an ideal gas  Compare and contrast the temperature and thermal energy 

   

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems 

 

Derivation:  examine a particle traveling in a cube shaped container making an elastic collision with the wall.  Students will use the concepts of pressure, impulse momentum, a pressure vs. temperature graph to derive an expression that relates the kinetic energy of one particle to the temperature of the ideal gas  Students will utilize Avagadro's number to draw the connection between temperature and thermal energy for a number of gas particles  Class discussion on temperature, average kinetic energy, Avagadro's number and thermal energy are related  

Lecture/teacher modeling on relating the number of particles N, to the thermal energy Uint, Uint = 3/2NkT 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Class discussion on the significance of the differences between thermal energy, kinetic energy and temperature 

Small group problem solving session using the thermodynamics expressions to determine the temperature, kinetic energy of a particle and thermal energy for a given ideal gas  

Interactive white board presentation of derivation and subsequent discussion 

Data collection and analysis 

Quizzes on making on graphing, qualitative and quantitative analysis on pressure, average kinetic energy, temperature, and thermal energy 

 Formative Assessment Tasks:  Multiple representations of ideal gas processes, graphically, qualitatively, visually and quantitatively. 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Check students’ use of vocabulary and explanations throughout lessons 

Closure‐  “What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for temperature, thermal energy and average kinetic energy of an ideal gas   

Page 82: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the relationship between pressure, volume and temperature? 

Quantitatively and qualitatively relate the pressure, volume and temperature, for an ideal gas  Qualitatively understand the mechanism for how pressure and temperature function 

   

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems 

 

Derivation:  examine a particle traveling in a cube shaped container making an elastic collision with the wall.  Students will use the concepts of pressure, impulse momentum, a pressure vs. temperature graph to derive an expression that relates the kinetic energy of one particle to the temperature of the ideal gas  Students will utilize Avagadro's number to draw the connection between temperature and thermal energy for a number of gas particles.  Students will then use the macroscopic versions to relate pressure, volume and temperature  Qualitatively and quantitatively relate the motion of the particles, the average kinetic energy, temperature and thermal energy together for a given thermodynamics process  Apply this relationship quantitatively and graphically to Pressure vs. Volume, Volume vs. Temperature, and Pressure vs. Temperature graphs.  Class discussion on temperature, average kinetic energy, Avagadro's number and thermal energy are related 

Lecture/Teacher Modeling on deriving PV=nRT=NkT 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities  

Class discussion on the how to derive the ideal gas law from be the pressure of a particle exerted on the side of a cube container.  Differentiating between the microscopic world of each particle colliding with the wall of the cube to the macroscopic world of measuring the collective result 

Small group problem solving session applying PV=nRT=NkT to ideal gas processes 

Formative assessment tasks: Multiple representations of ideal gas processes, graphically, qualitatively, visually and quantitatively.  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments 

Interactive white board presentation of data and subsequent discussion 

Data collection and analysis 

Quizzes on making on graphing, qualitative and quantitative analysis on pressure, volume, temperature, thermal energy. 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for pressure volume and temperature 

Page 83: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the heating/cooling process? 

Recognize that the heating/cooling process is a transfer of energy into or out of a system  

Understand the process of heating/cooling on a microscopic and macroscopic level 

Apply the heating/cooling process to conservation of energy 

Differentiate between heat, temperature and thermal energy 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, and glassware, water, food coloring, lemonade, ice, hotplates, balloons, or Bunsen burners), thermometers, graduated cylinders, test tubes and rubber stoppers 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems 

Internet resource 

     

Observational experiment: cap a test tube with a rubber stopper and place it over a Bunsen burner until the cap shoots off, students will observe and attempt to explain in terms of energy, specifically a transfer of energy  Using the explanation students will place a cold cup of lemonade into a hot tub of water and describe what will occur using energies and temperatures  From these observational experiments students will devise the idea of the heating and cooling process as a transfer of energy between systems that occurs at the microscopic level with particles of one temperature colliding with those of another temperature  

Lecture/teacher modeling on the process of heating and how it relates to energy 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities  

Class discussion on the difference and similarities between the heating process and the work process. Discussion of the word "heat", how "heating/cooling" is more appropriate in terms of language, and how heating and thermal energy are different  

Small group problem solving session applying the language of thermal energy, heating/cooling, and temperature are different physical quantities that are different measures 

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments 

Interactive white board presentation of data and subsequent discussion of the heating/cooling process 

Data collection and analysis 

Qualitative quizzes the heating/cooling process. 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Check students’ use of vocabulary and explanations throughout lessons 

Closure‐ “What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for the heating and cooling process 

Page 84: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the role 

of work in the 

thermodynamics 

process? 

Recognize that a system 

can absorb or give up 

energy by heating in 

order for work to be 

done on or by the 

system, and that work 

done on or by a system 

can result in energy 

transfer by heating 

Compute the amount of 

work done during a 

thermodynamic process 

Determine the work 

done on a Pressure vs. 

Volume graph 

Graph paper  

Teacher and student editions of text approved 

by the district 

Scientific/ graphing calculator 

A math book for algebraic reference and 

example problems and a chemistry book to 

reference thermodynamics and ideal gas law 

problems 

 

 Students will represent various processes with diagrams of the container of the ideal gas.  Students must recognize the container expands and contracts according the pressures of the gas inside the container (typically the system) and outside the system (environment).  From here they can apply the idea of work as a force exerted over a distance (the expansion or contraction) of the container to identify if the gas inside did work or the environment, by simply identifying the system and the external forces exerted on it  Lecture on the meaning of work "done by", work "done on" and sign notation with the first law of thermodynamics followed by a class discussion of the importance of having a well defined system to clarify language that can be confusing  Apply the idea of work to a pressure vs. volume graph and have students identify during what processes work might be done on or by the system.   Students will then apply the idea of area under a curve to find out the W = PΔV   

Formative assessment tasks: Multiple representations the pressure, volume and work, quantitatively, qualitatively, graphically and visually 

Interactive white board presentation of diagrams and subsequent discussion 

Data collection and analysis 

Quizzes on making on graphing, qualitative and quantitative analysis on pressure, volume, temperature, thermal energy, work and heating/cooling 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Check students’ use of vocabulary and explanations throughout lessons 

Closure‐ “What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?”     

Page 85: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the first law of thermodynamics and how does it relate to energy conservation? 

Illustrate how the first law of thermodynamics is a statement of energy conservation 

Calculate heat, work, and the change in internal energy by applying the first law of thermodynamics 

Apply the first law of thermodynamics to describe cyclic processes 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

Graph paper 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems. 

 

Relate work and heating/cooling to the law of conservation of energy as a transfer of energy in between the system and the surrounding environment.    Apply the first law of thermodynamics to a series of simple experiments where objects fall and collide with others, then apply to situations where students are examining an ideal gas  Using graphical representations student will relate the first law of thermodynamics to the graphs  Students will use multiple representations, qualitative, quantitative, visual, bar chart, and graphical to relate each concept to each other  Lecture/Teacher Modeling on the first law of thermodynamics W+Q=ΔUint and PV, VT and PT diagrams  

Individual work, Think, Pair, Share opportunities  

Class discussion on the how the first law of thermodynamics relates to thermal energy, temperature, the ideal gas law, heating/cooling and work  

Small group problem solving session on the first law of thermodynamics relates to thermal energy, temperature, the ideal gas law, heating/cooling and work  

Formative assessment tasks: Multiple representations of ideal gas processes and the first law of thermodynamics, graphically, qualitatively, visually and quantitatively.  

Quizzes on applications of the first law of thermodynamics. 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Check students’ use of vocabulary and explanations throughout lessons 

Closure‐ “What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and Board Work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for the first law of thermodynamics 

Page 86: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the difference between volumetric, isothermic, and adiabatic processes? 

Distinguish between is isovolumetric, isothermal, and adiabatic thermodynamic processes   Apply isovolumetric, isothermal, and adiabatic thermodynamic processes to plot on Pressure vs. Volume, Volume vs. Temperature and pressure vs. temperature graphs  Graphically determine the work done during isovolumetric, isothermal, and adiabatic thermodynamic processes 

   

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

Graph paper 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems 

  

 

Relate work and heating/cooling to the law of conservation of energy as a transfer of energy in between the system and the surrounding environment.    Apply the first law of thermodynamics to a series of simple experiments where objects fall and collide with others, then apply to situations where students are examining an ideal gas 

Using graphical representations student will relate the first law of thermodynamic to the graphs  Students will use multiple representations, qualitative, quantitative, visual, bar chart, and graphical to relate each concept to each other  Examine an isobaric (const Pressure) to a variety of real world situations, discussion P vs. V, P vs. T and V vs. T graphs along with first law of thermodynamics  Examine an isovolumetric (const Volume, W=0 ) to a variety of real world situations, discussion P vs. V, P vs. T and V vs. T graphs along with first law of thermodynamics  Examine an adiabatic (Heating/Cooling Q = 0) to a variety of real world situations, discussion P vs. V, P vs. T and V vs. T graphs along with first law of thermodynamics  Lecture/Teacher Modeling on the first law of thermodynamics W+Q=ΔUint and PV, VT and PT diagrams and how they relate to the isobaric, isovolumetric and adiabatic processes 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities  

Class discussion on each process isobaric, isovolumetric and adiabatic 

Small group problem solving session on the first law of thermodynamics relates to thermal energy, temperature, the ideal gas law, heating/cooling and work and how they relate to each process isobaric, isovolumetric and adiabatic  

 Formative assessment tasks: Multiple representations of ideal gas processes and the first law of thermodynamics to isobaric, isovolumetric and adiabatic processes  

Quizzes on applications of the first law of thermodynamics to isobaric, isovolumetric and adiabatic processes 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for isobaric, isovolumetric and adiabatic processes 

Page 87: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the 

second law of 

thermodynamics? 

Learn that there is a 

hierarchy for desirable 

types of energy in terms 

of their usefulness for 

doing work  

 

Qualitatively determine 

the change in entropy  

Recognize why the 

second law of 

thermodynamics requires 

two bodies at different 

temperatures for work to 

be done 

Distinguish between 

entropy changes within 

systems and the entropy 

change for the universe 

as a whole 

   

Teacher and student editions of text approved 

by the district 

Scientific/ graphing calculator 

Graph paper 

A math book for algebraic reference and 

example problems and a chemistry book to 

reference thermodynamics and ideal gas law 

problems 

 

Class discussion on interactions of objects 

and their likelihood of being reversed.  (i.e. 

a car crashing into a wall and two marbles 

colliding together)  Certain interactions will 

degrade the utility of energies involved in a 

system 

 

Introduce entropy as a concept of order‐

disorder scale of energy organization.  

Discuss what happens to the as two 

different systems of different temperature 

move toward thermal equilibrium, 

specifically what happens to each system 

 

Lecture/teacher modeling on the 

organization of energy and its subsequent 

ability to perform work that is useful 

Individual work, Think, Pair, Share 

opportunities  

Class discussion on entropy, energy 

organization and reversible/irreversible 

processes 

 

 

 

 

 

 

 

 

Check students’ use of 

vocabulary and explanations 

throughout lessons 

 

Formative assessment tasks: 

Multiple representations 

Energy‐transfer diagrams  

Quizzes on applications of 

the first and second law of 

thermodynamics to entropy 

and efficiency 

Homework (collected, 

checked, gone over in class) 

Page 88: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is a heat engine and how does it work? 

Understand the concept of a reservoir for a heat engine  Differentiate between a hot and cold reservoir   Relate the engine to the laws of thermodynamics 

Engine model  

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

Graph paper 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems 

 

 

Demonstration: used a model of an engine piston to discussion the first and second law of thermodynamics, along with an energy‐transfer diagram and "warm" and "cold" reservoirs    Lecture: Use energy‐transfer diagrams to represent the transfer of energy between "warm" and "cold" reservoirs    Class discussion: Relate energy‐transfer diagrams to the laws of thermodynamics    Students can break down the Carnot cycle using multiple representations and determine the efficiency  Lecture/Teacher Modeling on energy‐transfer diagrams and how they relate to the laws of thermodynamics, the significance of hot‐cold reservoirs, a breakdown of the Carnot cycle and its application to efficiency 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities  

Class discussion on the application of energy‐transfer diagrams, the significance of temperature determining ideal efficiency and energy used in computing actual efficiency 

Small group problem solving session using the first law of thermodynamics and energy‐transfer diagrams to compute actual efficiency and ideal efficiency  

Formative assessment tasks: Multiple representations Energy‐transfer diagrams  

Quizzes on applications of the first and second law of thermodynamics to entropy and efficiency 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Page 89: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is efficiency? 

Use the temperature difference between the reservoirs to determine the maximum possible efficiency for a heat engine  Use the laws of thermodynamics to compute the actual efficiency of a heat engine 

Engine model

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

Graph paper 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems. 

Internet resources 

Matter and gases   Gas Properties Simulation

Demonstration:  used a model of an engine piston to discussion the first and second law of thermodynamics, along with an energy‐transfer diagram and "warm" and "cold" reservoirs.   Lecture: Use energy‐transfer diagrams to represent the transfer of energy between "warm" and "cold" reservoirs.  Determining actual and ideal efficiency  Class discussion: Relate energy‐transfer diagrams and the laws of thermodynamics to efficiency  Applications:  attempt to have students determine the efficiencies of actual engines

Formative assessment tasks: Multiple representations Energy‐transfer diagrams  

Quizzes on applications of the first and second law of thermodynamics to entropy and efficiency 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for energy transfer diagrams 

What is entropy? 

Learn that there is a hierarchy for desirable types of energy in terms of their usefulness for doing work.  Relate the disorder of a system to its ability to do work or transfer energy by heating.  Define and apply the concept of entropy  Relate entropy the reversible and non‐reversible processes.  

Identify systems with high and low entropy. 

   

Engine model 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific/ graphing calculator 

Graph paper 

A math book for algebraic reference and example problems and a chemistry book to reference thermodynamics and ideal gas law problems. 

 

 

Class discussion on interactions of objects and their likelihood of being reversed.  (i.e. a car crashing into a wall and two marbles colliding together)  Certain interactions will degrade the utility of energies involved in a system.    Introduce entropy as a concept of order‐disorder scale of energy organization.  Discuss what happens to the as two different systems of different temperature move toward thermal equilibrium, specifically what happens to each system.  Lecture/teacher modeling on the organization of energy and its subsequent ability to perform work that is useful.  

Individual work, Think, Pair, Share opportunities  

Class discussion on entropy, energy organization and reversible/irreversible processes. 

Formative assessment tasks: Multiple representations Energy‐transfer diagrams  

Quizzes on applications of the first and second law of thermodynamics to entropy and efficiency 

Homework (collected, checked, gone over in class 

  

Page 90: AP Physics B - Freehold Regional High School District

 

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.C Knowing the characteristics of familiar forms of energy, including potential and kinetic energy, is useful in coming to the understanding that, for the most part, the natural world can be explained and is predictable.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.D The conservation of energy can be demonstrated by keeping track of familiar forms of energy as they are transferred from one object to another.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.C.a Gas particles move independently and are far apart relative to each other. The behavior of gases can be explained by the kinetic molecular theory. The kinetic molecular theory can be used to explain the relationship between pressure and volume, volume and temperature, pressure and temperature, and the number of particles in a gas sample. There is a natural tendency for a system to move in the direction of disorder or entropy.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.C.b 

Heating increases the energy of the atoms composing elements and the molecules or ions composing compounds. As the kinetic energy of the atoms, molecules, or ions increases, the temperature of the matter increases. Heating a pure solid increases the vibrational energy of its atoms, molecules, or ions. When the vibrational energy of the molecules of a pure substance becomes great enough, the solid melts.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.D.d 

Energy may be transferred from one object to another during collisions. 

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.D.4 

Measure quantitatively the energy transferred between objects during a collision. 

      

 

 

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners. Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

 

 

Page 91: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs. Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation. Create multimedia presentation to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

College and Workplace Readiness  

Read and evaluate scientific articles Self reflection Presentations of ideas and findings Solve real world problems regarding Thermodynamics Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word Use problems solving skills and scientific processes Time management and efficiency 

 

Page 92: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 10- Electrostatics Unit 10: Electrostatics

 

  

Enduring Understandings: A charged body produces an electric field that mediates the interactions between the body and other charges. Energy is conserved for a closed system of objects. External, unbalanced forces are required to change a system’s motion.  Essential Questions: How can charged particles, the electric fields they produce and the interaction between those fields be represented verbally, graphically and mathematically? How is the structure and properties of matter determined by the strength of electrical charges and electric field they produce?  What is the relationship between electrical field forces and the energy of charged particles moving within the electric field? How can the conservation of energy in a system be represented verbally, physically, graphically and mathematically? How are Newton’s Laws of Motion applied to describe the motion of an object or system?   What are the similarities and differences between different types of forces?   How can the forces exerted on an object or system be represented verbally, physically, graphically and mathematically? 

