A FIZIKA 9-12. ÉVFOLYAM KÖZÉPSZINTŐ TANTERVE
Fizika tanterv
A fizikaoktatás célja
Keltse fel a tanulók érdeklıdését a természeti, ezen belül a fizikai jelenségek iránt. Készítse elı és alapozza meg a többi természettudomány tanítását is. Vezesse be a tanulókat az anyagok tulajdonságainak, a természeti környezet változásainak, kölcsönhatásainak, ezek törvényszerőségeinek ismeretkörébe. A mechanikai, hıtani, elektromosságtani és fénytani ismeretekkel alapozza meg korszerő fizikai szemléletmódjukat, segítse hozzá ıket a technikai eszközök gazdaságos és biztonságos mőködtetésének megértéséhez. Tanítsa meg a tanulókat arra, hogy tapasztalataikat és következtetéseiket rögzíteni tudják szóban, rajzban vagy írásban. Ismertesse meg ıket az SI és SI-n belüli mértékegységek szabatos használatával. Életkoruknak megfelelı munkaformák alkalmazásával tegye képessé ıket a csoportmunkában való tevékenykedésre, önálló ismeretszerzésre, különféle taneszközök kezelésére, kísérleti eszközök balesetmentes használatára. Fejlessze megfigyelı-, emlékezı-, képzelı -és gondolkodási képességeiket. Nevelje ıket problémalátó és problémamegoldó emberekké. Alapozza meg környezetbarát szemléletüket, járuljon hozzá környezettudatos magatartásuk kialakulásához. A tananyag feldolgozása során alakítsa ki a meggyızıdésbıl fakadó tudatos és aktív környezetvédelem iránti igényt.
2
Fizika tanterv
Fejlesztési követelmények
Ismeretszerzési, feldolgozási –és alkalmazási – képességek
A tanuló legyen képes a fizikai jelenségek, folyamatok megadott szempontok szerinti tudatos megfigyelésére, igyekezzen a jelenségek megértésére. Legyen képes a lényeges és lényegtelen tényezık elkülönítésére. Tudja a kísérletek, mérések eredményeit különbözı formákban (táblázatban, grafikonon, sematikus rajzon) irányítással rögzíteni. Tudja kész grafikonok, táblázatok, sematikus rajzok adatait leolvasni, értelmezni, ezekbıl tudjon egyszerő következtetéseket levonni. A tanuló tudja érthetıen elmondani, ismereteinek mennyisége és mélysége szerint magyarázni a tananyagban szereplı fizikai jelenségeket, törvényeket, valamint az ezekhez kapcsolódó gyakorlati alkalmazásokat. Tudjon egyszerő kísérleteket, méréseket végrehajtani. Legyen tapasztalata a kísérleti eszközök, anyagok balesetmentes használatában. Szerezzen jártasságot a tananyagban szereplı SI és a gyakorlatban használt SI-n kívüli mértékegységek használatában, a mindennapi életben is használt mértékegységek átváltásában. Legyen képes megadott szempontok szerint használni különbözı szakkönyveket, lexikonokat, képlet –és táblázatgyőjteményeket és multimédiás oktatási anyagokat. Tudja, hogy a számítógépes világhálón a fizika tanulását, a fizikusok munkáját segítı adatok, információk is megtalálhatók. Értse a szellemi fejlettségnek megfelelı szintő ismeretterjesztı könyvek, cikkek, televízió –és rádiómősorok információit. Értékelje a természet szépségeit, tudja, hogy a természetet, környezetünket védeni kell. Ismerje a tananyag természet –és környezetvédelmi vonatkozásait, törekedjék ezeknek alkalmazására.
3
Fizika tanterv
Tájékozottság az anyagról, tájékozódás térben és idıben
Ismerje fel a természetes és mesterséges környezetünkben elıforduló anyagok tanult tulajdonságait. Legyen jártas az anyagoknak tanult tulajdonságait. Legyen jártas az anyagoknak tanult tulajdonságaik alapján való csoportosításában. Tudja, hogy a természeti folyamatok térben és idıben zajlanak le, a fizika vizsgálódási területe a nem látható mikrovilág pillanatszerően lezajló folyamatait éppúgy magában foglalja, mint a csillagrendszerek évmilliók alatt bekövetkezı változásait. Legyen gyakorlata a mindennapi életben elıforduló távolságok és idıtartamok becslésében, tudja ezeket összehasonlítani. Legyen áttekintése a természetben található méretek nagyságrendjérıl.
Tájékozottság a természettudományos megismerésrıl, a természettudományok fejlıdésérıl
Tudatosuljon a diákokban, hogy a természet megismerése hosszú folyamat. A tanult fizikai ismeretekhez kapcsolódva tudja, hogy mely történelmi korban történtek és kiknek a nevéhez köthetık a legfontosabb felfedezések. Ismerje a kiemelkedı magyar fizikusok, mérnökök, természettudósok munkásságát. Értse, hogy a fizika és a többi természettudomány között szoros kapcsolat van, kutatóik különbözı szempontból és eltérı módszerekkel, de ugyanazt az anyagi valóságot vizsgálják.
4
Fizika tanterv
Feltételek
Egyetemet végzett fizika szakos tanár.
Tanulókísérleti eszközök: mechanikai-, hıtani-, elektromosságtani –és optikai eszközök.
Tanári demonstrációs eszközök. (A taneszköz jegyzékben szereplı eszközök.)
Nyomtatott taneszközök: dr. Halász Tibor: Fizika 9. dr. Jurisits József – dr. Szőcs József: Fizika 10. dr. Halász Tibor – dr. Jurisits József – dr. Szőcs József: Fizika 11. dr. Halász Tibor – dr. Jurisits József – dr. Szőcs József: Fizika 11-12. dr. Zátonyi Sándor – ifj. Zátonyi Sándor: Mechanika dr. Zátonyi Sándor – ifj. Zátonyi Sándor: Hıtan, rezgések és hullámok dr. Zátonyi Sándor – ifj. Zátonyi Sándor: Elektromosságtan dr. Zátonyi Sándor – ifj. Zátonyi Sándor: Optika, modern fizika, csillagászat Négyjegyő függvénytáblázatok Egységes érettségi feladatgyőjtemény I. Egységes érettségi feladatgyőjtemény II. Szakközépiskolai összefoglaló feladatgyőjtemény FIZIKA Nagy Ignác: Jelenségek ( CD )
Elızmények Matematika, környezetismeret, természetismeret, technika, fizika, biológia, kémia tantárgy keretében megszerzett ismeretek, jártasságok és készségek.
5
Fizika tanterv
Az értékelés alapgondolatai Az értékelés leggyakoribb területei: Az önálló és közös tanulói tevékenységek (pl. megfigyelés, vizsgálódás, kísérletezés, mérés, felismerés, megállapítás, összehasonlítás, következtetés, elemzés stb.) megfigyelése alapján történı minısítés. Szóbeli feleltetés. Írásbeli munkák ellenırzése és értékelése (pl. munkafüzet, munkalap, feladatlap, témaközi-, témazáró dolgozat stb.). Az egyéni (órán kívüli) adatgyőjtések, megfigyelések, ”kutatások”, megbeszélése, minısítése. Értékelési szempontok A tanulók: Elsajátították-e a legfontosabb tényeket, fogalmakat, szabályokat, törvényeket? Tudnak-e válaszolni egyszerő ténykérdésekre? Felismerik-e a jelenségeket, változásokat, kölcsönhatásokat, kölcsönható partnereket, ezek kapcsolatát? Felismerik-e az azonosságot, a hasonlóságokat, különbözıségeket? Tudnak-e adott tulajdonságok alapján csoportosítani. Illetve a megadott csoportoknál felismerik-e a halmazképzı fogalmakat, szempontokat? Miként tudnak megfigyeléseket, kísérleteket, méréseket irányítássál, késıbb önállóan elvégezni, ezek eredményeit feljegyezni, tapasztalataikról, megállapításaikról beszámolni? Hogyan használják a szaknyelvet? Milyen szintő a feladatokat felismerı, megértı és megoldó képességük? Tudják-e ismereteiket, képességeiket alkalmazni?
6
Fizika tanterv
9. évfolyam Óraszám: Heti: 2,5 óra Évi : 92 óra Tartalom: Egyenes vonalú mozgások A dinamika alaptörvényei Munka és energia A gravitáció A gázhalmazállapot és a hıelmélet alapjai A folyékony halmazállapot A folyadékok és gázok áramlása A szilárd halmazállapot Halmazállapot-változások A pontrendszer mechanikája
7
Fizika tanterv
Egyenes vonalú mozgások Óraszám: 16 óra Cél: A tanulók fizikai ismereteinek a megalapozása, a newtoni szemlélet kialakítása. Környezetünk jelentıségének megfigyelése. Legyenek tisztában a tanulók a mindennapi életben tapasztalt egyszerőbb egyenes vonalú mozgásokkal! Egyszerő kísérletek elvégzése. A fizika törvényeinek megfogalmazása. Tanulóink ebben a korban még kevésbé alkalmasak elvont ismeretek befogadására. A fizika tanításának a fı célja nem az ismeretnyújtás! Sokkal inkább a fizikai szemlélet kialakítása. Meg kell tanítani ıket figyelni és tanulni. Megfigyeléseik legyenek célirányosak! Kísérletezéseik csak akkor eredményesek, ha a figyelmüket ráirányítjuk a lényegre, mérési eredményeiket - mi mondjuk meg: mit és hogyan - lejegyeztetjük, elemezzük, értékeljük, tapasztalataikat elmondatjuk. Legyen módjuk kérdezni, vitázni, tudják egymást meggyızni! (Beszéd- és vitakészség fejlesztése - vitakultúra!) Tudatosuljon bennük, hogy ismereteik részismeretek, törekedjenek a kiegészítésre - ebben adjunk támpontot, könyvet - amirıl beszámolhatnak! Ezzel színesítik óráinkat, buzdítják társaikat. A legalapvetıbb mozgások megismerése. A mozgás relatív voltának felismertetése. A mozgásokat leíró mennyiségek megismerése és jártasság kialakítása ilyen szinten való használatukban. Az egyenletesség kiemelése, a változásra való felkészülés. Követelmény: Tudja, hogy a jelenséget általában a Földhöz viszonyítjuk, de más vonatkoztatási rendszer is választható. Skalár –és vektormennyiség megkülönböztetése, az elmozdulásvektorra vonatkozó szerkesztési feladatok megoldása. Ismerje a sebesség mértékegységeit és átváltását. Legyen jártas a sebesség kiszámításában. Ismerje Mikola Sándor munkásságát. Tudjon sebesség-idı grafikont készíteni és elemezni. Tudjon változó mozgást ábrázoló út-idı grafikont készíteni, értelmezni, következtetni a megtett és az eltelt idı nagyságára. Szerezzen jártasságot egyszerő kísérletek elvégzésében, elmondásában, szempontok szerinti elemzésében, az átlagsebesség kiszámításában. 8
Fizika tanterv
Használja az út, idı, sebesség, gyorsulás konvencionális jeleit. Ismerje az összefüggést az út, az idı és a gyorsulás között (a kezdısebesség nem nullára is!). Ismerje és tudja értelmezni a sebesség-idı és a gyorsulás-idı grafikonokat. Tartalom:
A hely és a mozgás viszonylagos – vonatkoztatási rendszerek. Skalár –és vektormennyiségek fogalma. Vektori összegzés. Adott vektor összetevıkre bontása. Egyenes vonalú egyenletes mozgás jellemzése. Összefüggés út és idı között. Út-idı grafikon. A sebesség fogalma. A sebesség, az út és az idı kiszámítása. Sebesség – idı grafikon. Változó mozgás és jellemzése. Átlagsebesség, pillanatnyi sebesség. Egyenletesen változó mozgás és grafikonjai. Gyorsulás, mint sebességváltozás gyorsasága. Az egyenletesen változó mozgás grafikus leírása.
A továbbhaladás feltételei: Egyszerő példákon értelmezze a hely és a mozgás viszonylagosságát. Tudja alkalmazni a pálya, út, elmozdulás fogalmakat. Legyen jártas konkrét mozgások út-idı, sebesség-idı grafikonjának készítésében és elemzésében. Ismerje és alkalmazza a sebesség fogalmát. Ismerje fel és jellemezze az egyenes vonalú egyenletesen változó mozgásokat. Konkrét példákon keresztül különböztesse meg az átlag –és a pillanatnyi sebességet, ismerje ezek kapcsolatát. Ismerje és alkalmazza a gyorsulás fogalmát. Tudjon megoldani egyszerő feladatokat.
9
Fizika tanterv
A dinamika alaptörvényei Óraszám: 8 óra Cél: A fogalmak megismerését, a törvények bevezetését célszerő megfigyelésekre, konkrét kísérletekre alapozni. Jól elıkészített, többször megismételt kísérletek lehetıvé teszik, hogy a tanulók gyakorlatot szerezzenek a jelenségek pontos megfigyelésében, tapasztalataik lejegyzésében, és azok szabatos elmondásában. Mivel cél, hogy tanulóink eljussanak a természet jelenségeinek kvantitatív leírásához, már az egyszerő mérıkísérletek eredményeit célszerő grafikonon ábrázolni, amely megkönnyíti a fizikai törvények képlettel történı felírását. Szükséges a megismert törvényeket egyszerő számításokon alkalmazni. Ha matematikai számítások eredményeit utólag kísérlettel igazoljuk tudatosulhat a tanulóban, hogy a fizikai példa nem csupán matematikai számítás, hanem a természet leírása, mivel eredménye valódi, mérhetı adat. A téma feldolgozása során kiemelt lehetıség nyílik a többi természettudományos tantárggyal (földrajz, csillagászat) való kapcsolatra. Rávilágíthatunk a fizikai ismeretszerzés másik módjára a dedukcióra. Fizikusok - Newton, Galilei, Kepler - munkásságának megismerése lehetıséget nyújt önálló ismeretszerzésre, könyvtárhasználatra, beszámolók készítésére. Mozgásállapot-változások létrehozása kölcsönhatásokkal. Mechanikai kölcsönhatások elıállítása, értelmezése. Az alapvetı dinamikai törvények teljes megértése és ismerete. Követelmény: Tudja a lendületmegmaradás törvényét. Tudjon egyszerőbb esetekben következtetni a tömegre és a sebességre. A lendületmegmaradás törvény két pontszerő testbıl álló zárt mechanikai rendszerben lezajló centrális rugalmas és rugalmatlan ütközésre vonatkoztatva. A kísérletek és feladatok alapján tudjon következtetni a lendületváltozásra. Tudják a tanulók, hogy az I. törvény az inerciarendszert definiálja! Jártasság szinten tudják feladatokban alkalmazni a dinamika alaptörvényét és az erı-ellenerı párokat! Tudja az erı SI mértékegységét és annak dinamikai értelmezését. Szerezzen jártasságot az erı mérésében.
10
Fizika tanterv
Tartalom:
Mozgásállapot-változások létrehozása kölcsönhatásokkal. Lendület, lendületmegmaradás törvénye. A lendületváltozás és az erı mértéke. Inerciarendszer. Galilei-féle relativitási elv. A dinamika alaptörvénye, összefüggés erı és tömeg között. Hatás-ellenhatás törvénye. Az erıhatások függetlenségének elve. Az erı és mérése. Az erı és a lendület kapcsolata. Galilei és Newton munkássága.
