ALEKSANDRA MIŁOSZ ZENOBIA MRÓZ FIZYKA I ASTRONOMIA PROGRAM NAUCZANIA

Transkrypt

1 ALEKSANDRA MIŁOSZ ZENOBIA MRÓZ FIZYKA I ASTRONOMIA PROGRAM NAUCZANIA dla dwuletniego uzupełniającego liceum ogólnokształcącego oraz trzyletniego technikum uzupełniającego po zasadniczej szkole zawodowej Dopuszczony do u ytku szkolnego przez Ministra Edukacji Narodowej i Sportu Numer dopuszczenia DKOS /04 WARSZAWA 2004

2 Projekt okładki: Joanna Plakiewicz Redakcja: Barbara Gers Redaktor prowadzący: Stanisław Grzybek ISBN Wydawnictwo REA s.j., Warszawa 2004 Wydawnictwo REA s.j Warszawa, ul. Kolejowa 9/11 tel./fax: (22) , Wszelkie prawa zastrzeżone. Zakaz publikowania bez zgody Wydawcy zarówno części, jak i fragmentów, bez względu na technikę reprodukcji.

3 SPIS TREŚCI I. Ogólna charakterystyka programu. Uwagi o realizacji programu.. 5 II. Cele kształcenia i wychowania III. Orientacyjny przydział godzin na realizację poszczególnych działów fizyki IV. Treści kształcenia Ruch, jego powszechność i względność Oddziaływania występujące w przyrodzie Energia i jej przemiany Fale mechaniczne i elektromagnetyczne Budowa atomu i jądra atomowego. Cząstki elementarne Makroskopowe właściwości materii a jej budowa mikroskopowa Budowa i ewolucja wszechświata Fizyka a filozofia Narzędzia współczesnej fizyki V. Zamierzone osiągnięcia uczniów w zakresie zdobytej wiedzy i umiejętności. Wymagania szczegółowe VI. Procedury osiągania szczegółowych celów edukacyjnych VII. Zamierzone osiągnięcia uczniów i propozycje metod ich oceniania. 60

4 I. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PROGRAMU. UWAGI O REALIZACJI PROGRAMU Program nauczania FIZYKI I ASTRONOMII w dwuletnim uzupełniającym liceum ogólnokształcącym oraz trzyletnim technikum uzupełniającym po zasadniczej szkole zawodowej pod względem merytorycznym jest zgodny z materiałem nauczania w zakresie treści wskazanych w podstawie programowej kształcenia ogólnego zatwierdzonej przez Ministerstwo Edukacji Narodowej i Sportu ( Dz. U. Nr 210, poz z dnia 11 grudnia 2003 r. ) i przeznaczonej do realizacji w tego typu szkołach. Proponowane treści programu są zgodne z aktualnym stanem wiedzy z fizyki i astronomii oraz innych nauk przyrodniczych. Celem programu jest rozszerzenie wiedzy fizycznej ucznia, pogłębienie rozumienia nauki oraz docenianie możliwości fizyki jako nauki przyrodniczej, jak również dostrzeganie jej ograniczeń, uświadomienie istnienia praw rządzących mikro- i makroświatem oraz wynikających z nich refleksji filozoficzno-przyrodniczych. Treści zawarte w programie sprzyjają kształceniu zainteresowania fizyką i astronomią, rozumieniu znaczenia fizyki dla nauk technicznych, medycyny, ekologii, związku z różnymi dziedzinami działalności ludzkiej oraz implikacji społecznych i możliwości kariery zawodowej. Dobór treści w programie, ich zakres i poziom zdeterminowane są celami kształcenia i wychowania, osiągnięciami ucznia, poziomem nauki 5

5 w gimnazjum i w zasadniczej szkole zawodowej, związkiem treści kształcenia z praktyką, prawidłowym przebiegiem procesu poznawczego dostosowanym do możliwości ucznia. Program nauczania fizyki podkreśla znaczenie logicznego rozumowania i eksperymentu przy odkrywaniu praw przyrody. Skonstruowany jest tak, aby ukazywał filozoficzne aspekty fizyki, jej metodologię (program badań naukowych), metodę indukcyjną, hipotetyczno-dedukcyjną, metody statystyczne. Uwzględnia wielką rolę redukcjonizmu w poznawaniu właściwości złożonych układów materialnych, odwołując się do właściwości ich części i struktury wewnętrznej (np.: tłumaczenie właściwości gazów na podstawie zachowania się ich cząsteczek). Uczeń poznaje prawa przyrody odkryte i zbadane przez fizykę, fundamentalne teorie fizyczne i ich zakres oraz wpływ na rozwój innych nauk i technikę. Znalazły się w nim modele teoretyczne fizyki, ponieważ spełniają funkcję wyjaśniającą. Pomagają one otrzymać odpowiedzi na istotne pytania, np.: Co jest faktem, a co hipotezą? Co jest przyczyną danego zjawiska? Dlaczego zachodzi obserwowane zjawisko? Jaka jest struktura materii? itp. Realizując treści kolejnych działów programu fizyki, uczeń poznaje nowe fakty naukowe oraz metody i narzędzia badawcze właściwe fizyce, uświadamia sobie znaczenie czasu i przestrzeni w mechanice klasycznej oraz rolę tych pojęć (czasoprzestrzeń ) w szczególnej teorii względności. Poznając historię badań struktury atomu i jądra atomowego oraz współczesnych eksperymentów w dziedzinie cząstek elementarnych, uczeń przyswaja podstawowe pojęcia mechaniki kwantowej potrzebne do ich opisu. Poznaje budowę i ewolucję Wszechświata oraz modele kosmologiczne. Zaproponowany w programie materiał pogrupowano w rozdziałach, w których opisano: treści nauczania, wymagania z wyodrębnieniem w nich wiadomości i umiejętności oraz uwagi o integracji międzyprzedmiotowej i ścieżkach edukacyjnych. Materiał programowy podzielono na poszczególne działy z określeniem orientacyjnej liczby godzin przeznaczonych na ich realizację. Zawarte w nich treści umożliwiają zbudowanie spójnej struktury i zapewniają dalsze kształcenie. Przy realizacji programu należy mieć na uwadze relacje pomiędzy metodami nauczania, programem nauczania i systemem oceniania. Wymiernym efektem relacji pomiędzy tymi elementami są osiągnięcia uczniów. Zakres treści nauczania niniejszego programu spełnia wymagania określone dla egzaminu maturalnego z fizyki oraz stanowi podstawę dalszego kształcenia na wyższym stopniu edukacji. W ramowym planie nauczania na realizację programu fizyki i astronomii przewidziane są 2 godziny w cyklu nauczania. 6