Unit Goals: Apply the charge model for conductors and insulators. Differentiate between conductors and insulators. Apply Coulomb's Law to dynamics. Apply electrical potential energy to conservation of energy.   Recommended Duration:  2 weeks 

 

 

 

 

Page 93: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies  Suggested Assessments  

What are the different interactions that can occur between objects with charge? 

Understand the basic types of electrical interactions or attraction and repulsion  Use words, pictures and mathematics to represent charges distributed in conductors, insulators and during interactions 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, rods of different materials (wood, metal, plastic, glass, foam insulating tubes), different fabrics (plastic, silk, wool/felt, fur), electroscopes, Wimshurst machine, Van de Graaff generator 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

  

Observation labs:  Observations of materials (PVC, plastic, glass) rubbed with different materials (fur, silk, wool, foam) reacting with other materials rubbed with similar materials, different materials and the material used to rub.  Students will record their observations and note the attracting objects and repelling objects   Can also be done with transparent tape being pulled off other tape, being pulled off table, and their reactions to each other Students will discover that similar objects rubbed with similar materials will repel and different rubbed objects will attract  Lecture/teacher modeling on how there are two different types of electrical interactions, attraction and repulsion and that objects that are similar will repel while objects that are different will attract  Historical importance of charges (why we focus on positive charges) Benjamin Franklin and electrostatic research and inventions don’t have to be called “negative” and “positive”  

Individual work, think, pair, share opportunities

Class discussion on the results of the observational labs deciphering the types of interactions that occur 

 

Formative assessment tasks:   

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on electrostatic relationships 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy questions, write your own physics problem for electrostatic interactions 

Page 94: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How many types 

of charges are 

there and what 

are the 

subatomic 

particles are 

associated with 

each charge? 

Understand the basic 

properties of electric 

charge and the 

subatomic particles 

associated with them 

 

Differentiate between 

protons, neutrons and 

electrons 

 

Dispel the idea that 

charges are magnetic. 

Variety of lab equipment that may be 

used throughout the year.  Including but 

not limited to meter sticks, timers, scales 

of various sorts, rods of different 

materials (wood, metal, plastic, glass, 

foam insulating tubes), different fabrics 

(plastic, silk, wool/felt, fur), 

electroscopes, Wimshurst machine, Van 

de Graaff generator, bar magnets 

Teacher and student editions of text 

approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic 

reference and example problems for 

conversions 

 

Testing experiment: Are charges magnetic 

poles? Use rubbed objects to see if it attracts 

and repels the ends of magnets. Use magnets 

to see if it attracts and repels other magnets.  

Followed by a class discussion on the results 

of the experiments 

Class discussion on reasoning through the 

observational labs made with the materials 

(PVC, plastic, glass) rubbed with different 

materials (fur, silk, wool, foam) reacting with 

other materials rubbed with similar 

materials, different materials and the 

material used to rub.  Students will use prior 

knowledge from chemistry about the atom 

and the subatomic particles to reason about 

the types of charges involved 

 

Discuss models of atoms to figure out the 

“positive and negative” charged parts and 

the micro and macroscopic views of objects 

with charges and how the charge can move 

within the material 

 

Lecture/teacher modeling on the 

fundamental charges and their carriers 

 

 

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on electrostatic relationships 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy questions, write your own physics problem for electrostatic interactions 

Page 95: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How is charged transferred?   

Understand that rubbing certain objects can create a separation of charge and interactions with other rubbed objects  The mechanism of transfer for charge is done via rubbing or touching  Use words, pictures and mathematics to represent charges distributed in conductors, insulators and during interactions 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, rods of different materials (wood, metal, plastic, glass, foam insulating tubes), different fabrics (plastic, silk, wool/felt, fur), electroscopes, Wimshurst machine, Van de Graaff generator. 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions. 

 

Observation labs: Observations of materials (PVC, plastic, glass) rubbed with different materials (fur, silk, wool, foam) reacting with other materials rubbed with similar materials, different materials and the material used to rub.  Students will record their observations and note the attracting objects and repelling objects   Followed by a class discussion as to how those object became "charged".  Students collectively should develop a mechanism, such as rubbing or touching, that explain how charged particles are transferred from one object to another.  Students should account for the particles and actually transfer and the ones that do not through prior knowledge and reasoning   Observational experiment Balloons & Static Electricity Students can check a box on the simulation that allows the entire charged object to be see.  They can rub the balloon on the shirt which demonstrates the mechanism for charge transfer  Lecture/teacher modeling on how to represent an excess of charge before and after two objects are rubbed together  

Individual work, Think, Pair, Share opportunities   

Formative assessment tasks:   

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on the charge model, transfer of charge and electrostatic interactions 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy questions, write your own physics problem for electrostatic interactions 

Page 96: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What does it 

mean if an 

object is neutral 

or charged? 

A neutral object has an 

equal number of 

positive and negative 

charges 

 

A charged object has 

an excess of one type 

of charge relative to 

the other  

 

Use words, pictures 

and mathematics to 

represent charges 

distributed in 

conductors, insulators 

and during interactions 

Variety of lab equipment that may be 

used throughout the year.  Including but 

not limited to meter sticks, timers, 

scales of various sorts, rods of different 

materials (wood, metal, plastic, glass, 

foam insulating tubes), different fabrics 

(plastic, silk, wool/felt, fur), 

electroscopes, Wimshurst machine, Van 

de Graaff generator, packing peanuts, 

soda can, plastic water bottle (both 

empty). 

Teacher and student editions of text 

approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic 

reference and example problems for 

conversions 

 

Class discussion on how to represent an 

excess of charge or a balance of charge 

within an object 

  

Lecture/teacher modeling on visual and 

mathematical representation of charge and 

charge transfer 

Individual work, Think, Pair, Share 

opportunities 

Problem solving sessions involving charges 

and transfer of charges 

Formative assessment tasks:   

Lab write‐ups of possible 

explanations and conducted 

experiments; interactive 

white board presentation of 

data and subsequent 

discussion; data collection 

and analysis 

Quizzes on the charge 

model, transfer of charge 

and electrostatic interactions 

Homework (collected, 

checked, reviewed in class) 

Closure‐“What have I 

learned today and why do I 

believe it?”; “How does this 

relate to...?” 

Problem Solving and Board 

Work, Represent and 

Reason, Jeopardy Questions, 

write your own physics 

problem for electrostatic 

interactions 

 

 

Page 97: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is a conductor and how is the charge distribution different from an insulator? 

Differentiate between conductors and insulators  Use words, pictures and mathematics to represent charges distributed in conductors, insulators and during interactions 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, rods of different materials (wood, metal, plastic, glass, foam insulating tubes), different fabrics (plastic, silk, wool/felt, fur), electroscopes, Wimshurst machine, Van de Graaff generator, empty bottle of water and empty can of soda 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Observation labs: PVC is rubbed with different materials and both objects are held closely to an un‐rubbed plastic water bottle and a soda can.  In both cases the water bottle and can are attracted to the PVC.  However, the water bottle takes significantly longer to react and doesn't move as quickly to the PVC can as the soda can does.  Students will record their observations and note the observations and must then devise a mechanism as to how the charges move inside on object compare to another.   Observational experiment Balloons & Static electricity Students can check a box on the simulation that allows the entire charged object to be see.  They can rub the balloon on the shirt which demonstrates the mechanism for charge transfer, and then hold the balloon to the wall.  Students will observe the negative charges pivoting around the positive charges and can discuss why those charges only pivot and why they do not jump off the wall when the balloon is rubbed to it.  This further develops the idea of an insulator as an object that prevents charge from being transferred. Testing experiment:  Students will hold a charged PVC pipe up to a packing peanut tied to a light string that hangs down.  The packing peanut is initially neutral. Students will predict using the charge model and develop what happens.  Students will repeat for a piece of aluminum foil   Lecture/teacher modeling on the charge model and multiple representations of how the charge model is applied to insulators and conductors 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Class discussion on all the experiments conducted and how they relate to the charge model, insulators and conductors.  

Problem solving sessions involving reasoning about insulators and conductors and the charge model, specifically how the ideas of an insulator and conductor are developed and how they are applied. 

Formative assessment tasks:   

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on the charge model, transfer of charge, electrostatic interactions, insulators and conductors 

Homework (collected, checked, reviewed in class) 

Closure‐“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy questions, write your own physics problem for electrostatic interactions 

Page 98: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is an electroscope and how is it utilized? 

Distinguish between charging by contact and charging by polarization/induction  Use words, pictures and mathematics to represent charges distributed in conductors, insulators and during interactions  Distinguish between charging by contact and charging by polarization/induction  Explain how charging by induction works 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, rods of different materials (wood, metal, plastic, glass, foam insulating tubes), different fabrics (plastic, silk, wool/felt, fur), electroscopes, Wimshurst machine, Van de Graaff generator 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Observational experiments Various experiments charging the electroscope where students must use the charge model and multiple representations to explain their observations of what is occurring on a microscopic level.  Students will then conduct a specific experiment where a charged PVC or foam tube is held near (but NOT touching) and the electroscope is touched with one's finger, both are then removed then students must explain what happened.  The experiment is then repeated with latex gloves.  They must rectify each experiment with the charge model and explain what occurred using various representations 

Lecture/teacher modeling on the parts of an electroscope. 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Class discussion on how the charge model applied to the electroscope and how it can be used to charge an object without actually touching a charged object to it (induction). 

Problem solving sessions involving the charge model and reasoning 

Formative assessment tasks:   

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on the charge model applied to the electroscope 

Homework (collected, checked, reviewed in class) 

Closure‐“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy questions, write your own physics problem for the charge model applied to the electroscope 

Page 99: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What factors 

affect 

electrostatic 

interactions? 

Identify the factors of 

electrical interactions, 

such as charged 

objects and the 

distance between 

them 

Compare with the 

gravitational force that 

is attractive only, 

whereas electrical 

interactions could be 

attractive or repulsive 

Calculate electrostatic 

force using Coulomb’s 

law 

Variety of lab equipment that may be 

used throughout the year.  Including but 

not limited to meter sticks, timers, 

scales of various sorts, rods of different 

materials (wood, metal, plastic, glass, 

foam insulating tubes), different fabrics 

(plastic, silk, wool/felt, fur), 

electroscopes, Wimshurst machine, Van 

de Graaff generator 

Teacher and student editions of text 

approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic 

reference and example problems for 

conversions 

 

Class discussion on from the observations 

made in previous experiment students can 

discuss what physical variable might affect 

electrical interactions and how.  They can 

develop the idea that two objects with 

excess charge a set distance away is the 

basis for these interactions and that the 

charges might be proportional to the 

magnitude of the interaction while the 

distance is inversely proportional to the 

magnitude of the interaction 

 

Lecture/teacher modeling on the physical 

variables that affect electrical interactions  

Individual work, Think, Pair, Share 

opportunities 

Problem solving sessions involving 

Coulombs law and proportional reasoning. 

Formative assessment tasks:   

Lab write‐ups of possible 

explanations and conducted 

experiments; interactive 

white board presentation of 

data and subsequent 

discussion; data collection 

and analysis 

Quizzes on Newton's second 

law and electrostatic 

interactions 

Homework (collected, 

checked, reviewed in class) 

Closure‐“What have I 

learned today and why do I 

believe it?”; “How does this 

relate to...?” 

Problem solving and board 

work, Represent and Reason, 

Jeopardy questions, write 

your own physics problem 

for electrostatic interactions 

 

 

 

 

Page 100: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How is electric 

force calculated 

using 

Coulomb’s Law? 

Identify the four 

properties associated 

with a conductor in 

electrostatic 

equilibrium 

 

Use force diagrams 

and Newton's Second 

law to analyze the net 

electrostatic force 

exerted on a charged 

object 

 

Apply the 

superposition principle 

to find the resultant 

force on a charge and 

to find the position at 

which the net force on 

a charge is zero 

Variety of lab equipment that may be 

used throughout the year.  Including but 

not limited to meter sticks, timers, 

scales of various sorts, rods of different 

materials (wood, metal, plastic, glass, 

foam insulating tubes), different fabrics 

(plastic, silk, wool/felt, fur), 

electroscopes, Wimshurst machine, Van 

de Graaff generator 

Teacher and student editions of text 

approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic 

reference and example problems for 

conversions 

 

Observational experiment students will examine a data table the excess of charge on two objects, the distance between the two objects and the magnitude of the force exerted between these objects.  They must use the data to develop specific proportionalities between the charged object and the force exerted between objects, and the inverse of the distance between the two objects and the force exerted  Lecture/teacher modeling on Coulomb's law and its application to Newton's Laws.  Parallels between gravitational interactions and electrical interactions must be drawn  Graphing the relationship between force, charge and distance  

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Class discussion on how Coulomb’s law is applied to Newton's Law,  the inverse square proportional reasoning, and the parallels between gravitational interactions and electrical interactions 

Problem solving sessions involving various applications of Newton's Law involving electrostatic interactions in one and two dimensions. 

Quizzes on the electrostatic 

interactions applied to 

Newton's Second law 

Homework (collected, 

checked, reviewed in class) 

Closure‐“What have I 

learned today and why do I 

believe it?”; “How does this 

relate to...?” 

Problem solving and board 

work, Represent and Reason, 

Jeopardy questions, write 

your own physics problem 

for electrostatic interactions 

applied to Newton's Second 

Law 

Page 101: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is electric 

potential 

energy? 

Define electrical 

potential energy 

Compute the electrical 

potential energy for 

various charge 

distributions. 

Compare electrical 

potential energy to 

gravitational potential 

energy 

Apply electrical 

potential energy to the 

conservation of energy 

Teacher and student editions of text 

approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic 

reference and example problems for 

conversions. 

 

Class discussion on using energy bar charts 

to discuss the changes in electrical 

potential energy and kinetic energy of a 

charged cart‐charged metal sphere 

system.  What will happen to the potential 

of the system as is travels closer together 

or further apart.  Students must consider 

both scenarios of charges that are similar 

and charge that are different  

 

Comparisons between universal 

gravitational interactions and electrical 

interaction must be drawn 

 

Lecture/teacher modeling on electrical 

potential energy and how it fits with 

conservation of energy, the proportionality 

of the product of the charges and the 

inverse proportionality of the distance 

between them to the electrical energy of 

the two object  

Individual work, Think, Pair, Share 

opportunities 

Problem solving sessions involving 

conservation of energy and electrical 

potential energy 

 

 

Formative assessment tasks: 

apply energy bar charts to 

electrical systems  

Quizzes on electrical 

potential energy 

Homework (collected, 

checked, reviewed in class) 

Closure‐“What have I 

learned today and why do I 

believe it?”; “How does this 

relate to...?” 

Problem solving and board 

work, Represent and Reason, 

Jeopardy questions, write 

your own physics problem 

for electrostatic energy 

systems 

Page 102: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What are the 

differences 

between the 

electrical 

potential 

energy of a 

system 

containing 

similar charges 

to a system 

with opposite 

charges?  

Examine the 

interaction between 

charges of similar 

charges that will repel 

each other 

 

Examine the 

interactions between 

charges of opposite 

charges that will 

attract each other 

 

Apply electrical 

potential energy to the 

conservation of energy 

 

 

Variety of lab equipment that may be 

used throughout the year.  Including but 

not limited to meter sticks, timers, 

scales of various sorts, rods of different 

materials (wood, metal, plastic, glass, 

foam insulating tubes), different fabrics 

(plastic, silk, wool/felt, fur), 

electroscopes, Wimshurst machine, Van 

de Graaff generator 

Teacher and student editions of text 

approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic 

reference and example problems for 

conversions 

 

Class discussion on different charges and 

the energies involved in that system.  For 

different charges students must reason 

through using work‐energy bar charts that 

while the change in kinetic energy is 

positive, the change in electrical potential 

energy must be negative.  This will help 

students understand why the negative is 

important mathematically, because in 

order for energy to be conserved, while 

there is an increase in kinetic energy (with 

no work) there must be a decrease in 

electrical potential energy 

 

Lecture/teacher modeling on negative 

potential energies and energy conservation

Individual work, Think, Pair, Share 

opportunities 

Problem solving sessions involving 

conservation of energy and electrical 

potential energy 

Formative assessment tasks: 

apply energy bar charts to 

electrical systems  

Quizzes on electrical 

potential energy 

Homework (collected, 

checked, reviewed in class) 

Closure‐“What have I 

learned today and why do I 

believe it?”; “How does this 

relate to...?” 