A továbbhaladás feltételei: Ismerje fel és jellemezze a mechanikai kölcsönhatásokat. Ismerje a mozgásállapot-változások létrejöttének feltételeit, tudjon példákat említeni különbözı típusaikra. Ismerje fel és jellemezze az egy kölcsönhatásban fellépı erıket, fogalmazza meg, értelmezze Newton törvényeit. Értelmezze a tömeg fogalmát Newton II. törvénye segítségével. Ismerje a sztatikai tömegmérés módszerét. Tudja meghatározni a mozgásfajták létrejöttének dinamikai feltételét. Legyen jártas az erıvektorok ábrázolásában, összegzésében. Tudja, mit értünk egy test lendületén, lendületváltozásán. Konkrét mindennapi példákban ismerje fel a lendület-megmaradás törvényének érvényesülését, egy egyenesbe esı változások esetén tudjon egyszerő feladatokat megoldani. Legyen jártas az egy testre ható erık és az egy kölcsönhatásban fellépı erık felismerésében, ábrázolásában.
11
Fizika tanterv
Munka és energia
Óraszám: 7 óra Cél: A tanulók fizikai ismereteinek megalapozása, környezetünk jelentıségének megfigyelése. Értsék a tanulók a mindennapi életünkben is tapasztalható egyszerőbb termikus kölcsönhatásokat! Egyszerő kísérletek elvégzése. Az energia, munka, teljesítmény, hatásfok és súrlódás fizikai fogalmak pontos megfogalmazása. A mechanikai energiafajták megismerése. Az energiamegmaradási törvény jelentôségének tudatosítása. A környezetvédelem fontosságának és az ember felelôsségének hangsúlyozása. Követelmény:
Ismerje meg az erı és elmozdulás közötti összefüggést! Ismerje a munka és teljesítmény mértékegységeit és azok átváltását! Ismerje a hatásfok fogalmát! Tudjon következtetni: a munka és az erı ismeretében az elmozdulás nagyságára, a munka és az elmozdulás ismeretében az erı nagyságára. Legyen gyakorlata a súrlódási erı vizsgálatában. Tudja értelmezni a közegellenállást. A csúszó, a gördülési és a tapadási súrlódási jelenségek és a súrlódási tényezık, számításos feladatok megoldása. A súrlódási és közegellenállási erık mint disszipatív erık. Legyen tisztában vele, hogy mikor marad meg a mechanikai energia és mikor nem. Tudja a gyorsítási munkát, a kinetikai energia fogalmát, a munkatétel alkalmazásai számításos feladatokban! A helyzeti energia és megváltozása, energiaváltozással kapcsolatos feladatok megoldása. Ismerje Joule és Watt munkásságát!
Tartalom: A munka fogalma, kiszámítása. A teljesítmény fogalma, kiszámítása. A hatásfok fogalma, kiszámítása. 12
Fizika tanterv
Súrlódás és közegellenállás fogalma, számítása, mérése. A mozgási energia fogalma. A munkatétel. Az energiamegmaradás törvénye. Munka – energia (helyzeti, mozgási) konzervatív erık, erıfajták munkája. Joule és Watt munkássága.
A továbbhaladás feltételei: Definiálja a munkát és a teljesítményt, tudja kiszámítani állandó erıhatás esetén. Ismerje a munka ábrázolását F-s diagramon. Ismerje a súrlódás és a közegellenállás hatását a mozgásoknál, ismerje a súrlódási erı nagyságát befolyásoló tényezıket. Tudja megkülönböztetni a különféle mechanikai energiafajtákat, tudjon azokkal folyamatokat leírni, jellemezni. Tudja alkalmazni a mechanikai energiamegmaradás törvényét egyszerő feladatokban. Ismerje és alkalmazza egyszerő feladatokban a teljesítmény és a hatásfok fogalmát. A gravitáció
Óraszám: 8 óra Cél: A gyorsuló mozgásokról tanultak felidézése, elmélyítése, analógia megtalálása a szabadeséssel. A tömeg és a súly összefüggésnek és eltéréseinek kiemelése. A hajítások (vízszintes, függıleges, ferde) különbözıségének és azonosságának felismerése. Annak megmutatása, hogy idônként a bonyolultnak tőnô fizikai rendszerek is leírhatók viszonylag egyszerő törvényekkel (általános tömegvonzás törvénye). Az egyszerő gépek mőködésére vonatkozó mechanikai összefüggések megtanítása.
13
Fizika tanterv
Követelmény: Ismerje az általános tömegvonzási törvény és a szabadesés mint a gravitáció speciális esetét! Tudjon egyszerőbb számítási feladatokat megoldani a gravitációs erıvel és a szabadeséssel kapcsolatosan. Ismerje, hogy a testek súlya mint az alátámasztási felületre, illetve a felfüggesztı fonalra ható erı! Tudja értelmezni a súlytalanságot! A hajítások készségszintő tudása és jártasság szintő alkalmazása feladatmegoldás során. Tudjon a helyzeti energia és megváltozásával, energiaváltozással kapcsolatos feladatokat megoldani! Ismerjék az emberi erıkifejtést megkönnyítı eszközöket, különös figyelmet szentelve a lejtınek! Ismerjék Eötvös Loránd munkásságát!
Tartalom:
A szabadesés és a nehézségi erı. A súly és a súlytalanság. Az általános tömegvonzás törvénye. Az emelési munka és az energia-megmaradási törvény gravitációs hatás esetére. A vízszintes, a függıleges és a ferde hajítások. Az álló és a mozgócsiga. A munkavégzés összehasonlítása. Az egyszerő gépek elınye és hátránya. A hengerkerék. Egyszerő gépek a gyakorlatban, mindennapi eszközeinkben. A lejtı és a csavar.
A továbbhaladás feltételei: Értelmezze a szabadesést mint egyenletesen változó mozgást. Tudja a nehézségi gyorsulás fogalmát és értékét, egyszerőbb feladatokban alkalmazni is. Értelmezze egyszerő példák segítségével az összetett mozgást (függıleges hajítás). Ismerje az egyszerő gépek fogalmát, használatát. Ismerje a gravitációs kölcsönhatásban a tömegek szerepét, az erı távolságfüggését, tudja értelmezni ennek általános érvényét. Tudjon példát mondani a gravitációs gyorsulás mérési eljárásaira. 14
Fizika tanterv
Értelmezze a súly és súlytalanság fogalmát. Tudja megkülönböztetni a különféle mechanikai energiafajtákat, tudjon azokkal folyamatokat leírni, jellemezni. Tudja alkalmazni a mechanikai energiamegmaradás törvényét egyszerő feladatokban.
A gázhalmazállapot és a hıelmélet alapjai
Óraszám: 17 óra Cél: A gázokra vonatkozó, az alacsonyabb évfolyamokon megszerzett ismeretek felidézése, rendszerbe foglalása, új szemléleti elvek alapján történı kibıvítése, általánosítása; Gyakorlatias ismeretek elsajátíttatása. A fizikai leírásban alkalmazott egységes szemléleti elvek megértésének megalapozása. A formális gondolkodás fejlesztése. Természetvédelmre, környezetvédelemre nevelés. Energiatakarékosságra, ésszerő energiafelhasználásra nevelés. A gázhalmazállapot leírásához használt mennyiségek, fogalmak megismertetése. A részecskemodell használhatóságának megmutatása. Az egyes állapotváltozások kísérleti bizonyítékainak megismertetése. Rámutatni a természeti folyamatok irányára.
Követelmény: Az ideális gáz kinetikai modelljéhez vezetı fizikai jelenségek (Brownmozgás, diffúzió), a modellben megfogalmazott molekuláris szintő viselkedésjegyek, a levegı statikai nyomása. Az anyagmennyiség, a nyomás, a hımérséklet, a térfogat és a belsı energia – mint állapotjelzı – fogalma. A nyomás és a hımérséklet értelmezése a kinetikai modell alapján, a Maxwell-Boltzmann-féle sebességeloszlás vizsgálata. Az ideális gáz állapotegyenlete. A Boyle-Mariotte- és a két Gay-Lussac-törvény mint a speciális állapotváltozások (izoterm, izokór, izobár) összefüggések. 15
Fizika tanterv
Az izoterm, izokór és izobár állapotváltozások gyakorlati megvalósítási lehetısége. A tisztán termikus kölcsönhatás értelmezése, a nyomás és a belsı energia alakulása a termikus kölcsönhatási folyamatokban, a közölt hımennyiség fogalma, kapcsolata a munkatétel gondolatmenetével. Az adiabatikus állapotváltozás elvi megvalósulási feltételei, gyakorlati példák a jó közelítésben adiabatikusnak tekinthetı folyamatokra. A termodinamika I. fıtétele. Az I. fıtétel mint a mechanikában tanult energiamegmaradási törvény általánosítása, a termodinamika I. fıtételének alkalmazása az izoterm, izokór, izobár és adiabatikus folyamatokra, számításos feladatok megoldása. A fajlagos és a moláris hıkapacitás (fajhı, mólhı) fogalma. Hımérsékleti egyensúllyal kapcsolatos számítási feladatok megoldása. Robert Mäyer-egyenlet (Kiegészítı anyag). Az állapotváltozások grafikus ábrázolása (p-V, V-T, illetve p-T). Térfogati munka mint a p-V síkon kapott állapotfüggvény megfelelı alakú és elıjelő területe. Az ekvipartíció elvhez vezetı gondolatmenet lényge. Az ideális gáz moláris hıkapacitása az ekvipartíció-elv alapján, a modellgázból elvárt és a tapasztalt viselkedés eltérései (Kiegészítı anyag). Körfolyamatok ismerete. A termodinamika II. fıtétele mint a természetben önként lejátszódó energiaátadási folyamatok jellegérıl és irányáról számot adó törvény. Tartalom: Az ideális gáz kinetikai modellje. Az ideális gáz állapotjelzıi, az anyagmennyiség, a nyomás, a hımérséklet, a térfogat, a belsı energia fogalma és értelmezése a kinetikai modell alapján. Az ideális gáz állapotegyenlete. Az izoterm, az izobár és az izokór állapotváltozás. A belsı energia megváltozása izokór állapotváltozásnál. A belsı energia megváltozása adiabatikus állapotváltozásnál. Az izobár állapotváltozás vizsgálata, a munka, a hımennyiség és a belsı energia megváltozásának kapcsolata. A fajlagos és a moláris hıkapacitás. Az energia ekvipartíciója. Körfolyamatok. A termodinamika II. fıtétele.
16
Fizika tanterv
A továbbhaladás feltételei: Tudja, mit értünk állapotjelzın, nevezze meg ıket. Legyen tájékozott arról, milyen módszerekkel történik a hımérséklet mérése. Ismerjen különbözı hımérıfajtákat. Ismerje a Celsius –és Kelvin skálákat, és feladatokban tudja használni. Ismerje az Avogadro törvényt. Tudja értelmezni, hogy mikor van egy test környezetével termikus egyensúlyban. Ismerje és alkalmazza egyszerő feladatokban a gáztörvényeket, tudja összekapcsolni a megfelelı állapotváltozással. Ismerje az állapotegyenletet. Tudjon értelmezni p-V diagramot. Ismerje, mit jelent a gáznyomás, a hımérséklet a kinetikus gázelmélet alapján. Ismerje a hımozgást bizonyító jelenségeket (Brown-mozgás, diffúzió). Értelmezze a térfogati munkavégzést és a hımennyiség fogalmát. Ismerje a térfogati munkavégzés grafikus megjelenítését p-V diagramon. Értelmezze a termodinamika I. fıtételét, alkalmazza speciális – izoterm, izobár, izokór, adiabatikus – állapotváltozásokra. Ismerje a hıkapacitás, fajhı fogalmát, tudja kvalitatív módon megmagyarázni a kétféle fajhı különbözıségét gázoknál. Legyen képes egyszerő keverési feladatok megoldására. Tudjon értelmezni mindennapi jelenségeket a II. fıtétel alapján. Legyen tisztában a hıerıgépek hatásfokának fogalmával és korlátaival.
A folyékony halmazállapot Óraszám: 10 óra Cél: A logikus gondolkodás fejlesztése, a lényegretörô kifejtés igényének mélyítése. A folyadékok és a gázok egyensúlyával kapcsolatos jelenségek bemutatása, törvények felfedeztetése. A nyomás és a hidrosztatikai nyomás fogalmának megismertetése. Arkhimédész törvényének megmutatása. A sőrőségmérés újabb lehetıségének megmutatása. A légnyomás létezésének felismertetése (esetleg kísérleti bemutatása). A részecskemodell felhasználásával a felületi feszültség magyarázata. A mérıkészség fejlesztése. 17
Fizika tanterv
A folyadékokba vagy gázokba merülı testek egyensúlyának, így az úszás, lebegés és elmerülés jelenségeinek fizikai magyarázata. Ismerje meg ezeket a jelenségeket kihasználó, a gyakorlatban alkalmazott technikai eszközöket! Ismerje meg a részecskék között fellépı kölcsönhatásokat és ezek gyakorlati következményeit! A tanulók fizikai ismereteinek megalapozása, környezetünk jelentıségének megfigyelése. Értsék a tanulók a mindennapi környezetünkben is tapasztalható hıtágulást. Egyszerő kísérletek elvégzése. A fizika törvényeinek megfogalmazása. A tanultak átismétlése, begyakoroltatása feladatokban, az analógiák tudatosítása. Követelmény: A folyadék halmazállapot jellemzı tulajdonságai, a folyadékok makroszkópikus viselkedése a kinetikai modell alapján. A Pascal-féle elv, a hidrosztatikai, illetve a külsı erıhatásból származó nyomás alapján értelmezhetı jelenségek, és azok magyarázatai, számításos feladatok megoldása. A felületi feszültség fogalma, kapilláris jelenségek. A folyadékok hıtágulása, alkalmazások, számítási feladatok megoldása, az empirikusan definiált hımérsékleti skálák és a folyadékok hıtágulási törvényének kapcsolata. Hımérsékleti egyensúly számítása olyan egyszerő esetekben, ahol elegyedési hıjelenségek nem lépnek fel. Tartalom:
A folyadékok kinetikai modellje. Hidrosztatika. Sőrőségmérés. Folyadékok fajhıi. Folyadékok hıtágulása. Felületi jelenségek.
A továbbhaladás feltételei: Ismerje a hımérséklet-változás hatására végbemenı alakváltozásokat, tudja indokolni csoportosításukat. Legyen tájékozott gyakorlati szerepükrıl, tudja konkrét példákkal alátámasztani.
18
Fizika tanterv
Tudjon az egyes anyagok különbözı hıtágulásának jelentıségérıl, a jelenség szerepérıl a természeti és technikai folyamatokban, tudja azokat konkrét példákkal alátámasztani. Mutassa be a hıtágulást egyszerő kísérletekkel. Ismerje a hidrosztatikai nyomás fogalmát és Arkhimédész törvényét.
Folyadékok és gázok áramlása
Óraszám: 6 óra Cél: A gázokra, folyadékokra vonatkozó, az alacsonyabb évfolyamokon megszerzett ismeretek felidézése, rendszerbe foglalása, új szemléleti elvek alapján történı kibıvítése, általánosítása. Gyakorlatias ismeretek elsajátíttatása Kontinuitási törvény, Bernoulli egyenlet). A fizikai leírásban alkalmazott egységes szemléleti elvek megértésének megalapozása. A formális gondolkodás fejlesztése. Természetvédelmre, környezetvédelemre nevelés. Energiatakarékosságra, ésszerő energiafelhasználásra nevelés.
