Podstawa programowa-zakres rozszerzony

4. PROGRAM NAUCZANIA
KSZTA¸CENIE W ZAKRESIE ROZSZERZONYM
4.1. Ogólny opis Programu
Program Fizyka i astronomia XXI nauczania fizyki i astronomii w zakresie
rozszerzonym w szko∏ach ponadgimnazjalnych jest dostosowany do Podstawy
programowej (za∏àcznik 4 do Rozporzàdzenia Ministra Edukacji Narodowej
i Sportu z dnia 26 lutego 2002 r. – Dz.U. Nr 51, poz. 458). Uwzgl´dnia wszystkie
treÊci nauczania zawarte w Podstawie programowej w zakresie rozszerzonym
i preferuje klasyczny uk∏ad tematyczny. Program ten opiera si´ na dotychczasowym doÊwiadczeniu autora w opracowywaniu i stosowaniu programu autorskiego.
W Programie przedstawiono:
– za∏o˝enia dydaktyczne i wychowawcze;
– cele edukacyjne, których realizacji s∏u˝y Program;
– treÊci nauczania i szczegó∏owe cele kszta∏cenia; treÊci nauczania podano
w rozbiciu na poszczególne lekcje, a szczegó∏owe cele kszta∏cenia sformu∏owano w postaci koƒcowych planowanych osiàgni´ç ucznia na dwóch
poziomach (dla wszystkich i dla niektórych), uwzgl´dniajàc wszystkie
standardy wymagaƒ egzaminacyjnych;
– rozplanowanie materia∏u nauczania – z podzia∏em tematów na poszczególne klasy;
– sposoby realizacji celów kszta∏cenia – podano sposoby korzystania z programu z uwzgl´dnieniem Êrodków dydaktycznych i lekcji çwiczeniowych rachunkowych, jak i doÊwiadczalnych. Rozdzia∏ ten obejmuje ponadto informacje o zalecanych Êrodkach dydaktycznych: podr´cznikach, zbiorach
zadaƒ, programach komputerowych dla ucznia i nauczyciela, foliogramach i lekcjach multimedialnych z wykorzystaniem komputera. W tym rozdziale omówiono równie˝ rol´ pracowni fizycznej w realizacji programu;
– sposoby oceniania osiàgni´ç ucznia.
Zamiarem autora programu jest realizacja wszystkich zadaƒ szko∏y w odniesieniu do przedmiotu fizyka i astronomia, ze szczególnym naciskiem na:
1) nauczanie fizyki w oparciu o zagadnienia odnoszàce si´ do ˝ycia codziennego, przyrody i techniki,
2) uzupe∏nienie i pog∏´bienie wiedzy fizycznej i astronomicznej ucznia w celu
pog∏´bienia rozumienia nauki, jej mo˝liwoÊci i ograniczeƒ oraz przygotowania do studiów na kierunkach Êcis∏ych, przyrodniczych i technicznych,
3) uÊwiadomienie roli eksperymentu i teorii w poznawaniu przyrody oraz znaczenia matematyki w budowaniu modeli i rozwiàzywaniu problemów fizycznych,
4) rozwijanie u ucznia umiej´tnoÊci samodzielnego formu∏owania wypowiedzi o zagadnieniach fizycznych i astronomicznych, prowadzenia dyskusji
w sposób terminologicznie i merytorycznie poprawny, rozwiàzywania problemów fizycznych, wykonywania obliczeƒ,
5) inspirowanie dociekliwoÊci i postawy badawczej uczniów.
31
SpoÊród celów edukacyjnych najwi´kszy nacisk po∏o˝ono na:
1) rozumienie zjawisk otaczajàcego Êwiata oraz natury i struktury fizyki i jej
zwiàzku z innymi naukami przyrodniczymi,
2) zdobycie wiedzy i umiej´tnoÊci niezb´dnych do dalszego kszta∏cenia na kierunkach Êcis∏ych, przyrodniczych i technicznych.
SpoÊród osiàgni´ç uczniów za bardzo wa˝ne autor uznaje:
1) umiej´tnoÊç obserwacji, opisywania, wyjaÊniania i przewidywania zjawisk
fizycznych i astronomicznych z wykorzystaniem praw fizycznych i modeli,
przy ÊwiadomoÊci granic ich stosowalnoÊci,
2) pos∏ugiwanie si´ poj´ciami fizycznymi ze zrozumieniem,
3) umiej´tnoÊç wykorzystywania wiedzy fizycznej do wyjaÊniania zasad dzia∏ania i bezpiecznego u˝ytkowania urzàdzeƒ technicznych,
4) znajomoÊç prawid∏owoÊci przyrodniczych i metod ich poznawania na poziomie umo˝liwiajàcym podj´cie studiów na kierunkach Êcis∏ych, przyrodniczych i technicznych.
Z za∏o˝enia Program przeznaczony do kszta∏cenia w zakresie rozszerzonym
ten jest adresowany do nauczycieli uczàcych w szko∏ach, w których istniejà
tradycje rozwijania przedmiotów matematyczno-przyrodniczych, program
nauczania matematyki jest realizowany równolegle w zakresie rozszerzonym
tak, ˝e uczeƒ jest w stanie pos∏u˝yç si´ odpowiednim aparatem matematycznym podczas rozwiàzywania problemów fizycznych. Osiàgni´cia uczniów
umo˝liwiajà im podj´cie studiów na kierunkach Êcis∏ych, przyrodniczych
i technicznych.
Podstawowym warunkiem realizacji Programu jest odpowiedni przydzia∏
godzin, tzn. 3 godziny tygodniowo w ka˝dej klasie. Autor liczy si´ jednak
z tym, ˝e w wielu szko∏ach w okreÊlonych klasach nie b´dzie to realne. Zatem
za∏o˝ono jako minimum, ˝e w ka˝dej klasie b´dà przydzielone na nauczanie
fizyki przynajmniej 2 godziny tygodniowo. Uwzgl´dniono równie˝ fakt, ˝e
w ostatniej klasie efektywnie b´dzie mniej godzin lekcyjnych ze wzgl´du na
matur´. A zatem nauczanie fizyki w zakresie rozszerzonym mo˝e si´ odbywaç
w kolejnych klasach wed∏ug nast´pujàcej siatki godzin: 3+3+3 lub 2+3+3,
lub 2+2+3, lub 2+2+2. Nauczyciel musi dokonaç modyfikacji programu, dostosowujàc zakres treÊci nauczania i zakres wymagaƒ do zadaƒ dydaktyczno-wychowawczych w∏asnej szko∏y.
4.2. Za∏o˝enia dydaktyczne i wychowawcze Programu
Autor, niezale˝nie od realizacji celów edukacyjnych, zadaƒ szko∏y i umo˝liwienia uzyskania przez uczniów odpowiednich osiàgni´ç opisanych powy˝ej,
opracowujàc Program, stara∏ si´, aby fizyka dla ucznia by∏a naukà ciekawà,
a nawet fascynujàcà. Uczeƒ powinien zachwyciç si´ tym, ˝e fizyka potrafi odkryç
to, co nie jest bezpoÊrednio dost´pne naszym zmys∏om, ˝e swoim zasi´giem
obejmuje zarówno niewidzialnà mikromateri´, jak i zdumiewajàcà swoimi
rozmiarami g∏´bi´ Kosmosu. Uczeƒ powinien zdawaç sobie spraw´ z tego, ˝e
fizyka jest naukà podstawowà, której odkrycia majà fundamentalne znaczenie
dla rozwoju naszej cywilizacji. Odkrycia fizyki stanowià podstaw´ i niewyczerpane êród∏o techniki, z którego czerpie i zawsze czerpa∏a, co jej umo˝liwia
32
tworzenie nowych dziedzin i unowoczeÊnianie ju˝ istniejàcych. Zatem Program stara si´ wydobyç przede wszystkim powy˝sze aspekty nauki.
Program zak∏ada ponadto, ˝e zaznajomienie si´ z fizycznà podstawà budowy wielu urzàdzeƒ technicznych, obecnych w codziennym ˝yciu ucznia, pozwoli mu zrozumieç otaczajàcà go zewszàd technik´ i uniknàç stanu zagubienia w pozornie skomplikowanym otoczeniu technicznym.
Autor ma nadziej´, ˝e uczàc si´ fizyki, uczeƒ nab´dzie umiej´tnoÊç Êcis∏ego i twórczego myÊlenia, ˝e poznajàc metody badawcze fizyki jako nauki najÊciÊlejszej z nauk przyrodniczych, rozwinie swój intelekt.
Za∏o˝eniem wychowawczym programu jest równie˝ wdro˝enie uczniów do
systematycznej pracy i wytworzenie w nich uporu w pokonywaniu trudnoÊci
przy rozwiàzywaniu ró˝nych problemów i zadaƒ, a tak˝e wyrabianie
w uczniach charakteru opartego na dzielnoÊci w zdobywaniu wiedzy. Zatem
jednym z za∏o˝eƒ Programu jest nieunikanie stawiania przed m∏odzie˝à równie˝ zadaƒ trudniejszych i odejÊcie w wielu przypadkach od tzw. „∏atwizny”.
4.3. Cele edukacyjne
Cele edukacyjne Programu sà zgodne z celami sformu∏owanymi w Podstawie programowej. W szczególnoÊci nale˝y wyró˝niç nast´pujàce:
1) Rozumienie zjawisk otaczajàcego Êwiata oraz natury i struktury fizyki i jej
zwiàzku z innymi naukami przyrodniczymi.
2) Poznanie metod badawczych fizyki oraz roli eksperymentu i teorii w jej rozwoju.
3) Umiej´tnoÊç dostrzegania zwiàzków i ró˝nic istniejàcych w prawach rzàdzàcych mikro- i makroÊwiatem oraz Kosmosem. ZdolnoÊç do refleksji filozoficzno-przyrodniczej.
4) Rozumienie zwiàzku fizyki z technikà – fizyka jako êród∏o wspó∏czesnej
techniki.
5) Zdobycie wiedzy i umiej´tnoÊci niezb´dnych do dalszego kszta∏cenia na
studiach przyrodniczych i technicznych.
6) Wytworzenie zaciekawienia zjawiskami otaczajàcego Êwiata i dociekliwoÊci,
uporu w rozwiàzywaniu trudnych problemów, systematycznoÊci. Rozwini´cie w sobie cech charakteryzujàcych cz∏owieka myÊlàcego, wra˝liwego
i potrafiàcego samodzielnie oceniaç i wyrabiaç sobie poglàd na otaczajàcy
Êwiat, opierajàc si´ na badaniach naukowych. Umiej´tnoÊç odró˝niania fikcji
od rzeczywistoÊci.
33
34
4.4. TreÊci nauczania i planowane osiàgni´cia ucznia
Przedstawione w tabelach treÊci sà zgodne z Podstawà programowà, a osiàgni´cia ucznia zosta∏y przygotowane
z uwzgl´dnieniem wszystkich standardów egzaminacyjnych.
Numer
lekcji
Osiàgni´cia ucznia
Temat lekcji
TreÊci nauczania
Podstawowe (wszyscy)
Pe∏ne (niektórzy)
Uwagi
WiadomoÊci wst´pne (1 lekcja)
1
Uczeƒ:
Uczeƒ:
• potrafi odró˝niaç nauki Êcis∏e • zna pochodzenie podstawood innych,
wych jednostek uk∏adu SI i ich
• potrafi umiejscowiç fizyk´
wzorce,
w systemie innych nauk,
• wie, dlaczego przyj´to takie,
• potrafi wykazaç, ˝e podstawoa nie inne jednostki podstawowe.
wà rol´ w badaniach fizyki odgrywa matematyka oraz doÊwiadczenie fizyczne,
• potrafi odró˝niç pomiar fizyczny od obserwacji jakoÊciowej,
• zna podstawowe jednostki uk∏adu SI i ich wzorce.
WiadomoÊci wst´pne powinny
byç podane w szczególnie atrakcyjny sposób, aby zaciekawiç i zach´ciç uczniów do nauki fizyki.
Ruch
jednostajny Definicja pr´dkoÊci Êredniej Uczeƒ:
Uczeƒ:
prostoliniowy
i chwilowej, przyk∏ady tych wiel- • potrafi poprawnie obliczaç po- • definiuje ÊciÊle matematycznie
pr´dkoÊç chwilowà.
koÊci.
∏o˝enie i drog´ przebytà przez
Poj´cia: droga, przemieszczenie
ró˝ne pojazdy poruszajàce si´
z okreÊlonymi pr´dkoÊciami,
i po∏o˝enie (we wzorze s = s0 + vt).
Wykresy wielkoÊci kinematyczodró˝nia pr´dkoÊç chwilowà od
nych.
pr´dkoÊci Êredniej,
Interpretacja graficzna wzoru s = vt • potrafi w konkretnych przypadz wykorzystaniem wykresu zale˝kach przedstawiç na wykresie
noÊci pr´dkoÊci od czasu.
zale˝noÊç od czasu: po∏o˝enia,
Lekcja u∏atwi póêniejsze zrozumienie wielu zagadnieƒ; np. rzutów, gdzie odró˝nienie drogi od
wspó∏rz´dnej po∏o˝enia cia∏a ma
istotne znaczenie.
WyjaÊnienie metody „graficznego
ca∏kowania” zaowocuje zrozumieniem wielu problemów.
Co jest przedmiotem Przedmiot badaƒ fizyki, podstawowej nauki przyrodniczej. Zafizyki?
Uk∏ad jednostek SI
kres i zasi´g badaƒ fizyki (w skali
makroskopowej, mikroskopowej
i kosmicznej). UniwersalnoÊç
podstawowych oddzia∏ywaƒ. Metoda badawcza fizyki, dzi´ki której fizyka osiàgn´∏a spektakularne
sukcesy w poznaniu otaczajàcego
Êwiata. Zwiàzek fizyki z innymi
naukami i z filozofià przyrody.
Matematyka jako „j´zyk fizyki”.
Pomiar – podstawowa metoda badawcza fizyki.
Uk∏ad jednostek SI oraz wzorce
jednostek.
