FIZYKA zakres podstawowy. Program nauczania fizyki Klasa I-sza 1. Ruch jako skutek działania sił (przyczyn) Ruch, względność ruchu, układ odniesienia, tor. Transformacja Galileusza, niezmienniczość II-giej zasady dynamiki względem transformacji Galileusza. Zasady dynamiki - przyczyny ruchu. Ruch jednostajny, jednostajny prostoliniowy, droga w ruchu jednostajnym prostoliniowym - czasoprzestrzeń, linie świata. Prędkość graniczna - konsekwencje, postulaty. Transformacja Lorentza - wnioski bezpośrednie. Które z równań fizyki zasługują na miano praw fizyki??? Ruch jednostajnie zmienny, jednostajnie zmienny prostoliniowy. Przykład ruchu krzywoliniowego - ruch po okręgu jednostajny, jednostajnie zmienny. o Przykłady ruchu jednostajnie zmiennego: rzuty pionowy, poziomy, ukośny, ruch po równi pochyłej. o Indeterminizm klasycznych układów fizycznych w obecności określonych uwarunkowań, chaos deterministyczny, chaos (atraktory, fraktale). 2. Oddziaływania - siły w przyrodzie (przyczyny) Siła powszechnej grawitacji - siła centralna. Pole grawitacyjne, natężenie, prawo Gaussa, praca -zachowawczy charakter pola, energia, potencjał pola. Pole elektryczne, natężenie pola, wektor indukcji pola, prawo Gaussa, oddziaływanie elektrostatyczne. Praca w polu elektrycznym, zachowawczy charakter pola. Własności pola magnetycznego, prawa Gaussa, Ampere' a - prawa magnetostatyki. Pole magnetyczne jako efekt względny pola elektrycznego. Wektory indukcji, natężenia pola magnetycznego. Ruch ładunku w polu magnetycznym. Przegląd znanych oddziaływań i cząstek elementarnych - unifikacja oddziaływań, teorii. Idea ogólnej teorii względności. o Pole magnetyczne Ziemi, jego rola, zwierciadło magnetyczne, korek magnetyczny, tokomak. o Cząstki elementarne a historia Wszechświata. o Obserwacje astronomiczne i wynikające z nich postulaty kosmologii. (hierarchiczny obraz, ekspansja Wszechświata. o Wybrane zagadnienia kosmogonii. o Ewolucja galaktyk, rodzaje galaktyk. o Ewolucja Wszechświata - modele kosmologiczne. o Jedność mikro - i makro - świata. o Oddziaływania jako nośnik informacji. o Historia (pamięć) materiału, Wszechświata. 3. Zasady zachowania a symetria, przemiany energii Praca, moc, energia kinetyczna, praca w polu ciężkości - energia potencjalna. Zasady zachowania pędu, momentu pędu, energii (przemiany energii). Masa relatywistycznie zmienna, pęd cząstki. Energia całkowita, spoczynkowa, kinetyczna cząstki swobodnej, zasada zachowania masy - energii. Energia pól grawitacyjnego, elektrycznego, magnetycznego. 4. Termodynamika (porządek, chaos) Zerowa zasada termodynamiki, temperatura bezwzględna. I-sza zasada termodynamiki, energia wewnętrzna, ciepło, praca. Kinetyczno - molekularny model budowy materii, ciśnienie, temperatura. Równanie stanu gazu doskonałego, przemiany gazu doskonałego. Cykle termodynamiczne, II-ga zasada termodynamiki, entropia Boltzmanna. Entropia informacyjna, miary zasobu informacji i niedoboru informacji.