Követelmény: Az áramlások csoportba sorolási szempontjai (stacionaritás, forrásosság). A kontinuitási törvény, számításos feladatok megoldása az áramlási keresztmetszetek és az áramlási sebességek viszonyaira. Az áramló közeg fajlagos energiaformái, a Bernoulli-egyenlet (stacionárius, állandó sőrőségő és örvénymentes esetekre) (Kiegészítı anyag) Az áramlástanban tárgyalható jelenségek legfontosabb gyakorlati alkalmazásai. A dinamikai viszkozitás fogalma, definíciós képlete, egységei.
19
Fizika tanterv
Tartalom:
Az áramlások csoportosítása, fajtái. A kontinuitási törvény. A Bernoulli-egyenlet. A dinamikai viszkozitás (Kiegészítı anyag).
A továbbhaladás feltételei: Tudja alkalmazni a kontinuitási törvényt és a Bernoulli törvényt.
A szilárd halmazállapot
Óraszám: 7 óra Cél: A tanuló lássa a természettudományokban alkalmazott modellalkotás fontosságát, módszereit és lépéseit, majd ezen ismeret birtokában ismerjen meg az anyag szilárd halmazállapotáról alkotott, a fizikában használatos modellt és annak korlátait! Követelmény: A szilárd halmazállapot fıbb makro –és mikroszkópikus jellemzıi, a kristályszerkezetek leírásában használt alapfogalmak. A szilárd testek rugalmas alakváltozásainak alapesetei, a Hooke-féle törvény. A Young-modulusz, a rugalmas feszültség és a relatív megnyúlás fogalma, kapcsolatuk. A rugalmasan megnyúlt állapot energiája, számításos feladatok megoldása. Húzási diagramok jellegzetes szakaszai és a nyújtási folyamat során bekövetkezı részecskemozgások, szövetszerkezeti változások. A szilárd testek fajhıje, belsı energiája. A szilárd testek hıtágulása. A szilárd anyagok mólhıi, a Dulong-Petit féle szabály és az ekvipartíció elv kapcsolata.
20
Fizika tanterv
Tartalom:
A szilárd testek kinetikai modellje. Rugalmasság, rugalmas igénybevételek, maradandó alakváltozások. Szilárd testek fajhıi. Szilárd testek hıtágulása.
A továbbhaladás feltételei: Ismerje a hımérséklet-változás hatására végbemenı alakváltozásokat, tudja indokolni csoportosításukat. Legyen tájékozott gyakorlati szerepükrıl, tudja konkrét példákkal alátámasztani. Tudjon az egyes anyagok különbözı hıtágulásának jelentıségérıl, a jelenség szerepérıl a természeti és technikai folyamatokban, tudja azokat konkrét példákkal alátámasztani. Mutassa be a hıtágulást egyszerő kísérletekkel. Tudja alkalmazni Hooke törvényét.
Halmazállapot-változások
Óraszám: 5 óra Cél: A tanulók fizikai ismereteinek megalapozása, környezetünk jelentıségének megfigyelése. Értsék a tanulók a mindennapi környezetünkben is tapasztalható halmazállapot-változásokat! Egyszerő kísérletek elvégzése. A fizika törvényeinek megfogalmazása.
Követelmény: Legyen tisztában: olvadás, fagyás, párolgás, forrás, lecsapódás mennyiségi jellemzésével; a tanult mennyiségek jelölésével, mértékegységeivel! Tudjon: kísérleteket összeállítani a halmazállapot-változások bemutatására; grafikont készíteni és értelmezni hımérsékletváltozás esetén; energiváltozást kiszámítani halmazállapot-változás közben! 21
Fizika tanterv
Ismerje és tudja: olvadáspont, fagyáspont, olvadáshı, fagyáshı, forráspont, forráshı, párolgáshı fogalmakat és azok értelmezését! Szerezzen jártasságot: egyszerő kísérletek bemutatásában; a hımérséklet mérésében; grafikon készítésében és olvasásában! Fázisegyensúlyok: A gáz –és gızállapot megkülönböztetése, a folyadékfázis és a gızfázis dinamikus egyensúlya zárt térben, az egyensúlyt jellemzı állapothatározók alakulása a hımérséklet függvényében. Kritikus állapot, hármaspont (Kiegészítı anyag). Tartalom:
Olvadás, olvadáspont, olvadáshı, fagyás, fagyáspont. Párolgás, forrás, lecsapódás, párolgáshı, forráshı. A párolgás és sebessége. Az egyensúlyi gıznyomás. A gáz –és gızállapot megkülönböztetése. Kritikus állapot, hármaspont. (Kiegészítı anyag)
A továbbhaladás feltételei: Ismerje a különbözı halmazállapotok tulajdonságait. Értelmezze a fogalmakat. Tudja, milyen energiaváltozással járnak a halmazállapot-változások, legyen képes egyszerő számításos feladatok elvégzésére. Tudja, mely eszközök befolyásolják a párolgás sebességét. Ismerje a forrás jelenségét, a forráspontot befolyásoló tényezıket. Értse a víz különleges tulajdonságainak jelentıségét, tudjon példákat mondani ezek következményeire. Kvalitatív módon ismerje az esı, a hó, a jégesı kialakulásának legfontosabb okait. Értse, milyen változásokat okoz a felmelegedés, az üvegházhatás, a savas esı, stb. a Földön.
22
Fizika tanterv
A pontrendszer mechanikája Óraszám: 5 óra Cél: A mechanika alapelveinek általánosítása pontrendszerekre, az ismeretek megfelelı tartalmú és mélységő rendszerbe foglalása. Követelmény: A mechanikai rendszer fogalma, a rendszer határainak megválasztási lehetıségei, a mechanikai zártság, illetve nyitottság kritériumai. A tömegközéppont fogalma, szerepe a mechanikai rendszer viselkedésének leírásában. Számítási feladatok megoldása a tömegközéppont helyének meghatározására pontrendszereknél. A tömegközéppontra vonatkozó lendület –és mozgási energiatétel, a külsı és belsı erık szerepe a tételek érvényrejutásában. A rendszert alkotó testek között fellépı belsı kölcsönhatásokból származó potenciális energiák.
Tartalom:
Mechanikai nyitott –és zárt rendszer. A tömegközéppont. A tömegközéppontra vonatkozó lendülettétel. A mozgásienergia-tétel és a munkatétel. A kölcsönhatási (helyzeti, potenciális) energia. A perdület megmaradása és a perdülettétel.
A továbbhaladás feltételei: Tudjon különbséget tenni a nyitott és a zárt rendszer között. Tudja alkalmazni a pontrendszerre a korábban megtanult törvényeket.
23
Fizika tanterv
10. évfolyam Óraszám: Heti: 2 óra Évi: 74 óra Tartalom:
Körmozgások Merev testek mechanikája Rezgések Mechanikai hullámok Optika
Körmozgások Óraszám: 15 óra Cél: A körmozgás leírása, a kapcsolódó fogalmak tisztázása, egyes matematikai összefüggések felfedeztetése, a grafikonon való ábrázolás képességének fejlesztése csak kvalitatíve megfigyelt összefüggés képének megrajzoltatásával. A kísérletezésben való jártasság, a logikus gondolkodás fejlesztése az erôhatás forgásállapot-változtató hatásának feltételeinek önálló felfedeztetésével. A körmozgás megismerése, leírása, dinamikai magyarázata. A természettudományos megismerés módszereinek áttekintése. Felhívni a figyelmet arra, hogy a Föld pontjai körpályán mozognak, a tengely pontjait leszámítva. Az irányváltozás kinematikai és dinamikai leírása, a mechanikai leírás kibıvítése a megfelelı mozgásegyenletek és az erıtörvények alkalmazásával. A Naprendszer felépítésének, a mechanikai világkép kialakulásának megtanítása.
24
Fizika tanterv
Követelmény: Az egyenletes körmozgás kinematikai jellemzıi, a közöttük fennálló összefüggések, egyszerőbb számításos feladatok megoldása. A dinamika ∑ F = m ⋅ a alakú alapegyenletének alkalmazása az egyenletes körmozgásra. A kerületi és szöggyorsulás fogalma, a gyorsuló körmozgást végzı testek eredı gyorsulása mint a középpont felé irányuló és az érintı irányú gyorsulásösszetevık vektori eredıje. A forgatónyomaték és a tehetetlenségi nyomaték fogalma. A forgatónyomaték, a tehetetlenségi nyomaték és a szöggyorsulás kapcsolatát kifejezı M = Θ ⋅ β egyenlet, és alkalmazása egyszerőbb számítási feladatokban. 1 Az N = Θ ⋅ ω és az E = ⋅ Θ ⋅ ω2 összefüggések szerint definiált perdület, 2 illetve forgási energia, és alkalmazásai egyszerőbb számítási feladatokban. Tartalom: Az egyenletes körmozgás kinematikai leírása: A kerületi és a szögsebesség, a periódusidı, a frekvencia, a centripetális gyorsulás, a fázis. Az egyenletes körmozgás dinamikai tárgyalása: A centripetális erı. Az egyenletesen változó körmozgás kinematikai leírása: A szöggyorsulás, a tangenciális gyorsulás. Az egyenletesen változó körmozgás dinamikai tárgyalása: A forgatónyomaték és a tehetetlenségi nyomaték, a perdület és a forgási energia. A továbbhaladás feltételei: Tudja jellemezni az egyenletes körmozgást. Ismerje fel a centripetális gyorsulást okozó erıt konkrét jelenségekben, tudjon egyszerő számításos feladatokat megoldani.
25
Fizika tanterv
A merev testek mechanikája Óraszám: 9 óra Cél: Merev test egyensúlyának a megértése, felismerése és alkalmazása a gyakorlatban. Ismerjék és értsék a tanulók az egyszerő gépek mőködésének fizikai alapjait, hogy a gyakorlatban is felismerjék és alkalmazni tudják. Megmutatni, hogy az erınek forgatóhatása is van. Megismertetni az egyensúly feltételeit. A körmozgás során tanult alapismeretek (gyakorlati) alkalmazása. A mindennapi életben tapasztalható forgó mozgások elemzése a körmozgás során megismert alapismeretek alkalmazása révén, hogy ezáltal tartalmilag és pszichikailag is elıkészítsük a forgásról tanulandókat. Értsék és jegyezzék meg a tanulók a forgási tehetetlenséget, mint a forgó anyag jellemzı tulajdonságát, valamint az erıhatásnak a forgásállapotváltoztató képességét. Lássák a hasonlóságot a tömeg, mint tehetetlenség és a forgási tehetetlenség, valamint az erıhatásnak a mozgásállapot-változtató és a forgásállapot-változtató képessége között. Értsék a tanulók és alkalmazni is tudják a gyakorlatban a forgatónyomaték fogalmát. A forgómozgás törvényszerőségeinek megismerése. Annak megmutatása, hogy a perdületmegmaradás éppoly alapvetı természeti törvény, mint a lendületmegmaradás. Felismertetni, hogy a forgás is alapvetı mozgásforma. Követelmény: A merev test mint modellje a valóságos testeknek, az alkalmazhatóság feltételei. A merev testek csoportosítása alak –és tömegeloszlás szerint. A sőrőség, a helyi és az átlagos sőrőség közötti különbség. Számítási feladatok megoldása a tömegközéppont helyének meghatározására szabályos geometriájú és homogén tömegeloszlásra vonatkozó esetekben. Erırendszer helyettesítése egyenértékő eredıerıvel az erıparalelogrammatétel alapján, egy pontra koncentrált síkbeli erırendszer esetében. Az erıpár fogalma, forgatónyomatékának kiszámítása. A síkbeli erırendszerek egyensúlyának általános feltétele a ∑ Fi = 0 és ∑ M i = 0 egyenletrendszer szerint, feladatmegoldás egyensúllyal kapcsolatos problémákra. 26
Fizika tanterv
A forgómozgás alapegyenlete és egyszerőbb alkalmazásai. A lendületmegmaradási törvény érvényességének vizsgálata konzervatív erık és disszipatív erık jelenléte esetén. A mechanikai hatásfok fogalma és alkalmazása egyszerőbb számításos feladatokban. Tartalom:
A merev test fogalma, a helyi és az átlagos sőrőség. Merev test tömegközéppontja. A tömegközéppont helyzetének meghatározása számítással és méréssel. Merev test egyensúlya, az egyensúly általános feltétele. A tömegközéppontra ható koncentrált erırendszer. Forgás rögzített tengely körül, tehetetlenségi nyomatékok, a forgómozgás alapegyenlete. Mechanikai hatásfok.
A továbbhaladás feltételei: Tudja értelmezni dinamikai szempontból a testek egyensúlyi állapotát. Tudjon egyszerő számításos feladatokat megoldani. Ismerje a tömegközéppont fogalmát, tudja alkalmazni szabályos homogén testek esetén.
Rezgések Óraszám: 15 óra Cél: A harmonikus rezgımozgás megismertetése. Az inga szerepének megmutatása az idımérésénél, és a Föld forgásának kimutatásánál. Az egyszerő szabályos rezgések megismerése, a rezonancia és az ingamozgás tanulmányozásának az elıkészítése. Grafikonok kezelése terén jártasság megszerzése. Az egyenletes körmozgás révén a harmonikus rezgés didaktikus megközelítése. A rezonancia megismerése, hogy a gyakorlatban is fel tudják ismerni a tanulók. Ismerjék meg a tanulók az ingamozgást. 27
Fizika tanterv
Követelmény: A harmonikus rezgımozgás értelmezése a megfelelı egyenletes körmozgás vetületi mozgásaként. A harmonikus rezgımozgás kinematikai jellemzıi. Kitérés-idı, sebesség-idı és gyorsulás-idı függvények ábrázolása, értelmezése. Egyszerőbb számításos feladatok megoldása a harmonikus rezgések kinematikájával kapcsolatban. Szabad –és kényszerrezgés megkülönböztetése, a szabadrezgés létrejöttének dinamikai feltétele. m összefüggés alkalmazásai egyszerőbb Az F = -Dx és a T = 2π D számításos feladatokban. A rezgı test energiájának meghatározása. A fonálinga mozgásának értelmezése harmonikus rezgésként és változó, körívmenti mozgásként. A rezonancia jelensége, gyakorlati jelentısége. Tartalom: A harmonikus rezgımozgás kinematikai leírása: A rezgésidı, a frekvencia, az amplitudó, a körfrekvencia, a fázis. A harmonikus rezgımozgás dinamikai tárgyalása: A szabadrezgés, a kényszerrezgés és a rezonancia. A rezgı test energiája. A fonálinga lengésideje. Rugóra akasztott test rezgésideje. A továbbhaladás feltételei: Ismerje a rezgımozgás fogalmát. Ismerje a harmonikus rezgımozgás kinematikai jellemzıit, kapcsolatát az egyenletes körmozgással kísérleti tapasztalat alapján. Ismerje, milyen energiaátalakulások mennek végbe a rezgı rendszerben. Ismerje a szabadrezgés, a kényszerrezgés jelenségét. Ismerje a rezonancia jelenségét, tudja mindennapi példákon keresztül megmagyarázni káros, illetve hasznos voltát. Tudjon periódusidıt mérni. Ismerje a matematikai ingát.
28
Fizika tanterv
Mechanikai hullámok
Óraszám: 16 óra Cél: A mozgás fogalmának bıvítése a hullámmozgás, mint kollektív rezgımozgás bemutatásával. A füllel felfogható mechanikai hullám tulajdonságai, a hangszerek mőködési elve, az infrahang és ultrahang alkalmazása iránti érdeklıdés felkeltése. A harmonikus rezgımozgásnál tanultak alkalmazása a jobb megértés érdekében, és így a hullámok jellemzıinek a megismerése. Vegyék észre és értsék a tanulók a bennünket körülvevı mechanikai hullámokat. Megmutatni a hullámmozgás lényegét. Rávilágítani, hogy itt nem anyagáramlás történik. Megismertetni a hullámfajtákat. Megismertetni a legközönségesebb hullámokat, így a hangot is. Bemutatni a hang jellemzıinek a hullám jellemzıivel való kapcsolatát.
