AUTOR: Ewa Strugała PROPOZYCJA PLANU WYNIKOWEGO DO PRZEDMIOTU Fizyka i astronomia DLA SZKÓŁ PONADGIMNAZJALNYCH KSZTAŁCENIE W ZAKRESIE ROZSZERZONYM NA PODSTAWIE PODRĘCZNIKA FIZYKA I ASTRONOMIA. TOM 3 MARIANA KOZIELSKIEGO WYDAWNICTWO SZKOLNE PWN ROZKŁAD GODZINOWY OPRACOWANO DLA CO NAJMNIEJ 5 GODZIN W CYKLU
Numer lekcji. Temat lekcji Wymagania Podstawowe Rozszerzające Dopełniające Numery lekcji i zadań, tematyka zadań na płycie CD Fizyka II, kurs komputerowy. Zadania 1 2 3 4 5 Fizyka kwantowa i fizyka atomowa (7 lekcji). Pytania i problemy s. 52-54, 94-96 13. Fizyka kwantowa i jądro atomowe Lekcja 1 Promieniowanie ciała doskonale czarnego Lekcja 2 Zjawisko fotoelektryczne, fotony wie, Ŝe Max Planck wprowadził do fizyki pojęcie kwantów energii, potrafi zapisać i objaśnić wzór na energię kwantu. potrafi wyjaśnić, na czym polega zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne, wie, co to jest praca wyjścia elektronu z metalu, potrafi sformułować potrafi podać definicję i jednostkę natęŝenia promieniowania, potrafi opisać model ciała doskonale czarnego, potrafi podać przykład ciała, które uznajemy za ciało doskonale czarne, wie, Ŝe natęŝenie promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez ciało doskonale czarne moŝna opisać za pomocą krzywych rozkładu widmowego, wie, Ŝe prawo Stefana-Boltzmanna moŝna zastosować do oszacowania temperatury Słońca, wie, Ŝe wyjaśnienie praw promieniowania podał Planck. potrafi opisać wnioski dotyczące wyników doświadczalnego badania zjawiska fotoelektrycznego, wie, Ŝe w celu wyjaśnienia zjawiska fotoelektrycznego potrafi naszkicować wykres zaleŝności natęŝenia promieniowania od częstotliwości (długości fali), potrafi scharakteryzować krzywe rozkładu widmowego promieniowania ciała doskonale czarnego, potrafi zastosować prawo Stefana-Boltzmanna, potrafi zastosować prawo przesunięć Wiena do oszacowania temperatury powierzchni Słońca, potrafi sformułować postulaty Plancka, potrafi podaćć róŝnicę między klasycznym i kwantowym podejściem do wyjaśnienia mechanizmu promieniowania. potrafi udowodnić, Ŝe wniosków dotyczących zjawiska fotoelektrycznego, uzyskanych w drodze doświadczalnej, nie moŝna wyjaśnić, posługując się falową Lekcja 31 Dualizm falowo-korpuskularny materii, fale materii 13.139. Wyznacz temperaturę powierzchni Słońca oraz temperaturę odległej gwiazdy Lekcja 31 Dualizm falowo-korpuskularny materii, fale materii 13.140. Ile fotonów wpada do oka w ciągu sekundy? 13.141. Ile fotonów wylatujących z Ŝaróweczki pada na odległą, małą 2
warunek zajścia zjawiska fotoelektrycznego, potrafi podać podstawowe wielkości charakteryzujące foton, wie, Ŝe światło w zjawisku fotoelektrycznym przejawia naturę korpuskularną, wie, Ŝe fotonową naturę światła odkrył Einstein. naleŝy posłuŝyć się teorią korpuskularną światła, potrafi napisać i objaśnić bilans energii dla zjawiska fotoelektrycznego, potrafi wyjaśnić zasadę działania fotokomórki. teorią światła, potrafi wyjaśnić zjawisko fotoelektryczne na podstawie kwantowego modelu światła, potrafi dla kilku metali narysować wykres zaleŝności energii kinetycznej fotoelektronów od częstotliwości, potrafi wyjaśnić, w jaki sposób za pomocą wykresu zaleŝności energii kinetycznej fotoelektronów od częstotliwości moŝna oszacować wartość stałej Plancka, przyjmujemy, Ŝe światło ma naturę falowo-korpuskularną. powierzchnię? 