6 II. CELE KSZTAŁCENIA I WYCHOWANIA Struktura fizyki i jej metodologia kształtowały się pod wpływem dwóch zasadniczych tendencji: 1. stopniowego gromadzenia danych eksperymentalnych, z których na podstawie logiki indukcyjnej są formułowane prawa, podlegające dalszej weryfikacji doświadczalnej, 2. wyprowadzania praw fizyki z pewnych ogólnych zasad, stanowiących abstrakcyjne uogólnienia danych doświadczalnych, czyli dedukcyjnego wyprowadzania praw i teorii fizycznych, które następnie podlegają weryfikacji doświadczalnej. Fizyka jest nauką zajmującą się badaniem ogólnych właściwości ciał i zjawisk i ich ilościowym opisem oraz powiązaniem opisu poszczególnych zjawisk w bardziej ogólne syntetyczne teorie, najczęściej w postaci odpowiednich związków matematycznych. Podstawowym źródłem poznania zjawisk fizycznych i praw są doświadczenia. Gdy chodzi o uogólnienia wyników doświadczeń i analizę praw fizycznych oraz teoretyczne rozważania przy rozwiązywaniu zagadnień szczegółowych, fizyce pomagały i pomagają metody matematyczne. Metody matematyczne pozwalają na podanie ilościowego opisu zjawisk w maksymalnie skondensowanej formie. Stosujemy je, gdy istnieje potrzeba uogólnień i przedstawienia wyników doświadczeń. Fizyka jest nauką eksperymentalno-dedukcyjną, co ma istotne znaczenie dla procesu poznawczego. Punktem wyjścia winny być obserwacje, które następnie podlegają weryfikacji doświadczalnej. Uzyskane w ten sposób dane 7

7 podlegają, analizie, mającej na celu określenie modeli teoretycznych i formułowanie teorii, wyjaśniających przebieg zjawisk. Z uzyskanych modeli i teorii wynikają przewidywania, dotyczące nowych zjawisk i ich prawidłowości, które są również sprawdzane za pomocą odpowiednio zaplanowanych eksperymentów. Proces poznawczy rozpoczyna się i kończy na eksperymencie, wymaga więc tworzenia własnych metod badawczych i aparatury. W szkolnych eksperymentach możemy wykorzystywać przedmioty codziennego użytku, zabawki, wskaźniki laserowe, płyty kompaktowe, tworzywa sztuczne i proste pomoce wykonane przez uczniów. Głównym celem kształcenia i wychowania jest wszechstronny rozwój osobowości ucznia poprzez: 1. opanowanie podstaw naukowej wiedzy o przyrodzie, społeczeństwie i sztuce, 2. przygotowanie do działań praktycznych, 3. kształtowanie przekonań i opartego na nich poglądu na świat traktowany jako całość. Cele operacyjne określają zamierzone osiągnięcia w zakresie wiedzy i umiejętności: 1. rozwój sprawności intelektualnej i zdolności poznawczych: myślenia, uwagi, pamięci i wyobraźni oraz umiejętność obserwacji, 2. kształtowanie potrzeb, postaw, motywacji i zainteresowań, 3. przygotowanie i wdrożenie do samokształcenia. W szkołach zawodowych należy uwzględnić, poza celami ogólnokształcącymi, cele wynikające ze specyfiki szkoły: 1. opanowanie wiedzy zawodowej z dziedzin, które są wspólne dla danego kierunku kształcenia, 2. przygotowanie do pracy wytwórczej poprzez opanowanie metod i form działania typowych dla danego zawodu i zawodów pokrewnych, 3. rozwijanie uzdolnień ważnych dla wykonywanego zawodu, 4. rozwijanie potrzeb, motywów i zainteresowań związanych z danym zawodem, 5. wdrożenie do ciągłego podnoszenia kwalifikacji zawodowych poprzez samokształcenie. 8

8 Fizyka stwarza możliwość: nauczenia młodzieży posługiwania się pomiarami jako wskazówką w działaniu, przewidywania czasowej zależności zdarzeń i ugruntowania zasady przyczynowości, która odgrywa podstawową rolę w każdej racjonalnej działalności człowieka i w każdej nauce, analizy korelacji i zrozumienia korelacji przyczynowych (wpływu zmiany jednej wielkości na zmiany drugiej), zrozumienia uniwersalności i jednoznaczności praw przyrody. Można to uzyskać poprzez przyswojenie sobie metody badawczej fizyki i posługiwanie się nią w każdej dziedzinie życia. Podstawowym elementem nauczania fizyki w szkole winno być rzeczywiste, a nie wirtualne doświadczenie. Pozwala ono na wykształcenie sprawności umysłowej na wysokim poziomie. Fizyka, jak żaden inny przedmiot, kształci umiejętność wyciągania wniosków i weryfikacji hipotez poprzez przewidywanie następstw przyczynowych, szacowanie wartości wielkości fizycznych oraz obliczanie i ocenianie niepewności pomiarowych. Są to umiejętności bardzo potrzebne w niemal każdej działalności. Nauczanie fizyki ma na celu kształcenie ogólnych umiejętności: 1. W zakresie opisu zjawisk: a) umiejętność przeprowadzania obserwacji i opisu jakościowego i ilościowego obserwowanego zjawiska, b) umiejętność samodzielnego, doświadczalnego badania zjawisk i procesów z wykorzystaniem prostych pomocy naukowych, c) umiejętność opisu przebiegu zjawiska i wskazanie występujących w nim zależności, d) umiejętność podsumowania wiadomości o zjawiskach, przeprowadzenia prostych eksperymentów myślowych, dokonania uogólnień, e) umiejętność pomiaru prostych wielkości fizycznych i oceny niepewności pomiarowych mierzonych wielkości, f) przedstawianie wyników pomiarów w postaci tabel i wykresów, g) posługiwanie się teorią i prostymi modelami w celu przewidywania przebiegu zjawisk fizycznych, h) stosowanie prostych programów komputerowych, symulujących przebieg zjawiska, i) interpretacja wyników prostych pomiarów i ocena ich zgodności z przewidywaniami teorii. 9

9 10 2. W zakresie opisu praw przyrody: a) opis jakościowy zjawisk, b) opis ilościowy zjawisk z zastosowaniem odpowiednich formuł matematycznych, c) położenie nacisku na badanie związków przyczynowych pomiędzy zjawiskami, d) uznanie powtarzalności i zgodności z doświadczeniem za podstawowe kryteria naukowe. 3. W zakresie rozwiązywania problemów: a) zastosowanie poznanych praw, zapisanych w postaci równań, funkcji, b) formułowanie problemów, hipotez i ich weryfikacja jakościowa i ilościowa, c) umiejętność korzystania z literatury popularnonaukowej, tablic, wykresów, encyklopedii, Internetu, d) umiejętność selekcji i oceny wiarygodności źródeł informacji, e) znajomość zagrożeń dla życia i zdrowia, wynikających z rozwoju nauki i techniki, oraz umiejętność ich minimalizacji. W nauczaniu fizyki, w wyniku dobrze zorganizowanego procesu nauczania, należy pokazać, jak zmieniały się nasze wyobrażenia o strukturze materii, budowie i ewolucji wszechświata, od Demokryta, Arystotelesa, Ptolemeusza, Kopernika, Keplera i Newtona do czasów współczesnych, jak zmieniały się metody badawcze uczonych, jak w wyniku działalności ludzkiej nasza wiedza o przyrodzie staje się pełniejsza, bardziej dokładna. Niewątpliwe walory wychowawcze ma pokazanie wpływu, na rozwój fizyki, zmian poglądów filozoficznych i sposobu myślenia. Realizacja programu stwarza wiele możliwości urzeczywistnienia tych zadań, np.: budowa atomu i badanie oddziaływania ładunków elektrycznych, budowa wszechświata i Układu Słonecznego itp. W zakresie realizacji celów wychowawczych należy zwrócić uwagę na umiejętność planowania działań i weryfikacji ich wyników, kształtowanie obiektywizmu ocen, uznawanie wartości, zarówno w stosunku do treści, jak i metod, którymi posługuje się fizyka. Poprzez kształtowanie logicznego i krytycznego myślenia, samodzielności w formułowaniu wniosków i sądów, kształtowanie naukowej interpretacji zjawisk mamy możliwość wyrabiania naukowego poglądu na świat. W szkole zawodowej należy wyeksponować związki fizyki z techniką, wpływ jej rozwoju na postęp w dziedzinie zastosowań technicznych wiedzy z zakresu fizyki. Zadaniem kształcenia i wychowania jest rozwijanie i doskonalenie kompetencji praktycznych.