Követelmény: A hullámterjedés alapvetı formái, a hullámállapot leírására alkalmas fizikai mennyiségek. A terjedési sebesség, a hullámhossz és a frekvencia közötti, valamint a kitérés hely –és idıfüggését leíró összefüggések; egyszerőbb számításos feladatok megoldása. A hullámállapot és hullámterjedés ábrázolási lehetıségei, a Huygens-féle hullámterjedési elv. Alapvetı hullámterjedési jelenségek (visszaverıdés, törés, elhajlás, interferencia, polarizáció), a Huygens-Fresnel-elv. Állóhullám kialakulási feltételei. A hang legfontosabb fizikai tulajdonságai (zenei hangok, zajok), környezetvédelmi és gyakorlati problémák. A hangtani Doppler-effektus lényege (Kiegészítı anyag).
29
Fizika tanterv
Tartalom: Hullámterjedés vonal mentén
Csatolt rezgések, a longitudinális és a transzverzális hullám. Terjedési sebesség, hullámhossz, frekvencia, fázis. Állóhullám húron. Polarizáció.
Hullámterjedés felület mentén Sugarak és fázisvonalak. Terjedésjelenségek, visszaverıdés, törés, elhajlás, interferencia. Hullámterjedés a térben A hang és fizikai tulajdonságai. Zenei hangok, zajok; környezet –és egészségvédelmi problémák. Doppler-hatás.
A továbbhaladás feltételei: Ismerje a mechanikai hullám fogalmát, fajtáit, tudjon példákat mondani a mindennapi életbıl. Ismerje a hullámmozgást leíró fizikai mennyiségeket. Tudja leírni a hullámjelenségeket, tudjon példákat mondani a mindennapi életbıl. A hangtani alapfogalmakat tudja összekapcsolni a hullámmozgást leíró fizikai mennyiségekkel.
30
Fizika tanterv
Optika Óraszám: 23 óra Cél: A mindennapok fénytani jelenségeinek magyarázata. A geometriai optika törvényeinek kísérletekkel való alátámasztása, a leképezı eszközök mőködési elvének bemutatása. Megismertetni a fényterjedésének feltételeit, módját. Megmutatni, hogy a színek forrása a fény és, hogy a színeket prizmával és optikai ráccsal is kibonthatjuk. Megmutatni, hogy a fény is hullámtulajdonságú. Megismertetni a tükrök és lencsék képalkotását. Bemutatni, hogy a szemüveg hogyan képes korrigálni a szem hibáját.
Követelmény: A fény terjedése elektromágneses hullámként A fény hullámkénti terjedésére utaló jelenségek, a fény terjedési sebessége vákuumban és különféle közegekben, analógiák az elektromágneses hullámok terjedésével, a fény terjedési sebességének meghatározására alkalmas fontosabb módszerek. A fényvisszaverıdés törvénye, a fénytörésre vonatkozó Snellius-Descartesféle törvény. A látható spektrum mint a 380 nm-tól 760 nm-ig terjedı elektromágneses hullámhossz tartomány, az infravörös és az ultraibolya sugárzás. A törésmutató frekvenciafüggése. Számításos feladatok megoldása a törésmutató, a beesési szög, valamint a terjedési sebesség kapcsolatára. A fényelhajlás alapjelenségei és alapösszefüggései. Az optikai rács. A fényinterferencia alapjelenségei, a Michelson-Morley-interferométer mőködési elve, a koherencia fogalma. A fénypolarizáció jelensége. Brewster-törvény.
31
Fizika tanterv
A geometriai optika elemei A geometriai optika tárgyalásmódjának alapelvei, refrakcióval és reflexióval kapcsolatos képalkotási feladatok megoldása szerkesztéssel és számítással. Tükrök, lencsék, távcsövek, az egyszerő nagyító, a mikroszkóp, a fényképezıgép. A látás
A szem mint leképezı rendszer. A fényérzékelés elsıdleges folyamatai. A fényerısség, fényteljesítmény, megvilágítás fogalma. Rövidlátás, távollátás és korrigálása szemüveggel, a dioptria. Optikai csalódások néhány jellegzetes típusa.
Tartalom: A fény elektromágneses hullámkénti terjedése
A fény terjedési sebessége. A fényvisszaverıdés és a fénytörés. A látható fény spektruma. A fényelhajlás és a fényinterferencia. A fény polarizálhatósága. A Brewster-törvény. A rádiófrekvenciás, az UV –és az IR-spektrum.
A geometriai optika elemei A fényvisszaverıdés és a fénytörés geometriai leírása. Alkalmazások. A hullám –és a geometriai optika kapcsolata. A látás A szem felépítése: Képalkotás, fényérzékelés. A megvilágítás alaptörvényei: Fontosabb alkalmazások, munkavédelmi, egészségvédelmi vonatkozások. Látáshibák: A szemüveg. Színek: Színkeverés.
32
Fizika tanterv
A továbbhaladás feltételei: Tudja, hogy a fény elektromágneses hullám, ismerje ennek következményeit. Ismerje a fény terjedési tulajdonságait, tudja tapasztalati és kísérleti bizonyítékokkal alátámasztani. Tudja,, hogy a fénysebesség határsebesség. Tudja alkalmazni a hullámtani törvényeket egyszerőbb feladatokban. Ismerje fel a jelenségeket, legyen tisztában létrejöttük feltételeivel, és értse az ezzel kapcsolatos természeti jelenségeket és technikai eszközöket. Tudja egyszerő kísérletekkel szemléltetni a jelenségeket. Ismerje a színszóródás jelenségén prizmán. Ismerje az interferenciát és a polarizációt, és ismerje fel ezeket egyszerő jelenségekben. Értse a fény transzverzális jellegét. Ismerje a képalkotás fogalmát sík –és gömbtükrök, valamint lencsék esetén. Alkalmazza egyszerő feladatok megoldására a leképezési törvényt, tudjon képszerkesztést végezni tükörre, lencsékre a nevezetes sugármenetek segítségével. Ismerje, hogy a lencse győjtı és szóró mivolta adott közegben a lencse alakjától függ. Tudjon egyszerőbb méréseket elvégezni a leképezési törvénnyel kapcsolatban. Ismerje a tükrök, lencsék, optikai eszközök gyakorlati alkalmazását, az egyszerőbb eszközök mőködési elvét. Ismerje a szem fizikai mőködésével és védelmével kapcsolatos tudnivalókat, a rövidlátás és a távollátás lényegét, a szemüveg használatát, a dioptria fogalmát.
33
Fizika tanterv
11. évfolyam Óraszám: Heti: 2 óra Évi: 74 óra Tartalom:
Elektrosztatika Az elektromos egyenáram A mágneses tér Az elektromágneses indukció A váltakozó áram Elektromágneses rezgések és hullámok
Elektrosztatika Óraszám: 8 óra Cél: Az alsóbb évfolyamokon megszerzett elektromosságtani ismeretek rendszerbe foglalása, kibıvítése. Az elektromos jelenségek és az önálló kísérletezés iránti érdeklıdés felkeltése színes kísérletekkel és magyarázatukkal. A hétköznapok elektromosságával kapcsolatos fogalmak tisztázása, szemléletes kép kialakítása az elektromos mezırıl. Az absztrakciós képesség fejlesztése. A kombinatív képesség fejlesztése a törvényeknek a mérési eredményekbıl történı felismertetésével, illetve kapcsolási rajzok készíttetésével és gyakorlati kiviteleztetésével. Jártasság kialakítása a tanult matematikai összefüggések használatában. Gyakorlatias tudnivalók elsajátíttatása. A fizika egységes szemléletre alapozott természetleírási módszerének elsajátíttatása. Az elektromos kölcsönhatások megtanítása. Ismerjék meg a tanulók a gyakorlatban is alkalmazott technikai megoldások alapjait, az elektrosztatikával kapcsolatos jelenségeket!
34
Fizika tanterv
Követelmény: Az elektromos állapotra utaló jelenségek értelmezése. A Coulomb-féle törvény, a törvényben szereplı állandó fizikaijelentése, a töltés fogalma. Az elektromos erıtér tulajdonságai, a térerısség, térerısségvonalak. A töltés munkájának számítása az elektrosztatikai térben, az elektrosztatikai erıtér konzervatív jellege. A feszültség és a potenciál. A kapacitás fogalma. Számításos feladatok a töltés nagyságával, a töltések között ható erıvel, a térerısség átlagos értékével, a feszültséggel és a kapacitás nagyságával kapcsolatosan. A dielektromos állandó (abszolút, relatív) fogalma. Szigetelı anyagok legfontosabb dielektromos tulajdonságai. Tartalom:
Az elektromos töltés. Coulomb törvénye. A térerısség és az elektromos fluxus. A potenciál és a feszültség, ekvipotenciális felületek. A megosztás jelensége. A kapacitás. A síkkondenzátor kapacitása. A vákuum abszolút-, a szigetelık relatív dielektromos állandója.
A továbbhaladás feltételei: Értse az elektrosztatikai alapjelenségeket, és tudja ezeket elemezni és bemutatni egyszerő elektrosztatikai kísérletek, hétköznapi jelenségek alapján. Alkalmazza az elektromos mezı jellemzésére használt fogalmakat. Ismerje a pontszerő elektromos töltés által létrehozott és a homogén elektromos mezı szerkezetét és tudja jellemezni az erıvonalak segítségével. Tudja alkalmazni az összefüggéseket homogén elektromos mezı esetén egyszerő feladatokban. Tudja, hogy az elektromos mezı által végztt munka független az úttól. Ismerje a töltés –és térerısség viszonyokat a vezetıkön, legyen tisztában ezek következményeivel a mindennapi életben, tudjon példákat mondani gyakorlati alkalmazásukra. 35
Fizika tanterv
Ismerje a kondenzátor és a kapacitás fogalmát. Tudjon példát mondani a kondenzátor gyakorlati alkalmazására.
Az elektromos egyenáram
Óraszám: 16 óra Cél: Az összehasonlítás képességének fejlesztése és az energiatakarékosság jelentıségének felismertetése a háztartási eszközök fogyasztásának vizsgálatával. A különbözô anyagok vezetıképességének, az elektromos áram gyakorlati alkalmazásainak és veszélyének bemutatása. Az áram hatásainak megismertetése. Az áramkör részeinek és a nyitott és zárt áramkörnek megismertetése. Az elektromos rajzjelek megismertetése. A logikai fogalmak fejlesztése, elıkészítése. A figyelem felhívása az áram veszélyeire. Megismertetni a feszültségforrásokat. Megismertetni, hogy mitıl függ a vezetıben kialakuló áram erıssége, Ohm törvényének megismertetése. Az egyenes arányosság fogalmának fejlesztése a tanulóknál. A mérıeszközök megismertetése, a mérıkészség fejlesztése. A feladatmegoldó-készség fejlesztése. A közismert eszközök jobb megismertetése. A hálózati alapfogalmak és alapvetı ellenállás-hálózatok megismertetése. A fajlagos ellenállás fogalmának megismertetése, az egyes anyagok alkalmazhatóságának és korlátainak észrevétele. A fémek és félvezetık ellenállásának a hımérsékletfügésében rejlı különbség kiemelése, az érdeklıdés felkeltése. Ismerjék meg a tanulók a gyakorlatban is alkalmazott technikai megoldások alapjait, az egyenárammal kapcsolatos jelenségeket!
36
Fizika tanterv
Követelmény: A legfontosabb áramköri elemek: telep, vezetı huzal, ellenállás (fogyasztó), kapcsoló, ezek rajzjelei, egyszerőbb áramkörök megadott kapcsolási rajz szerinti összeállítása, feszültség –és árammérések. Az elektromos áramerısség, az elektromos ellenállás (vezetés), fajlagos ellenállás (fajlagos vezetés). Az Ohm-féle törvény vezetı szakaszra és zárt áramkörre. A feszültségforrások belsı ellenállása, az árammentes esetben mérhetı „üresjárási feszültség” (elektromotoros erı) és a kapocsfeszültség. Vezetık ellenállásának hımérsékletfüggése, a pozitív és negatív hıfoktényezıs ellenállások áramköri viselkedése. Számításos feladatok megoldása az Ohm-törvénnyel kapcsolatosan. A Kirchhoff-féle törvények és alkalmazásaik sorosan, párhuzamosan, vegyesen kapcsolt ellenállásokat tartalmazó hálózatokra. Mérımőszerek (áram –és feszültségmérı) méréshatárának változtatása, a legalapvetıbb gyakorlati problémák, a feszültség –és árammérı mőszerek használata. Azelektromos egyenáram munkája és teljesítménye, számításos feladatok megoldása az elektromos egyenáram munkájával és teljesítményével kapcsolatosan. Tartalom:
Áramkör, áramerısség. Ohm törvénye vezetı szakaszra. Az ellenállás, a fajlagos ellenállás, a vezetés és a fajlagos vezetés. Ohm törvénye a teljes, elágazás nélküli áramkörre, az áramforrás belsı ellenállása, az elektromotoros erı és a kapocsfeszültség. Az elektromos egyenáram hıhatása, munkája, teljesítménye. Kirchhoff törvényei. Ellenállások soros és párhuzamos kapcsolása, eredı ellenállás meghatározása. Feszültség –és árammérı kapcsolása, méréshatáruk kiterjesztésének elve.
37
Fizika tanterv
A továbbhaladás feltételei: Értse az elektromos áram létrejöttének feltételeit, ismerje az áramkör részeit, tudjon egyszerő áramkört összeállítani. Ismerje az áramerısség –és feszültségmérı eszközök használatát. Értse az Ohm-törvényt vezetı szakaszra és ennek következményeit, tudja alkalmazni egyszerő feladat megoldására, kísérlet, illetve ábra elemzésére. Ismerje a soros és a párhuzamos kapcsolásra vonatkozó összefüggéseket, és alkalmazza ezeket egyszerő áramkörökre. Ismerje az elektromos áram hatásait és lkalmazásukat az elektromos eszközökben. Ismerje az áram élettani hatásait, a balesetmegelızési és érintésvédelmi szabályokat. Alkalmazza egyszerő feladatok megoldására az elektromos eszközök teljesítményével és energiafogyasztásával kapcsolatos ismereteit.
A mágneses tér Óraszám: 11 óra Cél:
Megmutatni, hogy nem csak az állandó mágnesnek van mágneses mezeje. Észrevetetni milyen jelentıs különbséget eredményez a tekercsbe helyezett vasmag a mágneses mezı erısségében. Az elektromágneses eszközök, mőszerek mőködésének megismerése. Észrevetetni milyen jelentıs különbséget eredményez a tekercsbe helyezett vasmag a mágneses mezı erısségében. Az elektromágneses eszközök, mőszerek mőködésének megismerése. Az indukció jelenségének és fajtáinak bemutatása. Ismerjék meg a tanulók a gyakorlatban is alkalmazott technikai megoldások alapjait, az idıben állandó mágneses mezıvel kapcsolatos jelenségeket!
38
Fizika tanterv
Követelmény:
A magnetosztatikai jelenségek áramok kölcsönhatásakénti értelmezése. A mágneses teret jellemzı fizikai mennyiségek. Az állandó mágnesek. Az árammal átjárt tekercs által keltett mágneses tér jellegzetességei. A dia-, para- és ferromágnesség, a permeabilitás (abszolút, relatív) fogalma. Egyszerőbb mérési feladatok a mágneses tér tulajdonságaira vonatkozóan (árammérı hitelesítése, forgatónyomaték mérése, stb.) Feladatok az áramerısség, a tekercsadatok, a fajlagos gerjesztés, a mágneses indukció, a mágneses fluxus számítására.