Problem solving and board 

work, Represent and Reason, 

Jeopardy questions, write 

your own physics problem 

for electrostatic energy 

systems 

 

 

 

 

 

Page 103: AP Physics B - Freehold Regional High School District

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.A 

All objects and substances in the natural world are composed of matter. Matter has two fundamental properties: matter takes up space, and matter has inertia.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐

12.5.2.12.A.a Electrons, protons, and neutrons are parts of the atom and have measurable properties, including mass and, in the case of protons and electrons, charge. The nuclei of atoms are composed of protons and neutrons. A kind of force that is only evident at nuclear distances holds the particles of the nucleus together against the electrical repulsion between the protons.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.A.1 

Use atomic models to predict the behaviors of atoms in interactions. 

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.A.d 

In a neutral atom, the positively charged nucleus is surrounded by the same number of negatively charged electrons. Atoms of an element whose nuclei have different numbers of neutrons are called isotopes.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.B.a 

An atom's electron configuration, particularly of the outermost electrons, determines how the atom interacts with other atoms. Chemical bonds are the interactions between atoms that hold them together in molecules or between oppositely charged ions.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.a 

The motion of an object can be described by its position and velocity as functions of time and by its average speed and average acceleration during intervals of time.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.1 

Compare the calculated and measured speed, average speed, and acceleration of an object in motion, and account for differences that may exist between calculated and measured values.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.c 

The motion of an object changes only when a net force is applied. 

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.d 

The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and inversely on the mass of the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.4 

Measure and describe the relationship between the force acting on an object and the resulting acceleration.  

 

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students.  Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students.  Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners.  Provide choice to students for groups selections and roles in the groups.  Provide modeling, where possible.  Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material.  Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting 

conclusions). 

Page 104: AP Physics B - Freehold Regional High School District

 

Technology  

 

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs.  Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation.  Create multimedia presentation to present findings and report conclusions.  Online Applets to predict and test models for motion.  Upload files to course website/moodle.  Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

College and Workplace Readiness  

 

Read and evaluate scientific articles  Self reflection  Presentations of ideas and findings  Solve real world problems regarding Electrostatics  Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word  Use problems solving skills and scientific processes  Time management and efficiency 

 

Page 105: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 11- Fields Unit 11: Fields

 

 

Enduring Understandings: A charged body produces an electric field that mediates the interactions between the body and other charges. Energy is conserved for a closed system of objects. External, unbalanced forces are required to change a system’s motion.  Essential Questions: How can charged particles, the electric fields they produce and the interaction between those fields be represented verbally, graphically and mathematically? How is the structure and properties of matter determined by the strength of electrical charges and electric field they produce?  What is the relationship between electrical field forces and the energy of charged particles moving within the electric field? How can the conservation of energy in a system be represented verbally, physically, graphically and mathematically? How are Newton’s Laws of Motion applied to describe the motion of an object or system?   What are the similarities and differences between different types of forces?   How can the forces exerted on an object or system be represented verbally, physically, graphically and mathematically?   Unit Goals: Develop a field model for electrical fields and potential fields. Relate the field model to the charge model. Represent electrical and potential fields mathematically, graphically, qualitatively and physically. Relate the operational definition for electrical field to electrostatic forces. Relate the operational definition for potential fields to electric potential energy. Connect electric fields to potential fields.   Recommended Duration: 2 weeks 

 

 

 

Page 106: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies  Suggested Assessments  

What is the operational definition for an electrical field? 

Explain the role of a test charge and source charge

Explain the "at a distance" interaction 

Discriminate between types of interactions based on charges and how these differ from those based upon mass 

  

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, rods of different materials (wood, metal, plastic, glass, foam insulating tubes), different fabrics (plastic, silk, wool/felt, fur), electroscopes, Wimshurst machine, Van de Graaff generator 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Observational experiments:Interactions with electroscopes, students must bring a charged object to an electroscope and develop a mechanism for how electrical interactions work without objects touching.  This can be repeated for a number of experiments in the utilized in the previous unit  A class discussion must follow about how a charged object can influence the surrounding space, such that it has a notable affect on the charges within that space.  During this discussion students must examine how there is a source of this influence and the objects affected are in the region of influence  Students can then draw comparisons from the meaning of g=F/mo and develop E = F/qo for electrical interactions    By examining an interaction between two charged particles students can develop the idea that a field must exist to for each to exert a force without touching each other  Lecture/teacher modeling on the electric field, source charge, test charge  

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions involving calculating the electric field at a point in space by one or more source charges

   

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on electric fields 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for electric fields 

Page 107: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How are electrical fields represented? 

Represent electrical fields visually, graphically, mathematically and in words  Draw and interpret electric field lines  Calculate the net electric field at various locations from a source or a number of source objects

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, rods of different materials (wood, metal, plastic, glass, foam insulating tubes), different fabrics (plastic, silk, wool/felt, fur), electroscopes, Wimshurst machine, Van de Graaff generator 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Teacher Modeling on drawing E‐field lines. Students must identify the source and point is space where they want to determine the electric field. The must place a small positive test charge then use the operational definition to determine the magnitude of the E‐field and draw an E‐field vector in the same direction as the electrostatic force would be exerted on the small positive test charge  Class discussion on how a number of E‐field vectors change into E‐field lines how the lines are representations of the vectors in space.  The line density denotes the magnitude of the E‐field and the direction is tangent to the lines themselves  

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions involving multiple representations of E‐fields, mathematical, visual and graphical 

   

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on electric fields representations 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for electric fields and their representations 

Page 108: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How can you calculate the electric forces exerted on an object in an electric field? 

 Represent electrical fields visually, graphically, mathematically and in words  Draw and interpret electric field lines  Calculate the net electric field at various locations from a source or a number of source objects

  

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

 Lecture/teacher modeling on applying the operational definition to determine the force exerted on a charged object in an E‐field 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Class discussion on using the operational definition of the E‐field to determine the force exerted on the object, then applying it to Newton's Laws 

Problem solving sessions involving the application of forces and fields to Newton's Laws 

Formative Assessment Tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on electric fields representations 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem Solving and Board Work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for electric fields and their representations  

Page 109: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How do you determine the electric field for a number of electrical charges? 

Represent electrical fields visually, graphically, mathematically and in words for various charge distributions  Draw and interpret electric field lines for various charge distributions  Calculate the net electric field at various locations from a source or a number of source objects for various charge distributions  Apply the charge model with electric fields lines to show how shielding can occur 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, rods of different materials (wood, metal, plastic, glass, foam insulating tubes), different fabrics (plastic, silk, wool/felt, fur), electroscopes, Wimshurst machine, Van de Graaff generator, chicken wire, Faraday cage 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Class discussion on how a number of E‐field vectors and E‐field lines are utilized for specific charge distribution.  Students will be given a variety of situations where they must determine the resulting electric field by reasoning with E‐field vectors and lines for a specific charge distribution  Students will be able to reason that a charged object held near a metal box or container will create a net E=0 inside when reasoning with the charge model and field model together Testing Experiment:  Students can use half of a soda can placed over an electroscope to test their prediction.  Use a metal can or chicken wire (an electrostatic bucket) to demonstrate electrostatic shielding 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions involving multiple representations of E‐fields, mathematical, visual and graphical 

   

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on electric fields representations 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for electric fields and their representations 

Page 110: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the difference between electric potential energy, electric potential electrical potential difference, voltage and a change in voltage? 

Distinguish between electrical potential energy, voltage, and potential difference 

Compute the electric potential for various charge distributions 

Define the electron volt and explain it as a unit of energy 

Compare electrical potential lines to the lines of a topographical map 

  

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Teacher modeling on determine the electric potential field (V‐field) is used to show the influence of energy at a specific point in space due to a source charge(s).  The instructor can draw analogies to gravitational potential energy of an object above the Earth's surface to demonstrate levels of equal potential energy between the object and earth system   The instructor and then model how the V‐field is derived for electrically charged objects in a specific system.   Voltage is the unit that measures the V‐field   The class then discusses how places with equal electrical potential can be represented and how they compare with the lines draw on a topographical map  Students should discuss and differentiate between potential difference, voltage and electrical potential energy 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions involving multiple representations of V‐fields, mathematical, visual and graphical 

   

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on electric fields and potential fields representations 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem Solving and Board Work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for electric fields and potential fields their representations 

Page 111: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How is an electric potential field represented and how does it relate to an electric field? 

Relate electrical potential fields and electrical fields together using multiple representations 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Class discussion on drawing the E‐field and V‐field for various charge distributions.   First to relate them mathematically, students will draw a V vs. x graph and an E vs. x graph for a charged particle.  Then they will write mathematical expression for each and relate the two equations to derive the expression that relates the V field to the E field   Students will discuss how electric potential fields should be represented and apply the situations to forces and energies Students should discuss and differentiate between potential difference, voltage and electrical potential energy  

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions involving multiple representations of V‐fields, mathematical, visual and graphical.  Utilizing forces and energies 

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on electric fields and potential fields representations 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem Solving and Board Work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for electric fields and potential fields their representations

Page 112: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How can you calculate the electric potential energy of a charged object? 

Distinguish between electrical potential energy, voltage, and potential difference 

Compute the electric potential and electrical potential energy for various charge distributions 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Class discussion on applying V‐fields to the conservation of energy and how charges traveling through potential fields change energy.  Each of these scenarios will be represented mathematically, visually, with a bar chart and in words  

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions involving multiple representations of V‐fields E‐fields, energy bar charts, and Newton's 2nd law, mathematical, visual and graphical.  Utilizing forces and energies 

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on electric fields and potential fields representations 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for electric fields and potential fields their representations

 

Page 113: AP Physics B - Freehold Regional High School District

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.D The conservation of energy can be demonstrated by keeping track of familiar forms of energy as they are transferred from one object to another.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces. 2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.D.a The potential energy of an object on Earth's surface is increased when the object's position is changed 

from one closer to Earth's surface to one farther from Earth's surface.  2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.D.1 Model the relationship between the height of an object and its potential energy. 2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.a The motion of an object can be described by its position and velocity as functions of time and by its 

average speed and average acceleration during intervals of time.  2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.1 Compare the calculated and measured speed, average speed, and acceleration of an object in motion, 

and account for differences that may exist between calculated and measured values.  2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.c The motion of an object changes only when a net force is applied. 2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.d The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and 

inversely on the mass of the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.4 Measure and describe the relationship between the force acting on an object and the resulting acceleration.  

 

 

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners. Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

       

Page 114: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs. Use of DataStudio (or similar programs) to collect data using motion sensors (like PASCO or Vernier) and analyze data. Create multimedia presentation to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online quizzes/use online resources like Quizlet. 

 

College and Workplace Readiness  

Read and evaluate scientific articles Self reflection Presentations of ideas and findings Solve real world problems regarding fields and their affects Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word Use problems solving skills and scientific processes 

 

Page 115: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 12- Circuits Unit 12: Circuits

 

 

Enduring Understandings: Electrical circuits provide a mechanism of transferring electrical energy. A charged body produces an electric field that mediates the interactions between the body and other charges. Energy is conserved for a closed system of objects. 

Essential Questions: How does electric potential cause the movement of electrons in an electric circuit? How do basic circuit components produce heat, light and sound from electrical energy? How does the arrangement of basic circuit components in series and parallel affect the function of those components?  How can charged particles, the electric fields they produce and the interaction between those fields be represented verbally, graphically and mathematically? How is the structure and properties of matter determined by the strength of electrical charges and electric field they produce?  What is the relationship between electrical field forces and the energy of charged particles moving within the electric field? How can the conservation of energy in a system be represented verbally, physically, graphically and mathematically?   Unit Goals: Explain and apply the concepts of electrical current, voltage and resistance. Explain and apply Ohm's Law. Analyze circuits with resistors in parallel and series circuits. Understand and apply Kirchhoff's Rules to complex circuits. Determine the electrical power transferred through circuit elements.   Recommended Duration: 2 weeks 

 

 

 

Page 116: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies  Suggested Assessments  

 What is the difference between voltage and change in voltage (potential difference)? 

Differentiate between voltage and potential difference 

Understand that the voltage on a battery is the potential difference between both the positive and negative side of the battery 

Name sources of potential differences 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware; especially, batteries (or source), wires with clips, resistors (of different resistance), multi‐meters, circuit boards, light bulbs (mini or holiday lights), diodes, various types of wires, neon light 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Class discussion on the difference between the potential difference at two specific points in space and the voltage which are the units for potential difference.  Discuss why it has become everyday language to refer to this as "voltage"  Students must also develop a water analogy to a circuit.  This analogy, students will associate a water pump analogous with a battery   Lecture/teacher modeling on a battery and its components

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions involving the circuit‐water analogy 

   

Formative assessment tasks: 

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on voltage and potential difference 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for voltage and potential difference 

Page 117: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is electrical current? 

Describe the basic properties of electric current 

Differentiate between direct current and alternating current 

Solve problems relating current, charge, and time 

Understand that the ampere is an SI base unit 

   

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware; especially, batteries (or source), wires with clips, resistors (of different resistance), multi‐meters, circuit boards, light bulbs (mini or holiday lights), diodes, various types of wires: Nichrome wire, aluminum wire, copper wire, neon light 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Through a series of Observational Labs, students develop the idea of current.  Charge one electroscope with a foam tube and fur, then take a metal wire and touch another electroscope, have students observe what happens and draw specific conclusions  Charge one electroscope with a foam tube and fur, then touch it with a neon light, have students observe the flash of light, have students observe what happens and draw specific conclusions about the experiment  

Wimshurst generator and a neon light bulb, place the bulb in between the arms of the generator and spin the generator, observe what happens, have students observe what happens and draw specific conclusions about the experiment 

Students must also develop a water analogy to a circuit.  With this analogy students will associate the flow of water with the current  Class discussion on the aforementioned experiments and how the idea of current was developed  Teacher modeling/lecture on current the concept of current, the rate of change of charge over a time interval, its unit the ampere, the history of AC and DC current (Thomas Edison vs. Westinghouse)  

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions current and the water‐analogy for current

   

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on voltage and potential difference and current 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for voltage, potential difference and current 

Page 118: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What are the factors that affect resistance? 

Recognize and understand what factors affect resistance, wire's length, cross sectional area, resistivity of a material 

Identify the type of relationship between each of these factors and the wire's resistance 

Identify the SI unit for resistance is an Ohm 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware; especially, batteries (or source), wires with clips, resistors (of different resistance), multi‐meters, circuit boards, light bulbs (mini or holiday lights), diodes, various types of wires: Nichrome wire, aluminum wire, copper wire, neon light 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Observation Experiment Resistivity Experiment: measure and compare the resistance of various lengths and cross sections of Nichrome wire and various semiconductors  Observe wires of different materials and length light up light bulbs, to see how the physical properties affect the resistivity  Class discussion on the results of the resistivity experiments.  Students must also develop a water analogy to a circuit.  This analogy students will associate the size of the pipes with the resistivity and recall fluid dynamics to relate to electrical current/resistance  Lecture/Teacher Modeling on resistance and its factors and the SI base unit Ohm  

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions involving resistances of various types of electrical components 

   

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on voltage, potential difference, current, and resistance 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for voltage, potential difference, current, resistance 

Page 119: AP Physics B - Freehold Regional High School District

When is a circuit complete? 

Recognize that circuit element for a direct current circuit must complete an entire conducting loop  Identify circuits as open or closed 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware; especially, batteries (or source), wires with clips,  light bulbs (mini or holiday lights), 

 

Observational Experiments:  Give students a battery, wire and light bulb and have students light up the light bulb  Place a 9V battery on steel wool; students should observe the steel wool burn  Class discussion students should discuss why a one way path will not light the bulb, where the idea originates and how there is a complete conducting loop  Teacher modeling/lecture:  For the battery, light bulb, wire experiment, show/diagram the complete conducting loop and show how a light bulb (traditional) is put together  Individual work, think, pair share opportunities 

Formative assessment tasks: 

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on voltage, potential difference, current, resistance and a closed loop 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for voltage, potential difference, current, resistance 

Page 120: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How can you represent a circuit and its elements? 