5. Drgania mechaniczne i elektryczne Drgające układy mechaniczne, ruch harmoniczny, harmoniczny prosty. Wahadło matematyczne, fizyczne, oscylator harmoniczny, rezonans. Obwód drgający RLC, przemiany energii, inercja obwodu, rezonans napięć, prądów. Drgania swobodne, tłumione. 6. Pole elektromagnetyczne Prawo indukcji Faraday'a, zasada zachowania energii w zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Samoindukcja, indukcja wzajemna - transformator. Prąd zmienny, praca i moc prądu. Prawa Maxwella - interpretacja, energia pola elektromagnetycznego. Zjawiska transportu energii konwekcja, przewodnictwo. Klasa II-ga 7. Fale mechaniczne i elektromagnetyczne Fale mechaniczne w cieczach, ciałach stałych, klasyfikacja fal, wytwarzanie fal. Fale, promieniowanie - jako sposób przenoszenia energii. Zjawisko Dopplera, energia fal mechanicznych. Fale elektromagnetyczne, generatory fal elektromagnetycznych. Zjawisko Dopplera. Interferencja, dyfrakcja fal mechanicznych i elektromagnetycznych. Siatka dyfrakcyjna - wzór Bragga. o Polaryzacja światła, zastosowania światła spolaryzowanego. o Zastosowanie zjawiska Dopplera w astrofizyce. 8. Wybrane zagadnienia optyki geometrycznej Zasada Fermata - prawa odbicia, załamania. Pryzmat, kąt najmniejszego odchylenia, rozszczepienie światła przez pryzmat. Niezmiennik zerowy Abbe'go - równania zwierciadeł, soczewek. o Przyrządy optyczne: lupa, mikroskop, luneta. o Światłowody, falowody - transport energii, transmisja informacji. o Optyczny zapis i odczyt informacji. 9. Dualny charakter fali elektromagnetycznej (światła) Zjawisko fotoelektryczne, kwantyzacja światła, foton. Kwant promieniowania - jego energia, pęd, inercja. Zjawisko Comptona. Wzmianka o kreacji pary elektron - pozyton, atomów elementarnych. 10. Dualny charakter materii Oscylator harmoniczny - zastosowania modelu oscylatora harmonicznego - struktura ciał stałych. Promieniowanie ciała doskonale czarnego, kwanty Plancka. Hipoteza de Broglie'a, jej potwierdzenie eksperymentalne - mikroskop elektronowy. Zasada nieokreśloności Heisenberga - statystyczny charakter zjawisk kwantowych. Wzmianka o anihilacji i kreacji pary elektron - pozyton, atomów elementarnych. Model Bohra budowy atomu - wybrane zagadnienia analizy spektralnej. o Gazy, ciecze jako układy oddziałujących cząsteczek. o Mikroskopowe modele ciał stałych o różnych własnościach mechanicznych, elektrycznych, magnetycznych i optycznych - zastosowania tych materiałów. o Masery, budowa,zasada działania, zastosowania. o Lasery, budowa, zasada działania, zastosowania. 11. Fizyka jądrowa - jej zastosowania Jądro atomu, rozmiary, masa, ładunek, energia wiązania. Stabilność jąder atomowych, promieniotwórczość naturalna, sztuczna, promieniowanie jądrowe. Promieniotwórczość naturalna, sztuczna, reakcje jądrowe. Oddziaływanie promieniowania z materią. o Wpływ promieniowania na organizmy żywe, zastosowania i zagrożenia. o Dozymetria, ochrona radiologiczna. Kontrolowane i niekontrolowane reakcje rozszczepienia - zastosowania. Synteza jąder atomowych, reakcja termojądrowa - fuzja kontrolowana. o Źródła energii słonecznej - skład i stan materii gwiazdowej. o Akceleratory cząstek elementarnych. o Budowa i zasady działania reaktorów jądrowych. 2