10 Ważne jest, aby uczeń znał związki przyczynowo-skutkowe i rozumiał uniwersalność praw przyrody. Sprzyja temu zasada korelacji międzyprzedmiotowej. W celu lepszego pokazania związków logicznych stosuje się w fizyce modele, które służą do przedstawiania abstrakcyjnego fragmentu rzeczywistości oraz określania związków pomiędzy pojęciami, formułowania praw i teorii (np.: model gazu doskonałego, teoria kinetyczno-cząsteczkowa gazów itp.). Układy materialne, występujące w przyrodzie, powiązane są łańcuchami zależności przyczynowo-skutkowych. Ważne jest rzeczowe i logiczne uporządkowanie zbiorów elementów i związków pomiędzy nimi, należyte ich usystematyzowanie i hierarchizacja w obrębie fizyki z uwzględnieniem korelacji międzyprzedmiotowej. Cele kształcenia są zgodne z podstawą programową nauczania fizyki i astronomii dla dwuletniego uzupełniającego liceum ogólnokształcącego oraz trzyletniego technikum uzupełniającego po zasadniczej szkole zawodowej. 1. Cel strategiczny Udział fizyki w kształtowaniu kompetencji: świadomość istnienia praw rządzących mikro- i makroświatem oraz wynikające z niej refleksje filozoficzno-przyrodnicze, wyjaśnianie zjawisk fizycznych na podstawie znanych praw i wiedzy o strukturze materii, posługiwanie się językiem fizyki do opisu zjawisk fizycznych oraz w argumentowaniu lub dowodzeniu hipotez, dostrzeganie natury i struktury fizyki oraz astronomii, ich rozwoju i związku z innymi naukami przyrodniczymi, przygotowanie do rozumnego odbioru i oceny informacji, a także podejmowania dyskusji i formułowania opinii, rozumienie znaczenia fizyki dla techniki, medycyny, ekologii, jej związków z różnymi dziedzinami działalności ludzkiej oraz implikacji społecznych i możliwości kariery zawodowej, uświadamianie zagrożeń dla życia i zdrowia, wynikających z rozwoju nauki i techniki, umiejętność ich likwidacji lub minimalizacji, pobudzanie zainteresowania fizyką i astronomią. 11

11 2. Cele edukacyjne Poznawanie podstawowych praw i zasad rządzących mikro- i makroświatem w sposób kontekstowy w oparciu o zagadnienia, występujące w życiu codziennym, w przyrodzie, w technice. Ukazanie roli eksperymentu, obserwacji i teorii w poznawaniu przyrody. Zapoznanie uczniów z budowaniem modeli oraz ich rolą w objaśnianiu zjawisk i tworzeniu teorii. Rozszerzenie wiedzy fizycznej ucznia w celu pogłębienia rozumienia nauki, jej możliwości i ograniczeń. Kształcenie umiejętności krytycznego korzystania ze źródeł informacji poprzez analizę treści, dotyczących nauki, zawartych w prasie, radiu i telewizji. Wdrażanie uczniów do samodzielnego formułowania wypowiedzi o zagadnieniach fizycznych i astronomicznych, prowadzenia dyskusji w sposób terminologicznie i merytorycznie poprawny oraz rozwiązywania prostych problemów fizycznych. Pokazywanie znaczenia, możliwości i piękna fizyki. Inspirowanie dociekliwości i postawy badawczej uczniów. Stworzenie warunków do planowania i prowadzenia eksperymentów oraz analizy ich wyników. Wykorzystywanie metod komputerowych do budowania modeli i analizy wyników doświadczeń. Zapoznanie z możliwościami współczesnych technik badawczych. Integrowanie wiedzy przedmiotowej z różnych dyscyplin. Uczenie szacunku dla wielkich badaczy i odkrywców oraz zaufania do nauki. Kształcenie przekonania o jedności praw natury, zarówno w odniesieniu do zjawisk zachodzących na Ziemi, jak i w całym wszechświecie. Kształcenie umiejętności prezentowania wyników własnej pracy, wdrażanie do refleksyjnego, logicznego myślenia. 12

12 III. ORIENTACYJNY PRZYDZIAŁ GODZIN NA REALIZACJĘ POSZCZEGÓLNYCH DZIAŁÓW FIZYKI Lp. Nazwa działu Liczba godzin 1. Ruch, jego powszechność i względność Oddziaływania występujące w przyrodzie Energia i jej przemiany Fale mechaniczne i elektromagnetyczne Budowa atomu i jądra atomowego. Cząstki elementarne Makroskopowe właściwości materii, a jej budowa mikroskopowa Budowa i ewolucja wszechświata Fizyka a filozofia Narzędzia współczesnej fizyki Godziny do dyspozycji nauczyciela 10 Razem: 76 (2 godziny tygodniowo x 38 tygodni = 76 godzin ) 13

13 IV. TREŚCI KSZTAŁCENIA Realizując program nauczania, musimy podzielić treści kształcenia na trzy grupy: Treści kształcenia, stanowiące powtórzenie pojęć i wiadomości wprowadzanych w gimnazjum i zasadniczej szkole zawodowej, w zakresie niezbędnym do zrozumienia nowych zagadnień. Ze względu na ograniczenia czasowe powinniśmy maksymalnie wykorzystać tę wiedzę uczniów. Treści podstawowe, przeznaczone dla wszystkich uczniów, realizowane przez nauczyciela w stopniu określonym możliwościami intelektualnymi, zainteresowaniami uczniów i profilem kształcenia. Treści uzupełniające, przeznaczone dla uczniów szczególnie zainteresowanych fizyką. Dobór treści będzie uzależniony od liczby godzin przeznaczonych na nauczanie fizyki. Ograniczenia czasowe będą wymuszały realizację wielu zagadnień na różnych poziomach. Szczególnie w rozdziałach: 2, 6, 7, 8 i 9, występują trudne zagadnienia, których realizacja powinna być dostosowana do możliwości i zainteresowań uczniów. Treści te, łącznie z zagadnieniami realizowanymi w ramach korelacji międzyprzedmiotowej i ścieżek edukacyjnych, możemy wykorzystać do kształcenia umiejętności: poszukiwania, selekcji, oceny i prezentowania informacji pochodzących z różnych źródeł (Internet, literatura popularnonaukowa itp.). Realizując program nauczania, musimy również zdawać sobie sprawę z poziomu umiejętności uczniów w zakresie matematyki. 14