Recognize the symbols for a battery, resistor and wire and draw a complete closed circuit with them 

Interpret and construct circuit diagrams 

   

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware; especially, batteries (or source), wires with clips,  light bulbs (mini or holiday lights) 

 

Drawing of circuits both pictorially and schematically  Class discussion on what each symbol means  Lecture/Teacher Modeling on circuit symbols  

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions involving circuit diagrams 

Formative assessment tasks: 

Quizzes on physical representations of a circuit 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for circuits

What is conventional current and how does it differ from electron flow? 

Interpret the actual direction of charged particles in a circuit  Understand the reason for convention 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware; especially, batteries (or source), wires with clips,  light bulbs (mini or holiday lights) 

 

Observational lab or testing Experiment: Students can use the PhET simulation to either observe the direction of the electrons or predict which way they should move  Historical importance of current as positive charge movement (instead of negative electron flow)   Class discussion have student determine the direction of the charged particles in a closed circuit knowing the signs of the battery terminals

Formative assessment tasks:  

Quizzes on physical representations of a circuit 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for circuits

Page 121: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is Ohm’s Law? 

Relate current and resistance 

Relate voltage and resistance 

Calculate resistance, current, and potential difference using the definition of resistance 

Distinguish between Ohmic and non‐Ohmic materials 

   

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware; especially, batteries (or source), wires with clips, resistors (of different resistance), multi‐meters, circuit boards, light bulbs (mini or holiday lights), diodes, various types of wires: Nichrome wire, aluminum wire, copper wire, neon light, ammeter, voltmeter 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Discovering Ohm’s Law: Student plot data “collected by Georg Ohm” and find relationships between current, resistance and voltage 

Testing experiment:  Students make predictions using Ohm’s Law and set up circuit (applet or actual). Students measure the current through wire for different voltages and resistance and make conclusions based on results 

Application experiment: Students will be provided with a variety of resistors and they must determine which ones do not follow Ohm's law and why 

Class discussion on the relationship between voltage and resistance, and current and resistance, the difference between an Ohmic and non‐Ohmic resistors  Lecture/teacher modeling Ohm's Law, the difference between Ohmic and non‐Ohmic resistors 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions Ohm's law and circuit diagrams  Graphing relationship between current and resistance, current and voltage

   

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on voltage, potential difference, current, resistance and a closed loop 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for voltage, potential difference, current, resistance 

Page 122: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the difference between components in parallel and components in series? 

Differentiate between net resistance for resistors in parallel and series  Differentiate between resulting current  for resistors in parallel and series  

Calculate the equivalent resistance for a circuit of resistors in series, and find the current in and potential difference across each resistor in the circuit 

Calculate the equivalent resistance for a circuit of resistors in parallel, and find the current in and potential difference across each resistor in the circuit 

Apply Ohm’s law to determine the potential difference and current through resistors in series and parallel 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware; especially, batteries (or source), wires with clips, resistors (of different resistance), multi‐meters, circuit boards, light bulbs (mini or holiday lights), diodes, various types of wires: Nichrome wire, aluminum wire, copper wire, neon light, ammeter, voltmeter 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Observational experiments:  Series, students will line up two light bulbs in series and measure the current and voltage across each electrical element in the configuration, and a light bulb and repeat up to 5 light bulbs.  Students will then repeat for circuits in parallel  Students will mine the data and look for patterns for series and parallel  Class discussion on how the water analogy applies to electrical components in series and parallel, students must also discuss how the current and voltage are affected with configurations in parallel and series  Graphing relationship between current and resistance, current and voltage for a series circuit  Lecture/Teacher Modeling on resistors in series and parallel 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions circuits in parallel and series 

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on voltage, potential difference, current, resistance in series and parallel 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for voltage, potential difference, current, resistance, in series and parallel

Page 123: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What are Kirchhoff’s rules and how do they apply? 

Understand that the change voltage for a closed loop in each section of a circuit is zero  Understand that the sum of the currents going into a junction is the same as the sum of the currents leaving a junction  Analyze section of and mathematically evaluate entire complex circuits  Determine the voltage, current and resistance in various complex circuits 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware; especially, batteries (or source), wires with clips, resistors (of different resistance), multi‐meters, circuit boards, light bulbs (mini or holiday lights), diodes, various types of wires: Nichrome wire, aluminum wire, copper wire, neon light, ammeter, voltmeter 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Observational experiments: Students will examine the voltage across a closed loop in a circuit and add all the voltages up to discover that they sum of the voltages is equal to zero  Students can repeat the experiment with resistors in parallel and ammeters to determine how current travels into and out of a junction  Students will then work in small groups to use Kirchhoff's rules on complex circuits  Lecture/teacher modeling on Kirchhoff's rules applied to complex circuits  

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions involving Kirchhoff's rules applied to complex circuits  Application Experiment Students will apply Kirchhoff's rule to jump a dead battery in car 

   

Formative assessment tasks: 

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on Kirchhoff's rules 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for Kirchhoff's rules 

Page 124: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the total potential difference when using multiple sources? 

Determine the net voltage and resulting current of batteries in series  Determine the net voltage and resulting current of batteries in parallel 

 Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware; especially, batteries (or source), wires with clips, resistors (of different resistance), multi‐meters, circuit boards, light bulbs (mini or holiday lights), diodes, various types of wires: Nichrome wire, aluminum wire, copper wire, neon light, ammeter, voltmeter   

Observational experiments:  Using a voltmeter and batteries in series, determine the potential difference across the batteries then the current through the resulting circuit.  Students will then repeat for batteries in parallel  Class discussion the results of the experiment and differentiate batteries in series and parallel  Lecture/Teacher Modeling on batteries in series and parallel 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on Kirchhoff's rules 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for Kirchhoff's rules  

Page 125: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the difference between the EMF and terminal voltage of a battery? 

Explain and compute the internal resistance of a battery 

 Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware; especially, batteries (or source), wires with clips, resistors (of different resistance), multi‐meters, circuit boards, light bulbs (mini or holiday lights), diodes, various types of wires: Nichrome wire, aluminum wire, copper wire, neon light, ammeter, voltmeter 

Application experiment: Internal resistance of a battery.  Measure the internal resistance of a battery by comparing the open circuit voltage to the short circuit current 

Class discussion on the internal resistance of a battery  Lecture/teacher modeling on internal resistance of a battery  

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions on the internal resistance of a battery in a simple circuit 

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on Kirchhoff's rules 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for Kirchhoff's rules  

Page 126: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the difference between a voltmeter and ammeter? 

Recognize ammeters measure current and are connected in series with the circuit element  Recognize voltmeters measure voltage across a circuit and are connected in parallel with the circuit element 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware; especially, batteries (or source), wires with clips, resistors (of different resistance), multi‐meters, circuit boards, light bulbs (mini or holiday lights), diodes, various types of wires: Nichrome wire, aluminum wire, copper wire, voltmeters, ammeters 

 

Lecture/teacher modeling on how to use voltmeters and ammeters  Class discussion on why voltmeters are in parallel and ammeters are in series.  Problem solving sessions involving the application of ammeters and voltmeters 

Formative assessment tasks: 

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on Kirchhoff's rules 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for Kirchhoff's rules   

Page 127: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is electric power? 

Relate power to current and voltage  Relate electric power to the rate at which electrical energy is converted to other forms of energy 

Calculate electric power 

Given a power rating determine the resistance of the electrical element 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware; especially, batteries (or source), wires with clips, resistors (of different resistance), multi‐meters, circuit boards, light bulbs (mini or holiday lights), diodes, various types of wires: Nichrome wire, aluminum wire, copper wire, neon light 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Application experiment:  Given light bulbs is series instead of parallel predict the power output and relate it to the brightness of the bulb.    Class discussion:  students will derive an expression for power using electrical potential energy, time, voltage and current    Teacher Modeling/lecture will discuss the expression for power using electrical potential energy, time, voltage and current 

Individual work, Think, Pair, Share opportunities 

Problem solving sessions on electrical power and circuits 

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on electrical power 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for electrical power 

  

 

Page 128: AP Physics B - Freehold Regional High School District

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.C Knowing the characteristics of familiar forms of energy, including potential and kinetic energy, is useful in coming to the understanding that, for the most part, the natural world can be explained and is predictable.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.D 

The conservation of energy can be demonstrated by keeping track of familiar forms of energy as they are transferred from one object to another.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces.      

 

 

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners. Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

 

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs. Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation. Create multimedia presentation to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

 

 

Page 129: AP Physics B - Freehold Regional High School District

College and Workplace Readiness   

Read and evaluate scientific articles Self reflection Presentations of ideas and findings Solve real world problems regarding circuits and electricity Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word Use problems solving skills and scientific processes Time management and efficiency 

 

 

 

Page 130: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 13- Capacitors & RC Circuits Unit 13: Capacitors & RC Circuits  

Enduring Understandings: Electrical circuits provide a mechanism of transferring electrical energy. A charged body produces an electric field that mediates the interactions between the body and other charges. Energy is conserved for a closed system of objects. 

Essential Questions: How does electric potential cause the movement of electrons in an electric circuit? How do basic circuit components produce heat, light and sound from electrical energy? How does the arrangement of basic circuit components in series and parallel affect the function of those components?  How can charged particles, the electric fields they produce and the interaction between those fields be represented verbally, graphically and mathematically? How is the structure and properties of matter determined by the strength of electrical charges and electric field they produce?  What is the relationship between electrical field forces and the energy of charged particles moving within the electric field? How can the conservation of energy in a system be represented verbally, physically, graphically and mathematically?   Unit Goals: Explain and apply the concepts of electrical current, voltage and resistance. Explain and apply Ohm's Law. Analyze circuits with resistors in parallel and series. Understand and apply Kirchhoff's Rules to complex circuits. Determine the electrical power transferred through circuit elements. 

 Recommended Duration: 1 weeks 

 

 

 

Page 131: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies  Suggested Assessments  

What is a capacitor and why is it used? 

Describe the electric field that occurs between two parallel oppositely charged plates    Describe where a capacitor can be used 

Variety of lab equipment that may be used throughout the year.  Including but not limited to meter sticks, timers, scales of various sorts, rods of different materials (wood, metal, plastic, glass, foam insulating tubes), different fabrics (plastic, silk, wool/felt, fur), electroscopes, Wimshurst machine, Van de Graaff generator, foil, capacitors of various types, disposable camera, old keyboard 

Teacher and student editions of text approved by the district 

Scientific calculator 

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions 

 

Observational lab:  Connect and RC circuit to a battery with an ammeter and a voltmeter in parallel with the capacitor throw the switch and record as the capacitor charges.  Have students use multiple representations of current vs. time, voltage vs. time and pictures to describe what happens to the capacitor. Afterwards replace the battery with a light and discharge the capacitor  Student discussion on how a capacitor works, what it does and itspurpose  Demonstrations of a capacitor in an old disposable camera and old keyboard 

Building capacitors students build their own capacitor using plastic cups, aluminum foil and a source of charge (comb through hair) Test to see if it works‐ When students complete the circuit, they will get small shock 

   

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on RC circuits 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for RC circuits 

Page 132: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How can you 

calculate the 

value of an 

object’s 

capacitance? 

Relate the stored 

charge, voltage and 

capacitance 

Solve problems 

relating the 

capacitance of a 

capacitor to the 

applied potential 

difference 

Explain how the 

dimensions/plates 

separation affect 

capacitance 

Explain how dielectrics 

affect capacitance 

Internet resources 

Activphysics online 

Electric/Potential Fields Capacitors 

Capacitor Lab 

DC Circuit Lab 

Charge and Field Lab 

ASU Modeling Capacitors/Fields 

 

 

Teacher modeling/lecture on the 

dimensions of a capacitor, how it 

functions and where it is applied 

 

Observation Lab 

 

Capacitor Lab: students can explore 

the dimensions of a capacitor, how 

dielectrics affect the capacitor, and 

how they are related quantitatively 

 

Student problem solving sessions on 

capacitance, stored charge, voltage, 

electric field and dielectric constant 

Formative assessment 

tasks:  

Lab write‐ups of possible 

explanations and 

conducted experiments; 

Interactive white board 

presentation of data and 

subsequent discussion; 

data collection and 

analysis 

Quizzes on RC circuits 

Homework (collected, 

checked, gone over in 

class) 

Closure‐ 

“What have I learned 

today and why do I believe 

it?”; “How does this relate 

to...?” 

Problem solving and board 

work, Represent and 

Reason, Jeopardy 

Questions, Write your own 

physics problem for RC 

circuits 

Page 133: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How can you 

calculate the 

amount of 

energy stored in 

a capacitor? 

Relate capacitance to 

the storage of 

electrical potential 

energy in the form of 

separated charges 

 Internet resources 

Activphysics online 

Electric/Potential Fields Capacitors 

Capacitor Lab 

DC Circuit Lab 

Charge and field Lab 

ASU Modeling Capacitors/Fields 

 

Teacher modeling/lecture on how 

capacitance relates to stored 

electrical potential energy and how 

it stays stored 

 

Observation Lab 

 

Capacitor Lab: how energy relates 

to a capacitor 

 

Student problem solving sessions on 

capacitance, stored charge, voltage, 

electric field and dielectric constant 

Formative assessment 

tasks:  

Lab write‐ups of possible 

explanations and 

conducted experiments; 

Interactive white board 

presentation of data and 

subsequent discussion; 

data collection and 

analysis 

Quizzes on RC circuits 

Homework (collected, 

checked, gone over in 

class) 

Closure‐ 

“What have I learned 

today and why do I believe 

it?”; “How does this relate 

to...?” 

Problem solving and board 

work, Represent and 

Reason, Jeopardy 

Questions, Write your own 

physics problem for RC 

circuits 

Page 134: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How does a capacitor function in a steady state circuit? 

Determine the equivalent capacitance for series and parallel capacitors 

Determine how charge is divided between capacitors in parallel and explain why the voltage is the same. 

Determine the ratio of voltages for capacitors in series and explain why the charge is the same 

 Internet resources 

Activphysics online‐  

Electric/Potential Fields Capacitors 

Capacitor Lab 

DC Circuit Lab 

Charge and field Lab 

ASU Modeling Capacitors/Fields 

 

Observational LabConnect and RC circuit to a battery with an ammeter and a voltmeter in parallel with the capacitor, throw the switch and record as the capacitor charges.  Have students use multiple representations of current vs. time, voltage vs. time and pictures to describe what happens to the capacitor.  Have students determine the amount of stored charge, voltage and charge on a capacitor.  Observation Lab  Capacitor Lab: students examine how circuit rules relate to capacitors in parallel and series.   RC Circuits measure the capacitance of a large value, parallel plate capacitor by discharging the capacitor through a known load resistance.  Class discussion as to why the charge remains the same in series while the voltage is split between each capacitor in series and why the voltage stays the same in parallel while the charge splits up to each capacitor depending on the value.  Teacher modeling/lecture on the junction rule and loop rule applied to steady state RC circuits  Student problem solving on the junction rule and loop rule applied to steady state RC circuits 

   

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on RC circuits 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for RC circuits 

Page 135: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is an RC circuit and what is the role of time? 

Examine the charge/discharge of a capacitor in an RC circuit 

Examine the charge and voltage of a capacitor in a steady state circuit 

Internet resources  Activphysics online‐   Electric/Potential Fields Capacitors  Capacitor Lab  DC Circuit Lab  Charge and field Lab  ASU Modeling Capacitors/Fields    

 Observational Lab Connect and RC circuit to a battery with an ammeter and a voltmeter in parallel with the capacitor, throw the switch and record as the capacitor charges.  Have students use multiple representations of current vs. time, voltage vs. time and pictures to describe what happens to the capacitor.  Afterwards replace the battery with a light and discharge the capacitor  Student discussion on how a capacitor works, what it does and its purpose  Demonstrations of a capacitor in an old disposable camera and old keyboard 

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on RC circuits 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for RC circuits 

  

  

Page 136: AP Physics B - Freehold Regional High School District

 

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.C Knowing the characteristics of familiar forms of energy, including potential and kinetic energy, is useful in coming to the understanding that, for the most part, the natural world can be explained and is predictable.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.D The conservation of energy can be demonstrated by keeping track of familiar forms of energy as they are transferred from one object to another.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces.      