Pochodzenie przyj´tych jednostek.
Kinematyka punktu materialnego (9 lekcji)
1
przemieszczenia i drogi oraz
pr´dkoÊci w ruchu jednostajnym prostoliniowym.
2
Ruch jednostajnie Definicje przyÊpieszenia Êrednie- Uczeƒ:
Uczeƒ:
przyÊpieszony pro- go i chwilowego.
• potrafi zdefiniowaç przyÊpie- • definiuje ÊciÊle matematycznie
stoliniowy
Wzory na pr´dkoÊç i po∏o˝enie
szenie i stàd wyprowadziç zaprzyÊpieszenie chwilowe.
cia∏a w ruchu jednostajnie przyle˝noÊç pr´dkoÊci od czasu
Êpieszonym – wyprowadzenie
w ruchu jednostajnie przyspiemetodà analitycznà i graficznà.
szonym,
Wykresy tych zale˝noÊci.
• potrafi przedstawiç graficznie
Przyk∏ady popularnych zjawisk
zale˝noÊci v(t) i s(t) w ruchu jedz ˝ycia codziennego uwidacznianostajnie przyÊpieszonym.
jàce mo˝liwoÊç Êcis∏ego opisania
i precyzyjnego przewidzenia skutków stanu ruchu cia∏a.
Dzi´ki omówieniu konkretnych
przyk∏adów, uczniowie mogà si´
dowiedzieç, ile ciekawych informacji mo˝na uzyskaç z dwóch
podstawowych wzorów (na pr´dkoÊç i drog´).
3
Swobodne spadanie Pomiar czasu swobodnego spada- Uczeƒ:
Uczeƒ:
(eksperyment ucz- nia cia∏ o ró˝nych masach (po- • potrafi zmierzyç przyÊpieszenie • potrafi doceniç wag´ i znaczeniowski)
wtórzenie s∏ynnego doÊwiadczew ruchu jednostajnie zmiennym,
nie dla fizyki doÊwiadczeƒ Galinia Galileusza).
• potrafi w prostych przypadkach
leusza.
Podstawowe poj´cia i wzory raoceniç niepewnoÊç pomiaru
chunku niepewnoÊci pomiarowych.
bezpoÊredniego i poÊredniego
Zastosowanie rachunku niepewwielkoÊci z∏o˝onej.
noÊci pomiarowych w wykonywanym przez uczniów doÊwiadczeniu.
Lekcja stwarza okazj´ do kszta∏cenia u uczniów umiej´tnoÊci obserwacji zjawisk i wykonywania
pomiarów.
4
Ruch
jednostajnie Równania po∏o˝enia i pr´dkoÊci Uczeƒ:
Uczeƒ:
opóêniony prostoli- w ruchu jednostajnie opóênionym. • potrafi obliczaç wielkoÊci cha- • potrafi si´ zachwyciç precyzjà
niowy
Analiza rzutu pionowego w gór´.
rakteryzujàce ruch jednostajnie
i adekwatnoÊcià matematycznà
Wspólne równanie w okreÊlonym
zmienny, np. drog´ hamowania
opisu ruchu.
uk∏adzie wspó∏rz´dnych dla tego
przy zadanej pr´dkoÊci poczàtruchu w obydwu fazach.
kowej, pr´dkoÊç uderzenia
w przeszkod´, itp.
5
Wektory i skalary
35
Matematyczna definicja wektora
i jej zwiàzek z przyk∏adami wektorów w fizyce.
WielkoÊci skalarne.
Sk∏adanie i rozk∏adanie wektorów.
Sk∏adanie wektorów na przyk∏adzie wektorów przemieszczenia.
Zasada niezale˝noÊci ruchów,
sk∏adanie i rozk∏adanie pr´dkoÊci.
Uczeƒ:
Uczeƒ:
• odró˝nia wielkoÊci wektorowe • potrafi w prostych przypadkach
od wielkoÊci skalarnych,
rozk∏adaç i sk∏adaç wektory
• potrafi rozk∏adaç wektory na
w przestrzeni trójwymiarowej.
sk∏adowe wzd∏u˝ zadanych kierunków,
• potrafi dodawaç i odejmowaç
wektory graficznie.
36
Numer
lekcji
Osiàgni´cia ucznia
Temat lekcji
TreÊci nauczania
Podstawowe (wszyscy)
Pe∏ne (niektórzy)
Uwagi
Odejmowanie wektorów, wektor
przemieszczenia jako ró˝nica
wektorów po∏o˝enia.
Mno˝enie i dzielenie wektora
przez skalar.
Wektor pr´dkoÊci Êredniej i chwilowej i ich kierunek wzgl´dem toru.
Wektory przyÊpieszenia chwilowego i jego kierunek wzgl´dem
toru, przyÊpieszenie styczne i normalne do toru.
6
Pomiary parametrów
ruchu cia∏a na równi
pochy∏ej (eksperyment
uczniowski)
DoÊwiadczenia – badanie ruchu Uczeƒ:
Uczeƒ:
Uczniowie naocznie przekonujà
jednostajnie przyÊpieszonego cia- • potrafi zastosowaç zasad´ nieza- • potrafi wskazaç, które z pomia- si´, ˝e droga s w tym ruchu jest
∏a zsuwajàcego si´ po równi pole˝noÊci ruchów w zadaniach,
rów czàstkowych majà istotny funkcjà kwadratowà czasu, gdy˝
chy∏ej.
w których wyst´puje konieczwp∏yw na niepewnoÊç pomiaru otrzymany wykres s(t) przedstanoÊç z∏o˝enia lub roz∏o˝enia ruwyniku koƒcowego doÊwiadcze- wia rzeczywiÊcie parabol´. UÊwiachów na ruchy sk∏adowe.
nia i potrafi odpowiednio je skla- domienie uczniom koniecznoÊci
syfikowaç,
stosowania wektorów, w szcze• potrafi dostosowaç skal´ warto- gólnoÊci wektora pr´dkoÊci i przyÊci na osi wspó∏rz´dnych w ce- Êpieszenia. Rozk∏ad tych wektolu przekszta∏cenia wykresu b´- rów w ruchu cia∏a na równi
dàcego parabolà w wykres b´- pochy∏ej. DoÊwiadczenie umacdàcy linia prostà,
nia przekonanie uczniów w tym,
• potrafi oceniç, jak wysoki jest sto- ˝e opis matematyczny stosowany
pieƒ zgodnoÊci uproszczonej teo- w fizyce ma Êcis∏y zwiàzek z rzerii ruchu z rzeczywistym przebie- czywistoÊcià.
giem tego doÊwiadczenia.
7
Rzut poziomy
Rzut poziomy w uk∏adzie wspó∏- Uczeƒ:
Uczeƒ:
rz´dnych Oxy (rozk∏ad na dwa • potrafi dokonaç analizy ruchu • potrafi wybraç najdogodniejszy
niezale˝ne ruchy w poziomie
krzywoliniowego, którym jest
uk∏ad odniesienia do rozwiàzyi w pionie).
rzut poziomy, jako dwóch niewania konkretnego zadania fiRównanie parametryczne: y(t),
zale˝nych ruchów, w szczególzycznego zwiàzanego z rzutem
x(t) oraz równanie toru jako funknoÊci: w poziomie – jednostajpoziomym.
cja y = f(x).
nego i w pionie – jednostajnie
Tor ruchu – parabola.
przyÊpieszonego,
• potrafi obliczaç po∏o˝enie cia∏a
i pr´dkoÊç w ró˝nych punktach
toru oraz zasi´g rzutu.
8
Rzut ukoÊny
9
Ruch jednostajny po Zwiàzek pr´dkoÊci liniowej i kàokr´gu
towej.
Wzór na przyÊpieszenie doÊrodkowe.
Przyk∏ad ruchu punktu po∏o˝onego na kole roweru rozpatrywanego w dwóch ró˝nych uk∏adach
odniesienia; cykloida.
Rzut ukoÊny w uk∏adzie wspó∏- Uczeƒ:
Uczeƒ:
rz´dnych Oxy (rozk∏ad na dwa • potrafi dokonaç analizy ruchu • potrafi wybraç najdogodniejszy
niezale˝ne ruchy w poziomie
krzywoliniowego jako dwóch
uk∏ad odniesienia do rozwiàzyi w pionie).
niezale˝nych ruchów: w poziowania konkretnego zadania fiRównanie parametryczne: y(t),
mie i w pionie,
zycznego zwiàzanego z rzutem
x(t) oraz równanie toru jako funk- • potrafi obliczaç po∏o˝enie cia∏a
ukoÊnym i ewentualnie z innycja y = f(x).
i pr´dkoÊç w ró˝nych punktach
mi ruchami w polu grawitacyjTor ruchu – parabola.
toru oraz zasi´g poziomy i piononym ziemskim.
wy rzutu.
Analiza, czyli rozk∏ad ruchu na
dwa ruchy sk∏adowe pozwala na
stosunkowo proste uj´cie wszystkich konsekwencji stàd wyp∏ywajàcych, co umo˝liwia uczniowi
poradzenie sobie z wieloma nawet najtrudniejszymi zadaniami
z tego zakresu.
Uczeƒ:
Uczeƒ:
• dostrzega ruchy jednostajne po • potrafi wykreÊliç cykloid´, kookr´gu w swoim otoczeniu,
rzystajàc z przedstawienia ru• potrafi dostrzec to, ˝e satelita
chu po okr´gu w dwóch ró˝geostacjonarny ma t´ samà
nych uk∏adach odniesienia.
pr´dkoÊç kàtowà co Ziemia,
• potrafi pos∏ugiwaç si´ wielkoÊciami charakterystycznymi dla ruchu po okr´gu, co u∏atwi w przysz∏oÊci opanowanie poj´ç ruchu
drgajàcego harmonicznego.
UÊwiadomienie uczniom, ˝e zale˝noÊci wyst´pujàce w ruchu po
okr´gu majà szerokie zastosowanie, w szczególnoÊci przy rozpatrywaniu ruchów cia∏ kosmicznych i lotów satelitarnych. Przyk∏ad ruchu punktu po∏o˝onego na
kole roweru wdra˝a uczniów do
elastycznoÊci myÊlenia. Pokazuje,
jak mocno ró˝nià si´ opisy zjawiska obserwowanego w ró˝nych
uk∏adach odniesienia.
Uczeƒ:
• potrafi rozró˝niç rozmaite rodzaje si∏ i wyodr´bniç si∏y tarcia,
• potrafi okreÊliç uk∏ady inercjalne i wyjaÊniç, na czym polega
wzgl´dnoÊç ruchu,
• definiuje poj´cie si∏y,
• potrafi wyró˝niç w konkretnych
przypadkach skutki statyczne
i dynamiczne dzia∏ania si∏y,
• odró˝nia poj´cie ci´˝aru od
masy.
Pierwsza zasada dynamiki Newtona
ukazana na tle odrzucenia idei
Arystotelesa o naturalnym trwaniu cia∏ w bezruchu.
Druga zasada dynamiki Newtona
przedstawiona w powiàzaniu
z analizà poj´cia si∏y. Ugruntowanie odró˝nienia ci´˝aru od masy.
Te dwa poj´cia cz´sto sà mylone.
DoÊwiadczenie – pomiar przyro- Uczeƒ:
ucz- stu d∏ugoÊci spr´˝yny pod wp∏y- • potrafi wyznaczyç wartoÊç si∏y,
wem zawieszonych na niej ci´mierzàc wyd∏u˝enie spr´˝yny,
˝arków (skutek statyczny dzia∏a- • potrafi pos∏ugiwaç si´ si∏omienia si∏y w spr´˝ynie).
rzem,
Uczeƒ utwierdza si´ w przekonaniu, ˝e cz´sto stosowany przy rozwiàzywaniu zadaƒ rozk∏ad si∏ na
równi pochy∏ej realizuje si´ w rzeczywistoÊci. DoÊwiadczenie jest
Dynamika (8 lekcji)
1
Pierwsza i druga za- Dynamika na przestrzeni dziesada dynamiki New- jów. Wp∏yw odrzucenia kr´pujàtona
cych idei Arystotelesa na rozwój
fizyki.
Zasady dynamiki Newtona.
Mo˝liwoÊç wyró˝nienia dzi´ki
tym zasadom spoÊród ró˝nych
uk∏adów – uk∏adów inercjalnych
2
Pomiary si∏
(eksperyment
niowski)
37
38
Numer
lekcji
Osiàgni´cia ucznia
Temat lekcji
TreÊci nauczania
Podstawowe (wszyscy)
Pe∏ne (niektórzy)
Wa˝ny zwiàzek mi´dzy si∏à spr´- • potrafi prawid∏owo przedstawiç
˝ystà a odkszta∏ceniem, który
rozk∏ad si∏ na równi pochy∏ej
wielokrotnie
jest
spotykany
(cz´sto stosowany przy rozwiàw dalszej nauce fizyki.
zywaniu zadaƒ).
DoÊwiadczenie – rozk∏ad si∏ dzia∏ajàcych na cia∏o na równi pochy∏ej.
Uwagi
∏atwe do zorganizowania, poniewa˝ si∏omierzy i odwa˝ników
zwykle w szkole nie brakuje. Wyznaczenie si∏ na równi pochy∏ej
wymaga dysponowania typowym
zestawem szkolnym do mechaniki oraz w cz´Êci dynamicznej – torem z poduszkà powietrznà.
W szko∏ach nie dysponujàcych
odpowiednim funduszem na zakup takiego wyposa˝enia mo˝na
wykorzystaç zaimprowizowanà
równi´ pochy∏à, minimalizujàc
tarcie.
3
Trzecia zasada dyna- WzajemnoÊç wszelkich oddzia∏y- Uczeƒ:
Uczeƒ:
miki Newtona, p´d waƒ.