13.142. Czy ciśnienie wywierane przez światło jest zauwaŝalnie duŝe? 13.143. Jaka jest długość fali promieni rentgenowskich? 13.144. Jaka jest długość fali promieni rentgenowskich z innej lampy? 13.145. Fotoefekt jaką energię mają elektrony emitowane z metalu? 13.146. Jaką prędkość mają elektrony emitowane z metalu? 13.147. Jaki foton nadał energię elektronowi, którego ślad obserwowany jest w polu magnetycznym? 13.148. Jaką długość fali ma foton, którego energia jest równa energii spoczynkowej elektronu? Lekcja 3 Dualistyczna natura światła i cząstek materii wie, Ŝe wszystkie cząstki posiadają naturę falową. potrafi podać hipotezę de Broglie a fal materii, potrafi wyjaśnić, na czym polega dualizm falowo-korpuskularny, potrafi opisać schemat doświadczeń, które potwierdzają hipotezę de Broglie a, dla ciał makroskopowych nie moŝemy obserwować zjawisk falowych, tylko dla cząstek elementarnych moŝemy obserwować zjawiska falowe. potrafi zastosować wzór de Broglie a do prostych obliczeń, potrafi zinterpretować funkcję falową cząstki. Lekcja 31 Dualizm falowo-korpuskularny materii, fale materii 13.149. Jaką długość fali mają elektrony w lampie kineskopowej telewizora? 3
Lekcja 4 Specyfika obiektów kwantowych. Relacja nieoznaczoności Heisenberga Lekcja 5 Model Bohra atomu wodoru. Współczesny model atomu wie, Ŝe obserwacja makroobiektów nie wpływa na bieg zjawisk, które badamy, wie, Ŝe obserwacja mikroobiektów wpływa na ich zachowanie się. potrafi opisać model Bohra atomu wodoru, wie, co to znaczy, Ŝe promienie dozwolonych orbit i energia elektronu w atomie wodoru mają skwantowane wartości, wie, Ŝe atom moŝe być w stanie podstawowym lub w jednym ze stanów wzbudzonych, wie, co to jest energia jonizacji atomu wodoru, wie, Ŝe obserwacja mikroobiektów wprowadza zaburzenia ich ruchu, których nie da się zminimalizować, potrafi sformułować zasadę nieoznaczoności Heisenberga, potrafi wymienić cechy obiektów, które podlegają prawom fizyki klasycznej, potrafi wymienić cechy obiektów, które podlegają prawom fizyki kwantowej. potrafi sformułować i zapisać pierwszy postulat Bohra, drugi postulat Bohra jest sprzeczny z klasyczną elektrodynamiką, potrafi sformułować i zapisać trzeci postulat Bohra, potrafi opisać widmo promieniowania atomu wodoru, wie, Ŝe na gruncie fizyki klasycznej nie moŝna potrafi zinterpretować relacje nieoznaczoności Heisenberga, potrafi wyjaśnić zasadność pojęcia toru w zastosowaniu do makroobiektu, pojęcie toru w zastosowaniu do mikroobiektu jest duŝym przybliŝeniem, potrafi zastosować relacje nieoznaczoności Heisenberga do oszacowania niektórych wielkości, np. energii elektronu w atomie wodoru, energii nukleonu w jądrze, energii, jaką miałyby elektrony, gdyby przebywały w jądrze, potrafi porównać charakterystyczne cechy obiektów, które podlegają prawom fizyki klasycznej i fizyki kwantowej. potrafi zastosować pierwszy postulat Bohra do wyprowadzenia zaleŝności opisujących dozwolone energie elektronu w atomie wodoru oraz promienie dozwolonych orbit elektronu w atomie wodoru, potrafi wyjaśnić, jak powstają serie widmowe, korzystając z modelu Bohra atomu wodoru, potrafi obliczyć długości fal odpowiadających liniom widmowym poszczególnych Lekcja 32 Model Bohra 13.150. Jonizacja atomu promieniowaniem rentgenowskim 13.151. Jakie długości fal promieniuje atom? 13.152. Wytłumaczenie istnienia orbit w atomie na podstawie teorii de Broglie a 4