 

 

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners. Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

 

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs. Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation. Create multimedia presentation to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

 

Page 137: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 14- Electromagnetism

Unit 14: Electromagnetism

Enduring Understandings:

Magnetic fields are produced by permanent magnets and electric currents, which mediate interactions between magnetic materials and moving charges.

Essential Questions:

How can magnets and the magnetic field they produce be represented verbally, graphically and mathematically?

How can the relationship between electric currents and magnetic fields be represented physically, graphically and mathematically?

What conditions are required in order to induce an electric current from a magnetic field, and vice versa?

Unit Goals:

Determine the forces exerted on a charged particle traveling in a magnetic field.

Determine the forces exerted on a current carrying wire in a magnetic field.

Apply electromagnetic interactions to Newton's Laws.

Explain electromagnetic induction with Faraday's Law and Lenz's law.

Explain the concept of flux.

Recommended Duration: 3 weeks

Page 138: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical/Questions Content/Themes/Skills Resources and Materials Suggested Strategies Suggested

Assessments

What is a magnetic field?

For given situations, predict whether magnets will repel or attract each other

Describe the forces exerted between two magnetic poles

Apply and be able to explain magnetic field lines that represent a magnetic field

Describe and draw the Earth’s magnetic field relative to the geographical poles

Variety of lab equipment that may be used throughout the year. Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware, especially, Magnets (horseshoe, ceramic, neodymium, bar, lodestones), materials with magnetic properties, compasses, plastic swivel (or string to allow magnet to spin freely), magnetic field viewer (iron filings or other) galvanometer, hand crank generator

Teacher and student editions of text approved by the district

Scientific calculator

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions

Internet resources Electromagnetism Magnets and Compass Faraday's Electromagnetic Lab Faraday's Law Magnets and Electromagnets Generator ActivPhysics online

Observations of magnets interacting with other magnets (horseshoe, bar, neodymium, lodestones, ceramic, circular, fridge magnets)

Magnetic interactions with ceramic ring magnets with opposite poles facing each other on a pencil (seem to levitate) associate distance between magnets and force, compare magnetic force to electric force and gravitational force

Magnetic field viewer (iron fillings in clear plastic container or mini compasses brought next to magnet

Allow bar magnet to swivel freely on stand or from string, find the polarity of Earth

Using magnetic field line, describe the poles of a magnet

Discuss the Earth’s polarity switching and possible problems that may occur (communication and navigation)

Observations of magnets interacting with other magnets (horseshoe, bar, neodymium, lodestones, ceramic, circular, fridge magnets)

Magnetic interactions with ceramic ring magnets with opposite poles facing each other on a pencil (seem to levitate) associate distance between magnets and force, compare magnetic force to electric force and gravitational force

Magnetic field viewer (iron fillings in clear plastic container or mini compasses brought next to magnet

Allow bar magnet to swivel freely on stand or from string, find the polarity of Earth Discuss the Earth’s polarity switching and possible problems that may occur (communication and navigation) The aforementioned experiments can be done using the PhET simulations: specifically Magnets and Compass Faraday's Electromagnetic Lab Class discussion on magnetic field representations Lecture/teacher modeling on magnetic field representations Individual work, Think, Pair, Share opportunities Problem solving sessions on magnetic field representations

Formative assessment tasks:

Lab write-ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis

Quizzes on magnetic fields

Homework (collected, checked, gone over in class)

Closure- “What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for magnetic fields

Page 139: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What are the

characteristics and

differences between

ferromagnetic,

paramagnetic and

diamagnetic materials?

Describe and draw the

magnetic field for a

permanent magnet

Explain why some materials

are magnetic and some are

not

Discuss the role of magnetic

moment

College Physics: A Strategic

Approach

Kinght, Jones and Field

section 24.8

Demonstrations/lecture/teacher modeling on magnetic moment, and the differences on ferromagnetic, paramagnetic and diamagnetic materials Class discussion on differentiating between ferromagnetic, paramagnetic and diamagnetic materials

Quizzes on magnetic fields

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for magnetic fields

What happens to a charged

particle traveling in a

magnetic field?

Demonstrate knowledge of

magnetic fields, their

generations, orientation and

effect upon charged, moving

particles

Use the right-hand rule (for

positive charged particle,

left for negative) to find the

direction of the force on a

charge moving through a

magnetic field

Variety of lab equipment

that may be used

throughout the year.

Including but not limited to

meter sticks, timers, scales

or various sorts, and

glassware, especially,

Magnets (horseshoe,

ceramic, neodymium, bar,

lodestones), materials with

magnetic properties,

compasses, plastic swivel

(or string to allow magnet

to spin freely), magnetic

field viewer (iron filings or

other) galvanometer, hand

crank generator

Teacher and student

editions of text approved

by the district

Scientific calculator

Possibly a math book for

algebraic reference and

example problems for

conversions.

Internet resources

Electromagnetism

Observational experiment:

Students will use a Cathode Ray tube to show a beam of

electrons. Students will then use a bar magnet to deflect the

stream of electrons. Students will observe the deflection of

electrons and devise a rule between the charged particle,

direction of the magnetic field and the force exerted on the

particle

Class discussion on the three dimensional nature of the

relationship between the charge, magnetic field and the

direction of the velocity, discuss the differences between a

positive and negatively charged particle and how the

electromagnetic force is exerted

Lecture/teacher modeling on charged particles moving in a

magnetic field

Individual work, Think, Pair, Share opportunities

Problem solving sessions applying Newton's laws to the force

exerted on a moving charged particle, application of the right

hand (and left hand) rule, applications to circular motion

Formative assessment tasks:

Lab write-ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis

Quizzes on charged particles moving in a magnetic field

Homework (collected, checked, gone over in class Closure-“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem on charged particles moving in a magnetic field

Page 140: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the relationship

between a current carrying

wire and the strength of the

magnetic field?

How is the Right Hand Rule

used to figure out the

direction of force, field, and

current?

What is the difference

between the Right Hand Rule

and the Left Hand Rule?

Determine the relationship

between magnetic field and

current

Determine direction and

magnitude of the force exerted

on a wire carrying current in a

magnetic field

Relate the expression for a

current carrying wire to a

charge particle moving in a

magnetic field

Determine the direction of the

forces exerted between two

current carrying wires

Variety of lab equipment that may be used throughout the year. Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware, especially, Magnets (horseshoe, ceramic, neodymium, bar, lodestones), materials with magnetic properties, compasses, plastic swivel (or string to allow magnet to spin freely), magnetic field viewer (iron filings or other) galvanometer, hand crank generator

Teacher and student editions of text approved by the district

Scientific calculator

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions.

Internet resources Electromagnetism

Observations for Faraday’s Law: place current carrying wire near compass and observe affects of wire on compass. Switch the direction of the current and make observations

Observations for Right Hand Rule: place a wire inside horseshoe magnet and observe direction of force (wire “jumps”) when current is allowed to flow through wire

Lab activities: Magnetic Field due to current carrying wires predicts the magnetic field around as a function of distance around a current carrying wire. Measure the forces exerted between two current carrying wires

Derivation of the mathematical expression of a the force exerted on an current carrying wire in a magnetic field, from the expression of the force of a charged particle traveling in a magnetic field, followed by a rectification of the directions, positive charge direction vs. negative

Lecture/teacher modeling right (left) hand rule, application of forces exerted by magnetic fields on charged particles

Individual work, Think, Pair, Share opportunities

Problem solving sessions applying Newton's laws to the force exerted on a moving charged particle, application of the right hand (and left hand) rule, applications to other current carrying wires

Formative assessment tasks:

Lab write-ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis

Quizzes on current carrying wire in a magnetic field

Homework (collected, checked, gone over in class)

Closure- “What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem on a current carrying wire in a magnetic field

Page 141: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the magnetic field around a solenoid?

Use the right hand rule to describe the magnetic field around a solenoid

Variety of lab equipment that may be used throughout the year. Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware, especially, Magnets (horseshoe, ceramic, neodymium, bar, lodestones), materials with magnetic properties, compasses, plastic swivel (or string to allow magnet to spin freely), magnetic field viewer (iron filings or other) galvanometer, hand crank generator

Small group activities students will work together to determine the magnetic field of a solenoid and how it will affect charged particles that pass it Problem solving sessions applying Newton's laws to the force exerted on a moving charged particle, application of the right hand (and left hand) rule, applications to other current carrying wires

Formative assessment tasks: Lab write-ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis Quizzes on charged particles moving in a magnetic field Homework (collected, checked, gone over in class) Closure-“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?”

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem on charged particles moving in a magnetic field

What is flux?

Describe what a cross sectional area is Differentiate between various changes in magnetic fields or cross sectional areas

Variety of lab equipment that may be used throughout the year. Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware, especially, Magnets (horseshoe, ceramic, neodymium, bar, lodestones), materials with magnetic properties, compasses, plastic swivel (or string to allow magnet to spin freely), magnetic field viewer (iron filings or other) galvanometer, hand crank generator

Teacher and student editions of text approved by the district

Scientific calculator

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions. Internet resources (such as: Electromagnetism Magnets and Compass Faraday's Electromagnetic Lab Faraday's Law Magnets and Electromagnets Generator

ActivPhysics online

Small group work and class discussion on the concept of flux and how the magnetic field changes the amount of flux, students must differentiate between flux and changes in flux

Lecture/teacher modeling mathematically determine flux

Individual work, Think, Pair, Share opportunities

Problem solving sessions involving flux

Formative assessment tasks:

Quizzes on magnetic flux

Homework (collected, checked, gone over in class)

Closure-

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?”

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem

on magnetic flux

Page 142: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the relationship between a change in flux and a closed conducting path?

Understand and apply Faraday’s Law to electromagnets

Understand and apply Lenz’s law to determine the direction of an induced current

Relate Lenz's law to Faraday's Law

Describe the conditions necessary for a current to be induced in a wire

Explain how a magnetic field can produce an electric current

Determine the induced emf in a conducting bar

Variety of lab equipment that may be used throughout the year. Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware, especially, Magnets (horseshoe, ceramic, neodymium, bar, lodestones), materials with magnetic properties, compasses, plastic swivel (or string to allow magnet to spin freely), magnetic field viewer (iron filings or other) galvanometer, hand crank generator

Teacher and student editions of text approved by the district

Scientific calculator

Possibly a math book for algebraic reference and example problems for conversions.

Internet resources (such as: Electromagnetism Magnets and Compass Faraday's Electromagnetic Lab Faraday's Law Magnets and Electromagnets Generator ActivPhysics online

Observations for induced current:

Coil of wire connected to galvanometer with magnet moving through coil (change in magnetic field induces change in electric field which produces current). Students are to conduct experiments where the direction of the magnetic field is varied, the cross-sectional area of the wire is varied, and the number of loops on the wire is varied. From these experiments students can decipher patterns to describe Lenz’s law and faraday's law

Eddy Current

Students drop small object down vertically held copper pipe and time how long it takes for the object to appear at the bottom. Drop neodymium magnet down pipe and time how long it takes for the object to appear at the bottom. Students draw free body diagrams for each case and compare the accelerations of the objects. Students use Faraday’s and Lenz’s Laws to explain their observations

Students must pay attention to note that it is the changes in flux that induce the current, not that there is flux Small group work and class discussion on the changes in flux are what induce the current, and how this relates to AC current

Lecture/teacher modeling Lenz's Law and Faraday's law

Individual work, Think, Pair, Share opportunities

Problem solving sessions involving Faraday's Law to Lenz's, the induced current in a conducting bar.

Formative assessment tasks:

Lab write-ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis

Quizzes on induction

Homework (collected, checked, gone over in class)

Closure-

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?”

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem on induction

Page 143: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is an electromagnet

and how is it made?

Examine how a solenoid and

magnetic object can create

an electromagnet

Variety of lab equipment

that may be used

throughout the year.

Including but not limited to

meter sticks, timers, scales

or various sorts, and

glassware, especially,

Magnets (horseshoe,

ceramic, neodymium, bar,

lodestones), materials with

magnetic properties,

compasses, plastic swivel

(or string to allow magnet

to spin freely), magnetic

field viewer (iron filings or

other) galvanometer, hand

crank generator

Teacher and student

editions of text approved

by the district

Scientific calculator

Possibly a math book for

algebraic reference and

example problems for

conversions.

Internet resources (such

as: Electromagnetism

Magnets and Compass

Faraday's Electromagnetic

Lab

Faraday's Law

Magnets and

Electromagnets

Generator

Small group activity: students will design an electromagnet

using a solenoid, iron nail and battery.

Formative

assessment tasks:

Lab write-ups of

possible explanations

and conducted

experiments;

Interactive white

board presentation of

data and subsequent

discussion; data

collection and

analysis

Quizzes on induction

Homework (collected,

checked, gone over in

class)

Closure-

“What have I learned

today and why do I

believe it?”; “How

does this relate to...?”

Problem solving and

board work,

Represent and

Reason, Jeopardy

Questions, Write your

own physics problem

on induction

Page 144: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the electromotive force?

Explain what an electromotive force is Associate with potential difference. Explain the potential difference of a conducting bar traveling through a magnetic field.

Internet resources (such as: http://paer.rutgers.edu/pt3 Electromagnetism

http://phet.colorado.edu Magnets and Compass Faraday's Electromagnetic Lab Faraday's Law Magnets and Electromagnets Generator

Small group activity: students will explain why and determine the potential difference induced on a conducting bar through a magnetic field and apply knowledge of Newton's laws and electromagnetism to explain it.

Lecture/teacher modeling Lenz's Law and Faraday's law.

Individual work, Think, Pair, Share opportunities

Problem solving sessions involving Faraday's Law to Lenz's, the induced current in a conducting bar.

Formative assessment tasks:

Lab write-ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis

Quizzes on induction

Homework (collected, checked, gone over in class)

Closure- “What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem on induction

What is the difference between a motor and a generator and how do they work?

Describe how an electric motor and electric generators work as well as how electromagnetic induction works for devices such as doorbells and galvanometers. Describe how an ammeter and voltmeter work.

Variety of lab equipment that may be used throughout the year. Including but not limited to meter sticks, timers, scales or various sorts, and glassware, especially, Magnets (horseshoe, ceramic, neodymium, bar, lodestones), materials with magnetic properties, compasses, plastic swivel (or string to allow magnet to spin freely), magnetic field viewer (iron filings or other) galvanometer, hand crank generator http://phet.colorado.edu Faraday's Electromagnetic Lab Generator

Building Motors

Students build a simple motor using battery, small coil of wire, and magnet. Students relate parts of simple motor to more complex electric motor and generators. Students answer questions on motors

Formative assessment tasks:

Lab write-ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis

Quizzes on induction Homework (collected, checked, gone over in class) Closure-“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?”

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem on induction

Page 145: AP Physics B - Freehold Regional High School District

2010 College- and Career-Readiness Standards and K-12 English Language Arts

Grades 11-12 Literacy in Science and Technical Subjects

LA.11-12.RST Reading

2010 College- and Career-Readiness Standards and K-12 English Language Arts

Grades 11-12 Literacy in Science and Technical Subjects

LA.11-12.WHST

Writing

2009 Science Grades: 9-12 SCI.9-12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence-based, model-building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.

2009 Science Grades: 9-12 SCI.9-12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.

2009 Science Grades: 9-12 SCI.9-12.5.2.12.C

Knowing the characteristics of familiar forms of energy, including potential and kinetic energy, is useful in coming to the understanding that, for the most part, the natural world can be explained and is predictable.

2009 Science Grades: 9-12 SCI.9-12.5.2.12.D

The conservation of energy can be demonstrated by keeping track of familiar forms of energy as they are transferred from one object to another.

2009 Science Grades: 9-12 SCI.9-12.5.2.12.E

It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces.

2009 Science Grades: 9-12 SCI.9-12.5.2.12.E.a

The motion of an object can be described by its position and velocity as functions of time and by its average speed and average acceleration during intervals of time.

2009 Science Grades: 9-12 SCI.9-12.5.2.12.E.c

The motion of an object changes only when a net force is applied.

2009 Science Grades: 9-12 SCI.9-12.5.2.12.E.d

The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and inversely on the mass of the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.

2009 Science Grades: 9-12 SCI.9-12.5.2.12.E.4

Measure and describe the relationship between the force acting on an object and the resulting acceleration.

Differentiation

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students.

Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students.

Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners.

Provide choice to students for groups selections and roles in the groups.

Provide modeling, where possible.

Provide real-life or cross-curricular connections to the material.

Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting

conclusions).

Page 146: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Technology

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs.

Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation.