• potrafi prawid∏owo zastosowaç • potrafi rozwiàzaç pozorne pai pop´d
Druga zasada dynamiki jako
zmian´ p´du w drugiej zasadzie
radoksy, typu „ch∏opiec ciàgnie
zwiàzek mi´dzy p´dem i pop´dynamiki i na tej podstawie wysanki z okreÊlonà si∏à, sanki
dem.
znaczyç wartoÊç si∏y,
dzia∏ajà na ch∏opca takà samà
• potrafi uzasadniç stwierdzenie,
si∏à co do wartoÊci, lecz prze˝e aby na cia∏o mog∏a zadzia∏aç
ciwnie skierowanà – dlaczego
si∏a, konieczne sà przynajmniej
sanki w ogóle si´ poruszajà?”.
dwa cia∏a.
Nale˝y podkreÊliç, ˝e uj´cie drugiej zasady dynamiki w postaci
zwiàzku mi´dzy p´dem i pop´dem ma bardzo wa˝ne zastosowania, w szczególnoÊci przy zderzeniach, w teorii kinetyczno-czàsteczkowej i w fizyce czàstek elementarnych.
4
Zasada zachowania Zasada zachowania p´du jako Uczeƒ:
Uczeƒ:
p´du
fundamentalna zasada zwiàzana • potrafi stosowaç prawo zacho- • potrafi przytoczyç argumenty
z symetrià przestrzeni.
wania p´du w zadaniach.
potwierdzajàce fakt, ˝e prawo
Przyk∏ady funkcjonowania tej zato wynika z symetrii przestrzeni
sady.
(translacji).
Nale˝y podkreÊliç, ˝e prawo zachowania p´du nale˝y do kilku
fundamentalnych praw zachowania.
5
Ârodek masy
Nale˝y zwróciç uwag´ na powiàzanie treÊci lekcji z uprzednio poznanym prawem zachowania p´du oraz z poznanym w gimnazjum poj´ciem Êrodka ci´˝koÊci.
Definicja Êrodka masy.
Uczeƒ:
Obliczanie po∏o˝enia Êrodka ma- • wie, ˝e do opisu zachowania si´
sy w ró˝nych uk∏adach.
uk∏adu cia∏ w wielu przypadkach
wystarczy rozwa˝yç zachowanie
si´ tylko Êrodka masy,
• potrafi obliczyç po∏o˝enie Êrodka masy w prostych przypadkach,
• potrafi rozwiàzywaç zadania
w uk∏adzie Êrodka masy.
Uk∏ady nieinercjalne.
Uczeƒ:
Uczeƒ:
Pomiar si∏ bezw∏adnoÊci w win- • potrafi rozwiàzywaç zadania • potrafi uzasadniç, dlaczego si∏y
dzie.
z zakresu dynamiki, stosujàc
bezw∏adnoÊci nie nale˝à do funuk∏ad nieinercjalny.
damentalnych oddzia∏ywaƒ.
6
Si∏y bezw∏adnoÊci
7
Si∏y w ruchu po okr´- Si∏y w ruchu po okr´gu w uk∏a- Uczeƒ:
gu
dzie inercjalnym i nieinercjal- • potrafi wyró˝niç si∏´ doÊrodkonym.
wà lub odÊrodkowà (w uk∏adzie
nieinercjalnym) w ró˝nych przypadkach ruchu po okr´gu,
• potrafi rozwiàzywaç zadania
z zakresu dynamiki ruchu po
okr´gu, stosujàc zarówno uk∏ad
inercjalny, jak i nieinercjalny.
Nale˝y zwróciç uwag´ na to, ˝e
si∏a odÊrodkowa jest si∏à bezw∏adnoÊci i jako taka mo˝e byç
rozpatrywana tylko w uk∏adzie
nieinercjalnym.
8
Tarcie
Powszechne wyst´powanie tarcia
stwarza koniecznoÊç dok∏adnego
omówienia
tego
zjawiska
z uwzgl´dnieniem rodzajów tarcia, jego skutków, a tak˝e przyczyn jego istnienia.
Przyk∏ady wyst´powania tarcia.
Uczeƒ:
Uczeƒ:
Ró˝ne rodzaje tarcia.
• potrafi odró˝niç tarcie statyczne • potrafi wyjaÊniç, dlaczego wyst´Zwiàzek mi´dzy si∏à tarcia i si∏à
od kinetycznego,
puje si∏a tarcia na styku dwóch
nacisku.
• potrafi podaç, jaka jest rola tarcia∏ i dlaczego zale˝y ona od naWspó∏czynnik tarcia.
cia i gdzie jest ono korzystne,
cisku jednego cia∏a na drugie.
a gdzie niekorzystne,
• wymienia sposoby, które stosuje si´
dla zmniejszania i zwi´kszania tarcia
• potrafi rozwiàzywaç proste zadania z dynamiki z uwzgl´dnieniem si∏y tarcia.
Dobre zrozumienie si∏ bezw∏adnoÊci w uk∏adach nieinercjalnych pozwala uproÊciç rozwiàzania wielu
zadaƒ. Wykonanie pomiaru si∏ bezw∏adnoÊci w windzie mo˝na zleciç
uczniom jako zadanie domowe
(tam, gdzie jest to mo˝liwe). Stwarza to okazj´ do kszta∏cenia
u uczniów umiej´tnoÊci samodzielnego zaplanowania doÊwiadczenia.
Praca. Energia. Moc (4 lekcje)
1
Praca i moc
Wzór na prac´ oraz przedstawie- Uczeƒ:
nie go w postaci iloczynu skalar- • potrafi obliczyç prac´ nie tylko
nego wektorów si∏y i przesuni´w przypadku, gdy dzia∏a sta∏a sicia.
∏a, ale równie˝ w prostych przypadkach, gdy si∏a zmienia si´ liniowo wzd∏u˝ przesuni´cia.
39
Oprócz podstawowych wzorów
dotyczàcych pracy i mocy, uczeƒ
poznaje ponownie u˝ytecznoÊç
metody „graficznego ca∏kowania”
w przypadku obliczania pracy,
gdy si∏a nie jest sta∏a. W szko∏ach,
w których iloczyn skalarny nie jest
omawiany na lekcjach matematyki, nale˝y wprowadziç to poj´cie.
40
Numer
lekcji
Osiàgni´cia ucznia
Temat lekcji
TreÊci nauczania
Podstawowe (wszyscy)
Pe∏ne (niektórzy)
Uwagi
2
Energia mechanicz- Poj´cie energii.
Uczeƒ:
Uczeƒ:
na
Energia mechaniczna.
• potrafi uzasadniç, na przyk∏a- • potrafi uzasadniç, dlaczego poj´Energia potencjalna i kinetyczna.
dzie, wzór na energi´ kinetyczcie si∏ zachowawczych odgrywa
Przyk∏ady.
nà (wyprowadziç go w przypaddecydujàcà rol´ przy stosowaniu
Poj´cie si∏ zachowawczych.
ku dzia∏ania sta∏ej si∏y),
poj´cia energii potencjalnej.
• potrafi wyprowadziç wzór na
energi´ potencjalnà w jednorodnym polu grawitacyjnym
oraz w przypadku odkszta∏cenia spr´˝yny.
Energia jest niewàtpliwie wielkoÊcià fizycznà trudnà do ogólnego
zdefiniowania. Dzi´ki stopniowemu
wprowadzaniu tego poj´cia (najpierw energii potencjalnej, potem
energii kinetycznej) i pokazaniu na
przyk∏adach, jak za pomocà pracy
zmienia si´ energia, mo˝na dobrze
ugruntowaç to bardzo wa˝ne poj´cie fizyczne. Poj´cie si∏ zachowawczych spe∏nia istotnà rol´ przy omawianiu energii potencjalnej.
3
Zasada zachowania Przyk∏ady uk∏adu zachowawcze- Uczeƒ:
Uczeƒ:
energii
go oraz uk∏adu izolowanego • potrafi zastosowaç prawo za- • potrafi podaç, jaki jest zwiàzek
(uprzednio ju˝ stosowanego przy
chowania energii w konkretmi´dzy symetrià translacyjnà
okazji zasady zachowania p´du).
nych zadaniach i przyk∏adach,
czasu a zasadà zachowania
Zadania i przyk∏ady stosowania • potrafi przeanalizowaç zjawiska
energii,
prawa zachowania energii.
fizyczne z punktu widzenia bi- • potrafi wyró˝niç si∏y niezacholansu energetycznego i wyró˝wawcze i rozpraszanie energii.
niç poszczególne jego sk∏adniki.
Zasada zachowania energii wymaga definicji uk∏adu zachowawczego oraz uk∏adu izolowanego
uprzednio ju˝ omawianego przy
okazji zasady zachowania p´du.
Zadania i przyk∏ady powinny
przygotowaç ucznia do zrozumienia fundamentalnego prawa przyrody – prawa zachowania energii.
4
Zderzenia
Uczeƒ:
• potrafi zastosowaç prawa zachowania p´du do zderzeƒ,
• potrafi wyt∏umaczyç nap´d odrzutowy stosowany np. w samolotach odrzutowych,
• potrafi podaç przyk∏ady zastosowania podstawowych praw
zachowania p´du i energii zarówno w Êwiecie makro-, jak
i mikroskopowym.
Informacje o powiàzaniu zderzeƒ
mechanicznych z fizykà wspó∏czesnà, aby uwidoczniç, ˝e te same prawa zachowania p´du
i energii dzia∏ajà zarówno w skali makroskopowej, jak i w mikroÊwiecie.
Zasady dynamiki bry- Ruch obrotowy i post´powy bry∏y Uczeƒ:
∏y sztywnej
sztywnej.
• potrafi zdefiniowaç bry∏´ sztywMoment bezw∏adnoÊci dla ró˝nych
nà,
Przy okazji sformu∏owania wzoru
na energi´ kinetycznà bry∏y
sztywnej zostaje wprowadzony
Zderzenia doskonale spr´˝yste
(zderzenia czo∏owe) i niespr´˝yste.
Szczególny przypadek zderzenia
spr´˝ystego skoÊnego, gdy jedna
z kul spoczywa.
Przyk∏ad zderzenia skoÊnego
dwóch protonów.
Dynamika bry∏y sztywnej (3 lekcje)
1
bry∏ symetrycznych i twierdzenie • potrafi odró˝niç ruch obrotowy
Steinera.
od ruchu post´powego w konDefinicja podstawowych poj´ç
kretnych przypadkach,
dynamiki bry∏y sztywnej.
• potrafi stosowaç twierdzenie
Energia kinetyczna bry∏y sztywSteinera w zadaniach,
nej.
• potrafi stosowaç zasady dynaZasady dynamiki bry∏y sztywnej.
miki bry∏y sztywnej do rozwiàzywania zadaƒ.
moment bezw∏adnoÊci. Dzi´ki temu
uczeƒ widzi od razu przydatnoÊç
stosowania tego poj´cia.
Moment si∏y jest wprowadzony za
pomocà poj´cia pracy. Podanie
umowy o znaku momentu si∏y jest
uproszczeniem koniecznym, gdy˝
dla bry∏y sztywnej nie wprowadza
si´ formalizmu wektorowego.
2
Prawo zachowania
momentu p´du.
Podsumowanie zasad
zachowania w mechanice
Zasada zachowania momentu Uczeƒ:
p´du.
• potrafi rozwiàzywaç zadania
Analogie mi´dzy poj´ciami i wzoz wykorzystaniem bilansu enerrami mechaniki bry∏y sztywnej
gii i pracy dla ruchu obrotowea poj´ciami i wzorami mechaniki
go bry∏y sztywnej,
punktu materialnego.
• potrafi wyjaÊniç na podstawie
Przyk∏ady zastosowania zasady zaprawa zachowania momentu
chowania momentu p´du w mep´du sta∏oÊç okresu obrotu Ziemi.
chanice.
Nale˝y zwróciç uwag´ na fundamentalny charakter zasady zachowania momentu p´du, którà mo˝na
przedstawiç w kontekÊcie pozosta∏ych zasad zachowania w mechanice, co stwarza mo˝liwoÊç podsumowania wiadomoÊci o fundamentalnych zasadach zachowania jako
podstawy przyrodoznawstwa.
3
Statyka
Równowaga mechaniczna. Ma- Uczeƒ:
szyny proste.
• potrafi zastosowaç równania
Ârodek ci´˝koÊci i Êrodek masy
statyki do rozwiàzywania prow ró˝nych bry∏ach.
stych zadaƒ.
Nale˝y ukazaç zwiàzek mi´dzy
dynamikà i statykà bry∏y sztywnej.
Lekcja taka stwarza mo˝liwoÊç
podsumowania wiadomoÊci z zakresu statyki, równowagi mechanicznej, Êrodka ci´˝koÊci i masy.
Teoria molekularno-kinetyczna materii (4 lekcje)
41
1
CiÊnienie.
Hydro- i aerostatyka
Powtórzenie i rozszerzenie wia- Uczeƒ:
domoÊci dotyczàcych ciÊnienia, • potrafi rozwiàzywaç zadania
prawa Pascala i prawa Archimewymagajàce umiej´tnoÊci stodesa znanych uczniowi z gimnasowania prawa Pascala oraz
zjum.
prawa Archimedesa,
• potrafi obliczaç si∏´ wyporu
w cieczach i gazach.
2
Model gazu doskona∏ego i podstawowe
równanie teorii kinetycznej gazu
Równanie podstawowe teorii ki- Uczeƒ:
Uczeƒ:
Model gazu doskona∏ego stwarza
netycznej gazów. Kinetyczna in- • potrafi na przyk∏adzie modelu ga- • stosuje podstawowe równanie okazj´ do omówienia roli modeli
terpretacja temperatury oraz jej
zu doskona∏ego podaç, na czym
teorii kinetycznej do obliczania w poznaniu przyrody.
aspekt fenomenologiczny.
polega podstawowa metoda bai porównania Êrednich pr´dkoÊci
dawcza fizyki – budowa modeli
czàsteczek ró˝nych gazów w jednai ich weryfikacja doÊwiadczalna.
kowej temp. oraz czàsteczek tego
samego gazu w ró˝nych temp.
PoÊwi´cenie jednej lekcji temu tematowi jest celowe, ze wzgl´du
na to, ˝e w dalszej nauce uczeƒ
b´dzie cz´sto korzysta∏ z wiadomoÊci dotyczàcych hydro- i aerostatyki.