14 1. RUCH, JEGO POWSZECHNOŚĆ I WZGLĘDNOŚĆ (12 godz.) Podstawowe pojęcia związane z ruchem. Wektor przemieszczenia. Ruch punktu: jednostajny i jednostajnie zmienny prostoliniowy, ruch po okręgu. Opis ruchu bryły sztywnej. Zasady dynamiki dla ruchu postępowego i obrotowego. Pęd i moment pędu, zasada zachowania pędu i momentu pędu. Opis ruchu w różnych układach odniesienia. Maksymalna prędkość przekazu informacji. Efekty relatywistyczne. Uwagi Realizując ten dział, wychodzimy od wyjaśnienia, jak rozwijały się poglądy na przestrzeń, czas i ruch (Arystoteles, Newton, Leibniz, Einstein). Następnie przypominamy, znany z gimnazjum i zasadniczej szkoły zawodowej, opis ruchu punktu materialnego i zasady dynamiki. Wykorzystując znajomość pojęcia pędu, definiujemy siłę i moment siły, formułujemy zasadę zachowania pędu, zasadę zachowania momentu pędu i wyjaśniamy ich zastosowania. Dodawanie wektorów wykorzystujemy w celu określenia przyrostu wektora prędkości w ruchu krzywoliniowym i wyznaczenia przyspieszenia dośrodkowego. Doświadczalnie wykazujemy, że przyspieszenie dośrodkowe jest wynikiem działania siły dośrodkowej. Wykorzystujemy zasadę zachowania momentu pędu do opisu ruchu w polu sił centralnych (ruchu planet w Układzie Słonecznym). Podkreślamy, że zasady zachowania obowiązują w układach odosobnionych. Wykorzystując opis ruchu punktu, wprowadzamy pojęcia: energii kinetycznej, momentu bezwładności i momentu pędu bryły, i formułujemy zasady dynamiki i zasadę zachowania momentu pędu bryły. Omawiamy na przykładach zastosowania wprowadzonych praw i zasad zachowania. Podkreślamy, że o rodzaju ruchu decydują oddziaływania (siły) i warunki początkowe (położenie i prędkość). Wykorzystując transformację Galileusza, uzasadniamy prawo dodawania prędkości w mechanice klasycznej. Na przykładach podajemy opis ruchu w układach inercjalnych i nieinercjalnych. Opisując wyniki doświadczeń z przyspieszaniem naładowanych cząstek, wprowadzamy uczniów w mechanikę relatywistyczną. Wskazujemy obszar prędkości, w którym pojęcia mechaniki klasycznej wymagają ponownej analizy. Wprowadzamy pojęcie prędkości granicznej i określamy jej wartość. Wprowadzamy transformację Lorentza (bez wyprowadzania), objaśniamy pojęcia względności czasu i 15

15 długości, określamy relatywistyczną masę, pęd i energię oraz relatywistyczne prawo dodawania prędkości. Podkreślamy, że dla małych prędkości wszystkie wielkości przyjmują postać klasyczną. 2. ODDZIAŁYWANIA WYSTĘPUJĄCE W PRZYRODZIE (2 godz.) Skutki statyczne i dynamiczne oddziaływań. Zasięg oddziaływań, wartości sił i obiekty fizyczne, uczestniczące w oddziaływaniach. Pola sił. Wektor natężenia pola. Przykłady opisu ruchu ciał w polu sił centralnych (polu grawitacyjnym i elektrostatycznym). Uwagi Przypominamy wiadomości o oddziaływaniach z gimnazjum i zasadniczej szkoły zawodowej (w formie tabeli). Przypominamy pojęcia służące do charakteryzowania pola: natężenie pola i potencjał, oraz pojęcie energii potencjalnej jako wielkości, charakteryzującej stan układu oddziałujących wzajemnie ciał. Podajemy przykłady pól źródłowych i bezźródłowych. Omawiamy zastosowania zasady superpozycji do określania pól wytworzonych przez układ mas lub ładunków. Przykłady opisu ruchu w polu sił centralnych ograniczamy do opisu ruchu planet i ruchu elektronów w atomach (co wykorzystamy przy omawianiu modelu budowy atomu Bohra. Opis ruchu w polu jednorodnym wykorzystujemy do wyjaśnienia zasady działania akceleratorów liniowych (lampy rentgenowskie, kineskop) i ich zastosowań np.: produkcja izotopów. 3. ENERGIA I JEJ PRZEMIANY (4 godz.) Rodzaje energii: energia mechaniczna, energia potencjalna grawitacyjna, energia potencjalna elektrostatyczna, energia pola magnetycznego i pola elektromagnetycznego. Ruch drgający prosty. Przemiany energii w ruchu drgającym. 16

16 Uwagi Przypominamy wiadomości, dotyczące energii mechanicznej: potencjalnej i kinetycznej, wprowadzamy nowe pojęcie energii potencjalnej sprężystości. Podkreślamy, że dla sił przyciągających energia potencjalna jest ujemna, a dla sił odpychających dodatnia. Wyjaśniamy, że energia potencjalna układu ciał, oddziałujących siłami przyciągającymi, jest ujemna, należy więc w celu ich rozdzielenia dostarczyć energii z zewnątrz lub wykonać pracę równą, co do wartości bezwzględnej, ujemnej energii potencjalnej. Przemiany energii w ruchu drgającym omawiamy na przykładzie ruchu ciężarka zawieszonego na sprężynie i ruchu wahadła. 4. FALE MECHANICZNE I ELEKTROMAGNETYCZNE (12 godz.) Drgania i fale mechaniczne i elektromagnetyczne. Zjawiska: odbicia, załamania, dyfrakcji, interferencji, polaryzacji, i ich zastosowania. Przyrządy optyczne. Kwantowy model światła, zjawisko fotoelektryczne. Fale materii, dualizm korpuskularno-falowy. Zdolność rozdzielcza przyrządów optycznych. Mikroskop elektronowy. Niepewności pomiarowe a zasada nieoznaczoności. Uwagi Omawiamy na prostym przykładzie zderzających się wahadeł zjawisko transportu energii i pędu, a następnie wykorzystujemy to do wyjaśnienia zjawisk towarzyszących rozchodzeniu się fal w ośrodkach sprężystych. Podkreślamy, że rozchodzeniu się fal towarzyszy zjawisko transportu energii w ośrodku. Przypominamy pojęcia: okresu, częstotliwości, długości i prędkości fali, i wprowadzamy pojęcie natężenia fali. Zwracamy uwagę na zależności energetyczne i związane z tym skutki fizjologiczne (zmianę natężenia fali wraz z odległością i zmianę słyszalności dźwięku wraz ze zmianą natężenia fali). Omawiamy krzywą czułości dla ucha ludzkiego. Wykorzystujemy analogie pomiędzy przemianami energii w ruchu drgającym wahadła i przemianami energii w obwodzie LC i wprowadzamy pojęcie drgań elektromagnetycznych. Wyjaśniamy mechanizm powstawania fal elektromagnetycznych i omawiamy ich widmo, zwracając uwagę na: energie, częstotliwości i długości fal. Określamy zależność energii i mocy fal od ich częstotliwości 17