Create multimedia presentation to present findings and report conclusions.

Online Applets to predict and test models for motion.

Upload files to course website/moodle.

Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.).

College and Workplace Readiness

Read and evaluate scientific articles

Self reflection

Presentations of ideas and findings

Solve real world problems regarding magnetism

Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word

Use problems solving skills and scientific processes

Time management and efficiency

Page 147: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 15- Simple Harmonic Motion Unti 15: Simple Harmonic Motion  

Enduring Understandings: Simple harmonic motion is a transform of energy within a system such as an oscillating spring or pendulum.   Essential Questions: What constitutes something that is in simple harmonic motion? How can the unknown variables of an object in simple harmonic motion be predicted with given quantities? 

Unit Goals: Students will understand the characteristics and properties of systems in simple harmonic motion.   Recommended Duration: 1 Week 

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies Suggested Assessments  

  

 Reinforce and continuously use scientific method and critical thinking processes 

Make predictions, design and perform experiments to test models developed. 

Teacher and student editions of text approved by the district Supplemental materials such as: Physics Union Mathematics (PUM) Dick & Rae's Physics Demo Book Demo A Day Physics Toolbox Schaum's Outlines   Scientific/graphing calculators   Math book for algebraic and calculus reference and examples   Lab equipment   Data collection and analysis hardware and software   Interactive white boards   Access to Computers and internet for sources    Videos (internet, DVD and VHS) 

Interactive white board  Group and individual work (Think, Pair, Share)   Class discussion with teacher guidance   Reading and outlining text/notes   Teacher modeling and student practice   Lab activities 

Pre‐tests/diagnostics  Lab activities and    Reports (Performance, Presentations, Write Ups)   Quizzes   Checks for proper use of terms and ideas   Closures ("What have I learned today?", "Why do I believe it?", "ABC cards", "How does this relate to...?", "What still remains unclear?"  Homework   Review   Journaling (reflections and self evaluations)   AP Exam Sample Problems   Test

Page 148: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What conditions are necessary for an object to be in simple harmonic motion?   What is simple harmonic motion and how does it differ from periodic motion? 

Identify the conditions of simple harmonic motion   Explain how force, velocity, and acceleration chance as an object vibrates with simple harmonic motion  

Springs, pendulums, rotating objects, objects in circular motion   Videos of objects undergoing simple harmonic motion and periodic motion   Textbook and supplemental materials 

Observe objects oscillating and going through cycles. Identify common traits   Compare and contrast the motion of springs oscillating, pendulums swinging, rotating objects and objects moving in circles   Class discussion 

Closure‐ Identify motion in a scenario as periodic, simple harmonic or other type of motion   Check for proper use of terms and ideas 

How can the spring constant be found using Hooke's Law?   What is the relationship between the restoring force and displacement? 

Calculate the spring's restoring force and spring constant using Hooke's Law   Identify the amplitude of vibration based on other variables 

Springs with different spring constants, hanging objects of different mass, rulers or meter sticks   Calculators   Graphing program/paper 

Measure change in length caused by an external force (addition of hanging mass) and plot variables on graph. Add trend line and find slope   Use slope to predict stretch when using a given external force. Test with hanging object of given mass and ruler   Use other springs to find individual spring constants 

Present findings for other springs and their constants  Closure & reflections   Homework & practice   Quiz‐ Hooke's Law 

Page 149: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How are frequency and period related?  How can the frequency and period be calculated using simple harmonic motion? 

Recognize that frequency and period are reciprocals  Calculate the period and frequency of an object vibrating with simple harmonic motion 

Springs of different length, constant, different massed objects, vertical and horizontal set ups, nearly frictionless surface and support rods with hooks, string, protractors, different mass pendulum bobs, data of gravitational field strength and period at different altitudes and latitudes on Earth   Motion sensors, computers and data analysis software, graphing programs or paper, presentation software   Textbook or supplemental material   Interactive white board   Calculators 

Collect data from oscillating springs. Determine what factors affect the period of oscillation for a spring   Collect data from swinging pendulum. Determine what factors affect the period of oscillation for a pendulum.  Different groups can have different variables to check.    Teacher model & student practice   Class discussion   Derive mathematical expressions using oscillating spring and swinging pendulum   Find relationship between period and frequency using derived expressions   Predict and test for period of pendulums and springs using motion sensors that collect data to calculate period 

Present findings (ex. multimedia presentation)   Practice problems   Quiz‐ Period of a pendulum Quiz‐ Period of a spring   Lab report 

Page 150: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How can energy be used to explain simple harmonic motion? 

Apply energy to simple harmonic motion   Determine the type(s) of energy an oscillating system has at different points along its path 

Online simulations and applets   Textbook or supplemental material   Calculators   Graph paper   Interactive white board 

Teacher model & student practice   Analyze the motion of a system in simple harmonic motion and determine locations of max and min (or no) acceleration, velocity, displacement and relate to different types of energy.   Graph transform of energy within the oscillating system,  changes in velocity over time, acceleration over time and displacement over time. Interpret the mean of the graphs as it relates to motion, forces and energy over time.  Draw energy bar charts for given scenarios   Calculate and solve for unknown variable  Class discussion 

Closure & reflection   Homework & practice   Quiz‐ Spring Energy   Quiz‐ Conservation of energy within and oscillating system   Problem solving  

  

 

Page 151: AP Physics B - Freehold Regional High School District

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.C Knowing the characteristics of familiar forms of energy, including potential and kinetic energy, is useful in coming to the understanding that, for the most part, the natural world can be explained and is predictable.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.D 

The conservation of energy can be demonstrated by keeping track of familiar forms of energy as they are transferred from one object to another.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐

12.5.2.12.E.a The motion of an object can be described by its position and velocity as functions of time and by its average speed and average acceleration during intervals of time.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.b 

Objects undergo different kinds of motion (translational, rotational, and vibrational). 

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.c 

The motion of an object changes only when a net force is applied. 

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.d 

The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and inversely on the mass of the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.  

      

 

 

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners. Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

 

 

 

 

 

Page 152: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs. Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation. Create multimedia presentation to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

College and Workplace Readiness  

Read and evaluate scientific articles Self reflection Presentations of ideas and findings Solve real world problems regarding motion of oscillating systems Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word Use problems solving skills and scientific processes Time management and efficiency 

 

 

 

Page 153: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 16- Mechanical Waves  

Unit 16: Mechanical Waves   

Enduring Understandings: Waves, including sound and seismic waves, waves on water, and light waves, have energy and can transfer energy when they interact with matter. 

Sound is a transfer of energy through a medium in the form of a compression wave. 

Mechanical waves require a medium in order to propagate. 

Essential Questions: How do waves transfer energy without transferring matter? 

How can waves be categorized?  

What do these categories of waves depend on? 

What are the characteristics of all waves? 

What is sound? 

What is the relationship between perceive qualities and physical quantities of sound? 

What is the Doppler Effect? 

Unit Goals: Students will understand the characteristics and properties of wave motion and mechanical waves, including sound.   Recommended Duration: 2‐3 weeks   

Page 154: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies Suggested Assessments  

  

 Reinforce and continuously use scientific method and critical thinking processes 

Make predictions, design and perform experiments to test models developed 

 Teacher and student editions of text approved by the district Supplemental materials such as: Physics Union Mathematics (PUM) Dick & Rae's Physics Demo Book Demo A Day Physics Toolbox Schaum's Outlines   Scientific/graphing calculators   Math book for algebraic and calculus reference and examples   Lab equipment   Data collection and analysis hardware and software   Interactive white boards   Access to Computers and internet for sources    Videos (internet, DVD and VHS) 

Interactive white board   Group and individual work (Think Pair Share)   Class discussion with teacher guidance   Reading and outlining text/notes   Teacher modeling and student practice   Lab activities 

Pre‐tests/diagnostics   Lab activities and    Reports (Performance, Presentations, Write Ups)   Quizzes   Checks for proper use of terms and ideas   Closures ("What have I learned today?", "Why do I believe it?", "ABC cards", "How does this relate to...?", "What still remains unclear?"  Homework   Review   Journaling (reflections and self‐evaluations)   AP Exam Sample Problems   Test  

Page 155: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What are the parts of a wave? 

Draw and label the parts of a wave   Recognize key terms for the parts of a wave 

Rope, extra long slinky (or spring), wave demonstrator   Online video or simulation   White board

Observe disturbance travel through different materials   Draw wave and label important parts of wave 

Quiz‐ Parts of a wave 

What is the difference between a "snapshot" wave and a particle's periodic wave motion? 

Distinguish local particle vibrations from overall wave motion   Plot and analyze displacement vs. position and displacement vs. time graphs 

Rope, extra long slinky, wave demonstrator   Online video or simulation   Interactive white boards   Graph paper 

Analyze the motion of one point on the material as the disturbance travels through it. Graph the displacement from the equilibrium position over time.   Analyze many points of the material as the disturbance travels through it at one moment of time. Graph the displacement from equilibrium over the entire medium. Compare the two graphs and interpret their meanings.   Find important values using the graphs (such as amplitude, wavelength, period, etc)

Closure & Reflection   Quiz‐ Interpreting graphs of a wave   Homework & Practice 

What is the difference between a pulse, a periodic wave, and a traveling wave?   What is the difference between longitudinal and transverse waves?   How many ways can a wave be categorized?   What does the categorizing depend on? 

Differentiate between pulse waves, traveling waves, and periodic waves  Compare and contrast longitudinal and transverse waves   Interpret waveforms of transverse and longitudinal waves 

Rope, extra long slinky, wave demonstrator   Video or simulation   Interactive white boards   Textbook or supplemental material 

Demonstration of different types of waves‐ pulse disturbance, periodic disturbance, transverse and longitudinal, fix end, flexible end, and no end.   Observe different waves and identify difference   Class discussion 

Closure‐ Identifying types of wave from given scenario   Homework & Practice 

Page 156: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How can the speed of a wave be calculated? 

Use kinematics to derive an expression for the speed of a wave  Apply the relationship between wave speed, frequency and wavelength to solve problems 

Rope, extra long slinky, wave demonstrator, meter stick or measuring tape, stopwatch or timer   Video or simulation   Calculator 

Observe the difference in speed of a disturbance through different materials.   Apply kinematics and the rate of motion to waves   Calculate the speed of a disturbance within different materials   Determine if the amplitude of the disturbance affects the speed at which it travels (small groups)   Use graphs and other physical representations to gather information and to calculate speed of a wave 

Present findings   Check for proper use of terms and ideas   Closure & Reflection    Practice Problems   Quiz‐ Speed of a wave 

What are the characteristics of a wave?   What is reflection?   What is refraction?   What is diffraction?   What is interference? 

Identify the characteristics of waves (reflection, refraction, diffraction and interference)   Predict when a reflected wave will be inverted 

Ripple tank(s) or overhead projector ripple tank, wave generator with adjustable frequency and amplitude, overhead light source, paper for tracing waves, transparent barriers and apertures, colored pencils, protractors, rulers, stopwatches.   Textbook or supplemental material   Calculators 

Use ripple tanks to observe wave interactions with barriers and changes in mediums. Describe and trace wave fronts as projected on paper below tank   Answer questions about angles of incidence and angles of reflection and refraction, spread angles and locations of interference. 

Lab Report   Quiz‐ Law of ReflectionQuiz‐ Refraction Quiz‐ Diffraction Quiz‐ Interference Patterns   Homework & Practice  Closure & Reflections 

Page 157: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How does energy relate to the amplitude of the wave?   How can you determine the amplitude of a wave from a graph of displacement vs. time? 

Relate energy and amplitude   Interpret different types of graphs to describe scenarios 

Rope, extra long slinky, wave demonstrator   Video or simulation   Interactive white boards   Textbook or supplemental material 

Class discussion   Apply energy to wave motion and work done to create disturbance in a material 

Quiz‐ Interpreting Graphs of Waves 

How can a resulting wave be distinguished from two interfering waves?   How do waves interfere with each other?   

Apply super positioning principle   Differentiate between constructive and destructive interference   Predict whether specific traveling waves will produce a standing wave   Identify notes and antinodes of a standing wave 

Graph paper   Patterns from interference in ripple tanks   Computer applets/simulations 

Observe two waves traveling in opposite directions and occurring at the same place at the same time.   Add amplitudes and plot on graph of displacement vs. position graphs. Determine type of interference from resulting wave drawn 

Closure: Given the resulting wave and one of the original waves, figure out the interfering wave   Homework & Practice 

What conditions are necessary for a standing wave to be produced?   What are the different parts of a standing wave?   How do the parts of the standing wave relate to the parts of a traveling or pulse wave? 

Determine the conditions necessary for a standing wave to be produced and use these conditions to predict whether specific traveling waves will produce a standing wave   Identify notes and antinodes of a standing wave   Compare and contrast standing waves and traveling and pulse waves 

Variable motor attached to a string on one end and fixed end on other side   Computer applet/simulation of standing waves 

Observe string attached to motor and locate nodes and antinodes.   Apply parts of traveling wave to standing wave   Draw standing waves on strings and derive mathematical expressions to determine the number of nodes or antinodes, wavelength, speed, frequency, or length of string 

Homework & Practice  Quiz‐ Standing waves: Draw, label parts, calculate 

Page 158: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is sound and what are some of its characteristics? 

Explain how sound waves are produces and transmitted   Compare the speed of sound in various media of different temperatures   Relate plane waves to spherical and concentric waves   Apply characteristics and properties of mechanical waves to sound 

Objects that make sound, computer with speakers, musical instruments (stringed, pipe, percussion), poor man's telephone (two cans with long string), bell in a bell jar (or video)   Audacity or sound analysis software 

Observe and describe sound using actual sounds and life experiences Come up with models for what sound is and how it can travel, what it can travel through, predict and test with available equipment or real world phenomena (like echoes)   Students stand shoulder to shoulder and send a compression wave down the line. Remove students and compare the speed at which the wave moves   Use bell in a bell jar (or video) to test if sound is a mechanical or electromagnetic wave 

Closure‐ Summarize Sound and its characteristics   Homework & Practice  Quiz‐ Sound‐ evidence for characteristics of a wave 

How do properties of waves relate to perceived aspects of sound?   How are volume, relative intensity, intensity, energy and amplitude related? 

Relate frequency to pitch   Relate harmonics and timbre   Calculate the intensity of sound waves   Relate intensity, decibel level, and perceived loudness    Explain how the human ear words and identify its parts 

Textbook or supplemental materials   Decibel meters, speakers, microphone, tuning forks and striking pad   Poster or chart of Hearing and Sound (including area of speech, music, and thresholds of hearing and pain)   Poster or chart of parts of the ear 

Teacher lecture   Class discussion   Derive expression for intensity and volume   Use musical notes to relate pitch and frequency   Use musical instruments to relate harmonics and timbre   Draw/Label parts of the ear and their functions 

Problem Solving   Homework & Practice  Quiz‐ Harmonics Quiz‐ Volume 

Page 159: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is resonance and how does it occur?   How is resonance related to sound? 

Explain why resonance occurs   Differentiate between the harmonic series of open and closed pipe   Calculate the harmonics of a vibrating string and of open and closed pipes  Relate differences in frequency to the phenomena of beats 

Videos: Tacoma Narrows Bridge collapse  Glass being broke with sound   Wine glass with water, singing bowl, resonance boxes with similar frequency tuning forks, rubber mallet, open and closed pipes, stringed instrument 

Observe objects that are affected by the specific frequency of the object. Compare to "pumping" on a swing.   Teacher lecture   Draw standing waves within pipes. Derive mathematical expressions similar to those from standing waves in strings   Listen to similar, but not identical, tuning forks and count number of beats. Apply interference to beats. Calculate beats depending on frequencies of other tuning forks   Use resonance of a closed ended pipe and tuning forks to find the resonance length of the pipe, calculate the wavelength and use that to calculate the speed of sound in room temperature air. Compare to calculation of speed of sound in that temperature air.    

Lab report   Problem Solving   Homework & Practice  Closure & Reflection   Quiz‐ Speed of a waveQuiz‐ Resonance in pipes 

What is the Doppler Effect?   What conditions are necessary for an observer to experience the Doppler Effect? 