o Fizyka a filozofia narzędzia współczesnej fizyki. Hasła zaznaczone stanowią sugestie tematów prac uczniowskich w postaci referatów lub prezentacji. Sugerowane tematy są otwarte, mogą być modyfikowane zgodnie ze szczególnymi zainteresowaniami ucznia. Zebranie literatury, adresów prac, publikacji internetowych stanowi część pracy, jest sprawdzane i konsultowane z prowadzącym zajęcia. Podręczniki, książki do ustalenia przez prowadzącego i uczniów. Zasady oceniania. Lekcje ogólne, fakultet, specjalizacja Oceniając stopień opanowania, zrozumienia nauczanego materiału przez ucznia stosuje się: 1. Sprawdziany teoretyczne - wyprowadzenia wzorów, interpretacja, 2. Sprawdziany zadaniowe z możliwością korzystania z własnych materiałów (notatki, podręczniki), 3. Referaty, opracowania tematów wiążących się z omawianym materiałem (w oparciu o sugerowaną i samodzielnie zebraną literaturę, materiały), 4. Odpowiedzi ustne, zadania domowe, 5. Aktywność, sposób prowadzenia notatek, 6. Osiągnięcia w konkursach i olimpiadach, 7. W klasach kończących cykl nauczania uwzględnia się oceny semestralną i roczną klas poprzednich. Oceny cząstkowe Prace typu (1, 3) oceniane są w skali 10-cio punktowej 10 + bdb 8.75 - < 10 bdb 8.50 - < 8.75 +db 7.50 - < 8.50 db 7.25 - < 7.50 +dst 6.25 - < 7.25 dst 6.00 - < 6.25 +dop 5.00 - < 6.00 dop < 5.00 ndst 3
Prace typu (2) oceniane są w skali 20 - to punktowej 20 +bdb 17.50 - < 20 bdb 17.00 - < 17.50 +db 15.00 - < 17.00 db 14.50 - < 15.00 +dst 12.50 - < 14.50 dst 12.00 - < 12.50 +dop 10 - < 12.00 dop < 10 ndst Sprawdzanie opanowania materiału metodami (4, 5) opiera się na punktacji zbliżonej do skali ocen (0-6) 6 +bdb 5 - < 6 bdb 4 - < 5 db 3 - < 4 dst 2 -< 3 dop < 2 ndst Ocenę uzyskaną ze sprawdzenia zrozumienia i opanowania materiału metodami typu (4, 5) oraz prac typu (1, 3) bierze się z wagą "1", tzn. w średniej liczy się jednokrotnie, tej samej wagi są oceny z klas poprzednich (7). Prace zadaniowe oceniane są z wagą "2" - ocena ta jest dwukrotnie uwzględniana w obliczaniu średniej, tą samą wagę posiadają oceny wystawiane za udział w konkursach, olimpiadach (6), (zaliczenie I-go etapu - bdb, etap wojewódzki, okręgowy - cel). Pisemne sprawdziany teoretyczne i zadaniowe są obowiązkowe - nie uzupełnione w określonym terminie wnoszą zero punktów z wyżej podanymi wagami do średniej. Klasyfikacja Średnia liczba punktów 5.75-6 cel (semestralna, 5.25 - < 5.75 +bdb (tylko semestralna) 4.75 - < 5.25 bdb (semestralna, 4.25 - < 4.75 +db (tylko semestralna) 3.75 - < 4.25 db (semestralna, 3.25 - < 3.75 +dst (tylko semestralna) 2.75 - < 3.25 dst (semestralna, 2.00 - < 2.75 dop (semestralna, <2 ndst (semestralna, 4
FIZYKA zakres rozszerzony (specjalizacja). Fizyka specjalizacja..... klasy II gie..... (semestr I-szy) A. Ruch i siła Ruch, względność ruchu, układ odniesienia, tor. Ruch jednostajny, jednostajny prostoliniowy, droga w ruchu jednostajnym prostoliniowym - linie świata. Ruch jednostajnie zmienny, jednostajnie zmienny prostoliniowy. Przyczyny ruchu - zasady dynamiki Newtona. Przykłady ruchu jednostajnie zmiennego: rzuty pionowy, poziomy, ukośny, ruch po równi pochyłej. Przykład ruchu krzywoliniowego - ruch po okręgu jednostajny, jednostajnie zmienny. Siła tarcia, wyznaczanie współczynnika tarcia. Praca, moc, energia kinetyczna, praca w polu ciężkości - energia potencjalna. Zasady zachowania pędu, momentu