Lekcja 6 Promieniowanie światła przez atomy Lekcja 7 Lasery wie, Ŝe model Bohra został zastąpiony przez nową teorię mechanikę kwantową. wie, co to jest widmo promieniowania, wie, jakie ciała wysyłają promieniowanie o widmie ciągłym, wie, Ŝe świecenie gazów jednoatomowych charakteryzuje się widmem liniowym, wie, jak powstają widma absorpcyjne i emisyjne. wie, Ŝe laser działa jak wzmacniacz. fal elektromagnetycznych. wyjaśnić, dlaczego widmo atomu wodoru jest liniowe. wie, Ŝe struktura widma jest związana z budową atomu, potrafi wyjaśnić emisję i absorpcję światła przez atomy, widmo promieniowania gazów jednoatomowych jest liniowe. wie, czym róŝni się światło laserowe od światła wysyłanego przez inne źródła, potrafi wymienić zastosowania lasera. serii, potrafi obliczyć wartość energii jonizacji atomu wodoru, potrafi wykazać zgodność wzoru Balmera-Rydberga z modelem Bohra atomu wodoru, potrafi opisać, na czym polegają uproszczenia w teorii Bohra, wie, Ŝe model Bohra stanowi dobre przybliŝenie wyników uzyskiwanych na gruncie mechaniki kwantowej, potrafi opisać jakościowo wyniki kwantowej teorii atomu i rozkłady prawdopodobieństwa znalezienia elektronu w atomie wodoru. potrafi przedstawić zasady analizy spektralnej. potrafi wyjaśnić róŝnicę między emisją spontaniczną i emisją wymuszoną, emisja spontaniczna nie ma zastosowania w laserach, 5
potrafi objaśnić zasadę działania laserów i maserów, posługując się trójpoziomowym schematem stanów energii elektronów. 6
1 2 3 4 5 Fizyka ciała stałego (4 lekcje). Pytania i problemy s.133-134 Lekcja 1 Przewodnictwo elektronowe metali Lekcja 2 Przewodnictwo półprzewodników potrafi opisać klasyczny modelu gazu elektronowego, wie, na czym polega zjawisko nadprzewodnictwa. wie, Ŝe ciała stałe mogą być przewodnikami, półprzewodnikami lub izolatorami, potrafi wymienić nośniki prądu elektrycznego w ciałach stałych. potrafi opisać (jakościowo) zachowanie się elektronów w metalu, w metalach istnieją pasma energetyczne, potrafi objaśnić przewodnictwo metali za pomocą modelu pasmowego. potrafi sklasyfikować ciała stałe ze względu na szerokość przerwy energetycznej między pasmem walencyjnym i pasmem przewodnictwa, potrafi przedstawić i zinterpretować schemat pasmowy półprzewodnika, potrafi objaśnić budowę półprzewodników samoistnych i domieszkowych, potrafi opisać przewodzenie prądu przez półprzewodniki samoistne i domieszkowe. potrafi opisać przewodnictwo metali za pomocą klasycznej teorii przewodnictwa, potrafi wyjaśnić pochodzenie oporu elektrycznego, wie, Ŝe kwantowy opis ruchu elektronów ma wpływ na obraz przewodnictwa elektrycznego w metalach. potrafi na przykładzie krzemu wyjaśnić, dlaczego tworzą się pasma energetyczne, poziomy domieszkowe lokują się w przerwie energetycznej, potrafi opisać i wyjaśnić przyczynę przewodnictwa dziurowego. 7