Recognize the Doppler Effect and determine the direction of a frequency shift when there is relative motion between a source and an observer   Calculate for an unknown variable for a scenario with the Doppler Effect 

Video, with sound, of siren moving across the screen, ball with buzzer in it that can be thrown across the room, whiffle balls or tennis balls, student volunteer to catch ball    

Observe sound source moving with respects to the observer.    Teacher throws one whiffle ball per second and stands still as observer (student) catches. Teacher moves towards, moves away. Student describes the rate at which they have to catch. Have student move towards then away and describe rate of catching. Other students describe rate of throwing and compare to rate of throwing for different scenarios.   Derive mathematical expression for Doppler effect

Problem solving   Homework & Practice  Quiz‐ Doppler Effect   Closure & Reflection 

  

Page 160: AP Physics B - Freehold Regional High School District

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST 

Writing

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.1.12 

Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12 

Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.C 

Knowing the characteristics of familiar forms of energy, including potential and kinetic energy, is useful in coming to the understanding that, for the most part, the natural world can be explained and is predictable.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.D 

The conservation of energy can be demonstrated by keeping track of familiar forms of energy as they are transferred from one object to another.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E 

It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces. 

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.a 

The motion of an object can be described by its position and velocity as functions of time and by its average speed and average acceleration during intervals of time.  

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.b 

Objects undergo different kinds of motion (translational, rotational, and vibrational). 

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.c 

The motion of an object changes only when a net force is applied. 

2009   Science  Grades: 9‐12 SCI.9‐12.5.2.12.E.d 

The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and inversely on the mass of the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.  

      

 

 

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students. Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students. Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners. Provide choice to students for groups selections and roles in the groups. Provide modeling, where possible. Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material. Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting conclusions). 

 

      

Page 161: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Technology  

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs. Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation. Create multimedia presentation to present findings and report conclusions. Online Applets to predict and test models for motion. Upload files to course website/moodle. Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

College and Workplace Readiness  

Read and evaluate scientific articles Self reflection Presentations of ideas and findings Solve real world problems regarding wave motion and mechanical waves Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word Use problems solving skills and scientific processes Time management and efficiency 

 

Page 162: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 17- Light  

Unit 17: Light  

 

Enduring Understandings:  Light behaves as an electromagnetic wave or a particle depending on the observer.   Essential Questions:  What are the characteristics of light? What models of light have been used in the history of physics and what is the currently accepted model of light? How are electromagnetic waves different from mechanical waves?  Unit Goals: 

 Students will understand the nature of light and its characteristics and properties.  Recommended Duration: 2 weeks 

 

 

 

 

 

 

Page 163: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies  Suggested Assessments  

  

 Reinforce and continuously use scientific method and critical thinking processes

Make predictions, design and perform experiments to test models developed 

Teacher and student editions of text approved by the district Supplemental materials such as: Physics Union Mathematics (PUM) Dick & Rae's Physics Demo Book Demo A Day Physics Toolbox Schaum's Outlines   Scientific/graphing calculators   Math book for algebraic and calculus reference and examples   Lab equipment   Data collection and analysis hardware and software   Interactive white boards   Access to Computers and internet for sources    Videos (internet, DVD and VHS) 

 Group and individual work (Think, Pair, Share)   Class discussion with teacher guidance   Reading and outlining text/notes  Teacher modeling and student practice   Lab activities 

Pre‐tests/diagnostics   Lab activities and    Reports (Performance, Presentations, Write Ups)   Quizzes   Checks for proper use of terms and ideas   Closures ("What have I learned today?", "Why do I believe it?", "ABC cards", "How does this relate to...?", "What still remains unclear?"   Homework   Review   Journaling (reflections and self‐evaluations)   AP Exam Sample Problems   Test    

Page 164: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is light?   What characteristics do light have?   What factors affect the brightness of a source of light? 

Recognize the dual nature of light   Describe reflection, refraction, diffraction, and interference   Relate angle of incidence and angles of reflection for Law of Reflection and angle of refraction for Snell's Law   Differentiate between specular and diffuse reflection   Describe diffraction and interference of light   Determine the relationship between how bright a light is and the distance the source is from the observer 

Textbook or supplemental material   Online sources for history of light   Light source such as light bulb, flashlight, led vs. incandescent, laser, reflective surfaces, translucent and transparent materials, aperture   Optics Benches   Pictures of interference patterns and diffraction patterns 

Teacher lecture  Students use observations made over the centuries to determine what light is   Observe beam of light interacting with different materials (reflective surfaces‐ smooth and textured, translucent and transparent, obstacles and apertures) using optics bench  Observe angles of incidence and angles of refraction for different materials. Plot the sine of the angles and add trend line. Calculate the slope and determine the index of refraction  Relate speed of light in vacuum ratio to speed of light in material to index of refraction.   Derive mathematical expression for Snell's Law   Describe headlights when car is far away compared to close to observer. Apply intensity of sound to intensity of light          

Closure‐ What is light?   Debate‐ students use evidence to argue their take on light   Problem solving   Lab Report (from optics bench activities) 

Page 165: AP Physics B - Freehold Regional High School District

How are colors related to light?   What affects the observed color of an object? 

Determine what colors make up white light   Recognize how additive colors affect the color of light   Recognize how pigments affect the color of reflected light 

Beam of incandescent light from source, prism, colored gels (or stained glass) of red, green and blue   Optics bench   Online sources, applets, simulations 

Use ray of light to enter into clear prism. Make observations of colors that exit the prism. Take colored light and put back into prism and observe light that exits second prism.    Allow light to pass through colored glass and describe 

Closure‐ Compare and contrast pigment primary colors and light primary colors   Quiz‐ Color mixing and Reversibility   Homework & practice 

What is polarization? 

Explain how linearly polarized light is formed and detected   Determine the plane of oscillation for the reflected light called "glare" 

Polarizing filters, light source   Optics bench   Online sources, applets, simulations 

Observe light through polarizing filters (one at a time). Rotate filters   Observe light through both filters, rotate one and describe light. Explain observations   Observe light through 3 polarizing filters (where the first and third are perpendicular and the middle is 45 degrees). Explain the presence of light.   Use filters to determine what light sources or light transmitters are polarized

Lab reports/optics bench activities questions   Homework & Practice   Closure‐ Which direction of polarization corresponds with "glare" 

What characteristics of light are supported by the wave model?   What characteristics of light are supported by the particle model? 

Describe how light waves interfere with each other to produce bright and dark fringes   Identify the conditions required for interference to occur   Describe how light diffracts around obstacles and produce bright and dark fringes   

Double slits, diffraction grating, red laser, green laser, meter stick, rulers   Optics Benches   Online sources, applets/simulations   Textbook or supplemental material   Picture of single photons passing through double slit (pattern) 

Young's Double Slit experiment‐Predict and test the wavelength of laser used, calculate the width of human hair, predict separation of maximums using different wavelength laser   Teacher model & student practice   Review experiments and evidence of particle theory of light 

Lab report  Double Slit Experiment   Quiz‐ Calculate the wavelength of a laser 

Page 166: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Explain light characteristics of reflection and refraction   Explain how Newton's used the particle model of light to explain shadows 

Compare and contrast the picture of photons passing through double slit to pattern observed in Young's Double Slit experiment   Use applet from PhET.colorado.edu for Compton's Scattering and the Photoelectric Effect 

  

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.C Knowing the characteristics of familiar forms of energy, including potential and kinetic energy, is useful in coming to the understanding that, for the most part, the natural world can be explained and is predictable.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.D The conservation of energy can be demonstrated by keeping track of familiar forms of energy as they are transferred from one object to another.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.a The motion of an object can be described by its position and velocity as functions of time and by its average speed 

and average acceleration during intervals of time.  2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.b Objects undergo different kinds of motion (translational, rotational, and vibrational). 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.c The motion of an object changes only when a net force is applied. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.d The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and inversely on the 

mass of the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 167: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Differentiation  

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students.  Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students.  Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners.  Provide choice to students for groups selections and roles in the groups.  Provide modeling, where possible.  Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material.  Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and 

reporting conclusions). 

Technology   

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs.  Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation.  Create multimedia presentation to present findings and report conclusions.  Online Applets to predict and test models for motion.  Upload files to course website/moodle.  Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

College and Workplace Readiness   

Read and evaluate scientific articles  Self‐reflection  Presentations of ideas and findings  Solve real world problems regarding electromagnetic waves and the nature of light  Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word  Use problems solving skills and scientific processes  Time management and efficiency 

 

 

 

Page 168: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 18- Geometric Optics  

Unit 18: Geometric Optics   

Enduring Understandings: Light interacts with matter by transmission (including refraction), absorption, or scattering (including reflection). 

To see an object, light from that object‐ emitted or scattered from it‐ must enter the eye. 

Optical devices are materials that transmit or reflect light to produce images of the object from which the light comes. 

Essential Questions: What are different types of optical devices and how do they produce an image? 

How can the location, size, orientation and type of image formed be predicted and represented physically and mathematically?  

Unit Goals: Students will understand how light interacts with different materials (optical devices) and how images are produced.    Recommended Duration: 1‐2 weeks   

 

 

 

 

 

Page 169: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies Suggested Assessments  

 

 Reinforce and continuously use scientific method and critical thinking processes.  

Make predictions, design and perform experiments to test models developed. 

 Teacher and student editions of text approved by the district Supplemental materials such as: Physics Union Mathematics (PUM) Dick & Rae's Physics Demo Book Demo A Day Physics Toolbox Schaum's Outlines   Scientific/graphing calculators   Math book for algebraic and calculus reference and examples   Lab equipment   Data collection and analysis hardware and software   Interactive white boards   Access to Computers and internet for sources    Videos (internet, DVD and VHS) 

Interactive white board   Group and individual work (Think Pair Share)   Class discussion with teacher guidance   Reading and outlining text/notes   Teacher modeling and student practice   Lab activities 

Pre‐tests/diagnostics   Lab activities and    Reports (Performance, Presentations, Write Ups)   Quizzes   Checks for proper use of terms and ideas   Closures ("What have I learned today?", "Why do I believe it?", "ABC cards", "How does this relate to...?", "What still remains unclear?"   Homework   Review   Journaling (reflections and self‐evaluations)   AP Exam Sample Problems   Test    

Page 170: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is an optical device and how can it be used to direct light?   What is a focal point and how can it be found physically and mathematically? 

Identify which direction light will bend when it passes from one medium to another or which direction light will reflect from a surface.   Define and locate the focal point using ray diagrams and the thin lens equation 

Mirrors, curved and plane, lenses, laser or light source, examples of more complex optical devices   Optics Benches   Interactive white boards 

Teacher lecture   Pass around and look through different optical devices, describe observations   Class discussion   Student practice‐Calculate focal point  

Closure & Reflection   Quiz‐ Thin Lens Equation   Homework & Practice   Project‐ Build optical device (such as kaleidoscope, telescope, microscope, etc) 

What is an image and how does it differ from an object/source of light?   How can images be found and described?   What is the difference between virtual and real images? 

Differentiate between images and object.   Determine the conditions necessary for an image to be formed.   Describe an image based on its comparison to the object based on size, orientation, location and type.   Draw ray diagrams to predict the size, orientation, location and type of image.   Use the thin lens equation to predict location and magnification.   Recognize the difference between real and virtual images depend on whether the light ray or the extension of the ray is used by the eye to produce an image. 

Mirrors, curved and plane, lenses, lasers, light source   Optics Benches   Interactive white boards   Colored pencils (for ray drawings)   Textbook or supplemental material 

Teacher lecture  Teacher model & student practice   Draw ray diagrams for different optical devices such as lenses, mirror 

Closure‐ How tall does a full length mirror have to be?   Quiz‐ Describing an image   Homework & Practice  

Page 171: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is a mirror and how does it interact with light to produce images?   How can the law of reflection and the angle between two plane mirrors be used to predict the number of images?    How does the shape of the mirror affect the image produced? 

Define a mirror and how it directs light by reflection.   Apply the law of reflection to mirrors.   Describe the nature of images formed by flat mirrors.   Compare and contrast the images formed by flat mirrors and those formed from a plane of transparent glass.   Recognize that reflective surfaces can come in different shapes and that the shape will affect the image produced.   Draw ray diagrams to predict the size, orientation, location and type of image.   Calculate the location of the image, object or focal length using the lens equation. 

Optics Benches    Light source, plane mirrors, spherical mirrors, small objects (like pennies), protractors   Textbook or supplemental material   Colored Pencils (for ray drawing) 

Observe object and image in a plane mirror. Describe image and compare to object.   Use two plane mirrors at angles with each other and count number of images produced. Derive mathematical expression for predicting the number of images formed by mirrors at angles.   Observe images produced by spherical mirrors. Use parallel rays from distant source to determine characteristics of different shapes of mirrors.   Locate center of curvature, object and image and focal points based on thin lens equation.   Draw ray diagrams to predict image location, size, orientation and type.  

Closure‐ Predict angle for a given number of images observed   Quiz‐ Ray diagrams for mirrors Quiz‐ Number of images  Homework & Practice   Optics Bench questions/lab report 

What is a lens and how does it interact with light to produce images?   How does the shape of the lens affect the image produced? 

Define a lens and how it directs light by refraction.   Apply Snell's Law to lenses.  Recognize that transparent materials can come in different shapes and that the shape will affect the transmission of light the image produced.  Draw ray diagrams to predict the size, orientation, location and type of image.   Calculate the location of the image, object or focal length using the lens equation. 

Optics Benches   Light source, lenses (converging and diverging)   Colored Pencils (for ray drawings)   Textbook or supplemental material 

Observe images produced by curved lenses. Use parallel rays from distant source to determine characteristics of different shapes of lenses.   Locate object and image and focal points based on thin lens equation.   Draw ray diagrams to predict image location, size, orientation and type. 

Quiz‐ Ray diagrams for lenses   Homework & Practice   Optics Bench questions/lab report 

Page 172: AP Physics B - Freehold Regional High School District

 

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.D The conservation of energy can be demonstrated by keeping track of familiar forms of energy as they are transferred from one object to another.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.a The motion of an object can be described by its position and velocity as functions of time and by its 

average speed and average acceleration during intervals of time.  2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.b Objects undergo different kinds of motion (translational, rotational, and vibrational). 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.c The motion of an object changes only when a net force is applied. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.d The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and inversely 

on the mass of the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.       

 

 

 

Differentiation   

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students.  Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students.  Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners.  Provide choice to students for groups selections and roles in the groups.  Provide modeling, where possible.  Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material.  Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and 

reporting conclusions). 

 

 

 

 

Page 173: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Technology   

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs.  Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation.  Create multimedia presentation to present findings and report conclusions.  Online Applets to predict and test models for motion.  Upload files to course website/moodle.  Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

 

College and Workplace Readiness   

Read and evaluate scientific articles  Self reflection  Presentations of ideas and findings  Solve real world problems regarding geometrical optics and optical devices  Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word  Use problems solving skills and scientific processes  Time management and efficiency 

 

 

 

Page 174: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 19- Atomic Physics and Quantum Effects  

Unit 19: Atomic Physics & Quantum Effects  

  

Enduring Understandings: Small amounts of matter can be converted to energy during nuclear interactions. For a closed system of objects during a collision, momentum is conserved and energy can be transferred. Work is a transfer of energy into and out of a system.   Essential Questions: 

What is the difference between fission and fusion?  How does work done by and on a system affect the total energy of the system? How can the conservation of energy in a system be represented verbally, physically, graphically and mathematically? How can an object’s momentum be represented verbally, physically, graphically and mathematically? How is the momentum of an object changed, and how can this change be represented verbally, graphically and mathematically? 

Unit Goals: Define and explain quanta. Explain the various changes in the model of the atom over time to the modern version. Explain the photoelectric effect and its implications. Describe how the deBroglie wavelength relates to the atomic model.  Recommended Duration: 1 week 

 

 

 

 

Page 175: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical Questions 

Content/Themes/Skills  Resources and Materials  Suggested Strategies  Suggested Assessments  

What are the different models of the atom? 

Describe the different atomic models from Ancient Greek to Electron Cloud models 

Explain atomic spectra using Bohr’s model of the atom. 

Recognize that each element has a unique emission and absorption spectrum. 

Teacher and student editions of text approved by the district College Physics: A strategic approach ‐ Knight, Jones, Field (chap 28‐31) 

Books on modern physics and history of atomic models  

Internet resources 

PhET 

Models of the Hydrogen Atom  Photoelectric Effect Blackbody Spectrum  Beta Decay 

ActivPhysics  

 

Observational Experiment using PhET simulations:  Models of the Hydrogen atom students can observe what happens for each model and how each model interacts with photons.    Students can observe the absorption, subsequent excitation and emission of electrons in the Bohr Model and after.  Class discussion on the evolution of the atomic model and the failures/successes of each modification.    Building Atomic Models: Students work in groups on different models.   Each group becomes an “expert” on their model and presents to class (or write a report)   Teacher modeling / lecture on the historical timeline of modern physics and major modern physicists, atomic models.  Problem solving sessions involving the atoms interaction with photons. 