42
Numer
lekcji
Osiàgni´cia ucznia
Temat lekcji
TreÊci nauczania
Podstawowe (wszyscy)
Pe∏ne (niektórzy)
Uwagi
3
Równanie stanu gazu Równanie stanu gazów doskona- Uczeƒ:
Uczeƒ:
Nale˝y pokazaç, ˝e równanie stadoskona∏ego
∏ych w postaci pV = NkT oraz
• potrafi zastosowaç równanie • potrafi pokazaç, ˝e równanie nu gazów doskona∏ych wynika
pV = vRT (równanie Clapeyrona).
stanu gazów doskona∏ych do
stanu gazów doskona∏ych wyni- z modelu gazu doskona∏ego.
wyznaczania masy okreÊlonego
ka z modelu gazu doskona∏ego.
gazu przy znanych parametrach
termodynamicznych, wyznaczania jednego z parametrów (ciÊnienia, obj´toÊci, temperatury)
przy znanych pozosta∏ych parametrach, wyznaczania masy gazu ulatniajàcego si´ przy zmianie temperatury przy sta∏ym ciÊnieniu i sta∏ej obj´toÊci, itp.
4
Temperatura.
RozszerzalnoÊç cieplna cieczy i cia∏ sta∏ych.
Konwekcja, przewodnictwo cieplne.
Zasada ekwipartycji
energii
Termometry.
Uczeƒ:
Pomiar temperatury.
• potrafi zastosowaç wzory opisujàWzory opisujàce zjawisko rozszece rozszerzalnoÊç cieplnà w konrzalnoÊci cieplnej dla trzech podstakretnych zadaniach, np. do wywowych stanów skupienia materii.
znaczania zmiany d∏ugoÊci szyny
Opis konwekcji i przewodnictwa
kolejowej lub prz´s∏a mostu pod
cieplnego.
wp∏ywem zmiany temperatury,
Zasada ekwipartycji energii dla • potrafi podaç g∏ówne sk∏adniki
czàsteczek gazów jedno-, dwuenergii wewn´trznej gazu
i trójatomowych.
i w ten sposób pokazaç, ˝e jest
ona sumà wszystkich sk∏adników energii elementów wchodzàcych w sk∏ad uk∏adu,
• potrafi wyt∏umaczyç zjawiska
konwekcji i przewodnictwa
cieplnego na podstawie rozwa˝aƒ kinetyczno-molekularnych.
Wprowadzenie wzoru opisujàcego rozszerzalnoÊç cieplnà, poczàwszy od gazów, pozwala na
uÊwiadomienie uczniom uniwersalnoÊci jego zastosowania do
trzech podstawowych stanów
skupienia materii. Zasada ekwipartycji energii u∏atwi wprowadzenie poj´cia energii wewn´trznej jako sk∏adnika pierwszej zasady termodynamiki.
Zerowa i pierwsza za- Poj´cia: energia wewn´trzna, cie- Uczeƒ:
sada termodynamiki p∏o i praca.
• potrafi odró˝niç poj´cie ciep∏a
Pierwsza zasada termodynamiki.
od poj´cia energii wewn´trznej,
• potrafi zastosowaç pierwszà zasad´ termodynamiki do rozwiàzywania zadaƒ.
Lekcje tego dzia∏u nale˝y powiàzaç z teorià kinetycznà gazów.
Termodynamika (6 lekcji)
1
43
2
Izoprocesy gazu doskona∏ego – proces
izochoryczny i proces izobaryczny
Proces izochoryczny i izobarycz- Uczeƒ:
ny w powiàzaniu z pierwszà zasa- • potrafi wyznaczyç parametry
dà termodynamiki.
termodynamiczne w procesach
Przyrost energii wewn´trznej
izochorycznym i izobarycznym
w procesie izochorycznym i w pooraz potrafi wyznaczyç zwiàzazosta∏ych procesach gazowych.
ne z tym zmiany energii,
Równanie Mayera. Ciep∏o molowe. • potrafi pos∏ugiwaç si´ poj´ciem
ciep∏a molowego.
Na podkreÊlenie zas∏uguje fakt,
˝e wzór termodynamiczny na
przyrost energii wewn´trznej stosuje si´ do wszystkich procesów
gazowych, chocia˝ jest zwykle
wyprowadzany dla procesu izochorycznego. Proces izobaryczny
stwarza okazj´ do wprowadzenia
równania Mayera.
3
Izoprocesy gazu doskona∏ego – proces
izotermiczny i proces adiabatyczny
Proces izotermiczny i adiabatycz- Uczeƒ:
Uczeƒ:
ny w powiàzaniu z pierwszà zasa- • potrafi wyznaczyç zmieniajàce • potrafi wyznaczyç niektóre padà termodynamiki.
si´ parametry termodynamiczne
rametry
termodynamiczne
Wzór na prac´ w procesie adiabaw procesach izotermicznych,
w procesie adiabatycznym oraz
tycznym.
• potrafi opisaç proces adiabapotrafi wyznaczyç zwiàzane
tyczny oraz opisaç zmiany
z tym zmiany energii.
energii w tym procesie.
Proces adiabatyczny powinien byç
przedstawiony w powiàzaniu z procesem izotermicznym. Wzór na prac´ w procesie adiabatycznym b´dzie
stosowany na dalszych lekcjach i nie
mo˝na go tu pominàç. KoniecznoÊç
pomini´cia wzoru na prac´ w procesie izotermicznym wynika z braku
wiedzy uczniów o logarytmach.
4
Cykl Carnota
Opis poszczególnych procesów Uczeƒ:
termodynamicznych w cyklu • potrafi wyjaÊniç, ˝e cykl Carnota
Carnota.
jest podstawowym cyklem,
Wzór na wydajnoÊç cyklu.
• potrafi wykazaç, ˝e dowolny cykl
da si´ roz∏o˝yç na elementarne cykle Carnota, jak równie˝, ˝e cykl
ten ma najwi´kszà wydajnoÊç,
• potrafi obliczaç wydajnoÊç cykli termodynamicznych.
Nale˝y podkreÊliç, ˝e cykl Carnota spe∏nia szczególnà rol´ zarówno w termodynamice, jak
i w technice cieplnej i dlatego jest
godny tego, aby si´ z nim dobrze
zapoznaç.
5
Silniki cieplne
Opis pracy silnika spalinowego.
Cykl Otta.
Uczeƒ:
• potrafi przeanalizowaç prac´
silnika spalinowego, korzystajàc z poj´ç termodynamicznych.
Opis pracy silnika spalinowego
uatrakcyjnia nauk´ i pokazuje
przydatnoÊç termodynamiki w powszechnie stosowanej technice
wspó∏czesnej.
6
Druga zasada termo- Procesy w rzeczywistej i idealnej Uczeƒ:
Uczeƒ:
dynamiki
maszynie ch∏odniczej oraz rze- • potrafi wyjaÊniç, ˝e druga zasa- • potrafi wyt∏umaczyç zwiàzek
czywistym i nierealnym idealnym
da termodynamiki okreÊla kiepoj´cia entropii z prawdopodosilniku cieplnym.
runek procesów fizycznych
bieƒstwem stanu, wynikajàcym
Druga zasada termodynamiki.
i niemo˝noÊç zbudowania perpez zasad statystycznych.
Kierunek przemian w przyrodzie.
tuum mobile drugiego rodzaju,
Entropia.
• potrafi pos∏ugiwaç si´ poj´ciem
entropii.
Drugà zasad´ termodynamiki nale˝y zilustrowaç schematami procesów w rzeczywistej i idealnej
maszynie ch∏odniczej oraz w rzeczywistym i nierealnym silniku
cieplnym.
44
Numer
lekcji
Osiàgni´cia ucznia
Temat lekcji
TreÊci nauczania
Podstawowe (wszyscy)
Pe∏ne (niektórzy)
Uwagi
Stany skupienia materii (3 lekcje)
1
Struktura cia∏ sta∏ych Elementarne wiadomoÊci na temat budowy cia∏ krystalicznych
i bezpostaciowych.
Uczeƒ:
Nale˝y podkreÊliç, ˝e wi´kszoÊç
• potrafi opisaç i wyjaÊniç pod- powszechnie znanych metali ma
stawowe typy struktur krysta- budow´ krystalicznà.
licznych takich, jak NaCl, Feγ
i Feα.
2
Zjawisko w∏oskowa- Zjawisko napi´cia powierzchniotoÊci.
wego w cieczach, menisk i w∏oskoNapi´cie powierzch- watoÊç.
niowe.
Menisk
Uczeƒ:
• potrafi wyjaÊniç pochodzenie si∏
napi´cia
powierzchniowego
w cieczach,
• potrafi podaç przyk∏ady zjawisk, w których wyst´pujà si∏y
powierzchniowe,
• potrafi nazwaç ró˝ne rodzaje menisków i powiàzaç je z si∏ami
mi´dzyczàsteczkowymi oraz wyjaÊniç zjawisko w∏oskowatoÊci,
• potrafi obliczyç ró˝nic´ poziomów cieczy w naczyniach w∏osowatych.
3
Przemiany fazowe.
Zjawisko parowania
Uczeƒ:
• potrafi interpretowaç wykres
równowagi faz,
• potrafi wyjaÊniç, na czym polega zjawisko parowania w aspekcie budowy czàsteczkowej
cia∏ w ró˝nych stanach skupienia materii.
Zjawisko parowania i przemian
fazowych.
Dynamika p∏ynów (2 lekcje)
1
Dynamika p∏ynów cz. 1 Elementy dynamiki p∏ynów.
LepkoÊç, wzór Stokesa Fr = 6πηrv.
Równanie ciàg∏oÊci.
Uczeƒ:
• potrafi opisaç, skàd si´ bierze
tarcie wewn´trzne przy ruchu
cia∏a w p∏ynie,
• potrafi opisaç wzór Stockesa i podaç, gdzie ma on zastosowanie.
2
Dynamika p∏ynów cz. 2 Elementy dynamiki p∏ynów.
Równanie p´dów dla przep∏ywu
doskona∏ego p∏ynu ÊciÊliwego
i równanie Bernoulliego.
Uczeƒ:
• potrafi wyjaÊniç, dlaczego cia∏a
o op∏ywowych kszta∏tach poruszajàce si´ w p∏ynach doznajà
mniejszego oporu oÊrodka ni˝
pozosta∏e cia∏a,
• potrafi wyjaÊniç zasad´ dzia∏ania dyszy,
• potrafi wyjaÊniç zasad´ dzia∏ania skrzyd∏a samolotu.
Grawitacja (5 lekcji)
45
1
Prawo grawitacji New- Droga dojÊcia Newtona do odkry- Uczeƒ:
Uczeƒ:
tona
cia prawa grawitacji.
• potrafi rozwiàzywaç proste za- • potrafi powtórzyç rozumowanie
PowszechnoÊç prawa grawitacji.
dania wymagajàce zastosowaNewtona, które doprowadzi∏o
nia prawa grawitacji.
do odkrycia prawa grawitacji.
Nale˝y pokazaç drog´ dojÊcia
Newtona do odkrycia prawa grawitacji. Dzi´ki temu uczeƒ ma
mo˝noÊç wglàdu w warsztat naukowy wielkiego cz∏owieka.
2
Pole grawitacyjne, na- Nat´˝enie pola – definicja i rola. Uczeƒ:
Uczeƒ:
t´˝enie pola
Poj´cia: masa grawitacyjna i bez- • potrafi zdefiniowaç nat´˝enie • definiuje poj´cia: masa grawiw∏adna.
pola grawitacyjnego i porównaç
tacyjna i masa bezw∏adna.
Wyznaczanie masy cia∏ kosmiczró˝ne pola za pomocà tego poj´cia,
nych: S∏oƒca, Ziemi i Ksi´˝yca.
• potrafi wyznaczyç masy cia∏ kosmicznych z danych astronomicznych.
Uczniowie poznajà sposób na porównywanie ró˝nych pól grawitacyjnych (które pole jest „silniejsze”, a które „s∏absze”) za pomocà poj´cia nat´˝enia pola. Ponadto poznajà, ˝e masa „ma niejedno
oblicze” oraz ˝e ma zadziwiajàcà
w∏asnoÊç uj´tà w zasadzie równowa˝noÊci, na podstawie której
Einstein zbudowa∏ ogólnà teori´
wzgl´dnoÊci.
Uczeƒ poznaje zdumiewajàcà pot´g´ prawa grawitacji, gdy˝ – nie
wychodzàc z czterech Êcian klasy
– mo˝e wyznaczyç („zwa˝yç”)
mas´ takich olbrzymich cia∏ kosmicznych, jak S∏oƒce, Ziemia
czy Ksi´˝yc.
3
Praca w polu grawi- Praca przesuni´cia cia∏a próbne- Uczeƒ:
tacyjnym, potencja∏ go w polu grawitacyjnym.
• potrafi zastosowaç wzór na
pola
prac´ w polu grawitacyjnym do
Potencja∏ pola.
rozwiàzywania zadaƒ,
Wyra˝enie pracy za pomocà ró˝nicy potencja∏ów.
• potrafi uzasadniç wzór na prac´ w polu grawitacyjnym,
Standardowo nale˝y ograniczyç si´
do przedstawienia wzoru, szkicujàc jego pochodzenie, pos∏ugujàc
si´ poj´ciem Êredniej geometrycznej (na zaj´ciach dodatkowych
mo˝na wyprowadziç wzór na prac´
46
Numer
lekcji
Osiàgni´cia ucznia
Temat lekcji
TreÊci nauczania
Podstawowe (wszyscy)
Pe∏ne (niektórzy)
Uwagi
• potrafi si´ pos∏ugiwaç poj´ciem
potencja∏u pola grawitacyjnego
w rozwiàzywaniu zadaƒ.
w polu grawitacyjnym za pomocà
„graficznego ca∏kowania”).
Dobre przyswojenie poj´cia potencja∏u u∏atwi póêniej uczniowi zrozumienie potencja∏u pola elektrycznego.