17 i amplitudy. Przypominamy zjawiska odbicia i załamania światła i rządzące nimi prawa. Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia wykorzystujemy do wyjaśnienia działania światłowodów i roli atmosfery przy odbiorze fal elektromagnetycznych stosowanych w radiofonii i telewizji. Zastosowania zwierciadeł, soczewek i pryzmatów (aparaty optyczne: mikroskop, lupa, luneta, teleskop) omawiamy w oparciu o schematy, ilustrujące bieg promieni świetlnych. W oparciu o obserwację dyfrakcji fal na wodzie określamy warunki występowania tego zjawiska. Wyjaśniamy dyfrakcję fal elektromagnetycznych. Określamy związek pomiędzy kątem ugięcia i stałą siatki dyfrakcyjnej i uzasadniamy przyczynę rozszczepienia światła białego przy przejściu przez siatkę dyfrakcyjną i pryzmat. Omawiamy metodę pomiaru długości fal i zastosowania zjawiska dyfrakcji. Omawiając zjawisko interferencji fal, podkreślamy, że stacjonarne obrazy interferencyjne otrzymujemy tylko dla fal spójnych. Wyprowadzamy związki ilościowe, opisujące wzmocnienia i osłabienia interferencyjne dwóch fal, pochodzących z niezależnych źródeł. Określamy warunki polaryzacji światła przez odbicie i przechodzenie przez kryształy, omawiamy skręcenie płaszczyzny polaryzacji przez roztwory i zastosowania tego zjawiska. Oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego z materią wykorzystujemy do wyjaśnienia zjawiska fotoelektrycznego i jego zastosowań. Podkreślamy, że istota założeń Plancka dotyczy nieciągłości energii i koncepcji fotonu. Omawiamy metodę wyznaczania stałej Plancka w oparciu o zjawisko fotoelektryczne. Omawiając hipotezę fal materii de Broglie a, podkreślamy, że dualizm nie jest cechą promieniowania, lecz naszego opisu (ułomności stosowanych modeli). Wyjaśniamy różnice pomiędzy falami mechanicznymi i falami materii. W oparciu o foliogramy omawiamy doświadczenia, potwierdzające dualizm materii i związki pomiędzy długością fali dla elektronu i napięciem przyspieszającym. Obliczamy długości fal dla elektronu i kulki o masie 1g, poruszających się z tą samą prędkością, porównujemy wyniki i uzasadniamy, dlaczego nie obserwujemy falowych właściwości obiektów makroskopowych. Wykorzystując wzór dla siatki dyfrakcyjnej, uzasadniamy, że zdolność rozdzielcza przyrządów optycznych jest funkcją długości fali. Omawiamy budowę, zasadę działania i zastosowania mikroskopu elektronowego. Nie wyprowadzamy zasady nieoznaczoności, podajemy jedynie jej postać i omawiamy konsekwencje, zwracając uwagę na jej filozoficzne aspekty. Podkreślamy, że próba jednoczesnego pomiaru wielkości fizycznych, sprzężonych zasadą nieoznaczoności, zaburza przebieg zjawiska. Niemożliwe jest przeprowadzenie doświadczenia, w którym jednocześnie byłyby obserwowane aspekty falowe i korpuskularne. Zestawiając założenia newtonowskiego opisu świata, będące podstawą 18

18 determinizmu mechaniki klasycznej, z opisem kwantowym i zasadą nieoznaczoności, uzasadniamy indeterminizm mechaniki kwantowej. Wyjaśniamy, że zjawiska kwantowe są statystycznie zdeterminowane. 5. BUDOWA ATOMU I JĄDRA ATOMOWEGO. CZĄSTKI ELEMENTARNE (12 godz.) Modele atomu i jądra atomowego. Zjawiska absorpcji i emisji energii przez atomy, widma atomowe, analiza widmowa. Emisja wymuszona, laser. Promieniotwórczość naturalna, reakcje jądrowe. Reaktor jądrowy, energia jądrowa, broń jądrowa. Korzyści i zagrożenia, wynikające z wykorzystywania energii jądrowej. Uwagi W oparciu o półklasyczny model Rutherforda-Bohra wyprowadzamy równania, określające dozwolone wartości momentu pędu i energii, i omawiamy model poziomów energetycznych elektronów w atomie. Model ten wykorzystujemy do omówienia kwantowego charakteru procesów emisji i absorpcji energii przez atomy i powstawania widm atomowych. Omawiamy rodzaje widm i zastosowania analizy widmowej, działanie filtrów i powstawanie barw. Wyjaśniamy, że analiza widmowa dostarcza nam dowodów, potwierdzających tezę o jedności materii we wszechświecie i rozszerzaniu się wszechświata. Uzasadniamy, że poszerzenie linii widmowych (szerokość poziomu) związane jest z czasem życia atomu w danym stanie energii. Podajemy przykłady, potwierdzające ograniczony zakres stosowalności modelu Rutherforda-Bohra do wyjaśnienia zjawisk, zachodzących w atomach. Wyjaśniając zjawisko emisji wymuszonej, podkreślamy, że jest to zjawisko rezonansowe. Omawiamy budowę, zasadę działania i zastosowania laserów w różnych dziedzinach nauki, techniki, w medycynie i życiu codziennym. Zjawiska, zachodzące w jądrach atomowych, wyjaśniamy w oparciu o model poziomów energetycznych nukleonów w jądrach atomowych (wykorzystując analogie z właściwościami atomów). Więcej czasu poświęcamy na omówienie właściwości promieniowania jądrowego i oddziaływania tego promieniowania na organizmy żywe i środowisko człowieka. Omawiamy zagrożenia i korzyści, wynikające z szerokiego wykorzystywania energii jądrowej. W opisie zjawisk szeroko wykorzystujemy 6 silnych zasad zachowania. 19

19 6. MAKROSKOPOWE WŁAŚCIWOŚCI MATERII A JEJ BUDOWA MIKROSKOPOWA (16 godz.) Właściwości mechaniczne, elektryczne, magnetyczne i cieplne ciał stałych, cieczy i gazów. Przewodniki, półprzewodniki i izolatory. Model pasmowy ciała stałego. Dioda, tranzystor, fotodioda, fotoopornik, fotometr półprzewodnikowy, fotoogniwo. Przejścia fazowe pierwszego i drugiego rodzaju. Nadprzewodnictwo. Zjawiska odwracalne i nieodwracalne. Entropia. Uwagi Rozdział ten wykorzystujemy do podsumowania wprowadzanych wcześniej wiadomości. Do wyjaśnienia zjawisk wykorzystujemy statystyczny opis układu izolowanego i mikroskopowe modele ciał. Wykazujemy analogie i różnice pomiędzy przewodnictwem cieplnym (transport energii) i przewodnictwem elektrycznym (transport ładunku). Omawiamy właściwości i zastosowania izolatorów i dobrych przewodników ciepła i elektryczności. Określamy różnice pomiędzy przewodnikami i półprzewodnikami w oparciu o pasmowy model ciała stałego i szerokie zastosowania półprzewodników. Analizując przejścia fazowe, podkreślamy, że nie zawsze są one związane ze zmianą stanu skupienia, że często dotyczą właściwości magnetycznych i elektrycznych oraz to, że w niskich temperaturach energia drgań termicznych jest mała i o właściwościach ciał zaczynają decydować efekty kwantowe. Pojęcie entropii wprowadzamy tylko jakościowo. 7. BUDOWA I EWOLUCJA WSZECHŚWIATA (16 godz.) Budowa i ewolucja wszechświata i Układu Słonecznego. Modele wszechświata i Układu Słonecznego. Znaczenie teorii Kopernika. Galaktyki, masa i rozmiary, gromady galaktyk. Teorie kosmologiczne. 20