Tartalom:
Egyenes vezetı és tekercs által keltett mágneses tér. A mágneses indukció és a fajlagos gerjesztés (mágneses térerısség). A mágneses fluxus. Dia-, para- és ferromágnesesség. Az abszolút és a relatív permeabilitás.
A továbbhaladás feltételei: Ismerje az analógiát és a különbséget a magneto –és az elektrosztatikai alapjelenségek között. Ismerje a Föld mágneses mezejét és az iránytő használatát. Ismerje a mágneses mezı jellemzésére használt fogalmakat és definíciójukat, tudja kvalitatív módon jellemezni a különbözı mágneses mezıket. Ismerje az elektromágnes néhány gyakorlati alkalmazását, a vasmag szerepét (hangszóró, csengı, mőszerek, relék, stb.) Ismerje a mágneses mezı erıhatását áramjárta vezetıre nagyság és irány szerint speciális esetben. Ismerje a Lorentz-erı fogalmát, hatását a mozgó töltésre, ismerje ennek néhány következményét.
39
Fizika tanterv
Az elektromágneses indukció
Óraszám: 11 óra Cél: Az indukciós jelenségek bemutatásával, közös elemzésével annak a képességnek a fejlesztése, hogy el tudja különíteni a vizsgálódás szempontjából lényeges és lényegtelen tényezıket. Annak szemléltetése, hogy a mezık egymással is kölcsönhatásba léphetnek. Az absztrakciós képesség fejlesztése. Az összehasonlítás képességének és a szintetizáló gondolkodásra való képességnek a fejlesztése. Az elmélet és a gyakorlat közötti kapcsolat fontosságának bemutatása. Az indukció jelenségének és fajtáinak bemutatása. Az indukált feszültség nagyságát befolyásoló tényezık megismertetése. Ismerjék meg a tanulók a gyakorlatban is alkalmazott technikai megoldások alapjait, az elektromágneses indukcióval kapcsolatos jelenségeket! Követelmény: Az árammal átjárt vezetı és a mágneses tér kölcsönhatását jellemzı erı, a homogén mágneses térben mozgatott vezetıben fellépı feszültségkülönbség, a fluxusváltozással kapcsolatosan fellépı indukciós jelenségek. Az indukált feszültség és áram irányára vonatkozó Lenz-törvény, számításos feladatok megoldása az indukált feszültségre és áramra vonatkozóan. A mágneses mezı energiája. Tartalom: Elektromágneses indukció homogén mágneses térben. Elektromágneses indukció idıben változó fluxusú térben: Kölcsönös indukció, önindukció, az indukált feszültség és áram iránya, Lenz törvénye.
40
Fizika tanterv
A továbbhaladás feltételei: Ismerje az indukció alapjelenségét, és tudja, hogy a mágneses mezı mindennemő megváltozása elektromos mezıt hoz létre. Ismerje Lenz törvényét és tudjon egyszerő kísérleteket és jelenségeket a törvény alapján értelmezni. Ismerje az önindukció szerepét az áram ki –és bekapcsolásánál.
A váltakozó áram
Óraszám: 16 óra Cél: A változó áram és feszültség elıállításának és tulajdonságainak megismertetése. A transzformátor mőködésének, szerkezetének alkalmazhatóságának megismertetése. A váltóáram könnyő átalakíthatóságából fakadó elınyök megértetése. Annak megmutatása, hogy a hátrányok nem igazán jelentısek. Az egyenirányítás leggyakoribb módjának megismertetése, Az összehasonlítás képességének és a szintetizáló gondolkodásra való képességnek a fejlesztése az egyenáram és a váltóáram összehasonlításával, a gondolkodási képességek fejlesztése a transzformátor tekercseinek menetszáma és a feszültségek közti kapcsolat felismertetésével. Az elmélet és a gyakorlat közötti kapcsolat fontosságának bemutatása. Az elektromágneses és gyakorlati alkalmazása. A transzformátor mőködése és gyakorlati alkalmazása terén szerzett ismeretek elsajátítása. A tanulók elektromosságtani ismereteinek további megalapozása, a mindennapjainkban használatos váltakozó áram fizikai alapjainak, az indukciós alapjelenségeknek a megismerése.
Követelmény: Az idıben szinuszosan változó feszültség egyszerő elıállítási módja. A feszültség és áram pillanatnyi és effektív jellemzıi. A tisztán ohmos ellenállás esetére érvényes pillanatnyi és effektív teljesítmény, a feszültség és áram csúcsértékei. Az ideális kondenzátor és az ideális tekercs mint frekvenciafüggı ellenállás, a fázisviszonyok alakulása. 41
Fizika tanterv
Számításos feladatok megoldása az induktív és kapacitív ellenállásra, a váltakozó áramú hálózatra általánosított Ohm-törvény. Sorosan kapcsolt R-C, R-L, R-L-C körök eredı impedanciája és a fázisszögek, a feszültség -, illetve áramrezonancia jelensége, feltétele. Az áramütés hatásai az emberi szervezetre, az áramütés elkerülésének legfontosabb módszerei, elektromos baleset észlelése során szükséges tennivalók.
Tartalom: A feszültség és az áramerısség pillanatnyi értékei, periódus, frekvencia, fázis. A váltakozó áram teljesítménye, munkája. A feszültség és az áramerısség effektív értékei. Induktív és kapacitív ellenállás. Impedancia. Hasznos és meddı teljesítmény. Érintésvédelem, általános baleset –és egészségvédelmi tudnivalók.
A továbbhaladás feltételei: Ismerje a váltakozó áram elıállításának módját, a váltakozó áram tulajdonságait, hatásait, és hasonlítsa össze az egyenáraméval. Ismerje az effektív feszültség és áramerısség jelentését. Ismerje a hálózati áram alkalmazásával kapcsolatos gyakorlati tudnivalókat. Ismerje, hogy a tekercs és a kondenzátor eltérı módon viselkedik egyenárammal és váltakozó árammal szemben. Fáziseltérés nélküli esetben ismerje az átlagos teljesítmény és a munka kiszámítását. Ismerje a transzformátor felépítését, mőködési elvét és szerepét az energia szállításban. Tudjon egyszerő feladatokat megoldani a transzformátorral kapcsolatban.
42
Fizika tanterv
Elektromágneses rezgések és hullámok Óraszám: 12 óra Cél: Az absztrakció egy magasabb szintjének bemutatása (Maxwell hipotézise). A hipotézis fogalmának és a kutatásokban betöltött szerepének megismertetése. Az elektromágneses hullám fogalmának tisztázása, tulajdonságainak bemutatása. Annak megmutatása, hogy a fény is elektromágneses hullám. A rendszerezıképesség fejlesztése a teljes elektromágneses színkép és az egyes tartományok gyakorlati alkalmazásainak bemutatásával. A környezetvédelmi problémák enyhítése, a környezetért felelıs magatartás kialakítása fontosságának hangsúlyozása. Követelmény: A párhuzamos rezgıkörben lezajló feszültség -, áram –és energiaváltozási folyamatok, az oszcillátor mőködési elve. Rezgıkörök induktív csatolása, elektromágneses hullámok keltése, elektromágneses hullámok terjedési tulajdonságai. Tartalom:
Csillapodó és állandó amplitudójú elektromágneses rezgések. Rezgıkörök csatolása, rezonancia. Nyitott rezgıkör, antenna. Az elektromágneses hullámok terjedési sebessége, frekvenciája. Az elektromágneses hullámok terjedésjelenségei (visszaverıdés, törés, elhajlás, interferencia, polarizáció).
A továbbhaladás feltételei: Ismerje a mechanikai és az elektromágneses hullámok azonos és eltérı viselkedését. Ismerje az elektromágneses spektrumot, tudja az elektromágneses hullámok terjedési tulajdonságait kvalitatív módon leírni. Ismerje a különbözı elektromágneses hullámok alkalmazását és biológiai hatásait. Tudja, mibıl áll egy rezgıkör, és milyen energiaátalakulás megy végbe benne. 43
Fizika tanterv
12. évfolyam Óraszám: Heti: 3 óra Évi: 96 óra Tartalom:
Elektromágnesesség és anyagszerkezet A kvantumfizika elemei Az atomfizika elemei A magfizika elemei Csillagászat Rendszerezés, ismétlés
Elektromágnesség és anyagszerkezet
Óraszám: 14 óra Cél: Betekintés parányi fizikai részecskék világának, az atomi és molekula állapotoknak a mélyebb összefüggéseibe. Ismerkedjenek meg a tanulók a felhasználási lehetıségekkel és veszélyekkel is. Lássák be a tanulók, hogy a fogalmainkat sajátmagunk alakítjuk ki és tanuljuk azokat, tehát nem lehetnek tökéletesek: a valóságot csak bizonyos - általunk kiválasztott szempontok alapján - tükrözik, hogy a parányok világában az általunk megszokottól eltérı tér és anyagfogalmat célszerő használni! Továbbá, hogy ez is lehet szemléletes, ezt szolgálja az állapotfüggvény. Az anyagszerkezeti ismeretek bıvítése, a kvantumfizikai ismeretek taníthatóságának megalapozása. Tudják a tanulók a fémek vezetését, a folyadékok vezetését és a gázokban az önálló és nem önálló vezetést. Legyenek tisztában a katódsugarak és a csısugarak tulajdonságaival. Ismerjék az energia és a tömeg közötti kapcsolatot.
44
Fizika tanterv
Követelmény: Vezetés fémekben A fémes vezetés korpuszkuláris elméletét alátámasztó kísérleti tapasztalatok, a vezetési elektronokhoz rendelhetı potenciális energia a különféle anyagi minıségő fémekben. Érintkezési elektromosság Seebeck-effektus, Thomson-effektus, a Peltier-hı, a termofeszültség. Az Edison-hatás jelensége és magyarázata. Millikan-kísérlete. Vezetés folyadékokban
Az elektrolitok ionokra disszociált állapota. Az elektrolitos disszociáció részfolyamatai. Az elektrolitokban lezajló vezetés mechanizmusa. Az elektrolízissel kapcsolatos elnevezések. Az elektrolízis néhány jellegzetes szekunder folyamata. Faraday-törvényei. Az Avogadro-féle szám meghatározása az elektrolízis törvényei, valamint a Millikan-kísérlet eredményének összevetésével. Az elektrolízis fontosabb gyakorlati alkalmazásai. A Leclanché –és Daniell illetve Volta féle elemben lejátszódó elektródfolyamatok. Az akkumulátor mint elvben reverzibilis mőködéső galvánelem.
Önálló vezetés gázokban Az alapvetı jelenségek (koronakisülés, csúcskisülés, nyalábkisülés, szikra –és ívkisülés levegıben, ködfénykisülés ritkított gázokban), a ritkított gázoszlop ellenállása a sőrőség függvényében, természeti elıfordulások (villámlás) és gyakorlati alkalmazások (ívhegesztés, reklámcsövek). A ködfénykisülésnél kibocsátott fény vonalas spektruma és a spektrumban megjelenı frekvenciák kapcsolata a gáz anyagi minıségével. Vezetés vákuumban A katódsugárzás jelensége. A hideg-, foto- és a termikus elektronemisszió magyarázata. A katódsugár eltérülése elektromos és mágneses térben.
45
Fizika tanterv
Az elektron fajlagos töltése az elektromos, illetve mágneses térben mért eltérülések alapján. Az elektron fajlagos töltésének sebességfüggése, az elektron és más anyagi objektumok tömegének sebességfüggése. A munkatétel alkalmazása a tömeg sebességfüggıségének figyelembevételével, következtetés az E = mc2 alakú einsteini alapegyenletre. Tartalom:
Vezetési elektronok. Elektrongáz-modell és hiányosságai. Stuart és Tolman kísérlete, elektron fajlagos töltése. Millikan kísérlete. Érintkezési elektromosság (szigetelı-szigetelı, folyadék-gáz, szigetelıfém, fém-fém). Termoelektromos jelenségek (Seebeck-effektus, Peltier-effektus, Thomsoneffektus). Kilépési munka, potenciálkád-modell. Elektromos áram folyadékokban (elektrolitok, elektródák, elektrolízis, elsıdleges –és másodlagos folyamatok). Faraday-törvényei. Galvánelemek (Daniell-elem, Volta-féle elem, Leclanché-elem). Akkumulátorok (Ólom, nikkel-vas, ezüst-cink). Töltéshordozók a gázokban (önálló vezetés, nem önálló vezetés, töltéshordozók keltésének módjai, ionok rekombinációja, feszültség é áramerısség kapcsolata. Önálló vezetés közönséges nyomású gázokban (koronakisülés, csúcskisülés, nyalábkisülés, szikrakisülés,ívkisülés). Ködfénykisülés, katódsugarak, csısugarak. Termikus elektronemisszió, fotoemisszió, hidegemisszió. A tömeg és energia kapcsolata.
A továbbhaladás feltételei: Tudja meghatározni az atom, molekula, ion és elem fogalmát. Tudjon példákat mondani az ezek létezését bizonyító fizikai-kémiai jelenségekre. Ismerje az Avogadro-számot, a relatív atomtömeg és az atomi tömegegység fogalmát, ezek kapcsolatát. Ismerje az elektron tömegének és töltésének meghatározására vonatkozó kísérletek alapelvét.
46
Fizika tanterv
Tudja értelmezni az elektromosság atomos természetét az elektrolízis törvényei alapján. Ismerje a tömeg-energia ekvivalenciáját kifejezı einsteini egyenletet. Ismerje a katódsugarakat és csısugarakat, és ezek tulajdonságait.
A kvantumfizika elemei
Óraszám: 6 óra Cél: A modern fizika kialakulásának bemutatása: a kvantumfizika születésének és a relativitáselmélet létrejöttének rövid áttekintése. Az Einstein-féle fotonelmélet keletkezésének tárgyalása, a fény kettıs természetébıl eredı szemléleti probléma bemutatása (részecske-hullám dilemma taglalása). Az elektron kísérletileg is igazolt hullámtulajdonságainak tárgyalásával rámutatni a mikrorészek kettıs természetére mint általános sajátosságra. Megmutatni, hogy a klasszikus fizika (a makrovilág) számára újszerő, idegen – a mikrovilágban mindenütt jelen lévı, kísérletileg is igazolt – kettıs természet a mikrorészecskék mozgásának leírására új fizikai leírásmódot követel, amely a kvantummechanika (hullámmechanika) alapfeltevéseiben ölt formát. Betekintés parányi részecskék világának, az atomi és molekula állapotoknak a mélyebb összefüggéseibe. Követelmény: A fotoeffektus jelensége, az einsteini fotonhipotézis. Az E=hf összefüggés, a fotoeffektus jelentısége a fizikai világkép fejlıdése szempontjából. A Planck-állandó meghatározása, a hımérsékleti sugárzás alaptörvényei, kapcsolat a fotonelmélettel. A fény részecske –és hullámmodelljének összehasonlító elemzése. A korpuszkula, illetve a hullámmodell általánosítása az elektron, a proton és a többi anyagi objektum fizikai viselkedésének leírása. A de Broglie-féle hipotézis. A Heisenberg-féle határozatlansági reláció. A tömegspektrométer mőködési alapjai, a tömegspektrometria elvi és gyakorlati jelentısége (izotópok felfedezése, anyagvizsgálat). 47
Fizika tanterv
Tartalom:
A fényelektromos jelenség. A foton. A hımérsékleti sugárzás fogalma (Kiegészítı anyag). Az elektron mozgása Heisenberg-féle határozatlansági elv.