Lekcja 3 Dioda, tranzystor i obwody scalone Lekcja 4 Urządzenia elektroniczne video i audio wie, Ŝe elementy półprzewodnikowe to: dioda, tranzystor, fotodioda, laser półprzewodnikowy, wie, Ŝe elementy półprzewodnikowe mogą występować oddzielnie lub w obwodach scalonych. potrafi wymienić i opisać urządzenia słuŝące do gromadzenia i odtwarzania informacji. potrafi objaśnić zjawiska zachodzące w złączu p-n, potrafi objaśnić budowę i zasadę działania typowych elementów półprzewodnikowych. potrafi objaśnić schemat blokowy urządzeń elektronicznych: telewizora, komputera. potrafi wyjaśnić, w jakim celu przetwarza się sygnały analogowe w cyfrowe, potrafi opisać zasadę działania przetwornika analogowo-cyfrowego. potrafi wyjaśnić rolę poszczególnych składników schematu blokowego telewizora i komputera. 8
1 2 3 4 5 Jądro atomowe i cząstki elementarne (6 lekcji). Pytania i problemy s.167-168. Lekcja 1 Charakterystyka i skład jąder atomowych Lekcja 2 Siły jądrowe. Model powłokowy jądra Lekcja 3 Promieniowanie α, β i γ. Prawo rozpadu wie, ile razy rozmiary jądra są mniejsze od rozmiarów atomu, wie, z jakich składników zbudowane jest jądro atomowe, potrafi opisać jądro pierwiastka za pomocą liczby atomowej i masowej. potrafi objaśnić pojęcie deficytu masy, potrafi zapisać i objaśnić związek Einsteina między masą i energią. wie, Ŝe Maria Curie-Skłodowska była dwukrotną laureatką nagrody Nobla, potrafi wyjaśnić, czym róŝnią się między sobą potrafi opisać wyniki doświadczenia Rutherforda, potrafi opisać wykres przedstawiający skład nukleonowy jąder z uwzględnieniem ich stabilności. potrafi zidentyfikować związek Einsteina jako prawo proporcjonalności masy i energii, potrafi objaśnić pojęcie energii wiązania jądra atomowego, potrafi objaśnić pojęcie energii wiązania nukleonu w jądrze, potrafi opisać przebieg wykresu energii wiązania przypadającej na nukleon w zaleŝności od liczby masowej. potrafi zastosować prawa przesunięć do zapisania rozpadów α i β, potrafi narysować wykres zaleŝności liczby jąder pierwiastka potrafi wyjaśnić, w jaki sposób na podstawie wyników doświadczenia Rutherforda moŝna oszacować rozmiary jądra atomowego. potrafi zastosować związek Einsteina do obliczania energii wiązania jąder atomowych, potrafi obliczać energię wiązania nukleonu w jądrze, potrafi zinterpretować wykres przedstawiający zaleŝność energii wiązania przypadającej na jeden nukleon od liczby masowej, potrafi scharakteryzować siły jądrowe, potrafi opisać model powłokowy jądra. potrafi zastosować prawo rozpadu do wyprowadzenia związku między stałą rozpadu i okresem połowicznego rozpadu, 13. Fizyka kwantowa i jądro atomowe Lekcja 33 Jądro atomowe 13.153. Jak rozpada się jądro atomowe? 13.154. Jak promieniuje jądro atomowe podczas rozpadu? 13.155. Jak szybko zanika 9