20 Uwagi Omawiamy modele budowy wszechświata i Układu Słonecznego, podkreślając filozoficzne znaczenie teorii Kopernika. Wyjaśniamy, jakie procesy zachodzą w gwiazdach i Słońcu, podkreślając, że źródłem energii gwiazd jest nukleosynteza. Podajemy i objaśniamy obserwacyjne podstawy kosmologii. Omawiamy rodzaje galaktyk, ich rozmiary i masy. 8. FIZYKA A FILOZOFIA (2 godz.) Determinizm i indeterminizm w opisie przyrody. Chaos deterministyczny i jego konsekwencje. Uwagi Wyjaśniamy, że metodologia nauk zajmuje się metodami poszukiwania i formułowania teorii naukowych oraz, że metody te są wspólne dla wszystkich nauk przyrodniczych. Uzasadniamy, że obiekty mikroskopowe podlegają prawom mechaniki kwantowej, a zachowanie obiektów makroskopowych poprawnie opisuje mechanika klasyczna oraz to, że prawa mechaniki Newtona nie stosują się do opisu ruchu ciał, poruszających się z prędkościami bliskimi prędkości światła (np.: cząstek w akceleratorach). Wyjaśniamy znaczenie słów determinizm (poglądy Laplace a) i indeterminizm, omawiamy na przykładach determinizm praw Newtona, podajemy przykłady zjawisk indeterministycznych (rzut kostką, rozpad promieniotwórczy, emisja promieniowania przez atom itp.), omawiamy przejawy chaosu deterministycznego w przyrodzie. Podajemy przykłady, potwierdzające, że żadna teoria fizyczna nie może być uznawana za ostateczną. Porównujemy prawa przyczynowe, określające związek przyczynowo-skutkowy (zasady dynamiki), strukturalne, opisujące ruch i budowę układów (prawa Keplera), i prawa statystyczne. 9. NARZĘDZIA WSPÓŁCZESNEJ FIZYKI (2 godz.) Laboratoria i metody badawcze współczesnych fizyków. Współczesne obserwatoria astronomiczne. Osiągnięcia fizyki i astronomii i ich znaczenie. 21

21 Uwagi Ze względu na czas, przeznaczony na realizację programu, proponujemy omówienie tych zagadnień w formie projektów uczniowskich z wykorzystaniem bogatej literatury popularnonaukowej i Internetu. W projektach winny znaleźć się wyjaśnienia, dotyczące związku pomiędzy rozwojem matematyki i fizyki, międzynarodowych programów badawczych, w których uczestniczy Polska (CERN, DESY), zagadnień z zakresu astronomii, astrofizyki i kosmologii, którymi zajmują się polscy uczeni, oceny ich osiągnięć oraz oceny wpływu rozwoju fizyki na rozwój innych nauk przyrodniczych i rozwój techniki i kultury. 22

22 V. ZAMIERZONE OSIĄGNIĘCIA UCZNIÓW W ZAKRESIE ZDOBYTEJ WIEDZY I UMIEJĘTNOŚCI. WYMAGANIA SZCZEGÓŁOWE 1. RUCH, JEGO POWSZECHNOŚĆ I WZGLĘDNOŚĆ Materiał nauczania Uczeń: Wiadomości A + B Wymagania Uczeń: Umiejętności C + D Korelacja międzyprzedmiotowa. Ścieżki edukacyjne. Edukacja prozdrowotna 1. Przedmiot i metody badawcze fizyki. zna przedmiot badań i zakres zjawisk, jakimi zajmuje się fizyka, objaśni pojęcia: pomiar bezpośredni i pośredni, niepewność pomiarowa, wie, jak tworzymy jednostki wielokrotne i podwielokrotne z jednostek podstawowych układu SI, wyjaśni przyczyny i nieuchronność występowania niepewności pomiarowych, zna i rozumie podstawowe metody badawcze: metodę indukcyjną i dedukcyjną, rozumie rolę eksperymentu i matematyki w poznawaniu i opisywaniu przyrody, potrafi dokonać pomiaru wybranych wielkości fizycznych, przedstawić graficzną interpretację wyników pomiarów i obliczyć niepewność pomiarową, Pojęcie czasu, ruchu i przestrzeni w filozofii i naukach przyrodniczych. Rola matematyki w opisie przyrody, wykorzystywanie metod matematycznych do ilościowego opisu zjawisk. 23

23 2. Pojęcie ruchu w historii filozofii i naukach przyrodniczych. Układ odniesienia. Współrzędne przestrzenne. 3. Wektor. Składanie wektorów i ich rozkładanie na składowe. Wektor położenia i przemieszczenia. objaśni pojęcia współrzędnych przestrzennych i układu odniesienia, określi położenie ciała w układzie współrzędnych, zdefiniuje pojęcia ruchu i spoczynku w wybranym układzie odniesienia, zna pojęcie punktu materialnego, objaśni pojęcie wektora, potrafi określić cechy wektora, potrafi określić cechy wektorów położenia i przemieszczenia, zna poglądy Arystotelesa, Newtona, Leibniza i Einsteina na czas, przestrzeń i ruch, rozumie względność położenia konieczność wyboru układu odniesienia, rozumie względność ruchu konieczność wyboru układu odniesienia, uzasadni na przykładach, dlaczego nie istnieje absolutny ruch i absolutny spoczynek, potrafi dodawać graficznie wektory, potrafi obliczyć składowe wektora, rozumie pojęcia: wektor swobodny i wektor związany, potrafi określić położenie punktu za pomocą wektora położenia, potrafi zdefiniować wektor przemieszczenia, jako zmianę wektora położenia, potrafi przeprowadzić klasyfikację ruchów ze względu na tor i prędkość, potrafi obliczać prędkość średnią, porówna tory ruchu w różnych układach odniesienia, potrafi odróżnić pojęcia: przemieszczenie i droga, prędkość i szybkość, rozumie zasadę superpozycji ruchów, potrafi interpretować i wykorzystywać wzory i wykresy opisujące ruch jednostajny i jednostajnie zmienny prostoliniowy, potrafi obliczać prędkość i przyspieszenie z wykorzystaniem wykresów s(t) i v(t), zaplanuje doświadczenie, mające na celu pomiar prędkości i oszacuje niepewność pomiarową, Interdyscyplinarne zastosowania zasad zachowania: zastosowania techniczne silniki odrzutowe, fizyka sportu itp. Elementy metodologii nauk, metoda indukcyjna i hipotetyczno-dedukcyjna, metody statystyczne. Technologia informacyjna: Wykorzystywanie komputera do budowania modeli i analizy wyników doświadczalnych. 24

24 4. Opis ruchu w różnych układach odniesienia. objaśni pojęcia związane z opisem ruchu i ich jednostki: tor, przemieszczenie, droga, prędkość (średnia i chwilowa), szybkość, przyspieszenie, potrafi opisać ruch w różnych układach odniesienia (określić tor ruchu), 5. Ruch jednostajny i jednostajnie zmienny prostoliniowy. wie, że w ruchu jednostajnym po linii r r prostej V = const., zdefiniuje pojęcia prędkości i przyspieszenia, zapisze i objaśni funkcje: s(t); V(t) i a(t) dla ruchu jednostajnego i jednostajnie zmiennego prostoliniowego, sporządzi wykresy tych funkcji, potrafi przedstawić wyniki pomiarów w postaci tabel, wykresów, funkcji, potrafi rozwiązywać zadania problemowe i rachunkowe metodą graficzną i algebraiczną, uzasadni, że zmiana prędkości związana jest z oddziaływaniami (siłami, działającymi na ciało), udowodni, że wpływ oddziaływań można niwelować (siły równoważące się), rozumie pojęcie bezwładności i masy bezwładnej, potrafi zaplanować doświadczenie, mające na celu badanie zależności przyspieszenia od działającej siły i masy ciała, potrafi zastosować zasady dynamiki do rozwiązywania zadań problemowych i rachunkowych, wykaże, że F 1,2 = F 2, 1 r r rozumie, że dynamiczną miarą oddziaływania (siły) jest: r Δ F w = Δ r p t rozróżnia siły zewnętrzne i siły wewnętrzne, uzasadni, r dlaczego wypadkowa sił wewnętrznych F = 0 r w dla każdego układu ciał, zastosuje wzór: r Δ F w = Δ r p t do sformułowania II zasady dynamiki i zasady zachowania pędu w układzie odosobnionym,, 25