A továbbhaladás feltételei: Ismerje Planck alapvetıen új gondolatát az energia kvantáltságáról. Ismerje a Planck-formulát. Tudja megfogalmazni az einsteini felismerést a fénysugárzás energiájának kvantumosságáról. Ismerje a foton jellemzıit. Tudja értelmezni a fotoeffektus jelenségét. Tudja megfogalmazni a fény kettıs természetének jelentését. Ismerje az elektron hullámtermészetét.
Atomfizika elemei Óraszám: 9 óra Cél: Az anyag felépítésének megismertetése. Rendszerezni az eddig tanultakat és fizikai szempontból kibıvíteni. Annak megmutatása, hogy az anyagdarabkák egyetemes tulajdonsága az interferenciára való képesség és a részecsketermészet. A radioaktivitás jelenségének és jellemzıinek, valamint a magátalakítás lényegének és lehetıségeinek bemutatása. A különbözı energianyerési lehetıségek és a természetre gyakorolt hatásuk áttekintése. Az ítéletalkotó képesség fejlesztése. Századunk fizikája eredményeinek bemutatása, különös tekintettel a magyar vonatkozásokra. Megmutatni az anyag viselkedésének kettısségét, az ezt igazoló kísérleteket. Rámutatni, hogy a kicsi részek világában más a makrovilágban elfedett törvényszerőségek a meghatározók. Megmutatni, hogy az atomokat az elektromos vonzás tartja össze.
48
Fizika tanterv
Megmutatni, hogy a hullámtermészet az oka az atomok vonalas színképének. Bemutatni, hogy az elektronszerkezet és így a periódusos rendszer törvényszerően alakul ki. Megismertetni a radioaktivitás fajtáit, veszélyeit, ugyanakkor természetes voltát. Az atomszerkezet, a radioaktivitás, az izotóptechnika és a kapcsolódó környezet- és egészségvédelmi tudnivalók megtanítása. Követelmény: A természetes radioaktivitás A radioaktivitás alapjelenségei, a radioaktív sugárzás összetevıi (α-,β-, γ sugarak). Bomlástörvény, felezési idı. Természetes bomlási sorok, Fajans-Soddy-féle eltolódási szabály. A diffúziós ködkamra, a Wilson-féle ködkamra, a GM-csı, a szcintillációs detektor és félvezetı-detektor mőködési elve. A radioaktív sugárzással kapcsolatos egészségvédelmi tudnivalók. Az elektronburok Az atomról alkotott modellkép fejlıdéstörténetének legfontosabb mozzanatai. Szóráskísérletek, a hidrogén spektruma, a Zeemann-effektus, az Einsteinde Haas-kísérlet. A hidrogén színképvonalainak hullámszámára vonatkozó Rydberg-féle formula. A protonhoz kötött állapotú elektron gerjesztésekor bekövetkezı energiaváltozások kiszámítása. Az elektron energiája kötött állapotú rendszerben. Az elektron alapállapotához tartozó energia és az ennek megfelelı megtalálási valószínőséget kifejezı alapsugár. A gerjesztett állapotokhoz tartozó energiaszintek. A gerjesztett elektronok Ek – E0 = hf egyenletnek megfelelı frekvenciái. A magasabb rendszámú atomokban fellépı elektron-elektron kölcsönhatások. A mágneses, illetve elektromos térben észlelhetı spektrumvonalfelhasadási jelenségek, az elektron kvantált mágneses dipólnyomatékai. A fı-, a mellék-, a mágneses és a spinkvantumszámok mint a pályaenergiák és a mágneses állapotok jellemzıi.
49
Fizika tanterv
A Pauli-féle elv és alkalmazása az elektronburok szerkezetének magyarázatára. Tartalom:
A radioaktív sugárzás összetevıi. Bomlástörvény, felezési idı. Természetes bomlási sorok, Fajans-Soddy-féle eltolódási szabály. Radioaktív sugárzás mérése (Wilson-féle ködkamra, diffúziós ködkamra, szcintillációs számláló, GM-számláló, félvezetı detektor). Atommodellek ( Thomson, Rutherford, Bohr). Az elektron alapállapotához tartozó energia, gerjesztett állapotok energiája. Zeeman-effektus, Stern és Gerlach kísérlet, Einstein-de Haas effektus. Kvantumszámok, Pauli elv, Hund-szabály.
A továbbhaladás feltételei: Tudja meghatározni a radioaktív bomlás fogalmát. Tudja jellemezni az α-, β-, γ-sugárzást. Tudja értelmezni a bomlás során átalakuló atommagok rendszám –és tömegszámváltozását. Ismerje a felezési idı fogalmát, a bomlási törvényt. Ismerje az aktivitás, a bomlási sor fogalmát, ábra alapján tudjon megadott bomlási sort ismertetni. Ismerje a radioaktív sugárzás környezeti és biológiai hatásait. Ismerje a sugárterhelés fogalmát. Tudja megmagyarázni a Bohr-modell újszerőségét Rutherford modelljéhez képest. Ismerje az alap –és a gerjesztett állapot, valamint az ionizációs energia fogalmát. Ismerje a fı –és mellékkvantumszám fogalmát, tudja, hogy az elektron állapotának teljes jellemzéséhez további adatok szükségesek. Tudja meghatározni az elektronhéj fogalmát. Tudja megfogalmazni a Pauli-féle kizárási elvet.
50
Fizika tanterv
Magfizika elemei
Óraszám: 8 óra Cél: A magátalakítás lényegének és lehetıségeinek bemutatása. A különbözı energianyerési lehetıségek és a természetre gyakorolt hatásuk áttekintése. Az ítéletalkotó képesség fejlesztése. Századunk fizikája eredményeinek bemutatása, különös tekintettel a magyar vonatkozásokra. Megismertetni az atommag felépítését. Megmutatni, hogy a tömeghiány a tömeg és az energia, mint az anyag két megnyilvánulásának kapcsolatát mutatja. Felismertetni, hogy a maghasadás és a magfúzió során milyen nagy mennyiségő energia szabadul fel. Bemutatni az atomerımő felépítését, biztonságosságát és az esetleges problémákat. Az alapvetı nukleáris kölcsönhatás és annak legfontosabb tulajdonságainak megismerése. Megismerni a magenergia felszabadításának elvi lehetıségeit, és sorba venni azoknak a természetben elıforduló megvalósulásait, mesterséges elıállításait. A sugárzás biológiai hatásának bemutatása, a sugárdózisok megismerése, mellyel elısegíthetjük az alapvetı sugárvédelmi ismeretek megértését, a sugárzással szembeni alaptalan félelmek eloszlatását, a nukleáris események, döntések objektív megítélését. A nukleáris energiatermelés sajátosságainak bemutatása. A nukleáris biztonság feltételeinek taglalása. Alternatív energiahordozók és az atomenergia összehasonlítása, elınyök és hátrányok ütköztetése. A nukleáris technika széles körő alkalmazásának bemutatásával igazolni, hogy megfelelıen magas szintő tudással, technikával ma már biztonsággal és haszonnal alkalmazható az atommagtechnika. Követelmény: Az atommagot felépítı nukleonok legfontosabb jellemzıi. Az atommagok közötti minıségi különbségek vizsgálata. A nukleáris kölcsönhatások (erıs, gyenge) szerepe az atommag felépülésében. A szabad, illetve a kötött állapotú nukleonok tömege, a mag kötési energiája a ∆E=mc2 összefüggésnek megfelelıen. 51
Fizika tanterv
A fajlagos kötési energia fogalma, a fajlagos kötési energia alakulása a tömegszám függvényében. Az urán és a plutónium hasadási folyamatának leglényegesebb elemei, a nyomottvizes, a forralóvizes és a tenyésztı reaktorok mőködési elvének alapjai. Az emberiség energiaellátási problémái, a szabályozott hidrogén-hélium folyamat megvalósításáért folyó kutatómunka jelentısége, a tömegpusztító fegyverek veszélyei. A béke védelme és a természeti környezet megóvása mint alapvetı fontosságú közügy. Tartalom: A Rutherford kísérlet, az atommag felfedezése. A proton és neutron felfedezése (Chadwick). Az atommagot alkotó részecskék; összefüggés az atommag neutronszáma, rendszáma és tömegszáma között. Az atommag stabilitásának kérdése. Az erıs kölcsönhatás bevezetése, jellemzése. Az atommag kötési energiája, a kötési energia nagyságának vizsgálata. Deuteron felépítése, keletkezésének vizsgálata, a tömegdefektus értelmezése. A fajlagos kötési energia. A pozitron, a neutrínó és antineutrínó felfedezése. Mesterséges radioaktivitás. A mélyebb energiaszintre jutás másik lehetısége (ha A>211): a maghasadás. Az urán 235 és urán 238 hasadásának vizsgálata. A magfizika láncreakció elve, és kialakulásának feltétele, a sokszorozási tényezı. A kritikus tömeg. Az atomreaktor felépítése. A neutronlassításra használt moderátorok típusai, a lassítás mőködési mechanizmusa. A szabályozott önfenntartó láncreakció. A szubkritikus, kritikus és szuperkritikus reaktorok, a fogalmak értelmezése a sokszorosítási tényezı alapján. Az atomerımővek felépítése, az energiatermelés folyamata. Az urán útja az uránbányáktól a reaktorig. A dúsítás szükségessége és módszerei. A nyomottvizes reaktorok (Paks) és a forralóvizes reaktorok (Csernobil) felépítése, hatásfokuk és biztonságosságuk összehasonlítása. A magfúzió. A csillagok belsejében lejátszódó fıbb magfúziós folyamatok ismertetése. 52
Fizika tanterv
A továbbhaladás feltételei: Tudja felsorolni az atommagot alkotó részecskéket. Ismerje a proton és a neutron tömegének az elektron tömegéhez viszonyított nagyságrendjét. Tudja a proton és a neutron legfontosabb jellemzıit. Tudja megfogalmazni a neutron felfedezésének jelentıségét az atommag felépítésének megismerésében. Ismerje a nukleon, a rendszám és a tömegszám fogalmának meghatározását, tudja a közöttük fennálló összefüggéseket. Tudja meghatározni az izotóp fogalmát, tudjon példát mondani a természetben található stabil és instabil izotópokra. Ismerje az erıs kölcsönhatás fogalmát, jellemzıit. Tudja megmagyarázni a magerı fogalmát, természetét. Tudja értelmezni a tömegdefektus keletkezését. Tudja értelmezni az atommag kötési energiáját a tömegdefektus alapján, ismerje nagyságrendjét. Ismerje a mesterséges radioaktivitás fogalmát. Ismerje a maghasadás folyamatát, jellemzıit. Tudjon párhuzamot vonni a radioaktív bomlás és a maghasadás között. Ismerje a hasadási termék fogalmát. Tudja ismertetni a láncreakció folyamatát, megvalósításának feltételeit. Ismerje a maghasadás során felszabaduló energia nagyságát és keletkezésének módját. Tudja elmagyarázni a szabályozott láncreakció folyamatát, megvalósítását az atomreaktorban. Ismerje az atomerımő és a hagyományos erımő közötti különbség lényegét. Tudja megfogalmazni az atomenergia jelentıségét az energiatermelésben. Ismerje az atomerımővek elınyeit, tudjon reális értékelést adni a veszélyességükrıl. Ismerje a szabályozatlan láncreakció folyamatát, az atombomba mőködési elvét. Ismerje a hidrogénbomba mőködésének elvét. Ismerje a Napban lejátszódó energiatermelı folyamatot.
53
Fizika tanterv
Csillagászat Óraszám: 5 óra Cél: Az egységes szemléletre alapozott fizikai világkép kialakítása. Tágabb és legtágabb környezetünk vázlatos megismerése. Kozmológiai alapismeretek bemutatása. A Naprendszerünk keletkezésének és felépítésének megismerésével, a csillagrendszerek tárgyalásával megmutatni helyünket a világegyetemben. A csillagok keletkezésének és fejlıdésének tárgyalásával rámutatni a belátható anyagi világ egységére: mely szerint ugyanolyan fizikai törvények irányítják a kozmikus jelenségeket is, mint amilyeneket a fizika tudományának fejlıdése során a földi körülmények között is megismertünk. A kozmikus világmodellek bemutatásával itt is megmutatni a modellalkotás folyamatát és jelentıségét. A kozmikus fizika és a mikrofizika összehasonlításával anyagszervezıdés szintjeinek áttekintése. Követelmény: A Naprendszer legfontosabb objektumai, legjellegzetesebb adataik. Az emberiség kozmikus világképének fejlıdéstörténete. A három Kepler-féle empirikus törvény és értelmezésük, a mechanika általános törvényei alapján. A mesterséges holdak, őrszondák, kozmikus sebességek. A Nap legfontosabb fizikai jellemzıi. A Napban lejátszódó fúziós folyamat lényege. A Tejútrendszer tipikus objektumai. A Naprendszer helye a Tejútrendszerben. Csillagok fejlıdése. Tartalom: Bolyók mozgása: Kepler törvényei. A Naprendszer fontosabb objektumai: Nagybolygók és kísérıik, a kisbolygók, az üstökösök, mesterséges holdak, őrszondák. A Nap: A Nap fizikai jellemzıi és energiatermelése. A Tejútrendszer: A Tejútrendszer szerkezete, a Naprendszer helye a Tejútrendszerben. Extragalaxisok. 54
Fizika tanterv
Az Univerzum: Tágulás és mikrohullámú háttérsugárzás. Az Univerzum történetiségére utaló jelenségek. A továbbhaladás feltételei: Értelmezze a Kepler törvényeket a bolygómozgásokra és a Föld körül keringı mőholdak mozgására. Legyen fogalma a Naprendszer méretérıl, ismerje a bolygókat, a fı típusok jellegzetességeit, mozgásukat. Ismerje a Nap szerkezetének fıbb részeit, anyagi összetételét, legfontosabb adatait. Tudja a csillag fogalmát. Jellemezze a csillagok Naphoz viszonyított méretét, tömegét. Ismerje a Tejútrendszer szerkezetét, méreteit, tudja, hogy a Tejútrendszer is egy galaxis. Ismerje a Tejútrendszeren belül a Naprendszer elhelyezkedését. Ismerje az İsrobbanás-elmélet lényegét.
Rendszerezés, ismétlés
Óraszám: 54 óra Általános célok: Rendszerbe foglalni, szintetizálni az eddig tanult ismereteket, lehetıleg az elızı feldolgozásnál általánosabb szinten. Ennek középpontjában a kölcsönhatások, változások, anyagok, folyamatok kvalitatív és kvantitatív jellemzésének a rendszerbe foglalt áttekintése állhat. Eközben erısíteni kell a már kialakított készségeket képességeket, pozitív személyiségjegyeket. Jelentıs szerepe van a felkészülésben az általános érvényő fizikai elvek kiemelésének, a „megmaradó” mennyiségek, törvények középpontba állításának, a megállapításoknál az érvényességi határok értelmezésének. Elhelyezni a fizika fejlıdési szakaszait a történelemben, tudatosítani azok kölcsönhatását a társadalom és a gazdaság fejlıdésével. Bemutatni a fizika eredményei iránt megnyilvánuló, egyre növekvı jelenlegi igényeket a tudásalapú társadalom fejlıdésével kapcsolatban.
A dılt betőkkel szedett kifejezések az emelt szintő érettségire készülıknek kell tudniuk.