4
Prawa Keplera
Prawa Keplera dotyczàce ruchu Uczeƒ:
planet.
• potrafi wykazaç s∏usznoÊç drugiego i trzeciego (dla orbit ko∏owych) prawa Keplera, korzystajàc z zasady zachowania momentu p´du i prawa grawitacji.
Drugie prawo Keplera mo˝e byç
przedstawione jako przyk∏ad zasady zachowania momentu p´du.
5
Pr´dkoÊci kosmiczne Trzy pr´dkoÊci kosmiczne.
Uczeƒ:
i ruch satelitów
Wyprowadzenie wzorów na te • potrafi rozwiàzywaç zadania
pr´dkoÊci.
dotyczàce obliczania pr´dkoÊci
i promieni orbit satelitów,
• potrafi wyprowadziç wzory na
pierwszà i drugà pr´dkoÊç kosmicznà.
Pr´dkoÊci kosmiczne sà szczególnie atrakcyjne i ∏atwo jest tym tematem zaciekawiç uczniów. Warto wykorzystaç ten fakt i wraz
z uczniami zabawiç si´ w planowanie wypraw kosmicznych.
Pole elektrostatyczne (5 lekcji)
1
¸adunek.
Prawo Coulomba
2
Pole elektrostatyczne. Poj´cia: pole elektryczne i nat´˝e- Uczeƒ:
Nat´˝enie pola
nie pola.
• potrafi wyznaczaç wektor nat´Analogie mi´dzy polem elektro˝enia pola elektrycznego przy
statycznym i grawitacyjnym.
ró˝nym rozk∏adzie ∏adunków
Zasada superpozycji na przyk∏apunktowych.
dzie dipola.
DoÊwiadczenie ilustrujàce linie
pola elektrycznego.
Podstawowe prawa dotyczàce ∏adunku elektrycznego – prawo Coulomba i prawo zachowania
∏adunku.
Porównanie iloÊciowe oddzia∏ywania elektrostatycznego i grawitacyjnego.
Uczeƒ:
Uczeƒ:
Nale˝y wykorzystaç zjawisko anihi• potrafi interpretowaç prawo • potrafi wyprowadziç wzór na lacji i kreacji elektronów dla iluCoulomba,
trzecià pr´dkoÊç kosmicznà.
stracji zasady zachowania ∏adun• potrafi wykazaç, ˝e pole grawiku.
tacyjne jest niezwykle s∏abe
Nale˝y zwróciç uwag´ na odró˝w porównaniu z elektrycznym,
nienie prawa zachowania od pra• potrafi podaç przyk∏ady zasady
wa niezmienniczoÊci ∏adunku elekzachowania ∏adunków.
trycznego.
Nale˝y podkreÊliç realny substancjalny (oddzia∏ywanie, energia)
charakter pola. DoÊwiadczenie
ilustrujàce linie pola elektrycznego mo˝na z ∏atwoÊcià przeprowadziç, a warto, gdy˝ pokazuje, ˝e
linie pola dajà si´ unaoczniç.
3
Praca w polu elektrostatycznym.
Potencja∏ i energia
pola
4
PojemnoÊç elektrycz- PojemnoÊç elektryczna.
Uczeƒ:
na i kondensator p∏a- Kondensatory i ich ∏àczenie.
• potrafi obliczaç pojemnoÊci ró˝ski
Wyprowadzenie wzorów na ponych uk∏adów po∏àczonych konjemnoÊç zast´pczà kondensatodensatorów,
rów.
• potrafi wyjaÊniç, w jakim celu
∏àczy si´ kondensatory w praktyce.
Temat pojemnoÊci elektrycznej
i ∏àczenia kondensatorów utrwala i rozszerza wiedz´ uczniów
zdobytà w gimnazjum. Na obecnym poziomie mo˝na przedstawiç uczniom wyprowadzenia
wzorów na pojemnoÊç zast´pczà po∏àczonych kondensatorów.
5
Dielektryki
Uczeƒ:
• potrafi opisaç zjawiska zwiàzane z polaryzacjà dielektryka
w polu elektrycznym,
• potrafi wyjaÊniç, dlaczego pole
elektryczne zmienia si´ w obecnoÊci dielektryka.
Tutaj powinna zaowocowaç znajomoÊç poj´cia dipola, wczeÊniej
przyswojona przez uczniów. U∏atwia to zrozumienie zjawisk wyst´pujàcych w dielektryku.
Napi´cie i si∏a elek- WielkoÊci okreÊlajàce pràd elek- Uczeƒ:
tromotoryczna – SEM. tryczny, nat´˝enie, g´stoÊç pràdu, • potrafi okreÊliç, co to jest pràd
Nat´˝enie
pràdu SEM.
elektryczny, nat´˝enie i g´stoÊç
elektrycznego
pràdu,
• wie, jaka jest przyczyna powstawania pràdu elektrycznego. Potrafi odró˝niç napi´cie od
SEM.
Przy omawianiu SEM mo˝na podaç bardzo poglàdowy przyk∏ad
pracy wbrew polu elektrycznemu
w generatorze Van de Graaffa.
Zachowawczy charakter si∏ elektrycznych.
Potencja∏.
Przewodnik w polu elektrycznym.
Dzia∏anie piorunochronów oraz
problem bezpieczeƒstwa przy pos∏ugiwaniu si´ urzàdzeniami elektrycznymi.
Zasada dzia∏ania generatora Van
de Graaffa.
Polaryzacja dielektryka.
Uczeƒ:
Uczeƒ:
NieznajomoÊç ca∏kowania unie• potrafi zastosowaç poj´cie po- • potrafi opisaç dzia∏anie genera- mo˝liwia wyprowadzenie wzoru
tencja∏u do obliczania pracy
tora Van de Graaffa.
na prac´ w sposób ∏atwy. Dlatei energii,
go nale˝y ograniczyç si´ do
• potrafi wyjaÊniç rozk∏ad ∏adunprzedstawienia wzoru, szkicujàc
ków w przewodnikach,
tylko jego pochodzenie (Êrednia
• potrafi opisaç dzia∏anie piorugeometryczna). Nale˝y zwróciç
nochronu.
uwag´ uczniów na to, ˝e dzi´ki
potencja∏owi mo˝liwe jest równowa˝ne (do nat´˝enia) opisanie
pola elektrostatycznego. Zasada
dzia∏ania generatora Van de
Graaffa mo˝e pos∏u˝yç póêniej
do ilustracji si∏y elektromotorycznej.
Pràd sta∏y (5 lekcji)
1
47
48
Numer
lekcji
Osiàgni´cia ucznia
Temat lekcji
TreÊci nauczania
Podstawowe (wszyscy)
Pe∏ne (niektórzy)
Uwagi
2
Prawo Ohma.
Prawo Joule’a-Lenza
(eksperyment uczniowski)
Prawo Ohma, opór w∏aÊciwy, prze- Uczeƒ:
wodnictwo w∏aÊciwe.
• definiuje poj´cie oporu elekPrawo Joule’a-Lenza.
trycznego i potrafi obliczaç
DoÊwiadczenie – wyznaczenie zaopór ró˝nych przewodników,
le˝noÊci oporu przewodnika od
równie˝ w zale˝noÊci od tempetemperatury
ratury,
• potrafi zastosowaç prawo Joule’a-Lenza do rozwiàzywania zadaƒ,
• potrafi pos∏ugiwaç si´ wykresami zale˝noÊci U od R oraz I od
R,
• potrafi opisaç ró˝nic´ mi´dzy
poj´ciem napi´cia i SEM.
Nale˝y wyjaÊniç, dlaczego amperomierz powinien mieç ma∏y opór,
a woltomierz du˝y, oraz dlaczego
si´ mówi, ˝e „wartoÊç SEM jest
równa napi´ciu na zaciskach êród∏a otwartego”. ZnajomoÊç prawa
Ohma i prawa Joule’a-Lenza, majàcà du˝e znaczenie praktyczne,
nale˝y umocniç przez doÊwiadczenie uczniowskie.
3
Mikroskopowy obraz Model (klasyczny) gazu elektro- Uczeƒ:
pràdu elektrycznego nowego.
• potrafi wyraziç g´stoÊç pràdu
Wzmianka o kwantowym charakza pomocà pr´dkoÊci unoszenia
terze zachowania si´ elektronów
i koncentracji elektronów,
w metalu.
• potrafi wyjaÊniç, dlaczego podczas przep∏ywu pràdu ruch chaotyczny elektronów wyst´puje
nadal,
• potrafi wyjaÊniç „paradoks” ˝ó∏wiego tempa unoszenia elektronów i b∏yskawicznego przenoszenia sygna∏u elektrycznego przy
w∏àczaniu pràdu.
Model gazu elektronowego (klasyczny) stwarza okazj´ przedstawienia uczniom kolejnego przyk∏adu stosowania w fizyce podstawowej metody poznawczej:
uogólnienie wniosków doÊwiadczalnych w postaci modelu, wyprowadzenie z modelu równaƒ
i zale˝noÊci (tutaj prawo Ohma),
które podlegajà weryfikacji doÊwiadczalnej.
Nale˝y wyjaÊniç, dlaczego, mimo
olbrzymich pr´dkoÊci, elektrony
nie opuszczajà przewodnika.
4
Obwody elektryczne
Pomiary elektryczne
Obwody pràdu sta∏ego.
Uczeƒ:
Uczeƒ:
Po∏àczenia szeregowe i równole- • potrafi rozwiàzywaç zadania • potrafi wyjaÊniç, dlaczego do
g∏e oporników.
z rozp∏ywem pràdu w obwopomiaru SEM stosuje si´ metoPrawo Ohma dla obwodu zadach elektrycznych.
d´ kompensacji, a nie metod´
mkni´tego.
bezpoÊredniego pomiaru za poPrawa Kirchhoffa jako konsemocà woltomierza.
kwencja prawa zachowania ∏adunku oraz prawa zachowania
energii.
Pomiar SEM metodà kompensacji.
Nale˝y wyjaÊniç, ˝e prawa Kirchhoffa sà konsekwencjà prawa zachowania ∏adunku oraz prawa
zachowania energii. Omówienie
pomiaru SEM metodà kompensacji stwarza doskona∏à okazj´ do
przedstawienia du˝ej u˝ytecznoÊci praw Kirchhoffa.
5
Pràd w cieczach
Mechanizm przewodnictwa elekOgniwa galwaniczne trycznego w cieczach.
i akumulatory
Powstawanie SEM w ogniwach
galwanicznych i akumulatorach.
Uczeƒ:
• potrafi wyjaÊniç, na czym polega pràd elektryczny w elektrolitach,
• potrafi zastosowaç prawa Faradaya do rozwiàzywania zadaƒ.
Nale˝y pokazaç, ˝e prawa elektrolizy sà bezpoÊrednià konsekwencjà mikroskopowego obrazu
pràdu w elektrolicie.
Elektromagnetyzm (6 lekcji)
1
Pole magnetyczne.
Si∏a Lorentza
Pole magnetyczne wytworzone Uczeƒ:
przez magnesy sta∏e i przez pràd • potrafi podaç definicj´ pola map∏ynàcy w prostoliniowym przegnetycznego i sposób doÊwiadwodniku, p´tli ko∏owej i w zwojczalnego okreÊlenia kszta∏tu linicy.
nii pola magnetycznego,
Si∏a Lorentza.
• potrafi matematycznie opisaç
Wprowadzenie wektora indukcji
kszta∏t torów ∏adunków punkto→
pola magnetycznego B.
wych poruszajàcych si´ w polu
magnetycznym,
• opisuje zasad´ dzia∏ania spektrometru masowego wykorzystujàcego odchylenie jonów izotopów poruszajàcych si´ w polu
magnetycznym.
Zaleca si´ wykonaç doÊwiadczenia demonstrujàce linie pola magnetycznego, jak równie˝ zmian´
zwrotu ustawienia igie∏ magnetycznych otaczajàcych przewodnik pod wp∏ywem zmiany zwrotu
pràdu elektrycznego. Bardzo pouczajàcy jest pokaz dzia∏ania si∏y
Lorentza na strumieƒ elektronów
w rurce katodowej.
2
Prawo
Amp¯re’a Prawo Amp¯re’a.
Uczeƒ:
i Biota-Savarta
Prawo Biota-Savarta.
• potrafi wyjaÊniç, na czym poleObliczanie wektora pola magnega wirowoÊç pola magnetycztycznego.
nego i dlaczego pole elektrostatyczne jest bezwirowe,
• potrafi zastosowaç prawo Amp¯re’a i prawo Biota-Savarta
→
do wyznaczania wektora B
w prostych przypadkach.
Prawo Amp¯re’a i Biota-Savarta
– podkreÊlenie jego aspektu teoretycznego, jako jednego z podstawowych praw magnetyzmu, oraz
praktycznego, jako prawa s∏u˝àcego do obliczania wektora pola
→
magnetycznego B w przypadkach
symetrycznego rozk∏adu pràdów.
3
Przewodnik w polu
magnetycznym.
Przyrzàdy magnetoelektryczne.
Silnik elektryczny.
Nale˝y pokazaç zwiàzek mi´dzy
si∏à Lorentza dzia∏ajàcà na ruchomy ∏adunek a si∏à dzia∏ajàcà
na przewodnik z pràdem umieszczony w polu magnetycznym.
49
Si∏a elektrodynamiczna dzia∏ajàca Uczeƒ:
Uczeƒ:
na przewodnik z pràdem w polu • definiuje wektor indukcji pola • potrafi wyjaÊniç zasad´ dzia∏a→
magnetycznym.
magnetycznego B i podaje,
nia silnika i przyrzàdów na
→
Definicja wektora indukcji B.
w jakim celu definiuje si´ to popràd sta∏y wykorzystujàcych
Magnetyczny moment dipolowy.
j´cie,
oddzia∏ywania magnetyczne.
Urzàdzenia wykorzystujàce od- • potrafi wyjaÊniç, dlaczego dwa
dzia∏ywania magnetyczne: galwarównoleg∏e przewodniki z prànometr, amperomierz, woltodem dzia∏ajà na siebie si∏à.
mierz i silnik na pràd sta∏y.