   

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on the model of the atom 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for the model of the atom  

Page 176: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What are quanta? 

Define and explain 

‘quanta’ as packets of 

energy that can have 

both waved and particle 

characteristics. 

Relate the wavelength of 

the quanta to its energy 

and momentum 

Describe a the deBroglie 

wavelength 

Relate the wavelength of 

a monochromatic source 

to a specific wavelength 

and power. 

Interpret and energy 

level diagram 

Teacher and student editions of text 

approved by the district 

College Physics: A strategic 

approach ‐ Knight, Jones, Field (chap 

28‐31) 

Books on modern physics and 

history of atomic models  

Internet resources 

PhET 

 

Models of the Hydrogen Atom  

Photoelectric Effect 

Blackbody Spectrum 

Beta Decay 

ActivPhysics 

 

 

Observational Experiment using PhET 

simulations:  Models of the Hydrogen 

atom students can observe what happens 

for each model, specifically the deBrogile 

model and how each model interacts with 

photons.   

 

Students can observe the absorption, 

subsequent excitation and emission of 

electrons from atoms and how the 

electrons are treated as a wave "orbiting" 

the nucleus at a specific frequency. 

 

Class discussion on quanta, energy levels 

and how particles are excited to high and 

lower energy levels and energy level 

diagrams 

 

Teacher modeling / lecture on the 

historical timeline of modern physics and 

major modern physicists, surround the 

idea of quanta 

 

Problem solving sessions deBroglie 

wavelength for a moving particle, reading 

an energy level diagram.  Applying energy 

level diagrams to the photoelectric effect 

   

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible 

explanations and conducted 

experiments; Interactive 

white board presentation of 

data and subsequent 

discussion; data collection and 

analysis 

Quizzes on the quanta 

Homework (collected, 

checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today 

and why do I believe it?”; 

“How does this relate to...?” 

Problem solving and board 

work, Represent and Reason, 

Jeopardy Questions, Write 

your own physics problem for 

the quanta 

 

 

Page 177: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the photoelectric effect? 

Relate conservation of energy and momentum to the collisions of photons with atoms 

Examine how the absorption, reflection and emission relate to energy conservation 

Sketch and identify the threshold frequency, work function and approximate value of h/e for a electric potential vs. frequency graph 

Teacher and student editions of text approved by the district College Physics: A strategic approach ‐ Knight, Jones, Field 

Books on modern physics and history of atomic models  

Internet resources: 

PhET 

Models of the Hydrogen Atom Photoelectric Effect Blackbody Spectrum Beta Decay 

ActivPhysics  

 

Observational Experiment using PhET simulations:  Photoelectric Effect and how observations of how light interacting with various atomic models relate to light interacting with metals in a vacuum.    Students can observe the absorption, subsequent excitation and emission of electrons from collisions with photons.   Students will relate electron energy to frequency of the electron  Students will relate the potential difference an electron is accelerated through to frequency of the electron.  Students will then use conservation of energy and the slope of the graph to determine the work function, the initial kinetic energy and stopping potential  Class discussion the relationship between photoelectric effect, stopping potential, work function and kinetic energy of an electron.    Teacher modeling / lecture on the historical timeline of modern physics and major modern physicists on the photoelectric effect.  Problem solving sessions involving the photoelectric effect. 

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on the photoelectric effect 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for the photoelectric effect  

  

Page 178: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is Compton scattering? 

Describe Compton's experiment 

Explain the increase in photon wavelength 

Explain the significance of the Compton wavelength 

Explain X‐ray production as a function of the photoelectric effect 

Internet resources 

PhET  

Models of the Hydrogen Atom Photoelectric Effect Blackbody Spectrum  Beta Decay 

ActivPhysics  

 

Teacher lecture/modeling on the Compton scatter experiment and how electromagnetic wave theory cannot explain the change in frequency of the X‐ray upon scatter, however the photon model can.  Class discussion on the significance of the Compton experiment 

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on the Compton scattering 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for the Compton scattering

What is the deBroglie wavelength? 

Recognize the dual nature for all particles ‐ that an object can either be a wave or a particle and which it is depends on the observer 

Relate the deBroglie wavelength to the momentum of a particle 

Explain the evidence of the wave nature of electrons 

Books on modern physics and history of atomic models  

Internet resources 

PhET  

Models of the Hydrogen Atom Photoelectric Effect Blackbody Spectrum Beta Decay 

ActivPhysics  

 

Observational Experiment using PhET simulations:  Models of the Hydrogen atom students can observe what happens for each model, specifically the deBrogile model and how each model interacts with photons.    Students can observe the absorption, subsequent excitation and emission of electrons from atoms and how the electrons are treated as a wave "orbiting" the nucleus at a specific frequency.  Class discussion on quanta, energy levels and how particles are excited to high and lower energy levels and energy level diagrams  Teacher modeling / lecture on the historical timeline of modern physics and major modern physicists, surround the idea of quanta  Problem solving sessions deBroglie wavelength for a moving particle, reading an energy level diagram.  Applying energy level diagrams to the photoelectric effect 

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on the deBroglie wavelength 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for the deBroglie wavelength

Page 179: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What conditions are necessary for an atom’s spectra to be observed? 

Relate spectral lines to each element  Explain blackbody radiation  Differentiate between absorption lines and emission lines 

 Books on modern physics and history of atomic models  

Internet resources 

PhET  

Models of the Hydrogen Atom Photoelectric Effect Blackbody Spectrum  Beta Decay 

ActivPhysics  

 

Application experiment  

Spectra Lines Students observe spectra lines for different (unknown) elements and compare to spectra lines of known elements. Students identify the different unknowns. 

Students use absorption lines to categorize stars using their spectra 

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on the absorption and emission spectra 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for the absorption and emission spectra 

  

 

 

 

Page 180: AP Physics B - Freehold Regional High School District

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.A All objects and substances in the natural world are composed of matter. Matter has two fundamental properties: matter takes up space, and matter has inertia.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.B Substances can undergo physical or chemical changes to form new substances. Each change involves energy. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.C Knowing the characteristics of familiar forms of energy, including potential and kinetic energy, is useful in coming to the 

understanding that, for the most part, the natural world can be explained and is predictable.  2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.D The conservation of energy can be demonstrated by keeping track of familiar forms of energy as they are transferred 

from one object to another.  2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.A.a Electrons, protons, and neutrons are parts of the atom and have measurable properties, including mass and, in the case 

of protons and electrons, charge. The nuclei of atoms are composed of protons and neutrons. A kind of force that is only evident at nuclear distances holds the particles of the nucleus together against the electrical repulsion between the protons.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.A.1 Use atomic models to predict the behaviors of atoms in interactions. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.A.b Differences in the physical properties of solids, liquids, and gases are explained by the ways in which the atoms, ions, or 

molecules of the substances are arranged, and by the strength of the forces of attraction between the atoms, ions, or molecules.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.A.d In a neutral atom, the positively charged nucleus is surrounded by the same number of negatively charged electrons. Atoms of an element whose nuclei have different numbers of neutrons are called isotopes.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.A.4 Explain how the properties of isotopes, including half‐lives, decay modes, and nuclear resonances, lead to useful applications of isotopes.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.B.a An atom's electron configuration, particularly of the outermost electrons, determines how the atom interacts with other atoms. Chemical bonds are the interactions between atoms that hold them together in molecules or between oppositely charged ions.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.B.1 Model how the outermost electrons determine the reactivity of elements and the nature of the chemical bonds they tend to form.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.a The motion of an object can be described by its position and velocity as functions of time and by its average speed and average acceleration during intervals of time.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.c The motion of an object changes only when a net force is applied. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.d The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and inversely on the mass of 

the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.       

 

 

       

Page 181: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Differentiation  

 

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students.  Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students.  Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners.  Provide choice to students for groups selections and roles in the groups.  Provide modeling, where possible.  Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material.  Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and reporting 

conclusions). 

 

Technology  

 

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs.  Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation.  Create multimedia presentation to present findings and report conclusions.  Online Applets to predict and test models for motion.  Upload files to course website/moodle.  Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

College and Workplace Readiness  

 

Read and evaluate scientific articles  Self reflection  Presentations of ideas and findings  Solve real world problems regarding atomic physics and quantum effects  Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint and Word  Use problems solving skills and scientific processes  Time management and efficiency 

 

 

Page 182: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Unit 20- Nuclear Physics Unit 20 - Nuclear Physics  

Enduring Understandings: Small amounts of matter can be converted to energy during nuclear interactions. For a closed system of objects during a collision, momentum is conserved and energy can be transferred. Work is a transfer of energy into and out of a system.   Essential Questions: What is the difference between fission and fusion?  How do the concepts of energy, work, and momentum relate to nuclear interactions?  Unit Goals: Define and explain quanta Explain the various changes in the model of the atom over time to the modern version. Explain the photoelectric effect and its implications. Describe how the deBroglie wavelength relates to the atomic model. 

 Recommended Duration: 1 week 

 

 

 

 

 

 

Page 183: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Guiding/Topical/Questions  Content/Themes/Skills Resources and Materials Suggested Strategies Suggested Assessments

What is an isotope? 

Recognize that all things change with time 

Describe what happens when an atom decays 

Predict the result of an atom’s decay 

Find an isotope’s half‐life 

Teacher and student editions of text approved by the district College Physics: A strategic approach ‐ Knight, Jones, Field (chap 28‐31) 

Books on modern physics and history of atomic models  

Internet resources  

PhET  

Models of the Hydrogen Atom  Photoelectric Effect Alpha Beta Decay Nuclear Fission 

ActivPhysics  Nuclear Physics 

Class discussion on isotope, what are they how do they differ from ions.  Teacher lecture/modeling on carbon dating and how to determine properties of various isotopes on the periodic table 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

What is radioactive decay? 

Recognize that all things change with time 

Describe what happens when an atom decays 

Predict the result of an atom’s decay 

Find an isotope’s half‐life 

Teacher and student editions of text approved by the district College Physics: A strategic approach ‐ Knight, Jones, Field (chap 28‐31) 

Books on modern physics and history of atomic models  

Internet resources  

PhET  

Models of the Hydrogen Atom  Photoelectric Effect Alpha Beta Decay Nuclear Fission 

ActivPhysics  Nuclear Physics 

 

Observation labs with PhET simulations where student examine what occurs during alpha, beta and gamma decay. Class discussion on alpha, beta and gamma decay and how they differ from each other.   Teacher modeling on expressing the various forms of decay and half‐life qualitatively, quantitatively and mathematically.  

Formative assessment tasks: 

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on the radioactive decay 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for radioactive decay     

Page 184: AP Physics B - Freehold Regional High School District

What is the difference between fission and fusion? 

  

Differentiate between fusion and fission 

Explain fusion and the requirements for fusion to occur 

Identify pros and cons for nuclear reactors 

Teacher and student editions of text approved by the district College Physics: A strategic approach ‐ Knight, Jones, Field (chap 28‐31) 

Books on modern physics and history of atomic models  

Internet resources  

PhET  

Models of the Hydrogen Atom  Photoelectric Effect Alpha Beta Decay Nuclear Fission 

ActivPhysics  Nuclear Physics 

 Observation labs with PhET simulations where student examine what occurs during Nuclear fission  Class discussion on nuclear fission and fusion and how they differ from each other.   Teacher modeling on expressing nuclear interactions fusion and fission qualitatively, quantitatively and mathematically. 

Formative assessment tasks:  

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on the fusion and fission 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for fusion and fission 

 What is the mass‐energy relationship? 

 Describe the relationship between mass and energy. 

Teacher and student editions of text approved by the district College Physics: A strategic approach ‐ Knight, Jones, Field (chap 28‐31) 

Books on modern physics and history of atomic models  

Internet resources  

PhET  

Models of the Hydrogen Atom  Photoelectric Effect Beta Decay Nuclear Fission 

ActivPhysics  Nuclear Physics 

Read Einstein's paper on special relativity  Class discussion mass ‐ energy equivalence and how Einstein came about this relationship   Teacher modeling on mass ‐ energy equivalence and how Einstein came about this relationship  qualitatively, quantitatively and mathematically. 

Formative assessment tasks: 

Lab write‐ups of possible explanations and conducted experiments; Interactive white board presentation of data and subsequent discussion; data collection and analysis 

Quizzes on mass energy equivalence 

Homework (collected, checked, gone over in class) 

Closure‐ 

“What have I learned today and why do I believe it?”; “How does this relate to...?” 

Problem solving and board work, Represent and Reason, Jeopardy Questions, Write your own physics problem for mass energy equivalence

 

 

 

Page 185: AP Physics B - Freehold Regional High School District

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.RST Reading

2010   College‐ and Career‐Readiness Standards and K‐12 English Language Arts 

Grades 11‐12 Literacy in Science and Technical Subjects 

LA.11‐12.WHST Writing

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.1.12 Science is both a body of knowledge and an evidence‐based, model‐building enterprise that continually extends, refines, and revises knowledge. The four Science Practices strands encompass the knowledge and reasoning skills that students must acquire to be proficient in science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12 Physical science principles, including fundamental ideas about matter, energy, and motion, are powerful conceptual tools for making sense of phenomena in physical, living, and Earth systems science.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.A All objects and substances in the natural world are composed of matter. Matter has two fundamental properties: matter takes up space, and matter has inertia.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.B Substances can undergo physical or chemical changes to form new substances. Each change involves energy. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.C Knowing the characteristics of familiar forms of energy, including potential and kinetic energy, is useful in 

coming to the understanding that, for the most part, the natural world can be explained and is predictable.  2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.D The conservation of energy can be demonstrated by keeping track of familiar forms of energy as they are 

transferred from one object to another.  2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E It takes energy to change the motion of objects. The energy change is understood in terms of forces. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.A.a Electrons, protons, and neutrons are parts of the atom and have measurable properties, including mass and, in 

the case of protons and electrons, charge. The nuclei of atoms are composed of protons and neutrons. A kind of force that is only evident at nuclear distances holds the particles of the nucleus together against the electrical repulsion between the protons.  

2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.A.1 Use atomic models to predict the behaviors of atoms in interactions. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.A.d In a neutral atom, the positively charged nucleus is surrounded by the same number of negatively charged 

electrons. Atoms of an element whose nuclei have different numbers of neutrons are called isotopes.  2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.A.4 Explain how the properties of isotopes, including half‐lives, decay modes, and nuclear resonances, lead to 

useful applications of isotopes.  2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.D.c Nuclear reactions (fission and fusion) convert very small amounts of matter into energy. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.D.3 Describe the products and potential applications of fission and fusion reactions. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.D.d Energy may be transferred from one object to another during collisions. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.a The motion of an object can be described by its position and velocity as functions of time and by its average 

speed and average acceleration during intervals of time.  2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.c The motion of an object changes only when a net force is applied. 2009   Science  Grades: 9‐12  SCI.9‐12.5.2.12.E.d The magnitude of acceleration of an object depends directly on the strength of the net force, and inversely on 

the mass of the object. This relationship (a=Fnet/m) is independent of the nature of the force.     

             

 

 

 

Page 186: AP Physics B - Freehold Regional High School District

Differentiation   

Facilitate group discussions to assess understanding among varying ability levels of students.  Provide more opportunities for advanced calculations and conversions for advanced students.  Draw and label diagrams to represent some of the data for visual learners.  Provide choice to students for groups selections and roles in the groups.  Provide modeling, where possible.  Provide real‐life or cross‐curricular connections to the material.  Provide technology (in forms of hardware, software and interactive discussion groups/forums) to facilitate data collection, analyzing and 

reporting conclusions). 

 

Technology   

Use of Microsoft Excel (or similar programs) to make data spreadsheets and to analyze data using charts and graphs.  Use of data collection hardware (like PASCO or Vernier sensors) and supporting data analysis software (like DataStudio) for experimentation.  Create multimedia presentation to present findings and report conclusions.  Online Applets to predict and test models for motion.  Upload files to course website/moodle.  Take online assessments and use online resources (Quizlet, SurveyMonkey, etc.). 

 

College and Workplace Readiness  

Read and evaluate scientific articles  Self reflection  Presentations of ideas and findings  Solve real world problems regarding motion  Use of professional computer programs such as Microsoft Excel, PowerPoint  and Word  Use problems solving skills and scientific processes  Time management and efficiency