Lekcja 4 Reaktor i bomba atomowa Lekcja 5 Działanie biologiczne promieniowania radioaktywnego róŝnią się między sobą izotopy danego pierwiastka, potrafi wyjaśnić, na czym polega naturalna promieniotwórczość. wie, Ŝe przemiany jąder, następujące w wyniku zderzeń nazywamy reakcjami jądrowymi, potrafi objaśnić, na czym polega reakcja rozszczepienia jądra, wie, Ŝe niekontrolowana reakcja łańcuchowa wykorzystania została w bombie atomowej, wie, Ŝe w bombie wodorowej zachodzi gwałtowna fuzja jądrowa. wie, Ŝe promieniowanie jądrowe niszczy komórki Ŝywe i powoduje zmiany genetyczne. pierwiastka promieniotwórczego od czasu, potrafi zapisać i objaśnić prawo rozpadu promieniotwórczego, potrafi objaśnić pojęcia: stała rozpadu i okres połowicznego rozpadu. potrafi zapisać reakcję jądrową, uwzględniając zasadę zachowania ładunku i liczby nukleonów, potrafi wyjaśnić, na czym polega reakcja syntezy lekkich jąder i rozumie, dlaczego warunkiem jej zachodzenia jest wysoka temperatura, potrafi objaśnić dlaczego w reakcjach termojądrowych wyzwalana jest energia. potrafi opisać zasadę działania typowych detektorów promieniowania jądrowego, potrafi wymienić i opisać zasady ochrony radiologicznej, potrafi podać przykłady wykorzystania promieniowania jądrowego w diagnostyce i terapii medycznej. potrafi zastosować prawo rozpadu do prostych obliczeń, potrafi objaśnić metodę datowania za pomocą izotopu 14 C. potrafi objaśnić, jaką rolę w rozszczepieniu uranu odgrywają neutrony, potrafi opisać budowę i zasadę działania reaktora jądrowego, potrafi opisać zasadę działania bomby uranowej i wodorowej. potrafi wymienić korzyści i zagroŝenia wynikające z zastosowania jądrowych źródeł energii. pierwiastek radioaktywny? 13.156. Ile pierwiastka radioaktywnego rozpada się w ciągu sekundy? 13.157.Datowanie znalezisk archeologicznych 10
Lekcja 6 Cząstki elementarne potrafi podać przykłady cząstek elementarnych. potrafi sklasyfikować cząstki elementarne ze względu na masę, wie, Ŝe wszystkie cząstki o niezerowej masie dzielimy na leptony i hadrony, potrafi podać przykłady leptonów i hadronów, wie, Ŝe hadrony składają się z kwarków, wie, Ŝe bozony są cząstkami przenoszącymi róŝne oddziaływania, potrafi podać przykłady bozonów. potrafi wyjaśnić, czym róŝnią się cząstki od antycząstek, potrafi przedstawić schemat budowy kwarkowej niektórych mezonów, a takŝe nukleonów, potrafi objaśnić pojęcie elementarności cząstki, potrafi objaśnić pojęcie stabilności cząstki, wie, jakimi metodami doświadczalnymi posługuje się fizyka cząstek elementarnych, wie, na czym polega unifikacja oddziaływań i jaką rolę odgrywa w fizyce. 11
1 2 3 4 5 Astrofizyka. Kosmos (6 lekcji). Pytania i problemy s. 289-292 Lekcja 1 Obserwacje nieba Lekcja 2 Układ Słoneczny Lekcja 3 Słońce i gwiazdy. Ewolucja gwiazd wie co to jest obrotowa mapa nieba i do czego słuŝy, potrafi wymienić narzędzia badawcze, którymi posługują się współczesne techniki obserwacyjne Kosmosu. zna rozmieszczenie planet w Układzie Słonecznym. przedstawia podstawowe parametry Słońca, jako typowej gwiazdy, przedstawia warunki, jakie panują we wnętrzu Słońca. wie, w jaki sposób odróŝnić gwiazdy od planet w obserwacji nieba, potrafi opisać planetoidy, meteory, meteoryty, komety, potrafi opisać konstelacje gwiazd. potrafi objaśnić wykres przedstawiający zdolność absorpcyjną atmosfery Ziemi w róŝnych zakresach widma fal elektromagnetycznych, rys. 6.26, s. 217. potrafi wyjaśnić, co