50
Numer
lekcji
Osiàgni´cia ucznia
Temat lekcji
TreÊci nauczania
Podstawowe (wszyscy)
Pe∏ne (niektórzy)
Uwagi
4
Magnetyki.
Para-, dia- i ferromagnetyki.
Dia-, para- i ferroma- P´tla histerezy.
gnetyki.
Domeny magnetyczne.
Magnesy sta∏e
5
Indukcja elektromagnetyczna.
Prawo Faradaya.
Prawa Maxwella
6
Samoindukcja i in- Samoindukcja – „wyprowadze- Uczeƒ:
Uczeƒ:
Wygodnie jest „wyprowadziç”
dukcyjnoÊç obwodów nie” wzoru
• potrafi wyznaczyç indukcyjnoÊç • potrafi wykorzystaç wzory na wzór
okres drgaƒ wahade∏ do rozL d∏ugiego i cienkiego soleno, IndukcyjnoÊç obwo, rozwa˝ajàc SEM inwiàzywania zadaƒ.
idu. Umie obliczaç SEM indukdów elektrycznych.
dukcji w zwojnicy.
cji w prostych przypadkach.
Uczeƒ:
• potrafi wyjaÊniç, dlaczego diamagnetyki magnesujà si´ odwrotnie w polu magnetycznym
(w stosunku do pola zewn´trznego) oraz dlaczego ferromagnetyki magnesujà si´ bardzo
silnie w polu magnetycznym.
Tutaj powinna zaowocowaç wiedza o powstawaniu pola magnetycznego w otoczeniu obwodów
ko∏owych, wczeÊniej przyswojona
przez uczniów. Pozwala to ∏atwo
zrozumieç, dlaczego atom wytwarza pole magnetyczne, a tak˝e
zjawiska wyst´pujàce w materia∏ach magnetycznych.
Strumieƒ pola magnetycznego.
Uczeƒ:
Prawo indukcji Faradaya.
• potrafi wykazaç zwiàzek prawa
Regu∏a Lenza jako wyraz zasady
indukcji Faradaya z poj´ciem
zachowania energii.
si∏y Lorentza,
Opis jakoÊciowy praw Maxwella. • potrafi w prostych przypadkach
obliczaç SEM indukcji oraz nat´˝enie pràdu wzbudzonego pod
wp∏ywem zmiennego strumienia
pola magnetycznego,
• potrafi zastosowaç regu∏´ Lenza,
• potrafi sformu∏owaç jakoÊciowo
prawa Maxwella.
Mechanizm powstawania SEM
indukcji przedstawiony na przyk∏adzie ruchomego przewodnika
w poprzecznym polu magnetycznym. Pokazanie uczniom, w jaki
sposób mo˝na wyprowadziç wzór
na SEM indukowanà w tym przewodniku i jak go mo˝na uogólniç,
aby by∏ s∏uszny dla dowolnego
przypadku – stàd prawo indukcji
Faradaya.
Drgania i fale mechaniczne (6 lekcji)
1
Oscylator harmonicz- Podstawowe wielkoÊci opisujàce Uczeƒ:
ruch drgajàcy harmoniczny: wy- • potrafi wyjaÊniç, jakie przesuny
chylenie, pr´dkoÊç i przyÊpieszeni´cia fazowe wyst´pujà mi´nie – omówienie zale˝noÊci od
dzy wychyleniem, pr´dkoÊcià
czasu.
i przyÊpieszeniem i dlaczego
one wyst´pujà,
• potrafi przedstawiç wychylenie,
pr´dkoÊç i przyÊpieszenie w funkcji czasu, tak˝e na wykresach.
Zaleca si´ wyprowadziç wzory na
wychylenie, pr´dkoÊç i przyÊpieszenie, korzystajàc z ruchu punktu materialnego po okr´gu.
2
Wahad∏o matematyczne i fizyczne.
Drgania wymuszone.
Rezonans
Wzór na cz´stoÊç ko∏owà drgaƒ Uczeƒ:
Uczeƒ:
w∏asnych
i okres cia∏a • potrafi obliczyç cz´stoÊç i okres • potrafi wyjaÊniç zjawisko podrgajàcego pod wp∏ywem si∏y spr´wstawania fali uderzeniowej.
drgaƒ w uk∏adach, w których
˝ystej i kwazispr´˝ystej
.
wyst´puje si∏a kwazispr´˝ysta,
Wzory na okres drgaƒ wahade∏.
• potrafi wykorzystaç wzór na
Opis jakoÊciowy zjawiska rezookres drgaƒ wahad∏a matemanansu, wykres zale˝noÊci wychytycznego do rozwiàzywania zalenia od czasu.
daƒ,
• potrafi si´ pos∏ugiwaç poj´ciem
rezonansu.
Zaleca si´ wyprowadziç wzór na
okres drgaƒ wahad∏a matematycznego i wahad∏a fizycznego
z wykorzystaniem si∏y kwazispr´˝ystej.
3
Równanie fali harmonicznej.
Energia i nat´˝enie
fali
Podstawowe wielkoÊci s∏u˝àce do Uczeƒ:
opisu fal.
• potrafi podaç podstawowe ceFale na powierzchni wody.
chy ruchu falowego i odró˝niç
Równanie jednowymiarowe fali
go od innych rodzajów ruchu,
harmonicznej.
• potrafi obliczaç podstawowe paPowierzchnia falowa, czo∏o fali,
rametry fali, λ, υ, T.
promieƒ fali, fala kulista.
Energia i nat´˝enie fali.
Zaleca si´ przeprowadziç pokaz
fal na powierzchni wody. Mo˝na
u˝yç do tego celu zestawu doÊwiadczalnego z podÊwietleniem
za pomocà rzutnika pisma.
4
Interferencja i dy- Fale stojàce. Po∏o˝enie strza∏ek Uczeƒ:
frakcja fal.
i w´z∏ów w fali jednowymiarowej. • potrafi uzasadniç po∏o˝enie
strza∏ek i w´z∏ów w jednowyZasada Huygensa
Zasada Huygensa.
miarowej fali stojàcej,
Ugi´cie i interferencja fal.
Warunki wzmocnienia i wygasza- • potrafi przeanalizowaç wyniki
doÊwiadczeƒ pokazowych z fania dwóch interferujàcych fal.
lami na wodzie,
• potrafi zastosowaç zasad´ Huygensa do zjawisk rozchodzenia
si´ i nak∏adania fal,
• potrafi przedstawiç i uzasadniç
warunki wzmocnienia i wygaszania interferujàcych dwóch
fal.
Zaleca si´ przeprowadziç doÊwiadczenie pokazowe z falami
na wodzie. Przy podÊwietleniu
przezroczystej p∏askiej wanny
z wodà i rzutowaniu obrazu na
ekran (wykorzystujàc rzutnik pisma, np. typu „Lech”) mo˝na zademonstrowaç wi´kszoÊç zjawisk
falowych. DoÊwiadczenie jest bardzo pouczajàce i nie wymaga specjalnego sprz´tu.
5
Elementy akustyki
Uczeƒ:
Fale akustyczne.
Dêwi´ki, podzia∏ widma dêwi´ków. • wymienia obiektywne i subiektywne cechy dêwi´ków oraz
Charakterystyka dêwi´ków, g∏ojednostki odpowiednich wielkoÊnoÊç, poziom nat´˝enia dêwi´Êci fizycznych,
ku, próg s∏yszalnoÊci i bólu.
• potrafi rozwiàzywaç proste zadania z akustyki.
51
52
Numer
lekcji
6
Osiàgni´cia ucznia
Temat lekcji
Efekt Dopplera
TreÊci nauczania
Podstawowe (wszyscy)
Pe∏ne (niektórzy)
Efekt Dopplera w akustyce – wy- Uczeƒ:
prowadzenie wzorów na cz´stoÊç • potrafi wyjaÊniç efekt Dopplera
fali przy ruchomym êródle lub odoraz rozwiàzywaç zadania i wybiorniku.
znaczaç pr´dkoÊç obiektów,
Pr´dkoÊç naddêwi´kowa.
opierajàc si´ na tym zjawisku.
Uwagi
Zagadnienia z tego zakresu zosta∏y uj´te w programie (chocia˝
nadobowiàzkowo), poniewa˝ efekt
Dopplera jest cz´sto stosowany
w ró˝nych dziedzinach, np.
w astrofizyce, technice, wojskowoÊci, policji, a tak˝e w medycynie.
Pràd przemienny (4 lekcje)
1
Obwód drgajàcy LC Obwód drgajàcy LC.
Rezonans
Wzory na zale˝noÊç ∏adunku i nat´˝enia pràdu od czasu.
Przemiany energii w obwodzie LC.
Wzór na cz´stoÊç i okres drgaƒ
w∏asnych obwodu LC.
Rezonans elektryczny.
Wykorzystanie rezonansu elektrycznego w radiotechnice.
2
Uczeƒ:
• potrafi wyjaÊniç, dlaczego w obwodzie LC mogà powstawaç
drgania elektromagnetyczne,
• potrafi wyjaÊniç rezonans elektryczny, stosujàc odpowiednie
wykresy i wzory,
• potrafi opisaç wykorzystanie
rezonansu w radiotechnice.
Wskazane jest pokazaç drgania
na oscylografie. Nale˝y ukazaç
analogi´ mi´dzy drganiami obwodu LC i drganiami mechanicznymi wahad∏a oraz analogi´ mi´dzy wielkoÊciami charakteryzujàcymi drgania elektryczne i mechaniczne.
Obwód RLC
Opór pojemnoÊciowy (reaktancja Uczeƒ:
Uczeƒ:
pojemnoÊciowa). Opór indukcyj- • potrafi zastosowaç wzory na • potrafi stosowaç prawo Ohma
ny (reaktancja indukcyjna).
SEM, nat´˝enie, opór pojemnodla obwodu pràdu przemiennego,
Ca∏kowity opór (zawada) obwodu
Êciowy, opór indukcyjny pràdu • potrafi zastosowaç wzory na
pràdu przemiennego. Prawo Ohma
przemiennego w zadaniach.
opór ca∏kowity pràdu przedla obwodu pràdu przemiennego.
miennego w zadaniach.
Przy prezentacji materia∏u lekcji
zaleca si´ wykorzystaç analogi´
mi´dzy uk∏adami drgaƒ mechanicznych i uk∏adami elektrycznymi pràdu przemiennego.
3
Pràd przemienny.
Moc i energia
Opór czynny. Zale˝noÊç (sinusoidalna) nat´˝enia pràdu przemiennego od czasu.
Moc pràdu przemiennego z opornoÊcià R.
Nat´˝enie skuteczne i napi´cie
skuteczne.
4
Przyrzàdy i mierniki Zasada dzia∏ania pràdnicy pràdu Uczeƒ:
pràdu przemiennego przemiennego, transformatora, • potrafi opisaç i wyjaÊniç zasad´
mierników i silników pràdu przedzia∏ania pràdnicy, transformamiennego.
tora, mierników i silników pràdu przemiennego.
Uczeƒ:
• potrafi zinterpretowaç wzory
na moc, nat´˝enie skuteczne
i napi´cie skuteczne oraz potrafi je zastosowaç w zadaniach.
Nale˝y zademonstrowaç dzia∏anie przyrzàdów (pojedyncze,
sprawne egzemplarze zwykle
znajdujà si´ w szkolnej pracowni
fizycznej).
Fale elektromagnetyczne (2 lekcje)
1
Widmo fal elektroma- Widmo fal elektromagnetycznych.
gnetycznych
Charakterystyka poszczególnych
obszarów widma, w tym – podczerwieƒ, ultrafiolet i promienie
Roentgena.
Mechanizm promieniowania fal
elektromagnetycznych.
Uczeƒ:
• potrafi opisaç widmo fal elektromagnetycznych,
• potrafi opisaç mechanizm promieniowania fal elektromagnetycznych,
• potrafi obliczaç d∏ugoÊci fal
elektromagnetycznych w zale˝noÊci od parametrów obwodu
LC nadajnika.
Nale˝y podaç informacj´, ˝e nieostry podzia∏ na ró˝ne rodzaje fal
elektromagnetycznych wynika ze
sposobu ich wytwarzania.
2
Promieniowanie fal
elektromagnetycznych.
Podstawy ∏àcznoÊci
radiowej i telewizyjnej
Uczeƒ:
• potrafi opisaç zasady ∏àcznoÊci
radiowej,
• potrafi objaÊniç, na czym polega modulacja amplitudy i cz´stotliwoÊci oraz detekcja fal,
• potrafi opisaç zasady przekazu
telewizyjnego.
Przedstawienie blokowego schematu ∏àcznoÊci radiowej. Przedstawienie blokowego schematu
przekazu telewizyjnego.
1
Dyspersja Êwiat∏a.
Prawa odbicia i prawo za∏amania Uczeƒ:
Za∏amanie i odbicie Êwiat∏a.
• potrafi zastosowaç prawa odbiÊwiat∏a
Wzgl´dny i absolutny wspó∏czyncia i za∏amania Êwiat∏a w zadanik za∏amania.
niach,
Ca∏kowite wewn´trzne odbicie.
• potrafi wyjaÊniç, dlaczego wyKàt graniczny.
st´puje zjawisko dyspersji ÊwiaDyspersja Êwiat∏a.
t∏a.
Zaleca si´ wykonaç doÊwiadczenia
majàce na celu sprawdzenie prawa
Snelliusa.
Nale˝y objaÊniç, dlaczego wyst´puje zjawisko dyspersji Êwiat∏a, szkicujàc klasyczne za∏o˝enia teorii dyspersji fal elektromagnetycznych.
2
Interferencja i dyfrakcja Êwiat∏a.
Polaryzacja Êwiat∏a.
Wykorzystanie tych
zjawisk w technice
przyrzàdów optycznych
Zaleca si´ omówiç zarówno polaryzacj´ Êwiat∏a w oÊrodkach dwój∏omnych, jak i polaryzacj´ przy odbiciu
Êwiat∏a na granicy dwóch oÊrodków.