25 6. Zasady dynamiki. Bezwładność ciał. Układy inercjalne i nieinercjalne. potrafi rozpoznać źródło siły i przedmiot jej działania, określi jednostkę siły, sformułuje i objaśni treść zasad dynamiki, objaśni pojęcie układu inercjalnego wykorzystując I zasadę dynamiki, 7. Zasada zachowania pędu. objaśni pojęcie układu odosobnionego, zapisze i objaśni definicję siły i pędu, zapisze i objaśni zasadę zachowania pędu, opisze i wyjaśni przykłady zjawisk ilustrujące zasadę zachowania pędu, wskaże przykłady występowania i wykorzystywania zjawiska odrzutu, obliczy wartość siły posługując się wykresem p(t), zastosuje związek: m m 1 2 Δ Δ V V = do uzasadnienia zasady zachowania pędu, potrafi interpretować i wykorzystywać zasadę zachowania pędu, uzasadni związek szybkości zmiany pędu z oddziaływaniem (wypadkową siłą, działającą na ciało), zastosuje zasadę zachowania pędu do wyjaśnienia zjawiska odrzutu, wyznaczy graficznie Δ V r w ruchu krzywoliniowym, potrafi uzasadnić, że przyspieszenie dośrodkowe ma kierunek radialny i jest wynikiem działania siły dośrodkowej, obliczy składowe wektora przyspieszenia a r : styczną i normalną, opisze ilościowo ruch ciała po okręgu w układzie inercjalnym i nieinercjalnym, określi i porówna działające siły, obliczy wypadkowy moment siły i moment pędu punktu, uzasadni, że skutek działania siły zależy nie tylko od siły, ale także od momentu siły, uzasadni związek pomiędzy momentem siły i momentem pędu punktu, potrafi opisać ruch postępowy bryły jako ruch środka masy, rozumie, że energia kinetyczna i energia potencjalna charakteryzują stan poruszającego się ciała i są określone z dokładnością do stałej zależnej od układu odniesienia, rozumie, że zmiana energii potencjalnej bryły jest równa zmianie energii potencjalnej jej środka masy, 2 1 Wykorzystanie zasady zachowania pędu w silnikach odrzutowych, Zastosowania różnego typu silników i ich wpływ na naturalne środowisko człowieka. 26

26 8. Ruch obrotowy, zasada zachowania momentu pędu. objaśni pojęcia: czas ruchu, okres ruchu, częstotliwość, droga, prędkość liniowa i kątowa, przyspieszenie dośrodkowe, przyspieszenie kątowe oraz określi związki pomiędzy nimi, określi cechy wektorów prędkości liniowej i kątowej w ruchu po okręgu, zapisze i objaśni funkcje s(t), v(t), α(t), ω(t) dla ruchu jednostajnego i jednostajnie zmiennego po okręgu, zdefiniuje moment pędu punktu i moment siły, sformułuje zasadę zachowania momentu pędu dla punktu, -uzasadni, że energia kinetyczna i moment bezwładności bryły są równe: E K = E ki ; = 0 n n I = m r i i, = 0 opisze ruch bryły sztywnej jako złożenie przesunięcia i obrotu, uzasadni, że energia kinetyczna bryły jest sumą energii kinetycznej ruchu obrotowego i energii kinetycznej ruchu postępowego: 2, gdzie n M = m i masa całej bryły, = 0 obliczy wypadkowy moment siły i wypadkowy moment pędu bryły wirującej wokół nieruchomej osi obrotu, uzasadni związek pomiędzy momentem siły i momentem pędu bryły, uzasadni, że skutek działania siły na bryłę zależy nie tylko od siły, ale także od momentu siły, i i i 27

27 9. Bryła sztywna. Energia kinetyczna i moment bezwładności bryły. 10. Opis ruchu bryły. Zasady dynamiki dla ruchu obrotowego. Przyspieszenie kątowe. objaśni pojęcie bryły sztywnej i granice stosowalności tego modelu, objaśni pojęcie środka masy bryły, określi energię kinetyczną i potencjalną punktu, wie, że energia kinetyczna zmienia się, gdy jest wykonywana praca, zapisze i objaśni równania, określające energię kinetyczną i moment bezwładności bryły, zapisze i objaśni zasadę zachowania momentu pędu dla bryły, zapisze i objaśni zasady dynamiki dla ruchu obrotowego bryły (analogia z ruchem postępowym): 1) bryła porusza się ruchem jednostajnym obrotowym, gdy wypadkowy moment działających sił M r w jest równy zeru, 2) bryła porusza się ruchem jednostajnie zmiennym obrotowym, gdy r r r M w 0 M w r i ε jest stały r = M w, I potrafi interpretować i wykorzystać zasadę zachowania momentu pędu do wyjaśnienia zjawisk fizycznych (np.: ruchu planet, w sporcie itp.), potrafi uzasadnić, że bryła porusza się ruchem jednostajnym obrotowym, gdy wypadkowy moment działających sił M r w jest równy zeru oraz, że: ε r M r r 0 jest stały, w M w r M = w I potrafi zastosować poznane prawa ruchu do rozwiązywania zadań problemowych i rachunkowych, potrafi określić znaczenie i rolę zasad zachowania w fizyce, uzasadni klasyczne prawo dodawania prędkości posługując się transformacją Galileusza, r potrafi określić prędkość w różnych układach odniesienia, uzasadni słuszność zasady d Alemberta: r r r F w = F + ma, przeprowadzi analizę wyników doświadczalnych i wskaże odstępstwa wyników dla wysokoenergetycznych cząstek od przewidywań mechaniki klasycznej, określi obszar prędkości, w którym prawa mechaniki klasycznej wymagają ponownej analizy, potrafi uzasadnić, że prędkość światła w próżni jest uniwersalną stałą przyrody i nie zależy od ruchu względnego obserwatora i źródła, kierunku rozchodzenia się w przestrzeni i barwy (częstości), 28

28 11. Transformacje współrzędnych. Transformacja Galileusza. Zasada względności Galileusza. Zasada d`alemberta. objaśni pojęcia: układ inercjalny i układ nieinercjalny, zapisze i objaśni związek pomiędzy współrzędnymi czasowo- przestrzennymi w dwóch inercjalnych układach odniesienia (transformacja Galileusza), rozumie drugą zasadę dynamiki i wynikające z niej konsekwencje, potrafi objaśnić pojęcia: dylatacja czasu, względność długości, oraz określić relatywistyczne wartości: czasu, długości, masy, pędu i energii, porówna relatywistyczne prawo dodawania prędkości z prawem dodawania prędkości w mechanice klasycznej, 12. Maksymalna prędkość przekazu informacji. Efekty relatywistyczne. omówi wyniki doświadczeń z przyspieszaniem do dużych prędkości naładowanych cząstek, omówi ograniczenia w stosowalności mechaniki klasycznej, potrafi określić wartość prędkości granicznej, omówi pojęcia: zdarzenie, czasoprzestrzeń, jednoczesność zdarzeń. uzasadni, że z praw mechaniki relatywistycznej dla małych prędkości otrzymujemy prawa, obowiązujące w mechanice klasycznej, potrafi omówić dowody doświadczalne, potwierdzające słuszność teoretycznych założeń mechaniki relatywistycznej. Klasyczna zasada względności. Rozwijanie myślenia teoretycznego. 29

