Maria Fia³kowska, Krzysztof Fia³kowski, Barbara Sagnowska Fizyka dla szkó³ ponadgimnazjalnych Zakres podstawowy Podrêcznik przeznaczony do realizacji programu nauczania autorstwa Marii Fia³kowskiej, Barbary Sagnowskiej i Jadwigi Salach, dopuszczonego do u ytku szkolnego przez MENiS. Numer dopuszczenia: DKOS-4015-89/02. Kraków 2006 ZamKor 1
Redakcja naukowa i recenzja wewnêtrzna ksi¹ ki: Jadwiga Salach Autorki aneksu 1: Ma³gorzata Godlewska, Danuta Szot-Gawlik Autorka poleceñ do pracy z programami komputerowymi: Jadwiga Salach Recenzja wewnêtrzna rozdzia³u Budowa i ewolucja Wszechœwiata : Tomasz P³azak Projekt ok³adki i szablonu graficznego: Joanna Wypiór Fotografie: str. 87, 103, 172, 180 Piotr Sagnowski str. 156 Piotr Sagnowski (wykonano w Zak³adzie Dydaktyki Wydzia³u Fizyki i Techniki J¹drowej AGH w Krakowie) str. 117, 119, 169, 170, 333, 337 Corel Profesional Photos str. 290, 331 Photo Science Library/NASA str. 327, 328 CERN Courier, t. 40 Podrêcznik dopuszczony do u ytku szkolnego przez ministra w³aœciwego do spraw oœwiaty i wychowania i wpisany do wykazu podrêczników szkolnych przeznaczonych do kszta³cenia ogólnego do nauczania fizyki (w zakresie podstawowym) na poziomie liceum ogólnokszta³c¹cego, liceum profilowanego i technikum, na podstawie recenzji rzeczoznawców: dr. hab. W³adys³awa B³asiaka z rekomendacji Akademii Pedagogicznej w Krakowie, dr. hab. Jana Olszewskiego z rekomendacji Akademii Pedagogicznej w Krakowie, mgr. W³adys³awa Kulpy z rekomendacji Wojewódzkiego Oœrodka Metodycznego w Przemyœlu i dr Henryki Kaczorowskiej z rekomendacji Towarzystwa Kultury Jêzyka. Numer dopuszczenia: 46/02 Wydanie drugie, poprawione Copyright by ZamKor, Spó³ka Jawna ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków tel.: 0 12 623 25 00 faks: 0 12 623 25 13 e-mail: zamkor@zamkor.pl http://www.zamkor.pl ISBN 978-83-88830-10-5 ISBN 83-88830-10-4 Druk i oprawa: P.W. STABIL, Kraków, 0 12 410 28 20, 21 2
1. Ruch, jego powszechnoœæ i wzglêdnoœæ (7) 1.1. Pojêcie ruchu w historii filozofii i nauk przyrodniczych (7) 1.2. Elementy dzia³añ na wektorach (11) 1.3. Podstawowe pojêcia zwi¹zane z ruchem (14) Wzglêdnoœæ ruchu. Przemieszczenie (14); Ruch jednostajny prostoliniowy (16); Ruchy zmienne (19); Ruch po okrêgu (26) 1.4. Ruch w ró nych uk³adach odniesienia (29) 2. Oddzia³ywania w przyrodzie (33) 2.1. Klasyfikacja oddzia³ywañ (33) 2.2. Zasady dynamiki (34) 2.3. Oddzia³ywania na odleg³oœæ (40) 2.4. Oddzia³ywania grawitacyjne (42) Pierwsza prêdkoœæ kosmiczna (46); Oddzia³ywania grawitacyjne w Uk³adzie S³onecznym (48) 2.5. Oddzia³ywania elektromagnetyczne (51) Oddzia³ywania elektrostatyczne (51); Makroskopowe oddzia³ywania elektromagnetyczne (56); Mikroskopowe oddzia³ywania elektromagnetyczne i ich efekty makroskopowe (63) 2.6. Kilka s³ów o innych oddzia³ywaniach (70) 3. Energia i jej przemiany (71) 3.1. Energia kinetyczna i potencjalna w mechanice (72) Energia potencjalna oddzia³ywania grawitacyjnego (74); Energia kinetyczna (76); Druga prêdkoœæ kosmiczna (80) 3.2. Energia w oddzia³ywaniach elektrostatycznych (82) 3.3. Równowa noœæ masy i energii (86) Uk³ady z³o one i energia wi¹zania (86); Wzór Einsteina na energiê spoczynkow¹. Pojêcie deficytu masy (88); Œwietnoœæ i upadek prawa zachowania masy (90) 4. Makroskopowe w³aœciwoœci materii a jej budowa mikroskopowa (91) 4.1. Model oscylatora harmonicznego i jego zastosowanie w opisie przyrody (91) 3
4.2. Mikroskopowe modele cia³ makroskopowych (99) Gazy jako uk³ady prawie swobodnych cz¹steczek (99); Ciecze jako uk³ady oddzia³uj¹cych z sob¹ cz¹steczek (101); Cia³a sta³e (104) 4.3. Zastosowania ró nych materia³ów w urz¹dzeniach codziennego u ytku (113) Urz¹dzenia mechaniczne (113); Urz¹dzenia elektryczne (115); Zapis magnetyczny (116) 5. Porz¹dek i chaos w przyrodzie (117) 5.1. Temperatura, energia wewnêtrzna, ciep³o (117) 5.2. Pierwsza zasada termodynamiki (121) 5.3. Druga zasada termodynamiki (135) 5.4. Procesy odwracalne i nieodwracalne. Entropia (139) 6. Transport energii (143) 6.1. Przewodnictwo cieplne (144) 6.2. Konwekcja (150) 6.3. Fala jako sposób przenoszenia energii (152) Fale mechaniczne (152); Fala elektromagnetyczna (161) 7. Œwiat³o i jego rola w przyrodzie (167) 7.1. Zjawisko odbicia i za³amania œwiat³a (168) Ca³kowite wewnêtrzne odbicie (173) 7.2. Zwierciad³a (177) Zwierciad³o p³askie (177); Zwierciad³a kuliste (179) 7.3. P³ytka równoleg³oœcienna i pryzmat (184) 7.4. Soczewki (187) Obrazy w soczewkach (192) 7.5. Przyrz¹dy optyczne (196) 7.6. Rozszczepienie œwiat³a bia³ego w pryzmacie (201) Barwy cia³ (203) 7.7. Korpuskularno-falowa natura œwiat³a (205) Dyfrakcja i interferencja œwiat³a (205); Zjawisko polaryzacji œwiat³a (211); Zjawisko fotoelektryczne. Kwantowy model œwiat³a (214) 7.8. Model Bohra budowy atomu wodoru (221) 7.9. Analiza spektralna (227) 7.10. Laser i jego zastosowania (229) 7.11. W³aœciwoœci optyczne cia³ (231) 4
8. Fizyka j¹drowa i jej zastosowania (235) 8.1. Elementy fizyki j¹drowej (235) Promieniotwórczoœæ naturalna. J¹dro atomu i jego budowa (235); Izotopy i prawo rozpadu (239); Deficyt masy w fizyce j¹drowej (242); Reakcje j¹drowe (244); Reakcje rozszczepienia. Bilans energii (246) 8.2. ród³a energii s³onecznej (250) Sk³ad i stan materii gwiazdowej (250); Procesy zachodz¹ce w S³oñcu (251); Promieniowanie s³oneczne jako Ÿród³o informacji o S³oñcu (253); Rola energii s³onecznej na Ziemi (254) 8.3. Energetyka j¹drowa. Reaktory a broñ j¹drowa (256) Kontrolowana reakcja rozszczepienia. Reaktory (256); Reakcja niekontrolowana. Bomba atomowa (rozszczepieniowa) (258); Bomba wodorowa (fuzyjna); perspektywy fuzji kontrolowanej (259) 8.4. Promieniotwórczoœæ i jej zastosowania (260) Oddzia³ywanie promieniowania j¹drowego z materi¹. Zastosowania techniczne (260); Wp³yw promieniowania na tkankê biologiczn¹. Zastosowania medyczne (261); Zagro enia promieniowaniem; dozymetria (262) 9. Elementy szczególnej teorii wzglêdnoœci (265) 9.1. Ruch w ró nych uk³adach odniesienia (265) 9.2. Efekty relatywistyczne w kinematyce (267) Za³o enia szczególnej teorii wzglêdnoœci (267); Ograniczenia dla zwi¹zków przyczynowych (269); Obserwacje astronomiczne jako obraz historii kosmosu (271); Czas w ró nych uk³adach odniesienia (272); Pêd i energia w fizyce relatywistycznej (276) 10. Budowa i ewolucja Wszechœwiata (281) 10.1. Cz¹stki elementarne a historia Wszechœwiata (281) Sk³ad materii stabilnej i cz¹stki nietrwa³e (281); Sk³ad materii w wysokich temperaturach; przemiany i równowaga (283) 10.2. Obserwacyjne podstawy kosmologii (285) Hierarchiczny obraz Wszechœwiata: gwiazdy, galaktyki, gromady galaktyk (285); Rozszerzaj¹cy siê Wszechœwiat (288); Promieniowanie t³a jako relikt czasów przed powstaniem atomów (291); Szybkoœæ rozszerzania siê Wszechœwiata i gêstoœæ materii. Ciemna materia (292) 10.3. Modele kosmologiczne. Ewolucja galaktyk i gwiazd (294) Model Wielkiego Wybuchu (294); Wszechœwiat zamkniêty czy otwarty? (297); Modele powstawania galaktyk i ich uk³adów. Ewolucja gwiazd (298) 11. Jednoœæ mikro- i makroœwiata (301) 11.1. Fale materii. Dowody eksperymentalne falowych cech cz¹stek. Dualizm korpuskularno-falowy (301) Fala elektromagnetyczna jako strumieñ fotonów (301); Kwantowy opis ruchu cz¹stek (303); Zjawiska interferencyjne w rozpraszaniu cz¹stek (304) 5
11.2. Pomiar makroskopowy w fizyce a pomiary w mikroœwiecie kwantowym. Zasada nieoznaczonoœci (308) Wp³yw pomiaru w mikroœwiecie na stan obiektu (308); Fizyka makroskopowa jako granica fizyki wielkich uk³adów kwantowych (310); Zasada nieoznaczonoœci jako podstawowa granica poznania (312) 12. Fizyka a filozofia (313) 12.1. Zakres stosowalnoœci teorii fizycznych (314) Mechanika Galileusza-Newtona (314); Opis cz¹steczkowy budowy materii (316) 12.2. Determinizm i indeterminizm w opisie przyrody (318) Przebieg zjawisk a rozwi¹zania równañ fizyki (318); Ograniczenia wynik³e z relacji nieoznaczonoœci (319) 12.3. Elementy metodologii nauk. Metoda indukcyjna i metoda hipotetyczno-dedukcyjna (319) 13. Narzêdzia wspó³czesnej fizyki (321) 13.1. Laboratoria i metody badawcze wspó³czesnych fizyków (321) Miêdzynarodowe centra akceleratorowe (321); Œwiatowa sieæ komputerowa, opracowania wyników pomiarów (323) 13.2. Wspó³czesne obserwatoria astronomiczne (325) Teleskopy optyczne (325); Radioteleskopy i ich uk³ady (327) 13.3. Osi¹gniêcia naukowe minionego wieku i ich znaczenie (329) Elektromagnetyzm: radio i telewizja, sieæ ³¹cznoœci (329); Fizyka kwantowa atomu i cz¹steczki: lasery, masery i ich zastosowania (330); Fizyka niskich temperatur: nadprzewodnictwo (331); Fizyka j¹drowa: energetyka i zastosowania izotopów (332); Fizyka cz¹stek, jej rola w astrofizyce, kosmologii, medycynie i technice (333); Fizyka materii skondensowanej, pó³przewodniki i uk³ady scalone (333) Aneks 1. Doœwiadczenia i opracowanie wyników pomiarów (335) Odpowiedzi do zadañ rachunkowych (357) Skorowidz (367) 6