Nale˝y przedstawiç technik´ rozjaÊniania soczewek przez pokrywanie ich cienkimi warstwami „przeciwodblaskowymi” (tzw. „przeÊwietlanie optyki”). Zaleca si´ omówiç najpierw dyfrakcj´ na dwóch
szczelinach, a nast´pnie na wielu
szczelinach i na siatce dyfrakcyjnej.
Promieniowanie fali elektromagnetycznej przez drgajàcy dipol.
Antena nadawcza.
Podstawy ∏àcznoÊci radiowej.
Modulacja amplitudy i cz´stoÊci.
Detekcja. Podstawy telewizji.
Lampa analizujàca i lampa kineskopowa.
Optyka (6 lekcji)
Interferencja Êwiat∏a.
Koherencja Êwiat∏a.
Polaryzacja Êwiat∏a.
Polaryzatory.
Interferencja w cienkich warstwach.
Zastosowania interferencji Êwiat∏a: kontrola jakoÊci obróbki powierzchni.
Dyfrakcja Êwiat∏a.
53
Uczeƒ:
• potrafi wyjaÊniç zjawisko interferencji Êwiat∏a,
• podaje zastosowania praktyczne zjawiska interferencji,
• potrafi opisaç i wyjaÊniç zjawisko dyfrakcji Êwiat∏a,
• potrafi opisaç i wyjaÊniç zjawisko polaryzacji Êwiat∏a,
• potrafi opisaç i wyjaÊniç efekt
dzia∏ania polaryzatorów.
54
Numer
lekcji
Osiàgni´cia ucznia
Temat lekcji
TreÊci nauczania
Podstawowe (wszyscy)
Pe∏ne (niektórzy)
Uwagi
2a
Holografia
(nadobowiàzkowo)
Zasada holografii.
Idea teorii Abbego, pomys∏ Wolfkego rozdzielenia procesu analizy
i syntezy obrazu.
Wynalazek Gabora.
Zastosowania holografii.
3
Zwierciad∏a
Zwierciad∏o kuliste, wkl´s∏e i wy- Uczeƒ:
• potrafi narysowaç bieg promiepuk∏e.
ni w celu konstrukcji obrazów
Wyprowadzenie wzoru: f = R/2.
powstajàcych w zwierciadle,
Bieg promieni Êwietlnych odbi• potrafi rozwiàzywaç zadania
tych w zwierciad∏ach.
dotyczàce obrazów w zwierciaRównanie 1/f = 1/x + 1/y.
d∏ach.
4
Pryzmat
Bieg promienia Êwietlnego w pryzmacie.
Wyprowadzenie wzoru ε =(n – 1)ϕ.
Kàt najmniejszego odchylenia
εmin.
Uczeƒ:
• potrafi opisaç przejÊcie Êwiat∏a
przez pryzmat.
• potrafi podaç, kiedy wyst´puje
kàt najmniejszego odchylenia
εmin.
Przedstawienie wzoru ε = (n – 1)ϕ
u∏atwi pó˝niej zrozumienie pochodzenia wzoru na ogniskowà soczewki
5
Soczewki
Rodzaje soczewek.
Uczeƒ:
Uczeƒ:
ZdolnoÊç skupiajàca soczewki – • potrafi rozwiàzywaç zadania, • potrafi wyjaÊniç, dlaczego sowyprowadzenie wzoru
czewki sà obarczone wadami
pos∏ugujàc si´ wzorem na ogni1/f = (n – 1)(1/r1 + 1/r2).
i jak si´ je minimalizuje.
skowà soczewki,
Konstrukcja obrazów w soczewce. • potrafi narysowaç bieg promieWyprowadzenie równania soni w celu konstrukcji obrazów
czewki
w soczewkach.
1/f = 1/x + 1/y.
Wady soczewek i sposoby ich minimalizowania.
Nale˝y zwróciç uwag´ na to, ˝e
wzory optyki geometrycznej majà
charakter przybli˝ony i mo˝na je
stosowaç tylko dla cienkich soczewek oraz dla wiàzek Êwiat∏a
paraksjalnych.
6
Przyrzàdy optyczne.
Lupa.
Okulary.
Luneta.
Mikroskop
Przyrzàdy optyczne.
Uczeƒ:
Lupa, okulary, mikroskop, luneta. • potrafi objaÊniç zasad´ dzia∏aWyprowadzenie wzorów na ponia lupy, mikroskopu i lunety,
wi´kszenie tych przyrzàdów.
• potrafi rozwiàzywaç zadania na
temat przyrzàdów optycznych,
w tym okularów.
Przed omówieniem zasad holoUczeƒ:
• potrafi opisaç zasady holografii grafii zaleca si´ omówiç dyfrakcj´
na jednej szczelinie.
optycznej,
• potrafi podaç zasadnicze zastosowania holografii.
Mechanika kwantowa i fizyka atomowa (6 lekcji)
55
1
Promieniowanie cia∏a Widmo promieniowania cia∏a dodoskonale czarnego skonale czarnego.
Postulaty Plancka.
2
Zjawisko fotoelektryczne, fotony.
Dualistyczna natura
Êwiat∏a i czàstek materii
Zjawisko fotoelektryczne.
Dualistyczna natura Êwiat∏a.
Dyfrakcja elektronów.
Dualistyczna natura czàstek materii.
Fale materii de Broglie’a.
Fale prawdopodobieƒstwa.
Funkcja falowa.
Statystyczny charakter praw fizyki kwantowej.
3
SpecyficznoÊç obiektów kwantowych.
Relacje nieoznaczonoÊci Heisenberga.
Aspekt fundamentalny i operacyj- Uczeƒ:
ny – pomiarowy zasady nieozna- • potrafi zinterpretowaç relacje
czonoÊci Heisenberga, która ponieoznaczonoÊci Heisenberga,
zwala w prosty sposób (pod • potrafi oszacowaç niektóre
wzgl´dem rachunkowym) oszawielkoÊci, np. energi´ elektronu
cowaç wartoÊç wielu istotnych
w atomie wodoru, energi´ nuwielkoÊci fizyki mikroÊwiata.
kleonu w jàdrze, energi´,
jakà mia∏yby elektrony, gdyby
mog∏y przebywaç w jàdrze.
4
Model Bohra atomu Interpretacja postulatów Bohra.
wodoru.
Zwiàzek orbit Bohra z falami de
Wspó∏czesny model Broglie’a.
atomu
Ograniczenia teorii Bohra.
Elektron w studni potencja∏u.
Orbitale elektronowe.
Uczeƒ:
• potrafi naszkicowaç wykres zale˝noÊci nat´˝enia promieniowania od d∏ugoÊci fal,
• potrafi opisaç widmo promieniowania cia∏a doskonale czarnego,
• potrafi sformu∏owaç postulaty
Plancka i podaç, na czym polega ró˝nica mi´dzy klasycznym
i kwantowym podejÊciem do
promieniowania.
Tutaj uczniowie po raz pierwszy
spotykajà si´ z kwantowaniem
energii. Zapoznanie uczniów
z widmem promieniowania cia∏a
doskonale czarnego pozwoli póêniej zrozumieç w nauce kosmologii pochodzenie promieniowania
reliktowego.
Uczeƒ:
Uczeƒ:
Uczniowie majà okazj´ si´ dowie• potrafi wyjaÊniç, na czym polega • potrafi zinterpretowaç funkcj´ dzieç, w jaki sposób dokonano
dualizm falowo-korpuskularny,
falowà czàstki.
odkrycia dualistycznej natury mi• potrafi wyjaÊniç, dlaczego zjakroczàstek. Po raz któryÊ z kolei
wisko to jest niezwyk∏e i niewywidoczna jest owocnoÊç rozumoobra˝alne,
wania wykorzystujàcego symetri´
• potrafi podaç podstawowe wieli analogi´ zjawisk fizycznych. InkoÊci charakteryzujàce foton,
terferencja amplitud prawdopo• potrafi zastosowaç wzór de
dobieƒstwa – zagadnienie to najBroglie’a do prostych obliczeƒ,
∏atwiej mo˝na wyt∏umaczyç,
• wyjaÊnia zasad´ dzia∏ania fotoomawiajàc doÊwiadczenia myÊlokomórki.
we Feynmana.
Uczeƒ:
Uczeƒ:
• potrafi zinterpretowaç postula- • potrafi opisaç jakoÊciowo wynity Bohra,
ki kwantowej teorii atomu i roz• potrafi opisaç, na czym polegak∏ady prawdopodobieƒstwa znajà uproszczenia w teorii Bohra,
lezienia elektronu w atomie wo• potrafi stosowaç model Bohra
doru.
do rozwiàzywania zadaƒ.
Aspekt substancjalny (specyficznoÊç obiektu) i operacyjny (pomiarowy) zasady nieoznaczonoÊci
Heisenberga, która pozwala
w prosty sposób (pod wzgl´dem
rachunkowym) oszacowaç wartoÊç
wielu istotnych wielkoÊci fizyki
mikroÊwiata.
Rozwa˝enie zachowania si´
czàstki w studni potencja∏u u∏atwia zrozumienie kwantowania
energii elektronu w atomie.
56
Numer
lekcji
Osiàgni´cia ucznia
Temat lekcji
TreÊci nauczania
Podstawowe (wszyscy)
Pe∏ne (niektórzy)
Uwagi
5
Promieniowanie Êwia- SpecyficznoÊç serii widmowych Uczeƒ:
t∏a przez atomy
promieniowania atomów wodoru. • potrafi wyjaÊniç emisj´ i abD∏ugoÊci promieniowanych fal
sorpcj´ Êwiat∏a przez atomy,
i ich cz´stoÊci.
• potrafi wyjaÊniç, dlaczego widWzmianka na temat widm molema tego Êwiat∏a sà dyskretne –
kularnych.
nie ciàg∏e,
• potrafi przedstawiç zasady analizy spektralnej.
Nale˝y podaç informacje, ˝e widma atomowe umo˝liwiajà zbadanie budowy atomów ró˝nych
pierwiastków.
6
Lasery
Lekcja ta mo˝e byç bardzo atrakcyjna dla uczniów, gdy˝ uczniowie
bardzo interesujà si´ laserami.
Zasada dzia∏ania laserów i maserów. Uczeƒ:
Spontaniczna i stymulowana emi- • potrafi objaÊniç zasad´ dzia∏ania
sja Êwiat∏a.
laserów i maserów, pos∏ugujàc
Inwersja obsadzeƒ.
si´ trójpoziomowym schematem
Metody pompowania lasera.
stanów energii elektronów,
Zastosowanie laserów.
• potrafi wymieniç zastosowanie
laserów.
Fizyka cia∏a sta∏ego (4 lekcje)
1
Przewodnictwo elek- Model elektronowych poziomów Uczeƒ:
Uczeƒ:
tronowe metali
i pasm energetycznych w metalu. • potrafi opisaç jakoÊciowo zacho- • potrafi opisaç, dlaczego i w jaOpis jakoÊciowy przewodnictwa
wanie si´ elektronów w metalu,
kich warunkach wyst´puje nadmetali w modelu kwantowym.
• potrafi wyjaÊniç, dlaczego w meprzewodnictwo.
Nadprzewodnictwo.
talu istniejà pasma energetyczne.
Nale˝y przypomnieç uczniom za∏o˝enia wczeÊniej wprowadzonego klasycznego modelu gazu elektronowego.
2
Przewodnictwo pó∏- Model elektronowych poziomów Uczeƒ:
przewodników
i pasm energetycznych w pó∏- • potrafi przedstawiç i zinterpreprzewodniku.
towaç schemat pasmowy pó∏Centra donorowe i akceptorowe
przewodnika i przerw´ energew pó∏przewodnikach.
tycznà,
Opis jakoÊciowy przewodnictwa. • potrafi opisaç przewodnictwo
Przewodnictwo pó∏przewodnidziurowe i elektronowe.
ków typu n i p.
Nale˝y wyjaÊniç na przyk∏adach
krzemu, dlaczego tworzà si´ pasma energetyczne oraz dlaczego
poziomy domieszkowe lokujà si´
w przerwie energetycznej. Co jest
przyczynà przewodnictwa dziurowego?
3
Dioda,
tranzystor Zasada dzia∏ania elementów pó∏- Uczeƒ:
i obwody scalone
przewodnikowych: diody, tranzy- • potrafi wyjaÊniç, dlaczego transtora, obwodu scalonego, fotodiozystor mo˝e wzmacniaç pràd,
dy, lasera pó∏przewodnikowego • potrafi wyjaÊniç zasad´ dzia∏ai innych elementów optoelektronia typowych elementów pó∏nicznych.
przewodnikowych.
Nale˝y podkreÊliç, ˝e elementy
pó∏przewodnikowe mogà wyst´powaç oddzielnie, jak równie˝
w obwodach scalonych.
4
Urzàdzenia elektro- Schemat blokowy urzàdzeƒ elekniczne – wideo i au- tronicznych.
dio
Telewizor.
Komputer.
Inne urzàdzenia wideo i audio.
Uczeƒ:
• potrafi wyjaÊniç rol´ poszczególnych sk∏adników schematu
blokowego urzàdzeƒ elektronicznych – telewizora, komputera i innych.
Teoria wzgl´dnoÊci (5 lekcji)
1
Wst´p
do
teorii Rys historyczny powstania teorii Uczeƒ:
wzgl´dnoÊci i postu- wzgl´dnoÊci.
• potrafi wykazaç, ˝e z transforlaty Einsteina.
Transformacja Galileusza jako
macji Galileusza wynika klapierwszy etap poznania przesyczna formu∏a sk∏adania pr´dkszta∏ceƒ wspó∏rz´dnych uk∏akoÊci,
dów inercjalnych.
• potrafi wykazaç, ˝e zdarzenia
Pr´dkoÊç Êwiat∏a.
jednoczesne w jednym uk∏adzie
Podstawowe postulaty teorii
inercjalnym nie sà jednoczesne
wzgl´dnoÊci – pokazanie, ˝e sà
w drugim uk∏adzie.
ugruntowane doÊwiadczalnie.