29 2. ODDZIAŁYWANIA WYSTĘPUJĄCE W PRZYRODZIE. Wymagania Materiał nauczania Uczeń: Wiadomości A + B Uczeń: Umiejętności C + D 1. Oddziaływania występujące w przyrodzie. wie, że ciała mogą oddziaływać poprzez bezpośrednie zetknięcie i,,na odległość i potrafi podać przykłady takich oddziaływań, wymieni rodzaje oddziaływań wskaże obiekty fizyczne uczestniczące w tych oddziaływaniach, potrafi określić statyczne i dynamiczne skutki oddziaływań, rozumie, że oddziaływania są wzajemne, a ich miarą są siły, potrafi omówić cztery typy oddziaływań występujących w przyrodzie i objaśnić pojęcie obiektów elementarnych (kwarki i leptony), 2. Pola sił i ich wpływ na ruch. Wektor natężenia pola. Polowy opis oddziaływań. Opis ruchu pod działaniem siły centralnej. objaśni pojęcia: pole sił, linie pola, natężenie pola, pole centralne, pole jednorodne. określi i porówna zasięg oddziaływań i wartości działających sił, rozróżnia pola źródłowe i bezźródłowe, potrafi podać odpowiednie przykłady, potrafi przeanalizować, porównać i wskazać analogie i różnice oddziaływań grawitacyjnych i elektrostatycznych, potrafi omówić (na przykładach) wpływ sił na ruch ciał w polach: jednorodnym i centralnym. Korelacja międzyprzedmiotowa. Ścieżki edukacyjne. Ewolucja poglądów na budowę i strukturę materii, zmiany poglądów dotyczących pojęcia obiekt elementarny. 30

30 3. ENERGIA I JEJ PRZEMIANY Wymagania Materiał nauczania Uczeń: Wiadomości A + B Uczeń: Umiejętności C + D 1. Przegląd poznanych form energii. Układy rozpraszające energię. objaśni definicję energii wewnętrznej, energii mechanicznej: kinetycznej i potencjalnej, objaśni pojęcia: układ izolowany (zamknięty) i otwarty, rozumie idealizację tych pojęć, wskaże i omówi przykłady układów rozpraszających energię, potrafi uzasadnić, że praca jest procesem zmiany stanu układu, i określi związek pomiędzy pracą i zmianą energii mechanicznej układu, rozróżnia energię (wielkość określającą stan układu) i pracę (wielkość związaną z procesem), sformułuje zasadę zachowania energii mechanicznej i określi ograniczenia w jej stosowaniu, 2. Energia potencjalna sprężystości. omówi odkształcenia sprężyste i plastyczne, określi wartość siły sprężystości i energii potencjalnej sprężystości, zna prawo Hooke`a i granicę jego stosowalności, potrafi wyznaczyć wartość współczynnika sprężystości, obliczy wartość energii potencjalnej sprężystości jako pole pod wykresem F(x), 3. Energia pola: elektrostatycznego, magnetycznego i elektromagnetycznego. wie, że kondensator magazynuje energię elektryczną, omówi związek pomiędzy energią, gęstością energii i natężeniem pola, wie, że wewnątrz zwojnicy, przez którą płynie prąd, istnieje jednorodne pole magnetyczne, potrafi obliczyć energię pola elektrycznego jako pole figury pod wykresem U(Q), obliczy wartość energii pola magnetycznego, wykorzystując pole figury pod wykresem Φ (I), potrafi obliczyć wartość energii pola elektromagnetycznego, określi przemiany energii podczas ruchu ładunku w polu elektrycznym, Korelacja międzyprzedmiotowa. Ścieżki edukacyjne Znaczenie ekonomiczne, społeczne i środowiskowe wykorzystywania różnych form energii. Wykorzystywanie odnawialnych źródeł energii. Związek drugiej zasady termodynamiki z kierunkiem przebiegu procesów w przyrodzie. Sposoby zapobiegania utratom energii podczas jej przepływu. Korzyści i zagrożenia, wynikające z wykorzystywania różnych źródeł energii, zastosowania danego sposobu przenoszenia energii. Przemiany energii w organizmach żywych. 31

31 4. Ruch drgający prosty. omówi przykłady ruchów drgających, określi pojęcia: położenie równowagi, wychylenie, amplituda, okres, częstotliwość, częstość kołowa (ω = 2π f ), prędkość, przyspieszenie, 5. Przemiany energii w ruchu drgającym. określi wartości energii kinetycznej i potencjalnej w ruchu ciężarka zawieszonego na sprężynie i w ruchu wahadła, omówi przyczyny tłumienia drgań. określi wartość gęstości energii pola, określi zwrot prędkości, przyspieszenia i siły w ruchu drgającym, potrafi zapisać równanie oscylatora harmonicznego, potrafi podać dynamiczny i energetyczny opis ruchu drgającego, potrafi obliczać wartości: wychylenia, prędkości, przyspieszenie i siły w ruchu drgającym, rozróżnia i rozumie pojęcia ruch periodyczny, ruch drgający, ruch harmoniczny, opisze półilościowo przemiany energii w wybranych ruchach drgających, potrafi sporządzić i interpretować wykresy energii kinetycznej, potencjalnej i całkowitej oscylatora harmonicznego, potrafi zastosować zasadę zachowania energii do interpretacji zjawisk w układach drgających i rozwiązywania zadań. Wpływ wibracji na organizm człowieka i sposoby eliminowania skutków tego oddziaływania. 32

32 4. FALE MECHANICZNE I ELEKTROMAGNETYCZNE Wymagania Materiał nauczania Uczeń: Wiadomości A + B Uczeń: Umiejętności C + D 1. Konwekcja i promieniowanie. wymieni przykłady dobrych i złych przewodników ciepła, wskaże zastosowania zjawiska konwekcji oraz dobrych i złych przewodników ciepła, wyjaśni zjawiska konwekcji i przewodnictwa ciepła w oparciu o kinetyczno-cząsteczkową teorię budowy materii, uzasadni, że przewodnictwo i konwekcja to dwa sposoby przenoszenia energii wewnętrznej, 2. Fale mechaniczne. wyjaśni pojęcia: fala, faza, powierzchnia falowa, długość fali, amplituda, częstotliwość, okres, dyfrakcja fal, interferencja fal, potrafi podać przykłady fal poprzecznych i podłużnych, wyjaśni, na czym polega zjawisko rozchodzenia się fal w ośrodku sprężystym, potrafi rozróżniać fale poprzeczne i podłużne, potrafi wyjaśnić, od czego zależą cechy dźwięku, 3. Energia fal mechanicznych. wie, że energia fal mechanicznych zależy od kwadratu amplitudy, określi wpływ ruchu źródła i obserwatora na częstotliwość fal (zjawisko Dopplera), potrafi wyjaśnić, w jaki sposób odbywa się transport energii przez falę, określi zależność natężenia fali głosowej od odległości, 4. Drgania elektromagnetyczne. zapisze i objaśni równania, określające energię pola elektrycznego, magnetycznego i elektromagnetycznego, wie, że zaburzenie pola elektromagnetycznego rozchodzi się z prędkością światła, porówna przemiany energii mechanicznej w ruchu wahadła z przemianami energii w obwodzie drgającym LC, potrafi wyjaśnić powiązanie rozprzestrzeniających się zmiennych pól elektrycznych i magnetycznych, Korelacja międzyprzedmiotowa. Ścieżki edukacyjne Wpływ hałasu na organizmy żywe, w tym organizm człowieka, i sposoby zabezpieczania się przed tymi skutkami. Wykorzystywanie fal elektromagnetycznych w gospodarstwach domowych i technice. 33