55
Fizika tanterv
Megerısíteni a fizikai világképet és az erre épülı szemléletmódot, ami elısegíti a megszerzett tudás biztonságos alkalmazását és védelmet ad a társadalomban egyre gyakrabban felbukkanó tudománytalan tévtanok ellen. Kiemelni és rendszerezni a más természettudományokkal meglevı kapcsolatokat, ezzel is erısíteni az anyagi világ egységére vonatkozó tudásrendszert. Felhívni a figyelmet a fizikával kapcsolatos nemzeti értékeinkre, a magyar kutatók által elért legjelentısebb eredményekre. Megnövelni az érdeklıdést és a tiszteletet más népek kultúrája, tudományos eredményei és értékei iránt. Erısíteni a tanulók lényegkiemelı, rendszerezı, kapcsolatfelismerı, önálló döntéshozó absztrakciós, szóbeli és írásbeli kommunikációs képességét. Gyakoroltatni a tanulók önálló információszerzését és egyéni tanulási módszereit, tudatosítani ezek jelentıségét. Igényt támasztva erısíteni a diákok önértékelését, érzékeltetni a következetes, célirányos munka és az elért eredmények szoros kapcsolatát.
Mechanika Óraszám: 27 óra Cél: Az ismeretek egy-egy jelenségcsoporthoz kapcsolódó, általánosabban felépített (pl. nemcsak kinematikai vagy csak dinamikai szempontú) szintézise. A rendszerbe foglalt ismeretek összekapcsolása a mindennapokban tapasztalt jelenségekkel, a technikai eszközök mőködésével, hogy a tudás az általános mőveltség és az élethivatás szakmai alapjainak használható része legyen. Egy téma sokoldalú megközelítése (pl. kísérleti, elméleti, alkalmazási, illetve vázlatos, összefüggı egészként, részkérdések sorozatával, egy-egy lényeges elem kiemelésével stb.). A téma fizikatörténeti vonatkozások közé helyezése, példamutatás az alkotó fizikusok életével és eredményeivel. Vizsgára késszé tenni a témákat és vizsgarutint biztosítani a tanulóknak. Az ismeretanyag belsı összefüggéseinek feltárása, a különbözı témák közötti kapcsolatok kiemelésével (pl. energetikai szempontok kiemelésével). Több témakör ismeretanyagának logikai összekapcsolását igénylı összetettebb feladatok megoldásának jártassági szintre emelése. 56
Fizika tanterv
A környezet- és természetvédelemmel összefüggı kérdések értelmi megközelítése, megértetése és ezzel az érzelmi elfogadás megalapozása. Követelmény: Az érettségire készülık:
tudják és biztonsággal használják a mechanikában megismert fogalmakat, mennyiségeket, mértékegységeket, szabályokat, törvényeket; emlékezzenek a megállapításokat megalapozó kísérletekre és azok elemzésére; tudjanak ténykérdésre válaszolni, feladatokat megoldani, gyakorlati alkalmazásokat fizikai szempontok szerint elemezni; ismerjék fel a haladó és a körmozgás közötti különbséget és hasonlóságot, azt, hogy a körmozgás a forgómozgás speciális eset; tudják, hogy a tömeg a test tehetetlenségének mértéke, legyenek képesek tömeget sztatikai és dinamikai módszerekkel is mérni, értsék, hogy a tömeg és az energia nem alakul át egymásba, hanem két különbözı szempontú jellemzıje a testnek és arányos egymással; értsék, hogy az erıhatások nem fenntartják, hanem megváltoztatják a testek mozgásállapotát, így a test mozgásállapotát csak az „ıt” érı erıhatások befolyásolják; tudjanak különbséget tenni a mozgásállapot különbözı szempontú jellemzıi (a lendület és a mozgási energia) között; ismerjék a különféle erıket és azok egy részének erıtörvényekkel történı leírását, tudják alkalmazni a dinamika alapegyenletét; tudják értelmezni a gravitációs jelenségeket, jellemezni a gravitációs mezıt, értsék a bolygók mozgását, ismerjék fel, hogy a fizika az egész világmindenséget írja le; vegyék észre az erıhatás mozgás- és forgásállapot változtató képességét, tudják mennyiségekkel jellemezni azokat, és emlékezzenek érvényesülésük feltételeire, értsék, tudatosan alkalmazzák az anyagi pont és a merev test egyensúlyi feltételeit; ismerjék az energia fogalom fontosságát, mennyiségi jellegét, mint állapotjelzınek az általános érvényő alkalmazhatóságát, azt hogy megmaradási tétel írható fel rá; értsék, hogy az energiaváltozások két nagy csoportba sorolhatók, konkrét esetben tudják kiszámítani az energiaváltozásokat és a zárt rendszerekben lejátszódó folyamatoknál felismerni az energia-megmaradást; tudjanak a fizika több területét átívelı kérdések esetében problémát felismerni, elvileg és számolással is megoldani;
57
Fizika tanterv
értsék a rezgés fogalmát, kísérleti vizsgálatának eredményeit, jellemzı mennyiségeinek szerepét, tudják csoportosítani a rezgéseket, lássák alkalmazásuk lehetıségét a gyakorlati életben; értsék a hullám fogalmát, tudják csoportosítani és vegyék észre, hogy a hullámban állapotváltozás terjed, ami energiaváltozással jár; ismerjék a hullám kísérleti vizsgálatának lehetıségeit, jellemzı mennyiségeinek szerepét, a hullámok viselkedését új közeg határán, ezek törvényeit, találkozásuk következményeit, az állóhullámok létrejöttének feltételeit és a Doppler-jelenséget; tudják, hogy a hang longitudinális hullám, ismerjék jellemzıit és azok fizikai értelmezését. Tudjanak magyarázatot adni a legismertebb hangszerek mőködésére. Tartalom: 1. A haladó mozgások vizsgálata, jellemzıi és dinamikai feltételei Anyagi pont, merev test, vonatkoztatási rendszer, pálya út, elmozdulás, helyvektor, elmozdulásvektor. Egyenes vonalú egyenletes mozgás kísérleti vizsgálata és dinamikai feltétele, sebesség, grafikonok készítése és elemzése. Az egyenletesen változó mozgás kísérleti vizsgálata és dinamikai feltétele, átlagsebesség, pillanatnyi sebesség, sebességvektor, gyorsulás, gyorsulásvektor, grafikonok elemzése, négyzetes úttörvény. Szabadesés, nehézségi gyorsulás, összetett mozgások: függıleges és vízszintes hajítás. 2. A körmozgás vizsgálata, jellemzıi és dinamikai feltétele Periodikus mozgások, periódusidı, fordulatszám. A forgómozgás és a körmozgás viszonya, az egyenletes körmozgás kísérleti vizsgálata és dinamikai feltétele, kerületi sebesség, centripetális gyorsulás, centripetális erı, grafikonok készítése és elemzése. Szögsebesség, szöggyorsulás, a változó körmozgás kvalitatív értelmezése. 3. A testek tehetetlensége és a tömeg. Tömegmérés. Inerciarendszer (A tehetetlenség fogalma, Newton I. törvénye és az inerciarendszer, a tömeg dinamikailag bevezetett fogalma, mérése és mértékegységei. A sőrőség fogalma. A tömegnövekedés és a tömeg-energia ekvivalencia értelmezése.) 4. A lendület és a lendületmegmaradás. Az erı fogalma és mérése A mozgás és a mozgásállapot megkülönböztetése, a lendület mint a mozgásállapot jellemzıje, a lendületmegmaradás, zárt rendszer. Az erıhatás és az erı fogalma, az erıvektor, a hatásvonal, a támadáspont, az erı mérése, Newton II. és III. törvénye. Az erılökés. Több erıhatás együttes eredménye, az eredı erı.
58
Fizika tanterv
5. Különféle erıhatások és erıtörvényeik. A dinamika alapegyenlete A rugalmas erı és erıtörvénye, a rugalmassági energia, grafikonok készítése és elemzése. Súrlódás, közegellenállás és hiányos erıtörvényeik. A súrlódási munka és a „szétszóródó” energiaváltozás. A más témából ismert erıtörvények felsorolása. Szabaderık és kényszererık. A dinamika alapegyenlete és alkalmazása. 6. A gravitációs mezı jellemzése. A bolygók mozgása A gravitációs vonzás, a súly és a súlytalanság értelmezése. A nehézségi és a Newton-féle gravitációs erıtörvény. A gravitációs állandó mérése. A térerısség fogalma. Potenciális energia homogén gravitációs mezıben. A bolygók mozgása, Kepler-törvények. Mesterséges égitestek, kozmikus sebességek. A Kepler-törvények és a Newton-féle gravitációs erıtörvény közötti összefüggés. A gravitációs gyorsulás és a gravitációs térerısség kapcsolata. 7. A forgatónyomaték. Merev testek egyensúlya (emelı típusú egyszerő gépek) Az erıhatás forgásállapot-változtató képességének feltételei, a forgatónyomaték fogalma és kiszámítása a legegyszerőbb (a rögzített tengelyre merıleges síkban levı erıvektor) esetében. A párhuzamos hatásvonalú erık eredıje, az erıpár. A pontszerő és a kiterjedt merev testek egyensúlya. A tömegközéppont és a súlypont fogalma. Egyensúlyi helyzetek. Az emelı típusú egyszerő gépek. 8. Energia, energiaváltozások. A mechanikai energiák és megmaradásuk Az energia mint állapotjellemzı fogalma. Az energiaváltozás két típusának jellemzése. Az energia-megmaradás törvénye. Mechanikai energiák és kiszámításuk: a mozgási, a helyzeti és a rugalmassági energia. A konzervatív erık munkája. A munkatétel. 9. Munka, teljesítmény, hatásfok A munkavégzés és a munka fogalma. A munka kiszámítása elıbb a legegyszerőbb (az egyenes pálya és az állandóerı hatásvonala egybeesik), majd általánosabb esetekre is (az egyenes pálya és az állandó erı hatásvonala metszi egymást), illetve ha az erıhatás egyenletesen változik, pl. a rugalmas erı munkája, majd általános esetben grafikus meggondolás alapján. A gyorsítási, emelési, súrlódási munka. A teljesítmény és a hatásfok. 10. Mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzıi és dinamikai feltételük A rezgés általános fogalma. A harmonikus rezgés és jellemzıi: kitérés, amplitúdó, fázis, rezgésidı, rezgésszám. A kitérés, sebesség, gyorsulás kvalitatív és kvantitatív jellemzése. A harmonikus rezgımozgás dinamikai feltétele. A rezgı rendszer energiaviszonyai. A matematikai inga és lengésideje. A rezgést befolyásoló külsı hatások és következményeik. A rezgések csoportosítása: csillapítatlan és csillapított, illetve a szabad- és kényszerrezgések. 59
Fizika tanterv
11. A mechanikai hullámok vizsgálata, jellemzıi és rendszerezésük. A hang A hullám általános fogalma és fajtái: a longitudinális és transzverzális hullám. A harmonikus hullám és jellemzıi: a hullámhossz, periódusidı, rezgésszám, terjedési sebesség. Hullámok viselkedése új közeg határán: a visszaverıdés és törés jelensége, törvényei. A beesési, visszaverıdési és törési szög, a törésmutató. Polarizáció, interferencia, elhajlás, a Huygens-Fresnel-elv. Az állóhullám létrejöttének feltétele, kvalitatív jellemzése, a duzzadóhely és a csomópont fogalma. Állóhullámok húron és pálcán. A hanghullámok és jellemzıi: hangerısség, hangmagasság, hangszín. A hangforrások és a hangszerek mőködésének fizikai alapjai. Ultrahang, infrahang.
Elektromosságtan, optika Óraszám: 17 óra Cél: Az elektromosságtan és az optika témakörére vonatkozóan a középszintő érettségi követelményeknek megfelelı módon és mélységben a már tanult alapvetı fogalmak, törvények felelevenítése, rendszerezése, elmélyítése; a többlet ismeretanyag feldolgozása; a tananyag fizikatörténeti vonatkozásainak kiemelése, megerısítése, kiegészítése; az ismeretek összekapcsolása a mindennapi jelenségekkel, a technikai eszközök mőködésével, az emberiség globális problémáival; a fizika gondolkodási, megismerési módszereinek tudatosítása (tapasztalat, hipotézis, mérés, elmélet, modellalkotás, gyakorlat stb.); kísérletek, mérések megtervezésének, végrehajtásának, a tapasztalatok kiértékelésének gyakorlása; a témakör tanult törvényeinek alkalmazása egyszerő vagy összetett, több témakör kapcsolatát is igénylı számításos feladatok megoldásában; szőkebb vagy átfogóbb témák logikus, szabatos kifejtésének, az összefüggések magyarázatának gyakorlása.