pędu, energii. o Indeterminizm klasycznych układów fizycznych w obecności określonych uwarunkowań, chaos deterministyczny, chaos (atraktory, fraktale). Elementy fizyki relatywistycznej Wstęp, transformacja Galileusza. Prędkość graniczna - konsekwencje, postulaty. Transformacja Lorentza - wnioski bezpośrednie. Masa relatywistycznie zmienna, pęd cząstki. Energia całkowita, spoczynkowa, kinetyczna cząstki swobodnej, zasada zachowania masy, energii. Które z równań fizyki zasługują na miano praw fizyki??? Bryła sztywna Pojęcie bryły sztywnej - środek masy. Energia kinetyczna w ruchu obrotowym jednostajnym bryły sztywnej. Kręt bryły w ruchu obrotowym jednostajnym. Moment siły w ruchu obrotowym jednostajnie zmiennym bryły sztywnej. (Moment bezwładności - tensor bezwładności.) Własności mechaniczne ciał stałych Siły sprężystości, wzór Hooke' a, energia sił sprężystości. B. Ośrodki ciągłe Statyka cieczy i gazów, ciśnienie hydrostatyczne. Równanie ciągłości strugi - zasada zachowania masy. Równanie Bernoullie'go - zasada zachowania energii. (Uogólnienie równania ciągłości - pole wektora prędkości.) 5
C. Termodynamika Zerowa zasada termodynamiki, temperatura bezwzględna. I-sza zasada termodynamiki, energia wewnętrzna, ciepło, praca. Kinetyczno - molekularny model budowy materii, ciśnienie, temperatura. Równanie stanu gazu doskonałego, przemiany gazu doskonałego. Cykle termodynamiczne, II-ga zasada termodynamiki, entropia Boltzmanna. (III cia zasada termodynamiki - tw. Nernsta, entropia informacyjna Shanona, entropia Gibbsa.) (semestr II-gi) D. Grawitacja, mechanika nieba Rozwój poglądów na budowę Wszechświata, obiekty astronomiczne, skala wielkości i odległości. Źródła informacji astronomicznych. Prawo powszechnej grawitacji - siła centralna. Pole grawitacyjne, natężenie, prawo Gaussa, praca -zachowawczy charakter pola, energia, potencjał pola. Wnioski wynikające z zasad zachowania momentu pędu, energii w ruchu pod wpływem sił centralnych - prawa Keplera, prędkości kosmiczne. o Pole magnetyczne Ziemi, jego rola, zwierciadło magnetyczne, korek magnetyczny, tokomak. o Cząstki elementarne a historia Wszechświata. o Obserwacje astronomiczne i wynikające z nich postulaty kosmologii. (hierarchiczny obraz, ekspansja Wszechświata. o Wybrane zagadnienia kosmogonii. o Ewolucja galaktyk, rodzaje galaktyk. o Ewolucja Wszechświata - modele kosmologiczne. o Jedność mikro - i makro - świata. o Oddziaływania jako nośnik informacji. o Historia (pamięć) materiału, Wszechświata. E. Elektrostatyka Ładunek elektryczny, prawo Coulomba. Pole elektryczne, natężenie pola, wektor indukcji, prawo Gaussa, wektor indukcji pola. Praca w polu elektrycznym, zachowawczy charakter pola. Pojemność elektryczna, energia kondensatora, energia pola. F. Prąd stały Prąd elektryczny, nośniki prądu elektrycznego w metalach, prawo Ohma, opór elektryczny. Siła elektromotoryczna źródeł prądu, ogniwa, opór wewnętrzny ogniwa, prawo Ohma. Prawa Kirchhoffa - zasady zachowania, łączenie oporów. Praca i moc prądu. G. Pole magnetyczne Magnesy trwałe, magnes jako dipol (czy można wskazać źródło pola magnet.???). Działanie pola magnetycznego na ładunek, przewodnik z prądem - mikroi makroskopowe określenie pola magnetycznego. Prawo Ampere' a, pole magnetyczne przewodnika liniowego. Wzór Biote'a - Savarta, pole magnetyczne przewodnika kołowego, solenoidu. Własności pola magnetycznego - prawa magnetostatyki, energia pola magnetycznego. Wektor natężenia pola magnetycznego, pole magnetyczne w ośrodkach. Ruch ładunku w polu elektrycznym i magnetycznym, spektrograf masowy. Pole magnetyczne Ziemi, jego rola, zwierciadło magnetyczne, korek magnetyczny, tokomak. (Mierniki elektryczne, silnik prądu stałego.) 6