jest źródłem energii Słońca, potrafi opisać widmo promieniowania Słońca, potrafi wyjaśnić, na czym polega aktywność Słońca, potrafi opisać fotosferę i koronę słoneczną, potrafi narysować uproszczony diagram Hertzsprunga-Russella, wymienia główne cechy potrafi objaśnić zasady pomiaru odległości obiektów astronomicznych, wie, za pomocą jakich współrzędnych określamy połoŝenie obiektów astronomicznych, potrafi zidentyfikować: planety, gwiazdy i układy gwiezdne, posługując się obrotową mapą nieba. potrafi opisać zasadnicze cechy fizyczne planet w Układzie Słonecznym. potrafi opisać diagram Hertzsprunga-Russella, potrafi wyjaśnić dlaczego temperatura gwiazdy jest tym wyŝsza im wyŝszą ma ona masę, potrafi wyjaśnić dlaczego Słońce stabilnie wytwarza energię przez miliardy lat, przedstawia ogólnie drogę ewolucyjną gwiazd o róŝnej masie, 12
Lekcja 4 Egzotyczne obiekty astronomiczne Lekcja 5 Droga Mleczna. Galaktyki i kwazary Lekcja 6 Wielki wybuch. Geneza materii wymienia egzotyczne obiekty astronomiczne, wie, Ŝe gwiazdy egzotyczne są ostatnim etapem ewolucji gwiazd. potrafi podać kilka kolejnych obiektów w hierarchii Wszechświata. wie, Ŝe teorię powstania Wszechświata nazywamy teorią Wielkiego Wybuchu, wie, Ŝe rozszerzający się Wszechświat jest efektem Wielkiego Wybuchu, wie, Ŝe odkryto promieniowanie kosmicznego tła tzw. promieniowanie reliktowe, które potwierdza teorię fizyczne gwiazd ciągu głównego, potrafi opisać przebieg ewolucji Słońca. opisuje główne cechy gwiazdy neutronowej. potrafi wymienić typy galaktyk, wie, Ŝe Droga Mleczna jest galaktyką spiralną, wie, Ŝe zmiany jasności cefeid wykorzystuje się do obliczania odległości tych gwiazd. potrafi opisać teorię Wielkiego Wybuchu, potrafi schematycznie przedstawić na wykresie zaleŝność wyraŝającą prawo Hubble a, wie, Ŝe promieniowanie reliktowe jest mikrofalowym promieniowaniem elektromagnetycznym, potrafi wymienić fakty potrafi objaśnić, co to jest supernowa, czarna dziura i gwiazda neutronowa, potrafi wyjaśnić kiedy gwiazda neutronowa moŝe przekształcić się w czarna dziurę. potrafi wymienić główne cechy fizyczne białych karłów, czerwonych olbrzymów, nadolbrzymów, pulsarów i czarnych dziur, gwiazdy podwójne są szczególnie uŝyteczne dla astronomów. potrafi opisać kwazary, potrafi opisać typowe galaktyki i ich rozmieszczenie w Kosmosie, potrafi wyjasnić skąd wiemy o istnieniu materii międzygwiazdowej. potrafi opisać obserwacje, które doprowadziły do odkrycia prawa Hubble a, potrafi zapisać i zinterpretować prawo Hubble a, potrafi oszacować wiek Wszechświata na podstawie znajomości stałej Hubble a, odkrycie promieniowania reliktowego potwierdza teorię 13
Wielkiego Wybuchu, wie, jaki jest procentowy skład pierwiastków chemicznych występujących w Kosmosie. doświadczalne potwierdzające teorię Wielkiego Wybuchu. Wielkiego Wybuchu, określony skład chemiczny pierwiastków w Kosmosie świadczy o poprawności modelu rozszerzającego się Wszechświata, potrafi opisać główne etapy rozwoju Wszechświata przewidywane przez model Wielkiego Wybuchu, potrafi opisać stan dzisiejszej materii, jej pochodzenie, ocenę wieku Wszechświata i hipotezy odnośnie jego przyszłości. 14