60
Fizika tanterv
Követelmény: A tanuló
értse az elektrosztatikai alapjelenségeket, és tudja ezeket elemezni és bemutatni egyszerő elektrosztatikai kísérletek, hétköznapi jelenségek alapján; alkalmazza a Coulomb-törvényt feladatmegoldásban; alkalmazza az elektromos mezı jellemzésére használt fogalmakat. Ismerje a pontszerő elektromos töltés által létrehozott és a homogén elektromos mezı szerkezetét, és tudja jellemezni az erıvonalak segítségével. Tudja alkalmazni az összefüggéseket homogén elektromos mezı esetén egyszerő feladatokban; tudja, hogy az elektromos mezı által végzett munka független az úttól; a pontszerő elektromos töltés által létrehozott és a homogén elektromos mezıt tudja jellemezni az ekvipotenciális felületek segítségével; értse, hogy az elektrosztatikus mezı konzervatív volta miatt értelmezhetı a potenciál és a feszültség fogalma; alkalmazza a munkatételt ponttöltésre elektromos mezıben; ismerje a töltés- és térerısség-viszonyokat a vezetıkön, legyen tisztában ezek következményeivel a mindennapi életben, tudjon példákat mondani gyakorlati alkalmazásukra; ismerje a kondenzátor és a kapacitás fogalmát. Tudjon példát mondani a kondenzátor gyakorlati alkalmazására; ismerje a kondenzátor lemezei között lévı szigetelıanyag kapacitásmódosító szerepét, a síkkondenzátor kapacitásának meghatározását, a kondenzátor energiáját, a feltöltött kondenzátor energiájának meghatározását, és alkalmazza a fenti összefüggéseket feladatok megoldásában; értse az elektromos áram létrejöttének feltételeit, ismerje az áramkör részeit, tudjon egyszerő áramkört összeállítani; ismerje az áramerısség- és feszültségmérı eszközök használatát. Értse az Ohm-törvényt vezetı szakaszra és ennek következményeit, tudja alkalmazni egyszerő feladat megoldására, kísérlet, illetve ábra elemzésére; alkalmazza az Ohm-törvényt összetett feladat megoldására, kísérlet, illetve ábra elemzésére. Ismerjen ellenállás mérési módszereket, a fémek ellenállásának hımérsékletfüggését; ismerje a soros és a párhuzamos kapcsolásra vonatkozó összefüggéseket, és alkalmazza ezeket egyszerő áramkörökre. Alkalmazza egyszerő feladatok megoldására az elektromos eszközök teljesítményével és energiafogyasztásával kapcsolatos ismereteit; értse a soros és a párhuzamos kapcsolásra vonatkozó összefüggések magyarázatát, és alkalmazza ezeket összetettebb áramkörökre is;
61
Fizika tanterv
alkalmazza ismereteit egyszerőbb egyenáramú mérések megtervezésére, vagy megadott kapcsolási rajz alapján történı összeállítására és elvégzésére; ismerje az elektromos áram hatásait és alkalmazásukat az elektromos eszközökben, az áram élettani hatásait, a baleset-megelızési és érintésvédelmi szabályokat; ismerje a galvánelem és az akkumulátor fogalmát, és ezek környezetkárosító hatását; ismerje a félvezetı fogalmát, tulajdonságait. Tudjon megnevezni félvezetı kristályokat. Tudja megfogalmazni a félvezetık alkalmazásának jelentıségét a technika fejlıdésében, tudjon példákat mondani a félvezetık gyakorlati alkalmazására (pl. dióda, tranzisztor, memóriachip); ismerje az analógiát és a különbséget a magneto- és az elektrosztatikai alapjelenségek között; ismerje a Föld mágneses mezejét és az iránytő használatát, a mágneses mezı jellemzésére használt fogalmakat és definíciójukat, tudja kvalitatív ill. kvantitatív módon jellemezni a különbözı mágneses mezıket, az elektromos áram keltette mágneses mezınek az elektrosztatikus mezıtıl eltérı szerkezetét; alkalmazza a speciális alakú áramvezetık mágneses mezıjére vonatkozó összefüggéseket egyszerő feladatokban; ismerje az elektromágnes néhány gyakorlati alkalmazását, a vasmag szerepét (hangszóró, csengı, mőszerek, relé stb.); ismerje a mágneses mezı erıhatását áramjárta vezetıre nagyság és irány szerint speciális esetben, a Lorentz-erı fogalmát, hatását a mozgó töltésre, ismerje ennek néhány következményét; tudjon a Lorentz-erıvel kapcsolatos feladatokat megoldani. Tudjon megnevezni egy gyorsítótípust, és ismerje mőködési elvét; ismerje az elektromágneses indukció alapjelenségét, és tudja, hogy a mágneses mezı mindennemő megváltozása elektromos mezıt hoz létre, az idıben változó mágneses mezı keltette elektromos mezı és a nyugvó töltés körül kialakuló elektromos mezı eltérı szerkezetét. Alkalmazza az indukcióval kapcsolatos ismereteit egyszerő feladatok megoldására; ismerje Lenz törvényét, és tudjon egyszerő kísérleteket és jelenségeket a törvény alapján értelmezni, értse az önindukció szerepét az áram be- és kikapcsolásánál, ismerje a tekercs mágneses energiáját; tudja a váltakozó áram elıállításának módját, a váltakozó áram tulajdonságait, hatásait, és hasonlítsa össze az egyenáraméval, a feszültség és áram idıbeli lefolyását leíró összefüggéseket; ismerje a generátor, a motor és a dinamó mőködési elvét; emlékezzen az effektív feszültség és áramerısség jelentésére. Ismerje a hálózati áram alkalmazásával kapcsolatos gyakorlati tudnivalókat;
62
Fizika tanterv
tudja, hogy a tekercs és a kondenzátor eltérı módon viselkedik egyenárammal és váltakozó árammal szemben. Értse az eltérı viselkedés okait. Alkalmazza ismereteit egyszerőbb váltakozó áramú kísérletek megadott kapcsolási rajz alapján történı összeállítására és elvégzésére; ismerje fáziseltérés nélküli, ill. általános esetben az átlagos teljesítmény és munka kiszámítását; tudja a transzformátor felépítését, mőködési elvét és szerepét az energia szállításában. Tudjon egyszerő feladatokat megoldani a transzformátorral kapcsolatban; tudja, mibıl áll egy rezgıkör, és milyen energiaátalakulás megy végbe benne. Értse a rezgıkörben létrejövı szabad elektromágneses rezgések kialakulását; ismerje a mechanikai és elektromágneses hullámok azonos és eltérı viselkedését, az elektromágneses spektrumot, tudja az elektromágneses hullámok terjedési tulajdonságait kvalitatív módon leírni; tudja a különbözı elektromágneses hullámok alkalmazását és biológiai hatásait. Ismerje, hogy a modern híradástechnikai, távközlési, kép- és hangrögzítı eszközök mőködési alapelveiben a tanultakból mit használnak fel. Ismerje a gyorsuló töltés és az elektromágneses hullám kapcsolatát; tudja, hogy a fény elektromágneses hullám, ismerje ennek következményeit. Ismerje a fény terjedési tulajdonságait, tudja tapasztalati és kísérleti bizonyítékokkal alátámasztani. Tudja, hogy a fénysebesség határsebesség. Ismerjen a fénysebesség mérésére vonatkozó klasszikus módszert (pl. Olaf Römer, Fizeau); tudja alkalmazni a hullámtani törvényeket egyszerőbb feladatokban. Ismerje fel a jelenségeket, legyen tisztában létrejöttük feltételeivel, és értse az ezzel kapcsolatos természeti jelenségeket és technikai eszközöket. Tudja egyszerő kísérletekkel szemléltetni a jelenségeket; alkalmazza a hullámtani törvényeket összetett (prizma, planparalel lemez) feladatokban. Tudjon egyszerőbb méréseket tervezni és elvégezni a hullámtani törvényekkel kapcsolatban (pl. törésmutató meghatározása); ismerje a színszóródás jelenségét prizmán. Legyen ismerete a homogén és összetett színekrıl. Ismerje, hogy a fény terjedési sebessége egy közegben frekvenciafüggı; ismerje az interferenciát és a polarizációt, és ismerje fel ezeket egyszerő jelenségekben. Értse a fény transzverzális jellegét; ismerje az elhajlást és interferenciát, és ismerje fel ezeket egyszerő jelenségekben. Ismerje és értelmezze a színfelbontás néhány esetét (prizma, rács). Tudja alkalmazni a rácson történı elhajlásra vonatkozó összefüggéseket hullámhossz mérésére; ismerje a lézerfény fogalmát, tulajdonságait;
63
Fizika tanterv
ismerje a képalkotás fogalmát sík- és gömbtükrök, valamint lencsék esetén. Alkalmazza egyszerő, ill. összetettebb feladatok megoldására a leképezési törvényt, tudjon képszerkesztést végezni tükrökre, lencsékre a nevezetes sugármenetek segítségével. Ismerje, hogy a lencse győjtı és szóró mivolta adott közegben a lencse alakjától, ill. a környezı közeg anyagától függ; tudjon egyszerőbb méréseket elvégezni, ill. tervezni a leképezési törvénnyel kapcsolatban. (Pl. tükör, lencse fókusztávolságának meghatározása.) Ismerje a tükrök, lencsék, optikai eszközök gyakorlati alkalmazását, az egyszerőbb eszközök mőködési elvét; ismerje a szem fizikai mőködésével és védelmével kapcsolatos tudnivalókat, a rövidlátás és a távollátás lényegét, a szemüveg használatát, a dioptria fogalmát. Tartalom: 12. Az idıben állandó elektromos mezı létrehozása és jellemzése Elektrosztatikus alapjelenségek értelmezése. A Coulomb-törvény. Alkalmazások. A töltésmegmaradás törvénye. Az elektrosztatikus mezı jellemzése: térerısség, erıvonalak, feszültség. Az elektrosztatikus mezı konzervatív jellege. A potenciál és az ekvipotenciális felületek fogalma; kapcsolat a feszültséggel. Pontenciál pontszerő töltés elektromos mezıjében. Elektromos töltéső részecskék mozgása elektromos mezıben. 13. Vezetık az elektrosztatikus mezıben. A kondenzátor Többlettöltés fémen, alkalmazások. A szuperpozíció elve. Alkalmazás térerısségre és potenciálra. Térerısség, potenciál különbözı vezetık környezetében Földpotenciál. A kapacitás fogalma, a kondenzátorok egy-két gyakorlati alkalmazása. Kondenzátor jellemzése, permittivitás. Kondenzátorok soros és párhuzamos kapcsolása. 14. Az egyenáramú áramkör alkotórészei és jellemzı fizikai mennyiségei Az áramkör részei. Áram- és feszültségmérés. Ohm törvénye. Vezetık ellenállása, fajlagos ellenállás. A fémes vezetık ellenállásának hımérsékletfüggése. Az elektromos áram teljesítménye, munkája, hıhatása. 15. Fogyasztók kapcsolása az egyenáramú áramkörökben. Ellenállások soros és párhuzamos kapcsolása, az eredı ellenállás meghatározása egyszerő esetekben. Ellenállás mérési, eredı ellenállás számítási módszerek. Áramforrás belsı ellenállása, üresjárási feszültség. Telepek kapcsolása. 64
Fizika tanterv
16. Az elektromos áramvezetés típusai. Fémek, folyadékok, gázok, vákuum, félvezetık áramvezetése. Gyakorlati alkalmazások. Galvánelem, akkumulátor. 17. Az idıben állandó mágneses mezı A Föld mágnessége, állandó mágnesek, iránytő. A magnetosztatikai mezı jellemzése: a mágneses indukcióvektor, mágneses fluxus. Áramvezetı által keltett mágneses mezı mennyiségi jellemzése: egyenes vezetı, tekercs, körvezetı mágneses tere. A szuperpozíció elvének alkalmazása. Mágneses permeabilitás. Az elektromágnes alkalmazásai. A Lorentz-erı 18. Az elektromágneses indukció A mozgási és nyugalmi indukció jelenségének leírása. Lenz törvénye. Az elektrosztatikus mezı és az indukált elektromos mezı összehasonlítása. Összefüggések alkalmazása. A be- és kikapcsolási önindukció jelensége. A kölcsönös és önindukciós együttható értelmezése. 19. A váltakozó feszültség és áram A váltakozó áram jellemzése, idıbeli lefolyásának leírása, az effektív feszültség és áramerısség. A váltakozó áram munkája, effektív teljesítménye ohmikus fogyasztó esetén Az ohmos, induktív és kapacitív ellenállás értelmezése. Váltakozó áramú ellenállások soros kapcsolása. A különbözı váltakozó áramú teljesítmények fogalma. Az elektromos energia gyakorlati alkalmazásai (generátor, motor, transzformátor) Elektromos balesetvédelem a gyakorlatban. 20. Elektromágneses rezgések és hullámok A zárt rezgıkörben lejátszódó csillapítatlan elektromágneses rezgés kvalitatív leírása ill. mennyiségi jellemzése. Csatolt rezgések A Maxwell-elmélet kvalitatív áttekintése. A gyorsuló töltés és az elektromágneses hullám kapcsolata. Az elektromágneses hullámok tulajdonságai (terjedési sebesség, hullámhossz, frekvencia). Az elektromágneses hullámok spektruma, biológiai hatások, gyakorlati alkalmazások.
65
Fizika tanterv
21. A fény hullámtermészete Fényforrások, fénysugár, a fény terjedési sebessége. Fénysebesség-mérési módok. A fény visszaverıdésének törvénye. A fénytörés, a Snellius-Descartes-törvény, a teljes visszaverıdés és alkalmazásai. A törésmutatóval kapcsolatos számítások. (planparalel lemez, prizma) Színfelbontás prizmával, homogén és összetett színek. A lézerfény sajátosságai, a hologram. A fény hullámjelenségeinek ismerete (elhajlás, interferencia, polarizáció). A fényinterferencia észlelésének feltétele, kísérleti megvalósítása, felhasználása hullámhosszmérésre. 22. Geometriai optika, leképezés A geometriai optika mint modell bizonyos fényjelenségek leírására. A modell korlátjai. Síktükör, gömbtükör és optikai lencsék képalkotása. Távolságtörvény, nagyítás, dioptria. A leképezési törvény elıjeles értelmezése és alkalmazásai. Optikai eszközök: a nagyító, a mikroszkóp, a távcsı, a szem, a szemüveg, a fényképezıgép mőködésének alapelvei.
Hıtan Óraszám: 10 óra Cél: Hıtani folyamatok rendszerbe foglalása, környezetvédelmi vonatkozásainak kiemelése. A korpuszkuláris anyagszemlélet kialakulásának és fejlıdésének áttekintése és rendszerbefoglalása, tudománytörténeti és társadalmi vonatkozásainak kiemelése.
66
Fizika tanterv
Követelmény: Az érettségi vizsgára készülık:
tudják a hıtani folyamatok kvalitatív leírását. Ismerjék a hıtágulások kvantitatív törvényeit, azok egyszerő alkalmazását számításos feladatokban. Ismerjék a hıtágulások gyakorlati jelentıségét; ismerjék gázok speciális állapotváltozásait. Az állapothatározók fogalmát, egységeit, a közöttük fennálló speciális és általános összefüggéseket. Tudják azokat alkalmazni egyszerő számítások elvégzésére. Ismerjék a p – V diagramot, tudjanak azon ábrázolni speciális állapotváltozásokat; ismerjék az állapotegyenlet valamelyik alakját. Tudjanak számításokat végezni az állapotegyenlettel, az egyenletbıl származtatni a speciális gáztörvényeket; tudják megfogalmazni – és ideális gázok állapotváltozásaira alkalmazni – a hıtan elsı fıtételét; ismerjék a fıtétel ideális gázokra vonatkozó összefüggését, és tudják alkalmazni egyszerő feladatok megoldására; ismerjék az ekvipartíció tételét, a hımérséklet statisztikus értelmezését, az ideális gázok kétféle fajhıjét; tudják értelmezni a halmazállapot-változások energiaviszonyait makroszkopikus és molekuláris szinten is. Tudjanak egyszerő kalorimetrikus és halmazállapot-változásra vonatkozó feladatot megoldani; ismerjék a csapadékképzıdés módjait és befolyásoló tényezıit; tudják értelmezni a nyomás olvadáspontot és forráspontot befolyásoló szerepét; legyenek jártasak kalorimetrikus mérések végzésében; ismerjék a telítetlen és a telített gızök tulajdonságainak molekuláris értelmezését, a gázok és gızök közötti különbséget; tudjanak értelmezni jelenségeket a II. fıtétel alapján; tudják molekulárisan értelmezni a II. fıtételt, és kimondani az egyenértékő megfogalmazásait; ismerjék a hıerıgépek mőködési alapelvét, hatásfokát, tudjanak körfolyamatokat értelmezni.
67
Fizika tanterv
Tartalom: 23. Termikus kölcsönhatások és állapot-változások makroszkopikus leírása Szilárd testek és folyadékok hıtágulása lineáris és köbös hıtágulási törvények és alkalmazásaik. Gázok állapotváltozásai és halmaz-állapotváltozások. Gáztörvények, állapotegyenlet olvadás–fagyás, párolgás(forrás) –lecsapódás. Olvadáspont, olvadáshı. Forráspont, forráshı. Extenzív és intenzív állapotjelzık Termikus kölcsönhatások energetikai leírása. I. fıtétel. Belsı energia. Hımennyiség. Tágulási munka. Termikus folyamatok iránya. II. fıtétel. Hıerıgépek hatásfoka. Másodfajú perpetuum mobile. Körfolyamatok. 24. Molekuláris hıelmélet Részecske-sokaság jellemzıi. Anyagmennyiség, mól. Avogadro-állandó. Ideális gázok részecskemodellje. Golyómodell. Állapotegyenlet. Belsı energia és az I. fıtétel molekuláris értelmezése. Szabadsági fok, ekvipartíció tétele. Szilárd testek, folyadékok, reális gázok atomos szerkezete. Az atomos szerkezetek modellezése. Halmazállapot-változások molekuláris értelmezése. Telítetlen és telített gızök. Kritikus pont. Gázok cseppfolyósítása. II. fıtétel molekuláris értelmezése. Rendezettség, rendezetlenség. Reverzibilis és irreverzibilis folyamatok.
A továbbhaladás feltételei: Részletesen az adott fejezetnél találhatók meg.
68