Fizyka specjalizacja..... klasy II gie..... B. Pole elektromagnetyczne Prawo indukcji Faraday'a, zasada zachowania energii w zjawisku indukcji elektromagnetycznej. Samoindukcja, indukcja wzajemna - transformator. Prąd przemienny, praca i moc prądu. Prawa Maxwella - interpretacja, energia pola elektromagnetycznego. C. Drgania mechaniczne i elektryczne Drgające układy mechaniczne, ruch harmoniczny, harmoniczny prosty. Wahadło matematyczne, fizyczne, oscylator harmoniczny, rezonans. Drgania swobodne, tłumione. Obwód drgający RLC, przemiany energii, inercja obwodu, rezonans napięć, prądów. D. Fale mechaniczne i elektromagnetyczne Fale mechaniczne w cieczach, ciałach stałych, klasyfikacja fal, wytwarzanie fal. Zjawisko Dopplera, energia fal mechanicznych. Fale elektromagnetyczne, generatory fal elektromagnetycznych. Zjawisko Dopplera. Interferencja, dyfrakcja fal mechanicznych i elektromagnetycznych. Siatka dyfrakcyjne - wzór Bragga. Polaryzacja światła. o Polaryzacja światła, zastosowania światła spolaryzowanego. o Zastosowanie zjawiska Dopplera w astrofizyce. (semestr II-gi) E. Optyka Zasada Fermata - prawa odbicia, załamania. Pryzmat, kąt najmniejszego odchylenia, rozszczepienie światła przez pryzmat. Niezmiennik zerowy Abbe'go - równania zwierciadeł, soczewek. Przyrządy optyczne: lupa, mikroskop, luneta. F. Dualizm falowo-korpuskularny Promieniowanie ciała doskonale czarnego, kwanty Plancka, wzory Wiena i Stefana Boltzmanna, wielkość gwiazdowa wzór Pogsona Zjawisko fotoelektryczne, kwantyzacja światła, foton (kwant). (Zjawisko Comptona.) Hipoteza de Broglie'a, jej potwierdzenie eksperymentalne - mikroskop elektronowy. Zasada nieokreśloności Heisenberga - statystyczny charakter zjawisk kwantowych. (Wzmianka o anihilacji i kreacji pary elektron - pozyton, atomów elementarnych). G. Budowa atomu Kwantyzacja wielkości fizycznych, kiedy zachodzi konieczność uwzględnienia efektów kwantowych?, przesłanki doświadczalne wskazujące na dyskretne zmiany wielkości fizycznych. Budowa atomu, postulaty Bohra. Liczby kwantowe, nie rozróżnialność cząstek identycznych, zakaz Pauliego (fermiony, bosony). Elementy analizy widmowej. 7
H. Jądro atomowe, cząstki elementarne Jądro atomowe, rozmiary, masa, ładunek, energia wiązania. Synteza jąder atomowych, reakcja termojądrowa. Stabilność jąder atomowych, promieniotwórczość naturalna, sztuczna, promieniowanie jądrowe. Synteza jąder atomowych, reakcja termojądrowa. Wpływ promieniowania na organizmy żywe, ochrona radiologiczna. Przegląd znanych oddziaływań i cząstek elementarnych - unifikacja oddziaływań, teorii. o Wpływ promieniowania na organizmy żywe, zastosowania i zagrożenia. o Dozymetria, ochrona radiologiczna. o Kontrolowane i niekontrolowane reakcje rozszczepienia - zastosowania. Synteza jąder atomowych, reakcja termojądrowa - fuzja kontrolowana. o Źródła energii słonecznej - skład i stan materii gwiazdowej. o Akceleratory cząstek elementarnych. o Budowa i zasady działania reaktorów jądrowych o Fizyka a filozofia narzędzia współczesnej fizyki. Sugerowana literatura w klasach II gich i III cich. 1. Blinowski, Trylski, Fizyka dla kandydatów na wyższe uczelnie, 2. A. Piński, X. Jaworski, Fizyka t. 1, 2, 3. A. Piński, Zbiór zadań z fizyki, 4. U. Księżopolska, Rozwiązania testów egzaminacyjnych z fizyki, 1985 1993. 