Przedstawienie rysu historycznego „korzeni” teorii wzgl´dnoÊci ukazuje uczniom, ˝e na sukces wielkiego odkrycia naukowego pracuje wiele pokoleƒ,
a zalà˝ki tej teorii znane by∏y ju˝
w przesz∏oÊci. Poznanie transformacji Galileusza u∏atwi zrozumienie, czym sà transformacje Lorentza.
Odbywamy „podró˝ w czasie”,
od Roemera do Einsteina, od
odkrycia, ˝e Êwiat∏o ma pr´dkoÊç skoƒczonà, poprzez stwierdzenie, ˝e Êwiat∏o ma dziwnà
w∏asnoÊç – sta∏à pr´dkoÊç niezale˝nà od uk∏adu odniesienia, a˝
do wyjaÊnienia wzgl´dnoÊci
czasu.
2
Dylatacja czasu
Dylatacja czasu.
Uczeƒ:
Dlaczego zegar ruchomy spóênia • potrafi wyjaÊniç, na czym polesi´ w stosunku do zegarów spoga dylatacja czasu, oraz wyproczywajàcych?
wadziç odpowiedni wzór.
Nale˝y podkreÊliç, ˝e wzgl´dnoÊç
up∏ywu czasu jest prostà konsekwencjà
postulatów
teorii
wzgl´dnoÊci.
3
Transformacje
Lorentza
Transformacja Lorentza.
Wyprowadzenie relatywistycznego prawa sk∏adania pr´dkoÊci.
Wyprowadzenie wzoru na skrócenie Lorentza.
57
Uczeƒ:
• potrafi opisaç transformacje
Lorentza,
• podaje wzór wyra˝ajàcy relatywistycznà formu∏´ sk∏adania
pr´dkoÊci,
• potrafi z transformacji Lorentza
wyprowadziç wzór na skrócenie
d∏ugoÊci.
Nale˝y podkreÊliç, ˝e w transformacjach Lorentza wyst´puje organiczne powiàzanie przestrzeni
i czasu. W transformacjach Galileusza czas wyst´puje niezale˝nie
od przestrzeni i jest absolutny.
Nale˝y omówiç wzgl´dnoÊç wymiarów przestrzennych – nie tylko skrócenie Lorentza.
58
Numer
lekcji
Osiàgni´cia ucznia
Temat lekcji
TreÊci nauczania
Podstawowe (wszyscy)
Pe∏ne (niektórzy)
Uwagi
4
Czasoprzestrzeƒ
Czwarta wspó∏rz´dna – czasowa
(wykorzystanie wzoru na przemieszczanie si´ Êwiat∏a w trzech
wymiarach).
Zdarzenie – definicja.
Wykresy czasoprzestrzenne.
Uczeƒ:
• potrafi przedstawiç rozumowanie prowadzàce do uogólnienia
(rozszerzenie o czwarty wymiar) podstawowych poj´ç geometrycznych,
• pos∏uguje si´ poj´ciami: zdarzenie, linia Êwiata, oÊ czasowa,
oÊ jednoczesnoÊci; potrafi je
przedstawiç na wykresach czasoprzestrzennych.
Wbrew pozorom, zrozumienie,
czym jest czterowymiarowa czasoprzestrzeƒ, nie jest dla uczniów
trudne. Wykresy czasoprzestrzenne
uczniowie stosujà ju˝ na poczàtku nauki fizyki (w kinematyce).
PodejÊcie czterowymiarowe upraszcza wprowadzenie wielu wzorów
relatywistycznych.
Pomijanie czterowymiarowej przestrzeni na lekcji fizyki jest b∏´dem
dydaktycznym w sytuacji, gdy lubiane przez m∏odzie˝ utwory literatury wspó∏czesnej tak cz´sto sà
inspirowane tym zagadnieniem.
5
Dynamika relatywistyczna.
Zasada korespondencji
Wzór na energi´ relatywistycznà, Uczeƒ:
Uczeƒ:
energi´ kinetycznà i spoczynko- • podaje wzory dynamiki relaty- • potrafi przytoczyç przyk∏ady na
wistycznej na p´d, si∏´, energi´,
wà – s∏ynny wzór Einsteina
to, ˝e rozwój nauk Êcis∏ych odenergi´ spoczynkowà,
E = mc2.
bywa si´ zgodnie z zasadà koreWzory relatywistyczne na p´d • potrafi rozwiàzywaç zadania
spondencji.
i si∏´.
z uwzgl´dnieniem efektów relaZasada korespondencji jako jedtywistycznych, w szczególnoÊci
na z podstawowych zasad gnosepotrafi obliczyç defekt masy.
ologicznych.
WczeÊniejsze wprowadzenie czasoprzestrzeni procentuje dydaktycznie – wzór na energi´ relatywistycznà wprowadza si´ w sposób naturalny, jako czwartà sk∏adowà czterop´du. Dydaktyczne
korzyÊci daje powiàzanie podsumowania teorii wzgl´dnoÊci z zasadà korespondencji.
Fizyka jàdrowa i czàstki elementarne (6 lekcji)
1
Charakterystyka i sk∏ad Protony, neutrony, liczba masowa Uczeƒ:
A i liczba atomowa Z.
jàder atomowych
• wymienia
sk∏adniki
jàdra
Klasyfikacja jàder wed∏ug parzyi okreÊla ich liczb´ na podstastoÊci nukleonów.
wie znajomoÊci liczb A i Z,
Izotopy.
• opisuje zasad´ klasyfikacji jàder atomowych,
• wyjaÊnia istnienie izotopów.
2
Si∏y jàdrowe.
Model pow∏okowy
jàdra
Energia wiàzania jàdra.
Uczeƒ:
Uczeƒ:
Wykres zale˝noÊci energii wiàza- • potrafi narysowaç i zinterpreto- • wymienia g∏ówne za∏o˝enia
nia przypadajàcej na jeden nuklewaç wykres zale˝noÊci energii
modelu pow∏okowego jàdra.
on od liczby A jàdra.
wiàzania jàdra od liczby A,
Nale˝y podkreÊliç rol´ klasyfikacji jàder wed∏ug parzystoÊci nukleonów, wyjaÊniajàcà trwa∏oÊç
wielu izotopów.
Nale˝y omówiç wnioski wynikajàce z wykresu zale˝noÊci energii
wiàzania od liczby A jàdra, dotyczàce syntezy i rozpadu jàder
Defekt masy.
• potrafi scharakteryzowaç si∏y
Si∏y jàdrowe.
jàdrowe.
Model pow∏okowy jàdra.
Wzmianka o modelu kroplowym
jàdra.
NoÊniki si∏ jàdrowych – mezony.
oraz charakteru si∏ jàdrowych –
krótkozasi´gowoÊci i wysycania.
Nale˝y te˝ omówiç schemat oddzia∏ywaƒ mi´dzy nukleonami
poprzez wymian´ mezonu.
3
Promieniowanie α, β PromieniotwórczoÊç naturalna.
Uczeƒ:
i γ.
Promieniowanie α, β, γ.
• potrafi opisaç i przedstawiç
Prawo rozpadu
Prawa rozpadu promieniotwórpromieniotwórczoÊç jàder,
czego.
• potrafi zastosowaç prawo rozpadu do prostych zadaƒ.
Nale˝y podaç informacj´ o Marii
Sk∏odowskiej-Curie – dwukrotnej
laureatce nagrody Nobla.
4
Reaktor i bomba ato- Przemiany jàder.
Uczeƒ:
mowa
Przyk∏ady reakcji syntezy i rozpa- • potrafi wyjaÊniç, dlaczego poddu.
czas syntezy i podczas rozpadu
Mechanizm reakcji jàdrowych.
jàder wyzwala si´ energia,
Reaktory jàdrowe, bomba urano- • potrafi opisaç zasad´ pracy rewa i wodorowa.
aktora jàdrowego, dzia∏anie
bomby uranowej i wodorowej.
Warto podaç, ˝e stabilnym reaktorem syntezy jàder jest nasze
S∏oƒce – pracujàce miliardy lat.
Nam nie uda∏o si´ stworzyç dotychczas reaktora syntezy jàdrowej.
5
Dzia∏anie biologicz- Detekcja promieniowania jàdro- Uczeƒ:
ne promieniowania wego.
• potrafi opisaç zasad´ dzia∏ania
radioaktywnego
Ochrona przed promieniowatypowych detektorów promieniem jàdrowym.
niowania jàdrowego,
• wymienia i opisuje zasady
ochrony radiologicznej.
Lekcja stwarza okazj´ do omówienia wp∏ywu cz∏owieka na degradacj´ Êrodowiska oraz sposobów zapobiegania tej degradacji.
6
Czàstki elementarne
Nale˝y zaznaczyç, ˝e zrozumienie Êwiata czàstek elementarnych
w wielu przypadkach prowadzi
do zrozumienia obiektów kosmicznych.
Wyst´puje tu po∏àczenie zrozumienia tego, co jest najmniejsze,
z tym, co jest najwi´ksze.
59
Klasyfikacja czàstek elementarnych.
Fotony, leptony, mezony, bariony.
Antyczàstki i antymateria.
Zasady zachowania w oddzia∏ywaniach czàstek elementarnych.
Kwarki.
Model kwarkowy mezonów i barionów.
Oddzia∏ywania podstawowe.
Wzmianka o unifikacji oddzia∏ywaƒ.
Uczeƒ:
• potrafi przedstawiç zasad´ klasyfikacji popularnych czàstek
elementarnych,
• potrafi podaç, czym ró˝nià si´
czàstki od antyczàstek,
• potrafi przedstawiç schemat
budowy kwarkowej niektórych
mezonów, a tak˝e nukleonów.
60
Numer
lekcji
Osiàgni´cia ucznia
Temat lekcji
TreÊci nauczania
Podstawowe (wszyscy)
Pe∏ne (niektórzy)
Uwagi
Astrofizyka. Kosmos (6 lekcji)
1
Obserwacje nieba
Obserwacja nieba i typowych Uczeƒ:
obiektów astronomicznych.
• potrafi identyfikowaç niektóre
Pos∏ugiwanie si´ mapà obrotowà
obiekty astronomiczne takie,
nieba.
jak planety, gwiazdy i uk∏ady
gwiezdne, pos∏ugujàc si´ obrotowà mapà nieba.
Lekcj´ t´ mo˝na po∏àczyç z wizytà w Planetarium lub (oraz) przeprowadziç jà pod go∏ym niebem –
wieczorem.
2
Uk∏ad S∏oneczny
Budowa Uk∏adu S∏onecznego.
Planety i planetoidy.
Meteory.
Uczeƒ:
• potrafi opisaç zasadnicze cechy
fizyczne planet i zna ich rozmieszczenie w Uk∏adzie S∏onecznym.
Przy okazji nale˝y omówiç badania planet innych uk∏adów planetarnych i mo˝liwoÊç istnienia
istot rozumnych poza Ziemià.
3
Budowa S∏oƒca
i gwiazd.
Ewolucja gwiazd
Budowa i charakterystyki fizyczne S∏oƒca.
Fotometria i spektrometria gwiazd.
JasnoÊç gwiazd i ich rozmiary.
Klasyfikacja gwiazd, diagram
Hertzsprunga-Russella.
Uczeƒ:
• wymienia g∏ówne cechy fizyczne gwiazd ciàgu g∏ównego,
• potrafi opisaç przebieg ewolucji gwiazd o ró˝nej wielkoÊci,
• potrafi opisaç diagram Hertzsprunga-Russella.
Nale˝y zaznaczyç, ˝e prawie
wszystko, co wiemy o gwiazdach,
pochodzi z badaƒ dokonanych na
Ziemi.
4
Egzotyczne obiekty Gwiazdy podwójne, gwiazdy neu- Uczeƒ:
Uczeƒ:
astronomiczne
tronowe, pulsary, olbrzymy i kar- • wymienia g∏ówne cechy fizycz- • wymienia g∏ówne cechy fizycz∏y, gwiazdy supernowe i czarne
ne bia∏ych kar∏ów, czerwonych
ne bia∏ych kar∏ów, czerwonych
dziury.
olbrzymów,
nadolbrzymów,
olbrzymów,
nadolbrzymów,
pulsarów i czarnych dziur.
pulsarów i czarnych dziur.
Nale˝y podaç, ˝e gwiazdy supernowe sà êród∏em pierwiastków
ci´˝szych od wodoru i helu, dzi´ki czemu umo˝liwiajà zaistnienie
materii ˝ywej.
5
Droga Mleczna, ga- Budowa galaktyk, typy galaktyk.
laktyki i kwazary.
Rozmieszczenie galaktyk.
Gromady galaktyk.
Rozk∏ad materii w Kosmosie.
Materia mi´dzygwiazdowa.
Nale˝y podaç, ˝e to, co obserwujemy jako Drog´ Mlecznà, z zewnàtrz wyglàda tak, jak widoczna pod teleskopem galaktyka spiralna.
Uczeƒ:
• potrafi opisaç typowe galaktyki
i ich rozmieszczenie w Kosmosie,
• potrafi podaç, skàd wiemy o istnieniu materii mi´dzygwiazdowej.
6
Wielki Wybuch.
Geneza materii
Teoria Wielkiego Wybuchu.
Uczeƒ:
Model standardowy WszechÊwiata. • potrafi opisaç fakty doÊwiadUcieczka galaktyk i efekt Dopplera.
czalne potwierdzajàce teori´
Prawo Hubble’a.
Wielkiego Wybuchu,
Promieniowanie reliktowe.
• potrafi opisaç stan dzisiejszej
Geneza materii.
materii, jej pochodzenie, ocen´
Wiek WszechÊwiata i jego przywieku WszechÊwiata i hipotezy
sz∏oÊç.
odnoÊnie do jego przysz∏oÊci.
Nale˝y podkreÊliç, ˝e temat lekcji
to najnowsze badania Kosmosu
i ˝e nale˝y si´ spodziewaç nowych sensacji naukowych dzi´ki
pracy aktualnie uruchamianych
pot´˝nych teleskopów.
61