5. Zbiory przykładowych testów maturalnych (Fizyka i astronomia repetytorium dla maturzystów i kandydatów na wyższe uczelnie, WSiP, 2004, oraz inne opracowania, zbiory testów, wybrane przez uczniów i nauczycieli) Hasła zaznaczone stanowią sugestie tematów prac uczniowskich w postaci referatów lub prezentacji. Sugerowane tematy są otwarte, mogą być modyfikowane zgodnie ze szczególnymi zainteresowaniami ucznia. Zebranie literatury, adresów prac, publikacji internetowych stanowi część pracy, jest sprawdzane i konsultowane z prowadzącym zajęcia. Fizyka specjalizacja - zasady oceniania. Oceniając stopień opanowania, zrozumienia nauczanego materiału przez ucznia stosuje się: 8. Sprawdziany teoretyczne - wyprowadzenia wzorów, interpretacja, przykłady testów maturalnych (zakres podstawowy) 9. Sprawdziany zadaniowe, testy maturalne (zakres poszerzony) z możliwością korzystania z własnych materiałów, (notatki, podręczniki) 10. Referaty, opracowania tematów wiążących się z omawianym materiałem (w oparciu o sugerowane oraz samodzielnie zebrane materiały pisane, elektroniczne,), 11. Odpowiedzi ustne, zadania domowe, 12.Aktywność, sposób prowadzenia notatek, 13. Osiągnięcia w konkursach i olimpiadach, 14. W klasach kończących cykl nauczania uwzględnia się oceny semestralną i roczną klas poprzednich. 8
Oceny cząstkowe Prace typu (1, 3) oceniane są w skali 10-cio punktowej 10 + bdb 8.75 - < 10 bdb 8.50 - < 8.75 +db 7.50 - < 8.50 db 7.25 - < 7.50 +dst 6.25 - < 7.25 dst 6.00 - < 6.25 +dop 5.00 - < 6.00 dop < 5.00 ndst Prace typu (2) oceniane są w skali 20 - to punktowej 20 +bdb 17.50 - < 20 bdb 17.00 - < 17.50 +db 15.00 - < 17.00 db 14.50 - < 15.00 +dst 12.50 - < 14.50 dst 12.00 - < 12.50 +dop 10 - < 12.00 dop < 10 ndst Sprawdzanie opanowania materiału metodami (4, 5) opiera się na punktacji zbliżonej do skali ocen (0-6) 6 +bdb 5 - < 6 bdb 4 - < 5 db 3 - < 4 dst 2 -< 3 dop < 2 ndst Ocenę uzyskaną ze sprawdzenia zrozumienia i opanowania materiału metodami typu (4, 5) oraz prac typu (1, 3) bierze się z wagą "1", tzn. w średniej liczy się jednokrotnie, tej samej wagi są oceny z klas poprzednich (semestralne i całoroczne) (7). Prace zadaniowe oceniane są z wagą "2" - ocena ta jest dwukrotnie uwzględniana w obliczaniu średniej, tą samą wagę posiadają oceny wystawiane za udział w konkursach, olimpiadach (6), (zaliczenie I-go etapu - bdb, etap wojewódzki, okręgowy - cel). Pisemne sprawdziany teoretyczne i zadaniowe są obowiązkowe - nie uzupełnione 9
w określonym terminie wnoszą zero punktów z wyżej podanymi wagami do średniej. Klasyfikacja (semestralna, roczna) Średnia liczba punktów 5.75-6 cel (semestralna, 5.25 - < 5.75 +bdb (tylko semestralna) 4.75 - < 5.25 bdb (semestralna, 4.25 - < 4.75 +db (tylko semestralna) 3.75 - < 4.25 db (semestralna, 3.25 - < 3.75 +dst (tylko semestralna) 2.75 - < 3.25 dst (semestralna, 2.00 - < 2.75 dop (semestralna, <2 ndst (semestralna, 10